高精度磁测在老矿山深部及外围找矿中的应用

梁源珠，陈永宁，汪 晓，王利民

(安徽省地质调查院，安徽合肥230001)

地质勘查经过数十年的高速发展，出露地表及浅层的矿产已越来越少，找矿的难度也越来越大，为满足国民经济发展要求，急需开展深部隐伏矿产勘查工作［1］。磁法勘探以岩石磁性差异为基础，探测地层、岩性的不同磁性，通过磁异常来推断地质构造或地层空间分布情况，是物探最常用的方法之一[2]。高精度磁测仪器的灵敏度提高了，比常规的磁测拥有更高的精度，因此其解释的准确度也提高了，该方法在直接或间接找矿中具有更广泛的应用［3］。

霍邱张庄铁矿从开采至今已有几十年，面临产量下降甚至资源枯竭的现象，为补充后备资源，实现资源可持续性开发，需开对矿山矿产资源进行新一轮的勘查工作。因此根据实际工作要求，布置高精度磁法勘探工作，对其深部及外围进行矿体探测。

1 高精度磁法勘探的原理

地面磁法勘探是指通过仪器观测地下介质的磁性差异，进而获取地下介质分布信息的一种勘探方法。具有磁性的岩(矿)石和其它地下物体,因为其感应磁化强度、剩余磁化强度，以及它们的埋深、形状、规模等因素差异的影响，能在地表产生不同的磁场。通过磁测仪器观测,解译磁场异常，达到直接或间接的找矿目的[4]。

高精度磁测工作是指磁测总误差小于或等于5nT的磁法测量工作。磁测总误差是观测均方误差（含测点观测及点位误差、仪器噪声均方误差、仪器一致性误差）、日变改正、总基点、正常场与高度等各项改正误差的总和[5]。实际工作中，设计总误差一般为5nT,其误差分配见表1。

表1 磁测精度分配统计表

2 成矿地质特征和地球物理特征

2.1 成矿地质特征

霍邱铁矿田由包括张庄铁矿在内的数个铁矿组成。霍邱铁矿田北部为华北地台，西部为小秦岭北坡—豫中—皖中的基底构造，大部分区域是第四系覆盖区，仅在西南部分布有少量的青白口系八公山群、震旦系徐淮群和寒武系地层，覆盖区基岩以新太古界霍邱群变质岩系和部分中生代地层为主，其中霍邱群、八公山群是主要的含铁层位[6]。

区内基底褶皱形成于2个时期，早期主要是紧闭型的复式褶皱，走向为南北向；晚期则为平缓开阔型褶皱，走向为东西向。区内断裂构造都较发育，分布有较多断层、节理、裂隙和片理等。区内岩浆岩较发育，主要有花园组的中基性喷发岩；吕梁期构造运动生成的混合花岗岩；以及分布在草楼、吴集和重新集等矿床内的小型岩体。据前人研究的资料表明，霍邱凹陷可能是一个规模较大的花岗岩弯隆，而吴集和重新集矿床往东的大片区域，可能是一个火山沉积凹地（马连民等，1992；桑宝梁等，1981；陈静静等，2010）。

2.2 地球物理特征

2.2.1 岩石磁性特征

矿区分布的地层主要有吴集组和周集组地层。吴集组下段主要岩性是角闪斜长片麻岩间夹斜长角闪岩；上段为斜长角闪岩、角闪黑云斜长变粒岩及角闪石英磁铁矿。周集组下段主要岩性是黑云斜长变粒岩、混合岩及闪石类石英磁铁矿层；上段是云英片岩、磁-镜铁矿层等；最顶部是白云岩大理岩。两组地层中一些典型岩石的磁性参数见表2。

表2 霍邱矿集区吴集组和周集组岩矿石物性统计表

2.2.2 航磁特征

覆盖测区的1∶5万航空磁力测量成果，反映了本区磁场特征，见图1。区内有NE方向的异常带穿过，长度超过30km，正负异常伴生特征明显，异常上分布有多处矿产地。异常可分为南北两部分：南部异常为近你南北向呈“串珠”状分布，负异常环绕正异常，异常中心强度达3000nT以上，区内分布有周油坊矿、范桥矿、草楼矿等铁矿；北部异常为完整的带状异常，异常规模大，异常中心强度达3500nT以上，区内分布有张庄矿、周集矿等铁矿。磁场往东、往西均逐渐减弱，位于磁梯度带及扭转变换的区域也有少量矿产地分布，如李集矿、李老庄矿。低磁背景较平缓，无杂乱或明显跳跃现象，磁场在0～-300nT之间，与无磁沉积岩分布相符。

本次剖面（L1、L2）所在位置为张庄磁高异常区，该局部异常平面呈椭球状，走向北东，异常中心即为已在开采的张庄铁矿，其北西侧为负异常所伴生，且异常规模超过了正异常；其东北侧、东侧为等值线较缓的正异常，亦为北东向分布。

图1 张庄地区航磁异常图（附剖面位置）

3 磁测方法及数据处理

3.1 野外工作方法技术

磁测仪器为加拿大的GSM-19T，该仪器是一种高灵敏度的磁测量装置，其观测值即该时段该观测点的地磁场总强度T。在野外生产开始前、结束后均按高精度磁测技术规程要求进行仪器性能测定，选择符合条件的基点、日变站、校正点。野外作业观测探头高度1.9m，观测过程中如遇到干扰，合理进行避让，相邻测点数值变化大时，进行重复观测，并做记录，保证观测质量。质量检查坚决遵循“一同三不同”原则。

3.2 数据处理

原始数据是以野外观测值经日变改正、基点改正、高度改正和正常场改正后获得的数据（ΔT）为基础。正常场改正采用2010年高斯球谐系数，并考虑年变率。使用中国地调局软件Rgis2012进行ΔT的化极和局部、区域场异常的分离处理。磁场的局部异常和区域异常的分离采用小波多尺度分解方法，经对比选取分解尺度为三阶。

4 磁测成果解译

张庄地区的局部磁异常主要为该处铁矿体引起，该矿体赋存于周集倒转向斜的西翼。由于该向斜西翼也发生倒转，岩层向西倾斜，矿体也随着埋深加深，也由东向西延伸，所测磁场值也随之减弱。而霍邱地区大型铁矿主要分布于周集向斜的西翼，其中已知矿外围的一些低值、负值异常也有可能因为矿体埋深加深、不连续等引起，故对低值负值异常亦需要引起关注。对2条剖面进行解译，并对L2剖面异常做了反演推断。

4.1 L1剖面磁异常特征及解释

L1剖面经过张庄局部磁异常的北东端，与异常走向垂直。自西向东（最西端为0m），地磁ΔT曲线缓慢下降，至5500m后达最低值，之后呈陡直上升趋势，直至6000m后变为缓慢上升，并在6700m处达到峰值，进而总体呈缓慢下降趋势，只在8200m左右存在一个次级峰值，推断为二级叠加异常引起，见图2。化极之后异常向西位移约200m，幅值提高较大，多级异常叠加特征更为明显。经小波分解后，区域场和局部场分离，地磁化极在5900m、6500m和8100m附近形成3个局部异常。5900m处异常峰值最高，达360nT,且西侧伴生有负异常，东侧则为峰值较低6500m处的局部异常；8100m处的异常则基本对称分布，但峰值不高，不到100nT。此外，对地磁化极进行了一阶导数处理，其峰值出现在5600m左右，说明引起矿体或构造的边缘就在该位置附近。

图2 L1剖面磁测异常图

4.2 L2剖面磁异常特征及解释

L2剖面经过张庄局部磁异常的中心，与异常走向垂直。该剖面为典型的异常对称剖面，剖面两端异常曲线较平缓，仅在中部6500m处出现一个异常，异常峰值达5700nT,该位置对应的即为张庄铁矿位置，见图3。化极之后异常向西位移不大，但是幅值提高很大，达8000nT，表现为明显矿致异常。经小波分解后，区域场和局部场得到了分离，三阶细节异常显示出浅部存在磁性体，与已知矿对应。而三阶逼近异常反映出深部依然有磁性体存在的可能。依据上述定性分析认为该磁异常除浅部已知矿体外，深部还存在磁性铁矿体。为此，对该异常进行了定量计算。

对该剖面地磁化极三阶细节异常进行2.5度反演，根据已知的地质资料和物性参数，建立反演模型， 见图4。

图3 L2剖面磁测异常图

图4 L2地磁化极小波分解三阶细节异常反演推断图

给定铁矿体的磁化率60000×10-6SI,定量反演结果显示：已知矿体西侧深部及东侧即向斜的东翼深部均存在磁性铁矿体，2处铁矿体埋深较大，主体在1000m以下，倾向与倾角与已知矿体基本一致。由图中可知，拟合曲线与实测曲线吻合得较好。

据地质资料，吴集岩组主要分布向斜两翼，矿体的多层性、复杂性给予了异常的叠加和高值特征。反演的过程中，给定的参数部分是人为设定的，部分参考地质断面信息，因而在模型埋深、规模上和实际情况有一定的差异。

5 结语

通过位于张庄铁矿磁异常2条磁剖面勘查，更加明确了矿体埋藏位置与磁异常的对应关系，有利于分析判断老矿山矿体的外延情况。一般而言，离矿体越近，异常曲线就越高陡；离矿体越远，异常曲线就显得越低缓。虽然本地区已经在较浅部探明了铁矿，但是深部就较大的矿体在地表亦可能只有微弱的磁异常，故在已知矿深部，早期褶皱的叠加复合部位可能隐伏有“深部霍邱铁矿”。因此存在较好的深部及外围找矿前景。

[1] 宋雷,黄家会.地质雷达用于探测煤田自燃区的研究[J].煤炭科学技术,1999,27(12):23-24.

[2] 李才明,邵昌盛,唐小兵,等.云南相大铜铅锌多金属矿区高精度磁测异常特征及解释[J].成都理工大学学报：自然科学版,2009（2）:210-215.

[3] 王建文，等.地下煤层自然区地震勘探研究[J].上海地质,2010（4）.

[4] 西安地质学院.磁法勘探[M].北京:地质出版社,2008:6-16.

[5] 中国地质调查局.地球物理勘查[R].2006:72-93.

[6] 陆三明,楼金伟,李茂章,等.安徽省霍邱铁矿区及外围铁矿成矿规律及潜力研究[J].安徽地质，2014,24(2):94-98.