空地异常组合特征分析与找矿

王卫平，胡祥云，方迎尧，吴成平

（1．中国国土资源航空物探遥感中心，北京100832；2．中国地质大学（武汉），武汉430074）

0 引言

由于地质介质和地质构造的复杂性，采用地球物理方法进行金属矿的勘查具有很多不确定性，致使金属矿勘查存在较大的风险。如何降低勘查风险，提高勘查的准确性是国内外广大研究和勘查人员的攻关课题。目前国际上普遍采用综合资料的方法技术来提高勘查的准确性，积累了大量的文献，介绍了各种数据的应用方法和数据的综合数学算法。例如，H．Ranjbar等［1］采用主成分分析的方法来综合处理航空地球物理探测数据，并确定成矿远景区；Eberle等［2－3］和 Paasche等［4－5］采用聚类分析、因子分析和模糊数学分析方法用于高分辨航空地球物理数据处理和解释，分析成矿潜力。但所有的数学方法都是基于地球物理数据异常或异常的相似性这一准则来实现的。因而研究金属矿航空地球物理方法、地面地球物理方法的异常特点，分析不同空间地球物理异常的特点及组合，为进一步采用因子分析等数学方法提供地质、地球物理依据，也是提高这些数学方法应用效果的关键。

单一物探方法（如磁法、电法、重力、放射性等）对地下地质体反映具有多解性，而综合物探方法可以同时了解地下介质的磁性、电性（电阻率和激电效应）［6－7］、密度及辐射特征等参数，而且可以通过地下地质体磁性、电性、密度的组合特征来降低物探方法的多解性，以便提高物探方法的找矿效果。本文根据江西宜黄地区、广东龙门地区的直升机航空电磁、磁测资料，并结合地面查证（包括地质观察、地面磁法、电法、化探等）资料，探讨空地异常组合特征与铁及多金属矿的关系，总结与矿产有关的异常和非矿异常的空地异常组合特征及寻找铁及多金属矿的分析方法。

1 航空物探异常组合特征与矿产

具有磁性的地质体很多，比如侵入岩、火山岩、磁铁矿体等，虽然有时根据磁性强弱、磁异常特征可以对某些地质体进行分类，但其分类的结果具有多解性。同理，具有电性的地质体也很多，比如含水沉积地层、碳质地层、致密块状多金属矿体等，常显示明显的航空电磁异常，有时只根据电性特征很难确定地质体的性质［8］。航空放射性测量通常用于寻找放射性矿床，或在岩性构造填图中对主要岩石地层的岩性进行初步划分［9］。由于目前国内主要应用航空磁测和航空电磁方法进行矿产勘查，而航空重力和航空放射性在矿产勘查中的应用较少，在此仅对航空磁测和航空电磁对铁及多金属矿的反映特征进 行初步分析。根据近年来的实践发现，具有找矿意义的航磁异常和航空电磁异常通常具有一定的组合异常特征，主要表现为3类组合特征。

（1）航磁、电磁组合异常空间位置基本一致，即航磁、电磁异常反映为同一地质体，说明所反映的地质体具有磁性和导电性。通常表现为相对良导和强磁性（磁 化 率 可 达 104×10－5SI），或相对良导和弱磁性，通常具有磁性和导电性的地质体多为对寻找多金属矿潜力较大或矿化蚀变的反映，而具有导电和极强磁性的地质体多为磁铁矿的反映。

（2）电磁异常位于磁异常的边部或附近地区，即航磁、电磁异常反映的不是同一地质体，但航磁和电磁异常所反映的地质体是相互关联的，航磁异常多为岩体的反映，而电磁异常为侵入岩体与围岩接触带中矿化蚀变的反映。若同时有航空放射性测量，还可以对侵入岩体的性质做进一步的分析。

（3）航磁、电磁异常的位置和走向缺乏关联性，不具备组合异常的特征，即航磁、电磁异常反映的不是同一地质体，而且航磁和电磁异常所反映的地质体构造与岩性的关系不明显，航空电磁异常多为沉积地层含水或其他原因引起，若同时有航空放射性测量，也可以对沉积地层的岩性做进一步的分析。该类异常通常对找矿意义不大。

图1为江西宜黄地区直升机航空电磁、磁测量L1900线综合剖面图，由该图可以清楚地看出航空电磁、磁异常的组合特征，如D64与C6组合异常，D64为中低频实分量降低值异常，其与强度较大、梯度较陡的尖峰状航磁异常基本对应，D64与C6组合异常同为产于磁铁石英岩中的磁铁矿的反映，由于该磁铁矿为氧化浸染状矿体，仅显示弱导电特征。

图1 江西宜黄地区L1900线综合剖面图Fig．1 Comprehensive profile L1900in district of Yihuang，Jiangxi province

D66显示电磁实虚分量随频率的升高逐渐增强，为中等良导电性，且无明显的航磁异常与之对应，该电磁异常高为浅部风化层的反映。D65电磁异常无明显的磁异常与之对应，在地质剖面上与地势较低的第四系位置吻合，经计算，覆盖层厚度小于50m，电阻率250Ω·m左右，为第四系含水的反映。

D67电磁异常位于C4航磁异常的边部，C4航磁异常反映的是磁铁石英岩或磁铁矿体，D67电磁异常表现为良导体。经计算，顶部埋深约40m，电阻率150～250Ω·m，可能为磁铁石英岩边部伴生的良导矿化蚀变的反映。

D96与C27，D121与C29位置吻合较好，属于同源组合异常，地质体导电性较好。经计算，电阻率50～80Ω·m，顶部接近地表，向下延深约100m。该地质良导体磁异常强度较弱，位于岩体边缘的接触带上，认为是矿化蚀变的反映。

D123电磁异常无明显的航磁异常与之对应，该电磁异常反映的地质体为相对良导体。经计算，电阻率50Ω·m，顶部埋深约60m，认为是风化层含水的反映。

2 空地异常组合特征与矿产

利用航空物探组合异常特征只能对所反映的异常体进行初步定性，为了进一步确定地质体的性质，对优选的航空物探异常开展地面查证工作是十分必要的，地面查证方法包括物探、化探和地质观察等。通过空地异常组合特征分析可以缩小找矿范围，突出或发现弱小异常等，并可利用空、地多参数测量，综合分析和确定找矿目标的性质。

在实践中最常见的磁铁矿及多金属矿床成因类型主要包括以下3种：

（1）沉积变质铁矿，我国称鞍山式铁矿。该类铁矿形成于太古代，多为海底火山喷发形成含矿层，特别是基性火山熔岩，携带大量含铁物质沉积，先形成含铁和含硫化矿物层位，经过早期构造运动和区域变质等，使原有沉积物重新组合，铁质发生富集，铁矿层重结晶等。受层位控制，围岩多为各种片麻岩，矿层呈条带状产于变质地层中。大多数沉积变质铁矿以磁铁矿为主，并常有黄铁矿、磁黄铁矿、磁赤铁矿等与之共生。

（2）接触交代型矿床，也称夕卡岩型矿床。主要产于岩浆岩与碳酸盐岩地层的接触带及其附近，形成接触交代蚀变及矿化的夕卡岩带，矿体的规模与夕卡岩带的规模大小往往呈正相关关系，成矿物质主要来源于岩浆岩，大多数围岩中也含有一定的成矿元素，在接触交代过程中被析出，形成工业矿体。这类矿床多产于各时期的岩浆活动带中，但以侵入岩体与碳酸盐岩地层接触成矿较多，火山岩与围岩接触交代成矿较少。可以产生以磁铁矿为主，伴生铜、铅锌、锡、钼、钨等矿物的矿床，也可形成以铜、铅、锌等有色金属矿为主的矿床。

（3）热液型矿床。产于各时期构造活动形成的次级断裂、破碎带中，常有各种岩脉充填，伴随热液活动，产生高岭土化、硅化、方解石化等各种蚀变岩的同时，形成高、中、低温的热液矿床，矿床有磁铁矿、有色金属矿、贵重金属矿等，但多形成以铜、铅、锌等有色金属矿为主的矿床。

图2 江西宜黄地区2号勘探线综合剖面图Fig．2 Comprehensive profile of the second prospecting line in district of Yihuang，Jiangxi province

沉积变质磁铁矿通常磁性极强，磁化率可达104×10－5SI数量级以上，并且通常具有一定的相对导电性，常与黄铁矿伴生，因此，在空地磁异往往场上常表现为强度大、梯度陡的尖峰状异常，在航 空电磁场上中低频实分量显示梯度较陡的降低值异常，中高频虚分量显示升高异常，而在地面双频激电异常显示中低幅度的视幅频率异常，以及相对电阻率低异常。因此，当遇到此种空地异常组合特征时，寻找磁铁矿的潜力极大，应进一步开展地面钻探验证工作。

大部分夕卡岩型多金属矿位于岩体与地层的接触带上，生成的夕卡岩带或含矿蚀变带多具有磁性，一般岩体为中弱磁性和无磁性，含矿蚀变带通常是相对良导体，在航空物探异常中多显示明显的磁异常和电磁异常，在地面双频激电显示视幅频异常，并有多种元素的化探异常分布。该类组合异常通常可以分为2类，一类是空地异常所反映的地质体是同源的，另一类是非同源的。同源组合异常主要表现在岩体为无磁性或弱磁性，而接触带上的蚀变带具有一定的磁性和导电性，而非同源组合异常表现为岩体具有磁性，而蚀变带却无磁或极弱磁性，但具有相对良导性。该类组合异常寻找多金属矿的潜力很大。

对于一定规模的裂隙充填热液型多金属矿，常常出现线性的、延伸较长的航磁异常和相对的升高航空电磁异常。两种异常的位置与走向相同，一般磁异常的强度都较弱，而电磁异常强度相对较强。地面磁测和激电异常均很明显，表现为空地同源组合异常，寻找多金属矿潜力较大。

若某一类物探异常与其他种类的异常无明显的特征联系，比如位置、走向等，说明这些异常所反映的地质体关联性不大，即某种异常体仅表现为单一磁性或导电性，也无找矿标志之一的视幅频异常（无硫化物），且化探异常也不明显，该类异常对寻找铁和多金属矿的潜力较小。

经过分析认为，寻找铁及多金属矿的空地异常组合特征主要包括以下3种形式：

（1）寻找磁铁矿的组合异常特征。航磁异常强度大、梯度陡，航空电磁异常中低频实分量显示梯度较陡的降低值异常。地面磁测与空中磁测异常特征相似，地面双频激电异常显示中低幅度的视幅频率异常，以及相对电阻率低异常。说明该组合异常体磁性很强，并显示一定导电性，而且可能与硫化物伴生，很可能为磁铁矿的反映。

（2）寻找多金属矿的组合异常特征。该组合异常可分为同源组合异常和非同源组合异常2类。

同源组合异常：多种空地异常位置对应，通常显示弱磁性、相对良导特征，异常体多含有硫化物，即航空电磁中高频实虚分量显示升高异常、航磁异常显示低缓升高异常，而地面双频激电显示中等幅度的视幅频率异常和相对电阻率低异常，并有综合化探异常与之对应。该类异常多为潜力较大的多金属矿化体引起。

非同源组合异常：空地电磁异常、磁异常位置紧密相邻，通常电磁异常位于磁异常的边部或附近地区，航磁异常多为岩体的反映，而电磁异常多为矿化蚀变的反映。与航空电磁异常位置对应的地面双频激电异常显示中低幅度的视幅频率异常和电阻率低异常，有时有化探异常分布。该类异常多产于接触带附近，多为潜力较大的多金属矿化体引起。

（3）非组合异常。该类空地电磁、磁异常位置和走向均没有明显的组合异常特征，也就是说空地电磁、磁异常互不关联，且为单一电性或磁异常体引起，磁异常多为侵入岩体或火山岩引起，航空电磁异常多为沉积地层含水或其他原因引起，而地面双频激电异常多为碳质地层或其他原因引起。非组合异常对找矿意义不大。

3 应用效果

为了验证直升机航空物探的找矿效果，对江西宜黄地区和广东龙门地区优选的几处航空电磁、磁异常进行了地面查证，地面查证方法包括地质观察、地面磁法、电法和化探等。

江西宜黄地区主要分布有沉积变质型新余式磁铁矿床，如庙上—磨石下磁铁矿、严坑磁铁矿等，主要产自中上震旦统由磁铁石英岩、石墨石英岩、石英片岩构成的组合石英岩带内，并有黄铁矿和磁黄铁矿与之伴生。原生沉积的组合石英岩带经过构造运动使其局部地段富集成磁铁矿床。此类铁矿能产生较强的磁异常。图2为江西宜黄地区2号勘探线的航空、地面组合异常特征与矿产的关系分析图。其中C6航磁异常强度很大，最高可达800nT，并与航空电磁中低频降低值异常D64位置基本对应，为强磁性体组合异常。该组合异常与地面磁异常Ic02和激电视幅频异常Id02位置对应较好。经实地观察，在该组合异常范围内已在浅部见风化的褐红色磁铁矿，根据D64异常低频实分量的降低幅度，推测该航空电磁异常反映的地下地质体磁化率可达104×10－5SI数量级以上，认为C6航磁异常和D64电磁异常组合特征为磁铁矿的反映，而地面激电视幅频 异常Id02为磁铁矿中伴生的黄铁矿的反映。航磁C5异常的电磁异常特征不明显，说明该磁异常磁性不是很强；地面视幅频异常特征不明显，说明该磁异常所反映的地质体不含硫化物。由于该磁异常组合特征不明显，认为该异常为隐伏的磁铁石英岩带引起。航空电磁异常D66为相对良导体电磁异常，无明显的航磁异常特征与之对应，地面双频激电视幅频异常低缓，为非组合异常。经地表观察分布有大面积的三叠纪花岗岩风化层，认为该异常系风化层含水引起。

图3 广东龙门6号线综合剖面图Fig．3 Comprehensive profile of the sixth prospecting line in district of Longmen，Guangdong province

广东龙门地区的多金属矿主要产于上泥盆统天子岭组和帽子峰组碳酸盐岩与碎屑岩接触界面附近，其次在下石炭统石磴子组灰岩中。产于碳酸盐岩与酸性侵入岩内外接触带中的夕卡岩型矿床包括合子、大坑径铅锌矿；产于碳酸盐岩断裂带中的脉状矿床包括铁岭、杨屋铅锌矿；产于灰岩中的岩溶型矿床［10］。矿石结构为致密斑块状、细脉浸染状。图3为广东龙门地区6号勘探线的航空、地面组合异常特征关系图，航空物探异常为良导、弱磁组合异常，经计算航空电磁异常所反映的地质体电阻率为150～250Ω·m，且磁性较弱，该航空物探组合异常位于山顶处的石炭系灰岩与侏罗系的接触部位。经地面观察周边有侵入岩体出露，异常处及附近地表有大量铁帽分布。经地面查证，可控源电磁法［11－13］在350～600m之间显示明显的低阻；经反演计算，良导体宽度200～300m，顶部埋深约50m，向下延深300m。土壤化探在良导体的两侧分布有Mn和Pb的化探异常，说明地下介质电性变化较大的部位，通常指示断裂构造带的存在，从而导致锰、铅元素等矿物质向地表运移，也就是说，地下良导体可能与锰、铅元素化探异常有关。在剖面470m处布钻孔ZK01，孔深250m，并在52～235m见连续的黄铁矿，经化验分析，w（Fe）＝7%～16%，局部见铅、锌，且见高含量的银和钛异常。根据广东地区的找矿特点，产于接触带附近灰岩中的铅锌矿通常呈致密块状，且品位较高，因此，在该异常处寻找一定规模的铅锌多金属矿的潜力很大。

4 结束语

通过以上分析，可以得出以下几点结论：

（1）由于航空物探具有飞行速度快、大面积覆盖、工作周期短等优势，因此可以利用航空物探组合异常特征与矿产的关系，对航空物探异常进行快速分类，以便初步确定对寻找铁及多 金属矿有意义的异常。

（2）对寻找铁及多金属矿有意义的航空物探异常进行地面查证工作，通过空地异常组合特征分析，进一步区分矿与非矿异常，并且确定寻找铁及多金属矿异常的找矿潜力和性质，为地面钻探验证提供依据。

（3）空地异常组合特征分析方法在江西宜黄地区、广东龙门地区的应用取得了明显效果，经地面观察或钻探验证，一些空地异常组合特征明显的异常在地表或岩心中已经见矿或见黄铁矿化，该异常对进一步寻找铁及多金属矿具有很大的潜力。

总之，根据空地异常的不同参数组合特征可以在一定程度上区分铁及多金属矿和非矿异常的性质，降低了分析地下目标物的多解性，提高了综合测量方法在寻找铁及多金属矿方面的有效性，并为今后进一步采用因子分析等数学方法对空地组合异常进行分类应用奠定了技术基础。

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