高精度磁法在毛條山金屬礦地質環境中的應用*

田建榮，高立兵

（甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅 金昌 737100）

民勤縣毛條山一帶鐵多金屬礦勘查區位于潮水盆地東部，北部為北大山山脈之東延余脈。由于礦區多被沙漠（主）和戈壁（次）占據覆蓋，露頭極少，加之為了保護該地區的生態環境，地質工作勘查前期在礦區開展1∶1 萬地面高精度磁測工作。磁法是用途最廣泛的地球物理探測技術之一，尤其對磁性盲礦體的勘查最為快捷與有效[1-2]。

野外掃描工作結束后，根據磁測數據和圖件，圈定解釋了礦區的磁異常，推斷劃分了礦區的地質構造[1-2]，采用2.5D 人機交互正反演技術對磁測剖面進行反演[3-6]，進一步推斷在淺層和深部可能存在隱伏磁性礦體[5]，反演結果與實際情況存在細小偏差，但對于后續地質勘查和鉆孔布設仍具有重要的指導意義[7-8]。其后地勘單位結合磁法成果對礦區進行了普查工作，綜合磁測和地質成果，大致查清了礦區地層、構造、巖漿巖的分布和特征[5]，查明了毛條山鐵多金屬礦體產出的地質背景，對重點磁異常區進行探槽和少量鉆探工作，工程結果同磁測異常推測成果吻合，發現了隱伏磁鐵礦，為該礦區地質找礦工作起到指導作用，可為鄰區今后地質找礦工作提供借鑒。

1 礦區地質及地球物理特征

1.1 地層

民勤縣毛條山鐵多金屬礦區出露地層主要由3 個構造層組成，即有歷經滄桑的前長城北大山群（AnChbs）古老深變質地體組成的基底構造層；晚古生代紅柳圓組（Ch）、方山口組（Pf）構成的中間構造層；中生代、新生代在內的所有沉積蓋層組成的蓋層構造層。

1.2 構造

礦區位于阿拉善弧形構造帶東翼的山口子—紅山隆起內，由一系列北東向壓扭性斷裂和復式褶皺，部分北西向壓扭性斷裂，近南北向和北西向張性和張扭性斷裂帶（脈巖群）組成。區內沉積變質成因的石墨礦和鐵礦的成礦多受東西向構造的控制，在北東—南西向、北西—南東向構造疊加、交匯部位具有富集的特征。因此，不同構造形跡的復合部位是成礦的有利部位。

1.3 巖漿巖

礦區內巖漿活動較強烈，巖漿侵入活動主要為晉寧—華力西期，包括基性—酸性巖類的輝長巖、閃長巖、二長花崗巖、黑云母花崗巖和花崗巖。巖體產出受構造控制，長軸方向作北東—南西向展布。主要巖體產狀、流線、流面、動力變質所形成的劈理帶（線）和礦物的定向排列，均顯示北東—南西有規則的分布。

1.4 地球物理特征

針對測區內地表分布的主要巖（礦）石進行了較為系統的標本采集和磁化率測定工作。巖（礦）石標本磁化率測量結果統計表說明，測區內花崗巖、石英巖和花崗閃長巖等磁化率較低；石英閃長巖、閃長玢巖、片麻巖和赤鐵礦石具有相對較高的磁化率，能引起較弱的磁異常（見表1），上述巖石也是構成該區背景場的主要地質體；磁鐵礦石普遍具有很高的磁化率，是引起磁異常的主要地質體。

表1 礦區巖（礦）石物性參數測定統計結果表 （1×10-6 SI）

2 物探工作方法及異常解釋

工作礦區巖（礦）體整體走向70°，根據測線基本垂直于礦區主要構造、地層的原則布設測網[5-11]，測線方位角為340°，網度為100 m（線距）×40 m（點距）[1-2]。

2.1 磁異常

地面高精度磁測在尋找隱伏磁性礦產效果顯著，其在尋找盲礦方面也有較好的應用[3-6]。項目野外采集數據并進行檢測無誤后對磁法測量數據做各項改正，分別進行化極、解析延拓等位場轉換處理[1-11]，編制成果圖件。綜合前期航磁成果，大區域地質資料，分析等值線圖、剖平圖、水平方向導數和垂向導數圖等成果，圈定磁異常，并初步推斷劃定礦區地質構造。

從測區整體磁異常走向、場態變化情況和ΔT區域場平面圖分布范圍來看[5]，磁異常分布范圍主要集中在礦區西側，強度較高，東側磁場強度普遍較低。

根據測區磁場特征，結合地質特征，將磁異常劃分出6 個異常區，分別為C1，C2，C3，C4，C5，C6，從南往北依次排開，以西南部及中東南異常場值較高、北部及東部場值較中等、西部異常數值較低為特點。

2.2 斷裂構造的解釋推斷

根據平面圖可看出，該測區磁場區的分界線較為明顯，對測區數據求埃爾金斯導數，水平導數和垂向導數，導數可以突出該測區構造。

根據不同磁場區的分界線、線性梯級帶、狹長異常帶或線性異常帶、串珠狀異常的極值連線及正負異常過渡帶分布特征的原則[4，7]，利用閉合等值線確定各個方向的構造線，大致確定出測區內的主要構造。

結合地質圖測區內劃分一條主構造帶：F1，其走向與地層方向基本一致，為區內主要斷裂，控制著區內地層、巖漿巖的分布，同時是該區主要的導礦斷裂，斷層走向40°～50°；測區西南部異常帶劃分次級構造帶4 條：F2，F3，F4，F5，其走向為NEE 向。多處磁異常帶及出露礦點均分布在上述構造帶F1 周圍，推測為區內主控礦構造。測區內圈定較強的磁異常C1，C2，C4，C5 均分布于主構造帶處，即處在導礦及容礦構造之中。

2.3 磁異常特征

該礦區磁場特征總體以平穩為主，異常區域主要分布在礦區西側，且多零星分布，主要有3 個較高異常強度區域：一為圓狀磁異常區C3，其他兩個為近東西走向的異常帶C4，C5。

從整個測區來看，所劃分的磁異常大多分布在F1，F2，F3，F4，F5 構造帶及其周圍，正值磁異常最高點出現在所圈定的C4 異常中，即173 線的197 點附近（ΔTmax=1 291 nT），相對負極值最高點同樣出現在該異常中，即172 線的192 點附近（ΔTmin=-1 000 nT）。

在異常中，C1，C2，C6 磁場強度常相對較低，磁異常多呈串珠狀，范圍較小；C4 磁異常強度高，展布面積大，呈條帶狀，異常形態好，為測區主要異常帶；C5 磁異常處在測區所劃分的F5 構造帶，異常較為分散、寬緩，整體形態不規則，由3～4 個異常峰值單獨組成，異常呈封閉橢圓形形態展布，北側均伴有較弱的正異常，南部為負異常分布分散。異常梯度總體變化較緩，總體走向NEE向。以±100 nT 等值線衡量，異常長2 500 m，寬1 600 m，面積較大，正異常值最大+350 nT，負值最大-360 nT；C3 磁異常處在測區所劃分的F2 構造帶上部，異常整體形態較為規則、圓滑，由單個正異常峰值組成，分布在173 線156 點范圍內，異常為一個三度體單點異常，呈封閉圓形以珠狀形態展布。異常梯度總體變化呈南北對稱分布。異常面積較小，正異常值最大+1 212 nT，負值最大 -150 nT。

2.4 剖面2.5D 人機交互處理和異常查證

綜合已有資料，在C3，C4，C5 磁異常區布設1∶2 000 磁測剖面 （點距 2 m），利用專業軟件（GeoIPAS 3.2）繪制剖面曲線，結合物性成果，進行2.5D 人機交互擬合反演[5]，同該礦區工作的地質專家研究論證后，推斷在異常淺部存在盲磁性體，深部存在隱伏磁性體。隨后，利用槽探和鉆探進一步查證，推斷結果基本與實際情況吻合，為該礦區地質勘查工作找到了突破[11]。

1）C3 異常經向上延拓 40 m，80 m，120 m 處理后，負異常逐漸殲滅，推斷有強磁異常體存在且埋深較淺，取5 號剖面進行二度半人機交互反演，得出重磁剖面聯合反演圖（見圖1），反演磁性地質體1 處，磁性地質體由向北傾斜的有限延伸的逆軸磁化柱體引起，磁性體整體磁化強度高，然而延伸短。通過地表探槽工作揭露情況，結合巖石標本磁性測定分析，對該異常定性、定量解釋為：第四系風成砂覆蓋下部1～2 m 有磁鐵礦化的石英巖侵入穿插，向北傾斜，近東西走向，磁異常為近地表磁鐵礦化石英巖脈引起，異常延伸40 m 后逐漸殲滅，在東西方向上存在C1 異常區，推斷C1～C3 異常為同一巖脈引起，實地找到磁鐵礦石標本。該異常帶雖向下延伸不大，但東西延伸極長，儲量豐富，礦體形態穩定，適宜露天磁鐵礦開采。

該異常區存在礦山尾礦庫、堆渣場、邊坡，同樣可產生相應的異常。

2）C4 磁異常經向上延拓40 m，80 m，120 m處理后，正負異常逐漸減小但向下延伸且異常范圍未減（見圖2）。取P4 剖面分析：剖面進行二度半人機交互反演，得出重磁剖面聯合反演，1 號磁性體所反應的磁場曲線較陡，反演出磁性體磁場強度極高，根據反演曲線特征，推斷為近乎直立無限延伸斜交磁化薄板狀體；2 號、3 號磁性體磁場強度較小，推斷為近乎直立的無限延伸斜交磁化厚板狀體，4 號磁性體磁場強度較小，推斷為向北傾斜無限延伸順層磁化厚板狀。結合解析延拓，該異常深部巖性同淺部變化不大，推斷磁性體交接處為巖性接觸面,可能存在褶皺或破碎帶,在該處進行鉆探工作，查看巖性標本，結合地質資料及磁性標本測定綜合分析，推斷該處正負高異常處異常為石英閃長巖體引起，石英閃長巖中含有磁鐵礦物，且該類石英閃長巖體向下延伸較深。此處雖磁場強度異常不是極強，但綜合分析，不能排除深部隱伏礦體在破碎帶中的存在。

圖1 磁測剖面5 2.5D 人機擬合成果

圖2 C4 異常向上解析延拓圖

3 磁法勘測在地質環境中取得的成果

1）通過本次高精度磁法勘測工作，基本調查清楚了礦區的斷裂構造帶和巖（礦）體分布情況，對覆蓋區進行深入的地質填圖，結合原始地質資料，進一步對巖體和巖層進行了定性和定量解釋。

通過本次高精度磁法勘測工作，也同時完成了GPS 測量工作，即運用GIS 及圖像處理技術搭建了毛條山礦山地質災害監測的可視化智能平臺的底層地形圖件。

本次磁法勘查同樣探測了礦山尾礦庫、堆渣場、邊坡，對礦山存在的裂縫進行監測，通過數據處理，為地質環境監測提供了最為詳細的地質、物探資料，結合該地區歷史活動情況、地層穩定現狀、趨勢分析、潛在威脅、氣候條件、地貌條件、地質條件、人為影響、形成機制、防治措施等因素，不僅對該礦區可能存在的地質災害進行了前期分析，而且對后期解決地質災害和環境問題也提供了借鑒。

2）表層磁法勘探取代了鉆探、探槽。表面高精度磁法勘查技術可以極大地降低對地表的破壞。甘肅省民勤縣毛條山一帶鐵多金屬礦區屬于生態系統被破壞的區域，由于大面積的樹木被砍伐、長期頻繁的地勘和礦區開發，使得該地區出現水土流失，草、林場退化的情況，加之地表巖體多為火成巖，通過風沙和直射陽光，容易影響地表活動，這些年地表巖土風化更加嚴重，從而形成惡性循環，生態越來越脆弱，如果此時再采用鉆探、探槽等地質工程，地方的生態系統將遭到極大的破壞。本次采用了高精度磁法勘查方法，不僅降低了地表的開挖，且不需要后期恢復，極大地保護了當地生態環境，還可以探測盲礦體的位置，進一步實現了尋找礦產的目的。

4 結論

1）在分析研究1∶1 萬小比例尺磁測資料的相關基礎上，結合地質資料，會同地質人員共同布設磁測剖面，結合物性資料，利用異常區磁剖面二度半人機交互反演，能夠有效推斷深部是否存在隱伏磁性體。

2）工作區主要是沙漠和戈壁灘，地表風化嚴重，出露極少，且周邊生態較為脆弱，不利于進行大規模地質工程。通過1∶1 萬地面高精度磁測在礦區的測量工作，可快速高效地圈定磁異常，劃分斷裂構造帶和地質災害裂縫潛存區，為后期地質工作和地質災害監測工作提供相應的靶區，為后期地質環境監測提供了最為詳細的地質環境資料。本次工作極大地減少了地質工程的應用，有效保護了礦區周邊較為脆弱的生態環境。