重磁技術在河南師靈地區鐵礦調查中的應用

劉家橘，劉家橙，喬天榮，張 棟，朱德勝，張馨元

（1.河南省地質調查院，河南 鄭州 450001；2.河南省城市地質工程技術研究中心，河南 鄭州 450001）

河南省師靈地區自20世紀80年代已投入勘查工作，通過不同的工作手段相繼開展鐵礦勘查工作，從區域地質調查和航磁測量入手，到航磁異常查證等，對該區的航磁異常進行了定性評價，為工作區調查提供了比較詳細的基礎資料[1-2]。本次工作系統地收集和采集了物性標本和樣品，獲取了閃長巖類、花崗巖類、安山巖類、安山玢巖類、角礫狀安山巖類和含磁鐵礦角礫狀安山巖的物性參數。利用重磁剖面發現工作區的DC8、 DC9地磁異常，通過RGis軟件反演找到了較為理想的磁礦體，并采用鋯石制靶、頭反射、陰極發光測試方法取得了同位素年齡樣品，對巖石的形成時代進行了初步測定。

1 區域地質背景

工作區位于華北陸塊南部，基本構造格架表現為北西向片麻巖穹窿和北西與北東—北北東向斷裂交織的斷塊。區內斷裂以大致平行地層走向的北西向斷裂和北東向斜切斷裂為主，其次為北北東向斷裂。北西向片麻巖穹窿在空間上控制著區內太古宇沉積變質鐵礦床的分布，地層產狀一般外傾， 傾角為20°～60°。北西向斷裂規模一般較大，長數百米至數百千米，斷層性質多為逆斷層或正斷層（圖1）。北東至北北東向斷裂規模相對較小，長數百米至幾十千米，斷層性質多為平移斷層或正斷層[3-4]。師靈工作區內前新生界地層由老到新為薊縣系云蒙山組碎屑巖系、震旦系碎屑巖系、寒武—奧陶系海陸交互相碳酸鹽巖和碎屑巖系組合、白堊系大營組陸相火山巖組合。巖漿活動具有一定的規模，主要巖性為鉀長花崗巖、二長花崗巖等。根據重力場和剩余重力異常及其變化趨勢，對區內的斷裂構造進行了推測，共圈出斷裂構造多條，斷裂構造的組合方式總體呈棋盤格子狀。

圖1 師靈工作區基巖地質略圖

2 巖（礦）石物性特征

從密度特征可以看出，花崗巖類密度均值為2.62×103kg/m3，安山巖類密度均值為2.74×103kg/m3，均比地表同類的區域標本密度高，主要是埋深較大所致。它們有一定的密度差異，如果安山巖地層中侵入規模較大的花崗巖體，能引起重力低異常。從磁性特征分析，花崗巖類磁化率和剩余磁化強度在3 000×10-5～4 000×10-5SI、2 000×10-3～3 000×10-3A/m；安山巖類在淺部磁性與花崗巖類差不多， 而在深部有明顯的增加，可達6 000×10-5～7 000×10-5SI、7 000×10-3～13 000×10-3A/m，特別是含磁鐵礦角礫狀安山巖的剩余磁化強度可達70 000×10-3A/m[5]。規模較大安山巖地層能引起較大的磁異常，如果花崗巖體侵入規模較大的安山巖地層中能引起相對低磁異常。本次在尋找重力局部異常時，利用磁異常強弱，判斷磁礦石位置。在物探勘查工作中，應用重磁電物探方法尋找鐵礦具備有較好的前提，本次共采集物性標本373塊，主要巖石物性結果如表1所示。

表1 主要巖礦石物性統計表

3 重磁異常特征

3.1 重力異常特征

師靈工作區相對較高西部重力布格異常極值為8.5 mGal，較低南部重力布格異常極值為-9.3 mGal（圖2），經研究實測布格異常和舞陽-西平-平輿重力高帶與地質信息對比基本形態一致；披露的老地層隆起帶吻合，表明實測異常中的4個重力高分別對應太古界隆起，2個重力異常低值區分別對應重力高帶兩側的凹陷區。據密度資料，太古界變質地層的平均密度最高，高于2.7 g/cm3，花崗巖巖體的密度一般低于2.68 g/cm3[6-7]，若巖體穿插于太華群變質地層中，異常反映則應為局部重力低；圍繞太古界分布的主要是震旦至下古生界地層，密度略低于太古界，對以太華群變質地層為中心的重力高的形態產生影響較小。于是，引起局部重力異常形成的主要因素可歸納為：①巖性密度界面地層界面或斷裂面形態的局部較劇烈變化；②較小規模巖漿巖體的穿插；③礦體或礦化分布帶。

圖2 師靈工作區重力布格場示意圖

3.2 剩余重力異常特征

通過區域異常提取、分析和不同波段的濾波處理，結合本次工作區地質特征，將九階趨勢剩余、上延1 000 m剩余和匹配濾波淺源異常作為測區反映局部構造的剩余重力異常，以反映基底內部密度橫向變化所引起的剩余重力異常形態。工作區剩余重力異常走向為NW向，與區域構造線方向基本一致。局部正負異常的幅度基本在-0.5×10-5～0.5×10-5ms-2之間，共圈出10多個剩余重力異常。根據重力異常和剩余重力異常及其變化趨勢，對師靈工作區的斷裂構造進行了推測，共推測出斷裂構造7條（圖3），斷裂構造的組合方式總體呈棋盤格子狀。北西向構造形成早于北東向，且有一定的斷距，為鉆探施工做了基礎工作。

圖3 師靈工作區剩余重力與推斷斷裂構造示意圖

3.3 地磁異常特征

師靈工作區在地磁異常圖上呈現多個封閉高磁異常，面積可達200 km2。該磁異常為NE走向，形成DC9、DC8南北異常，異常強度為150～450 nT，東部異常規模最大、強度最高（圖4）。零等值線圈閉的DC8異常，形似菱角，走向北西至南北，向東南延伸出測區，嚴格受兩條北西向磁力梯級和一條北東向磁力低值帶所控制。北東側等值線較密集，南東向稀疏，場強減弱而成條帶狀，說明該異常為地下多個磁性體的綜合反映，異常北西至南東在區內長達6.0 km，寬1.5～3.0 km，磁異常大于490 nT。通過極值中心剖面，利用切線法求得磁性體頂板埋深為650～900 m[8-10]。通過前期工作和對應基巖地質圖發現，兩區域異常均對應太古界地層，推測兩異常為向東南陡傾斜的板狀磁鐵礦層所引起或是由太古代地層隆起所致，認為是尋找磁礦體的有利區，待進一步驗證。

圖4 師靈工作區地磁異常示意圖

3.4 異常查證

重力數據處理包括進行布格重力異常、位場數據轉換處理，提取局部異常、線性構造異常、上延1 000 m剩余異常，分析布格重力異常、剩余重力異常特征，準確劃分圈閉地質體或為構造邊界提供依據。磁性資料處理包括各項改正、實測地磁△T原始異常值、離散數據網格化和化級。剖面計算時，首先依據重磁場的變化特征，分析制約重磁場變化的主導因素，然后利用濾波、延拓、導數換算等分析方法，結合對區內地質構造的認識，設計較合理的初始背景值，實現定性解釋；最后通過RGIS軟件對重磁場進行2.5D反演擬合計算，完成定量解釋。

以2804線勘探線為例進行重磁反演，采用RGIS軟件中的反演程序，對完成的高磁剖面進行了半定量計算，磁化強度J=20 000×10-3A/m、磁化傾角為52°、磁偏角為-4.9°，二度體兩側外延為1～2 km。在物探推斷過程中，充分利用鉆孔資料、重力剖面和可控源音頻大地電磁法測量成果作為約束條件。綜合重力、磁異常推斷太古界埋深為500～1 000 m，上覆新生界地層，在南部隱伏有花崗巖體。在重磁擬合較好的情況下，認為磁性體水平傾斜板狀體頂部埋深約為1.2 km的磁性體引起異常，該區域磁性體異常較為可靠（圖5）。根據ZK2804鉆孔驗證650～1 300 m為花崗閃長巖、花崗巖、斜長角閃巖；經過RGIS2.5D軟件反演，推測該花崗巖巖體埋深為1～1.4 km，寬約為2 km，延伸約為3 km；經過正反演證明磁性體頂板埋深為1.2 km以下。根據ZK4416鉆孔驗證560～1 470 m為白堊紀火山巖，主要巖性為安山巖、安山玢巖、角礫狀安山巖夾含磁鐵礦角礫的角礫狀安山巖，磁鐵礦角礫狀安山巖層位為1 232.70～1 251.00 m，厚度為18.30 m。

根據“河南臨汝大營二幅區調成果大營組火山巖年齡值分別為127.74±0.62和127.6±1.4”以及《河南省地層典》（2013）大營組安山玢巖、輝石安山巖K-Ar同位素年齡值分別為114.0 Ma、117.0 成果[11-12]分析本次揭露出來的火山巖，分別采用鋯石制靶、頭反射、陰極發光等測試方法，確定同位素年齡樣品，得到ZK4416加權平均值為120±1 Ma；ZK2804加權平均值為121±1 Ma。

研究結果表明，工作區覆蓋層之下的火山巖成巖年齡為120～123 Ma，成巖時代為早白堊，與上述大營組具有可對比性；對比發現師靈工作區的重磁異常是由白堊紀大營組含磁鐵礦角礫的安山巖引起的，說明含磁鐵礦角礫的角礫狀安山巖是該區鐵礦床的最主要信息。

圖5 師靈工作區28勘探線重磁反演剖面圖

4 結 語

1）綜合分析查明重磁異常的原因為大營組火山噴發安山巖，主要巖性為角礫狀安山巖、含磁鐵礦角礫狀安山巖等。含磁鐵礦安山巖是尋找鐵礦床的重要信息，是本區找礦的主攻礦床類型。

2）根據巖石的重磁技術與礦化的空間分布關系，圈定重磁異常的展布、強度、規模、形態等特征；通過對比兩條剖面可知，重磁剖面反演磁性體深度與實測地質剖面鉆孔驗證情況基本吻合；因此利用磁力異常高、重力異常相對較低的特點，在師靈地區尋找鐵礦體將會取得進一步的找礦突破。