高精度磁法在冯庄地区找矿中的实际应用及启示

赵少宁

（河南省有色金属地质矿产局第一地质大队 河南 郑州 450016）

河南省泌阳县冯庄地区人口稠密，多集居于河谷两岸冲积平原及山前低缓地带，经济发展历来以农、林业为主；少数从事工矿业及经商业。自上世纪八十年代以来，随着铁、金矿等一批矿山企业的建成投产，工矿业得以迅速发展，已成为县域经济发展的支柱产业之一。此次物探调查对该地区今后的地质勘探和找矿提供有利信息。

1 地区地质概况

1.1 位置交通及自然地理条件

该区东西长约3.5km，南北宽约1.88km，面积约6.58km2。由以下地理拐点标控制：

1：113°24′45″，32°41′00″

2：113°26′59″，32°41′00″

3：113°26′59″，32°40′00″

4：113°24′45″，32°40′00″

实际地面高精度磁测工作拐点坐标如下：

1：X：3617860，Y：38444900

2：X：3617860，Y：38448400

3：X：3615980，Y：38448400

4：X：3615980，Y：3844900

该区地处桐柏山北麓，地势总体南高北低，最高海拔标高228米，最低点海拔标高204米，相对高差最大28米，一般小于100米，属低山丘陵区。

1.2 地区地质特征

该区出露地层东部主要为二郎坪群刘山岩组和张家大庄组并层。张家大庄组为绢云石英片岩、变粒岩、薄层石英夹细碧岩，偶见完整的岩枕构造，其排列方式指示地层层序正常。局部石英岩夹薄层炭质片岩；刘山岩组与下伏张家大庄组（Pt2z）呈整合接触。岩性以火山岩为主，下部较复杂，相变明显，为变质基性火山碎屑岩、细碧岩夹少量石英角斑岩；中部为凝灰岩、硅质岩和少量熔岩夹层，上部为变质基性火山岩、变细碧岩夹少量浅粒岩。第四系黄土、亚粘土、残坡积物主要出现于该区沟谷及坡地内。

该区内地层倾向南东，倾角25-35度，断裂构造较为发育，主要特征分述如下：F：位于矿区北中部。在矿区内出露，走向北西—南东向，倾向42度，倾角65度，出露长度100多米，断裂构造带内主要为石英脉和碎裂岩组成，石英脉严格受断裂控制，呈断续薄脉状、透镜状。金属矿化以黄铁矿化、褐铁矿化为主，呈团块状、细脉状，围岩蚀变以硅化为主，次为绢云母化。该区内岩体、岩脉发育，主要描述如下：东南部为桃园岩体，外围为华力西早期第二次侵入似斑状中粒黑云母花岗岩，内部为晚期第二次侵入的细粒黑云母花岗岩。北部发育有闪长岩脉。主要围岩蚀变常见黄铁矿化、褐铁矿化、硅化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化、高岭土化、碳酸盐化等。这是区内矿床主要的找矿标志。

1.3 地球物理特征

岩（矿）石的磁性差异是磁法勘探的地球物理前题，因此，磁法测量前的实测标本数据是必不可少的。从实测标本数据上可以看出：含磁铁岩矿体为高磁性、高密度体；火成岩类为中磁性、中密度体；变质岩类为相对低磁性、低密度体。由此可见，本区域内的岩石磁性差别明显，是适合使用高精度磁测的。具备了高精度磁测的地球物理条件。

表1 冯庄矿区主要岩矿石磁性参数一览表

31 斜长角闪岩 607.94 132.83 3.18 0.68 32 矽卡岩铁矿 11518.00 31415.00 3.83 1.33 33 细碧岩 580.41 18.78 3.00 0.50 34 矽卡岩铁矿 31892.00117360.00 4.12 1.62 35 石英片岩 486.51 29.99 2.80 0.30 36 大理岩 557.43 44.88 2.84 0.34 37 变粒岩 512.44 78.46 2.91 0.41 38 变粒岩 191.40 205.28 2.93 0.43 39 斜长角闪片岩 203.21 337.98 2.91 0.41 40 闪长岩 312.67 1203.70 1.97 0.53 41 闪长岩 144.22 97.43 2.73 0.23 42 闪长岩 1031.80 136.97 2.98 0.48 43 斜长角闪片岩 196.95 62.80 2.86 0.36 44 斜长角闪片岩 87.09 30.74 2.88 0.38

2 方法及技术

主要开展地面高精度磁力ΔT测量。

2.1 物探测网及测深点位敷设

首先要进行磁法的面积性勘探，即磁法扫面工作。磁法测网可以采用常用的100×20m矩形测网，由2条基线、36条测线构成，控制面积6.58km2。测网基线长3500m，方位90°；测线最长为1880m，方位0°。测网的测线编号为100—450线，测点标号为100—188。以测网100线的100点为测网的起算点，该点的坐标：X=3615980，Y=444900。其他测线（点）的坐标依据上述剖面设计计算求得。

加密测量主要在异常区进行，目的是为了进一步确定异常区的范围、走向及产状等重要信息。加密测量的方法是在原测线之间加密一条测线。加密后的测线距为50m，点距20m。加密的工作方法同原测网一致。加密工作区位于测线110—150、测点190—200之间；坐标范围是X：3616480-3616980，Y：445000-445800。

2.2 测网及测深点定位施测

采用的坐标系统：平面坐标系为1954年北京坐标系；高程系统为1956年黄海高程系。使用卫星全球定位系统（GPS）时，直接将WGS-84坐标与椭球面大地高程转换成本次工作的坐标与高程系统。测网布设定位方法采用手持式GPS定位。利用基准点（测网的100/100）的理论坐标作为物探测网的起算点，依据测线的方位与线距、点距分别计算出每个测点的理论坐标，输入到GPS内。然后利用GPS导航，实地确定每条测线及测点的具体位置。

2.3 地面磁力（ΔT）测量技术

2.3.1 日变站选择

日变站选择在驻地附近的位置。该点位离驻地较近、且远离车辆通行。该点同时作为本次工作的基点，并与仪器的校验点在同一位置。经检测，该点沿水平位置在3m内的变化≤2nT；在垂向0.5m的高度内，梯度变化≤2nT，磁场比较稳定，符合5nT设计精度的规范要求。

2.3.2 仪器噪声试验

高精度磁测工作共投入4台GSM-19T质子磁力仪磁力仪，分别为1号、2号、3号和4号。开工前对仪器稳定性检测。仪器检测在测区附近进行，4台仪器在同一位置（二台仪器之间间距离约30m）、同一时刻开始；将4台仪器之间的系统差减去后，其检测结果如图1。

图1 GSM-19T质子磁力仪噪声检测观测数据对比示意图

仪器噪声用均方根值S进行评价，公式如下：

式中：ΔXi—第i时的观测值Xi与此同时起始观测值X0的差值；—所有仪器同一时间观测差值ΔXi的平均值；n—单台仪器总观测数，i=1，2，……n。

从图中可以看出，4台仪器的工作状态十分稳定，数据跳跃一般在0.2nT；仅有1号机出现了一个约0.7nT的跃点。对仪器噪声观测连续取53个观测数据，利用上述公式对4台仪器的噪声统计结果见下表。

表2 仪器噪声试验统计结果表

从表中统计的结果看，各台仪器的工作噪声均在0.17nT以下，说明仪器工作状态良好，满足本次5nT均方误差要求，4台仪器都可以使用。在4台仪器中,4号机的均方误差最小，选为在本次工作中进行日变观测。

2.3.3 仪器精度及一致性

仪器一致性试验在矿区进行，共观测了30个物理点；数据变化在150nT以上。观测一致性数据剖面见下图（图2）。

图2 一致性试验观测数据对比示意图

经统计，1号、4号和5号仪器对8号机的一致性均优于0.5nT（见表6），满足规范相应条款要求，可以不进行一致性。

表3 仪器一致性试验统计结果表

2.3.4地面磁力测量工作技术措施

1）日变观测

日变观测设专职日变观测员，使用4号磁力仪进行日变观测工作。在工作日，日变观测人员与剖面施测人员同时出工，并首先开始日变观测。结束后，通知日变观测员终止当日的日变观测。日变观测由仪器自动完成，自动记录，读数间隔设定为20s。

对每天的日变数据要进行回放和检查，主要检查仪器工作时间是否完整，仪器工作有无中断、是否存在掉格及磁暴、有无铁磁性物体影响等。对检查无误的数据存档待用。

2）数据观测

地面磁力测量的工作采用担负式，一台仪器一人工作。观测前对观测员进行了去磁处理，不携带手机、钥匙等铁磁性物件或可以产生电磁信号的物体。

工作使用2m探杆，每个测点在观测时保持探杆触地，保证了探头高度的一致性。观测时，探头上的“N”极指北（测线大号点方向），保证了探头指向的一致性。

工作时，将当日开始作业的第一个测点作为当日的校正点；观测结束时，返回到校正点进行当日的最后一次观测。

数据观测一般读数2次，当2次的读数差≤2nT时，存入第二次的观测数据。当读数差＞2nT时进行多次观测，并选择常见值存入仪器。对于读数不稳定的测点，检查了影响因素，并进行了点位及异常情况记录。

3）数据改正

数据改正工作主要是将观测的地磁总场数据（T）改正为工作区的相对异常数据（ΔT）。改正公式如下：

ΔT=T-T0-Tr

式中：T0为矿区基点改正；Tr为日变改正

①日变及基点改正

本次工作的基点取日变观测站位置的磁场（T0），则日变站观测的日变数据为TR，且有Tr＝T0＋Tr。因此，进行日变TR改正时，同时改正了T0及Tr。TR改正直接用剖面观测数据直接减去日变数据完成。

②背景场改正

依据T0改正所得到的正常场是区域性的，可能不满足矿区的异常背景。从初步的改正数据图分析，其背景明显偏高。经分析研究，最后确定对上述基本数据进行-200nT的区域背景改正。

加密异常部分没有进行背景场改正。

3 物探异常特征概述

3.1 异常分布概述

测区地面高精度磁测ΔT异常的数据等值线比较简单，异常分布比较规律（见图3）。

图3 冯庄矿区地面磁测（ΔT）异常等值线平面图

在全测区异常图上，ΔT等值线具有明显带状延伸趋势。异常背景较低，有明显负值异常带发育；正值背景宽阔，局部异常不发育，仅在测区西部有局部异常ΔT1显示，异常规模小，强度不大。其它部位异常变化一般在100～300nT之间。

图4 冯庄矿区地面磁测DT1加密异常等值线平面图

DT1异常大致呈带状，长约500m，宽约40～60m，整体上具北西—南东走向。该异常中心部位强度高，与外侧异常差异较大，似由不同异常叠加形成。异常中心强度最高2435nT，外侧异常峰值600～1000nT。

测区南西角及北东角的串珠状变化由由高速公路等干扰引起。

为了更好地控制DT1异常，便于分析研究异常体征和推断解释，我们对该异常进行了加密观测，观测网度50×20m。整理后的异常见图4。

加密后的异常特征更加清晰，主体特征不变。中心异常依然清晰，大致由1100nT圈定，长约100m。外围异常基本不变。

3.2 异常数据处理

本次对加密的DT1异常进行了化极处理，其目的是研究在垂直磁化条件下的异常特征。化极标准坐标：东经113°25′，北纬 32°41′；化极后参数是：地磁倾角 90°（垂直磁化）；地磁偏角0°。化极后异常经低通滤波的结果见图5。

图5 冯庄矿区ΔT化极滤波异常平面图

从图面上看化极后的异常在平面位置上变化很小，异常中心及规模基本不变；异常北侧的负异常（带）略有变化，在150线东侧出现明显负异常中心。

上述异常体征表明地磁体磁性主要集中于地表附近，向下延伸不大；地磁体磁性以感磁为主；地磁体产状直立。

4 主要成果

依据物性资料，ΔT异常主要由磁铁矿引起；异常强度的大小与磁铁矿的品位和规模有关。其它地层、岩性一般不引起异常。综合以上初步分析，推断认为DT1异常可能由铁磁性矿物富集引起，具有磁铁矿成矿的可能性；其它部位的磁性变化主要与岩性变化有关，不具有找（磁铁）矿的意义。依据DT1的异常特征，推断其场源形态为囊状，可近似视为球体。对其埋深用可用4种方法估计。

1）运用切线法估计磁性体埋深约43m，具体计算见下图（图 6）。

2）运用切线法估计磁性体的顶板埋深约32m（见图7）。

图6 DT1异常反演计算图示（1）

图7 DT1异常反演计算图示（2）

3）运用特征点法估计磁性体的中心埋深约36m （见图7）。

图8 DT1异常反演计算图示（3）

4）利用复梯度振幅法估计深度约23m（见图6）。

图9 DT1异常反演计算图示（4）

通过在地面的磁力ΔT测量和对DT1异常进行的加密测量从而圈定ΔT异常1个，推断可能由磁铁矿（化）引起，依据异常反演结果推断其场源形态可能为囊状体，可近似视为球体。并对地磁体的埋深、形态等参数进行了估计得出埋深20～30m，半径 10～20m；中心埋深 30～40m，若取半径 15m 则体积为v=4*3.14*15*15*15/3=14137m3，取矿石的比重为4，则矿石量=4*14137=56548t，也就是5～6万吨。

5 结论与启示

通过磁法物探工作在冯庄地区的开展，可以总结出一下经验与启示：

5.1 高精度磁法的工作方法很重要

本次物探工作在冯庄区域内完成了地面磁力ΔT测量面积达到了6.58km2。如此大面积的扫面工作必须要与对重点异常进行的加密测量相结合，只有这样才能更具体、形象、准确的反应出该区域内的高磁异常体的地质信息。

在实际工作中，要结合多种物探方法或测量方式，选取最有利于寻找或确定异常体信息的方法。各种物探方法也要综合利用，灵活运用，往往比单一方法效果更佳。

5.2 要保证物探工作的正确、规范，确保数据质量的可靠

在工作过程中，工作方法及工作程序要确保正确，不能有遗漏，不能违反规范进行操作。仪器设备需状态稳定，数据观测质量也需符合规范要求。实际工作中，一定要实行完善的野外记录与管理制度，确保第一手数据的质量。在后期数据处理及成图中，只有所有数据资料可靠，才可以利用。

5.3 多注意地质与物探的综合分析

在实际工作中，要注意地质与物探工作的相互结合。地质信息是物探工作开展的前提与基础，而良好的物探工作可以进一步明确地质信息，为下一步钻探等工作提供依据。两者相辅相成，缺一不可，所以在实际工作中，要注重地质与物探资料的综合分析，这样才可以少走弯路，提高效率。

在铁矿寻找难度不断增加，资源瓶颈制约日益严重的形势下，准确合理利用高精度磁测的各种方法，并结合地质信息进行综合分析，为类似冯庄铁矿地质条件的区域内寻找矿产提供了重要的借鉴意义。

［1］河南省泌阳县冯庄矿区物探工作总结[R].2011，4.