動(dòng)力滑翔機(jī)航磁系統(tǒng)在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

張 健，陳鐵飛，趙海圓

(1.甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020；2.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043)

0 引言

淺覆蓋區(qū)一般指第四系厚度小于100 m的地區(qū)，由于淺覆蓋區(qū)的特殊地貌，給地質(zhì)調(diào)查工作帶來一定的困難[1]。而地球物理場能夠穿透基巖上伏蓋層，被地表儀器接收，反映從淺部到深部地質(zhì)體的綜合信息[2]，故地球物理勘探最大特點(diǎn)是可以透過覆蓋層尋找隱伏地質(zhì)體。因此，在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查工作中充分利用地球物理資料顯得尤為重要，航空磁測是其中的一種重要方法[3]。甘肅省定西市華家?guī)X-黃家窯地區(qū)在1983年開展的1∶5萬航磁測量，存在飛行高度高、測線間距大、定位精度低等不足，本次在省級基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目《甘肅省定西市華家?guī)X-黃家窯地區(qū)四幅1∶5萬礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查》中，黃土覆蓋率超過了80%，采用動(dòng)力滑翔機(jī)航磁系統(tǒng)開展1∶1萬航磁測量工作，發(fā)揮動(dòng)力滑翔機(jī)飛行速度慢、飛行高度低等優(yōu)勢，采集高精度航磁數(shù)據(jù)，利用不同數(shù)據(jù)處理算法，如場分離、導(dǎo)數(shù)換算等方法，提取有用地質(zhì)信息，為研究地質(zhì)構(gòu)造、圈定巖漿巖、預(yù)測找礦靶區(qū)等提供了豐富的資料[4]。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)所屬區(qū)域位于青藏高原東北緣，是我國中央造山系重要組成部分，主體隸屬于祁連造山帶東段，中祁連地塊(Ⅳ-2)通渭-莊浪古、中元古代隆起單元(Ⅳ-2-1)和北祁連造山帶(Ⅳ-1)走廊南山島弧(Ⅳ-1-2)(圖1)。地層隸屬華北地層大區(qū)，出露地層有薊縣系高家灣組(Jxg)、新近系甘肅群(NG)、第四系(Q)。第四系分布最為廣泛，大部分地層出露于第四紀(jì)沖溝之中，分布零星，連續(xù)性差，多呈樹枝狀產(chǎn)出。侵入巖出露面積超過基巖面積的50%，主要有三疊紀(jì)黑云母二長花崗巖[5](圖2)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

1.1 地層

研究區(qū)出露地層主要為薊縣系高家灣組，其主要巖性組合為硅質(zhì)大理巖、白云質(zhì)大理巖、絹云綠泥石英片巖、大理巖夾絹云長石片巖等巖性組合，區(qū)內(nèi)該組沿溝谷出露，未見其上、下接觸關(guān)系。最大厚度超過1400 m。

新近系甘肅群(NG)：下部為棕紅色砂巖、含砂泥巖夾含層狀礫巖、砂礫巖；中部以粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主；上部以粉砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。地層厚度為5～20 m。

第四系(Q)：主要為馬蘭組風(fēng)積黃土和沖積物，厚度為5～50 m。

1.2 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)較為頻繁，具有多期活動(dòng)性，主要為南部出露的三疊紀(jì)黑云母二長花崗巖，為成礦提供了豐富的礦源物質(zhì)和有利于成礦元素遷移、富集的熱動(dòng)力，成礦條件極為有利。

1.3 構(gòu)造

研究區(qū)屬于祁連造山帶東段、中祁連地塊通渭-莊浪古、中元古代隆起單元。區(qū)域北西走向的會(huì)寧-莊浪逆沖斷層從工作區(qū)北部穿過，工作區(qū)NW、近SN向次級斷裂較為發(fā)育，為成礦物質(zhì)來源提供運(yùn)移通道。

2 地球物理特征

2.1 區(qū)域重力場特征

據(jù)甘肅省區(qū)域重力資料顯示(圖3)[6]，研究區(qū)鄰區(qū)的區(qū)域布格重力異常以較低緩的重力低異常為主要特征，布格重力異常值由西向東逐漸增大。研究區(qū)布格重力異常趨勢亦由西向東逐漸增大，推測研究區(qū)東部為火山巖隆起區(qū)，覆蓋較淺。

圖3 測區(qū)及鄰區(qū)布格重力異常等值線平面圖 (據(jù)賈群子①)

2.2 區(qū)域航磁異常特征

據(jù)1983年開展的1∶5萬航空磁測數(shù)據(jù)，研究區(qū)內(nèi)航磁異常整體呈NW向和NWW向展布，局部異常寬緩圓滑，強(qiáng)度為80～240 nT。本區(qū)均為第四系黃土覆蓋區(qū)，而且覆蓋厚度較大，會(huì)寧—義崗川一線以南，磁場變化較大，經(jīng)計(jì)算覆蓋厚度為400～500 m；而會(huì)寧-義崗川一線以北，磁場變化很小，蓋層厚度一般為800～1000 m，形成NW向帶狀炭山槽地。會(huì)寧—義崗川斷層是一條NW向展布的斷裂帶，與航磁異常對應(yīng)關(guān)系良好。

2.3 磁性特征

研究區(qū)大面積為黃土覆蓋，出露巖石較少。出露巖石采集標(biāo)本物性測量統(tǒng)計(jì)資料顯示，第四系沉積層、新近系泥巖、礫巖、薊縣系高家灣組硅質(zhì)大理巖、透閃石白云大理巖，最大磁化率為190×10-6SI，均為非磁性巖石；三疊紀(jì)黑云二長花崗巖磁性相對較強(qiáng)，且磁性不均勻，為中等磁性巖石，磁化率變化范圍在(210～2561)×10-6SI之間。

3 航磁數(shù)據(jù)采集及方法

3.1 航磁系統(tǒng)簡介

動(dòng)力滑翔機(jī)航磁系統(tǒng)由CS銫光泵磁探頭、三分量磁通門探頭、數(shù)據(jù)采集器、磁補(bǔ)償器、姿態(tài)傳感器、RTK實(shí)時(shí)差分GPS、激光高度計(jì)以及智能化導(dǎo)航系統(tǒng)組成，以法國生產(chǎn)的TANARG 912ES型動(dòng)力滑翔機(jī)作為運(yùn)載工具[7]。

3.2 不同飛行高度試驗(yàn)

綜合分析研究區(qū)地質(zhì)和地球物理資料，為確定研究區(qū)有效飛行高度，依據(jù)以往1∶5萬航磁異常，選擇一條10 km剖面，開展了不同飛行高度航磁測量試驗(yàn)。提高了在相似地質(zhì)背景條件下，采用動(dòng)力滑翔機(jī)航磁系統(tǒng)開展航磁測量選擇飛行高度的合理性。

由于試驗(yàn)剖面地形切割較劇烈，高差較大，以往1∶5萬航磁工作飛行高度約在260 m?？紤]飛行安全因素，試驗(yàn)飛行高度分別選擇了200 m、250 m、300 m、380 m等4個(gè)不同高度，實(shí)際試驗(yàn)飛行高度分別為204 m、251 m、303 m、375 m。采集數(shù)據(jù)經(jīng)過日變改正后繪制了ΔT剖面曲線(圖4)，不同飛行高度磁異常極大值見表1。

圖4 不同飛行高度ΔT剖面圖

表1 不同飛行高度ΔT極大值統(tǒng)計(jì)

飛行高度為204 m的ΔT剖面曲線中出現(xiàn)4處異常極大值，分別在3255 m處、4807 m處、6305 m處、7625 m處。整條剖面被第四系覆蓋，幾乎沒有地層或巖體出露，結(jié)合鄰區(qū)地質(zhì)資料，剖面4000～7000 m之間較強(qiáng)正磁異常為隱伏的三疊紀(jì)似斑狀中粗粒黑云二長花崗巖體引起，3255 m處和7625 m處磁異常為三疊紀(jì)似斑狀中粗粒黑云二長花崗巖巖脈引起。

其他不同飛行高度的ΔT剖面曲線對于4000～7000 m之間的隱伏三疊紀(jì)似斑狀中粗粒黑云二長花崗巖體反映明顯。251 m和303 m飛行高度的ΔT剖面曲線中，在3255 m處和7625 m處由巖脈引起的磁異常有一定的顯示，但異常幅度較小。因此，在與研究區(qū)地質(zhì)情況類似的淺覆蓋區(qū)，利用動(dòng)力滑翔機(jī)航磁系統(tǒng)開展航磁工作，飛行高度不超過200 m時(shí)，能較好地圈定磁性地質(zhì)體，進(jìn)行有效的地質(zhì)勘探工作。

3.3 航磁測量質(zhì)量評述

研究區(qū)地形高差為100～500 m，航磁測量按照設(shè)計(jì)測線沿地形緩起伏飛行，測區(qū)飛行高度控制在80～250 m之間。切割十分劇烈的地段，為保證飛行安全，飛行員根據(jù)實(shí)際地形、氣象條件和飛機(jī)性能控制不同地形條件下的飛行高度。航空磁測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)主要有飛行高度、偏航距、飛行速度、軟補(bǔ)償、磁測數(shù)據(jù)質(zhì)量、磁場測量總精度等，見表2。本次航磁測量數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均符合《航空磁測技術(shù)規(guī)范》DZ/T 0142-2010的要求。

表2 航磁測量評價(jià)指標(biāo)

4 數(shù)據(jù)處理和分析

在研究區(qū)開展1∶1萬航磁測量面積40 km2，圈定3處航磁異常，編號(hào)為C1、C2、C3(圖5)。相比1∶5萬航磁異常細(xì)節(jié)刻畫更為精細(xì)，異常內(nèi)部特征反映更為清晰。

圖5 ΔT化極等值線平面圖

將ΔT磁異常向上延拓100 m、200 m、500 m、1000 m、2000 m后，研究區(qū)各磁異常極大值都不同程度的下降，各磁異常極大值見表3。其中C1在上沿過程中衰減較快，C2、C3衰減慢，表明引起C1磁異常的場源較淺，引起C2、C3磁異常的場源較深，且C2、C3磁異常為同源磁性體。

表3 磁異常延拓不同高度各磁異常極大值統(tǒng)計(jì)

為了進(jìn)一步研究航磁異常對構(gòu)造信息的反映，采用水平一階導(dǎo)數(shù)處理，來提取異常信息。由于研究區(qū)主體構(gòu)造呈NW向展布，在航磁ΔT(化極)等值線圖上做了135°方向的水平一階導(dǎo)數(shù)，綜合分析后劃定了兩條NW向展布的斷裂帶。

5 異常解釋與靶區(qū)圈定

5.1 航磁異常解釋

從研究區(qū)ΔT化極磁異常等值線平面圖可以看出[8]，磁場整體表現(xiàn)為NW向展布，東南部以正異常為主，西北部以負(fù)異常為主，磁場梯度變化相對較大。研究區(qū)ΔT化極后異常極大值為138.0 nT，極小值為-85.9nT。依據(jù)地質(zhì)資料，研究區(qū)大部分為黃土覆蓋，中部以及南部溝谷地帶有三疊紀(jì)黑云二長花崗巖出露，西北部有薊縣系高家灣組硅質(zhì)大理巖、透閃石白云大理巖零星出露。

分析航磁異常特征，經(jīng)過向上延拓?cái)?shù)據(jù)處理，結(jié)合地質(zhì)資料、物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果和異常查證情況，C1異常經(jīng)踏勘檢查，推測由隱伏的含磁鐵礦綠泥絹云千枚巖引起；C2和C3異常由黑云二長花崗巖巖體引起，表明在地表出露較少的黑云二長花崗巖深部延伸較大，且具有一定的規(guī)模。

經(jīng)水平135°一階導(dǎo)數(shù)處理，圈定NW向展布的斷層兩條，分別為F1、F2，具體位置見圖5。

5.2 找礦靶區(qū)圈定

研究區(qū)成礦帶屬中祁連加里東鐵銅-鉻-金-銅成礦帶大黑山-興隆山鎢-鉬-銅-鉛-鋅成礦亞帶。區(qū)內(nèi)中酸性巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，且具有多期活動(dòng)性，為成礦提供了豐富的礦源物質(zhì)和有利于成礦元素遷移、富集的熱動(dòng)力；區(qū)域NW向的會(huì)寧-莊浪逆沖斷層從研究區(qū)穿過，區(qū)內(nèi)NW向次級斷層較為發(fā)育，為成礦物質(zhì)來源提供運(yùn)移通道。通過以上特征判斷，該區(qū)區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，巖漿巖發(fā)育，成礦背景良好，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。對本次航磁測量推測NW向斷裂帶進(jìn)行了實(shí)地踏勘，在大墩村一帶發(fā)現(xiàn)一處鎢礦化蝕變帶，位于推測F1斷層中部。

根據(jù)以上認(rèn)識(shí)，按成礦條件基本相似、礦床成因類型基本相同或相互關(guān)聯(lián)，圈定了具有綜合地質(zhì)、物化探、遙感等成礦信息反映的各類異常。因此，將研究區(qū)內(nèi)位于大墩一帶，呈NE向帶狀展布的區(qū)域圈定為找礦靶區(qū)(圖5)。

靶區(qū)內(nèi)除已發(fā)現(xiàn)的鎢礦化蝕變帶外，還存在較多的不同級別的蝕變帶，野外可見巖石具較弱的破碎，具一定的褐鐵礦化、硅化、碳酸鹽化、黃鉀鐵礬化等。需進(jìn)一步研究靶區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、礦體形態(tài)、規(guī)模和產(chǎn)狀、礦石質(zhì)量、礦石類型和空間分布、礦體與圍巖的關(guān)系及圍巖蝕變等，特別是成礦地質(zhì)體的研究。

6 結(jié)論

本次研究工作表明，動(dòng)力滑翔機(jī)航磁系統(tǒng)在甘肅省定西市華家?guī)X一帶淺覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查工作中發(fā)揮了重要作用，充分體現(xiàn)了深部勘查優(yōu)勢，彌補(bǔ)了淺覆蓋地區(qū)地質(zhì)工作的不足，具體得出以下結(jié)論：

1)動(dòng)力滑翔機(jī)航磁系統(tǒng)應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查工作中具有明顯的優(yōu)勢，在保證數(shù)據(jù)精度的前提下，其使用和維護(hù)成本優(yōu)于其他航磁系統(tǒng)。在地形等級不超過Ⅲ級地區(qū)，相比無人機(jī)磁測系統(tǒng)優(yōu)勢在于可沿地形起伏飛行，采集的磁場數(shù)據(jù)更貼近地面磁場數(shù)據(jù)。

2)在類似甘肅省定西市華家?guī)X一帶淺覆蓋區(qū)開展航空磁測工作，飛行高度不超過200 m，即能獲取有效磁場數(shù)據(jù)。

3)航空磁測作為一種高效的物探手段，可為區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究、圈定巖漿巖、成礦預(yù)測等提供豐富的基礎(chǔ)資料。

注釋：

① 賈群子,等. 1∶100萬祁連山成礦帶布格重力異常等值線平面圖[R]. 西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,2004.