高精度磁测在黄沙泉铁矿勘查中的应用

朱晓泉

(甘肃省有色金属地质勘查局 张掖矿产勘查院，甘肃 张掖 734012)

1 引 言

黄沙泉铁矿床是甘肃省有色金属地质勘查局张掖矿产勘查院(原甘肃有色地质勘查局四队)20世纪90年代在区域地质测量和矿点检查工作中发现的。1999年的勘查工作主要以钨矿为主攻矿种，进行过多次的地质勘探，发现钨矿资源规模较小，没有进一步工作的前景和价值，而铁矿有一定的规模和潜力。2008～2010年，通过1∶50 000地面高精度磁测发现该区有较好的磁异常，与以往发现的铁矿露头对应性好，磁异常往往直接指示了磁铁矿位置[1]。磁法测量是作为寻找磁铁矿床的方法而产生并长期发展的。随着磁测精度的提高和基本理论的发展,磁测不仅能发现磁铁矿床, 而且可能解决勘探方面的问题，如确定矿体的深度、 产状要素、磁化强度和估算磁铁矿石的储量[2-4]。万力等在小柳沟地区应用1∶10 000磁法测量研究预测区内深部隐伏岩体分布范围、深度及其含矿性，取得了成功的经验[5]。磁法测量磁测对矿区构造研究及隐伏矿体深部位置、产状推测具有良好效果，为在本区进一步扩大矿床规模，缩小找矿靶区，并为探矿工程做布设提供了有效的地球物理依据，在本区进一步开展1∶10 000高精度磁法测量及磁法剖面测量工作，通过深入分析研究，取得了良好的地质找矿效果。

2 矿区地质特征及岩(矿)石磁性特征

2.1 矿区地质特征

黄沙泉铁矿大地构造位置处于北祁连褶皱造山带西段元古代镜铁山——朱龙关裂谷带中，矿区处于该裂谷的北西向主断裂构造与北东向北大河隐伏基底断裂交汇的东南角。裂谷作用有利于各种矿床的形成，该裂谷带基本控制了大中型铁矿、铁铜矿和铜钨多金属矿床，本区具有良好的成矿环境[1]。

黄沙泉铁矿区出露主要地层为长城系朱龙关群熬油沟组下岩组，主要岩性为钙泥质板岩、玄武岩及凝灰岩；白垩系新民堡群中沟组的一套红色河湖山麓相陆屑建造；第四系(图1，表1)。

图1 矿区地质草图Fig.1 Geological sketch of the mining area

表1 黄沙泉铁矿床地层

Table 1 Formation of Huangshaquan iron deposit

系群组段主要岩性第四系(Q)主要岩性为冲积砂砾、风成砂、未胶结砾岩、砂、半胶结砾岩、碎石、亚砂土、砾岩夹透镜状砂岩。厚度一般为2～56 m。白垩系新民堡群中沟组(Kz)为一套红色河湖山麓相陆屑建造,主要岩性为角砾状灰岩、砂砾岩及泥质粉砂岩互层。长城系朱龙关群熬油沟组下岩组(Cha1)第四岩性段(Cha41)下部出露岩性主要为绿泥绢云千枚岩及少量玄武岩;上部出露主要岩性为钙泥质板岩、凝灰质砂岩、石英岩、硅化灰岩、铁质板岩及厚层白云岩。其中,铁质板岩为主要含矿岩性。第三岩性段(Cha31)下部主要岩性有:玄武岩、厚层白云质灰岩;上部岩性主要为:薄层白云质灰岩、白云岩、玄武岩、含铁玄武岩及少量绿泥绢云千枚岩、绿泥石英千枚岩、硅化灰岩、钙泥质板岩等。第二岩性段(Cha21)主要岩性有凝灰岩、凝灰质砂岩、块状钙质板岩、灰岩、铁质板岩、硅质岩等。其中,铁质板岩为矿区赋矿层位。第一岩性段(Cha11)主要岩性为白云质灰岩、绿泥石英绢云千枚岩、绿泥绢云千枚岩、炭质千枚岩及少量灰岩。

矿区位于北祁连褶皱造山带西段元古代镜铁山—朱龙关裂谷小柳沟—斑赛尔成熟岛弧构造带中，构造活动强烈而复杂,主要表现为断裂构造和褶皱构造。断裂构造在矿区十分发育，规模大小不等,产状较为复杂,按照其展布方向总体可分为北西向断裂、近东西向断裂、北东向断裂和北北西向断裂。矿区位于朱龙关河谷背斜南西翼(靠近核部)西部(扬起端)，矿区内地层构成倒“S”型褶皱构造，由长城系朱龙关群熬油沟组第一至四岩性段组成，该构造控制着黄沙泉铁矿床的矿化范围。

矿区内火山岩极为发育，在西矿段和中矿段及东矿段的西部广泛发育，主要岩性有凝灰岩、玄武岩和含铁玄武岩。凝灰岩主要分布于西矿段，是矿体的直接围岩之一，与矿化空间关系密切。含铁玄武岩局部因含铁较高形成铁矿体。

2.2 矿区岩(矿)石磁性特征

本次磁测工作对工作区主要岩矿石均进行了标本磁性测定，各块标本按其块体的各个平整面作了多次测定，取其平均值，测定及统计结果见表2。

由表2可知：

1)主要岩矿石的磁化率由大到小的排序为：铁矿石-铁质板岩-安山玄武岩-辉长岩-含铁千枚岩-白云质灰岩-钙泥质板岩-花岗岩。其中，铁矿石磁化率统计值为(737～96 800)×10-5SI，常见值高达24 387×10-5SI，与其他岩石相比高数个数量级，具明显的磁性差异，可引起高强度磁异常。

2)岩矿石磁化率变化范围较大，磁化率的大小与磁铁矿含量的多少呈正相关。

3)含矿母岩铁质板岩具中等磁性,磁化率为(17～4 070)×10-5SI，变化范围较大，磁性的强弱与其所含铁质成分的多少有关，当铁质成分含量较高时也能引起较强的磁异常。

4)安山玄武岩、辉长岩具弱-中等磁性，且二者磁性相当，磁化率统计常见值为37×10-5SI。

5)同一类型岩石标本磁性差异也较大，岩石的磁性大小主要取决于所含铁磁性矿物的含量多少。

6)就局部地段讲，从弱磁到中强磁性者均有；安山玄武岩地表多反应为跳跃不规则的磁场，为本区最主要的干扰因素；辉长岩引起的异常较规整，梯度较缓，规模小，幅值较低，与矿致异常容易区分。

7)其余岩石为无磁到微弱磁性，如：硅质白云岩、钙泥质板岩、石英细砂岩等，不足以形成明显的磁异常，均表现为平静的正常磁场。

表2 黄沙泉矿区岩矿石磁化率

3 高精度磁测工作布置

根据矿区已知主要地质体、构造特征，本区1∶10 000高精度磁测测网的布设按西矿带和东矿带两个区块分别布设，西矿带测线方位为90°，东矿带测线方位为35°，布设网度100 m(线距)×20 m(点距)(图2)。

本次使用的磁测仪器是加拿大GEM公司生产的GSM-19T 型微机质子磁力仪，绝对精度1 nT，其分辨率为0.1 nT；测量动态范围10 000～120 000 nT；梯度容限大于7 000 nT/m；采样率每3～60 s一个读数。

图2 磁法工作布置Fig.2 Magnetic work layout

图3 磁测平面等值线Fig.3 Magnetic survey plane contour map

4 磁异常特征及解释

通过高精度磁测工作，进行数据处理、成图[6,7]，矿区主要表现为3种磁场变化特征，即西矿带西段表现为平静磁场，西矿带东段至中矿带为变化相对剧烈的升高磁场区，东矿带表现为平稳磁场中局部升高的变化磁场区(图3)。共获得12个局部磁异常，除M11异常为磁性较高的辉绿岩体引起外，其他异常均为铁矿化引起，与地质所圈定磁铁矿体位置吻合。

西矿带西段大部分区域为第四系覆盖，局部出露白垩系下统上岩组砂岩、泥质粉砂岩及长城系朱龙关群上岩组第四岩性段厚层白云质灰岩，磁场总体表现平稳，局部小范围的升高磁场为含铁质白云质灰岩引起，主要产于岩性接触带上，与断裂构造活动有关，矿化较弱，主要为赤铁矿化、褐铁矿化。

西矿带东段变化剧烈的强磁异常主要为地表出露的铁矿体及铁质板岩引起，该处为本区几条主矿体所在位置。

东矿带磁异常除M11异常为磁性较高的辉绿岩体引起，其他它异常均为铁矿化引起，但异常范围较小，强度不高，为地表矿化不均匀所致。

通过本次工作共圈定的磁异常，在实地异常查证时地表均见到引起磁异常岩(矿)石露头，尤其是主矿体所在位置(图4)，M1、M2、M3、M4异常与地表地质工程所圈定的矿体完全吻合。但这些异常具有异常强度大，梯度陡变的特点，为地表出露矿体引起。

本次重点说明M5异常，M5异常位于黄沙泉铁矿西矿带东南部，异常以ΔT=600 nT等值线圈定，呈弧形带状展布，异常强度中等偏高，ΔT值约800～1 000 nT。等值线形态较规则，范围大；长约1 000 m，宽约60～320 m。异常自南至北，长轴走向发生明显弯曲，由北西向转为近南北方向，北侧局部与负磁异常相伴。地表出露岩性为无磁或弱磁性的白云质灰岩及钙质板岩，北侧零星出露铁质板岩，但大多被第四系覆盖，东侧主体异常呈北西向带状展布，平剖图剖面曲线较光滑，局部呈锯齿状跳跃。北东翼梯度较陡，南西翼梯度相对较缓，说明磁性体向南西方向倾斜，推测为矿致异常。利用8线地质综合剖面，对M5异常应用欧拉齐次方程法进行反演计算[9，10]，求得磁性体埋深15.04 m(图5)，推测5号矿体埋深约15 m。

图4 黄沙泉铁矿西矿带东段磁测、地质综合图Fig.4 Magnetic survey and geological map of the eastern section of the west belt of Huangshaquan Iron Mine

图6 黄沙泉铁矿西矿带8线2.5D人机交互反演结果Fig.6 2.5D human-computer interaction inversion results of line 8 in the westsand belt of Huangshaquan iron mine

图7 黄沙泉铁矿西矿带16线2.5D人机交互反演结果Fig.7 Results of2.5D human-computer interaction inversion of line 16 in the west belt of Huangshaquan Iron Mine

根据所测定的磁性参数、结合地质实际情况建立模型，对通过M5异常的8线、16线精测剖面进行了2.5 D人机交互反演[9](8线通过M5异常北侧，16线通过M5异常南侧)，见图6、图7。得出如下一些反演结果，见表3、表4。

表3 黄沙泉铁矿西矿带8线推测矿体参数

表4 黄沙泉铁矿西矿带16线推测矿体参数

根据反演结果可看出，引起M5异常的磁性体倾向西，且从北到南倾角变缓，上顶板埋深越来越深。依据异常所处的地质部位及强度、规模、形态特征分析，推断引起该异常的磁性体与地质构造运动关系密切，不排除褶皱成矿。M5异常的存在使得在本区寻找铁矿或以铁为主的多金属矿，具有良好的找矿前景。

5 异常验证

根据物探推断结果，在8线及16线进行了钻孔验证，所得结果与推断结果基本相符(图8、图9左侧)。8线M5异常处探获3条隐伏矿体，其中一条矿体穿矿厚达66.2 m， TFe品味为21.85～26.16；16线M5异常处探获3条隐伏矿体，穿矿厚别为：26.38 m、19.9 m、39.0 m，TFe品味为21.67～27.54。各隐伏矿体顶部埋深与反演推算深度基本接近，钻孔穿过地表第四系即可见磁铁矿体。

图8 黄沙泉铁矿西矿带8线剖面Fig.8 Profile of line 8 in the west sand belt of Huangshaquan iron mine

图9 黄沙泉铁矿西矿带16线剖面Fig.9 Profile of line 8 in the west sand belt of Huangshaquan iron mine

6 结 论

1)通过本次磁测工作，对比地质勘查成果，证明了高精度磁法测量是在研究本区寻找磁铁矿体最有效的方法，尤其在探测隐伏磁铁矿体时，其优势更加突出。

2)应用高精度磁法测量成果，结合实际地质情况，建立适合的地球物理模型，进行定性解释及定量反演计算，可基本确定引起异常的磁铁矿体的规模、产状、埋深等特征，为下一步探矿工程提供有效依据。