河南省某铁矿区隐伏铁矿体深部找矿研究

2023-09-19张学武

金属矿山 2023年8期

张学武

(永城职业学院矿业工程系,河南商丘 476600)

河南省某铁矿区主要地质面貌为平原和丘陵,已发现并且开采的铁矿有近20 条,已探明的储存量高达6.7 亿t。矿产资源是河南省的经济支柱之一,截至2011 年底,河南省共有矿产区1 028 个,其中铁矿区233 个,保有铁矿资源151 838.5 万t。随着铁矿开采由浅入深,铁矿资源的总开采量逐年递减,2019年8 月,总开采量为68.34 万t,同比下降了约4.08%,同年9 月,总开采量为84.3 万t,同比下降了约1.43%[1-2]。为缓解目前河南省铁矿开采量持续减少的问题,进行深部采矿势在必行。

以河南省某铁矿区为例,对深部找矿方法进行了研究与应用。首先采用高精度磁法进行找矿勘探[3],对所获勘探数据进行分析,圈定异常点;再采用可控源音频大地电磁法对异常点进行找矿勘探[4],进一步缩小异常范围;最后对得到的勘探数据进行综合分析,圈定异常区和圈定找矿靶区。

1 地质特征

研究区为平原和丘陵地貌,整体较平坦,在中部有凸起的山脉,海拔100.0 ～297.9 m,且有露出的基岩[5]。

1.1 地层

研究区地层多为第四系,露头部分岩石主要为位于中西部的太华群变质岩,研究区域地层由老到新排序见表1[6]。由表1 可知:该区域岩性中太古界赵安庄组和古元古界太华群铁山庙组的岩石均属于变质岩类,是铁矿的母岩。

表1 研究区地层特征Table 1 Stratigraphic characteristics of the study area

1.2 构造

研究区经历了前震旦早期构造、前震旦期构造、震旦纪以来的构造变化,形成褶皱构造和断裂构造,褶皱构造多为封闭型,断裂构造是由于受压作用和受扭作用形成的[7],数量较小。

1.3 岩浆岩与矿体特征

区内岩浆岩是地质运动所形成的,在西南部表面部分可以看到少量闪长岩露出,岩层深部有闪长岩、花岗岩等。区内矿体上部和下部岩性均为混合岩,呈现出花岗质的条状结构,同时伴有片麻岩、大理岩和辉石岩,如图1 所示。区内地表未见铁矿出露,其周围的铁矿区属于以沉积岩为主的深部变质铁矿区[8],面积为4 km2,矿石多为变晶结构、块状构造等,由黑云母、碧玉、正长石、磁铁矿、褐铁矿、黄铁矿等组成[9]。

图1 研究区域矿体特征Fig.1 Characteristics of ore bodies in the study area

2 高精度磁法勘探

2.1 高精度磁法勘探工作布置

在研究区域进行高精度磁法勘探工作,试验仪器为5 台质子磁力仪,观测点50 个。勘探工作分为3个部分,分别为野外观测、参考点建立、仪器性能检测[10-13]。

野外观测采用GPS进行测量,观测之前需要进行仪器调整,确保其偏差符合要求且时间准确,从而减少甚至消除仪器误差带来的影响。观测通过工作人员手持仪器,进行定位并且测量坐标;观测完成后将坐标和轨迹数据进行汇总,并输送到电脑端。

参考点建立包括选取日变站参考点、仪器校正点、总基点。日变站参考点选取工作是利用6 台GSM-19 磁力仪进行磁力检测,最终以磁场平稳的区域为主要目标,得到日变站参考点的具体位置。仪器校正点选择需要避免磁场干扰,因而一般选在日变站附近磁力最小的位置。总基点确定是通过性能稳定的GSM-19 磁力仪进行日变观测,每10 s 自动记录一个数据,而后将观测到的771 个数据进行平均值计算,所得平均值即为该区域的总基点值,该值是否有效取决于磁场平均变化值是否小于2 nT。

仪器性能检测主要包括探头高度值确定、仪器噪声符合性检查、观测误差确定、一致性检查等。探头高度确定是通过2 台GSM-19 型磁力仪对研究区进行往返观测,分别测得探头高度为1 m 的往返观测值、探头高度为1.5 m 的往返观测值、探头高度为2 m 的往返观测值,并对数据进行处理,得到磁力仪工作时探头高度为2 m 时可取最佳值。仪器噪声符合性检查时,如果仪器显示的水平方向噪声精度小于1.0 nT,则满足试验要求。观测误差是通过5 台GSM-19 型磁力仪的均方差误差值(表2)进行分析判定。一致性检查是通过5 台磁力仪对50 个观测点进行反复测试,所得方差为0.45 nT(小于设计值2 nT),即认为一致性检查符合要求,确保试验结果的准确性。

表2 试验用GSM-19 型磁力仪观测均方根误差值Table 2 Observed root mean square error values of the GSM-19 magnetometer used in the testnT

2.2 试验数据处理

试验数据处理包括通过小程序进行数据预处理、利用插值法进行数据网格化处理、数据化极、总梯度值计算等步骤。数据预处理是对试验测得的数据进行初始的修正日变值、去除无效数据、试验数据高度值修正、试验数据水平梯度值修正,通过使用Visual Basic for Applications(VBA)语言编写程序,自动进行数据预处理,所得部分数据见表3。

表3 试验数据预处理部分结果Table 3 Partial results of test data preprocessing

在数据网格化处理中,主要使用克里金数据插值法对预处理后的数据进行网格化处理。首先得到高精度磁法勘测ΔT值显示的异常地域;然后通过消除整个研究区域的磁场影响,弱化研究区域内的局部异常,消除局部异常干扰,通过求导运算消除磁场相互叠加引起的异常,计算试验数据的总梯度模,对高精度磁法勘测量ΔT总梯度模进行修正。

2.3 试验结果

通过对勘探数据进行处理,最后得到M3、M4、M5 磁异常与该区域的正异常具有一定的关系,而M1、M2、M6 异常可能是地下存在铁矿石所引起的磁场异常。其中M1 异常下部的磁场较浅,并且磁场所产生的磁力较大,可以作为寻找铁矿的目标区域,但是由于该异常中很多缺失的数据多通过插值法计算得到,其精准度不高,故而排除M1 异常。M2 异常下部磁场较浅,并且磁场所产生的磁力较大,可以作为寻找铁矿的目标区域。M6 异常下部磁场较深,并且磁场所产生的范围较大,可以作为寻找铁矿的区域。总体上,M2、M6 异常与铁矿磁场有一定的关系,具有一定的研究潜力,可作为可控源音频大地电磁法勘探的目标区域。

3 可控源音频大地电磁法勘探

3.1 勘探仪器以及操作

本研究试验仪器为美国的Zonge 公司生产的GDP-32Ⅱ型多功能电法站,精确度高、仪器性能稳定、探头的灵敏度很高,十分适合野外探测工作[14-15],可以作为可控源音频大地电磁法勘探的主要仪器[16-18]。

勘测过程中,本研究分别选择正负异常区域覆盖范围最广的南北向C1线和正异常区域的异常值多样性较多的南北向C2线进行测点布置(图2)。勘测时调整仪器频率,分别为1、1.414、…、8 192 Hz,每个频率之间的递增倍数为2,每组数据至少测量3 次。

图2 研究区测线布置Fig.2 Layout of survey lines in the study area

3.2 数据处理以及解译

通过对勘探结果进行异常数据修正,得到较为平滑的数据曲线,再对数据进行分离和修正处理,最后通过对勘探数据进行静态位移修正,在此基础上,以原始数据作为勘探数据进行反演,利用前期修正数据资料对反演异常数据进行修改,取得最佳效果。通过对数据处理得到C1、C2两条线的电阻率反演结果,分别如图3 和图4 所示。

图3 C1 线视电阻率反演结果Fig.3 Inversion results of apparent resistivity C1 line

图4 C2 线的电阻率反演结果Fig.4 Inversion results of apparent resistivity C2 line

由图3 可知:C1区磁场异常主要是由高阻异常体所致,该异常体位于-100 ～-700 m、21#～51#测点区段内,形状为长方形。

由图4 可知:C2区域内1#～11#测点区段磁场是由高电阻异常体所致,该异常体视电阻率较高,位于-100 m 处;11#～21#测点区段是由于含水构造产生某一部分低电阻异常;11#～78#测点0 ～-600 m 区段异常体视电阻率较低,为层状,-600 ～-1 100 m 区段视电阻率较高,也为层状。

3.3 勘探结果

通过高精度磁法勘探,得到深部铁矿区的两个异常点为M2、M6,对其进行可控源音频大地电磁法勘探,经过对试验数据处理,并结合该研究区地质特征,圈定了深部铁矿找矿靶区,分别为C1线的1#找矿靶区和C2线的2#找矿靶区(图2)。

1#靶区内无矿体出漏,区内埋深小于300 m 区段,岩性为砂土、黄土、黏土;埋深300～1 000 m 区段,岩性主要为闪长岩。1#～21#测点区段-900 m 处存在高阻体,并且在该区域内存在闪长岩;21#～51#测点区段-300 m 处有宽600、厚400 m 的闪长岩侵入形成的高阻异常体,故推断1#～51#测点之间的地下岩石为一整体;41#～46#测点区段,地下岩浆岩活跃,且侵入岩与周围岩体密切交互,地下部分有低阻体,找矿潜力较大。根据该靶区地质因素综合分析,一般闪长岩下方为铁矿形成的有利地质条件,故本研究钻探工程的钻孔位置为45#～47#测点正下方或者右侧,钻孔深度为-1 000 m。在实际勘测过程中,当钻孔深度达到-950 m 时,探测到了铁矿体。

2#找矿靶区内无矿体出漏,该区域埋深小于300 m 区段,岩性为砂土、黄土、黏土;埋深300 ～900 m 区段,岩性主要为花岗岩、片麻岩;埋深大于900 m 区段,岩性为闪长岩。C2线11#～21#测点区段岩浆岩较多,地层以褶皱结构为主,且在该区域内发现过铁矿,故该区域找矿潜力巨大。根据该靶区地质因素综合分析,花岗岩和片麻岩相交互的部分极有可能含有铁矿,故钻探工程的钻孔位置选为11#～21#测点正下方,钻孔深度为-1 000 m。在实际勘测过程中,当钻孔深度达到-800 m 时,探测到了铁矿体。