地面高精度磁测在航磁异常查证中的应用—以冀东地区某航磁异常带为例

2022-12-18董雁南

中国金属通报 2022年9期

董雁南

河北省矿产资源丰富，是我国重要的铁矿资源基地。冀东地区又是河北省的铁矿聚集区，截止到2008年底，冀东地区探明铁矿资源量占河北省总量的78.8%（河北省地质调查院，2010）。冀东地区铁矿类型主要有沉积变质型铁矿（鞍山式）、岩浆型铁矿（大庙式）和矽卡岩型铁矿，以前两种类型为主。

冀东地区属于古亚洲域成矿带与滨太平洋成矿带交汇部位，具有良好的成矿大地构造背景，经历了长期复杂的地质构造演化，在区内形成了一大批以铁矿为主的大型、超大型金属矿床。河北省地质调查院和中国国土资源航空物探遥感中心于2010年～2012年在冀东进行了1：2.5万高精度航空磁测，完成总工作量140120.4测线公里，磁测覆盖面积34150平方公里，圈定了铁矿、金多金属找矿远景区，筛选出一批有找矿前景的航磁异常。本文以冀东地区某航磁异常为例，结合地质、地面高精度磁测成果，阐述地面高精度磁测在该区域找矿预测中应用效果，为该区后续找矿工作提供借鉴。

1 地质概况

1.1 区域地质特征

冀东地区位于华北板块燕山山脉，区域地质条件复杂，构造运动强烈，岩浆活动频繁。区内各时代地层和各类岩浆岩分布广分。工作区位于中朝准地台（Ⅰ2）燕山台褶带马兰峪复式背斜遵化穹褶束南东侧。区域上出露地层主要为中-新太古界迁西岩群变质基底及中-新元古界、古生界、中生界和第四系的沉积盖层组成。工作区处于遵化-迁安中高级变质岩区，出露地层主要为中太古界变质基底岩系和新生界第四系。变质基底岩系表壳岩主要为迁西岩群（Ar2Q.），其中有水厂岩组（Ar2s.）和平林镇岩组（Ar2p.），均为赋矿地层。工作区在构造位置上位于迁安穹窿区，在漫长而强烈的地质构造运动过程中，穹隆构造又进一步褶皱叠加和分化，形成了一系列褶皱束以及紧密褶皱、倒转同斜褶皱等复杂构造形态，在上世纪70年代～80年代，通过对工作区附近迁安水厂铁矿的勘查和研究，证明了褶皱构造的控矿作用，向斜控矿是本区构造的主要特征。

工作区内的褶皱构造主要为宫店子-裴柳-二马复式向斜，呈NE-SW向，由宫店子向斜、裴柳-二马复式向斜、后裴庄-小石岭复式背斜组成。轴面NE-SW，轴向NE倾，枢杻NE端扬起。宫店子向斜为倒转等斜向斜，为宫店子矿体主体构造，裴柳-二马复式向斜为宫店子向斜向南西延展部分，是控制东矿带空间展布的主要构造。工作区处于二马、裴庄、宫店子铁矿的北东延伸方向上，即宫店子向斜向北东延展部分。褶皱构造往往造局部矿体加厚，在同斜倒转紧密褶皱中，矿体亦明显加厚。

1.2 区域地球物理特征

工作区位于迁安水厂沉积变质型铁矿I级远景区（长约33km，宽约25km）的北东部，在迁安水厂沉积变质型铁矿Ⅰ级远景区和迁安水厂沉积变质型铁矿Ⅰ级远景区上，水厂铁矿和工作区周围磁场整体特征表现为负背景场中4条NE向平行相距较近的条带状强磁异常带：其中水厂铁矿表现为两条NNE向线性强磁异常带，在南西端王家湾子一带汇合，北东端隔滦河、北赵庄、提铃寨NE向磁异常带为水厂两条线性强磁异常带NE走向的延伸。异常带上存在较多的复杂局部强磁异常，即“乱磁”异常特征（成群出现的矿体表现为“乱磁”异常特征），表明以磁铁矿为主的强磁性物质丰富，磁性变化或赋存状态复杂，异常幅度差别较大，多在216nT～2500nT之间，有多个异常高值点，异常强度一般在1000nT以上，多为矿体中心的反映，在重力上也表现为重力高，显示较好的找矿远景。

1.2.1 地层

区域上出露地层主要为中-新太古界迁西岩群变质基底及中-新元古界、古生界、中生界和第四系的沉积盖层组成。

变质基底：

（1）中太古界迁西岩群变质表壳岩。①水厂岩组（Ar2s.）：主要分布在工作区的西侧，岩性为紫苏黑云斜长变粒岩夹二辉麻粒岩、浅粒岩和大量磁铁石英岩。②平林镇岩组（Ar2p.）：零星出露于工作区的东侧，岩性为石榴（紫苏）黑云斜长变粒岩夹麻粒岩及斜长角闪岩。

（2）变质深成岩。在工作区出露的变质深成岩主要有太古代迁西片麻岩套三屯营片麻岩和新太古代柳河峪片麻岩和八道河片麻岩。其中迁西片麻岩套三屯营片麻岩在工作区内大面积出露，岩性主要为紫苏黑云斜长片麻岩；新太古代柳河峪片麻岩和八道河片麻岩主要出露在工作区的东部和西部，岩性分别为黑云二长片麻岩和斑状角闪二长片麻岩。

沉积盖层：

（1）中—新元古界：大面积出露于区域北部，由长城系、蓟县系和青白口系组成，其中长城系出露面积较大，主要为高于庄组和大红峪组，岩性分别为含锰白云岩、泥晶白云岩和厚层石英砂岩夹硅质条带白云岩；蓟县系分布面积较长城系小，呈北西向展布，主要为雾迷山组，岩性为泥晶白云岩、砂质白云岩、沥青白云岩和硅质白云岩夹硅质岩。青白口系呈狭长的带状展布，分为长龙山组和井儿峪组，岩性分别为细砂岩、砂质页岩和淡青色夹紫红色中厚层泥灰岩。

（2）古生界：零星分布在区域北部，出露寒武系府君山组巨厚层白云岩、含砾石英砂岩和毛庄组、馒头组的紫红色页岩、泥灰岩。

（3）中生界：零星分布在区域北部，为侏罗系，呈角度不整合覆于寒武系地层之上，由髫髻山组的紫色、灰绿色安山岩、沉凝灰岩和后城组砾岩、砂砾岩组成。

（4）第四系：大面积出露于区域内，可分为更新世马兰组黄土状含砾亚砂土、亚粘土和全新世冲洪积亚粘土、亚砂土。

1.2.2 构造

区域上北西向断裂构造发育，主要有冷口大断裂和二拨子断裂，现分述如下：

（1）冷口大断裂：分布于工作区北东侧，呈北西向延伸，西起擦崖子沟附近，东南至白道子附近，长约29km。为一个时代较老多次活动的古断裂，走向北西，倾向南西，断层性质主要表现为逆断层，一个由多个北西向断层组成的断裂束，最早形成于中元古代之前，表现形式为韧性断层（宽50m～80m的片岩带）晚期脆性断裂叠加其上并在断裂北侧形成一些平行的断裂。该断裂也是太古代老变质岩与元古代沉积地层的分界线。在该断裂南侧为太古代老变质岩的分布区，断裂北侧为一北西向延伸的元古代-古生代的向斜构造。

（2）二拨子断裂：走向北西，倾向南西正断层，它东起迁安大龙庙，西北至小铧尖，长约25km。

1.2.3 岩浆岩

主要出露于工作区北部，发育有早侏罗世细中粒度斑状花岗闪长岩，中侏罗世花岗斑岩，石英斑岩，花岗岩和白岗花岗岩等。脉岩发育主要有辉绿岩脉、煌斑岩脉、闪长岩脉和花岗斑岩脉等。

1.3 工作区地质

（1）地层。工作区主要出露地层为中太古界变质基底岩系和新生界第四系。因地表岩石风化剥蚀严重，人工活动较剧烈，变质基底表壳岩（迁西岩群平林镇岩组、水厂岩组）多被风化剥蚀，填图未见；变质基底岩系深成岩主要为三屯营片麻岩（Ar2gnγδο），出露面积5.85km2，岩性为黑云斜长片麻岩、辉石黑云斜长片麻岩夹辉石黑云角闪斜长片麻岩以及混合岩，另在工作区北东部见变质英云闪长岩，出露面积0.13km2，在变质英云闪长岩中见磁铁石英岩捕掳体，出露宽度1.5m，走向50°，倾角37°，捡块化验mFe29.84%。

黑云斜长片麻岩：灰黑色，片状粒状柱状变晶结构，片麻状构造，主要成分为斜长石（50%～55%）、石英（30%～35%）、黑云母（10%～15%）。辉石黑云斜长片麻岩：灰黑色，片状粒状柱状变晶结构，片麻状构造主要成分为斜长石（40%～45%）、黑云母25%～30%）、辉石（10%～15%）、石英（8%～10%）、角闪石（4%～5%）及少量磁铁矿。辉石黑云角闪斜长片麻岩：灰黑色，片状粒状柱状变晶结构，片麻状构造，主要成分为斜长石（45%～50%）、角闪石（20%～25%）、黑云母（10%～15%）、石英（7%～8%）、辉石（5%～6%）。混合岩：浅肉红色，中粗粒结构，块状构造，主要成分斜长石（30%～35%）、钾长石（20%～25%）、石英（20%～25%）、黑云母（10%～15%）。变质英云闪长岩：浅灰黑色，中粗粒结构，块状构造，主要成分斜长石50%，钾长石20%，石英15%，黑云母15%及少量石榴石、磁铁矿。新生界第四系分布于工作区东南部农田和西南部沟谷低洼处，主要为黄土状砂土、粘土、亚砂土、亚粘土，局部偶见少量砾石，砾石粒径2cm～5cm。

（2）构造。工作区内出露地层总体走向呈北东向，倾向北西。区内构造以断裂为主。韧性剪切带（Ds）位于工作区北部，隔滦河村东，出露长约0.6km，宽度约10m，走向225°，剪切带中岩石为黑云斜长糜棱岩，灰黑色，风化呈灰白色，柱粒状变晶结构，糜棱构造，岩石中碎斑成分为斜长石、石英、辉石，呈透镜状、眼球状，长轴定向，粒径2mm～5mm，碎斑总含量约40%～45%；碎基成分为石英、黑云母，镜下碎基中石英拉长聚集形成石英条带、遇碎斑绕过呈塑性流动构造，黑云母连续定向呈片状构造，粒径＜2mm，碎基总含量55%～60%。

（3）岩浆岩。工作区仅少量脉岩出露，主要有花岗斑岩脉、闪长玢岩脉。

闪长玢岩（δμ）：灰色，细粒结构，块状构造，主要矿物为斜长石、角闪石、石英等，矿物呈半自形-他形粒状。

花岗斑岩（γπ）：杂色，斑状结构，块状构造，主要矿物组成为钾长石、石英。

1.4 工作区主要岩矿石物性特征

地球物理场是岩石物性差异和空间赋存状态的综合反映，开展航磁释研究，岩（矿）石磁性分析是十分必要的。工作区主要分布辉石磁铁石英岩、磁铁辉石岩、辉石黑云斜长片麻岩、黑云辉石斜长片麻岩、黑云辉石角闪斜长片麻岩、黑云辉石二长片麻岩。其中辉石磁铁石英岩磁性最强，磁化率平均值为173801.34×4π×10-6SI，属强磁性矿物；磁铁辉石岩次之，磁化率平均值为32466.45×4π×10-6SI，属强磁性矿物；辉石黑云斜长片麻岩、黑云辉石斜长片麻岩、磁性较强，属中等磁性矿物，黑云辉石角闪斜长片麻岩、黑云辉石二长片麻岩磁性较弱，属弱磁性矿物。各种片麻岩虽然磁性强度不一，但都具有一定磁性，在地表均能引起一定磁异常，且工作区内地表多为片麻岩覆盖，而引起磁异常的异常体均产出于片麻岩中，这使得地磁异常强度偏高，给本次磁测工作的开展带来了一定干扰。但与强磁性的辉石磁铁石英岩和磁铁辉石岩相比，无论感磁或剩磁，各种片麻岩与之都有较大差异。

1.5 航磁异常特征

工作区自南向北分布有四个异常，分别编号M1、M2、M3、M4，其特征分述如下：

（1）M1异常为甲1类已知铁矿航次异常，为负异常呈椭圆状，长轴走向北东，长1.3km、宽0.5km，异常南东侧等值线稀疏，有一个峰值区，强度为：-167nT。

（2）M2异常为乙2类矿致异常，呈长椭圆状，长轴走向北东，长3.5km、宽1.5km。异常区内有3个峰值区，强度分别为318nT、345nT、318nT，北西翼较南东翼等值线密集，梯度大。北西侧伴有强度为-17nT的负异常。出露迁西片麻岩套三屯营片麻岩及第四系。

（3）M3异常为乙2类矿致异常，呈椭圆状，长轴走向北东，长1.5km、宽0.5km，异常两翼等值线稀疏、近似相等，有两个峰值区，强度分别为：99nT、72nT。地表少部分被第四系覆盖，大面积出露迁西岩群平林镇岩组及迁西片麻岩套三屯营片麻岩。

（4）M4异常为乙2类矿致异常，正负异常伴生，呈椭圆状，长轴走向北东，长1.5km、宽1.0km，异常北西翼较南东翼等值线密集，梯度大。异常强度为246nT，北西侧伴有强度为-338nT的负异常。

2 工作方法及部署

2.1 地质测量

首先对工作区进行踏勘，选择地层出露相对较好地区实测1：5000地质剖面1条，长度5.12km,确立地层层序和填图单位。工作区地质测量采用1：10000地形图为底图。以追索法和穿越法相结合进行填图，点距按100m～200m定点，岩性、构造复杂地段地质点加密，第四系地层中地质点略稀。

2.2 高精度磁法剖面测量

本次磁测工作采用加拿大GSM-19T高精度质子磁力仪，工作比例尺1：2000，测网布设采用RTK放点，总体按垂直航磁异常走向布设测线，确定方位320°。剖面布置原则上保证每条测线两侧出现正常场，以便区分磁异常与背景场。基点（日变站）应选择在附近地势平缓的零值线附近，不得有外界干扰物等。

2.3 磁异常处理

磁异常数据处理主要包括化极、延拓、圆滑滤波、导数转换、分离异常、正反演拟合等。本次数据处理主要采用了圆滑滤波、化极、正反演拟合等手段，达到消除干扰、分离异常的效果，为后续异常解释提供支撑。

3 磁异常解释及验证

3.1 磁异常解释

地磁工作共圈定四处异常，与航磁异常对应较好。所要查证的航磁异常在地磁上均有较强显示，将四个地磁异常由南向北分别编号M1、M2、M3、M4，对应航磁M1～M4异常。

为研究四处异常的延伸状况，对化极后的异常进行了向上延拓，延拓高度为100m、200m和300m。磁场值的衰减程度随上延高度的增加而减弱，在上延100m后，近地表的磁性不均匀体得到较好压制，异常变的清晰明显，M1异常消失，M2、M3、M4异常强度衰减较快。上延200m后，M3异常消失，M2与M4仅有微弱显示。上延300m后，异常全部消失，仅显示为弱磁性片麻岩地层特征。通过各高度的上延△T的变化特征分析，引起M1、M3异常的磁性体规模较小，埋深较浅，向下延伸有限。引起M2、M4异常的磁性体应有较大延伸。

（1）M1异常。位于工作区西南角，异常呈椭圆状，强度较弱，走向北东，为一正负伴生异常，正异常极大值1024nT。该异常主要坐落于辉石黑云斜长片麻岩和黑云辉石角闪斜长片麻岩中，由物性成果可知，这两种岩性虽然磁性较强，但不应引起如此强度异常，推测二者不是该异常的异常源。从磁异常化极剖面曲线显示，该异常为正负伴生异常，引起异常磁性体向下应有一定延伸，推测应为含铁片麻岩引起。

（2）M2异常。M2异常无论强度抑或规模均为最强。由等值线平面图和剖面平面图可以看出，该异常规模较大，具有一定强度，但该异常中心主要位于村庄和尾矿坝处，无法获取完整磁测数据，因此本次工作无法完整查证该处航磁异常。虽然该异常规模较大，在航磁上有一定强度显示，但从地磁成果可以看出，该异常强度多介于300nT～1200nT之间，无高值异常带显示。而该异常主要坐落于辉石黑云斜长片麻岩和黑云辉石角闪斜长片麻岩中，结合物性成果，二者不应为该异常的异常源。但二者均有一定磁性，这就使得该处异常处于高值背景中，推高了异常强度。剔除背景影响，M2异常的强度应不是很大，推测应为含铁片麻岩引起。

（3）M3异常。M3异常无论规模抑或强度均较小，仅一条测线上强度较高，异常两侧均存在负异常，推测向下延伸有限，推测应为含铁片麻岩引起。

（4）M4异常。M4异常在航磁上显示为一个完整椭圆状异常，但地磁成果显示为两条近于平行、走向北东的高值正异常带。等值线平面图和剖面平面图显示，该异常成北东走向，规模，强度均较大，正异常极大值为2116 nT。该处异常内的异常形态都较为尖陡，峰值较多，宽度较小。相较于其他几处异常，强度明显较高。该异常位于辉石黑云斜长片麻岩及黑云辉石角闪斜长片麻岩中，但二者无疑不是异常源。

针对M4异常，挑选了形态及强度较好的剖面进行了化极处理，进行了反演拟合计算。异常曲线显示，该线上存在三处较大磁异常，从剖面平面图上也可以显示3处异常在北东走向上都有一定延展，推测应为含铁片麻岩引起。