中国航磁异常特征与铁矿床空间分布关系*

杨 海，熊盛青，杨 雪，范正国，李 芳，贾志业，刘前坤

（1 中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083；2 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029；3 自然资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室，北京 100083）

铁矿是中国重要的大宗战略性矿产，在国民经济发展中起到重要的支撑作用（肖克炎等，2011；李厚民等，2012a）。磁测资料是铁矿勘查中最有效和应用最广泛的地球物理资料。截至2021 年，全国航磁测量覆盖面积约1095.2 万km2，高精度航磁测区覆盖面积约777.5 万km2，中低精度航磁测区覆盖面积约317.7 万km2。其中，大比例尺（≥1∶5 万）航磁测区覆盖面积约468.3 万km2，在铁矿勘查中发挥了重要作用。受限于地质认识和异常查证手段，有相当一部分异常经过若干年后才证实为矿引起，如安徽省庐枞火山岩盆地中的罗昌河航磁异常，1956 年就已发现，直到1966 年，在江苏梅山铁矿启示下，验证为一大型矿床（姚培慧等，1993）。2006～2013 年，国内开展了全国矿产资源潜力评价中磁测资料应用研究，系统开展了全国、大区、省级、成矿带和预测工作区5 个尺度的磁性矿产预测工作，预测铁矿资源量约1934.9 亿t（范正国等，2010；熊盛青等，2015；2021）。21 世纪初，在西天山、西昆仑、阿尔金地区开展了1∶5 万高精度航磁调查，发现航磁异常1165 处，随后经过地面地球物理勘探和钻探工作，发现了一系列铁矿，如松湖南铁矿、尼新塔格铁矿、备战铁矿等(董连慧等，2008；兰险等，2010)。

中国主要有6 种铁矿床类型，包含沉积变质型、岩浆型、接触交代-热液型（矽卡岩型）、火山岩型、沉积型和风化淋滤型（陈毓川等，2015）。沉积型和风化淋滤型主要矿石矿物以褐铁矿、赤铁矿、菱铁矿等无磁性矿物为主，在磁场上显示较弱，但如果伴生有磁铁矿，也会产生明显的航磁异常，如陕西大西沟铁矿。其余类型的铁矿矿石矿物以磁铁矿为主，或伴生有一定含量的磁铁矿，一般在磁场上有较好的显示。本文主要从区域、矿集区、矿床3 个尺度，探讨不同尺度航磁异常与沉积变质型、岩浆型、接触交代-热液型和火山岩型铁矿空间分布的关系，总结磁场反映的成矿地质背景。

1 区域构造与铁矿分布的关系

航磁异常通常由岩浆岩及其变质产物引起，记录了多期次的构造-岩浆事件，控制了铁矿床的源、运、储和破坏过程。新编制的1∶100 万全国航磁异常图（图1），清晰地显示了中国的区域地质构造特征（熊盛青等，2016a），对于规模较大的铁矿床或矿集区也有明显的异常显示，如辽宁鞍山-本溪、山东济宁地区等。根据航磁异常特征，学者们完成了全国、大区等尺度地质要素的推断解释，形成了推断断裂分布图、岩浆岩分布图、磁性基岩最小深度图、居里面深度图等专题解释图件（熊盛青等，2014；2016a；2016b;Xiong et al.,2016c）。这些图件很好地显示了中国的区域构造格架与成矿地质背景（熊盛青等，2018），并且具有透视浅部盖层的特点。

图1 航磁ΔT化极等值线图与铁矿的分布特征（航磁异常图引自熊盛青等，2016a）Fig.1 Aeromagnetic ΔT reduction to the pole contour map and distribution of iron ore deposits(aeromagnetic anomaly map from Xiong et al.,2016a)

沉积变质型、岩浆型、火山岩型和接触交代-热液型铁矿均分布在磁异常正负剧烈变化的地区，沿线性磁异常带密集分布，较少位于宽缓的正异常或负异常区。李厚民等（2012a）圈定的铁矿成矿区带与航磁异常带的走向基本一致。这一特征具有两层含义，一是铁矿本身能够产生较强磁异常；二是控矿的岩浆岩、矽卡岩或条带状铁建造（BIF）等具有磁性，能够形成区域性的条带状磁异常。从已知铁矿的空间分布来看，铁矿主要分布在中国东部，西部成矿强度较弱，如沉积变质型铁矿主要发育在华北陆块和扬子陆块及其周缘，塔里木陆块周缘有少量产出（沈保丰，2012）。这种“东多西少”的分布特征可能与西部铁矿勘查工作程度较低有关。塔里木陆块的磁场特征与华北陆块和扬子陆块一致，经历了相似的演化过程，其周缘应该有极大的找矿空间，尤其是盆地边缘浅覆盖区。从航磁ΔT化极等值线图可以看出（图1），4 种类型铁矿分布的磁场面貌是有差异的：沉积变质型铁矿通常分布在条带状磁异常边部的负异常区中的局部高磁异常；岩浆型铁矿都沿线性磁异常带分布，显示了深大断裂切割地壳，引起了幔源岩浆活动的特点；接触交代-热液型和火山岩型铁矿通常沿小规模的磁异常带或杂乱磁异常区分布，与断裂构造引起中酸岩浆侵位有关。

磁异常的宏观变化特征可以用于识别断裂带的分布，主要包括以下几种现象：①不同磁场区分界线；②线性和串珠状异常带；③磁异常带的错动线、等值线扭曲带、异常突变带等；④线性梯度带。根据航磁异常推断的一级和二级断裂（图2）可以看出，沉积变质型铁矿受断裂构造的控制不明显，岩浆型铁矿都沿切割地壳的深大断裂分布，接触交代-热液型和火山岩型铁矿主要受次级断裂控制。

图2 航磁推断断裂与铁矿的分布特征（推断断裂引自熊盛青等，2016a）Fig.2 Inferred faults from aeromagnetic anomaly feature and distribution of iron ore deposits(inferred faults modified after Xiong et al.,2016a)

利用航磁资料圈定岩浆岩，尤其对隐伏岩浆岩的发现和圈定是一种重要方法（熊盛青等，2016a）。磁性资料表明，发育在不同地区的岩浆岩一般都具有磁性，但它们之间又存在着差别，通常表现在随着岩石基性程度的增高而磁性增强，这与岩石中含有磁性矿物的含量有直接关系。基性-超基性岩类一般磁性较强，常可引起上千纳特的磁异常，由于其通常沿断裂小范围产出，多形成线性串珠状磁异常带。中酸性岩类磁性变化较大，弱至中等磁性，但其出露范围很大，能引起宽缓升高的面状磁异常。火山岩类磁性变化剧烈且极不均匀，通常对应剧烈变化的磁异常区。根据航磁推断的岩浆岩与铁矿的分布特征（图3），沉积变质型铁矿与岩浆岩分布没有明显关系，岩浆型铁矿与基性-超基性岩空间位置吻合，接触交代-热液型铁矿主要集中于中酸性岩体分布区，火山岩型铁矿分布于火山岩区。航磁推断岩体大都为隐伏岩体，对寻找隐伏矿床有指导意义，但有两点值得注意：一是隐伏岩浆岩的圈定，是本着由已知到未知开展，通常需要周边已出露岩体的物性数据作为支撑，岩性需结合野外调查情况具体分析；二是推断结果受数据精度和比例尺的影响，较为准确的推断结果则需大比例尺高精度数据。

图3 航磁推断岩浆岩与铁矿的分布特征（推断岩浆岩引自熊盛青等，2016a）Fig.3 Inferred magmatic rocks from aeromagnetic anomaly feature and distribution of iron ore deposits(inferred magmatic rocks modified after Xiong et al.,2016a)

磁性基岩最小深度图是一张定量解释图（图4），是利用切线法、外奎尔法、欧拉法等深度计算方法对反映磁性体顶面埋藏深度的航磁异常进行计算后编制而成的，反映了不同时代、不同岩性各类磁性体的顶面埋藏深度及起伏变化特征（熊盛青等，2014）。磁性基岩是具有磁性岩石的统称，可以是具有磁性的变质岩、侵入岩、火山岩、蚀变带等。因此，在中小比例尺磁异常图上计算的磁性基岩深度通常是多种岩性的综合反映，反映了多个地质单元的埋深；在大比例尺磁异常图上可以反映目标地质体更精确的深度，对找矿也最为有用，如可以直接反演铁矿的埋深和形态。磁性基岩通常在造山带埋藏较浅，在盆地埋藏较深。研究发现，已发现的4 种类型的铁矿都位于磁性基岩埋藏较浅的地区，这些地区受后期构造活动改造强烈，基底隆起或岩浆侵入，即使发育铁矿，也埋深较浅，开采具有经济价值，是未来铁矿找矿的重点地区。

图4 航磁计算磁性基岩最小深度与铁矿的分布特征（磁性基岩最小深度引自熊盛青等，2016a）Fig.4 Minimum depth of magnetic bedrocks calculated from aeromagnetic data and distribution of iron ore deposits(minimum depth of magnetic bedrocks from Xiong et al.,2016a)

全国的航磁异常及其推断解释要素，显示了区域构造格架的控矿特征。但是，编图范围的大小和网格密度的不同，通常都显示了不同层次的地质构造信息。为了阐述不同类型铁矿在磁场上的特征，针对4 个主要铁矿类型，在全国选取了4 个典型区域，按照区域—矿集区—典型矿床的思路，解剖不同类型铁矿在不同尺度数据上的响应。

2 沉积变质型铁矿的航磁特征

2.1 区域磁场特征

中国的沉积变质型铁矿按其沉积时间可以划分为2 种类型：一类沉积于新太古代末—古元古代初，主要分布于中国华北陆块区，是中国最大的沉积变质型铁矿分布区；另一类沉积于新元古代，在中国分布较少，主要位于华南地区，代表性矿床包括江西新余地区的杨家桥铁矿床和海南石碌铁矿床(许德如等，2009；李志红等，2014；张招崇等，2021)。本文重点讨论华北陆块区的航磁特征与沉积变质型铁矿的关系。航磁ΔT化极异常分布图（图5）显示，华北陆块区的磁场特征基本上沿东西向可以分为阿拉善陆块弧形磁异常区、鄂尔多斯陆块条块状磁场区和华北陆块区东部的杂乱磁场区3 块。华北陆块区东部的磁异常无明显走向，规模大小不一，以团块状分布为主，可能与后期的破坏改造有关，促使BIF 条带铁质活化再富集，形成了大量沉积变质型铁矿。大量出露的前寒武纪基底并未对应明显的航磁正异常，如吕梁群、五台群、阜平群、济宁群等地层均显示了弱磁异常的特征，仅局部地层中夹BIF 和火山岩能引起规模较小的局部异常。航磁ΔT化极上延20 km图压制了浅部磁异常的信息（图6），突出了规模和埋深较大的深源地质体的信息，晚太古代微陆块的划分与磁异常的形态也较为一致（翟明国等，2019），仅鄂尔多斯北部3 条弧形磁异常带与划分方案不吻合，与地表深覆盖有关。沉积变质型铁矿大都位于陆块边缘基底隆起的地区。

图5 华北克拉通航磁ΔT 化极异常与沉积变质型铁矿分布（前寒武纪基底引自Kusky et al.,2016）Fig.5 Aeromagnetic ΔT reduction to the pole image of North China Craton and distribution of sedimentary metamorphic iron ore deposits(Precambrian basement from Kusky et al.,2016)

华北陆块区的BIF 绝大多数属于阿尔戈马型(Algoma-type)，沉积于新太古代晚期(2.55～2.50 Ga)，主要集中在华北陆块区东部的辽宁鞍山-本溪、冀东和鲁西等地区(Zhang et al., 2012；张连昌等，2012)。这些地区在航磁异常图上主要显示为负背景场上叠加的大量的局部异常，与西部鄂尔多斯盆地呈现的走向单一、规模较大的磁异常带形成了巨大的反差。条块状正磁异常带应是前寒武纪微陆块的反映，由前寒武纪陆壳经历角闪岩相和麻粒岩相变质而形成，而其边缘的负磁异常带与绿岩带范围较一致（图6）。绿岩带是指由前寒武纪变质火山-沉积岩系组成的表壳岩，通常由早期的火山岩和晚期的沉积岩或火山碎屑沉积岩组成，火山岩下部以超基性-基性岩为主（常含科马提岩），上部为钙碱性火山岩（张连昌等，2012）。绿岩带主要产出在古陆核之间或其边缘，少数为古陆核的组成部分。绿岩带与普通花岗岩相比，整体贫磁铁矿，即使在高度变质的情况下，在大范围航磁调查中能被识别出来（Grant, 1985）。因此，产在绿岩带中的沉积变质型铁矿的矿集区，在磁场上都以负背景场中的局部高磁异常为特征，如鞍本、冀东、五台、固阳等地区，铁矿及含矿地质体引起的磁异常即使在向上延拓20 km 以后仍然很清楚。

图6 华北克拉通航磁ΔT化极上延20 km与沉积变质型铁矿分布（晚太古代微陆块引自Zhai et al.,2011;Tang et al.,2018）Fig.6 Aeromagnetic ΔT upward continuation 20 km image of North China Craton and distribution of sedimentary metamorphic iron ore deposits(Late Archean microcontinent from Zhai et al.,2011;Tang et al.,2018)

2.2 鞍本矿集区磁场特征

鞍山-本溪矿集区内的矿床位于团块状磁异常内部或边部负磁场区中强烈升高磁异常（图7a）。磁异常的走向以北东向为主，说明控矿的火山-沉积建造以北东向为主。在磁性基岩最小埋深图中（图7b），矿床均位于磁性基岩隆起区及边缘梯度带（埋深＜2 km），在鞍山西北部仍有大片的强磁异常区，但是磁性基岩埋藏深度较大，可能矿体的埋深也加大，应在深部找矿中加以重视。

居里面显示隆起区与坳陷区过渡带（图7c），显示了稳定陆块边缘的特征。矿集区周围深大断裂发育（图7d），西部有郯庐断裂经过，对后期变质变形成矿及基底隆升十分有利。

图7 鞍山-本溪矿集区沉积变质型铁矿分布特征a.鞍本矿集区航磁ΔT化极磁异常特征与沉积变质型铁矿分布；b.鞍本矿集区磁性基岩最小深度与沉积变质型铁矿分布；c.鞍本矿集区居里面深度与沉积变质型铁矿分布；d.鞍本矿集区航磁推断断裂构造与沉积变质型铁矿分布Fig.7 Distribution of sedimentary metamorphic iron deposits in Anshan-Benxi ore concentrated area a.Aeromagnetic ΔT reduction to the pole magnetic anomaly and distribution of sedimentary metamorphic iron ore in Anben area;b.Minimum depth map of magnetic bedrock and sedimentary metamorphic iron ore in Anben area;c.Curie depth and sedimentary metamorphic iron ore in the Anben area;d.Inferred fault and sedimentary metamorphic iron ore in Anben area

2.3 鞍山铁矿磁场特征

鞍山地区是中国铁矿最集中的地区，在不足100 km2范围内，发现了齐大山、胡家庙子、眼前山、大孤山、东鞍山和西鞍山等大型矿床（图8a），探明储量达70亿t以上（姚培慧等，1993；沈保丰等，2005；任群智等，2007；范正国等，2013）。该区中部铁架山一带出露太古宙混合岩及混合花岗岩，原岩为华北陆块区中最古老的钾质花岗岩（万渝生等，2002），铁架山周围出露太古宇鞍山群樱桃园组和元古界辽河群浪山子组千枚岩、片岩，震旦系石英岩，寒武系碳酸盐岩等。西北部广大地区被第四系覆盖，南部大面积出露燕山期花岗岩。矿石矿物主要为磁铁矿和赤铁矿、假象赤铁矿及少量菱铁矿。物性资料显示，鞍山式铁矿的磁化率变化范围为12 366×10-5～139 123×10-5SI，是该区唯一能引起强磁异常的地质体（范正国等，2013）。

在1∶5 万航磁ΔT化极垂向一阶导数图（图8b）中，区域磁场得到了压制，突出了铁矿引起的磁异常特征，主要有3条北西向的磁异常带，包括西鞍山-东鞍山异常带、黑石砬子-李三台子异常带和眼前山-大赵台异常带。局部磁异常的中心都对应了矿床的位置，土台子-大赵台和李三台子-四方台地区大部分被第四系覆盖，磁异常显示很好的成矿潜力，但磁异常宽缓且强度相对较弱，推测铁矿埋深超过1000 m。范正国等（2012）采用异常拟合体积法，预测3 条磁异常带深部铁矿资源量达60 亿t。为了查明矿体在深部的分布形态，结合地质和钻孔的先验信息，建立了二维地质地球物理模型（图8c），显示鞍山地区的地质构造总体为复背斜构造或穹窿，由东鞍山向斜、铁架山背斜和齐大山向斜构成，矿体受向斜控制呈条带状分布，为深部找矿提供了重要信息。

图8 鞍山铁矿地质及物探综合剖析图（修改自范正国等，2013）a.鞍山地区地质及矿产图；b.航磁ΔT化极垂向一阶导数等值线平面图（数据来源于1∶5万航磁测量）；c.AB剖面重磁正演拟合图1—第四系；2—白垩系；3—寒武系；4—震旦系；5—元古界辽河群浪山子组；6—太古宇鞍山群樱桃园组；7—太古宙混合岩、混合花岗岩；8—太古宙斜长角闪岩；9—白垩纪花岗岩；10—闪长岩；11—石英斑岩；12—铁矿体或磁铁石英岩；13—拟合剖面；14—断裂；15—磁铁矿体；16—贫磁铁矿体；17—贫赤铁矿体；18—第四系；19—寒武系；20—震旦系；21—元古代或太古代片岩和千枚岩；22—太古代混合岩和奥长花岗岩；23—太古代角闪岩；24—白垩纪花岗岩Fig.8 Integrated geology and geophysical map of Anshan iron mine(modified after Fan et al.,2013)a.Geology and mineral resources map of Anshan area;b.Aeromagnetic ΔT reduction to pole vertical first-order derivative contour map(data from 1∶50 000 aeromagnetic survey);c.Gravity and magnetic forward modeling of AB profile 1—Quaternary;2—Cretaceous;3—Cambrian;4—Sinian;5—Proterozoic Langshanzi Formation of Liaohe Group;6—Archean Anshan Group Yingtaoyuan Formation;7—Archean migmatite and migmatitic granite;8—Archean plagioclase amphibolite;9—Cretaceous granite;10—Diorite;11—Quartz porphyry;12—Iron ore body or magnetite quartzite;13—Modeling profile;14—Fault;15—Magnetite body;16—Lean magnetite body;17—Lean hematite body;18—Quaternary;19—Cambrian;20—Sinian;21—Proterozoic or Archean schist and phyllite;22—Archean migmatite and trondhjemite;23—Archean amphibolite;24—Cretaceous granite

3 岩浆型铁矿的航磁特征

3.1 区域磁场特征

岩浆型铁矿主要分布在华北陆块和扬子陆块周缘断裂构造带中，以四川攀枝花-西昌地区和河北承德大庙地区为主（李厚民等，2012b）。通常都产于辉长岩、苏长岩、辉石闪长岩、辉石岩、辉石角闪岩等基性-超基性杂岩体中，这类杂岩体通常规模都不大，沿深大断裂断续分布，长度可达数百千米，并且具有较强的磁性。因此，在航磁ΔT化极等值线图（图1）中，岩浆型铁矿通常位于延伸较长的串珠状或线性磁异常带中，如康滇地区、郯庐断裂带。

以康滇地区为例，该区多数航磁异常未经查证，且深部钻孔控制较少，进一步找矿潜力巨大（陈毓川等，2015）。磁场特征以近南北向平行的线性磁异常带为主（图9a），南侧以金沙江-哀牢山蛇绿混杂岩带为界，大面积被峨眉山玄武岩覆盖区，这种磁场特征与峨眉山地幔柱有密切关系，磁异常主要反映了幔源岩浆沿断裂带贯入地层的特征。在垂向一阶导数图（图9b）中，突出了浅部的磁性体，线性异常带的特征更加明显，太和、白马、红格、倒马坎、白锡腊等矿床均位于线性磁异常带上。已知矿床周围，仍有大面积分布的线性磁异常带，主要是峨眉山玄武岩和侵入的基性-超基性岩体的反映，有很大的找矿潜力，应加大航空物探异常的成因分析及验证。

图9 康滇地区航磁异常特征与岩浆型铁矿分布a.航磁ΔT化极磁异常；b.航磁ΔT化极垂向一阶导数Fig.9 Aeromagnetic anomalies and distribution of magmatic-type iron deposits in the Kang-Dian area a.Aeromagnetic ΔT reduction to the pole map;b.Vertical first derivative map of aeromagnetic ΔT reduction to the pole

3.2 攀西矿集区磁场特征

攀西矿集区的铁矿主要产于辉长岩杂岩体，通常沿断裂带断续分布，在航磁异常图（图10a）中显示大量串珠状、线性磁异常带，异常的走向变化较大，但与矿床位置吻合的磁异常主要呈近南北向分布。在磁性基岩最小埋深图（图10b）中，岩浆型铁矿都位于磁性基岩隆起区，沿南北向呈带状分布。居里面为隆起区及边缘梯度带，显示了壳内有较强的构造-岩浆活动（图10c）。

物性资料显示，该地区除钒钛磁铁矿具有强磁性以外，广泛分布的玄武岩、正长岩、辉长岩、辉绿岩、辉石岩等均具有较强的磁性，因此航磁异常能够有效圈定基性-超基性杂岩体。花岗岩的磁性较弱，为0.0067 SI，但攀枝花南部的花岗岩对应了强磁性特征，深部可能存在隐伏的基性-超基性杂岩体（何敬梓等，2015）。根据航磁异常新推断基性岩体20余处，大部分为隐伏岩体，可为深部找矿提供大量信息（图10d）。矿床都沿着南北向的绿汁江断裂带分布，说明南北向的构造对岩体的侵位及成矿有重要的控制作用，矿床位置、岩体位置与航磁异常呈现出“三位一体”的特征，沿南北向断裂分布的局部高磁异常是寻找该类矿床的重要标志。

图10 攀西矿集区岩浆型铁矿分布特征a.攀西矿集区航磁ΔT化极磁异常特征与岩浆型铁矿分布；b.攀西矿集区磁性基岩最小深度与岩浆型铁矿分布；c.攀西矿集区居里面深度与岩浆型铁矿分布；d.攀西矿集区航磁推断断裂岩体与岩浆型铁矿分布Fig.10 Distribution of magmatic-type iron ore in Panxi ore concentrated area a.Aeromagnetic ΔT reduction to the pole anomaly and distribution of magmatic-type iron ore in Panxi area;b.Minimum depth of magnetic bedrock and magmatic-type iron ore distribution in Panxi area;c.Curie depth and distribution of magmatic-type iron ore in Panxi area;d.Inferred fault and magmatic rocks from aeromagnetic data and distribution of magmatic-type iron ore in Panxi area

3.3 攀枝花铁矿磁场特征

攀枝花铁矿床位于攀西矿集区的南部，攀枝花矿区自南西向北东可划分为纳拉菁、公山、倒马坎、尖包包、兰家火山、朱家包包等矿段。其中，朱家包包矿段矿石质量最好，矿层厚度大且稳定。赋矿辉长岩体整体长度约为19 km，宽度约为2 km，面积约为40 km2。展布方向为北东-南西向，倾向北西，倾角一般50°～60°（俞一凡，2020；李解等，2016）。含矿的基性-超基性岩被普遍认为是峨眉山地幔柱的产物，经过岩浆结晶分异或矿浆贯入，形成了一系列岩浆岩型铁矿（谢承祥等，2009；Zhou et al.,2005）。王登红等（2007）获得攀枝花铁矿层中黑云母的40Ar/39Ar 坪年龄（（256.85±2.69）Ma）与峨眉山玄武岩的年龄一致，认为这些矿床与峨眉山玄武岩及同时期形成的基性-超基性岩密切相关。因此，钒钛磁铁矿及其赋存基性-超基性岩体引起的磁异常均是直接找矿标志，但这些岩体可能与峨眉山玄武岩在空间上叠加，需要加以区分。

1∶5 万航磁ΔT化极垂向一阶导数等值线图（图11b）中，突出了局部的高磁异常中心，更直接地显示了磁铁矿及其赋存的基性-超基性岩的特征。攀枝花铁矿位于北东向强磁异常带，局部异常变化达1814 nT/km，梯度陡，磁异常带沿走向分布约20 km，与赋矿辉长岩体的长度基本一致。矿段的分布范围均对应了局部磁异常中心，刻画了基性-超基性岩沿断裂带侵位的特征。攀枝花矿带西北沿大黑山-烂包一带还分布有一条北东向磁异常，局部异常变化达2474 nT/km，地表分布二叠纪正长岩，磁化率为中等偏弱（何敬梓等，2015），应予以验证是否为正长岩所引起，深部可能有进一步找矿空间。

图11 攀枝花铁矿地质矿产及物探剖析图（修改自黄旭钊等，2016）a.攀枝花地区地质图；b.航磁ΔT化极垂向一阶导数等值线平面图（地质图据1∶5万和1∶20万地质图修编，数据来源于1∶5万实测航磁数据）1—第四系—新近系；2—下侏罗统碎屑岩；3—上三叠统砂岩；4—中二叠世峨眉山玄武岩；5—中二叠统响岩；6—震旦系灰岩、大理岩；7—古元古界会理群；8—康定杂岩花滩单元；9—中二叠世辉长岩；10—中二叠世正长岩；11—花岗岩；12—辉石岩Fig.11 Geological,mineral and geophysical analysis map of Panzhihua iron ore deposit(modified after Huang et al.,2016)a.Geological map of Panzhihua area;b.Vertical first derivative map of RTP aeromagnetic anomaly(geological map modified after 1∶50 000 and 1∶200 000 geological map,data from 1∶50 000 aeromagnetic survey)1—Quaternary—Neogene;2—Lower Jurassic clastic rock;3—Upper Triassic sandstone;4—Middle Permian Emeishan basalt;5—Middle Permian phonolite;6—Sinian limestone and marble;7—Paleoproterozoic Huili Group;8—Huatan unit of Kangding complex;9—Middle Permian gabbro;10—Middle Permian syenite;11—Granite;12—Pyroxene

4 接触交代-热液型铁矿的航磁特征

4.1 区域磁场特征

接触交代-热液型铁矿以中生代占绝对优势，是中国最主要的富铁矿类型（赵一鸣等，2013），与中国印支期、燕山期大规模岩浆活动密切相关，主要分布于鄂东南、河北邯邢、山东莱芜、山西临汾、福建马坑、黑龙江翠宏山、内蒙古黄岗等地区（陈毓川等，2015；李厚民等，2012b）。该类型矿床与辉长岩、闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩类、花岗岩类侵入体有十分密切的关系，尤其与中酸性侵入体关系最为密切。在航磁ΔT化极等值线图上，大型矿床通常分布于团块状航磁异常边部，如邯邢式，或者沿带状磁异常带分布，如大冶式。

以长江中下游地区为例（图12），该地区是中国接触交代-热液型和陆相火山岩型铁矿的集中区，包括鄂东南、庐枞、宁芜等矿集区，热接触交代-热液型铁矿的典型矿床有大冶、龙桥等，火山岩型铁矿的典型矿床有罗河、泥河等。航磁ΔT化极磁异常图（图12）中，长江中下游成矿带的磁异常特征明显不同于两侧的构造单元，由多条叠瓦式分布的磁异常带组成，夹持于阳新-常州、襄樊-广济和郯城-庐江3 大断裂之间。物性资料显示，盆地内火山岩和中酸性侵入岩通常都具有较高的磁化率，是引起区域性带状磁异常的主要因素（高宝龙，2021）。2种类型的铁矿都沿着磁异常带分布，也显示其受控于相同的构造-岩浆活动。磁异常带勾勒出了4 条构造带的分布范围，对区域找矿部署有重要作用。

图12 长江中下游地区航磁异常特征与铁矿分布Fig.12 Aeromagnetic anomalies and distribution of iron ore in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

4.2 鄂东南矿集区磁场特征

鄂东南矿集区主要位于长江中下游铁铜成矿带的最西端，产出了大量的接触交代-热液型铁矿，其中规模达到大型的有程潮、铁山、余华寺、张福山、铜绿山等矿床。区内地层出露齐全，从古生代到中、新生代地层均有出露，中下三叠统碳酸盐岩和含石膏的碳酸盐岩是区内矽卡岩型铁铜矿床最为重要的赋矿围岩（朱乔乔等，2019）。区内岩浆活动以燕山期为主，既有岩浆侵入，又有火山喷发，并显示多期次活动的特点，侵入岩与火山岩均表现出由中基性向中酸性演化的特征（毛建仁等，1990）。侵入岩自北向南有鄂城、铁山、金山店、灵乡、阳新、殷祖六大岩体和铜绿山、铜山口、封山洞、阮家湾和付家山等多个小岩株，岩性主要为闪长岩、石英闪长岩和花岗闪长斑岩（舒安全等，1992）。

程潮铁矿位于鄂城岩体南缘，矿体主要产于二长花岗岩、石英二长斑岩与三叠系的接触带上（李伟等，2016）。大冶铁矿位于铁山岩体南缘，矿体产于闪长岩与下三叠统大冶群的大理岩或白云质大理岩接触带上（王伟等，2015）。物性数据显示，矿区分布的中酸性侵入岩都具有较强的磁性，是引起区域性磁异常的主要因素，铁矿形成的局部高磁异常叠加在其中（石教波等，2006；李淑玲等，2007）。在航磁ΔT化极等值线图（图13a）中，磁异常准确刻画了中酸性岩体的位置，该区的接触交代-热液型铁矿几乎都分布于北西西向磁异常带的边部，局部地区铁矿沿孤立椭圆形磁异常边缘呈环状分布，充分体现了构造控岩体、岩体控矿的特征。在磁性基岩最小埋深图（图13b）中，矿床均沿着磁性基岩隆起带边缘分布。居里面显示隆起区及边缘梯度带的特征（图13c）。在航磁推断断裂岩体分布上（图13d），矿床的分布受北西西向和近东西向断裂控制，控矿的构造-岩浆岩带沿东西向还有较大延伸，但磁性体的埋深加大，推断了多个隐伏中酸性岩体。已知矿床均落在了已知岩体和推断岩体的边部，在后期找矿过程中，应注重航磁推断隐伏岩体。

图13 鄂东南矿集区接触交代-热液型铁矿分布特征a.鄂东南矿集区航磁ΔT化极磁异常特征与接触交代-热液型铁矿分布；b.鄂东南矿集区磁性基岩最小深度与接触交代-热液型铁矿分布；c.鄂东南矿集区居里面深度与接触交代-热液型铁矿分布；d.鄂东南矿集区航磁推断断裂岩体与接触交代-热液型铁矿分布Fig.13 Distribution of contact metasomatic-hydrothermal type iron deposits in the southeastern Hubei ore concentration area a.Aeromagnetic ΔT reduction to pole anomaly and distribution of contact metasomatic-hydrothermal iron ore in southeastern Hubei area;b.Minimum depth of magnetic bedrock and distribution of contact metasomatic-hydrothermal iron ore in southeastern Hubei area;c.Curie depth and distribution of contact metasomatic-hydrothermal iron ore in southeastern Hubei area;d.Inferred fault and magmatic rocks from aeromagnetic data and distribution of contact metasomatic-hydrothermal iron ore in southeastern Hubei area

4.3 大冶铁山铁矿磁场特征

大冶铁矿床位于湖北省东南部大冶鄂城一带，铁山矿区为本区最主要的铁矿床。区内出露地层主要为志留纪至侏罗纪沉积岩，以及白垩纪中酸性火山凝灰岩和砂页岩。约90%的铁矿储量都集中在三叠纪（中）下统的碳酸盐岩岩层和侵入体南缘中段闪长岩类的接触带上（赵一鸣等，2015）。碳酸盐岩本身为无磁性岩石，经接触交代后含有大量磁铁矿而具有强磁性，为磁法找矿提供了有利条件。

铁山铁矿自东向西依次为尖山、狮子山、象鼻山、尖林山、龙洞和铁门槛6 个矿体，沿走向延伸约5000 m，宽约500 m（李厚民等，2012b）。在1∶1 万航磁ΔT等值线图（图14b）中，显示了北西向串珠磁异常带的特征，由于铁矿石的磁性最强，大比例尺的数据突出磁铁矿体的特征。矿体沿走向具有一定延伸，磁异常也沿岩体边部呈现出带状分布，长轴方向呈北西向，异常极大值高于2500 nT，北侧伴有负异常，异常的形态与矿体在深部的产状密切相关。通过异常曲线的拟合计算，结合已有的地质和钻孔信息，可以推断出矿体在深部的分布形态，预测隐伏铁矿体2 个，并通过钻孔验证见矿（于长春等，2007；2010）。同时，大量学者基于多源数据建立了深部三维模型，预测了隐伏矿体（祝蒿等，2015；侯征等，2018）。

图14 大冶铁山铁矿地质矿产及物探剖析图（修改自侯征等，2018；于长春等，2010）a.大冶地区地质图；b.航磁ΔT等值线平面图（注：航磁数据比例尺1∶1万）；c.AB剖面磁异常正演拟合图1—第四系；2—三叠系灰岩；3—二叠系；4—含石英闪长斑岩；5—闪长岩；6—粗斑含石英闪长斑岩；7—透辉石闪长岩；8—斑状花岗闪长岩；9—废石堆；10—正异常等值线；11—零异常等值线；12—负异常等值线；13—拟合剖面位置；14—大理岩；15—已知矿体；16—推断矿体；17—钻孔及编号Fig.14 Geological,mineral and geophysical analysis map of Tieshan iron ore deposit in Daye area(modified after Hou et al.,2018;Yu et al.,2010)a.Geological map of Daye area;b.Aeromagnetic ΔT contour map(note:the scale of aeromagnetic data is 1∶10 000);c.Magnetic forward modeling of AB profile 1—Quaternary;2—Triassic limestone;3—Permian;4—Quartz-bearing diorite-porphyry;5—Diorite;6—Coarse quartz-bearing diorite porphyry;7—Diopside diorite;8—Porphyry granodiorite;9—Waste rock;10—Positive anomaly contour;11—Zero anomaly contour;12—Negative anomaly contour;13—Inversion profile;14—Marble;15—Known ore body;16—Inferred ore body;17—Drill and number

5 火山岩型铁矿的航磁特征

5.1 区域磁场特征

火山岩型铁矿分为海相火山岩型和陆相火山岩型。中国的海相火山岩型铁矿主要分布在新疆阿尔泰、东西天山、云南大红山、内蒙古谢尔塔拉等地区。陆相火山岩型铁矿主要集中在长江中下游地区的宁芜、庐枞等地区（李厚民等，2012b）。本文对海相火山岩型铁矿的磁异常特征进行简要论述。该类型矿床主要与海相火山岩有关，常发生强烈的矽卡岩化，因此，也存在海相火山岩型和矽卡岩型成因之争，如蒙库铁矿和马坑铁矿。在航磁ΔT化极等值线图（图1）中，矿床通常沿线性或者带状磁异常分布，磁异常带的规模较大，且沿走向有一定延伸，反映了多期构造-岩浆活动引起的磁场变化。

以西天山成矿带为例（图15），航磁异常特征反映了阿吾拉勒裂谷带的特征，呈北西向分布的带状磁异常，并可以分解为多条线性磁异常带，显示了多期构造-岩浆活动的特征。各类火山岩磁化率多位于(100～1000)×10-5SI 之间，越靠近矿体矿化作用越强烈，磁化率也越大（张楠等，2016）。因此，区域磁异常主要显示了大面积分布的火山岩的特征。该带东段的岩浆活动明显减弱，磁异常变为宽缓的负磁异常。已勘查开发的松湖、尼新塔格、查岗诺尔、智博、备战等大中型铁矿均沿着磁异常带分布。通过航磁异常的分析与验证，在该带已经新发现了松湖南、坎苏西、查岗诺尔等多处铁矿，取得了当年飞行、当年查证、当年见矿的效果，产生了极大的经济效益（董连慧等，2008）。该带仍有大量航磁异常未经查证，尤其是阿吾拉勒成矿带西段，具有很大找矿潜力。

图15 西天山成矿带航磁ΔT化极异常与火山岩型铁矿分布（构造划分引自潘桂棠等，2009）Fig.15 Aeromagnetic ΔT reduction to pole anomalies and distribution of volcanic iron deposits in the West Tianshan metallogenic belt(tectonic unit from Pan et al.,2009)

5.2 查岗诺尔-备战矿集区磁场特征

查岗诺尔-备战矿集区位于阿吾拉勒成矿带东部，赋矿地层为下石炭统大哈拉军山组基性火山碎屑岩，岩性为钠长斑岩质火山凝灰岩、角砾凝灰岩、英安质晶屑凝灰岩、安山岩。该套火山岩具有较强的磁性（余建华等，2010），能够产生条带状的磁异常（图16a）。铁矿均沿着具有磁性特征的火山岩分布，但并不是所有的火山岩都具有强磁性，可能与岩浆结晶分异过程中含铁矿物的富集程度有关。因此，磁异常带及其周边孤立磁异常是找矿的重要指示标志。

矿床都位于磁性基岩埋深较浅的地区，显示强烈的构造-岩浆活动，指示矿床或矿体的埋深较浅，有利于矿床的发现（图16b）。居里面显示隆起带边缘梯度带的特征，显示地壳内强烈的热活动（图16c）。根据航磁推断了6 处磁性火山岩，矿床均分布于其中，应在该区找矿部署中重点开展工作（图16d）。

图16 查岗诺尔-备战矿集区火山岩型铁矿分布特征a.查岗诺尔-备战矿集区航磁ΔT化极等值线平面图与火山岩型铁矿分布（注：航磁数据比例尺1∶100万）；b.查岗诺尔-备战矿集区磁性基岩最小深度与火山岩型铁矿；c.查岗诺尔-备战矿集区居里面深度与火山岩型铁矿；d.查岗诺尔-备战矿集区航磁推断断裂岩浆岩与火山岩型铁矿分布Fig.16 Distribution of volcanic iron ore deposits in the Chagangnuoer-Beizhan ore concentration area a.Aeromagnetic ΔT reduction to the pole anomaly map and distribution of volcanic iron ore deposit in Chagangnuoer-Beizhan area(note:the scale of aeromagnetic data is 1∶1 million);b.Minimum depth of magnetic bedrock and volcanic iron ore in Chagangnuoer-Beizhan area;c.Curie depth and volcanic iron ore in Chagangnuoer-Beizhan area;d.Inferred fault and magmatic rock and distribution of volcanic iron ore in Chagangnuoer-Beizhan area

5.3 查岗诺尔铁矿磁场特征

查岗诺尔铁矿位于新疆和静县，已探明铁矿石资源量约2.7 亿t。矿区出露地层为下石炭统大哈拉军山组，矿体主要产于矽卡岩化大理岩与钠长斑岩质火山凝灰岩的界面中（董连慧等，2013）。矿区岩浆活动主要为火山喷发形成的中-酸性火山岩系，为一套沉积-火山碎屑岩建造，其次是华力西期的闪长玢岩、斜长花岗岩、花岗斑岩等，对成矿有叠加和富集改造作用（李厚民等，2012b）。

在1∶5 万航磁异常图（图17b）中，由于磁铁矿具有强磁性，地层中火山岩所产生的磁异常没有显示，突出了矿体的异常特征，呈现出近似圆形的磁异常，异常强度约1200 nT，在航磁ΔT剖面图（图17c）中也显示尖峰状磁异常，并且在多条测线上有反映。这种近似圆形的异常特征在西天山松湖、智博、敦德等铁矿均有出现，推测矿体在走向和倾向上的延伸距离较为一致。因此，在西天山航磁异常查证过程中，应重点关注类似的等轴状强度高的磁异常。

图17 查岗诺尔铁矿地质矿产及物探剖析图（修改自张玄杰等，2012）a.查岗诺尔地区地质图；b.航磁ΔT等值线平面图（注：航磁数据比例尺1∶5万）；c.航磁ΔT平面剖面图1—第四系；2—下石炭统大哈拉军山组；3—花岗岩；4—断裂Fig.17 Geological,mineral resources and geophysical map of Chagangnuoer iron ore deposit(modified after Zhang et al.,2012)a.Geological map of Chagangnuoer area;b.Aeromagnetic ΔT contour map(Note:the scale of aeromagnetic data is 1∶50 000);c.Aeromagnetic ΔT profile map 1—Quaternary;2—Lower Carboniferous Dahalajunshan Formation;3—Granite;4—Fault

6 讨 论

通过4 种类型铁矿的航磁异常特征分析，不同类型的铁矿在区域航磁异常上的响应是不一样的，说明其受控于不同的大地构造环境（表1）。沉积变质型铁矿主要是与古老的火山-沉积作用有关，常发育于稳定陆块边缘，以典型绿岩带为特征，主要矿石矿物为磁铁矿。因此，矿床常位于条块状磁异常边缘负背景场中的强烈升高磁异常。岩浆型铁矿主要与基性-超基性岩有密切关系，产于沿大型断裂或变形构造带侵位的基性-超基性岩中，因此矿床常产于线性磁异常带中。接触交代-热液型铁矿与中酸性侵入体有密切关系，岩体常具有弱-中等磁性，形态规则，呈线状沿断裂带分布或呈等轴状孤立产出。因此，矿床常沿磁异常带或等轴状磁异常边缘分布。火山岩型铁矿与大范围分布的火山岩或潜火山岩密切相关，矿床通常沿磁异常带分布。接触交代-热液型铁矿与火山岩型铁矿的磁异常存在相似的特征，二者在成因上具有成矿作用叠加的特征，为同一构造-热-成矿时间的产物（毛景文等，2012）。

表1 不同类型铁矿与航磁异常特征的关系Table 1 Relationship between different types of iron ores and aeromagnetic anomalies feature

从大地构造环境来看，华北陆块区新太古代晚期大多数BIF 形成的构造环境有可能形成于岛弧构造环境，固阳BIF 铁矿可能形成于深部有地幔柱发育的岛弧环境(张连昌等，2012；刘利等，2012)。岩浆型铁矿通常形成于裂谷环境或深大断裂带。接触交代-热液型铁矿主要分布于稳定陆块边缘的坳陷带和褶皱区（赵一鸣，2013）。海相火山岩型铁矿主要分布于陆缘岩浆弧的裂陷环境，包括弧后裂谷盆地、走滑拉分盆地和弧后前陆盆地等。陆相火山岩型铁矿主要分布于深断裂控制的陆相火山岩盆地（李厚民等，2012b）。这些地区都具有强烈的构造-岩浆活动，发生了强烈的壳-幔物质交换，造成地壳内磁铁矿等铁矿物的不均匀分布，而磁铁矿的主要载体就是岩浆岩。这种不均匀分布在区域磁场上表现为一定走向的带状磁异常或团块状磁异常，如鞍山地区磁异常带呈北东向，攀西地区为南北向。强烈的构造活动也导致岩浆侵位于地壳浅部和较高的地温梯度，表现为磁性基岩深度和居里面深度“双隆起”的特征。已勘查开发的铁矿几乎都分布在磁性基岩埋深较浅的地区（埋深＜2 km），当磁性基岩埋藏较深时，即使有铁矿也埋深较大，难以开采。因此，对于覆盖区、高山区等难进入地区，基于区域磁异常，提取岩浆岩以及断裂构造的分布信息，计算磁性基岩最小深度和居里面深度，对隐伏矿找矿预测有重要作用。

从不同尺度航磁数据来看，中小比例尺航磁资料（＜1∶5万）弱化了矿石矿物产生的异常，主要反映了铁矿控矿要素的磁性特征。大比例尺航磁资料（≥1∶5 万）强化了矿石矿物产生的异常，异常中心基本对应了矿体的位置，可以直接应用于矿体预测，矿体的规模、产状、品位和埋深的变化都会造成磁异常幅值、形状和规模的变化。鞍山铁矿、攀枝花铁矿和大冶铁矿的磁异常都呈现出磁异常带的特征，指示矿体在走向上具有较大延伸，查岗诺尔铁矿的磁异常呈现出等轴状磁异常的特征，指示矿体在走向和倾向上的延伸较为一致。通过磁异常二维和三维反演矿体的深部结构，能够为找矿提供了重要信息（祁光等，2012；罗凡等，2018；史蕊等，2018；朱裕振等，2019）。目前，航磁测量主要的工作比例尺为1∶5 万，但500 m 的线距对于约束矿体或含矿地质体的分布特征是不足的，针对矿区或矿集区找矿勘探应加大航磁测量比例尺（≥1 万），获得矿体或含矿地质体深部更精细的结构，用于指导铁矿或其他磁性矿产（铜、镍、铅、锌、金、蛇纹石等）的找矿勘查工作。

7 结 论

本文从区域、矿集区、矿床3 个尺度分析了航磁异常特征及其推断解释要素与四种主要类型铁矿空间分布的关系。空间分布不仅仅指位置的关系，也包含矿体或含矿地质体在深部的分布特征。主要获得了以下几点认识：

（1）沉积变质型铁矿主要分布在华北陆块区，以负背景场中的局部高磁异常为特征，与绿岩带中的火山岩和条带状铁建造密切相关。鞍本矿集区磁异常带呈北东走向，指示了绿岩带的展布方向。鞍山铁矿的磁异常带呈北西走向，矿区外围的找矿应以北西为主，但北西部的磁异常变得宽缓且强度减弱，指示矿体埋深可能加大。

（2）岩浆型铁矿通常沿串珠状和线状磁异常分布，显示沿深大断裂侵位的基性-超基性杂岩的特征。康滇地区分布有大量南北向线性磁异常带，推断深部有大量隐伏基性-超基性岩体，是矿区外围找矿的重点。

（3）接触交代-热液型铁矿主要沿带状磁异常或孤立等轴状磁异常边缘分布，在大比例尺航磁异常图上显示岩体边部的带状磁异常。在鄂东南地区，仍有大量隐伏的中酸性岩体，其岩体接触带应开展大比例尺测量工作。

（4）火山岩型铁矿主要沿带状磁异常分布，带状磁异常规模较大且有稳定的延伸，显示了大面积火山岩带的特征。西天山分布的海相火山岩型铁矿大都呈现出等轴状（近似圆形）的高磁异常特征，推测矿体在走向和倾向上的延伸距离较为一致。在西天山成矿带仍有大量航磁异常有待验证，需重视此类等轴状强磁异常。

（5）在铁矿找矿预测过程中，应加强磁性基岩最小埋深、2D 和3D 正反演计算，分析矿体或含矿地质体的分布特征和埋深，提高铁矿勘查开发的经济性。

（6）针对不同比例尺的航磁数据应充分挖掘信息，中小比例尺数据可以做“广”，进行成矿控矿地质要素分析，指导区域性找矿预测，大比例尺航磁数据可以做“精”，建立矿体或含矿地质体二维和三维深部结构模型，指导矿区深部及外围找矿预测。

致 谢本文使用的航磁数据是在中国自然资源航空物探遥感中心六十余载积累的结晶，集合了前人的许多宝贵成果。在此，感谢为此工作曾付出辛苦的同仁们！感谢陈毓川院士、王登红研究员在航磁特征与铁矿的关系研究中提供的指导性意见！感谢周道卿教授、郭志宏教授、于长春教授、黄旭钊教授、刘英会教授、张永军教授在研究过程中提供的帮助！感谢葛藤菲高工、何敬梓工程师提供的素材及建议！感谢匿名审稿专家提出的宝贵意见！