重磁法勘探在阿拉善左旗戈壁地区的综合应用

2022-06-25王见荥张仲猛赵显宗蔡磊光李晨晶

能源与环保 2022年6期

王见荥，张仲猛，赵显宗，蔡磊光，李晨晶

(河北省地球物理勘查院，河北廊坊 065000)

内蒙古作为全国各类矿产重省，勘探出的金属矿和非金属矿有7种，储量位于全国之首，被视为国内重要的资源战略储备基地。为了加快自治区的快速发展，探明各类矿种的储量，全自治区进行了大比例尺的航空磁法测量。航空磁测能够快速准确地划分地质单元及圈出磁异常，在寻找大型矿床、缩小靶区方面具有优势[1-3]。但是，由于航空磁测的测量精度有限，地表重力及磁力勘探成为航空磁测地表查证中最直接、最主要的方法[4]。大型矿床大多是隐伏的盲矿体，是多期段、多种成矿作用叠加改造的结果，随着重磁勘探方法的不断完善，现阶段已成为攻克深部矿藏的重要手段[5-6]。

本文基于内蒙古阿拉善某地区航磁异常查证基金项目，探讨重磁联合勘探方法在航磁异常查证中的有效性，为今后该地区寻找类似矿床工作的开展提供了有效的地球物理方法类比依据[7-8]。

1 研究区地质背景

研究区位于内蒙古高原西部，处于阴山山系西段的狼山西南部，大地构造隶属华北陆块(Ⅰ级)北缘西段(Ⅱ级)中元古代巴音诺尔公—狼山—渣尔泰山裂陷槽(Ⅲ级)的不同断陷带(Ⅳ级)内，其南侧为阿拉善隆起带(图1)。区内被第四系覆盖，主要为第四系更新统及全新统地层，西侧出露下白垩统巴音戈壁组，外围出露二叠纪花岗闪长岩和三叠纪花岗岩。区内燕山期岩浆活动强烈，具多旋回特点，第1次侵入活动以中酸性闪长岩、花岗岩为主，第2次侵入活动以基性岩辉长岩为主，钻孔可见中酸性岩体多成破碎产出，两期岩体互层交错，均发育闪长玢岩脉、石英脉及花岗岩脉。

图1 研究区构造单元Fig.1 Tectonic unit in the study area

研究区位于前中生代古亚洲构造域和中、新生代滨太平洋构造域交接、重叠部位[9]。区内断裂广泛发育，构成网格状或“入字型”的断裂构造格局。多期次断裂构造活动成为区域变质作用与岩浆活动的主要动力来源，同时为含矿热液提供了通道，区域性断裂控制了次级矿带的产出，不同方向断裂交汇部位往往出现矿化密集区，次级断裂尤其是北东向及近东西向断裂则成为区内主要的容矿构造[10]。区域上属于朱拉扎嘎—甲生盘元古代、古生代金、铅、锌、硫、铁、铜、钼、镍成矿带，阿拉腾敖包—沙拉西别铜、铅、铁及多金属成矿亚带，已发现的矿床类型有岩浆分异成因的钛磁铁矿、矽卡岩型的磁铁矿、热液充填型赤铁褐铁矿和铁锰矿、中—高温热液石英脉型金矿、中—低温热液充填型铜矿和铅锌矿等，其中岩浆分异成因的钛磁铁矿床有板凳沟钛磁铁小型矿床。

2 研究区岩(矿)石物性特征

对研究区周边采集到的岩(矿)石标本，利用磁力仪高斯第一位置法测定其磁化率k及剩余磁化强度Jr，面团法测定标本极化率η及电阻率ρ，利用小体重法测定标本密度(表1)。

表1 研究区岩(矿)石物性参数Tab.1 Physical parameters of rock (ore) in study area

测定结果表明，区内岩(矿)石物性参数存在显著差异，磁性强弱显示：含磁铁矿辉长岩磁性最强，磁化率几何均值达5 234×10-6×4π SI，细粒正长花岗岩磁性次之，磁化率几何均值为3 513×10-6×4π SI。含磁铁矿辉长岩的剩磁也较高，达2 158.21×10-3A/m，细粒正常花岗岩次之，剩磁在1 500×10-3A/m左右，其他岩性磁性较低。从密度来看，含磁铁矿辉长岩的密度最高，几何均值高达3.32 kg/m3，中粒黑云母花岗岩、细粒正长花岗岩密度次之，平均在2.85 kg/m3。

3 研究区航磁异常特征

研究区内航磁异常主要由C1、C2两处正磁异常组成(图2)。

图2 1∶5万航磁ΔT化极等值线平面Fig.2 1∶50 000 contour plan of aeromagnetic polarized ΔT anomalies

C1航磁异常为单峰状磁异常，位于研究区中南部，异常中心磁场值为1 000 nT，呈条带状，为二度体磁异常，走向北东，北侧伴有较低负磁异常，负磁中心值为-450 nT，北侧磁场梯度大于南侧，规模在4.0 km×1.6 km。C2磁异常也为单峰点状异常，为三度体磁异常，其异常中心磁场值为100 nT，规模在1.5 km×1.5 km。

4 磁异常处理与分析

4.1 磁异常分布特征

在1∶5万航磁异常基础上，开展100 m×40 m网度335°方位的1∶1万地面高精度磁法测量。经化极处理的平面磁测异常与航磁异常相比，总体形态基本一致，正负磁异常边界特征得以细化。区内由西北到东南，磁场基本呈现正负相间变化，主要为C1、C2两处磁力高异常和C3、C4两处磁力低异常(图3)。

图3 磁异常化极3D曲面Fig.3 3D surface map of magnetic anomalies after pole reduction

从磁力ΔT化极3D曲面(图3)可更清楚、直观地看出研究区磁场大小分布，C1磁力高异常为区内主要正磁异常，其北侧磁力低异常为主要负磁异常，北侧梯度略大于南侧，走向近北东向。C2磁异常相对较弱，异常起伏不明显，后不赘述。

4.2 磁异常处理与分析

为了消除斜磁化对中纬度地区的影响，对磁力ΔT数据进行频率域化极处理[11-12](图4)。与磁力ΔT等值线相比，化极后的磁场值总体升高，最大磁场值由1 900 nT抬升到2 248 nT，正磁异常形态被细化加强，而负磁异常被削弱，形态变得简单规则，且正磁异常总体向西北偏移，表征该区磁性体受剩磁影响较小，主要受感磁影响。C1磁力高异常北侧伴生C3磁力低异常，南侧伴生C4磁力低异常，用300 nT磁力线圈闭的C1正磁异常面积为2.57 km2，其长轴近3.0 km，短轴近1.2 km，异常形态近二度体磁异常。C1磁异常北侧等值线较密集，梯度大，而南侧相对较小，沿异常走向东北侧相对西南侧异常狭窄，磁场值偏弱。由C1磁异常的东北到西南，有4个磁力高异常中心，分别为c、d、b、a，磁场值大小及范围依次增大，中心磁场值分别为1273、1 446、1 951、2 248 nT，其中d异常为化极前c异常分离出来的局部异常。

图4 磁异常化极等值线平面Fig.4 Contour map of magnetic anomalies after pole reduction

为了更好地压制浅层干扰，突出深部磁异常[13]，对化极ΔT数据进行了向上延拓处理(图5)。随着延拓高度的增加，c、d两处局部异常中心逐渐消失，异常中心a略向b方向移动，直至重合，C1磁异常中心略向北偏，走向略向南偏，可以推断该磁性体深部倾向略微向北倾，岩体整体走向由浅层的北东向变化为深部的北东东向。

图5 磁异常向上延拓等值线平面Fig.5 Contour map of magnetic anomalies after upward extension

不同方向的水平导数极值可以突出垂直该方向的构造异常，依据不同方向导数下正负带状磁异常形态，来识别磁性岩体浅层边界特征，从而圈定磁性体平面范围[14-16]。通过0°、45°、90°和135°四个方向上的水平导数，共大致推断出15条磁性岩体线性边界(图6)。

图6 ΔT化极水平导数异常Fig.6 ΔT polarization horizontal derivative anomaly

结合不同延拓高度和不同方向水平导数细化的磁性体空间异常形态，对化极后磁测数据进行垂向导数处理，进一步验证和细化磁性体边界特征。对化极ΔT数据进行垂向一阶导数和二阶导数处理(图7)。

图7 ΔT化极垂向导数异常Fig.7 ΔT polarization vertical derivative anomaly

二阶导数为在一阶导数的基础上再次对磁测数据求导，削弱深部磁异常的叠加干扰，突出浅部磁性体边界特征[17-18]。

垂向二阶导数零值线可以近似地圈定地质体构造边界，用零值线共圈出5处磁异常体。①号磁性体位于C1的东北端，近S形条带状东西向展布，圈定面积0.39 km2，c局部磁异常中心位于①号磁性体的中部；②号磁性体位于①号磁性体的南侧，近东西向条带状展布，圈定面积0.13 km2，磁异常中心d位于②号磁性体的西部；③号磁性体位于C1的中部②号磁性体的南部，近北西向“枕”状，圈定面积0.13 km2，磁性体中心与磁异常中心b相对应；④号磁性体位于C1的西南部，形态近“Y”状，圈定面积0.44 km2，与磁异常中心a相对应；⑤号磁性体位于③号、④号的南侧，圈定形态近北东向，面积0.13 km2。可见，通过水平导数和垂直导数圈定的磁性体边界及形态基本一致。

小波变换多尺度分析可以将磁异常分解到不同的尺度空间，从而反映出叠加场源在不同埋深的大小及规模[19-21]。本文采用GeoIPAS V3.2软件对化极后的磁测数据进行3阶小波变换处理(图8)。随着阶次的升高，浅部凸起的尖峰异常逐渐消失，以区域性平缓异常为主，反映出了不同深部的磁性体异常特征。通过对比可以看出，ΔT小波变换一阶细节与二阶细节显示的局部凸起磁异常经导数处理的磁性形态相吻合，进一步验证了所推断磁性体边界范围的可靠性。

图8 ΔT化极小波变换三维等值线Fig.8 3D contour map of ΔT polarization wavelet transformation

5 重磁剖面反演与验证

以垂直磁异常走向(近北东)布设剖面为原则，共布设了7条重磁综合剖面，以P2剖面为例。布格重力异常及磁异常均在P2剖面的600点处开始抬升，在1450点处磁场值达最大，向北又逐渐下降，剖面的北翼陡于南翼，与化极后磁异常形态相吻合；而布格重力场值在1500点处达最大，向北有约500 m的场值延伸，在2 200 m附近开始逐渐下降。侵入岩体含磁铁辉长岩密度及磁性均相对较高，重磁异常特征表明重磁同源体。结合平面磁异常特征，推断C1高磁异常与C4低磁异常梯度带处为北东向宽大断裂，略北倾，断裂宽度在300 m左右，处于燕山期侵入岩体与围岩接触带处，受围岩及无磁性混合岩体填充。

结合平面磁异常及物性特征，利用GeoIPAS V3.2软件对P2剖面进行2.5D重磁联合反演。通过人机交互修改模型参数，重磁剖面实测曲线与模型正演曲线基本拟合(图9)，设定区内磁倾角60.58°、磁偏角-3.38°，在ρ=1.65 g/cm3、M=1.2 A/m混合杂岩体中分布着层状含磁铁矿辉长岩体，磁参数M=6.5 A/m，岩体密度随着深度增加而增大。经布设在P2剖面线上的ZK1孔验证，磁异常主要由含钒钛磁铁矿引起，赋存于辉长岩岩体内，钻孔可见近5层水平层状的磁性矿化岩体，为岩浆分异型钒钛磁铁矿，其中Ti、V含量较高，Au、Mo有一定矿化表现。矿化体最浅磁性体埋深在200 m左右，最深磁性体埋深在500 m左右，岩体总体倾角较大近直立，与反演结果基本一致，层状岩体产状与反演有一定差异。根据钻孔资料对磁性体产状和大小进行多次反演修正，重磁拟合曲线与实测曲线达到基本拟合[22]。