磁法在甘肅北山地區(qū)鐵礦勘查中的應(yīng)用*

李保輝，劉 元，李 進，武 海

（1.中國冶金地質(zhì)總局西北地質(zhì)勘查院，陜西 西安 710119；2.中化地質(zhì)礦山總局內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查院，內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010010）

北山區(qū)鐵礦自上世紀50年代發(fā)現(xiàn)以來，取得了很好的資源量，通過以往的工作發(fā)現(xiàn)具有規(guī)模大、資源潛力好的特點，但是綜合研究程度不高，特別是外圍和深部的研究較少。近年為了進一步調(diào)查該區(qū)鐵礦資源，分析研究區(qū)域含礦層位的空間分布，總結(jié)研究區(qū)鐵礦床的成礦規(guī)律，國家地質(zhì)勘查基金安排對該地區(qū)及外圍進行系統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查研究。要求在地表出露不好，已知礦體分布不連續(xù)等情況下，優(yōu)先發(fā)揮磁法勘探在工作中的先導(dǎo)作用。通過地面高精度磁測圈定磁異常，篩選靶區(qū)，利用人機交互正反演技術(shù)對磁測剖面進行反演，推斷礦（化）體分布，推斷地下隱伏礦體[1]，再進行深部鉆孔驗證，在鉆孔中通過井中磁測獲取井周磁異常，綜合利用地面和井中資料全面分析，指導(dǎo)找礦。磁法勘探在本區(qū)的成功應(yīng)用，指導(dǎo)該區(qū)的地質(zhì)找礦工作，解析礦體賦存特征，發(fā)現(xiàn)盲礦體，取得找礦突破。

1 成礦地質(zhì)背景

區(qū)內(nèi)主要出露地層為元古界及古生界，以中、新元古界和下古生界地層分布最廣，亦見少量泥盆系、二疊系和第四系地層。地層總體呈近東西向展布，與區(qū)域構(gòu)造線基本一致。由于巖體穿插侵位和斷裂發(fā)育，地層顯得支離破碎，其褶皺形態(tài)不完整，許多地段呈褶斷構(gòu)造巖片產(chǎn)出，由老到新依次有薊縣系、青白口系、南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、第四系。其中薊縣系的平頭山組及青白口系大豁落山群第四巖組為研究區(qū)主要的含礦層位[2-3]。

區(qū)內(nèi)褶皺發(fā)育，研究區(qū)位于北山中間隆起帶雙鷹山復(fù)向斜南翼的次級背斜中，呈近東西走向的背斜。區(qū)內(nèi)斷裂以北東向為主，次為北東向。北東向斷裂位于背斜的南翼鐵礦層的上部，屬走向逆斷層，造成背斜南翼的鐵礦層位缺失、北翼鐵礦體在地表呈不連續(xù)產(chǎn)出。北東向斷裂位于背斜北翼，為平移斷層，常成組出現(xiàn)，傾角近于直立，沿斷層帶多有輝綠巖脈充填，對礦體起著破壞作用。

區(qū)內(nèi)巖漿活動十分強烈，以華力西中晚期中酸性侵入巖為主。巖石類型常見有二長花崗巖、斜長花崗巖、花崗巖、閃長巖、輝長輝綠巖，可見基性超基性巖小巖株。沿羅雅楚山復(fù)向斜核部侵位的沙井子二長花崗巖基使得向斜構(gòu)造形態(tài)極不完整，向斜兩側(cè)的地層破碎。

區(qū)內(nèi)礦體主要分布于雙鷹山復(fù)式向斜的次級構(gòu)造中，出露地層青白口系大豁落山群第四巖組，地表出露巖石為灰綠色泥鈣質(zhì)板巖、白云質(zhì)大理巖、硅化大理巖以及含礦巖石磁鐵石英巖，巖石蝕變強烈，巖石普遍具有綠泥石化、褐鐵礦化、碳酸鹽化等蝕變現(xiàn)象。

2 典型礦床-紅山鐵礦

紅山鐵礦礦區(qū)出露地層主要為薊縣系平頭山組、青白口系大豁落山組、震旦系洗腸井群、寒武系雙鷹山組、奧陶系羅雅楚山組以及第四系，其中薊縣系的平頭山組為主要含礦地層。

薊縣系平頭山組：該組地層巖性為一套富鎂碳酸鹽巖夾破碎巖，富鎂碳酸鹽巖在區(qū)域變質(zhì)作用下變質(zhì)成為綠片巖及大理巖，巖石主要為灰白色-灰色的中厚層含石英大理巖以及白云石大理巖，頂部夾薄層狀絹云綠泥片巖、絹云石英片巖及似層狀磁鐵礦礦層，在鐵礦礦層內(nèi)及近礦圍巖中，見透閃石化、陽起石化及綠泥石化等礦化蝕變。

紅山鐵礦由I、II、III、IV、V、楊嶺及岔路口7個礦段組成，因I～V礦段均為生產(chǎn)礦段，本次工作主要以楊嶺及岔路口兩礦段為研究對象，故只針對楊嶺及岔路口兩礦段進行分析。

楊嶺礦段：主要表現(xiàn)為隱伏礦體，產(chǎn)于羅雅楚山復(fù)式向斜南翼過渡部位，走向北西-南東向，層狀，傾向南西，傾角30°～45°，鉆探工程控制厚度（8.63～17.89） m，平均厚度12.82 m，單工程品位 TFe：25.80%～28.64%；MFe：16.53%～22.77%，平均品位TFe：27.56%；MFe：20.45%。礦石組成主要為磁鐵礦、少量赤鐵礦、黃鐵礦以及微量黃銅礦。礦石多呈自行-他型粒狀結(jié)構(gòu)，層狀、條帶狀構(gòu)造。

岔路口礦段：主要表現(xiàn)為隱伏礦體，產(chǎn)于次級復(fù)式倒轉(zhuǎn)背斜兩翼，走向北西-南東向，單一似層狀，傾向南西，傾角65°～81°，鉆探工程控制礦體長度 （630～1 800） m，平均厚度 （3.43～5.96）m，品位 TFe：17.90%～21.45%；MFe：14.88%～19.25%。礦石組成主要為磁鐵礦、少量赤鐵礦、黃鐵礦以及微量黃銅礦。礦石多呈自行-他型粒狀結(jié)構(gòu)，條帶狀、團塊狀構(gòu)造。

3 數(shù)據(jù)的采集

3.1 區(qū)域巖礦石地球物理特征

本次工作在研究區(qū)共采集、測定巖礦石標本355塊，該區(qū)的巖、礦石具有以下三個級次[4]，特征如下：①κ<1 000 mT有板巖、大理巖、硅質(zhì)板巖、花崗巖、石英砂巖和石英巖；②1 000 mT<κ<10 000 mT有玢巖、鈣質(zhì)板巖、凝灰?guī)r、輝綠巖、閃長巖；③10 000 mT<κ有磁鐵礦、磁鐵石英巖。

研究區(qū)磁鐵礦、磁鐵石英巖磁性最強，輝綠巖、凝灰?guī)r、閃長巖、板巖等次之。巖漿巖及主要圍巖雖有磁性但與磁鐵礦、磁鐵石英巖磁性有數(shù)量級的差異。因此，研究區(qū)具有開展磁測工作尋找磁鐵礦的地球物理前提條件。另外，基性火山巖、凝灰?guī)r的磁性也較強，對尋找磁鐵礦有一定的干擾，在分析異常時應(yīng)根據(jù)具體情況加以區(qū)分。

3.2 井中三分量磁測方法

應(yīng)用地球物理方法及其施工中的有關(guān)輔助工作，遵照《井中磁測工作規(guī)范》DZ/T0153-1995執(zhí)行，根據(jù)目的任務(wù)和采用的儀器設(shè)備選定合理有效而經(jīng)濟的方法技術(shù)要點。對此分述如下：

磁測是對探測地點的磁場的絕對測量，測定地球磁場和鉆孔周圍一定空間范圍內(nèi)磁性體磁場的總和。為了有效地尋找和反映出存在的礦體異常，必須選定區(qū)內(nèi)正常場，以及確定恰當?shù)奶綔y方式。

正常場選?。翰捎么艤y區(qū)基點經(jīng)過聯(lián)測后選取正常場為：Z0＝4 9681 mT；H0＝26 602 mT，作為礦區(qū)正常場參考值。由于施測鉆孔所處局部地段的背景場不盡相同，為了突出目的體，根據(jù)實際情況合理地選取正常場值，作為各磁測鉆孔的實際正常場值[5]。

測試方式：采用點測方式，下放電纜時作初值探測，需加密和檢查探測時，根據(jù)已測情況，提升電纜進行[6]。

4 地球物理特征及解析

4.1 地球物理特征

通過在研究區(qū)開展物性工作獲得主要巖礦石磁性參數(shù)，由巖礦石磁性參數(shù)統(tǒng)計表1可見：本區(qū)磁鐵礦磁性最強，凝灰?guī)r次之。部分主要圍巖有弱磁性，但與磁鐵礦、磁鐵石英巖磁性有較大的差異。由此得出研究區(qū)存在物性差異前提，也為磁測反演和推斷解釋提供了依據(jù)。

表1 巖礦石磁性參數(shù)統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table for magnetic parameters of ore-bearing rock

通過1∶5萬地面高精度磁測圈定的磁異常帶見圖1，近東西走向，異常形態(tài)較為規(guī)則[7-8]。C4異常對應(yīng)1∶1萬磁測位置，C4異常北側(cè)伴生有負異常，等值線北密南疏，局部梯度大，幅值高，異常極大值>2 000 mT，東部為已開采區(qū)域，異常主要由已知鐵礦引起，異常西部覆蓋較厚，需要進一步查證。該異常區(qū)位于羅雅楚山大復(fù)式向斜北側(cè)，根據(jù)異常東側(cè)已知礦體，認為鐵礦分布于背斜兩翼的薊縣系第四巖組第二巖性段[9]，總體呈近東西向展布。根據(jù)以上資料基本可以推測C4異常為礦致異常，其西部有找礦潛力。

圖1 1∶50 000磁異常等值線圖Fig.1 1∶50 000 magnetic anomaly isolines

4.2 磁異常特征與解析

研究區(qū)開展的1∶1地面高精度磁測，圈定了6個磁異常（圖2）。磁異常形態(tài)反應(yīng)清晰明確，磁異常整體為北東走向，與區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地層和礦產(chǎn)分布特征對應(yīng)較好，主要延斷層走向展布，其中C43異常在背斜南翼，C41、C42、C44異常位于背斜北翼西延部分，與區(qū)內(nèi)出露的青白口系大豁落山群第四巖組地層吻合，東部青白口系大豁落山群第四巖組地層與紅山鐵礦區(qū)出露的青白口系大豁落山群第四巖組為同一層位。推測震旦系之下存在青白口系大豁落山群第四巖組含鐵層位，具有較大找礦潛力[10]。

圖2 研究區(qū)磁異常平面等值線圖Fig.2 Planar contours diagram of magnetic anomaly plan in study area

結(jié)合地質(zhì)野外調(diào)查驗證，對磁異常進行了分析評價，C43、C44異常分布在向斜的兩翼，成礦條件較好，后續(xù)開展的精測剖面和鉆孔施工對其進行了重點解析。

C43異常位于研究區(qū)東側(cè)，異常規(guī)模較大，走向一般為北東70°，線性-條帶狀分布，長約1.1 km，寬約0.3 km，異常區(qū)中心點極值>3 000 mT，推斷為礦致異常，且礦體埋深不大。異常等值線西南較密且延伸較遠，推測為研究區(qū)背斜南翼磁鐵礦層向西南傾伏引起，有較大的找礦前景。故決定對該異常區(qū)進行重點檢查。通過磁法精測剖面的反演，結(jié)合地質(zhì)野外調(diào)查驗證，初步推斷了礦體的地下賦存狀態(tài)，為后續(xù)鉆孔施工提供了參考。在該異常區(qū)先后施工了ZK148-1、ZK148-2、ZK148-3鉆孔，對C43異常進行驗證，并進行了井中磁測，進一步研究礦體的賦存狀態(tài)。

從148線精測剖面圖（見圖3）可以看出，該磁異常剖面有兩個峰值，均有明顯的負異常。南邊異常峰值與C43異常對應(yīng)，而北邊峰值與C44異常對應(yīng)，異常極大值分別為△Tmax1=3 211.78 mT、△Tmax2=2 488.97 mT；異常極小值分別為△Tmin1=-890.14 mT、△Tmin2=-1 907.38 mT。對148線剖面進行了二度半人機交互反演：剖面方位為0°，選擇推斷磁鐵礦體的總磁化強度為13 200×10-3A/M，磁化傾角為61.5°。故推斷C43異常為一馬鞍形磁鐵礦體，反映了存在一小背斜褶皺構(gòu)造，礦體頂部埋深約3 m，厚度約11 m。北側(cè)C44異常為一單斜板狀礦體，向南傾斜，傾角約68°，礦體厚約（3～4） m，中心埋深約44 m[11]。

圖3 148線精測剖面反演圖Fig.3 Inversion chart of precision measurement profile of 148 line

以反演剖面為基礎(chǔ)開展了鉆孔驗證工作，148線共施工鉆孔（ZK148-1、ZK148-2、ZK148-3） 3個（見圖4），對C43異常進行驗證，見礦效果較好，圈定了該處存在一條盲礦體[12-13]。并對其在傾向和走向上的延伸情況進行了控制，查明其資源潛力較大。結(jié)果基本符合上述推斷結(jié)果。為了進一步確定結(jié)果的可靠真實，對已施工鉆孔進行了井中磁測工作，對礦體產(chǎn)狀進行研究（見圖5）。

圖4 148勘查線剖面圖Fig.4 Profile map of 148 survey line

圖5 148線鉆孔井中三分量磁測矢量圖（左上：ZK148-1、左下：ZK148-2、右：ZK148-3）Fig.5 Vector diagram of three component magnetic measurement of drilling wells in 148 line(top left:ZK148-1,bottom left:ZK148-2,right:ZK148-3)

ZK148-1經(jīng)井中三分量磁測ΔZ曲線呈現(xiàn)S形，在孔深（37～50） m呈現(xiàn)負極大值，該處ΔH呈現(xiàn)正極大值的S形，該異常與見礦部位相對應(yīng)，推測為鉆孔中所見鐵礦層引起。鉆孔上部矢量向左側(cè)匯聚，推測鉆孔接近背斜核部，驗證了地面磁測對C43異常的推測。ZK148-2經(jīng)井中三分量磁測，ΔZ曲線呈現(xiàn)S形，在49 m出現(xiàn)負極大值，且該處ΔH呈現(xiàn)反S形，該異常與見礦部位相對應(yīng)，推測為鉆孔中所見鐵礦層引起，礦體傾向為南，結(jié)合ZK148-2井中三分量磁測情況，驗證了該處向斜控礦的推斷。ZK148-3經(jīng)井中三分量磁測于孔深（103～106） m呈現(xiàn)反S形，該處ΔH呈現(xiàn)反S形，該異常與見礦部位相對應(yīng)，推測為鉆孔中該段所見鐵礦層引起，礦體南傾。通過148線上三個鉆孔的井中磁測情況，驗證了地面磁測對C43異常的推測。

5 結(jié)語

磁法在尋找磁鐵礦中作用非常突出，研究區(qū)首先在地面圈定重點異常，進行剖面反演，同時結(jié)合地質(zhì)情況進行綜合分析，利用工程驗證，做好井中磁測，最后完善整套流程的全資料收集分析。

研究區(qū)覆蓋分布廣，在進行鉆孔驗證前，對于褶皺構(gòu)造控礦持有疑慮，在對磁測資料的研究要嚴謹，需要充分利用地質(zhì)資料進行推斷。在完成地面磁測后，分析C43異常，依據(jù)地層分布和該區(qū)物性特征，通過反演推斷出異常極大值中心下方附近存在一個局部呈馬鞍形的隱伏磁鐵礦體，同時，井中三分量磁測在鐵礦找礦中的作用不容忽視，既可以對已見礦部位進行研究，也可以推斷其賦存狀態(tài)，還可以以此推測盲礦體，指導(dǎo)鉆孔施工，是一種簡單快速有效的物探方法。