高精度磁測在吉林西葫蘆溝硼礦找礦工作中的應用

楊 雷

（中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

1 區域地質概況

1.1 大地構造位置

本區大地構造位置處于中朝準地臺(Ⅰ)、遼東臺隆(Ⅱ)、太子河—渾江褶斷束(Ⅲ)、清河臺穹(Ⅳ)。

1.2 工區地層

勘查區區域地層見表1。

表1 勘查區區域地層

1.3 構造

褶皺為劉家鋪子—西葫蘆倒轉背斜，屬于臺上—東葫蘆—礦山村同斜復式褶皺的一部分，是形成硼礦的有利部位。核部為螞蟻河組一段，南翼為螞蟻河組二段和三段。

區內斷裂構造發育，主要有三組，即近東西向推覆斷層，北西向平移斷層，北東向逆沖斷層。其中走向近東西斷層為推覆斷層，被后期斷層錯斷。三組斷層形成順序是：東西向推覆斷層最早，北西向平移斷層次之，北東向逆沖斷層形成最晚，錯斷了東西向及北西向斷層。區內所有斷層對礦層有破壞作用。

1.4 工區地球物理條件

本次物性工作采用非定向標本測量及露頭法直接測量，使用的儀器為捷克生產的SM-30，該設備共有6種模式可以對標本的磁化率進行測量。共采集各類巖石標本283塊。從物性標本及露頭磁性測量結果上看，本次勘探的目的層既不是磁性最高的也不是最低的，是中間偏低的磁性。從測區整體上看，果松組火山巖體整體高磁性；螞蟻河組二段整體表現為低磁性，局部由于夾有斜長角閃巖表現為高磁性。巖石標本磁性測量統計結果見表2。

2 方法技術與質量評價

2.1 方法技術

測網布置在工區內開展了點距20m的地面高精度磁測剖面工作。測線布設方向以前期收集到的相關資料為依據，以基本垂直已知礦體走向為原則，實際工作沿174°布置。

2.2 儀器性能指標

根據規范要求，在野外工作前后要對投入生產的所有設備進行全面的檢驗和校正，內容包括：儀器性能測定、一致性校正、基點選擇、日變站選擇、校正點選擇等。工作中采用加拿大的GSM-19T型質子磁力儀。

表2 磁參數磁化率統計結果

GSM-19T型質子磁力儀主要技術參數如下：

靈敏度：＜0.1nT；

分辨率：0.01nT；

絕對精度：1nT；

動態范圍：10 000～120 000nT；

梯度容限：＞7 000nT/m；

采樣率：每3～60s一個讀數。

2.3 儀器性能檢驗與校正

2.3.1 儀器噪聲水平的測定

在工作區選擇無人為干擾，地電結構較穩定的弱磁區以及日變較小時段做儀器噪聲的測定。為了減小儀器之間的相互影響，將儀器相距＞20m，做近似同步日變觀測。觀測周期選擇5s，連續讀取102個數據，按下式計算每臺儀器的噪聲均方根S。

式中：ΔXi——第i 時的觀測值Xi與起始觀測值X0的差值；

n——總觀測數，i =1、2……n。

開工前與完工后儀器噪聲精度見表3、表4。

表3 開工前儀器噪聲水平試驗

表4 完工后儀器噪聲水平試驗

2.3.2 探頭一致性試驗

所有投入生產使用的探頭均需要進行探頭試驗，將每個探頭編上號，然后用兩臺儀器同時做秒級同步日變觀測，而且使兩臺儀器保持一定的距離，以免互相影響，兩個探頭位置應保持一致，其中臺站型儀器及一個探頭固定不變，即以臺站上的儀器探頭為基準進行比較，另一臺儀器分別輪換同其他兩個探頭相連接，在換探頭時主機不能關機及調諧場應保持不變。每個探頭讀數30次以上，而后分別求取相應與臺站儀器讀數差值，并計算各探頭差值數的算術平均值，比較各個探頭計算的平均值，判斷它們的一致性。通過探頭試驗結果選擇一致性較好的探頭用于野外觀測。

2.3.3 儀器一致性試驗

選擇磁場變化較大地段，無人為干擾地區，布設一條剖面，在剖面上等間距布設50個點，在日變較小時段將生產所需的各臺儀器在該剖面上做2次往返觀測(開始于第一個點，終止于第一個點，并用該點的差值進行混合零點漂移校正。下面的觀測值均指進行了混合零點漂移校正后的值)，要求用全部儀器重復觀測值算出的總觀測均方誤差≤2nT。用下式計算多臺儀器的一致性觀測均方誤差。

式中：ε——多臺儀器的一致性觀測均方誤差；

V(i，j，k)——第k臺儀器在第i個點的第j次觀測值；

V(i)——第i個點所有觀測值的平均值；

m——觀測次數；

P——儀器臺數；

n——觀測點數。

開工前儀器一致性精度總均方誤差為0.311nT，小于總觀測均方誤差2nT，說明儀器的一致性良好，可以保證采集數據的可靠性。完工后儀器一致性精度總均方誤差為1.75nT。

2.3.4 日改精度

取日變變化大的一天數據，按七點圓滑取平均值計算日變改正均方差為0.27nT。

2.3.5 校正點誤差

本次地面高精度磁測工作，每天各臺儀器在校正點開工前與收工后的測量值，經統計計算后，校正點誤差為±0.11nT。

2.4 基點的選擇

本次工作選擇了一個總基點，總基點選擇了測區內四周無干擾的正常場區域，滿足規范要求。

2.5 日變點的選擇與測量

日變點附近無任何磁性干擾物，特別是可移動磁性干擾物，并遠離建筑物和工業設施。本次工作的日變點選擇了測區內四周無干擾的正常場區域，滿足規范要求。

2.5.1 野外磁測工作

磁法資料的野外采集、室內處理與解釋推斷，在執行物探設計的基礎上，嚴格執行DZ/T0071-1993《地面高精度磁測技術規程》、DZ/T0153-2014《物化探工程測量規范》等規范要求。

2.5.2 日變測量

(1) 日變觀測采樣時間間隔20s，測量方式為循環方式，儀器自動測量和記錄。

(2) 日變站的T0值使用總基點的T0值。

(3) 一個工作日內，日變站儀器必須最先啟動，最后停機，并有專人進行負責。

(4) 在日變觀測規程中，負責日變觀測的人員必須隨時注意周圍情況變化，嚴禁任何移動物體接近日變站。

2.5.3 野外測量

本次野外工作采用總場測量方式，觀測參數為磁場總場強度，采用儀器校正點—觀測點—儀器校正點的閉合方式進行。本次測量每天在校正點上早、晚各讀數兩次，校正點早、晚各兩次讀數經過日變改正后的平均值、絕對差值均小于兩倍的觀測均方誤差。操作人員都經嚴格去磁，不會對結果產生影響。在觀測過程中，操作員在遇到相鄰點之間磁場變化較大時進行了重復觀測或檢查觀測，并視情況對測點進行了加密。

2.6 質量評價

2.6.1 測地工作質量評述

本次測地工作的GPS采用集思寶MG7系列，儀器性能如下：

工作溫度：-20～+60℃；

存儲溫度：-30～+70℃；

抗震：1.5m自然跌落至地面；

整機功耗：約0.5W；

存儲：128MB SDRAM，256M NAND Flash；

冷啟動：29s；

實時定位：＜2～5m(2DRMS)；

電源：3 000mAh鋰離子電池；外接接口實現供電切換；

工作時間：10h。

大地工作測量點數約為600個，測地檢查點數為283個，檢查點均勻分布全區。質量檢查比例為47%＞3%，相鄰點距離的相對誤差值公式如下：

算得η=12%，相對誤差＜25%，符合規范要求。

2.6.2 磁法工作誤差計算

本次磁法工作測量點數為598個，質量檢查點數為286個，檢查區域為異常區，分別為13線、11線、7線、5線、3線、1線、0線、4線、6線、8線、10線、12線。按照同點位、不同儀器、不同人、不同時間的“一同三不同”方法進行了質量檢查，質量檢查比例為48%＞3%。

均方誤差計算公式(當個點的觀測次數都算兩次時)：

式中：δi——第i點的原始觀測值與檢查觀測值之差；

i ——第i點上某次觀測值；

n——參與誤差計算的點數。

將質檢數據代入上式中得到ε＝0.544nT＜2nT，滿足規范精度要求。

2.6.3 巖石標本磁性測定質量評述

此次采集標本數為283塊和露頭處物性測量均參與磁性參數測定質量檢查，檢查率100%＞10%。根據算術平均誤差公式：

式中：δAi——第i 塊標本的原始觀測值與檢查觀測值之差；

i ——第i 塊標本的某次觀測值；

n ——為檢查標本塊數。

將標本測量數據代入上式可得u=15.24%＜20%。

2.6.4 磁法工作質量評述

高精度磁測實達及各項分精度均達到規范要求，見表5。

表5 高精度磁測精度統計(nT)

3 磁異常解釋推斷

3.1 異常特征描述

本次地面高精度磁測成果顯示，測區內主要表現為平緩的正磁異常，局部異常特征表現磁異常梯度帶的特征；而測區內低緩的負磁異常區出露的巖性主要為正長花崗巖及二長花崗巖。本次地面磁測工作范圍較小，各項數據進行了日變改正和基點改正，對數據進行了化極以及解析延拓處理，選擇4線和11線的磁測數據進行了磁源深度計算。

3.1.1 磁異常的劃分

如圖1所示，由于測區范圍限制，劃分的磁異常均未封閉，通過地面磁測圈定磁異常4處，編號分別為C1、C2、C3、C4。結合物性標本資料，以低緩的正磁異常區為進一步工作重點區域，通過對磁異常化極前后的對比，可以發現化極后的磁異常范圍呈現向北位移現象，化極后磁異常的形態簡單。具體磁異常描述如下。

C1：位于測區西南，形態不規則，異常面積約0.29km2，表現為平緩的正磁異常，幅值0～200nT，局部出現梯度變化較大的正負磁異常，幅值在-200～1 000nT。初步推斷引起該異常的主要原因為正長、二長花崗巖中局部夾斜長角閃巖。該異常區域地表見小面積螞蟻河組地層。

C2：位于測區中南部，形態不規則，異常面積約為0.24km2。異常為平緩正異常，幅值在100～200nT，局部出現400～700nT的高磁異常。異常的范圍界線與輝長巖脈巖的界線大約一致。推斷引起該異常的主要原因為基性巖，該輝長巖巖體磁性相對較高，與含硼地層無關。

圖1 化極后ΔT等值線平面圖

C3：位于測區以西，東側未封閉，表現為東西兩個較高的正磁異常圈閉，異常幅值在150～500nT，局部峰值1 440nT，該異常區西側地表主要出露螞蟻河組二段地層，異常區的東側出露有果松組安山巖及玄武巖，因此，引起該異常的原因是火山巖中具有高磁特征的暗色礦物。該異常區域的西側經過地表工程見6條含硼的礦體，而通過物性測量統計結果分析可知，含硼的巖礦石標本常見值磁性相對較弱，因而該異常對含硼地層的劃分不具備指導作用。

C4：位于測區東北部，東側未封閉，表現為相對較高的正磁異常，異常幅值在100～200nT，局部峰值達到800nT左右，通過地質測量，該異常區南部地層為螞蟻河組二段，二段內磁性較高的巖性為斜長角閃巖，推斷該異常是由螞蟻河組二段地層中磁性相對較高的斜長角閃巖引起的。

3.1.2 ΔT剖面平面圖解釋

如圖2所示，多數剖面兩端磁性高，中間低，高磁異常推斷為螞蟻河組二段地層中斜長角閃巖及果松組火山巖引起的高磁異常，低磁異常則主要反映了花崗質片麻巖、淺粒巖、大理巖的磁性特征，由于大理巖與含硼蛇紋石化大理巖在磁性方面沒有明顯的差異，因而劃分難度較大。

3.2 磁異常位場轉換處理

為了進一步在定性分析基礎上建立礦體深度概念，也就是在定量的角度上估算礦體頂板埋深，通過RGIS剖面磁源深度計算，本系統采用功率譜方法計算磁性場源體深度。功率譜方法是對磁異常數據進行傅里葉變換，再計算變換后的對數功率譜。對數功率譜曲線的特點是：深源場響應的低頻段快速衰減，而近地表場源的響應曲線下降較緩。依據功率譜對頻率的關系可以近似計算磁性體頂面的平均深度。該功能模塊主要用于通過剖面異常進行粗略計算，對于孤立異常，結果基本可靠。

這種常規計算的是磁性較高斜長角閃巖的磁源深度，而根據物性特征可知，含硼地層表現為弱磁性特征，因而高磁異常對在本地區尋找含硼地層的指示作用十分有限。

圖2 ΔT剖面平面圖

4 分析結論

(1) 本區巖礦石標本、露頭磁性測量結果說明目的體與圍巖的磁性差異不明顯，但開展高精度磁法測量工作劃分了巖體、斷裂構造及地質界線，為下一步工作提供了部分構造信息。

(2) 結合物性測量和巖樣鑒定的成果，對勘查區內地面1/1萬高精度磁測圈定的4處異常區進行分析。

(3) 該區域內含硼巖(礦)石類型為硼鎂石—蛇紋石型，其中不含磁鐵礦化、磁黃鐵礦化，其巖石標本的磁性特征表現為變化較平緩的弱磁異常。因此，在本次工作中，地面高精度磁法不具備利用磁場變化圈定異常體的地球物理條件，磁異常對下一步地質工作不具指導意義。