高精度磁測在老礦山深部及外圍找礦中的應用

梁源珠，陳永寧，汪 曉，王利民

(安徽省地質調查院，安徽合肥230001)

地質勘查經過數十年的高速發展，出露地表及淺層的礦產已越來越少，找礦的難度也越來越大，為滿足國民經濟發展要求，急需開展深部隱伏礦產勘查工作［1］。磁法勘探以巖石磁性差異為基礎，探測地層、巖性的不同磁性，通過磁異常來推斷地質構造或地層空間分布情況，是物探最常用的方法之一[2]。高精度磁測儀器的靈敏度提高了，比常規的磁測擁有更高的精度，因此其解釋的準確度也提高了，該方法在直接或間接找礦中具有更廣泛的應用［3］。

霍邱張莊鐵礦從開采至今已有幾十年，面臨產量下降甚至資源枯竭的現象，為補充后備資源，實現資源可持續性開發，需開對礦山礦產資源進行新一輪的勘查工作。因此根據實際工作要求，布置高精度磁法勘探工作，對其深部及外圍進行礦體探測。

1 高精度磁法勘探的原理

地面磁法勘探是指通過儀器觀測地下介質的磁性差異，進而獲取地下介質分布信息的一種勘探方法。具有磁性的巖(礦)石和其它地下物體,因為其感應磁化強度、剩余磁化強度，以及它們的埋深、形狀、規模等因素差異的影響，能在地表產生不同的磁場。通過磁測儀器觀測,解譯磁場異常，達到直接或間接的找礦目的[4]。

高精度磁測工作是指磁測總誤差小于或等于5nT的磁法測量工作。磁測總誤差是觀測均方誤差（含測點觀測及點位誤差、儀器噪聲均方誤差、儀器一致性誤差）、日變改正、總基點、正常場與高度等各項改正誤差的總和[5]。實際工作中，設計總誤差一般為5nT,其誤差分配見表1。

表1 磁測精度分配統計表

2 成礦地質特征和地球物理特征

2.1 成礦地質特征

霍邱鐵礦田由包括張莊鐵礦在內的數個鐵礦組成。霍邱鐵礦田北部為華北地臺，西部為小秦嶺北坡—豫中—皖中的基底構造，大部分區域是第四系覆蓋區，僅在西南部分布有少量的青白口系八公山群、震旦系徐淮群和寒武系地層，覆蓋區基巖以新太古界霍邱群變質巖系和部分中生代地層為主，其中霍邱群、八公山群是主要的含鐵層位[6]。

區內基底褶皺形成于2個時期，早期主要是緊閉型的復式褶皺，走向為南北向；晚期則為平緩開闊型褶皺，走向為東西向。區內斷裂構造都較發育，分布有較多斷層、節理、裂隙和片理等。區內巖漿巖較發育，主要有花園組的中基性噴發巖；呂梁期構造運動生成的混合花崗巖；以及分布在草樓、吳集和重新集等礦床內的小型巖體。據前人研究的資料表明，霍邱凹陷可能是一個規模較大的花崗巖彎隆，而吳集和重新集礦床往東的大片區域，可能是一個火山沉積凹地（馬連民等，1992；桑寶梁等，1981；陳靜靜等，2010）。

2.2 地球物理特征

2.2.1 巖石磁性特征

礦區分布的地層主要有吳集組和周集組地層。吳集組下段主要巖性是角閃斜長片麻巖間夾斜長角閃巖；上段為斜長角閃巖、角閃黑云斜長變粒巖及角閃石英磁鐵礦。周集組下段主要巖性是黑云斜長變粒巖、混合巖及閃石類石英磁鐵礦層；上段是云英片巖、磁-鏡鐵礦層等；最頂部是白云巖大理巖。兩組地層中一些典型巖石的磁性參數見表2。

表2 霍邱礦集區吳集組和周集組巖礦石物性統計表

2.2.2 航磁特征

覆蓋測區的1∶5萬航空磁力測量成果，反映了本區磁場特征，見圖1。區內有NE方向的異常帶穿過，長度超過30km，正負異常伴生特征明顯，異常上分布有多處礦產地。異常可分為南北兩部分：南部異常為近你南北向呈“串珠”狀分布，負異常環繞正異常，異常中心強度達3000nT以上，區內分布有周油坊礦、范橋礦、草樓礦等鐵礦；北部異常為完整的帶狀異常，異常規模大，異常中心強度達3500nT以上，區內分布有張莊礦、周集礦等鐵礦。磁場往東、往西均逐漸減弱，位于磁梯度帶及扭轉變換的區域也有少量礦產地分布，如李集礦、李老莊礦。低磁背景較平緩，無雜亂或明顯跳躍現象，磁場在0～-300nT之間，與無磁沉積巖分布相符。

本次剖面（L1、L2）所在位置為張莊磁高異常區，該局部異常平面呈橢球狀，走向北東，異常中心即為已在開采的張莊鐵礦，其北西側為負異常所伴生，且異常規模超過了正異常；其東北側、東側為等值線較緩的正異常，亦為北東向分布。

圖1 張莊地區航磁異常圖（附剖面位置）

3 磁測方法及數據處理

3.1 野外工作方法技術

磁測儀器為加拿大的GSM-19T，該儀器是一種高靈敏度的磁測量裝置，其觀測值即該時段該觀測點的地磁場總強度T。在野外生產開始前、結束后均按高精度磁測技術規程要求進行儀器性能測定，選擇符合條件的基點、日變站、校正點。野外作業觀測探頭高度1.9m，觀測過程中如遇到干擾，合理進行避讓，相鄰測點數值變化大時，進行重復觀測，并做記錄，保證觀測質量。質量檢查堅決遵循“一同三不同”原則。

3.2 數據處理

原始數據是以野外觀測值經日變改正、基點改正、高度改正和正常場改正后獲得的數據（ΔT）為基礎。正常場改正采用2010年高斯球諧系數，并考慮年變率。使用中國地調局軟件Rgis2012進行ΔT的化極和局部、區域場異常的分離處理。磁場的局部異常和區域異常的分離采用小波多尺度分解方法，經對比選取分解尺度為三階。

4 磁測成果解譯

張莊地區的局部磁異常主要為該處鐵礦體引起，該礦體賦存于周集倒轉向斜的西翼。由于該向斜西翼也發生倒轉，巖層向西傾斜，礦體也隨著埋深加深，也由東向西延伸，所測磁場值也隨之減弱。而霍邱地區大型鐵礦主要分布于周集向斜的西翼，其中已知礦外圍的一些低值、負值異常也有可能因為礦體埋深加深、不連續等引起，故對低值負值異常亦需要引起關注。對2條剖面進行解譯，并對L2剖面異常做了反演推斷。

4.1 L1剖面磁異常特征及解釋

L1剖面經過張莊局部磁異常的北東端，與異常走向垂直。自西向東（最西端為0m），地磁ΔT曲線緩慢下降，至5500m后達最低值，之后呈陡直上升趨勢，直至6000m后變為緩慢上升，并在6700m處達到峰值，進而總體呈緩慢下降趨勢，只在8200m左右存在一個次級峰值，推斷為二級疊加異常引起，見圖2。化極之后異常向西位移約200m，幅值提高較大，多級異常疊加特征更為明顯。經小波分解后，區域場和局部場分離，地磁化極在5900m、6500m和8100m附近形成3個局部異常。5900m處異常峰值最高，達360nT,且西側伴生有負異常，東側則為峰值較低6500m處的局部異常；8100m處的異常則基本對稱分布，但峰值不高，不到100nT。此外，對地磁化極進行了一階導數處理，其峰值出現在5600m左右，說明引起礦體或構造的邊緣就在該位置附近。

圖2 L1剖面磁測異常圖

4.2 L2剖面磁異常特征及解釋

L2剖面經過張莊局部磁異常的中心，與異常走向垂直。該剖面為典型的異常對稱剖面，剖面兩端異常曲線較平緩，僅在中部6500m處出現一個異常，異常峰值達5700nT,該位置對應的即為張莊鐵礦位置，見圖3。化極之后異常向西位移不大，但是幅值提高很大，達8000nT，表現為明顯礦致異常。經小波分解后，區域場和局部場得到了分離，三階細節異常顯示出淺部存在磁性體，與已知礦對應。而三階逼近異常反映出深部依然有磁性體存在的可能。依據上述定性分析認為該磁異常除淺部已知礦體外，深部還存在磁性鐵礦體。為此，對該異常進行了定量計算。

對該剖面地磁化極三階細節異常進行2.5度反演，根據已知的地質資料和物性參數，建立反演模型， 見圖4。

圖3 L2剖面磁測異常圖

圖4 L2地磁化極小波分解三階細節異常反演推斷圖

給定鐵礦體的磁化率60000×10-6SI,定量反演結果顯示：已知礦體西側深部及東側即向斜的東翼深部均存在磁性鐵礦體，2處鐵礦體埋深較大，主體在1000m以下，傾向與傾角與已知礦體基本一致。由圖中可知，擬合曲線與實測曲線吻合得較好。

據地質資料，吳集巖組主要分布向斜兩翼，礦體的多層性、復雜性給予了異常的疊加和高值特征。反演的過程中，給定的參數部分是人為設定的，部分參考地質斷面信息，因而在模型埋深、規模上和實際情況有一定的差異。

5 結語

通過位于張莊鐵礦磁異常2條磁剖面勘查，更加明確了礦體埋藏位置與磁異常的對應關系，有利于分析判斷老礦山礦體的外延情況。一般而言，離礦體越近，異常曲線就越高陡；離礦體越遠，異常曲線就顯得越低緩。雖然本地區已經在較淺部探明了鐵礦，但是深部就較大的礦體在地表亦可能只有微弱的磁異常，故在已知礦深部，早期褶皺的疊加復合部位可能隱伏有“深部霍邱鐵礦”。因此存在較好的深部及外圍找礦前景。

[1] 宋雷,黃家會.地質雷達用于探測煤田自燃區的研究[J].煤炭科學技術,1999,27(12):23-24.

[2] 李才明,邵昌盛,唐小兵,等.云南相大銅鉛鋅多金屬礦區高精度磁測異常特征及解釋[J].成都理工大學學報：自然科學版,2009（2）:210-215.

[3] 王建文，等.地下煤層自然區地震勘探研究[J].上海地質,2010（4）.

[4] 西安地質學院.磁法勘探[M].北京:地質出版社,2008:6-16.

[5] 中國地質調查局.地球物理勘查[R].2006:72-93.

[6] 陸三明,樓金偉,李茂章,等.安徽省霍邱鐵礦區及外圍鐵礦成礦規律及潛力研究[J].安徽地質，2014,24(2):94-98.