高精度磁測間接尋找鉛鋅礦的效果

孟昌忠，李才明，呂紹玉，趙慶剛，張 海，文紹強

(1.貴州省地礦局 一一三地質大隊，六盤水 553000；2.成都理工大學，成都 610059)

0 引言

經多年地質勘查及少量物探工作，在貴州耿家寨鉛鋅礦區，近地表僅發現少量鉛鋅礦(化)體(帶)，盡管該礦區存在長度達幾公里、寬幾百米、含不同溫度環境的鉛鋅礦化的斷裂帶，但至今沒有找到規模較大的礦。從該礦區地下坑道中見到石英脈及硅化的特征來看，可能反映了本區深部存在鉛鋅礦的可能。因此對該礦區開展1∶1 000高精度磁測、幅頻激電工作，目標是搜尋淺部的盲礦(化)體；開展點距50 m、線距100 m到200 m的音頻大地電磁測深(AMT)確定該礦區控礦斷裂破碎帶的延深情況(見圖1工作布置及地質圖)，試驗綜合地質、物探方法找礦的有效性，并為深部找礦工程驗證提供建議。圖1中測網密度最大的是高精度磁測(20*50(m2))，其次是雙頻激電(20*10(m2))，音頻大地電磁測深作了4條剖面。這里僅就利用高精度磁測確定淺部盲礦的效果作介紹。

1 方法選擇的依據

據地質工作成果，本礦區鉛鋅礦(化)集中分布于石炭系大埔組(C1-2d)、黃龍組(C2h)、馬平組(C2m)等地層中，與構造關系密切，受層位及斷裂控制。礦(化)體受F1、F2、F3、F4斷層或其次級斷層、層間破碎帶或節理裂隙控制，所以利用高精度磁測結合已有地質資料，確定區內斷層的分布及鉛鋅礦(化)體上的磁異常特征,就是利用高精度磁測間接尋找鉛鋅礦取得好效果的關鍵。開展大比例尺高精度磁測方法的基礎在于，近礦蝕變巖石往往具有磁性，而鉛鋅礦一般無磁性，兩者之間具有磁性差異，因此能在鉛鋅礦兩側測得較強磁異常，而在鉛鋅礦上則無磁異常，如耿家寨鉛鋅礦地面采坑東側磁測試驗剖面(點距2 m)地磁場變化曲線如圖2所示。在采坑的北側與南測,地磁場均比采坑上高,幅度70 nT～60 nT,異常寬度 4 m～5 m。兩個異常間的磁場低值帶寬度 28 m,與鉛鋅礦采坑直徑相當。

圖1 耿家寨礦區AMT、雙頻激電及高精度磁測實際材料及地質圖Fig．1 The geological map and the position of high-precision magnetic surveydouble-frequency IP and AMT profiles on Gengjiazhaiore field

圖2 耿家寨鉛鋅礦采坑東側磁測試驗剖面Fig．2 The test profile of high-precision magnet -ic survey near Gengjiazhai Lead Zinc ore pit(方位由北向南,點距2 m)

此試驗結果表明,由于鉛鋅礦屬弱到無磁性礦物,在其上測出地磁場無變化,而與其緊鄰的蝕變巖石含磁性礦物而具有磁性,因而能夠測到地磁場的變化。借此，用高精度磁測方法圈定蝕變巖石的分布范圍，可達到間接找礦目的[8-10]。

2 實測結果

據圖3(a)所示實測ΔT剖面平面圖可將全區分為異常曲線比較光滑，與呈鋸齒狀跳躍的兩種特征區域，其中異常曲線較光滑、跳躍程度比較低的兩個區域,分別位于測區北部及中東部，它們的范圍都較小。此類異常的北部區內出露石炭系上統馬平組(C2m)灰色薄至中厚層泥晶灰巖，中東部多為石炭系下-上統大埔組(C1-2d)灰、深灰色厚層-塊狀細至粗晶白云巖，夾淺灰色厚層灰巖、亮晶生物屑灰巖、白云石化灰巖，局部含泥質及鐵質，偶見燧石結核；呈鋸齒狀跳躍區范圍較大，分布在測區的中部及南部，測區中部呈北東走向的鋸齒狀跳躍異常帶反映了耿家寨—打廠坪子斷層F3所處碎裂巖帶特征，而測區南部兩個近于三角形區域的磁異常跳躍區，出露或分布石炭系上統黃龍組第二段(C2h2)的灰色薄至中厚層含燧石微晶灰巖，含生物屑亮晶灰巖。

圖3 耿家寨實測ΔT剖面平面圖與平面等值線圖Fig．3 ΔT flat profile map and contour map of magnetic anomaly on Gengjiazhai(a)平面圖; (b)等值線圖

上述特征各異的磁異常的分區及其界線，可能代表了不同時代地層分布的界線，或構造分布的特點。

圖3(b)示出的本區實測ΔT平面等值線圖也反映了測區地層與構造的不同分布特征，測區內ΔT平面等值線圈閉較多，且呈串珠狀分布；正、負伴生的磁異常圈閉也較多，尤其在測區西南部較多。

無論從磁測ΔT異常剖面平面圖或平面等值線圖，都很難找到與鉛鋅礦古采坑附近試驗時獲得的兩高(蝕變帶上)夾一低(對應鉛鋅礦坑上)的磁異常地帶，說明在本測區范圍內，近地表的淺部鉛鋅礦(化)帶較少。

3 小波斷裂分析

為根據本區磁異常特征，結合地質特點確定斷裂的分布，對磁異常進行小波斷裂分析[4]。小波變換能夠將信號f(x)轉換為不同特征的頻率或不同尺度的信號成分，通過伸縮、平移聚焦等方式將信號f(x)的細節加以分析，突出其反映的磁場的細節特征[5]。

利用小波多尺度分解Ma11at塔式算法的低階細節不變性，可將由埋藏深度、磁性不同的場源體引起的疊加磁異常分離出來[7]。設疊加磁異常值構成的矩陣為K，將其作n階(n≥2)離散小波變換后，獲得小波細節K1、K2、…、Kn-1，Kn和n階逼近Bn，其中小波細節K1、K2、…、Kn-1，Kn不隨n的增大而改變。無論怎么選擇階數n，變換出來的低階小波細節都一樣，即小波細節的個數和n階逼近。

要將磁異常分解為“區域”與“局部”異常，首先假設n=3，小波分析后取得小波細節K1、K2、K3和3階逼近B3；B3為區域場，KL=K1+K2+K3為局部場。觀察B3是否滿足區域場的特征；若未達到區域場的要求，則可進一步進行高階逼近B4(區域異常)；KL=K1+K2+K3+K4為局部異常。若未滿足要求，則令n=5,…，依此類推，進行更高階的小波分解，直到Bn滿足區域異常的要求為止。

圖4 小波多尺度分解結構圖Fig．4 The structurechart offour-step wavelet multiple decomposition

φ(x，y)=φ(x)·φ(y)

小波函數

Ψh(x,y)=Ψ(x)·Θ(y)

Ψv(x,y)=Θ(x)·Ψ(y)

Ψd(x,y)=Ψ(x)·Ψ(y)

式中

而

這樣對于二維磁異常，可以進行小波多尺度分解

Δt(x,y)=B0f(x,y)=B3f(x,y)+

Δt(x)=B4T+K4T+K3T+K2T+K1T

式中B4T反映4階小波變換之低頻部分；KiT(水平方向、垂直方向和對角線方向三個細節部分之和)是第i(i=1，2，3，4)階小波變換的高頻細節。

利用小波多尺度分解對耿家寨磁異常所作的兩階小波斷裂分析推斷圖如圖5(a)所示,從圖5可見，小波斷裂分析所得串珠狀異常特征較圖5(b)所示實測異常的要明顯清晰得多，推斷斷裂更細致一些，較實測異常在研究區最南邊多推了一條斷裂，仔細分析圖5(b)可見，多推此斷裂也有一定依據，即在兩階小波斷裂分析推斷斷裂經過的地帶，隱隱約約也能勾出串珠狀異常帶與其對應。與圖1所示地質測定斷裂比較，根據實測異常推斷的三條斷裂中間的那條與地質測定的耿家寨-打廠坪子斷層F3—致。其余兩條經地質踏勘驗證，為隱伏斷層，根據小波斷裂分析多推斷的一條可能是地面不易發現的隱伏斷裂，或是地層分界線的反映。結合圖6所示耿家寨起伏地形上實測ΔT等值線圖可見，盡管起伏地形對磁異常的影響較小，但從串珠狀異常所處部位地形變化普遍較大,而且與推斷斷裂的相關性較強，這也為推斷斷裂的可能存在提供另一方面的依據。

4 結論

高精度磁測方法在耿家寨鉛鋅礦區的應用，進一步證明了該方法在間接尋找弱到無磁性礦產的有效與實用性[11-12]。實際工作中要對探測對象的規模大小有所了解或判斷，以保證采用的數據采集方法、選擇合適的比例尺及測網,獲得最強的探測目標物所產生的磁異常信息。最好的方法應是按照從已知到未知的原則[1-3]，在已知礦點上施測試驗確定。此外針對不同的需要，選擇恰當的、突出某方面信息的處理方法對實測資料作處理，可獲更好的效果。

圖5 小波斷裂分析推斷斷裂與實測異常推斷斷裂對比圖Fig．5 The comparison diagram of inferred faults with waveletanalysis and observed anomaly(a)小波斷裂分析推斷斷裂; (b)實測異常推斷斷裂

圖6 起伏地形上實測ΔT等值線圖Fig．6 ΔT contour map of magnetic anomaly on rugged terrains

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