利用高精度重磁法對“羊里磁異常”的解釋探討

曹秀華,臧凱,王強,曹亞陽,孟慶旺

(山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013)

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技術方法

利用高精度重磁法對“羊里磁異常”的解釋探討

曹秀華,臧凱,王強,曹亞陽,孟慶旺

(山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013)

“羊里磁異常”自1967年發現以來，由于所處地質環境為矽卡巖型鐵礦成礦有利地段，且緊鄰已知的溫石埠鐵礦，以及“羊里磁異常”規模較大且具備低緩磁異常的特點，一直受到地質界的廣泛關注，地勘單位在該區做了大量的鐵礦找礦工作，但對“羊里磁異常”勘查中一直未取得突破性進展，該文從高精度重磁角度對“羊里磁異常”進行了定量解釋以及定量計算，并通過鉆探驗證等技術手段，進一步推斷“羊里磁異常” 是由古近紀含磁鐵碎屑的砂礫巖以及閃長巖共同引起的，對該異常的認識更進了一步。

高精度重磁；羊里磁異常；矽卡巖型鐵礦；山東萊蕪

萊蕪地區是山東省重要的富鐵礦區之一，20世紀50年代已做過較系統的找礦工作，發現了大小十多個鐵礦床，并圈出了區內火成巖體的分布，對外圍一些異常也進行了不同程度的驗證，取得了明顯的地質效果。萊蕪式矽卡巖型鐵礦的成礦，主要受構造、巖漿巖和圍巖等因素的控制。“羊里磁異常”位于萊蕪市西北約18km處，為一規模較大的低緩磁異常，緊鄰泰山-孝義斷裂，且所處地質環境為矽卡巖型鐵礦成礦有利地段，因而備受地質界的關注，然而對該異常的認識一直未取得突破性的進展，該次利用重磁相結合的物探技術手段，結合鉆探驗證結果對“羊里磁異常”進行了較為系統的研究①，對“羊里磁異常”的認識更進了一步，其解釋更符合地質規律[1]。

1 區域地質概況及地球物理場特征

1.1 區域地質概況

圖1 萊蕪盆地基巖地質構造略圖

“羊里磁異常”所在大地構造位置為華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(Ⅱ)、魯中隆起(Ⅱa)、新甫山-萊蕪斷隆(Ⅱa6)北部邊緣泰萊凹陷(Ⅱa61)，區內出露地層主要有寒武—奧陶系、石炭—二疊系、侏羅—白堊系、古近系及第四系。多出露于泰萊斷陷萊蕪盆地邊緣，盆地中心為第四系和古近系所覆蓋。區內構造以斷裂為主，褶皺次之，主要屬中生代以來構造運動的產物。塔子-石門官莊EW向斷裂、萊蕪弧形斷裂、礦山帚狀構造為該區代表性主構造，三者組合構成盆地的基本構造格架(圖1)。它們不僅控制了盆地的形成與發展，而且控制了主要礦產的生成。區域巖漿活動主要表現為閃長巖雜巖體及各種脈巖的侵入。出露較大的巖體有2個，即礦山巖體、金牛山巖體，均屬燕山晚期巖漿活動的產物[2]。其次是喜山期的輝長—輝綠巖、橄欖輝綠巖及苦橄玢巖等脈巖。

1.2 區域地球物理場特征

1.2.1 區域航磁特征

圖2 區域航磁異常圖

羊里地區航磁異常區域異常分為西南部負磁異常和東北部的正磁異常。西南部負磁異常比較低緩雜亂，分析為無磁性的沉積巖和灰巖反映。東北部正磁異常為中生代燕山晚期多期次中酸性巖的磁異常反映，其中在正磁場北端有條帶狀高磁異常，異常峰值達700nT，異常長軸15km，短軸2.9km，分析為泰山巖群老變質巖地層反映。正磁異常南端有橢圓狀南北向磁異常，異常峰值750nT，異常長軸8.8km，短軸2.5km，分析為中生代燕山晚期中基性火山巖的磁異常反映。羊里地區處于航磁正負異常交替位置[3]。

1.2.2 區域重力異常特征

羊里地區區域重力異常變化特征表現為NE方向重力低異常梯級帶處，異常呈橢圓狀，幅值(-30～-40)×10-5m/s2。反映了區域上燕山期侵入巖的分布及盆地內沉積地層由南東向北西由薄逐漸變厚。梯度帶受盆地邊緣控制，在勘查區西北側有局部重力高，推斷為泰山巖群老變質巖反映，高值為-22×10-5m/s2，而勘查區東北為局部重力低，最低為-32×10-5m/s2，推斷為泰山—徂徠山—蒙山一帶酸性中酸性巖漿巖反映。預測區東南側有一等軸狀重力高異常，異常峰值為-20×10-5m/s2，為萊蕪基性巖反映。羊里勘查區位于重力低異常的梯級帶處，重力異常梯級帶與地表泰山-孝義斷裂對應[4-6]。

圖3 區域布格重力異常圖

2 羊里地區重磁場特征及地質解釋

2.1 磁場特征

由圖4可以看出勘查區磁場分布特征較為明顯，大致以泰山-孝義斷裂為界分為南北2個磁場區，斷裂以南磁場分布較為平穩，表現出由南往北磁場緩慢平穩升高的特點，命名為羊里鎮平穩磁場區。斷裂以北磁場強度相對升高，表現出雜亂的高異常磁場特點，命名為西溫石-紅嶺子雜亂高磁場區。除此之外，在泰山-孝義斷裂的兩側以及勘查區的西北部為局部高磁異常區。

(1)羊里鎮平穩磁場區。該區磁場分布較為平穩，由南往北表現出平穩緩慢升高的特點。ΔZ強度在120～320nT之間，經以往及該次鉆孔資料可知，古近紀砂礫巖由南往北逐漸變薄，并且其砂礫巖中磁鐵碎屑的含量依次增高，經該次實測砂礫巖的磁性較高，其κ值在(1020～3125)×10-5SI，由此可見這種磁場特征主要是古近紀砂礫巖引起。燕山晚期泰山-孝義斷裂形成以后，由于受到剝蝕作用，靠近斷裂地段堆積剝蝕的磁鐵碎屑較多，往南由于搬運作用減弱，其含磁鐵碎屑較少，因而其磁性也在減弱。另外在勘查區的西北部，塊狀以及串珠狀的局部高磁異常，主要是由磁鐵礦引起，如“溫石埠高磁異常”等；而泰山-孝義斷裂兩側磁異常主要為古近紀含磁鐵碎屑引起，如“羊里磁異常”。

(2)西溫石-紅嶺子雜亂高磁場區(圖4)。該區磁場強度較南區相對升高，表現出雜亂的高異常磁場特點，ΔZ強度在320～560nT之間。斷裂以北主要為新太古代中粒二長花崗巖出露，局部可見閃長巖巖體，因此推斷該雜亂的高磁異常主要為新太古代中粒二長花崗及閃長巖巖體引起[7-9]。

圖4 垂直磁測ΔZ等值線平面圖

2.2 重力場特征

由圖5可以看出勘查區布格重力異常分布較簡單，同樣以泰山-孝義斷裂為界分為南北2個部分，南部布格重力異常較低，具體表現為南低北高的特點，布格重力異常等值線表現為往北彎曲的弧形，有密度參數可知第四系的平均密度為1.71kg/m3，砂礫巖的平均密度為2.51kg/m3，其密度相對較低，并且第四系與古近紀砂礫巖由南往北逐漸變薄，因此該區布格重力異常的分布形態主要為第四系與古近紀砂礫巖的反映。北部布格重力異常高，布格重力異常等值線同樣表現為往北彎曲的弧形，新太古代中二長花崗巖的平均密度為2.72kg/m3。并且由南往北其埋深變淺，由此推斷該區主要為新太古代老地層的反映。在溫石埠采礦區的南部有一局部布格重力低異常區，推斷該低重力局部異常主要由萊鋼溫石埠采空區或者為侵入巖巖體引起。

圖5 布格重力異常等值線平面圖

由圖6可以看出，大致以泰山-孝義斷裂為界，斷裂的北部剩余布格重力異常相對較高，反映出密度相對升高的太古代老地層，而南部相對較低主要為第四系以及古近紀砂礫巖的反映。局部磁異常(“羊里磁異常”、“羊山異常”)部位存在部分剩余重力異常，其值主要集中在0.15×10-5m/s2，主要為古近紀砂礫巖中含磁鐵礦碎屑，局部密度相對升高引起的。

圖6 剩余布格重力異常等值線平面圖

2.3 斷裂構造的推斷解釋

依據磁場與重力場推斷斷裂的原則，結合區域地質圖，對勘查區內斷裂構造進行了重新劃分，發現泰山-孝義斷裂在勘查區內由NE向與NW向的3條斷裂組合而成。其次新推斷了孟家洼斷裂，并對溫石埠斷裂進行了修正(圖7)。

圖7 Δg0°方向水平一階導數等值線平面圖

泰山-孝義斷裂：依據重力與磁法推斷斷裂的原則，該斷裂在勘查區內由NE向與NW向的3條斷裂組合而成，為西、中、東3段，其物探特征較為明顯，現分述如下：

西段位于胡家泉村以南約200m，走向NE約63°，區內控制長度約1.5km，在布格重力異常平面圖上該段為重力場的梯級帶反映，在0°方向水平一階導數平面圖上該斷裂表現為場的異常帶，在垂向一階導數平面圖上該斷裂表現為2種場的分界線，斷裂以北重力場較為雜亂，以南較為平穩，反映出斷裂南北兩側巖性的不同。在ΔT等值線平面圖上為走向穩定的不同區域磁場的交接帶反映，亦斷裂兩側不同巖性的反映，據鉆孔資料，斷裂以南推斷為古近紀砂礫巖，斷裂以北推斷為中細粒二長花崗巖。

中段位于孟家洼村的東南約50m，走向NE約65°，區內控制長度約600m，在布格重力異常平面圖上該段為重力場的梯級帶反映，在0°方向水平一階導數平面圖上該斷裂表現為高值異常帶的連線，在垂向一階導數平面圖上該斷裂表現為2種場的分界線，斷裂以北重力場較為雜亂，以南較為平穩，反映出斷裂南北兩側巖性的不同，在ΔT等值線平面圖上表現為不同區域磁場的交接帶反映。亦斷裂兩側不同巖性的反映，結合鉆孔資料，斷裂以南推斷為古近紀砂礫巖，斷裂以北推斷為二長花崗巖。

東段位于泉子溝村南約500m，走向NW約295°，區內控制長度約2.0km，在布格重力異常平面圖上該段為重力場的梯級帶反映，在0°方向水平一階導數平面圖上該斷裂表現為高值異常帶的連線，在垂向一階導數平面圖上該斷裂表現為2種場的分界線，斷裂以北重力場較為雜亂，以南較為平穩，反映出斷裂南北兩側巖性的不同，在ΔT等值線平面圖上表現為不同區域磁場的交接帶反映，亦斷裂兩側不同巖性的反映。結合鉆孔資料，斷裂以南推斷為古近紀砂礫巖，斷裂以北推斷為二長花崗巖。

孟家洼斷裂：該斷裂位于孟家洼村以南約40m，走向NW約310°，區內控制長度約1.0km，為該次新推斷斷裂，在布格重力異常平面圖上該段為重力場的梯級帶反映，在0°方向水平一階導數平面圖上該斷裂表現分為南北兩段，北段為高值異常帶的連線反映，在ΔT等值線平面圖上表現為場的錯動，南段表現為場的錯動，在ΔT等值線平面圖上表現為串珠狀磁異常帶的反映，在垂向一階導數平面圖上該斷裂表現為場的錯動，反映出由南往北砂礫巖與花崗巖中發育斷裂的特點。

溫石埠斷裂：該斷裂位于北付家莊以北約150m，走向NW約310°，區內控制長度約600m，在布格重力異常平面圖上該段為重力場的梯級帶反映，在0°方向水平一階導數平面圖上該斷裂表現為場的錯動，在垂向一階導數平面圖上該斷裂表現為場的錯動，在ΔT等值線平面圖上表現磁異常沿走向線異常帶，主要為砂礫巖的反映[10]。

3 羊里磁異常的重磁場特征

3.1 羊里磁異常的物探特征

羊里磁異常位于萊蕪斷陷盆地北部的泰安-孝義弧形斷裂帶附近，具備尋找接觸交代型鐵礦的地質條件，勘查區西側及北側緊鄰正在開采的溫石埠鐵礦區。通過收集該區以往的地質、物探資料，特別是物探磁測資料，發現該區磁異常整體反映較好。在1∶5萬航磁及1∶2.5萬地面磁測中均有明顯局部高值異常顯示，尤其是在1968年山東省地質局803隊完成的萊蕪北部地區1∶1萬地面磁測工作中，進一步詳細圈出了該區的高值磁異常分布，主要分布于勘查區的中北部，其中在西北側圈出了“羊里磁異常”(圖4)，異常大致以ΔZ=440nT的等值線圈閉，該異常內其形態較為雜亂，呈近NE向的“長茄狀”，東西長約1.5km，南北寬約0.8km，面積約為1.2km2，ΔZ峰值約為630nT，該異常整體表現為平緩正值磁異常特點，在該次完成的1∶1萬布格重力異常圖上，該異常處在重力梯級帶上，在剩余布格重力異常圖上，羊里磁異常的北部存在一定的剩余重力異常，其形態為“長條狀”，剩余布格重力異常的幅值為0.2×10-5m/s2，推斷該剩余布格重力異常是由含較多磁鐵礦碎屑的古近紀砂礫巖引起，該次施工鉆孔ZK01中砂礫巖厚度為259.71m，砂礫巖的底部含磁鐵礦碎塊較多，因此其磁性與密度會相應增加。砂礫巖下面是閃長巖體，其厚度為19m，之后見到兩層鐵礦體，其礦體的總厚度為2.51m。其下面為大理巖或灰巖，但在ZK01周邊施工鉆孔未見到磁鐵礦體，由此推斷“羊里磁異常”為古近紀砂礫巖以及局部小范圍內的磁鐵礦共同引起。此外，在勘查區東北側的泉子溝村南一帶，還雜亂分布有一些面積較小的平緩正值磁異常“羊山異常”。“羊山異常”ΔZ強度一般在400～600nT，與“羊里磁異常”特征基本相似，并處于相同的地質構造背景內，僅是規模較小，在該次的布格重力異常圖上該異常同樣處在重力異常的梯級帶上，剩余布格重力異常圖上，該磁異常上同樣存在一定的剩余布格重力異常，其形態呈“串珠狀”，布格重力異常幅值為0.6×10-5m/s2，由于工作量限制，未對“羊山異常”開展鉆探驗證，但根據“對羊里磁異常”的鉆探以及定量計算情況，推斷其可能由深部隱伏的局部磁鐵礦以及古近紀砂礫巖共同引起[4]。

3.2 羊里磁異常與已知溫石埠磁異常對比

溫石埠礦異常(圖4)，位于溫石埠村南及胡家泉村西北，分別定為Ⅰ，Ⅱ號異常，這2個異常都已進行過勘探。其中Ⅱ號異常的礦體與異常形態一致。而Ⅰ號異常呈狹窄的帶狀。溫石埠Ⅰ號異常出現3個封閉異常，其中東側2個異常被500nT等值線圈閉起來，西側異常峰值2800nT。以440nT等值線為邊界，圈出溫石埠Ⅰ號異常，異常呈NE向，呈串珠狀，長軸650m，短軸330m。北側等值線陡，南側等值線寬緩。Ⅱ號異常為正負伴生異常，異常正峰值2400nT，負峰值-700nT，異常呈囊狀，大小約250m×260m。負異常位于北側，根據鉆孔勘探結果主礦體埋深102m近似橢球包體，磁性體向北傾斜。

羊里磁異常為低緩磁異常，并且其異常內形態雜亂，而溫石埠異常為尖銳的磁異常，從形態和峰值上2個異常的磁場特征明顯不同。說明羊里磁異常的形成與溫石埠截然不同，引起“羊里磁異常”的磁性體的埋深以及磁性體的分布狀態存在差異[6]。

4 羊里磁異常的推斷解釋

該區施工鉆孔10個，可以看出，古近紀自西往東逐漸變薄，并且ZK03，ZK04，分別在孔深318.5m,644.52m見到新太古代中細粒二長花崗巖，根據這2個鉆孔基本確定了萊蕪盆地的北部邊緣及底界。對古近紀砂礫巖標本進行了磁性測定，發現其磁性較強，并且深部明顯偏高(圖8)。

P4線位于羊里鎮的西北部，孫官莊村—西溫石村之間，測線方位角為340°，工作比例尺為1∶2000，點距為10m，測線長2.42km，編號為100～342點，圖8為P4線△T、△T化極以及△gB剖面圖，從圖上可以看出△T剖面線大致分為3個區段。

100～220點段:100～184點由南往北ΔT平穩升高，磁場值在-90～110nT之間，184～220點由南往北ΔT迅速下降，磁場值在110～-140nT之間，區段內形成明顯的低緩磁異常，該段主要為羊里磁異常的反映，經ΔT化極后，異常峰值位置往北移動約160m，其異常寬度相對減小，在布格重力異常剖面圖上100～160點布格重力異常平緩升高，異常值在(-27.8～-24.0)×10-5m/s2之間，160～220點布格重力異常迅速升高，異常值在(-24.0～-19.0)×10-5m/s2之間，表明引起羊里磁異常的磁性體埋藏相對較深，并且磁性體的磁性以及密度由南往北逐漸增強，并且磁性體的主要分布在160～220點之間，結合鉆孔資料，推斷引起該段的主要原因為含磁鐵礦碎屑的古近紀砂礫巖。

220～260點段:該段內ΔT變化相對平穩，其磁場值略高于兩側，經ΔT化極后曲線略往北移動，在布格重力異常曲線上該段自南往北緩慢上升，異常值在(-19.0～-18.5)×10-5m/s2之間，其密度變化相對較小，表明該段內其磁性體磁性分布較均勻，埋深相對較淺，推斷為閃長巖與二長花崗巖的綜合反映。

圖8 羊里地區P4線△T、△T化極以及△gB剖面圖

260～342點段:260～308點磁場變化較為平穩，ΔT強度集中在-50nT左右，在布格重力異常曲線上，該段較為平穩，異常值集中在-16.5×10-5m/s2左右，表明其磁性以及密度變化較小，結合搜集到的鉆孔資料，推斷為新太古代中細粒二長花崗巖，在308～314點形成明顯的高磁異常，ΔT峰值強度220nT左右，并且北部伴有明顯的負磁異常，在布格重力異常曲線上，該段較為平穩，異常值集中在-16.5×10-5m/s2左右，表明引起該異常的磁性體規模較小，埋深較淺，結合搜集到的鉆孔資料，引起該異常的主要原因為局部的板狀磁鐵礦。

經施鉆驗證，在ZK01孔見有2.51m矽卡巖型磁鐵礦，經進行井中三分量磁測，ZK01孔于295～305m檢測到1處較高發散狀磁異常，對應所發現矽卡巖性磁鐵礦。其他鉆孔未檢測到明顯的磁異常，其次在鉆孔ZK03,ZK04中檢測到較多的局部單點磁異常，主要為中細粒二長花崗巖中局部角閃石富集引起。

模型建立機制:泰山-孝義斷裂形成以前，該區地質模型主要為在新太古代中細粒二長花崗巖的南部沉積寒武紀—奧陶紀灰巖，然后在燕山早期巖漿活動劇烈，閃長巖巖體發生侵入，形成局部矽卡巖型磁鐵礦，此時地形相對平坦，在燕山晚期以后泰山-孝義斷裂形成，傾向SE，傾角大約80°，上盤下降形成萊蕪斷陷盆地，斷裂以北盆地的邊部由于受到風化剝蝕，在重力作用下在斷裂的南部堆積，形成含磁鐵礦碎屑較多的古近紀砂礫巖，然后繼續沉積，直至新生代第四系形成。

依據模型的建立機制，對P4線進行定量反演計算，反演結果表明：泰山-孝義斷裂以北主要為新太古代中細粒二長花崗巖，斷裂以南底部主要為寒武紀—奧陶紀灰巖，埋深在-800～-1150m，其上為古近紀砂礫巖，其埋深在100～-800m，由南往北逐漸變薄，并且靠近泰山-孝義斷裂一側含磁鐵礦碎屑較多，磁性及密度相對較大。

依據該模型進行反演其擬合度較高(圖9)，與鉆孔ZK01驗證結果對應較好，施工鉆孔中均見到閃長巖巖體，由此推斷“羊里磁異常”為古近紀含磁鐵碎屑的砂礫巖以及閃長巖共同引起的。由于受到風化剝蝕作用，“羊里磁異常”北部可能存在未被剝蝕的矽卡巖型磁鐵礦礦床，但是具有一定規模的鐵礦床形成的概率較小，不宜繼續投入大規模找礦工作。

圖9 羊里地區P4線重磁反演剖面圖

5 結論

通過高精度重磁測量，結合以往地面磁測以及鉆孔資料，對區內泰山-孝義斷裂進行了重新劃分，泰山-孝義斷裂在勘查區內為NE向與NW向的3條斷裂的組合斷裂，而非弧形斷裂。鉆孔ZK03和ZK04分別在318.50m及650.73m見到新太古代晚期的中細粒二長花崗巖，基本確定了萊蕪盆地的北部邊緣的具體位置及底界[9]。

通過該次工作發現，勘查區古近紀官莊群大汶口組為一套山前沖洪積扇礫巖為主的重力流堆積，其礫石大小不等，巨礫至細礫皆有，礫石成分為灰巖、花崗巖、磁鐵礦石等，對巖心標本的磁性測定發現該砂礫巖具有較高的磁性，足以導致局部較高的

磁異常，結合該次及以往鉆孔資料，并通過定量反演計算知，“羊里磁異常”主要為古近紀含磁鐵碎屑的砂礫巖引起的，對“羊里磁異常”的認識更進了一步，其解釋更符合地質規律，對該區矽卡巖型鐵礦的勘查具有重要借鑒意義[10]。

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Explanation and Study on High Precision Gravity and Magnetic Method for " Yangli Magnetic Anomaly "

CAO Xiuhua, ZANG Kai, WANG Qiang, CAO Yayang, MENG Qingwang

(Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute, Shandong Jinan 250013, China)

“Yangli magnetic anomaly” was found in 1967. Because its geological environment is favorable area for skarn type iron deposit, and it is close to Wenshibu iron deposit, its large scale and the characteristics of weak magnetic anomalies, it has attracted wide attention of geologists. Many geological units have carried out a large number of iron ore prospecting work in this area, but there is no breakthrough to “Yangli magnetic anomaly”. From the view of high precision gravity and magnetic anomalies, quantitative interpretation and quantitative calculation have been carried out to “Yangli magnetic anomaly”. Through drilling and other technical means, it is furtherly inferred that “Yangli magnetic anomaly” are caused by Paleogene magnetite clastic sand conglomerate and diorite.

High precision gravity and magnetic field; Yangli magnetic anomaly; silicon iron deposit

2016-04-28；

2016-07-14；編輯：陶衛衛

曹秀華(1962—)，男，濰坊諸城人，高級工程師，主要從事物化探找礦工作;E-mail：mqwsjz@163.com

P631.2

B

曹秀華,臧凱,王強,等.利用高精度重磁法對“羊里磁異常”的解釋探討[J].山東國土資源，2016,32(11)：58-64.CAO Xiuhua, ZANG Kai, WANG Qiang,etc.Explanation and Study on High Precision Gravity and Magnetic Method for " Yangli Magnetic Anomaly "[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(11)：58-64.

①山東省物化探勘查院，曹秀華、孟慶旺、王強等，山東省萊蕪市萊城區羊里地區鐵礦普查報告，2015年。