柳康偉， 曹禮剛, 吳 興， 邱 林， 彭江英， 羅方兵

(成都理工大學 地球物理學院,成都 610059)

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地面高精度磁測在尋找隱伏銅鐵礦的應用

柳康偉， 曹禮剛, 吳 興， 邱 林， 彭江英， 羅方兵

(成都理工大學 地球物理學院,成都 610059)

銅鐵礦作為生產(chǎn)需要是最為重要的金屬資源之一，其需求量不斷提高。石龍銅鐵礦是拉拉銅礦外圍又一大型銅鐵礦床，隨著礦區(qū)開采的深入，為確保礦產(chǎn)資源的可持續(xù)供給，在礦區(qū)外圍尋找隱伏礦體成為勘探的重點。在該區(qū)主要運用高精度磁測方法，對尋找礦床空間位置、埋深、規(guī)模等效果明顯。通過分析從礦區(qū)到外圍的磁異常特征，并結(jié)合電磁法的電性特征，推斷出了礦區(qū)外圍可能存在的賦鐵礦構(gòu)造帶，為下一步尋找深部隱伏礦的工作打下了基礎。

高精度磁測； 石龍銅鐵礦； 磁異常； 隱伏礦體

0 引言

石龍銅礦地理位置位于四川省會理縣境內(nèi)，礦區(qū)分布在康滇地軸的中南段區(qū)域內(nèi)，屬于拉拉銅礦區(qū)的邊緣。自1956年對拉拉銅礦開展系統(tǒng)地質(zhì)勘查工作以來，眾多學者對該礦床進行了大量卓有成效的科研工作。孫燕等[1]從成礦的物理化學條件及成礦物質(zhì)來源等方面，認為拉拉銅礦床是一個層控型的火山沉積-變質(zhì)銅礦床；周家云等[2]通過研究構(gòu)造成礦動力學機制認為礦區(qū)經(jīng)歷了早中晚期的成礦元素侵入富集、沖斷遷移和褶皺改造等幾個演化階段后，形成了東西向和南北向構(gòu)造疊加格局；后來周家云等[3]又通過分析輝長巖群的主量元素、微量元素、稀土元素和Sm-Nd同位素，認為揚子地臺西緣超大陸裂解的巖漿事件與礦床之間很可能有緊密的熱動力學聯(lián)系；朱志敏等[4]認為拉拉銅礦屬于典型的鐵氧化物銅金礦床。前人做了大量的研究拉拉礦區(qū)的研究工作，積累了豐富的研究資料；加之大量的鉆孔勘查以及多年的勘探研究和生產(chǎn)開發(fā)，礦區(qū)的儲量和儲存狀態(tài)已基本上得到了確認。但是這些研究是局限在拉拉銅礦，隨著礦區(qū)開采的深入，為確保礦產(chǎn)資源的可持續(xù)供給，在礦區(qū)外圍找到隱伏礦體勢在必行[5]。

作者在前人做的研究基礎上，開展向外圍找礦的研究工作。以綜合物探方法找礦的思路，運用高精度磁測、音頻大地電磁法和激發(fā)極化法等綜合勘探研究，其中以高精度磁測在測區(qū)中的應用為主，同時用音頻大地電磁和激發(fā)極化法輔助分析研究，以相互印證。通過1:10 000高精度磁測的勘探研究，利用高精度磁測在礦產(chǎn)勘探中的優(yōu)勢，尋找拉拉外圍(石龍銅礦)的隱伏礦體。

1 地質(zhì)地球物理概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造背景

礦區(qū)位于揚子古板塊川滇島弧帶的西南邊緣[1]、康滇地軸中段，在東西走向金沙江褶皺帶與川滇構(gòu)造帶的交會部位。礦區(qū)及其外圍有過多期次構(gòu)造發(fā)育，依次經(jīng)歷了康滇運動、東川運動、會理運動以及晉寧運動等造山褶皺運動，并經(jīng)歷了火山地塹階段、巖石圈繞曲拗陷過渡和沉降階段、回返褶皺封閉階段等[2]，形成了礦區(qū)地層總體受近東西向構(gòu)造和斷層控制(圖1)。F1斷層是礦區(qū)內(nèi)最重要的東西走向斷層，被F13、F19、F27、F29等斷層所切斷，它們控制著含礦巖體的分布和礦體的延伸與富集。石龍銅礦區(qū)就處于這些斷層控制區(qū)域的邊界，其外圍存在含礦潛力。

圖1 拉拉銅礦礦區(qū)示意圖

區(qū)內(nèi)地層發(fā)育基本完整，出露的地層包含元古代震旦系河口群(含落凼組、大團箐組、新橋組和天生壩組)、東川群和會理群(小青山組)，以及中生代三疊系、侏羅系和白堊系等。河口群由一套偏堿性的變質(zhì)火山巖和變質(zhì)海相沉積巖所組成，巖石變質(zhì)程度為高綠片巖相至角閃巖相，巖性為(磁鐵)石榴黑云片巖、(磁鐵礦)石英鈉長巖、大理巖以及云母石英片巖，礦床的工業(yè)礦體均賦存于河口群地層中[6]。其中，落凼組和天生壩組為重要的含礦層位，大團箐組的炭質(zhì)板巖是重要的標志層位。

1.2 地球物理特征

區(qū)內(nèi)巖石物性參數(shù)的研究，對異常分析和解釋非常重要。礦區(qū)礦石主要為石英鈉長巖、黑云石英片巖、石榴黑云片巖等巖性，礦物成分主要包含了黃銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦、輝鉬礦、斑銅礦、輝銅礦、赤鐵礦等(含少量磁黃鐵礦、碲鈀鎳礦等)，礦物中含有用元素除主金屬銅、鐵外，還有鈷、鋁、磷、硫、稀土等十余種元素[7-8]。從區(qū)內(nèi)出露的含礦巖石分布情況來看，主要分布于礦區(qū)南部和西部，且受構(gòu)造斷裂和層位控制，常以大小不等的環(huán)繞小巖體、巖床、巖墻和巖枝邊緣接觸帶附近分布產(chǎn)出。

在開展地面磁測工作前，廣泛收集和采集了大量的巖石標本，采集范圍涵蓋了石龍礦區(qū)內(nèi)部以及外圍的紅泥坡、板山頭等區(qū)域，并遵循各類巖石不少于30塊的原則。調(diào)查并完成了標本磁性測試工作，表1為標本磁性參數(shù)的測量結(jié)果。從表1可以看出，含磁鐵礦黑云母片巖和鈉長巖為強磁性，輝綠巖、變質(zhì)砂巖以及炭質(zhì)板巖等為弱磁性或無磁性巖石。物性測試研究反映了區(qū)內(nèi)含銅鐵礦物質(zhì)的分布特征，也為地面磁測的處理、解釋提供了比較好的依據(jù)，對區(qū)內(nèi)尋找礦體分布具有一定的找礦意義。

2 測區(qū)概況及數(shù)據(jù)采集

磁法勘探是以目標物磁性(磁化率和剩余磁化強度)特征為基礎，通過觀測研究有關(guān)恒穩(wěn)磁場(靜磁場)空間分布獲取探測目標有用信息的一類物探方法。在石龍礦區(qū)的找礦工作中，隨著開采的不斷深入，地表露頭礦已越來越少，找礦主體對象已由原來的露頭礦轉(zhuǎn)向?qū)ふ疑畈侩[伏礦為主，找礦難度逐漸增大，特別是面對隱伏多金屬礦，傳統(tǒng)的物化探方法的有效性已經(jīng)受到嚴峻挑戰(zhàn)。因此，利用地面高精度磁測，并輔以電磁法勘探成果，從礦區(qū)內(nèi)部到礦區(qū)外圍，從“已知”到“未知”，在礦區(qū)外圍查探成礦條件成為必行之路。

表1 礦區(qū)標本磁性參數(shù)測試表

為了完成根據(jù)已有的礦體、礦床分析，查明礦異常引起的磁異常的分布、火成巖體分布及斷裂構(gòu)造等為主要目的勘探工作，并考慮到測區(qū)內(nèi)各種外部干擾因素的影響，設定高精度磁測的工作比例為1∶10 000，布置正南北方向測線21條，測線間距為100 m，各測線長度均為2.0 km，各測線上測點間距為20 m，總控制面積為4 km2；并設計了一條橫跨采礦區(qū)的高精度磁測剖面，長約2 km，點距為10 m。

磁測數(shù)據(jù)在采集完成后、資料處理前，除了需要對原始記錄數(shù)據(jù)進行整理、篩選、檢查等預處理工作外，還需要進行日變校正、高程校正以及正常場校正等工作。利用上述整理計算得到的地磁異常數(shù)據(jù)，可繪制得到相應的磁異常剖面曲線和平面等值線圖，圖2和圖3分別為高精度磁測剖面曲線和磁異常平面等值線圖，其中精測線位置如圖3中黑線所示。

圖2 高精度磁測剖面圖

圖3 實測磁異常等值線圖

3 方法簡介及模型試算

對磁測資料進行處理和解釋，通常采用延拓換算、導數(shù)計算和異常分離等位場轉(zhuǎn)換方法，以及各種參數(shù)反演計算，針對不同的實際地質(zhì)問題采取不同的處理方法。 針對斜磁化使得磁異常曲線變得相對復雜的問題，采用化到地磁極(簡稱“化極”)或磁源重力計算可以簡化異常，便于分析和解釋[9]；針對實測資料的疊加異常，為了消除干擾或反映不同深度異常體的規(guī)模和產(chǎn)狀，常采用異常分離方法將不同埋深的異常體產(chǎn)生的異常分離出來[10]。為了簡化本次高精度磁測的異常曲線(圖3)并更好地反映深部磁性體的分布特征，本次選擇的處理方法為化極和插值切割法技術(shù)。

化到地磁極的頻譜計算式[11]為式(1)：

(1)

插值切割法的基本原理是將實測異常數(shù)據(jù)G(x,y)看作是由區(qū)域異常R(x,y)和局部異常L(x,y)疊加組成[10, 12]，即

G(x,y)=R(x,y)+L(x,y)

(2)

區(qū)域異常R(x,y)的計算構(gòu)造式為式(3)[13]。

(3)

式中：R為切割半徑，一般來說R越大，局部異常反映的深度就越大。

為了驗證上述方法的有效性，設計了三個垂直棱柱磁性體，其中兩個大小、磁性、埋深等參數(shù)相同且埋深較淺，另一個棱柱體大小和埋深均較前兩個要大。根據(jù)模型正演得到的實際磁異常等值線如圖4所示，由于在斜磁化條件下，磁異常形態(tài)及其與磁異常體的關(guān)系要復雜的多，經(jīng)過化極處理后(圖5)磁異常曲線變得更簡單規(guī)則、異常值變大，便于處理和解釋。再將化極磁異常做異常分離得到不同深度的異常，如圖6所示，可見異常分離能將疊加的淺部和深部的異常分離出來分別分析，提高了資料的定性、定量解釋能力。

4 磁測數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

圖7是實測磁異常的化極處理結(jié)果，異常極大值變大且向北偏移，異常形態(tài)更加簡單規(guī)則，異常主要呈南北向展布，且分別被F27和F29斷層所控制，對應磁異常變化幅度最大的區(qū)域(圖7中M1和M2)便是石龍銅鐵礦開采區(qū)。礦區(qū)異?？傮w走向東西或北東向，礦床受到斷裂構(gòu)造和兩期構(gòu)造控制[2]，其中M1和M2的磁異常呈高磁異常，而在其走向兩側(cè)呈明顯的低磁異常(簡稱“一高夾兩低”)，即該地區(qū)成礦的磁性構(gòu)造模式，也是采用磁異常找礦的標志性特征。從礦區(qū)外圍(F27西側(cè)和F29東側(cè))的磁異常反映來看，西側(cè)存在兩處較高磁異常區(qū)域(M3和M4)，而東側(cè)磁異常更弱且范圍更大(M5)，這幾處異常都呈現(xiàn)上述構(gòu)造特征，可能是賦鐵礦有利構(gòu)造區(qū)帶。

為了更好地反映異常體在地下不同深度的分布形態(tài)和規(guī)模，對上述磁異常采用層分離技術(shù)[10]，將異常分解為視深度為0 m～500 m的各層層異常，如圖8所示。可見，圖8(a)和8(b)中磁異常分布零散，異常范圍小，反映了淺部異常體(包括地面干擾等)的分布情況；隨著深度加深(圖8(c)和8(d))，異常范圍變大，M3、M4和M5等區(qū)域的異常形態(tài)也逐步呈現(xiàn)出來，異常規(guī)模增大，分別呈北西和北東走向，與斷層構(gòu)造走向一致，說明了這些區(qū)域的磁異常體受斷層所控制且埋藏較深。另外，從大地電磁測深和激電測深的斷面結(jié)果(圖9)來看，這些異常點在地下的電性特點呈現(xiàn)低阻高極化的特征，因此推斷這些異常區(qū)為賦鐵礦構(gòu)造帶。該成果可以指導鉆探工作的開展，也需要鉆孔地質(zhì)資料的進一步驗證。

圖4 模型磁異常等值線圖

圖5 化極磁異常等值線圖

5 結(jié)論

高精度磁測在石龍銅鐵礦外圍尋找隱伏礦體的應用研究，進一步證明了該方法在在尋找隱伏礦體的實用性和有效性，可作為綜合物探方法中一種重要的勘查方法。

1)根據(jù)礦區(qū)磁異常特征，采用從礦區(qū)到外圍、從已知到未知的勘探思路，并結(jié)合電磁法勘探成果和前人的研究資料，推斷出了5處可能的賦鐵礦構(gòu)造帶。

2)通過數(shù)據(jù)和資料分析，了解了拉拉(石龍)地區(qū)的成礦模式，即磁異常呈“一高夾兩低”、電性呈低阻高極化、受斷層褶皺等構(gòu)造控制的特征。

3)磁異常資料的化極和層分離技術(shù)可以很好地反映地下不同深度異常體的位置、產(chǎn)狀及規(guī)模，但單一的物探方法對地質(zhì)異常體很難做定量解釋，需輔助其它物探方法對其進行綜合解釋，必要時還需要一定的鉆探工作進行驗證。

圖6 異常分解圖

圖7 化極磁異常等值線圖

圖8 不同視深度磁異常分解圖

圖9 精測剖面

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Application of ground high precision magnetic method in prospectingconcealed copper and iron

LIU Kang-wei, CAO Li-gang, WU Xing, QIU Lin,PENG Jiang-ying, LUO Fang-bing

(College of Geophysics, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

Copper-iron deposit is one of the most important metal resources in the need of production, and its demand is picking up. Shilong copper-iron is a large deposit in periphery of LaLa copper. With the mining depth, and ensure the sustainable supply of mineral resources, it become the focus of exploration that search concealed deposits in periphery of mining area. The high precision magnetic method is mainly used in this area, it is one of effective ways to search concealed deposits, and it is remarkably effective to find out spatial distribution, depth and size of deposits. Analysed magnetic signatures range from mining area to its periphery, and combined with its electrical characteristics, educed potential iron ore tectonic belt in periphery of mining area. The results can be used as a guide for the deep geological prospecting.

high-precision magnetic survey; copper and iron in Shilong; magnetic anomaly; concealed deposits

2015-03-30改回日期：2015-04-23

地質(zhì)調(diào)查項目(12120113095100)；四川省教育廳項目(13ZB0062)

柳康偉(1887-)，男，碩士，主要研究深部地球物理與地球動力學，E-mail：wylxing@foxmail.com。

1001-1749(2015)05-0592-07

P 631.2

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.05.08