吳文賢，范文玉，王永華，吳振波，楊 劍，焦彥杰，高建華，鄒光富，鄧 珂

(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川成都 610081)

1 引言

磁法勘探是物探方法中應(yīng)用較廣、理論較成熟、效率高、成本較低的方法之一，也是目前在金屬礦特別是鐵磁性礦產(chǎn)勘查中應(yīng)用最多的一種方法，是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的地球物理勘查工作(梁德超等，2000;孫中任等，2004;許東青等，2006;朱朝吉等，2011)。從20世紀(jì)90年代以后，磁法勘探進(jìn)入了高分辨率磁法勘查技術(shù)的新階段(管志寧等，1993;余欽范等，1994;黃臨平等，1998)。磁法應(yīng)用是礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的重要手段之一(管志寧等，2005)，尤其是在推斷隱伏地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)方面有著不可代替的作用。磁異常總梯度模反演最早由國外學(xué)者提出(Nabighian，1972，1984;Blakely et al.，1986;Nelson et al.，1988;Roest et al.，1992)，國內(nèi)學(xué)者在 20 世紀(jì) 80 年代陸續(xù)將歸一化總梯度法用于確定密度界面。Grauch et al.(1987)和 Fedi et al.等(2001)使用磁源重力的水平梯度模描述了基底巖石的磁性變化。很多學(xué)者(管志寧等，1997;張鳳旭等，2005;柳建新等，2006;李媛媛等，2009;祁民等，2009)進(jìn)一步探討了水平總梯度模的極大值法確定密度體和磁性體邊界的方法，并認(rèn)為在假定了密度體或磁性體邊界為單個(gè)垂直邊界的情況下，重力異?；虼旁粗亓Ξ惓５乃娇偺荻饶Ｔ谶吔缟险萌O大值，可據(jù)此確定地質(zhì)體的邊界位置。磁異?？偺荻饶：瘮?shù)的曲線形態(tài)與磁化強(qiáng)度及其方向無關(guān)，這一點(diǎn)在低緯度地區(qū)有著不可替代的作用。本文針對(duì)低緯度地區(qū)化極處理不穩(wěn)定引起虛假異常的問題，提出在低緯度區(qū)利用總梯度模法圈定磁性體邊界的方法，并通過老撾爬立山礦區(qū)磁異常處理的實(shí)例探討了其應(yīng)用效果。

2 方法原理

已知任意截面S的均勻磁化二度體，在體外任意點(diǎn)沿t方向的磁場(chǎng)為:

式中，Tt為沿t方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度(nT)，M為磁化強(qiáng)度(×10－3A/m)，L=cos I cos A，N=sin I，I為 M的磁傾角，A為M的水平投影與x軸的夾角，r為剖面內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)到磁性體內(nèi)點(diǎn)的距離(m)，μ0為真空磁導(dǎo)率(4π ×10－7H/m)，在(1)式中令 t為 x、z方向則可得:

又知

式中ΔT為總強(qiáng)度磁異常(nT)，Ha為磁異?？倧?qiáng)度T的水平分量(nT)，Za為磁異?？倧?qiáng)度T的垂直分量(nT)，ΔT'x為磁測(cè)總場(chǎng)的水平梯度(nT/m)，ΔT'z為磁測(cè)總場(chǎng)的垂直梯度(nT/m)，ι、n為地磁場(chǎng)T0(中心偶極子磁場(chǎng))分別對(duì)x、z軸的方向余弦。將(2)、(3)式代入(5)、(6)式得:

式中

I0為T0的傾角、A0為T0的水平投影與x軸的夾角。ΔTG為磁異?？偺荻饶?nT/m)。由(7)式可見，ΔTG與磁化強(qiáng)度及其方向成正比，只影響ΔTG的幅值，而不影響其形態(tài)，ΔTG受磁化方向的影響較ΔT小得多，異?；旧铣实容S狀。

反演步驟:(1)分別計(jì)算位場(chǎng)x，y，z 3個(gè)方向的梯度，在空間域或者頻率域內(nèi)計(jì)算均可;(2)消除干擾峰值;(3)選擇適當(dāng)?shù)拇翱?(4)確定磁性體位置。

3 模型驗(yàn)證

已知理論模型為1個(gè)有限延伸直立長方體，地磁傾角分別為15°和45°兩種情況，長方體中心坐標(biāo)為(x，y，z)=(500，500，100)，x、y、z方向的延伸長度分別為300m、100m和100m，磁化強(qiáng)度為10000×10－3A/m。圖1(a)為由該有限延伸直立長方體地磁傾角為45°的ΔT磁異常平面圖，有限延伸直立長方體頂面邊界如圖中黑色虛線框所示，該異常由1個(gè)正負(fù)伴生的磁異常組成，其中，南部磁異常幅值大，衰減快，表現(xiàn)為淺源場(chǎng)特征;北部異常幅值小，范圍大，衰減慢，表現(xiàn)為深源場(chǎng)特征。將該磁異常進(jìn)行總梯度模處理，得到ΔTG等值線圖(如圖1(b))，異常場(chǎng)較為簡(jiǎn)單，其峰值表現(xiàn)為一個(gè)長條帶狀特征，其極大值范圍和直立方體頂面邊界基本一致。圖1(c)為由該有限延伸直立長方體地磁傾角為15°的ΔT磁異常平面圖，該異常由中間負(fù)、南北正的3個(gè)異常組成，其中，正磁異常幅值小，衰減快;而負(fù)異常幅值大，條帶狀，衰減快。將該磁異常進(jìn)行總梯度模處理，得到ΔTG等值線圖(如圖1(d))，異常場(chǎng)較為簡(jiǎn)單，其峰值表現(xiàn)為一個(gè)長條帶狀特征，其極大值范圍和直立方體頂面邊界基本一致，如圖中黑色虛線所示。

4 應(yīng)用實(shí)例分析

老撾爬立山鐵礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于南海－印支地塊的北部，地處南海西布康－昆蒿構(gòu)造巖漿巖帶的北西端。礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造分布較為復(fù)雜，主要由花崗閃長巖、花崗巖、閃長巖組成的巖漿巖石系列構(gòu)成環(huán)繞泥盆系碎屑巖－碳酸鹽巖石的環(huán)形巖漿巖，并與基底相連構(gòu)成基底巖漿。在成礦作用階段，以花崗閃長巖為代表的一系列中酸性巖漿呈基底式侵入，與上覆泥盆系碳酸鹽巖－碎屑巖系列發(fā)生了廣泛的接觸交代作用，形成交代矽卡巖型透鏡狀礦體群。礦區(qū)內(nèi)分布的主要地層有志留系、泥盆系和二疊系。經(jīng)236塊物性標(biāo)本測(cè)定顯示，本工區(qū)磁性最強(qiáng)的是磁鐵礦，平均磁化率值為48485.80×10－6×4π·SI。次之為鐵質(zhì)礫砂土和黃鐵礦化磁鐵礦，其值分別為28369.65 ×10－6×4π·SI和13797.25 ×10－6×4π·SI;再次之為磁鐵礦化、黃鐵礦化、矽卡巖化，圍巖的磁化率值變化范圍為100×10－6×4π·SI ～1000×10－6×4π·SI。圍巖以碳酸鹽巖、花崗閃長巖為主，其磁化率值在本工區(qū)為最低值，約55.8 ×10－6×4π·SI ～295.34 ×10－6×4π·SI，均遠(yuǎn)小于磁鐵礦及磁鐵礦化體的值，差異達(dá)幾十到數(shù)百倍?？傊緟^(qū)巖體的磁性干擾很小，磁異常主要由磁性礦體引起，因此，磁法勘探在本區(qū)礦產(chǎn)勘查中是有效的①。

圖2中色塊底圖為該區(qū)實(shí)測(cè)ΔT異常平面圖，○與●分別代表區(qū)內(nèi)未見礦鉆孔和見礦鉆孔位置(均為直孔)。該區(qū)地磁傾角I為25.61°，地磁偏角D為－1.1°。從圖2可見，本區(qū)見礦鉆孔位置與異常特征無對(duì)應(yīng)性，在異常較強(qiáng)的位置反而未見礦，見礦鉆孔大多分布在負(fù)異常區(qū);圖3為對(duì)圖2中的ΔT異常進(jìn)行總梯度模反演得到的ΔTG異常，經(jīng)總梯度模分析后，強(qiáng)異常相對(duì)集中，且范圍增大;在區(qū)內(nèi)收集的69個(gè)鉆孔中，其中的13個(gè)未見礦的鉆孔均位于總梯度模分析的異常邊緣和低值異常帶內(nèi)，而剩余的56個(gè)見礦鉆孔中，僅有2個(gè)在總梯度模分析異常帶內(nèi)(礦層厚度較小)，其余54個(gè)在總梯度模分析異常中心和邊界上。可見，該總梯度模分析磁異常能較好地反映礦體異常，因此，可以通過總梯度模反演異常特征初步確定礦體分布位置。

5 結(jié)論

通過對(duì)磁異常的總梯度模分析，得到磁異?？偺荻饶７治鼋Y(jié)果能有效圈定地下磁性體的中心位置和分布范圍。在地質(zhì)情況較為復(fù)雜的情況下，特別在低緯度地區(qū)，化極方法不成熟時(shí)，該方法在分析平面磁異常展布及變化特征時(shí)，更具優(yōu)勢(shì);且該方法原理簡(jiǎn)單、效果明顯，易于在現(xiàn)有位場(chǎng)轉(zhuǎn)換程序中實(shí)現(xiàn)。理論模型和實(shí)際資料處理表明，該方法在低緯度地區(qū)根據(jù)磁異常能有效圈定地下磁性體的中心位置和分布范圍是準(zhǔn)確可靠的，有望在我國南海地區(qū)油氣勘探及在東南亞國家地質(zhì)找礦工作中為磁異常的合理解釋發(fā)揮重要作用。

致謝 審稿專家及本刊編輯對(duì)本文細(xì)致的評(píng)審，并提出了寶貴的修改意見;在工作中得到成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所丁俊所長、王劍副所長、廖朝貴教授級(jí)高工、劉增鐵教授級(jí)高工的指導(dǎo)和幫助，以及秦皇島鑫河鋼鐵礦業(yè)發(fā)展有限公司(老撾)的大力支持和幫助，在此致以衷心的感謝。

［注釋］

① 國土資源部成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所.2011.老撾色貢省格棱鐵礦普查報(bào)告［R］.

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