用解析延拓求取剩余磁異常來圈定淺部隱伏磁鐵礦脈

李建華，李春鵬

（中南大學 地球科學與信息物理學院，湖南長沙 410083）

用解析延拓求取剩余磁異常來圈定淺部隱伏磁鐵礦脈

李建華，李春鵬

（中南大學 地球科學與信息物理學院，湖南長沙 410083）

剩余磁異常求取是一種對磁場強度進行化極，解析延拓后提取淺部磁性介質異常的高通濾波方法。對于處于強磁性圍巖的磁鐵礦脈來說，淺部磁鐵礦脈的異常往往被大規模的磁性圍巖所引起的異常所掩蓋。磁場強度與場源到測點距離的平方（二度體）或者立方（三度體）成反比，進行向上延拓的時候，由淺部場源引起的高頻異常衰減快，深部場源引起的低頻異常衰減的慢，因此地面實測磁場去掉向上解析延拓后的磁場值，可突出反映近地表磁性體引起的高頻異常。這里通過解析延拓求取剩余異常，實現淺部磁鐵礦脈異常信息的提取，為尋找隱伏的磁鐵礦脈提供依據。并且利用此方法在秘魯共和國Morritos鐵礦圈定隱伏磁鐵礦脈，驗證了剩余異常在大規模的高磁性圍巖中尋找隱伏磁鐵礦脈的應用效果。

剩余磁異常；解析延拓；隱伏磁鐵礦脈；秘魯；Morritos鐵礦

0 前言

磁異常的各種處理轉換方法，實際上就是各種濾波方法及其組合。總得來說，可以分為空間域處理和波數處理，具體包括插值、圓滑、網格化、延拓、求導數、分量轉換、化極等。磁異常處理的一個重要研究方向是通過對磁異常弱、小信號的研究，來提高磁異常的分辨能力。地面磁測數據中弱小信號的分離，可以提取出弱磁性的21地質體，或者淹沒于大規模磁性體中的小磁性體引起的磁異常，但這方面的工作尚未深入開展［1］。弱信號的提取對尋找閃長巖體熱液交代型磁鐵礦脈礦床具有重要的意義。

基于這點考慮，作者在本文提出了一種提取小的脈沖信號的方法。這種方法通過對地面實測數據進行解析延拓，計算出剩余異常，將淺地表脈狀磁性體引起的異常信息分離出來，定性的認識近地表磁鐵礦脈引起的異常，不受區域構造場、巖體引起的磁異常的影響。

秘魯Moquewa省的Morritos鐵礦是位于大規模閃長巖體中的熱液交代類型的脈狀磁鐵礦脈利用解析延拓求取剩余磁異常在這里得到了成功的應用，為Morritos鐵礦增加了可觀的儲量。

1 解析延拓剩余磁異常算法

對三度體，上半空間（z＞0）延拓的公式為［2～5］：

改用柱坐標表示：

式（2）可改寫為：

其中：

積分可分為兩步來計算，先求圓周上的平均值Za（φ，ρ），然后再求出ρ由0～∞積分值。

設式（3）中z為mh（m＝1，2，…，n），則式（3）變為：

為了求得Za（M0），可以先求出式（5）中ρ由ρ～ρi＋1范圍內的積分，然后求和：

用式（3）計算向上延拓值時，可以利用方形網絡結點上的異常值。若以點距作為所有長度的度量單位，并取：則可以算出上延高度h的延拓值。如果所選的取值點不再方形網結點上，還需再用一元高次插值公式內插出所需的異常值［6～12］。

向上延拓之后的磁異常壓制了淺部的、局部的磁異常，著重反映區域性的、深部的磁性體引起的異常。對于強磁性圍巖（如閃長巖）區域分布的磁鐵礦脈來說，磁鐵礦脈引起的磁異常往往淹沒在強磁性圍巖的區域性異常之中［13］。

為了提取淺部磁鐵礦脈引起的磁異常，作者在本文提出對地面磁異常進行向上解析延拓，利用向上解析延拓后的磁異常對地面實測磁異常進行濾波，求取反映地表脈狀磁性體的異常信息。

本方法在秘魯共和國Morritos鐵礦尋找隱伏礦脈中起到了重要的作用。

2 理論模型計算

2.1 正演計算

根據第一節中理論部份所涉及的方法，建立正演模型進行計算。模型是基于下文中提到的Morritos鐵礦的成礦模型，來模擬低緯度地區閃長巖體中的脈狀磁鐵礦脈的磁異常特征。

通過解析延拓求取剩余磁異常的方法，提取出“淹沒”在大規模閃長巖體引起的磁異常中的線性磁異常。模型中用球體來模擬閃長巖體，用板狀體來模擬脈狀磁鐵礦脈。模型參數設置如下：

（1）地磁參數：磁偏角為－2.2°；磁傾角為－9.9°。

（2）球體模型：直徑為800m；磁化率為0.5SI；頂部埋深為－100m。

（3）板狀體模型：長度為400m；高度為30m長度為400m；走向：N45°；W傾向：南西；傾角為60°；磁化率為1SI；頂部埋深為－5m。

下頁圖1（a）為建立的模型平面投影圖，其中AB線為穿過二個模型中心位置的一條虛擬測線通過正演計算，可分別得出板狀體、球體、球體板狀體組合模型的磁異常特征（見下頁圖1中的（b）（c）、（d））。板狀體的磁異常為正負異常伴生的條帶狀脈沖異常，異常梯度大，形態窄、陡。負異常對應在正異常的南邊，在正異常的北邊沒有負異常的出現。正負異常交界的位置反映了板狀體頂部埋深的位置，負異常為板狀體傾向的位置。

球體在南半球低緯度地區的異常特征為：正負異常伴生，正異常在負異常的北邊，異常的梯度小異常值大；負異常的絕對值大于正異常。本例中的模型正異常達到650nT，負異常達到－1 700nT主體異常為負異常，模型中心位置位于負異常一側（見下頁圖1（c））。下頁圖1（d）為球體模型和板狀體模型的綜合磁異常反映。從圖1中可以看出，由于板狀體所引起的磁異常范圍小，幅度小，淹沒在異常圖中不容易分辨。在野外實際工作中，這個問題更加嚴重，因為淺部磁性體的干擾加劇其分辨難度（這點可以通過在下文中提到的實例中看出）。

圖2（見后面）為虛擬測線AB的磁異常剖面圖，從圖2中可以看出，板狀體所引起的脈狀磁異常，只是在大的球體異常上出現的小脈沖。

2.2 解析延拓求取剩余磁異常

為了在大規模強磁性體中提取出小的、淺部的板狀體的磁異常，可利用解析延拓求取剩余磁異常，見后面圖3。由于板狀體模型的頂部埋深為－5m，因此選擇10m作為解析延拓的高度，來計算剩余磁異常。在實際野外數據處理過程中，為了壓制淺部干擾信號，可以適當地增加上延的高度。

從圖3中所示（見后面）的平剖圖可以看出，通過求取剩余磁異常，板狀體引起的磁異常被有效的分離出來。異常呈條帶狀分布，異常形態與圖1（b）中板狀體正演的異常形態一致。剩余磁異常的求取有效地壓制了區域性異常，突出了淺部板狀體的異常。而且通過提取剩余異常信息，可以比較準確地確定板狀體頂部埋深的位置以及傾向。

3 Morritos鐵礦地質概況

3.1 區域地質

秘魯位于太平洋板塊和美洲大陸板塊的碰撞帶上，海岸帶是碰撞形成的海岸巖基，長幾千公里，主要由安山巖、閃長巖等中性、中性偏酸性的火成巖組成。海岸巖基往東為著名的安第斯山脈，是強烈的構造擠壓帶，是金、銀、銅、鉛、鋅、鉬等金屬最有利的成礦地帶。秘魯中部是安第斯山的東坡，出露古生界和元古界的地層，由淺變質和中高變質巖構成，繼續往東便是新生代地層的沉積區。上述地層及構造分帶以北北西向為主，和海岸線基本平行。Morritos鐵礦區地處秘魯南部，離海岸直線距離約10km，位于海岸巖基中部的一個閃長巖巖體中。該巖體出露約為15km×10km的范圍，其余較多地帶被第四系沖積物和凝灰巖所覆蓋，北部出露有侏羅系地層。可推知該區出露的巖體僅是規模巨大的海岸巖基的極小一部份。閃長巖巖基侵入的年代為晚白堊世（Ki－gd/di），莫里多鐵礦的形成是與這個閃長巖巖體有直接關系。

3.2 礦床地質

Morritos鐵礦區與周邊地區均屬于一個中性巖體，巖性為閃長巖，巖石為細晶結構，礦物成份為：①斜長石（plagioclasa）：55%；②正長石（ortosa）：15%；③石英（cuarzo）：10%；④角閃石（horn－ablenda）：6%；⑤黑云母（biotuta）：7%；⑥磁鐵礦（magnetita）：1%～3%。

圖1 模型磁異常圖Fig.1 Magnetic map of the model

該巖體新鮮面上看是灰白色的，風化之后為淺褐紅色。靠近礦脈部份的巖石新鮮面為淺綠色，可能是含有少量輝石的緣故。另外靠近礦脈的巖石磁鐵礦含量增加，即使肉眼看不到磁鐵礦顆粒，但仍可用磁鐵吸起5cm的巖芯細塊，可見圍巖含有較多細顆粒的磁鐵礦。

從區域上看，該閃長巖巖體的主理面走向為北～北西方向，傾向西偏南，傾角約55°～80°，礦體的走向、傾向、傾角也和巖體主理面基本一致。已發現有0.3m厚以上的礦脈二十多條，其中厚度達到1.0m以上的約有十條。礦脈地表露頭長度從100m～1 500m不等。礦體多呈脈狀和扁豆狀鐵礦石為灰黑色、褐黑色中厚層～厚層狀，致密塊狀，大多具強磁性。有一部份鐵礦脈是團狀和角礫狀，含有細巖脈（寬度小于1cm），以長石質、石英質、方解石質為主。另外還有不少風化后見到孔雀石，顯然鐵礦脈中含有銅礦物。礦脈和圍巖的接觸大多數分界明顯，但也有部份為漸變過渡。

礦脈主要以隱晶質塊狀磁鐵礦組成，還含有磁赤鐵礦、針鐵礦等。有些地段見有長石、石英等細脈穿插到鐵礦中。一般礦脈耐風化而凸起地表，看上去如黑色的巖石一樣；有些地段礦脈風化后呈紅、黃、褐等雜色，有次生方解石、高嶺土、石膏等。根據上述情況分析，可認為Morritos鐵礦的礦床類型是巖漿晚期貫入式礦床，與淺成閃長石有關，局部有后期發生熱液蝕變現象。鐵礦床主要形成于晚白堊世。

4 地球物理特征及異常推斷

4.1 巖礦石物性特征

作者在礦區不同位置共采集了54塊巖礦石標本進行測定，分別取平均值，巖礦石磁化率測定結果見表1。由表1可以看出，礦區閃長巖體具有磁性，其磁化率范圍為5×10－5SI～27×10－5SI，磁鐵礦標本的磁化率為146×10－5SI～238×10－5SI。可見，雖然閃長巖具有一定的磁性，但與磁鐵礦相比，二者具有很大的差異。磁鐵礦和其圍巖具有數量級的物性差異。

圖4 Morridos鐵礦地理位置及交通圖Fig.4 Location and transportation map for Morritos iron ore

表1 Morritos鐵礦巖礦石標本磁化率測定表（單位：10－5SI）Tab.1 Magnetic susceptibility for specimens of ores and rocks in Morritos Fe deposit

4.2 剩余磁異常特征及隱伏礦脈的預測

測得的磁異常經過手工畸變點的剔除，并進行低通濾波工作，將高頻干擾濾除。測區地形較平坦，最大高差約20m，適合解析延拓方法的應用。

淺部磁異常為經過化極、解析延拓，剩余異常求取等計算工作，去除深部異常的影響，突出反映淺部脈狀磁性體的異常。在圖5和下頁圖6中，黑色粗實線表示已知礦脈的位置。

圖5為實測磁異常結果，從圖5可以看出，礦脈位置與磁異常對應并不好，磁異常并未直接地反映出已知礦脈的信息，負異常的范圍基本上反映了區內閃長巖體的位置。通過解析延拓求取剩余異常獲得濾波后的異常圖，見圖6。

從圖6可以看出，解析延拓剩余異常圖中出現了脈沖狀的磁異常，異常特征是：異常梯度大，范圍窄，呈脈沖狀分布，垂直勘探線方向呈連續分布，異常值高，約有幾百nT。磁異常分布基本與已知礦脈的位置重合。由此可見，已知礦脈與磁異常對應非常好，剩余異常平剖圖中正異常峰值的連線為礦脈頂部的位置。另外，通過正演計算，這樣的磁異常特征是南半球向南傾的磁鐵礦礦脈引起的異常這與實際非常的吻合。

通過分析計算，結合已知礦脈與剩余異常的關系，推斷了十八條可能的隱伏磁鐵礦脈。見圖6其中黑色虛線表示預測的隱伏磁鐵礦脈。預測隱伏磁鐵礦脈編號為YF1－YF18。并且在部份礦脈上建議了七個勘察鉆孔，對磁法預測隱伏礦脈進行預測。鉆孔位置為：

建議鉆孔1（淺孔）：306144，8019351建議鉆孔2（淺孔）：306195，8019314

建議鉆孔3（淺孔）：306125，8019483建議鉆孔4（淺孔）：306232，8019430

建議鉆孔5（淺孔）：306085，8019742建議鉆孔6（淺孔）：306372，8020385

建議鉆孔7（淺孔）：306637，8020291

針對預測礦脈，作者進行了詳細的地質踏勘和槽探工作，預測礦脈YF3、YF4、YF9、YF10、YF11 YF12、YF13、YF14、YF15、YF17、YF18都發現了磁鐵礦露頭。并在建議鉆孔6和建議鉆孔7都發現了磁鐵礦脈，見礦深度約12m，厚度約25m。

圖5 Morritos鐵礦磁異常圖Fig.5 Reduction to pole map of Morritos Fe deposit

圖6 Morritos鐵礦剩余磁異常圖Fig.6 Residual anomaly map for Morritos Fe deposit

5 結論與建議

（1）解析延拓剩余磁異常是一種有效的磁異常高通濾波方法，提出的異常分辨率高，信噪比強。

（2）解析延拓剩余磁異常對深部的、區域性的磁異常進行了壓制，有效地反映了近地表的磁異常特征，通過在Morritos鐵礦的應用，這種方法有效地發現了十幾條隱伏的磁鐵礦脈，為秘魯Moquewa地區的Morritos鐵礦增加了可觀的儲量，實際應用效果良好。

利用解析延拓求取剩余磁異常還需要做更多的理論工作，如反演計算等。

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book=63,ebook=63

1001—1749（2012）03—0288—07

P 631.2

A

10.3969/j.issn.1001－1749.2012.03.09

李建華（1983－），男，陜西榆林人，博士，主要從事磁異常轉換及反演算法及應用方面的研究。

國家自然科學基金（40827002）

2011－11－22改回日期：2012－02－22