重磁技术在河南师灵地区铁矿调查中的应用

2021-03-26刘家橘刘家橙乔天荣朱德胜张馨元

地理空间信息 2021年3期

刘家橘，刘家橙，乔天荣，张栋，朱德胜，张馨元

（1.河南省地质调查院，河南郑州 450001；2.河南省城市地质工程技术研究中心，河南郑州 450001）

河南省师灵地区自20世纪80年代已投入勘查工作，通过不同的工作手段相继开展铁矿勘查工作，从区域地质调查和航磁测量入手，到航磁异常查证等，对该区的航磁异常进行了定性评价，为工作区调查提供了比较详细的基础资料[1-2]。本次工作系统地收集和采集了物性标本和样品，获取了闪长岩类、花岗岩类、安山岩类、安山玢岩类、角砾状安山岩类和含磁铁矿角砾状安山岩的物性参数。利用重磁剖面发现工作区的DC8、 DC9地磁异常，通过RGis软件反演找到了较为理想的磁矿体，并采用锆石制靶、头反射、阴极发光测试方法取得了同位素年龄样品，对岩石的形成时代进行了初步测定。

1 区域地质背景

工作区位于华北陆块南部，基本构造格架表现为北西向片麻岩穹窿和北西与北东—北北东向断裂交织的断块。区内断裂以大致平行地层走向的北西向断裂和北东向斜切断裂为主，其次为北北东向断裂。北西向片麻岩穹窿在空间上控制着区内太古宇沉积变质铁矿床的分布，地层产状一般外倾，倾角为20°～60°。北西向断裂规模一般较大，长数百米至数百千米，断层性质多为逆断层或正断层（图1）。北东至北北东向断裂规模相对较小，长数百米至几十千米，断层性质多为平移断层或正断层[3-4]。师灵工作区内前新生界地层由老到新为蓟县系云蒙山组碎屑岩系、震旦系碎屑岩系、寒武—奥陶系海陆交互相碳酸盐岩和碎屑岩系组合、白垩系大营组陆相火山岩组合。岩浆活动具有一定的规模，主要岩性为钾长花岗岩、二长花岗岩等。根据重力场和剩余重力异常及其变化趋势，对区内的断裂构造进行了推测，共圈出断裂构造多条，断裂构造的组合方式总体呈棋盘格子状。

图1 师灵工作区基岩地质略图

2 岩（矿）石物性特征

从密度特征可以看出，花岗岩类密度均值为2.62×103kg/m3，安山岩类密度均值为2.74×103kg/m3，均比地表同类的区域标本密度高，主要是埋深较大所致。它们有一定的密度差异，如果安山岩地层中侵入规模较大的花岗岩体，能引起重力低异常。从磁性特征分析，花岗岩类磁化率和剩余磁化强度在3 000×10-5～4 000×10-5SI、2 000×10-3～3 000×10-3A/m；安山岩类在浅部磁性与花岗岩类差不多，而在深部有明显的增加，可达6 000×10-5～7 000×10-5SI、7 000×10-3～13 000×10-3A/m，特别是含磁铁矿角砾状安山岩的剩余磁化强度可达70 000×10-3A/m[5]。规模较大安山岩地层能引起较大的磁异常，如果花岗岩体侵入规模较大的安山岩地层中能引起相对低磁异常。本次在寻找重力局部异常时，利用磁异常强弱，判断磁矿石位置。在物探勘查工作中，应用重磁电物探方法寻找铁矿具备有较好的前提，本次共采集物性标本373块，主要岩石物性结果如表1所示。

表1 主要岩矿石物性统计表

3 重磁异常特征

3.1 重力异常特征

师灵工作区相对较高西部重力布格异常极值为8.5 mGal，较低南部重力布格异常极值为-9.3 mGal（图2），经研究实测布格异常和舞阳-西平-平舆重力高带与地质信息对比基本形态一致；披露的老地层隆起带吻合，表明实测异常中的4个重力高分别对应太古界隆起，2个重力异常低值区分别对应重力高带两侧的凹陷区。据密度资料，太古界变质地层的平均密度最高，高于2.7 g/cm3，花岗岩岩体的密度一般低于2.68 g/cm3[6-7]，若岩体穿插于太华群变质地层中，异常反映则应为局部重力低；围绕太古界分布的主要是震旦至下古生界地层，密度略低于太古界，对以太华群变质地层为中心的重力高的形态产生影响较小。于是，引起局部重力异常形成的主要因素可归纳为：①岩性密度界面地层界面或断裂面形态的局部较剧烈变化；②较小规模岩浆岩体的穿插；③矿体或矿化分布带。

图2 师灵工作区重力布格场示意图

3.2 剩余重力异常特征

通过区域异常提取、分析和不同波段的滤波处理，结合本次工作区地质特征，将九阶趋势剩余、上延1 000 m剩余和匹配滤波浅源异常作为测区反映局部构造的剩余重力异常，以反映基底内部密度横向变化所引起的剩余重力异常形态。工作区剩余重力异常走向为NW向，与区域构造线方向基本一致。局部正负异常的幅度基本在-0.5×10-5～0.5×10-5ms-2之间，共圈出10多个剩余重力异常。根据重力异常和剩余重力异常及其变化趋势，对师灵工作区的断裂构造进行了推测，共推测出断裂构造7条（图3），断裂构造的组合方式总体呈棋盘格子状。北西向构造形成早于北东向，且有一定的断距，为钻探施工做了基础工作。

图3 师灵工作区剩余重力与推断断裂构造示意图

3.3 地磁异常特征

师灵工作区在地磁异常图上呈现多个封闭高磁异常，面积可达200 km2。该磁异常为NE走向，形成DC9、DC8南北异常，异常强度为150～450 nT，东部异常规模最大、强度最高（图4）。零等值线圈闭的DC8异常，形似菱角，走向北西至南北，向东南延伸出测区，严格受两条北西向磁力梯级和一条北东向磁力低值带所控制。北东侧等值线较密集，南东向稀疏，场强减弱而成条带状，说明该异常为地下多个磁性体的综合反映，异常北西至南东在区内长达6.0 km，宽1.5～3.0 km，磁异常大于490 nT。通过极值中心剖面，利用切线法求得磁性体顶板埋深为650～900 m[8-10]。通过前期工作和对应基岩地质图发现，两区域异常均对应太古界地层，推测两异常为向东南陡倾斜的板状磁铁矿层所引起或是由太古代地层隆起所致，认为是寻找磁矿体的有利区，待进一步验证。

图4 师灵工作区地磁异常示意图

3.4 异常查证

重力数据处理包括进行布格重力异常、位场数据转换处理，提取局部异常、线性构造异常、上延1 000 m剩余异常，分析布格重力异常、剩余重力异常特征，准确划分圈闭地质体或为构造边界提供依据。磁性资料处理包括各项改正、实测地磁△T原始异常值、离散数据网格化和化级。剖面计算时，首先依据重磁场的变化特征，分析制约重磁场变化的主导因素，然后利用滤波、延拓、导数换算等分析方法，结合对区内地质构造的认识，设计较合理的初始背景值，实现定性解释；最后通过RGIS软件对重磁场进行2.5D反演拟合计算，完成定量解释。

以2804线勘探线为例进行重磁反演，采用RGIS软件中的反演程序，对完成的高磁剖面进行了半定量计算，磁化强度J=20 000×10-3A/m、磁化倾角为52°、磁偏角为-4.9°，二度体两侧外延为1～2 km。在物探推断过程中，充分利用钻孔资料、重力剖面和可控源音频大地电磁法测量成果作为约束条件。综合重力、磁异常推断太古界埋深为500～1 000 m，上覆新生界地层，在南部隐伏有花岗岩体。在重磁拟合较好的情况下，认为磁性体水平倾斜板状体顶部埋深约为1.2 km的磁性体引起异常，该区域磁性体异常较为可靠（图5）。根据ZK2804钻孔验证650～1 300 m为花岗闪长岩、花岗岩、斜长角闪岩；经过RGIS2.5D软件反演，推测该花岗岩岩体埋深为1～1.4 km，宽约为2 km，延伸约为3 km；经过正反演证明磁性体顶板埋深为1.2 km以下。根据ZK4416钻孔验证560～1 470 m为白垩纪火山岩，主要岩性为安山岩、安山玢岩、角砾状安山岩夹含磁铁矿角砾的角砾状安山岩，磁铁矿角砾状安山岩层位为1 232.70～1 251.00 m，厚度为18.30 m。

根据“河南临汝大营二幅区调成果大营组火山岩年龄值分别为127.74±0.62和127.6±1.4”以及《河南省地层典》（2013）大营组安山玢岩、辉石安山岩K-Ar同位素年龄值分别为114.0 Ma、117.0 成果[11-12]分析本次揭露出来的火山岩，分别采用锆石制靶、头反射、阴极发光等测试方法，确定同位素年龄样品，得到ZK4416加权平均值为120±1 Ma；ZK2804加权平均值为121±1 Ma。

研究结果表明，工作区覆盖层之下的火山岩成岩年龄为120～123 Ma，成岩时代为早白垩，与上述大营组具有可对比性；对比发现师灵工作区的重磁异常是由白垩纪大营组含磁铁矿角砾的安山岩引起的，说明含磁铁矿角砾的角砾状安山岩是该区铁矿床的最主要信息。