大比例尺航空物探在勘查中的应用——以加拿大新斯科舍省悉尼铜钼多金属矿为例<br/>

大比例尺航空物探在勘查中的应用——以加拿大新斯科舍省悉尼铜钼多金属矿为例

2012-01-11吴彦飞高珍权高小光

物探化探计算技术 2012年1期

吴彦飞，高珍权，高小光，马远

（1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093；2.中国科学院地球化学研究所矿床地球化学开放研究实验室，贵阳 550002；3.有色金属矿产地质调查中心，北京 100012）

大比例尺航空物探在勘查中的应用
——以加拿大新斯科舍省悉尼铜钼多金属矿为例

吴彦飞1，3，高珍权1，2，3，高小光3，马远1，3

简要介绍了加拿大航空物探发展的现况，并以新斯科舍省悉尼铜钼多金属矿为例，介绍了大比例尺航空物探在勘查中的应用及取得的成果。通过收集矿区区域航磁以及部份地段的地面高磁，以资料的处理、融合、分析为手段，以地质为依据，利用已经掌握的地质规律，建立测区内可能有的几种地质模型及地球物理模型，划分出矿区区域地质构造、岩体，并圈定了有价值成矿的靶区，为地质勘查和找矿提供了帮助。

大比例尺；航空物探方法；航磁异常

0 前言

目前常用的航空物探方法有磁、电磁、重力和伽玛能谱测量，构成对地探测技术的重要组成部份。当前有能力从事大比例尺航空物探测量工作的只限于美国、加拿大、澳大利亚、中国和俄罗斯等国。

航空物探具有效率高、成本较低、便于大面积工作、探测深度较大等优点，是基础性和公益性地质调查、战略性矿产勘查的重要手段，也是地质勘查现代化的标志之一。缺点是受飞机性能的限制，有些地区难以保证低飞高度，并且需要有高精度的导航、定位设备。

1 加拿大航空物探发展现况

航空物探开始于二十世纪三十年代。自1950年第一台航空电磁仪在加拿大试用成功以来，各种航空物探方法相继迅速发展。

1993年加拿大High－Sense物探公司研制出了一套轻便型直升机小型化航磁系统，该系统包括：磁力仪、LCD信息显示器和导航指示器、探头、GPS接收天线、雷达高度计和吊舱，总重量不到45kg，可安装在Bell206B小型飞机上或更小的飞机上，无需仪器操作员。1994年加拿大的Geotech公司研制出了一套航空物探多参数综合测量系统，这是一套小型化、多功能、高灵敏度、数字化、多频率的直升机电磁仪、磁力仪和能谱仪的综合系统。整套系统包括4.8m长吊舱、三频电磁仪、磁力仪和GPS导航定位仪等，共重90kg。由于这套系统的高度自动化、智能化，不需空勤操作员操作，在野外进行航空测量时，飞机驾驶员操纵飞机沿设计测线飞行就可以了。加拿大一直是世界航空物探技术发展的中心，虽然最近几年不太活跃，但技术实力一直处于世界领先水平。

2 地质概况

2.1 矿区简介

悉尼铜钼矿，位于加拿大东部新斯科舍省悉尼市西南18km处。该矿床十九世纪末被发现，已有一百多年的勘探历史，但从上世纪九十年代才展开系统深入勘探工作。前人对该矿床的研究，主要集中在矿床成因方面，如 Hollister等（1974）、Lynch等（1997）、John等（2007）等学者均认为该矿床的形成与斑岩型和浅成低温热液矿床成因非常相似。

2.2 区域地质概况

悉尼矿床大地构造位置在北美大陆中部阿拉巴契亚褶皱带东端，区域上处于加拿大阿巴拉契亚阿瓦隆台地前寒武纪火山岩～深成岩带内。该带自新伯伦斯克南部，沿新斯科舍省中部，经布列塔尼角，达纽芬兰南部，最终延伸到阿瓦隆半岛。带内前寒武纪岩石由晚哈德瑞纪（约620Ma）火山岩系列的流纹岩、英安岩、玄武岩熔岩流、凝灰岩及少量火山碎屑岩组成，被大型同时代成份复杂的侵入岩（西部）侵入，侵入岩为闪长岩及花岗岩成份。

Keppie等（1991）通过分析该地区火成岩岩套的岩石学特征，认为悉尼矿床所在的火山～侵入岩带形成于大陆边缘火山／侵入岩弧，是元古代向西倾斜的消减带形成的，而这些带可能被视为类似于古老的安第斯山式的大陆边缘构造。

2.3 岩性特征

工作区出露的侵入岩主要为古生代（未分）的闪长岩、石英二长闪长岩和花岗闪长岩，在区域上呈岩基～岩株状产出，分布于工作区东南部，面积为15km2，占工作区总面积35%，与coxheath组火山地层呈侵入接触关系。席状辉绿岩脉在工区较发育，脉宽一般2m－3m，大者可达5m，多以北北东向成群出现，另有辉长岩和流纹斑岩、花岗斑岩脉稀疏分布。在工作区西南部coxheath山一带分布有闪长岩与石英二长闪长岩，二者呈渐变过渡关系。岩石以中细粒结构为主，靠近coxheath组地层接触带附近岩石粒度明显变细，呈细粒状结构，并发育有冷凝边和围岩捕掳体。岩石主要由斜长石70%－75%、钾长石10%－15%、石英5%－10%、黑云母10%－15%组成。在工作区南部分布有花岗闪长岩，与闪长岩或石英二长闪长岩呈侵入接触关系。岩石以中粒结构为主，岩石主要由斜长石55%－60%、钾长石15%、石英20%－25%、黑云母、角闪石5%组成。

3 大比例尺高分辨率航空磁法

本次航测测量由加拿大Aeroquest公司于2010年9月23日到9月26日完成。该方法是一种以找矿为目的，集直升机1∶10 000以及以上大比例尺航空物探测量，数据处理，解释为一体的技术手法［6］。

3.1 直升机测量系统及测量效果

采用国际先进领先的吊舱式直升机测量系统，在该区完成1∶10 000高精度航磁测量约40km2。实际飞行测网疏密度为50m±3m（50×50单元格）、平均飞行高度为20m～40m，磁测总精度优于1nT，基站磁力仪分辨率为0.1nT，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”（见图1）。

图1 航空物探Fig.1 Airborne geophysical

3.2 磁力△T异常平面图

经IGRF计算出工作区中部2010年TMI背景值为52 490nT；地磁偏角为－19.1°，地磁倾角为68.3°。根据航磁异常修正本区TMI背景值为52 200nT。从航磁等值线上可以看出，本工作区航磁异常幅值在998nT（max：52 778nT，min：51 780nT）。TMI扰动变化强烈的区域位于工作区中部，主要由二大块面异常和多条呈北东南西向条带状异常组成，是找矿重点区域。

3.3 航磁异常处理

航磁异常测量数据是不同深度、不同形态、不同规模的磁性地质体磁场信息，在观测面上的综合反映结果。各种磁异常项目叠加、干扰，使得某些具有一定地质意义的异常变得复杂，在原始图件上很难识别。对于有价值异常的分析筛选，不仅考虑到浅部高频磁异常信息的分离、提取，对于深源引起的弱缓异常信息应予以重视。

位场转换处理技术，是航磁异常解释推断方法的重要组成部份。该技术对于发现并圈定磁异常，以及筛选矿致异常起到十分重要的作用。通过对航磁资料进行转换处理的主要目的包括三个方面：①减小或消除斜磁化的影响，通常进行化极处理；②提取浅部磁性体引起的高频异常信息；③压制浅部信息、突出深源低频磁异常信息。为了能够比较准确地提取浅部及深部矿致异常的信息，作者在工作区进行了航磁TMI化极垂向一阶导数转换处理，航磁异常倾斜梯度及其水平导数的转换处理，以及航磁剩余异常转换处理，并编制了相应的转换处理图件（见图2）。

3.3.1 剩余异常处理

航磁TMI剩余异常处理主要，是为了发现和查明新的隐伏磁性体，以便于对异常作出正确全面的评价。常规剩余异常的提取方法，通常分为频率域和空间域两大类。①频率域方法通常有：不同高度延拓场场差值、余弦镶边滤波、椭圆方向滤波、区域滤波以及小波变换等方法；②空间域方法主要有：多项式拟合法、滑动平均法、非线性曲率滤波等方法。

空间域非线性曲率滤波方法，是求取剖面测线位场趋势和剩余异常比较有效的方法之一。该方法是根据磁异常曲线曲率的变化，进行非线性迭代逼近，逐步拟合区域异常，然后与原始异常相减，以此来实现异常的提取。利用空间域非线性曲率滤波方法，可以有效地提取指定波长的剩余磁异常，消除背景异常的影响，从而达到突出由浅部磁性体产生的高频磁异常的目的。这里我们选用延拓的方法求取剩余异常（见下页图3）。

3.3.2 向上延拓

随着上延高度的增加，体积小、埋藏浅的地质体的异常衰减很快，而体积大、埋藏深的地质体异常衰减较慢，故上延计算可压制浅部干扰，突出深部和有规模的地质体异常，浅部干扰和没有地质意义的异常上延后会消失，深部场源有地质意义的异常上延后会显现出来。向上延拓磁力异常可分析异常场的特征，以了解区域构造特征。同时，对于一些岩体的规模、形态、埋藏位置可以做出定性判断，为解释提供依据（见下页图4及后面图5）。

3.3.3 向下延拓

向下延拓具有不适定性，在采取必要的措施后，向下延拓突出了异常的细节，会使深部异常体在地表产生的微弱异常突出出来。作者在该工区进行了化极异常下延20m处理（如后面图6所示）。

3.3.4 欧拉反褶积处理

磁源深度是磁测资料解释的一个重要参数。欧拉反褶积处理是一种快速的反演方法，它不需要对地质模型作任何假设，也无需对磁测数据进行化极处理，关键在对构造指数的选取（见后面图7）。

图2 悉尼航磁TMI平面图Fig.2 Sydney aeromagnetic TMI planar graph

图7 磁性体深度平面图Fig.7 Magnetic depth plane figure

3.3.5 SPI处理

场源参数成像（SPI）是由Geosoft公司的oasis montaj软件提供的，一个快捷有效且功能强大的类是欧拉反褶积方法，自动反演异常体边界更加圆滑（如下页图8所示）。

本工区航磁勘探是面性勘探，异常划分和异常解释主要根据磁力TMI异常平面图、磁力化极异常平面图、延拓异常平面图、磁源等深平面图和磁源界面等值线图为主要资料，并结合航电EM的成果图，进行异常的综合评价研究工作。

在航磁Tmi等值线图上，航磁异常强度较大，梯度陡，成群成片分布，群体效应非常严重。经过化极垂直一阶导数处理后，磁场上多形成扭曲的带状、椭圆状或似圆状异常。

从航电EM平面图来看（见下页图9），见矿好的钻孔位于Em高值区，故矿异常为高异常反映，但航电EM在构造和含水系地段，还有航磁高值地段都反映为高值，应对照地形图，航磁图加以区分。

从航磁图来看，见矿好的钻孔位于航磁高值边缘。从航磁处理结果来看，矿体（钻孔部位）位于岩性接触带部位，矿体埋深（矿体中部）在40m～220m。从延拓图来看，延拓到500m异常主要显示为背景场异常，但剩余异常也不小。可见磁源延伸不是很大。从航磁图来推断，主要构造呈北东南西向，次生构造与其近似垂直，为北西南东向，岩体走向受构造影响，都呈北东南西向延伸，与本工区的区域构造特征一致，北西南东向构造切断岩体。

4 应用效果

通过对航磁、航电资料的处理研究分析，得出如下结论。

（1）矿体对磁性电性若有所反映，表现的物性特征为：航电为高值反映，航磁反映为高值的边缘，岩体接触部位。

（2）在工作区内，岩体与本工区的区域构造特征一致，都呈北东南西向延伸，但北西南东向发育次生断裂构造切断岩体。

（3）矿体主要位于岩性接触带部位，磁源埋深（磁源中部）在40m～220m，延伸到500m左右。

（4）构造、含水系地段，还有航磁高值地段，航电也反映为高值，圈定的成矿较好地段应兼顾地形、航磁、地质等资料。

5 结语

在地形和气象条件许可的情况下，大比例尺航空物探测量可以取代同比例尺的地面测量工作。在环境保护，降低物探人员的劳动强度，提高测量效率等方面，航空物探都具有独特的优势。

近十几年来，我国大比例尺航空物探在地质工作中发挥了重要作用，也有多个运用大比例尺航空物探取得成功的案例。目前，增加航空物探方法，扩大航空物探工作量的主要困难，在于飞机租用价格过高和政府对航空严格管制。可以预见，当中国的经济发展到一定的程度，飞机数量和机型有较大幅度的增加，航空公司之间的竞争促使飞机租用价格下调，在政府放宽航空管制后，航空物探的应用将会十分广阔。

本次航测的大量数据尚未处理完成，上述并非最终的成果。

［1］ PIKINGTON M，URQUHART W E S.Redeuction of potential field data to a horizo－ntal plane［J］.Geophics，1990，55：549.

［2］管志宁.我国磁法勘探的研究与进展［J］.地球物理学报，1997（40）：299.

［3］王守坦.航空物探技术［J］.地学前缘，1998（5）1－2：223.

［4］张守本.国外电磁方法系列发展概况［J］.国外铀金地质，1997（14）：166.

［5］郭良德.澳大利亚的航空物探［J］.中国地质，2000（7）：42.

［6］熊盛青.发展中国航空物探技术有关问题的思考［J］.中国地质，2009，36（6）：1366.

［7］于长春，范正国，王乃东，等.高分辨率航磁方法及在大冶铁矿区的应用［J］.地球物理学进展，2007，22（3）：979.

［8］管志宁.地磁场与磁力勘探［M］.北京：地质出版社，2005.

［9］高珍权，刘海鹏.加拿大新斯科舍省铜钼多金属矿普查［Z］.北京：有色地质调查中心，2010.

［10］范正国，方迎尧，王懋基，等.航空物探技术在1∶25万区域地质调查中的应用［J］.物探与化探，2007，31（6）：504.

［11］于波，翟国君，刘雁春，等.利用航磁数据向下延拓得到海面磁场的方法［J］.测绘学报，2009，38（3）：204.