地面高精度磁法测量在高岭地区的应用

2012-01-09方同明李小龙孙永华王志辉尤世娜

中国矿业 2012年10期

方同明，李小龙，孙磊，孙永华，王志辉，尤世娜，刘鸿，李莉

(1.北京市地质调查研究院，北京 100195；2.中国矿业大学(北京)，北京 100083；3.北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195；4.河北九华勘查测绘有限责任公司，河北石家庄 050700)

北京高岭铁矿为沉积变质型铁矿，区内已发现矿体达50条。自20世纪60年代以来，北京市地质局101队等多家单位先后在区内开展普查、矿产勘查等地质工作[1]，探求了铁矿资源储量。为进一步扩大后备资源储量，本次物探工作在前人工作基础上，进行地面高精度磁法测量，结果表明高精度磁测在调查区第四系覆盖区和矿区深部取得较好效果。

1 测区地质概况

1.1 含矿建造

区内主要含矿地层为太古界密云岩群(变形变质的表壳岩)[2]，其岩性主要为黑云角闪斜长片麻岩、黑云变粒岩、斜长角闪岩[3]，其内赋存有磁铁石英岩和磁铁片麻岩。密云岩群在测区内受近东西向-北东向褶皱构造控制，多沿褶皱转折端和翼部呈带状展布特征。在区测西南部被潮河流域和密云水库周边第四系沉积物覆盖。其次在沙厂英云闪长质片麻岩体内，由于该岩体具有面型重熔特征，其内含有大量密云岩群的残留块体，也有部分变质铁矿留存[4-5]。

1.2 构造

测区位于密怀穹隆核部的中东段，密怀穹隆为中生代印支期强烈隆升的近东西向隆起带，其核部控制了结晶基底广泛出露，穹隆翼侧被中元古界角度不整合覆盖。

测区内控矿构造主要是前长城期(早元古代-中太古代)的褶皱构造，为一系列复式倒转背向斜，其总体轴向从东向西由北东→北东东→近东西向变化的特征。

较大型褶皱长度可达8km以上，宽达2km，次级褶皱一般长度2km左右，褶幅宽度数百米。整体上背斜紧闭，向斜较开阔，轴面倾向北-北西，倾角60°～80°。向斜转折端较宽缓并多向北东倾伏。受褶皱构造控制，密云岩群含铁建造内的含矿带、矿体随褶皱一起变形变质，形成与褶皱轴向一致展布的成矿带。

区内近东西向、北东向、北北东向断裂均较发育，具有多期活动特点，并多见后期岩脉充填，对成矿带和矿体有破坏作用。

1.3 岩浆岩

调查区南侧大面积出露有太古带苇子峪辉长闪长质片麻岩(太古宙侵入体)和早侏罗世四干顶岩体，严重侵蚀破坏了变质铁矿含矿岩系，截断了含矿带向西南的延伸，岩体分布范围为无矿地带。调查区内还分布有太古宙超基性镁铁质岩、基性岩和燕山期中酸性岩，多呈岩墙和岩脉产出，对含矿地层和铁矿体有切割破坏作用。

1.4 矿体特征

区内矿体走向为北东40°～60°左右，局部为NNE向，主要分布于大漕、小漕、兵马营、太师屯、高岭、放马峪等地，倾向NW310°～320°,倾角多在40°～60°范围变化，局部陡到70°～80°[6]。

2 测区地球物理特征及数据处理解译方法

2.1 测区地区物理工作概况

本次工作拟选择密云高岭地区开展地面高精度磁法测量工作，行政区属北京市密云县高岭镇。测区交通便利，密-承、密-琉等公路等在区域内通过，道路四通八达。

地面高精度磁法测量工作总体分两个阶段进行，第一阶段为扫面工作，进行1∶10000(100m×20m)地面高精度磁法测量。根据航磁异常特征和工作区主要地质构造分布方向，测区测线方向定为150°；第二阶段为磁法剖面工作，依据地质填图和磁法扫面工作成果，在成矿有利地段的磁异常上布设1∶2 000地质磁法精测剖面，剖面点距为10m，总体方向定为NW[7]。

2.2 测区地球物理特征

为了解区内主要岩(矿)石磁性特征，对区内主要岩(矿)石进行标本采集和磁参数测定；本次共采集测定各类样本127块。对各岩性统一编号并严格分类，对全区的岩性磁参数进行了统计(表1)。

表1 区内岩石及矿石磁性参数

由表1看出，区内主要岩(矿)石按磁化率强弱可分为三类：磁铁片麻岩、磁铁石英岩磁性较强，磁铁片麻岩的磁化率平均值为28564×10-5SI，磁铁石英岩的磁化率平均值为45234×10-5SI；角闪片麻岩、黑云母斜长片麻岩、斜长角闪岩、花岗质片麻岩等磁性中等，磁化率变化范围为(2300～7300)×10-5SI；燕山期侵入花岗岩磁性较弱，磁化率平均值仅有85×10-5SI。

磁铁片麻岩、磁铁石英岩为区内主要成矿岩石，与围岩有明显磁性差异，为主要异常源；闪片麻岩、黑云母斜长片麻岩、斜长角闪岩、花岗质片麻岩磁性中等，在出露地表或埋深较浅时可产生较强磁异常，为区内干扰磁性体。

区内主要成矿岩石赋存于太古宙密云群地层中，该地层为区内主要矿源层。

2.3 数据处理解译方法

1) 日变改正由计算机程序自动完成，日变数据采用七点圆滑后的数据进行改正，改正时间精确到秒级，ΔT改正值精确到0.1nT。

2) 正常梯度改正采用国际地磁参考场(IGRF)2010模型提供的高斯系数，由计算机程序自动完成，改正值精确到0.1nT。

3) 等值线图件采用surfer软件网格化,采用克里格法(kriging)，搜索半径为200m，再用Mapgis完成制图过程[8]。

4) 对磁性体推断解释时进行了位场数据转换处理，包括化极、向上延拓处理。化极处理为消除倾斜磁化对磁性地质体的位置、形态、分布范围的影响；向上延拓处理是在化极磁场的基础上进行，目的是压制浅部干扰，反映较深部的异常信息。化极处理所采用的地磁参数：地磁偏角D=-6.83°，地磁倾角I=58.23°；采用的软件是中国地质大学(MAGS 3.0)《固体矿产磁法勘探软件系统》[9]、Imageo《重磁处理转换系统》[10]。

5) 对磁测剖面定量解释采用2.5D人机交互拟合法进行反演，大致判断磁性体顶部埋深、厚度及产状等特征。

3 磁异常推断与解释

3.1 磁异常特征

本次地面高精度磁测异常特征与航磁异常特征基本一致，磁异常细部特征更加明显，磁异常位置更加准确。

本测区磁异常总体呈NE向展布，局部为NNE、NEE、近EW向展布，其走向与区内主要褶皱走向一致，其分布与密云群地层关系密切。根据磁异常特征和所在位置，将区内磁异常由南向北划分七个异常带共28个异常中心，编号为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，见图1。

图1 ΔT磁异常等值线平面图

按异常强度特征可将磁异常分为南北两部分：北部磁异常强度较弱，变化平缓，梯度较小，负异常分布范围较大，磁异常变化范围：-2000～3000nT；中部和南部磁异常较强，正负异常伴生，异常值变化范围:-6000～8000nT。

按异常走向特征可将磁异常分为东西两部分：东部磁异常走向为NE和NEE两组，NEE走向异常分布在北侧，NE走向异常分布在南侧；西部磁异常走向为NNE和近EW两组，NNE走向异常分布在北侧，近EW走向磁异常分布在南侧。异常走向转折位置和特征明显，显示区内构造复杂。

3.2 磁异常推断与解释

C1异常带：呈北东向条带展布，将C1区划分4个异常：

C1-1异常位于C1的南部，走向北东，长1700m，宽600m，异常中心极大值(ΔT)在9000nT以上，该异常处于芦各庄矿区，且局部出露磁铁石英岩，为矿致异常。

C1-2异常位于C1的中部，异常中心附近有多个幅值较小的异常，极大值6000nT以上，局部磁场值略小，均有负异常伴生，北东向长1200m，宽500m，表现为串珠状异常特征，经实地踏勘，该处地表局部出露磁铁石英岩，推测含矿体不连续。

C1-3异常位于C1的北部，异常中心极大值(ΔT)在2000nT以上；局部出现串珠状异常，场值相对较小，推测可能由花岗质的片麻岩引起。

C1-4异常较为分散，异常中心极大值(ΔT)2000nT，异常梯度变化平稳。

C2异常带：西部呈近东西向展布，异常带东部为北东向展布，局部含有若干个呈串珠状的异常，且与该C2异常带走向一致，正负异常紧密伴生。将C2带划分了8个异常中心。

C2-1含有两个对称的异常中心，极大值(ΔT)均在5500nT以上，东西长1000m，南北宽200m，地表被第四系覆盖没有基岩出露，推测为矿致异常。

C2-2异常位于C2-1的东部，异常中心极大值(ΔT)在3000nT以上，东西长350m，南北宽100m，该处由中太古代的英云闪长质片麻岩引起异常。

C2-3异常位于C2-2的东部，正极大值在9000nT以上,周边的负异常极大值(ΔT)为-2000nT，梯度变化较大，呈等轴状分布，东西长400m，南北宽350m，该处为第四系覆盖，且与地质上变质型铁矿相对应。

C2-4异常位于太师庄附近，第四系覆盖区，等轴状分布，正负异常紧密伴生，可能为矿致异常。

C2-5异常位于太师屯东部，走向NE，长2000m，宽200m，由多个不连续的串珠状异常组成，推测含矿层不是连续的。属密云岩群的含磁铁片麻岩的矿致异常。

C2-6异常位于松树峪的北部，异常中心极大值(ΔT)为3000nT以上，西侧紧密伴生负异常，走向北东，长430m，宽200m，该处地表出露磁铁片麻岩，推测为矿致异常引起。

C2-7异常位于C2-6的东部，走向北东，长500m，宽240m，异常中心的磁场值(ΔT)为4000nT，异常北侧伴生负异常，该处绝大部分被第四系覆盖，局部出露英云质闪长片麻岩。

C2-8异常位于C2异常带的北部，由两组北东向平行的条带状异常组成，长1200m，宽650m，该异常磁场极大值(ΔT)为7000nT，异常区内可见到开采的矿坑，推测该异常为矿致异常。

C3异常带：为本测区最主要的异常带，位于测区的中部，该异常带西段为近东西走向，东段走向为北东向，将C3异常带划分7个的异常中心：

C3-1位于测区的西端，异常中心极大值(ΔT)在5000nT，走向为NWW，呈椭圆形，长600m，宽350m，北侧伴生负异常，异常体北陡南缓，向北倾斜，地表第四系覆盖。

C3-2位于永乐村附近，呈带状展布，走向为NWW，长1000m，宽400m，异常中心极大值(ΔT)在4000nT以上，北侧伴生负异常，地表第四系覆盖。

C3-3位于C3-2的东部，由两条相邻近东西向带状异常组成成，东西长2200m，南北向宽600m ，异常中心极大值在7000nT以上,该异常位于第四系覆盖，推测深部可能赋存一定规模的铁矿体。

C3-4异常NEE向展布，呈椭圆形，长770m，短轴180m。异常中心极大值在6000nT，北侧伴生负异常，地表第四系覆盖。

C3-5异常位于大漕村-城子-贾峪一带，走向为NE，长近8000 m，宽约300m。异常中心位于异常带北端，正极大值(ΔT)为5000nT，向北伴生负异常，极大值(ΔT)为-3000nT，磁性体南缓北陡，向南倾斜。该异常北段为带状展布，地表多被第四系覆盖,异常幅值高，分布范围较大，形态相对规则，矿致异常特征明显，均见有多处磁铁矿化体出露；南段为不连续的串珠状，多为磁性体分布较不均匀，不连续所致。

C3-6位于太师庄的北部，走向北东，长3000m，宽400m，异常中心极大值(ΔT)为7000nT以上，异常幅值变化较平稳，磁场值梯度变化不大，周围伴生负异常。据实际踏勘，该处异常地表可见规模不等的磁铁片麻岩出露。

C4异常带：位于测区的西北部，异常走向为NNE,与其南侧C3异常存在明显的交角，与其东侧的C5存在一定的交角，说明这一带构造复杂。异常向北未封闭，局部存在多个高值异常中心，极大值(ΔT)为3000nT以上，根据现场踏勘结果，推测异常可能由英云闪长质片麻岩引起。

C5异常带：位于小漕村附近，呈北东向条带状展布，划分了3个局部异常。

C5-1为串珠状异常，东西向长近360m，南北400m，异常中心极值(ΔT)为5000nT，地表第四系覆盖。

C5-2位于小漕村东北部，走向北东，长1330m，南北宽240m，由5个不规则的串珠状的异常组成，极大值(ΔT)为4000nT，周围伴生负异常。该异常北段被第四系覆盖，南段出露英云闪长质片麻岩，南段磁场梯度变化较大，北段较宽缓，该处磁异常由磁铁片麻岩引起。

C5-3异常由多个珠状异常组成，走向北东，极大值(ΔT)为2000nT，向东与放马峪铁矿相连，长1000m，宽300m，周围伴生负异常，推测为矿致异常。

C6异常带：位于高岭镇附近，异常宽度较大，略显凌乱，为研究方便，将C6划分为5个局部异常。

C6-1由多个串珠状小异常组成，走向为NE，长1500m，宽400m，磁场极大值(ΔT)为3000nT，周围伴生负异常，地表第四系覆盖。

C6-2在瑶亭的东部，由多个串珠状小异常组成，走向为NE，长1500m，宽230m，磁场极大值(ΔT)为3000nT，局部伴生负异常，地表第四系覆盖，局部出露风化的片麻岩。

C6-3异常位于高岭镇附近，走向为NEE，长2000m，宽800m，由两组近似平行的串珠状小异常组成，该异常整体处于第四系，西端出露密云岩群，异常中心位于西端，磁场极大值(ΔT)为3000nT，周围负异常伴生，推测异常由隐伏磁铁石英岩引起。

C6-4异常位于放马峪南部，北东东向展布，长2900m，宽400m，由多个串珠状小异常组成，且异常范围由东向西依次变大，该异常整体处在密云岩群，主要由磁铁石英岩、斜长角闪岩等引起。

C6-5异常位于放马峪东部，该异常由两条平行的近东西的条带状异常组成，东西长770m，南北宽440m，异常东侧为矿区，向东未闭合，磁场极大值(ΔT)为4000nT，周围也伴生负异常，且两条异常中部亦为负异常，推测两磁性体较为直立，且向深部汇合。

C7异常带：位于小开岭北部，负异常分布范围较广，梯度变化不大，异常中心的极值(ΔT)在3000nT以上，呈椭圆形展布，长轴为380m，短轴为230m。存在多个强度较弱的串珠状异常，走向为北东向。现场踏勘见片麻岩出露。

3.3 精测剖面异常特征及定量解释

为解剖磁异常，了解磁性体埋深、倾向、延深的空间形态、垂直主要异常带走向和穿越主要异常中性布置了两条精测剖面P1、P2。剖面P1位于测区西部,方位角为0°，穿过C3-3、C2-1异常中心；剖面P2位于测区东部，方位角为145°，穿过C3-6、C2-7异常中心。

对两条剖面均进行化极、延拓处理，通过重磁数据反演建模系统，反演模型的物性和形态特征。数据处理采用的地磁要素为：地磁偏角I=-6.87°；地磁倾角I=59.27°。

向上延拓40m结果显示，异常极值衰减很快，再向上延拓衰减速度逐步减小，说明磁性体埋深较小，向下有一定延深。

剖面P1由四个异常组成(图2)，自南向北编号为P1-1、P1-2、P1-3、P1-4,异常宽度较小、梯度较大，均表现为薄板异常特征。对两个主要异常P1-1、P1-3进行分析解释。

图2 P1线反演成果图

P1-1为单峰异常，峰值位于168/P1号点，其幅值(ΔT)为5162nT，与C2-1异常中心相对应。ΔT异常北负南正，曲线梯度较陡，化极后峰值略向北偏移，表现为南负北正，说明磁性体略向北倾斜。反演磁性体磁化强度约40000×10-3A/m，顶部埋深约为50m，向北倾斜，浅部倾角较大，深部倾角变小，宽度约30m，向下延伸245m。

P1-3为多峰异常，主异常位于662/ P1号点，幅值(ΔT)为9318nT，极大值北侧叠加有两个小异常，该异常与C3-3异常中心相对应。异常北负南正，曲线梯度较陡，化极后峰值略向北偏移，表现为南负北正，说明磁性体略向北倾斜。反演结果显示该异常源为两个独立的磁性体，南侧的磁性体磁化强度约50000×10-3A/m，顶部埋深约为30m，近似直立，浅部表现为两个磁性体，深部合二为一，宽度约60m，向下延深约200m；北侧的磁性体反演磁化强度约50000×10-3A/m，顶部埋深约为30m，向北倾斜，浅部倾角较大，深部倾角变小，宽度度约20m，向下延深200m。

剖面P2由四个异常组成(图3)，自北向南编号为P2-1、P2-2、P2-3、P2-4。

向上延拓结果显示，P1-1、P1-2特征相似，上延后异常峰值衰减速度较慢，说明磁性体有一定规模；P1-3、P1-4延拓特征相似，上延40m异常峰值衰减很快，再向上延拓衰减速度变慢，说明磁性体埋深较小，向下有一定延深。

图3 P2线反演成果图

P2-1为一宽缓异常，位于140号点至180点之间，宽度约250m，幅值(ΔT)约为3800nT，曲线跳跃较剧烈，有两个峰值，上延40m后异常幅度变化不大，但曲线连续光滑，两个峰值合二为一，说明深部磁性体合并在一起。

P2-2为一宽缓异常，位于290至330号点之间，北负南正，曲线梯度较小，化极后峰值略向北偏移，继承了原始曲线特征。反演结果显示磁性体磁化强度约40000×10-3A/m，顶部埋深约为50m，向北倾斜，倾角较小，宽度度约40m，向下延伸180m。

P2-3为单峰异常，位于390号点，幅值(ΔT)为2118nT，宽度约30m，异常梯度变化较大，两侧基本对称，北侧负值较强，化极后曲线略西北偏移，两侧曲线基本对称。上延40m后异常接近为0，说明磁性体规模很小，埋深很浅。

P2-4为双峰异常，极大值约9200nT，两个峰值距离约300m，异常宽度小，梯度大，上延40m异常衰减较快，表现为薄板异常特征，原始曲线北负南正，化极后表现为南负北正，说明磁性体产状较陡，略向北倾斜。反演结果显示该异常源为两个独立的磁性体，磁性体磁化强度约45000×10-3A/m，顶部埋深约为20m，略向北倾，向下延深约170m。