坦桑尼亚条带状含铁建造磁化率参数统计特征及其应用

2013-08-20李水平杨东朝张爱玲谢彦军

地质与勘探 2013年4期

李水平，杨东朝，程华，张爱玲，谢彦军

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南郑州 450001)

岩矿石的物性差异是地球物理勘探应用的前提，也是成果解释的物质基础。对于磁力勘探来说，磁性参数的利用贯穿于磁测工作的始终，编写设计、布置工作、估算异常的大小、定性和定量解释都离不开磁性参数，因此，正确合理地取得岩矿石的磁性参数并研究其磁性特征，对磁力勘探来说是很必要的(李金铭，2004)。

坦桑尼亚联合共和国位于非洲东部、赤道以南(南纬1°～11.5°)。该国金矿资源丰富，近年来资源量和产量均居非洲前列，其中90%以上为太古界绿岩带型金矿，此类型金矿与太古界尼安萨群(Nyanzian)的条带状含铁建造(Banded Iron Formation，简称为BIF)关系密切，金矿体多位于含铁建造内部或接触带附近或剪切带内(李水平，2009)。因此研究含铁建造的磁性参数特征，探讨磁化率对寻找含铁建造型(BIF型)金矿的指示作用，提出进一步的找矿信息及标志，对应用磁力勘探间接寻找金矿具有重要作用。

1 BIF地质特征

条带状含铁建造(BIF)在坦桑尼亚属于太古界尼安萨群(Nyanzian Supergroup)，尼安萨群由镁铁质熔岩、长英质熔岩、中性火山熔岩、少量凝灰岩、条带状含铁建造(BIF)构成。变质程度较低，为绿片岩相，局部变质为铁铝榴石角闪岩相。受多次构造运动的影响，褶皱发育，为坦桑尼亚金矿主要赋存层位。其上为Kavirondian群，为变质岩沉积建造，主要包括粗颗粒的长石砂岩、砾岩、石英岩。它们不整合于尼安萨群之上。

条带状含铁建造为火山沉积产物，是含铁建造型金矿的赋矿岩石，深灰色、灰黑色，隐晶质－细粒结构，块状构造，它的组成矿物主要有磁铁矿，磁黄铁矿，赤铁矿，菱铁矿，铁硅酸盐，石英和白云石，含少量辉石、角闪石、斜长石、绢云母。石英与磁铁矿各自聚集呈条带状，两者呈互层状相间分布，形成黑白相间的条带。

2 BIF磁化率测定方法

2.1 测量仪器

测量仪器为捷克进口的SM－30型便携式磁化率仪，测量范围:0.000～999×10－3SI，自动调整测量范围，灵敏度可达到10－7SI，最大测量值1SI，测量时间:基本模式每点不长于5 s数字显示，漂移纠正模式8s左右。SM－30特别用在野外地质勘探和快速实验室分析，对岩石或钻孔岩心样品进行分析和分类。能测出顺磁性、反磁性、铁磁性岩石的细微差别并精确地给出磁化率。通过使用精确复杂的信号处理方式，有效地减少外部电磁和各种电路板的影响，以上特点使该仪器处于世界领先地位(王磊等，2009)。

2.2 测量方法

磁化率的测定是在野外现场直接用SM－30型磁化率仪测量的。在岩矿石露头好的地方，找一平整光滑表面，首先将磁化率仪设置工作模式，根据工作模式确定补偿和接收步骤，使测量点位于仪器探头的正下方，并且与仪器外壳保持密切接触和相对稳定。启动测量后，仪器将自动测量数据，按下中间键进行保存。

SM－30测定钻孔条带状含铁建造岩心时，由于其磁化率较高，退磁作用导致非线型的发生，因此，仪器所测的数据均需乘以与岩心直径、长度有关的更正系数进行更正，具体更正系数由仪器说明书所列的岩心直径与岩心长度表1中查出(北京地森海科技发展有限公司，SM－30磁化率仪操作手册)，最终计算得到该岩心的真正磁化率值。

钻孔岩心直径为55mm，表1中，列出了岩心直径为55mm、不同岩心长度的更正系数，行 1..3(0.001，0.01，0.1(SI))显示的是退磁影响对更正因素影响不大，这表明选择哪一行不是关键的。

表1 更正系数表Table 1 Correction coefficients

3 BIF磁化率统计方法及磁性特征

自然界中各种岩矿石的生成地质条件是复杂的，因而呈现的磁性特征也是变化很大的，亦即磁性参数是受复杂地质因素制约的一种随机变量(管志宁，2005);为了求得条带状含铁建造(BIF)岩石磁参数特征数，本次测定了大量的同类标本，采用数理统计的方法来求出其磁参数值(谭承泽等，1983)，以此做为推算BIF总体的磁参数数据。本次工作用Excel表来实现对BIF的磁化率数据进行分析与统计。

条带状含铁建造(磁铁石英岩)磁化率数据，来源于笔者对十几个矿权区近五年的测定，具有较强的代表性。

地表条带状含铁建造(BIF)由于长期遭受风化、岩石破碎，钻孔中的BIF为原生的，新鲜致密，由于二者测定的磁化率数值差别较大，因此本次含铁建造磁化率的统计，是把地表测定的磁化率和钻孔中测定的磁化率数值分开进行统计。图1为钻孔中测定的BIF频率分布和累积频率直方图。该图显示了磁化率数据分组后的频率分布情况，磁化率变化范围较大，并且呈多峰分布，说明了组成岩石的矿物成份种类与含量不稳定，导致同一岩石物性参数具有一定的变化范围(王磊等，2012)。

图1 BIF频率分布直方图和累积频率图Fig.1 Histogram showing frequency distribution and cumulative frequency of the BIF

图2 BIF概率分布图Fig.2 Probability distribution of BIF

对于大量的BIF磁化率测定数据，为合理准确统计出地表和钻孔中BIF的磁化率常见值和变化范围，这次作者采用制作的概率分布图来求得。图2为钻孔中BIF的概率分布图。从图上可以看出，添加的趋势线与累积频率散点连线进行对比，累积频率点在概率图上近似于一条直线，说明其被统计的BIF标本的累积频率服从正态分布，那么，概率图上50%坐标的交点的横坐标，即是BIF的磁化率常见值;其变化范围则根据15.9%或84.1%的交点横坐标与常用值之差来计算得出(管志宁，2005)。用同样类似的方法，统计出了地表测定的BIF和区域上其它岩石磁化率的常用值和变化范围。其统计结果见表2。表2内集中了BIF(地表和钻孔)以及区域上其它岩石的磁化率统计值。

表2 岩石磁化率统计表Table 2 Statistics of magnetic susceptibility parameters for rocks

从磁化率统计结果表2中可看出，不同的岩石具有不同的磁化率，即具有不同的磁性;说明岩石中铁磁性矿物的有无、含量多少、颗粒的大小及其分布情况，与岩石的磁性直接相关(黄仲良，2004)。

各种岩石磁化率数值偏低，变化不大，只有与金矿有关的条带状含铁建造磁化率数值较大，即它们之间磁性相差较大，条带状含铁建造的磁性要比其它岩石磁性高出3～5个级次。含铁建造岩为本区磁性最强的岩石，具中强磁性。并且钻孔中含铁建造BIF的磁化率数值，远远高于地表含铁建造BIF的磁化率数值，说明了地表含铁建造(BIF)由于长期遭受风化、岩石破碎及蚀变，BIF的磁性明显降低(曹烨等，2007)，但与其它岩石的磁化率数值相比，仍比区域上其它岩石，如辉绿岩、花岗岩等的磁性要高的多;因此，本区其他岩石在地表不会引起梯度变化很大的异常(一般都是平稳场)，而只有条带状含铁建造则会引起梯度较大的异常，即具有一定规模和强度的磁异常应当与该类岩石有关。利用含铁建造磁化率的这种特性，建立BIF磁化率模型，为间接找金奠定了基础。

钻孔中BIF的磁化率统计值才能真正体现BIF磁化率的实际参数值，对于隐伏的BIF，将应用钻孔中统计的磁化率数值对磁异常进行正反演计算。

4 BIF磁化率参数的应用

图3为Mwamumora金矿区的地面ΔT磁异常图，由于低磁纬度区处在以水平磁化为主的环境下，磁性体产生的ΔT异常主要由水平分量Ha构成的，所以该矿区ΔT磁异常以负磁异常为主，负异常为主体异常，正异常为伴生异常(方迎尧等，2006);ΔT磁场结构以北正南负为特点，为主体的负磁异常将代表着磁性体(BIF)的真实深度。

图3 Mwamumora金矿区的地面ΔT磁异常图Fig.3 Ground ΔT magnetic anomaly contours of the gold mining area in Mwamumora，Tanzania

从图3可以看出，磁异常长轴近南北向，异常幅值高，梯度变化大，异常形态规正;根据磁异常特征，在区内划分出了三条磁异常带C1、C2、C3(图中虚线所示)，它们都由三至四个负磁异常或正负磁异常组成，异常带走向为近南北和北东向;由于该矿区处于季节性沼泽地带，没有基岩出露，因此根据区域地质特征、异常特征和岩石物性特征定性推测该异常为条带状含铁建造引起的异常(李水平，2009)。在磁异常中心位置布置了两条(630线和634线)东西向精测剖面(图3)，借助磁法勘探软件，进行低纬度化极处理(赵百民等，2009;骆遥等，2010)，南半球化极后，正负磁异常整体互换(张云等，2010)，利用测定的含铁建造磁化率参数值，计算出条带状含铁建造的感应磁化强度为28000×10－3A/m，对磁异常进行 2.5维人机交互反演拟合(刘天佑，2009)，由图4、图5可见计算曲线与实测曲线拟合程度较好，进一步说明了该异常应当为条带状含铁建造引起的。后经钻探验证得到了证实，在所打的60多个倾斜钻孔(倾角70°)中均见到了目标体BIF(李水平等，2012)，现已成为金矿详查矿区，C1、C2两条磁异常带现已分别命名为1号和2号金矿脉，预计提交(332+333)金资源量20t。C3磁异常带已列入后续勘探中。

图6为Macheira矿区的地面ΔT磁测异常图，该矿区也是被沼泽性黑土覆盖，从图上可以看出，矿区西边存在着两条窄而陡的南北向磁异常带C4、C5，东部为北西向磁异常带C6(图中虚线所示)，西边两异常带内，单个磁异常单元，均为封闭和半封闭的椭圆型异常圈，圆心周围等值线非常匀称，初步标明BIF产状较陡，很类似于Mwamumora矿区的磁异常特征，根据25线精测剖面(图6)，化极后，利用BIF的磁化率参数值，对其单个异常进行了正演计算，图7为25线正演计算结果，实测和计算曲线比较吻合，推断该两条异常带也是由BIF引起的，根据磁异常特征，后对其进行了斜孔(倾角70°)钻探验证，目前已初见成效，被定为普查矿区，第一个钻孔于90m处见到条带状含铁建造，发现矿化段3m多，金品位平均6g/t;后续将对C6磁异常开展钻探验证，现已列入计划之中。

5 结论

(1)条带状含铁建造(BIF)具有高磁化率数值，与其它岩石相比，高出几个数量级，依据它的这种强磁性特征，利用高精度磁力勘探方法所获得的磁场结构清晰明朗，反映了不同岩性的空间分布特征(梁德超等，2000)，对圈定和追索条带状含铁建造来达到间接找金之目的具有重要意义。

(2)利用统计的含铁建造(BIF)磁化率参数值，可以对含铁建造引起的磁异常，比较合理、准确地给予定性和定量解释，对寻找含铁建造型(BIF型)金矿具有一定的指示作用。

图4 Mwamumora金矿区630线正演计算Fig.4 Forward calculation of lines 630 in the gold mining area in Mwamumora，Tanzania

图7 Macheira矿区25线正演计算Fig.7 Forward calculation of lines 25 of the gold mining area in Macheira，Tanzania

Beijing Di Sen Hai technology development co.，LTD.2012.SM-30 Magnetic susceptibility instrument instruction manual［ED］.2012.11.11 ［2012. 11. 28］. http://wenku. baidu. com/view/df77bb200722192 e4536f66d.html(in Chinese)

Cao Ye，Li Sheng-rong，Shen Jun-feng，Yao Mei-juan，Li Qing-kang，Mao Fu-long.2007.Relation between the characteristics of magnetic susceptibilities of altered rocks and gold mineralization in the Qianhe gold deposit，Henan ［J］.Geology in China，34(6):1082 － 1090(in Chinese with English abstract)

DZ/T 0071-93.1994.The ground high-precision magnetic measurement technology procedures［S］.Beijing:China Standard Publishing House:10－11(in Chinese)

Fang Ying-yao，Zhang Pei-qin，Liu Hao-jun.2006.Approaches to the interpretation of magnetic ΔT anomalies in the low magnetic latitude area［J］.Geophysical and Geochemical Exploration，30(1):48 －54(in Chinese with English abstract)

Guan Zhi-ning.2005.Geomagnetic field and magnetic exploration［M］.Beijing:Geological Publishing House:81－83(in Chinese)

Huang Zhong-liang.2004.Gravity· magnetic·electrical prospecting on the oil［M］.Shandong:University of Petroleum Press:191 －192(in Chinese)

Li Jin-ming.2004.Induced polarization method technique guide［M］.Beijing:Geological Publishing House:21－22(in Chinese)

Liu Tian-you.2009.Magnetic prospecting software manual MAGS3.0 directions for use［M］.Wuhan:China University of Geosciences Press:60－62(in Chinese)

Li Shui-ping.2009.The Application of the approaches to the interpretation of magnetic ΔT anomalies in the low magnetic latitude area to gold depositfor Tanzania［J］.Geophysical and Geochemical Exploration，33(6):657－659(in Chinese with English abstract)

Liang De-chao，Deng jun，Yang Li-qiang.2000.Application of ground high-precision magnetic measurement to the reconnaissance of one gold mine in Eastern Shandong［J］.Geology and Prospecting，36(3):67－70(in Chinese with English abstract)

Luo Yao，Xue Dian-jun.2010.Reduction to the pole at the geomagnetic equator［J］.Chinese Journal of Geophysics ，53(12):2999 － 3004(in Chinese with English abstract)

Li Shui-ping，Bai De-sheng，Cheng Hua，Li Hao.2012.Magnetic and induced polarization anomaly characteristics of a gold ore deposit in Tanzania［J］.Geophysical and Geochemical Exploration，36(5):737－740(in Chinese with English abstract)

Tan Cheng-ze，Guo Shao-Yong.1984.Magnetic prospecting tutorial［M］.Beijing:Geological Publishing House:30－45(in Chinese)

Wang Lei，Fang Wei-xuan，Zhang De-hui，Gao Hai-ou.2009.Research and application of magnetic susceptibility measurement of rocks and minerals in Riconada，Chile［J］.Mineral Resources and Geology，23(5):473－479(in Chinese with English abstract)

Wang Lei，Li Tian-cheng，Yang Xin-yu.2012.Application of borehole core magnetic susceptibility and pxrf measurement to the moon mountain copper-iron mining area in Chile and prospecting prediction［J］.Geology and Prospecting，48(2):396 － 405(in Chinese with English abstract)

Zhao Bai-min，Hao Tian-yao，Xu Ya.2009.Transformation and process-ing of magnetic anomalies in the area of low magnetic latitudes［J］.Progress in geophysics，24(1):124 －130(in Chinese with English abstract)

Zhang Yun，Zhu Zi-qiang，Yan Wen-jie.2010.The role of the aeromagnetic survey to twelve ore-prospecting target areas in peru［J］.Geophysical and geochemical exploration，34(3):367－371(in Chinese with English abstract)

［附中文参考文献］

北京地森海科技发展有限公司.SM－30磁化率仪操作手册［ED］.2012.11.11［2012.11.28］.http://wenku.baidu.com/view/df77bb200722192e4536f66d.html

曹烨，李胜荣，申俊峰，要梅娟，李庆康，毛付龙.2007.河南前河金矿蚀变岩磁化率特征与金矿化关系探讨［J］.中国地质，34(6):1082－1090

DZ/T 0071－93.1994.地面高精度磁测技术规程［S］.北京:中国标准出版社:10－11

方迎尧，张培琴，刘浩军.2006.低磁纬度地区ΔT异常解释的途径与方法［J］.物探与化探，30(1):48－54

管志宁.2005.地磁场与磁力勘探［M］.北京:地质出版社:81－83

黄仲良.2004.石油重·磁·电法勘探［M］.山东:石油大学出版社:191－192

李金铭.2004.激化极化法方法技术指南［M］.北京:地质出版社:21－22

刘天佑.2009.磁法勘探软件手册MAGS3.0使用说明［M］.武汉:中国地质大学:60－62

李水平.2009.低磁纬度地区ΔT异常处理解释方法在坦桑尼亚某地区金矿预查中的应用［J］.物探与化探，33(6):657－659

梁德超，邓军，杨立强.2000.地面高精度磁测在胶东某金矿普查区的应用［J］.地质与勘探，36(3):67－70

骆遥，薛典军.2010.磁赤道化极方法［J］.地球物理学报，53(12):2999－3004