地面高精度磁測在航磁異常查證中的應用—以冀東地區(qū)某航磁異常帶為例

董雁南

河北省礦產(chǎn)資源豐富，是我國重要的鐵礦資源基地。冀東地區(qū)又是河北省的鐵礦聚集區(qū)，截止到2008年底，冀東地區(qū)探明鐵礦資源量占河北省總量的78.8%（河北省地質(zhì)調(diào)查院，2010）。冀東地區(qū)鐵礦類型主要有沉積變質(zhì)型鐵礦（鞍山式）、巖漿型鐵礦（大廟式）和矽卡巖型鐵礦，以前兩種類型為主。

冀東地區(qū)屬于古亞洲域成礦帶與濱太平洋成礦帶交匯部位，具有良好的成礦大地構(gòu)造背景，經(jīng)歷了長期復雜的地質(zhì)構(gòu)造演化，在區(qū)內(nèi)形成了一大批以鐵礦為主的大型、超大型金屬礦床。河北省地質(zhì)調(diào)查院和中國國土資源航空物探遙感中心于2010年～2012年在冀東進行了1：2.5萬高精度航空磁測，完成總工作量140120.4測線公里，磁測覆蓋面積34150平方公里，圈定了鐵礦、金多金屬找礦遠景區(qū)，篩選出一批有找礦前景的航磁異常。本文以冀東地區(qū)某航磁異常為例，結(jié)合地質(zhì)、地面高精度磁測成果，闡述地面高精度磁測在該區(qū)域找礦預測中應用效果，為該區(qū)后續(xù)找礦工作提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

冀東地區(qū)位于華北板塊燕山山脈，區(qū)域地質(zhì)條件復雜，構(gòu)造運動強烈，巖漿活動頻繁。區(qū)內(nèi)各時代地層和各類巖漿巖分布廣分。工作區(qū)位于中朝準地臺（Ⅰ2）燕山臺褶帶馬蘭峪復式背斜遵化穹褶束南東側(cè)。區(qū)域上出露地層主要為中-新太古界遷西巖群變質(zhì)基底及中-新元古界、古生界、中生界和第四系的沉積蓋層組成。工作區(qū)處于遵化-遷安中高級變質(zhì)巖區(qū)，出露地層主要為中太古界變質(zhì)基底巖系和新生界第四系。變質(zhì)基底巖系表殼巖主要為遷西巖群（Ar2Q.），其中有水廠巖組（Ar2s.）和平林鎮(zhèn)巖組（Ar2p.），均為賦礦地層。工作區(qū)在構(gòu)造位置上位于遷安穹窿區(qū)，在漫長而強烈的地質(zhì)構(gòu)造運動過程中，穹隆構(gòu)造又進一步褶皺疊加和分化，形成了一系列褶皺束以及緊密褶皺、倒轉(zhuǎn)同斜褶皺等復雜構(gòu)造形態(tài)，在上世紀70年代～80年代，通過對工作區(qū)附近遷安水廠鐵礦的勘查和研究，證明了褶皺構(gòu)造的控礦作用，向斜控礦是本區(qū)構(gòu)造的主要特征。

工作區(qū)內(nèi)的褶皺構(gòu)造主要為宮店子-裴柳-二馬復式向斜，呈NE-SW向，由宮店子向斜、裴柳-二馬復式向斜、后裴莊-小石嶺復式背斜組成。軸面NE-SW，軸向NE傾，樞杻NE端揚起。宮店子向斜為倒轉(zhuǎn)等斜向斜，為宮店子礦體主體構(gòu)造，裴柳-二馬復式向斜為宮店子向斜向南西延展部分，是控制東礦帶空間展布的主要構(gòu)造。工作區(qū)處于二馬、裴莊、宮店子鐵礦的北東延伸方向上，即宮店子向斜向北東延展部分。褶皺構(gòu)造往往造局部礦體加厚，在同斜倒轉(zhuǎn)緊密褶皺中，礦體亦明顯加厚。

1.2 區(qū)域地球物理特征

工作區(qū)位于遷安水廠沉積變質(zhì)型鐵礦I級遠景區(qū)（長約33km，寬約25km）的北東部，在遷安水廠沉積變質(zhì)型鐵礦Ⅰ級遠景區(qū)和遷安水廠沉積變質(zhì)型鐵礦Ⅰ級遠景區(qū)上，水廠鐵礦和工作區(qū)周圍磁場整體特征表現(xiàn)為負背景場中4條NE向平行相距較近的條帶狀強磁異常帶：其中水廠鐵礦表現(xiàn)為兩條NNE向線性強磁異常帶，在南西端王家灣子一帶匯合，北東端隔灤河、北趙莊、提鈴寨NE向磁異常帶為水廠兩條線性強磁異常帶NE走向的延伸。異常帶上存在較多的復雜局部強磁異常，即“亂磁”異常特征（成群出現(xiàn)的礦體表現(xiàn)為“亂磁”異常特征），表明以磁鐵礦為主的強磁性物質(zhì)豐富，磁性變化或賦存狀態(tài)復雜，異常幅度差別較大，多在216nT～2500nT之間，有多個異常高值點，異常強度一般在1000nT以上，多為礦體中心的反映，在重力上也表現(xiàn)為重力高，顯示較好的找礦遠景。

1.2.1 地層

區(qū)域上出露地層主要為中-新太古界遷西巖群變質(zhì)基底及中-新元古界、古生界、中生界和第四系的沉積蓋層組成。

變質(zhì)基底：

（1）中太古界遷西巖群變質(zhì)表殼巖。①水廠巖組（Ar2s.）：主要分布在工作區(qū)的西側(cè)，巖性為紫蘇黑云斜長變粒巖夾二輝麻粒巖、淺粒巖和大量磁鐵石英巖。②平林鎮(zhèn)巖組（Ar2p.）：零星出露于工作區(qū)的東側(cè)，巖性為石榴（紫蘇）黑云斜長變粒巖夾麻粒巖及斜長角閃巖。

（2）變質(zhì)深成巖。在工作區(qū)出露的變質(zhì)深成巖主要有太古代遷西片麻巖套三屯營片麻巖和新太古代柳河峪片麻巖和八道河片麻巖。其中遷西片麻巖套三屯營片麻巖在工作區(qū)內(nèi)大面積出露，巖性主要為紫蘇黑云斜長片麻巖；新太古代柳河峪片麻巖和八道河片麻巖主要出露在工作區(qū)的東部和西部，巖性分別為黑云二長片麻巖和斑狀角閃二長片麻巖。

沉積蓋層：

（1）中—新元古界：大面積出露于區(qū)域北部，由長城系、薊縣系和青白口系組成，其中長城系出露面積較大，主要為高于莊組和大紅峪組，巖性分別為含錳白云巖、泥晶白云巖和厚層石英砂巖夾硅質(zhì)條帶白云巖；薊縣系分布面積較長城系小，呈北西向展布，主要為霧迷山組，巖性為泥晶白云巖、砂質(zhì)白云巖、瀝青白云巖和硅質(zhì)白云巖夾硅質(zhì)巖。青白口系呈狹長的帶狀展布，分為長龍山組和井兒峪組，巖性分別為細砂巖、砂質(zhì)頁巖和淡青色夾紫紅色中厚層泥灰?guī)r。

（2）古生界：零星分布在區(qū)域北部，出露寒武系府君山組巨厚層白云巖、含礫石英砂巖和毛莊組、饅頭組的紫紅色頁巖、泥灰?guī)r。

（3）中生界：零星分布在區(qū)域北部，為侏羅系，呈角度不整合覆于寒武系地層之上，由髫髻山組的紫色、灰綠色安山巖、沉凝灰?guī)r和后城組礫巖、砂礫巖組成。

（4）第四系：大面積出露于區(qū)域內(nèi)，可分為更新世馬蘭組黃土狀含礫亞砂土、亞粘土和全新世沖洪積亞粘土、亞砂土。

1.2.2 構(gòu)造

區(qū)域上北西向斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有冷口大斷裂和二撥子斷裂，現(xiàn)分述如下：

（1）冷口大斷裂：分布于工作區(qū)北東側(cè)，呈北西向延伸，西起擦崖子溝附近，東南至白道子附近，長約29km。為一個時代較老多次活動的古斷裂，走向北西，傾向南西，斷層性質(zhì)主要表現(xiàn)為逆斷層，一個由多個北西向斷層組成的斷裂束，最早形成于中元古代之前，表現(xiàn)形式為韌性斷層（寬50m～80m的片巖帶）晚期脆性斷裂疊加其上并在斷裂北側(cè)形成一些平行的斷裂。該斷裂也是太古代老變質(zhì)巖與元古代沉積地層的分界線。在該斷裂南側(cè)為太古代老變質(zhì)巖的分布區(qū)，斷裂北側(cè)為一北西向延伸的元古代-古生代的向斜構(gòu)造。

（2）二撥子斷裂：走向北西，傾向南西正斷層，它東起遷安大龍廟，西北至小鏵尖，長約25km。

1.2.3 巖漿巖

主要出露于工作區(qū)北部，發(fā)育有早侏羅世細中粒度斑狀花崗閃長巖，中侏羅世花崗斑巖，石英斑巖，花崗巖和白崗花崗巖等。脈巖發(fā)育主要有輝綠巖脈、煌斑巖脈、閃長巖脈和花崗斑巖脈等。

1.3 工作區(qū)地質(zhì)

（1）地層。工作區(qū)主要出露地層為中太古界變質(zhì)基底巖系和新生界第四系。因地表巖石風化剝蝕嚴重，人工活動較劇烈，變質(zhì)基底表殼巖（遷西巖群平林鎮(zhèn)巖組、水廠巖組）多被風化剝蝕，填圖未見；變質(zhì)基底巖系深成巖主要為三屯營片麻巖（Ar2gnγδο），出露面積5.85km2，巖性為黑云斜長片麻巖、輝石黑云斜長片麻巖夾輝石黑云角閃斜長片麻巖以及混合巖，另在工作區(qū)北東部見變質(zhì)英云閃長巖，出露面積0.13km2，在變質(zhì)英云閃長巖中見磁鐵石英巖捕擄體，出露寬度1.5m，走向50°，傾角37°，撿塊化驗mFe29.84%。

黑云斜長片麻巖：灰黑色，片狀粒狀柱狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要成分為斜長石（50%～55%）、石英（30%～35%）、黑云母（10%～15%）。輝石黑云斜長片麻巖：灰黑色，片狀粒狀柱狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造主要成分為斜長石（40%～45%）、黑云母25%～30%）、輝石（10%～15%）、石英（8%～10%）、角閃石（4%～5%）及少量磁鐵礦。輝石黑云角閃斜長片麻巖：灰黑色，片狀粒狀柱狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要成分為斜長石（45%～50%）、角閃石（20%～25%）、黑云母（10%～15%）、石英（7%～8%）、輝石（5%～6%）?；旌蠋r：淺肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分斜長石（30%～35%）、鉀長石（20%～25%）、石英（20%～25%）、黑云母（10%～15%）。變質(zhì)英云閃長巖：淺灰黑色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分斜長石50%，鉀長石20%，石英15%，黑云母15%及少量石榴石、磁鐵礦。新生界第四系分布于工作區(qū)東南部農(nóng)田和西南部溝谷低洼處，主要為黃土狀砂土、粘土、亞砂土、亞粘土，局部偶見少量礫石，礫石粒徑2cm～5cm。

（2）構(gòu)造。工作區(qū)內(nèi)出露地層總體走向呈北東向，傾向北西。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主。韌性剪切帶（Ds）位于工作區(qū)北部，隔灤河村東，出露長約0.6km，寬度約10m，走向225°，剪切帶中巖石為黑云斜長糜棱巖，灰黑色，風化呈灰白色，柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，糜棱構(gòu)造，巖石中碎斑成分為斜長石、石英、輝石，呈透鏡狀、眼球狀，長軸定向，粒徑2mm～5mm，碎斑總含量約40%～45%；碎基成分為石英、黑云母，鏡下碎基中石英拉長聚集形成石英條帶、遇碎斑繞過呈塑性流動構(gòu)造，黑云母連續(xù)定向呈片狀構(gòu)造，粒徑＜2mm，碎基總含量55%～60%。

（3）巖漿巖。工作區(qū)僅少量脈巖出露，主要有花崗斑巖脈、閃長玢巖脈。

閃長玢巖（δμ）：灰色，細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為斜長石、角閃石、石英等，礦物呈半自形-他形粒狀。

花崗斑巖（γπ）：雜色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物組成為鉀長石、石英。

1.4 工作區(qū)主要巖礦石物性特征

地球物理場是巖石物性差異和空間賦存狀態(tài)的綜合反映，開展航磁釋研究，巖（礦）石磁性分析是十分必要的。工作區(qū)主要分布輝石磁鐵石英巖、磁鐵輝石巖、輝石黑云斜長片麻巖、黑云輝石斜長片麻巖、黑云輝石角閃斜長片麻巖、黑云輝石二長片麻巖。其中輝石磁鐵石英巖磁性最強，磁化率平均值為173801.34×4π×10-6SI，屬強磁性礦物；磁鐵輝石巖次之，磁化率平均值為32466.45×4π×10-6SI，屬強磁性礦物；輝石黑云斜長片麻巖、黑云輝石斜長片麻巖、磁性較強，屬中等磁性礦物，黑云輝石角閃斜長片麻巖、黑云輝石二長片麻巖磁性較弱，屬弱磁性礦物。各種片麻巖雖然磁性強度不一，但都具有一定磁性，在地表均能引起一定磁異常，且工作區(qū)內(nèi)地表多為片麻巖覆蓋，而引起磁異常的異常體均產(chǎn)出于片麻巖中，這使得地磁異常強度偏高，給本次磁測工作的開展帶來了一定干擾。但與強磁性的輝石磁鐵石英巖和磁鐵輝石巖相比，無論感磁或剩磁，各種片麻巖與之都有較大差異。

1.5 航磁異常特征

工作區(qū)自南向北分布有四個異常，分別編號M1、M2、M3、M4，其特征分述如下：

（1）M1異常為甲1類已知鐵礦航次異常，為負異常呈橢圓狀，長軸走向北東，長1.3km、寬0.5km，異常南東側(cè)等值線稀疏，有一個峰值區(qū)，強度為：-167nT。

（2）M2異常為乙2類礦致異常，呈長橢圓狀，長軸走向北東，長3.5km、寬1.5km。異常區(qū)內(nèi)有3個峰值區(qū)，強度分別為318nT、345nT、318nT，北西翼較南東翼等值線密集，梯度大。北西側(cè)伴有強度為-17nT的負異常。出露遷西片麻巖套三屯營片麻巖及第四系。

（3）M3異常為乙2類礦致異常，呈橢圓狀，長軸走向北東，長1.5km、寬0.5km，異常兩翼等值線稀疏、近似相等，有兩個峰值區(qū)，強度分別為：99nT、72nT。地表少部分被第四系覆蓋，大面積出露遷西巖群平林鎮(zhèn)巖組及遷西片麻巖套三屯營片麻巖。

（4）M4異常為乙2類礦致異常，正負異常伴生，呈橢圓狀，長軸走向北東，長1.5km、寬1.0km，異常北西翼較南東翼等值線密集，梯度大。異常強度為246nT，北西側(cè)伴有強度為-338nT的負異常。

2 工作方法及部署

2.1 地質(zhì)測量

首先對工作區(qū)進行踏勘，選擇地層出露相對較好地區(qū)實測1：5000地質(zhì)剖面1條，長度5.12km,確立地層層序和填圖單位。工作區(qū)地質(zhì)測量采用1：10000地形圖為底圖。以追索法和穿越法相結(jié)合進行填圖，點距按100m～200m定點，巖性、構(gòu)造復雜地段地質(zhì)點加密，第四系地層中地質(zhì)點略稀。

2.2 高精度磁法剖面測量

本次磁測工作采用加拿大GSM-19T高精度質(zhì)子磁力儀，工作比例尺1：2000，測網(wǎng)布設(shè)采用RTK放點，總體按垂直航磁異常走向布設(shè)測線，確定方位320°。剖面布置原則上保證每條測線兩側(cè)出現(xiàn)正常場，以便區(qū)分磁異常與背景場?；c（日變站）應選擇在附近地勢平緩的零值線附近，不得有外界干擾物等。

2.3 磁異常處理

磁異常數(shù)據(jù)處理主要包括化極、延拓、圓滑濾波、導數(shù)轉(zhuǎn)換、分離異常、正反演擬合等。本次數(shù)據(jù)處理主要采用了圓滑濾波、化極、正反演擬合等手段，達到消除干擾、分離異常的效果，為后續(xù)異常解釋提供支撐。

3 磁異常解釋及驗證

3.1 磁異常解釋

地磁工作共圈定四處異常，與航磁異常對應較好。所要查證的航磁異常在地磁上均有較強顯示，將四個地磁異常由南向北分別編號M1、M2、M3、M4，對應航磁M1～M4異常。

為研究四處異常的延伸狀況，對化極后的異常進行了向上延拓，延拓高度為100m、200m和300m。磁場值的衰減程度隨上延高度的增加而減弱，在上延100m后，近地表的磁性不均勻體得到較好壓制，異常變的清晰明顯，M1異常消失，M2、M3、M4異常強度衰減較快。上延200m后，M3異常消失，M2與M4僅有微弱顯示。上延300m后，異常全部消失，僅顯示為弱磁性片麻巖地層特征。通過各高度的上延△T的變化特征分析，引起M1、M3異常的磁性體規(guī)模較小，埋深較淺，向下延伸有限。引起M2、M4異常的磁性體應有較大延伸。

（1）M1異常。位于工作區(qū)西南角，異常呈橢圓狀，強度較弱，走向北東，為一正負伴生異常，正異常極大值1024nT。該異常主要坐落于輝石黑云斜長片麻巖和黑云輝石角閃斜長片麻巖中，由物性成果可知，這兩種巖性雖然磁性較強，但不應引起如此強度異常，推測二者不是該異常的異常源。從磁異常化極剖面曲線顯示，該異常為正負伴生異常，引起異常磁性體向下應有一定延伸，推測應為含鐵片麻巖引起。

（2）M2異常。M2異常無論強度抑或規(guī)模均為最強。由等值線平面圖和剖面平面圖可以看出，該異常規(guī)模較大，具有一定強度，但該異常中心主要位于村莊和尾礦壩處，無法獲取完整磁測數(shù)據(jù)，因此本次工作無法完整查證該處航磁異常。雖然該異常規(guī)模較大，在航磁上有一定強度顯示，但從地磁成果可以看出，該異常強度多介于300nT～1200nT之間，無高值異常帶顯示。而該異常主要坐落于輝石黑云斜長片麻巖和黑云輝石角閃斜長片麻巖中，結(jié)合物性成果，二者不應為該異常的異常源。但二者均有一定磁性，這就使得該處異常處于高值背景中，推高了異常強度。剔除背景影響，M2異常的強度應不是很大，推測應為含鐵片麻巖引起。

（3）M3異常。M3異常無論規(guī)模抑或強度均較小，僅一條測線上強度較高，異常兩側(cè)均存在負異常，推測向下延伸有限，推測應為含鐵片麻巖引起。

（4）M4異常。M4異常在航磁上顯示為一個完整橢圓狀異常，但地磁成果顯示為兩條近于平行、走向北東的高值正異常帶。等值線平面圖和剖面平面圖顯示，該異常成北東走向，規(guī)模，強度均較大，正異常極大值為2116 nT。該處異常內(nèi)的異常形態(tài)都較為尖陡，峰值較多，寬度較小。相較于其他幾處異常，強度明顯較高。該異常位于輝石黑云斜長片麻巖及黑云輝石角閃斜長片麻巖中，但二者無疑不是異常源。

針對M4異常，挑選了形態(tài)及強度較好的剖面進行了化極處理，進行了反演擬合計算。 異常曲線顯示，該線上存在三處較大磁異常，從剖面平面圖上也可以顯示3處異常在北東走向上都有一定延展，推測應為含鐵片麻巖引起。

3.2 鉆孔驗證

通過地面磁測工作很好的圈定了四處航磁異常，并解釋推斷了四處航磁異常的成因及產(chǎn)狀，為了確認四處異常，對四處異常進行了鉆孔驗證，鉆孔結(jié)果顯示引起四處異常的磁性體為含鐵輝石黑云斜長片麻巖，與磁測工作推斷吻合，取得了較好的勘察效果。

4 結(jié)論

（1）綜上所述，利用高精度磁測圈定異常范圍，采用上延、化極、反演擬合等手段，結(jié)合地質(zhì)填圖和物性測量的方法，在該區(qū)航磁異常查證中顯示的效果較好，對該區(qū)其他航磁異常查證具有重要指導意義。

（2）區(qū)內(nèi)變質(zhì)基底巖—黑云斜長片麻巖、輝石黑云斜長片麻巖夾輝石黑云角閃斜長片麻巖等具有弱磁性，日后的該區(qū)開展磁測工作選擇正常場時要注意排除相關(guān)干擾。