大冶铁矿接替资源勘查项目中“空、地、井”磁法测量的应用

高宝龙, 陶德益, 詹应林, 范志雄, 周 逵

(中国冶金地质总局中南地质勘查院,武汉 430081)

大冶铁矿接替资源勘查项目中“空、地、井”磁法测量的应用

高宝龙, 陶德益, 詹应林, 范志雄, 周 逵

(中国冶金地质总局中南地质勘查院,武汉 430081)

大冶铁矿项目属2004年度危机矿山接替资源勘查项目九个试点项目之一。该项目的实施,不但取得了深部找矿的重大突破,解决了接替资源问题,同时也为全国危机矿山深部找矿工作的开展起到了示范作用。论文重点介绍了1/1万高分辨率航空磁测、1/2000高精度地面磁测、井中三分量磁测等磁法工作在勘查工作中的应用效果,特别是“空、地、井”磁测联合勘查,深部弱信息提取技术,精细反演技术、井-地磁测联合反演技术等几个方面值得借鉴和推广。初步统计,大冶铁矿参考磁异常布置的32个钻孔中,19个孔见矿。因此,本文认为在深部找矿(-600m)过程中,磁法工作依然大有可为。

大冶铁矿 “空、地、井”磁测 精细反演解释 深部找矿

Gao Bao-long,Tao De-yi,Zhan Y ing-lin,Fan Zhi-xiong,Zhou-kui.Application of aerosurface and borehole magnetic exploration to the prospecting of exhausted m ines in the Daye iron m ine [J].Geology and Exploration,2010,46(3):0483-0490.

0 引言

大冶铁矿是我国著名的大型铁(铜)矿床,是武钢重要的富铁矿原料基地之一。矿区位于湖北省黄石市铁山区境内,行政区划隶属湖北省黄石市铁山区。西北距武汉市104km,东距黄石市区25km,东南距大冶市15km,矿山专线铁路3km有标准轨距铁路专线与武(汉)九(江)铁路相连,有公路与武(汉)黄(石)公路相接。沿铁路向西在武汉与京广铁路,向东南在九江与京九铁路相连。东至黄石市与长江相通,水陆交通十分方便。矿区地理坐标为:东经114°51′37″～114°55′22″,北纬30°11′33″～30° 14′14″,面积11.83km2。

历年来大冶铁矿累计探明铁矿石资源/储量16195.5wt,年产铁精矿在120wt以上。但经过48年大规模的开采,目前保有储量严重不足,矿山主体资源消耗殆尽,急需进行深部找矿,解决接替资源问题,以延长矿山服务年限,从而促进企业和地方经济持续、稳定、健康发展,保障社会稳定。“湖北省黄石市大冶铁矿接替资源找矿”是全国危机矿山接替资源找矿首批九个试点项目之一。该项目的实施过程中开展了1/1万高精度航磁、地面高精度磁测和井中磁测等物探工作(刘玉成等,2006),中国冶金地质总局中南地质勘查院、中国国土资源部航空物探遥感中心(简称航遥中心,下同)和中国地质大学等单位对该区磁测资料也作了大量的综合研究工作(刘玉成等,2006;于长春等,2007;熊盛青等, 2007;李淑玲等,2007;刘双等,2008;张大莲等, 2008;习宇飞等,2008),认为该区磁测工作获得的异常具有很大的找矿潜力。

通过该项目的实施,实现了危机矿山深部找矿的重大突破,起到了示范的作用,取得了良好的经济效益和社会效益。

1 地质概况及地球物理特征

1.1 地质概况

大冶铁矿位于淮阳山字型构造的前弧西翼与新华夏系构造体系第二隆起带与沉降带的联合部位之鄂城—大磨山次级隆起带的北段,相当于传统构造区划的下杨子褶皱带西部大冶复式向斜构造的北翼部位,隶属于长江中下游富铁富铜成矿带的西段。

矿区内出露地层主要为三叠系下统大冶群,零星出露二叠系上统龙潭组、大隆组。第四系残坡积及堆积物零星分布,主要在低洼地段。区内控矿地层为富含钙、镁质的下三叠统大冶群灰岩,工业矿体主要赋存在大冶群第四段至第五段中。矿床的形成与区内燕山早期岩浆侵入活动关系密切,该期形成的中细粒含石英闪长岩、黑云母透辉石闪长岩常构成矿体的直接顶、底板围岩,岩体示意图(图1)。

经过几十年的开采和研究工作(翟裕生等, 1982;卢峰,2003;刘玉成等,2006;王瑜等,2007;林建华等,2008),对大冶铁矿的成矿模式及赋存部位有了更清晰的认识。大冶铁矿床为一大型属高温热液接触交代型(矽卡岩型)铁矿床。本矿床主要赋存于燕山期中细粒含石英闪长岩(或黑云母辉石闪长岩)与三叠系下统大冶群灰岩(已变质为大理岩及白云质大理岩)的接触带上。矿体呈透镜状、似层状、脉状、囊状等,形态产状受接触带构造的控制(图2)。

1.2 岩矿石的磁性特征

已往工作中已在本区及其外围采测了大量的岩矿石物性标本,积累了丰富的资料,也有不少学者对大冶铁矿的磁性特征进行了研究(徐柏安,1990;朱永刚等,2006)。本次工作有针对性地对岩矿体露头、矿区钻孔岩芯的磁化率作了测量,同时采集了一定数量的定向标本测定余磁。根据本次磁性测量结果,结合收集到的已往磁性资料,经分析、整理,磁性统计结果见表1①。从表中结果可以得出本区各类岩矿石磁性特征的基本规律:

图1 铁山岩体及成矿构造示意剖面图Fig.1 Schematic section of Tieshan rock mass and metallogen ic structures

图2 大冶铁矿接触带控矿示意图Fig.2 Schematic diagram of contact zones controll ing ore distribution in the Daye iron m ine

表1 大冶铁矿矿区岩矿石磁性参数统计表Table1 Statistics of magnetic parameters of rocks in the Daye iron m ine

本区沉积岩类(主要为大理岩)是无磁或弱磁性的,磁化率常见值为21×10-5SI,剩余磁化强度近似于零。因此在沉积岩上不会产生磁异常。不同岩性的侵入岩具有较强的磁性,磁化率变化范围500×10-5～12000×10-5SI。斑状花岗闪长岩、透辉石闪长岩、细斑含石英闪长岩、粗斑含石英闪长岩、闪长岩、黑云母透辉石闪长岩,磁化率依次增强。各类闪长岩均能引起一定强度的磁异常,其中黑云母透辉石闪长岩磁性较强,能引起上千纳特的磁异常,是本区深部找矿的主要干扰因素。

综上所述,在本区开展磁法工作具备了基本的物理前提。

2 大比例尺高分辨率航空磁测①

本次航磁测量由航遥感中心于2005年完成。该方法是一种以找矿为目的,集直升机1∶1万及以上大比例尺航空物探测量、数据处理、解释为一体的技术方法(于长春等,2007;熊盛青等,2007)。该方法在大冶铁矿应用结果表明,获得的航磁成果不仅填补了矿区以及周边缺乏高精度、高分辨率磁场资料的空白,预测了多个找矿靶区,同时还实现了直接找矿。

2.1 直升机测量系统及测量效果

采用国际领先的硬架式直升机航磁测量系统,在该区完成1/1万高精度航磁测量307.8km2。实际飞行测网疏密度为100m±10.9m、平均飞行高度为144m、测量总精度±0.16 nT、平面定位误差小于2m、高度误差小于5m,真正实现了“大比例尺、低飞行高度、高精度”。与1957年的1∶10万航磁测量、1974年1∶5万航磁测量、1976年1∶2.5万航磁测量、1993年1∶2.5万磁电放综合站测量相比,2005年高分辨率航空磁测异常细节丰富,区内四个强磁异常分别对应着铁门坎、龙洞、象鼻山、狮子山矿段。丰富的异常信息和高精度的数据质量也为精细反演解释工作提供了前提。

2.2 曲面位场数据处理技术

在处理大冶航磁资料工作中,创造性地采用了如下方法完成了曲面位场化极工作:首先对GPS高程网格数据进行去条带处理,形成较为圆滑的GPS飞行曲面。而后采用曲面位场处理系统曲化曲功能,将原△T磁场化到圆滑的GPS飞行曲面上。最后将原始DT M曲面、处理过的GPS曲面、曲化曲后的△T磁场网格数据作为曲面位场处理系统原始输入数据,完成本区曲面化极的处理。

2.3 精细反演解释技术

针对所获得的高精度磁异常并结合位场数据处理结果,对其进行了精细反演解释,包括自动反演技术、人机交互反演等。其主要内容有:①详细的岩矿石磁性测量及统计分析,为反演建模提供准确的岩石磁性资料;②全剖面反演方法准确把握地下磁性体的变化特征;③初始模型的建立是以已知地质勘探剖面、已知钻孔和自动三维反演结果为依据;④通过地质图和磁异常联合控制地质体模型的走向及延伸边界。通过上述精细反演解释技术获得了较好的效果。

2.4 应用效果

据统计先后结合航磁异常反演情况共布置钻孔7个,其中见矿钻孔4个。ZK13-8孔于703m～732m见矿,累计见矿厚度11m,图3中Fe2就是见矿的大致位置;ZK21-8孔于740m～840m深度见数层矿,累计铁矿体厚14.6 m。

图3 大冶铁矿13勘探线航磁异常反演剖面图Fig.3 Aero-magnetic anomalies for exploratory line No.13 and its inversion profile in the Daye iron m ine

3 地面高精度磁测

在该区开展了95.7km共61条剖面1/2000高精度磁测剖面。一方面验证了航磁异常,同时在龙洞-尖林山获得了高精度的地面磁测数据。

3.1 数据的前期处理

从剖面异常数据看(图4),地面异常受到地表人文及随机干扰非常严重,铁矿厂房、建筑物等都对地面测量造成严重的影响。处理时充分参考了航磁异常资料、井中磁测资料和已知钻孔资料,对以往工作成果进行了全面系统的研究、整理。更为重要的是,全面结合和高度重视早期ΔZ磁异常资料的二次开发利用工作。剔除干扰数据,获得最终的磁异常。

图4 大冶铁矿15勘探线地质磁法反演综合剖面图Fig.4 Surface-magnetic anomalies for exploration line No.15and it’s inversion profile in Daye iron m ine

3.2 弱磁异常的提取及剩余异常的拟合

弱磁异常的提取是定量反演的关键(刘天佑等,2006;刘天佑等,2007)。首先全面分析和总结大冶铁矿区大量的岩矿石标本资料,确定岩矿石的磁性范围和常见值;其次对平面磁异常(ΔT和ΔZ)进行离散小波多尺度分解和谱分析,以此来确定深部的磁异常及异常场源深度;再次遵循由已知到未知的原则,正演各个已知地质体(已知矿体、岩体、采空区等)的磁异常,实测磁异常减掉各个正演异常之和就是剩余异常。这个过程不是一蹴而就的,而是通过多条相邻剖面反复正演计算,同时充分利用考虑矿体开发前后对ΔT和ΔZ异常特征的影响而最终获得的;最后根据接触带成矿的规律并结合相邻地质剖面及井中磁测异常,选择利用矿体或异常干扰因素-黑云母透辉石闪长岩来拟合剩余磁异常。

3.3 应用效果

对获得的高精度磁异常采用离散小波多尺度分解与功率谱分析方法相结合的方法进行深部弱信息的提取,并严格按照钻孔控制地质体及成矿规律进行人机交互的精细2.5D磁测剖面反演,获得较好的找矿效果。其中大冶铁矿深部勘查第一钻ZK15 -7孔于793.40～819.20m见30.55m的厚大磁铁矿,实现了大冶铁矿深部找矿的突破,就是地面高精度磁测精细反演效果的有利佐证,见图4。

据统计,本次工作先后共参照地面磁测反演情况并结合地质规律布置钻孔24个,见矿孔14个。

4 井中三分量磁测

对全区40个钻孔开展了井中三分量磁测和磁化率测井,其中18个钻孔发现磁异常。采用定性分析、半定量-定量解释相结合,推断其中11个钻孔的磁异常为盲矿体引起,有待进一步验证;依托该项目,还开展了井中磁测资料的解释方法研究(范志雄等, 2006;刘双等,2008;张大莲等,2008),取得了较好的效果。根据三分量磁异常解释结果施工的ZK19-1 -17孔累计穿矿厚度达40多米,见图5、图6。

5 地质与“空、地、井”联合解释

图5 大冶铁矿19-1勘探线井中三分量磁测推断解释剖面图Fig.5 I nterpretation section of three-component borehole magnetic data for exploration line No.19-1 line in the Daye iron m ine

与此同时,依托大冶铁矿危机矿山项目的工作成果,国家危机矿山接替资源找矿科研项目《井-地磁测联合反演技术示范》也取得了可喜的成果:①成功编制井-地磁测联合反演解释软件,并通过国家危机矿山项目办的验收,得到了项目办专家的充分肯定;②对区内11个钻孔进行的井-地磁测联合反演研究,初步估算资源量达1000wt以上。

6 结语

航空磁测实现了“大比例尺、低飞行高度、高精度”,弥补了地面磁测抗干扰能力差的缺点,获得了高精度的磁测数据,结合先进的数据处理方法及精细反演解释技术实现了直接找矿;地面磁测工作充分利用了ΔT和ΔZ磁异常数据,采用离散小波多尺度分解和谱分析技术进行深部弱磁异常的提取,并

大冶铁矿磁法工作的成功应用不是纯粹单一的方法组合,而是将“空、地、井”三种磁测方法紧密结合在一起,扬长避短、优势互补,并紧密结合地质成矿规律及施工钻孔情况开展系统的综合研究、精细解释的结果。真正做到了地质与物探的联合解释。进行了精细的2.5D反演计算,获得了较好的地质找矿效果;井中磁测充分发挥距离场源近的特点,有效指导了钻探的施工并发现了多处井旁盲矿。

图6 大冶铁矿19-1勘探线ZK19-1-17孔验证情况剖面图Fig.6 Verification section of exploration line No.19-1 in the Daye iron m ine

“空、地、井”三种磁测方法联合应用,地质与物探的紧密结合,对大量地质、物探资料全面系统地整理和研究,使得大冶铁矿接替资源勘查项目取得了较好的地质找矿成果和社会、经济效益,更为危机矿山项目中磁法工作的开展起到了示范作用。初步统计,大冶铁矿参考磁异常布置的32个钻孔中,19个孔见矿。因此,本文认为在深部找矿(-600m)过程中,磁法工作依然大有可为。尤其是在“空、地、井”磁测的联合应用、深部弱磁异常信息提取技术、精细的反演解释推断、井-地磁测联合反演解释技术几个方面,值得在今后工作中不断推广应用。

[注释]

①中国国土资源航空物探遥感中心.2006.湖北黄石地区1∶1万航空物探(磁)勘查成果报告

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Application of Aero-Surface and BoreholeMagnetic Exploration to the Prospect ing of ExhaustedM ines in the Daye Iron M ine

GAO Bao-long,TAO De-yi,ZHAN Ying-lin,FAN Zhi-xiong,ZHOU kui
(Central South Geological Survey of China Exploration&Engineering Bureau,W uhan 430081)

The Daye iron mine prospecting isone of the nine experimental subjects for the Prospecting of CrisisMines in 2004.Through this subject, deep concealed ores are exposed and it has become an example for other crisismines.This paper presents the application of 1/10000 aeromagnetic,1/ 2000 high-resolution surface-magnetic,and boreholemagnetic prospecting conducted in theDaye ironmine.It focuseson the following aspects:combinations of“aero-surface-borehole”magnetic prospecting,pick-up technique on weak information of deep mines,precise inversion techniques,and joint inversion techniques of surface and borehole magnetic data.All these techniques are worth to be further applied for reference and expanding.The preliminary statistics shows that among the 32 drillswhich were designed with reference to the magnetic abno rmities in the Daye iron mine,19 drills have revealed concealed ores.It demonstrates thatmagnetic prospecting can contribute much in efforts to search for concealed ores at depth(～600m)in exhausted mines.

theDaye ironmine,“aero-surface-borehole”magnetic prospecting,precise inversion and interpretation,ore prospecting to deep subsurface

book=5,ebook=55

P631.2

A

0495-5331(2010)03-0483-08

2010-04-25;[责任编辑]郑 杰。

该项目得到了全国危机矿山接替资源找矿项目(编号:200442007)、全国危机矿山接替资源找矿新技术新方法项目(编号: 200799084)、中国冶金地质总局中南局科研项目《磁测空、地、井联合反演解释研究》的资助。

高宝龙(1979年-),男,工程师,2006年毕业于中国地质大学(北京),地球探测与信息技术专业,硕士研究生,从事矿产应用地球物理工作,E-mail:blgao@126.com。