1、高精度磁测在老矿山深部及外围找矿中的应用 梁源珠 陈永宁 汪晓 王利民 安徽省地质调查院 摘 要： 近几年来一些老矿山面临产量下降甚至资源枯竭的现象, 为了矿山企业的持续发展, 需要在已知老矿山的深部及外围寻找新的矿产资源。因此找矿方向也由浅部转向深部, 而攻深找盲主要方法就是地球物理勘探, 其中寻找铁矿最直接有效的方法就是磁法测量。讲述了高精度磁法在霍邱张庄铁矿中测量, 通过分析工作区内磁异常特点, 结合区域岩石地球物理特征及已知地质信息分析解译, 推断可能含矿“第二空间”, 为下步勘查工作提供依据。关键词： 老矿山; 铁矿; 高精度磁测; 小波分解; 作者简介：梁源珠 (1984-) ,
2、男 (壮族) , 广西南宁人, 工程师, 现从事应用地球物理勘探及研究工作。收稿日期：2017-06-24Received： 2017-06-24地质勘查经过数十年的高速发展, 出露地表及浅层的矿产已越来越少, 找矿的难度也越来越大, 为满足国民经济发展要求, 急需开展深部隐伏矿产勘查工作1。磁法勘探以岩石磁性差异为基础, 探测地层、岩性的不同磁性, 通过磁异常来推断地质构造或地层空间分布情况, 是物探最常用的方法之一2。高精度磁测仪器的灵敏度提高了, 比常规的磁测拥有更高的精度, 因此其解释的准确度也提高了, 该方法在直接或间接找矿中具有更广泛的应用3。霍邱张庄铁矿从开采至今已有几十年, 面
3、临产量下降甚至资源枯竭的现象, 为补充后备资源, 实现资源可持续性开发, 需开对矿山矿产资源进行新一轮的勘查工作。因此根据实际工作要求, 布置高精度磁法勘探工作, 对其深部及外围进行矿体探测。1 高精度磁法勘探的原理地面磁法勘探是指通过仪器观测地下介质的磁性差异, 进而获取地下介质分布信息的一种勘探方法。具有磁性的岩 (矿) 石和其它地下物体, 因为其感应磁化强度、剩余磁化强度, 以及它们的埋深、形状、规模等因素差异的影响, 能在地表产生不同的磁场。通过磁测仪器观测, 解译磁场异常, 达到直接或间接的找矿目的4。高精度磁测工作是指磁测总误差小于或等于 5n T 的磁法测量工作。磁测总误差是观测
4、均方误差 (含测点观测及点位误差、仪器噪声均方误差、仪器一致性误差) 、日变改正、总基点、正常场与高度等各项改正误差的总和5。实际工作中, 设计总误差一般为 5n T, 其误差分配见表 1。表 1 磁测精度分配统计表 下载原表 2 成矿地质特征和地球物理特征2.1 成矿地质特征霍邱铁矿田由包括张庄铁矿在内的数个铁矿组成。霍邱铁矿田北部为华北地台, 西部为小秦岭北坡豫中皖中的基底构造, 大部分区域是第四系覆盖区, 仅在西南部分布有少量的青白口系八公山群、震旦系徐淮群和寒武系地层, 覆盖区基岩以新太古界霍邱群变质岩系和部分中生代地层为主, 其中霍邱群、八公山群是主要的含铁层位6。区内基底褶皱形成于
5、 2 个时期, 早期主要是紧闭型的复式褶皱, 走向为南北向;晚期则为平缓开阔型褶皱, 走向为东西向。区内断裂构造都较发育, 分布有较多断层、节理、裂隙和片理等。区内岩浆岩较发育, 主要有花园组的中基性喷发岩;吕梁期构造运动生成的混合花岗岩;以及分布在草楼、吴集和重新集等矿床内的小型岩体。据前人研究的资料表明, 霍邱凹陷可能是一个规模较大的花岗岩弯隆, 而吴集和重新集矿床往东的大片区域, 可能是一个火山沉积凹地 (马连民等, 1992;桑宝梁等, 1981;陈静静等, 2010) 。2.2 地球物理特征2.2.1 岩石磁性特征矿区分布的地层主要有吴集组和周集组地层。吴集组下段主要岩性是角闪斜长片
6、麻岩间夹斜长角闪岩;上段为斜长角闪岩、角闪黑云斜长变粒岩及角闪石英磁铁矿。周集组下段主要岩性是黑云斜长变粒岩、混合岩及闪石类石英磁铁矿层;上段是云英片岩、磁-镜铁矿层等;最顶部是白云岩大理岩。两组地层中一些典型岩石的磁性参数见表 2。表 2 霍邱矿集区吴集组和周集组岩矿石物性统计表 下载原表 2.2.2 航磁特征覆盖测区的 15 万航空磁力测量成果, 反映了本区磁场特征, 见图 1。区内有NE 方向的异常带穿过, 长度超过 30km, 正负异常伴生特征明显, 异常上分布有多处矿产地。异常可分为南北两部分:南部异常为近你南北向呈“串珠”状分布, 负异常环绕正异常, 异常中心强度达 3000n T
7、 以上, 区内分布有周油坊矿、范桥矿、草楼矿等铁矿;北部异常为完整的带状异常, 异常规模大, 异常中心强度达 3500n T 以上, 区内分布有张庄矿、周集矿等铁矿。磁场往东、往西均逐渐减弱, 位于磁梯度带及扭转变换的区域也有少量矿产地分布, 如李集矿、李老庄矿。低磁背景较平缓, 无杂乱或明显跳跃现象, 磁场在 0-300n T 之间, 与无磁沉积岩分布相符。图 1 张庄地区航磁异常图 (附剖面位置) 下载原图本次剖面 (L1、L2) 所在位置为张庄磁高异常区, 该局部异常平面呈椭球状, 走向北东, 异常中心即为已在开采的张庄铁矿, 其北西侧为负异常所伴生, 且异常规模超过了正异常;其东北侧、
8、东侧为等值线较缓的正异常, 亦为北东向分布。3 磁测方法及数据处理3.1 野外工作方法技术磁测仪器为加拿大的 GSM-19T, 该仪器是一种高灵敏度的磁测量装置, 其观测值即该时段该观测点的地磁场总强度 T。在野外生产开始前、结束后均按高精度磁测技术规程要求进行仪器性能测定, 选择符合条件的基点、日变站、校正点。野外作业观测探头高度 1.9m, 观测过程中如遇到干扰, 合理进行避让, 相邻测点数值变化大时, 进行重复观测, 并做记录, 保证观测质量。质量检查坚决遵循“一同三不同”原则。3.2 数据处理原始数据是以野外观测值经日变改正、基点改正、高度改正和正常场改正后获得的数据 (T) 为基础。
9、正常场改正采用 2010 年高斯球谐系数, 并考虑年变率。使用中国地调局软件 Rgis2012 进行 T 的化极和局部、区域场异常的分离处理。磁场的局部异常和区域异常的分离采用小波多尺度分解方法, 经对比选取分解尺度为三阶。4 磁测成果解译张庄地区的局部磁异常主要为该处铁矿体引起, 该矿体赋存于周集倒转向斜的西翼。由于该向斜西翼也发生倒转, 岩层向西倾斜, 矿体也随着埋深加深, 也由东向西延伸, 所测磁场值也随之减弱。而霍邱地区大型铁矿主要分布于周集向斜的西翼, 其中已知矿外围的一些低值、负值异常也有可能因为矿体埋深加深、不连续等引起, 故对低值负值异常亦需要引起关注。对 2 条剖面进行解译,
10、 并对 L2 剖面异常做了反演推断。4.1 L1 剖面磁异常特征及解释L1 剖面经过张庄局部磁异常的北东端, 与异常走向垂直。自西向东 (最西端为0m) , 地磁 T 曲线缓慢下降, 至 5500m 后达最低值, 之后呈陡直上升趋势, 直至 6000m 后变为缓慢上升, 并在 6700m 处达到峰值, 进而总体呈缓慢下降趋势, 只在 8200m 左右存在一个次级峰值, 推断为二级叠加异常引起, 见图 2。化极之后异常向西位移约 200m, 幅值提高较大, 多级异常叠加特征更为明显。经小波分解后, 区域场和局部场分离, 地磁化极在 5900m、6500m 和 8100m 附近形成 3 个局部异常
11、。5900m 处异常峰值最高, 达 360n T, 且西侧伴生有负异常, 东侧则为峰值较低 6500m 处的局部异常;8100m 处的异常则基本对称分布, 但峰值不高, 不到 100n T。此外, 对地磁化极进行了一阶导数处理, 其峰值出现在5600m 左右, 说明引起矿体或构造的边缘就在该位置附近。4.2 L2 剖面磁异常特征及解释图 2 L1 剖面磁测异常图 下载原图L2 剖面经过张庄局部磁异常的中心, 与异常走向垂直。该剖面为典型的异常对称剖面, 剖面两端异常曲线较平缓, 仅在中部 6500m 处出现一个异常, 异常峰值达 5700n T, 该位置对应的即为张庄铁矿位置, 见图 3。化极
12、之后异常向西位移不大, 但是幅值提高很大, 达 8000n T, 表现为明显矿致异常。经小波分解后, 区域场和局部场得到了分离, 三阶细节异常显示出浅部存在磁性体, 与已知矿对应。而三阶逼近异常反映出深部依然有磁性体存在的可能。依据上述定性分析认为该磁异常除浅部已知矿体外, 深部还存在磁性铁矿体。为此, 对该异常进行了定量计算。对该剖面地磁化极三阶细节异常进行 2.5 度反演, 根据已知的地质资料和物性参数, 建立反演模型, 见图 4。图 3 L2 剖面磁测异常图 下载原图图 4 L2 地磁化极小波分解三阶细节异常反演推断图 下载原图给定铁矿体的磁化率 6000010SI, 定量反演结果显示:
13、已知矿体西侧深部及东侧即向斜的东翼深部均存在磁性铁矿体, 2 处铁矿体埋深较大, 主体在 1000m以下, 倾向与倾角与已知矿体基本一致。由图中可知, 拟合曲线与实测曲线吻合得较好。据地质资料, 吴集岩组主要分布向斜两翼, 矿体的多层性、复杂性给予了异常的叠加和高值特征。反演的过程中, 给定的参数部分是人为设定的, 部分参考地质断面信息, 因而在模型埋深、规模上和实际情况有一定的差异。5 结语通过位于张庄铁矿磁异常 2 条磁剖面勘查, 更加明确了矿体埋藏位置与磁异常的对应关系, 有利于分析判断老矿山矿体的外延情况。一般而言, 离矿体越近, 异常曲线就越高陡;离矿体越远, 异常曲线就显得越低缓。
14、虽然本地区已经在较浅部探明了铁矿, 但是深部就较大的矿体在地表亦可能只有微弱的磁异常, 故在已知矿深部, 早期褶皱的叠加复合部位可能隐伏有“深部霍邱铁矿”。因此存在较好的深部及外围找矿前景。参考文献1宋雷, 黄家会.地质雷达用于探测煤田自燃区的研究J.煤炭科学技术, 1999, 27 (12) :23-24. 2李才明, 邵昌盛, 唐小兵, 等.云南相大铜铅锌多金属矿区高精度磁测异常特征及解释J.成都理工大学学报:自然科学版, 2009 (2) :210-215. 3王建文, 等.地下煤层自然区地震勘探研究J.上海地质, 2010 (4) . 4西安地质学院.磁法勘探M.北京:地质出版社, 2008:6-16. 5中国地质调查局.地球物理勘查R.2006:72-93. 6陆三明, 楼金伟, 李茂章, 等.安徽省霍邱铁矿区及外围铁矿成矿规律及潜力研究J.安徽地质, 2014, 24 (2) :94-98.
