陳輝， 鄧居智， 呂慶田， 殷長春， 邱姜歆

1 東華理工大學放射性地質(zhì)與勘探技術國防重點學科實驗室， 南昌 3300132 吉林大學地球探測科學與技術學院， 長春 1300263 中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所， 河北廊坊 0650004 中國地質(zhì)科學院地球深部探測中心， 北京 100037

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九瑞礦集區(qū)重磁三維約束反演及深部找礦意義

陳輝1,2， 鄧居智1*， 呂慶田1，3，4， 殷長春2， 邱姜歆1

1 東華理工大學放射性地質(zhì)與勘探技術國防重點學科實驗室， 南昌 3300132 吉林大學地球探測科學與技術學院， 長春 1300263 中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所， 河北廊坊 0650004 中國地質(zhì)科學院地球深部探測中心， 北京 100037

研究九瑞礦集區(qū)成礦地層和巖體的三維分布特征可為區(qū)域成礦背景和成礦規(guī)律研究提供新的信息，實現(xiàn)研究區(qū)深部及外圍找礦突破.本文首先綜合分析研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)及地層和巖石密度和磁化率特征，然后將區(qū)域地質(zhì)和12條地質(zhì)剖面信息利用自行開發(fā)的GIF2UBCmodel程序構建剩余密度和磁化率參考模型和上下邊界約束模型，實現(xiàn)了帶約束重磁數(shù)據(jù)三維反演.反演結(jié)果揭示九瑞礦集區(qū)剩余密度和磁化率三維分布特征，解譯了礦集區(qū)主要地層和巖體分布特征.該區(qū)存在鄧家山—東雷灣以及武山—丁家山兩個大型巖體；蓋層褶皺與結(jié)晶基底隆起方向一致，是深部基地隆起的繼承.通過與礦集區(qū)已知礦床對比發(fā)現(xiàn)，高磁性巖體邊緣和基底隆起（高密度體）兩翼為成礦有利區(qū).關鍵詞 九瑞礦集區(qū)； 重磁； 三維反演； 地質(zhì)約束； 深部找礦

1 引言

九瑞礦集區(qū)位于揚子地塊中部，下?lián)P子斷裂拗陷帶的西緣，北臨大別山隆起，南靠江南褶皺造山帶，是長江中下游銅鐵金硫多金屬成礦帶的重要組成部分.區(qū)內(nèi)發(fā)育“多位一體”（斑巖型、矽卡巖型、塊狀硫化物）的城門山銅多金屬礦床，以矽卡巖型、塊狀硫化物礦床為主的武山銅礦，以及與次火山巖作用有關的洋雞山金礦等重要的金屬礦床 （李亮和蔣少涌，2009；殷卓等，2009；蔣少涌等，2010；王會敏等，2012）.目前已探明儲量為銅320萬噸、鉬5萬噸、金140噸、銀5000噸，其中90%集中分布于城門山和武山礦區(qū)（曹鐘清等，2006；王會敏等，2012）.近年來隨著對地質(zhì)和地球物理研究和深入勘查，在武山、城門山深部（-550～-1200 m）和邊緣新增多金屬礦產(chǎn)儲量數(shù)百萬噸 （劉國洪等，2012），其他礦床新增儲量百萬噸 （樊文闊等，2013），表明九瑞礦集區(qū)深部及已知礦床外圍仍有很大的找礦潛力.九瑞礦集區(qū)已知礦床或礦化點與中酸性侵入巖體密切伴生，總體圍繞巖體展布；地層不整合接觸帶成為主要成礦作用地帶；深部菱形構造控制中深部巖體分布，淺部構造控制淺部巖體和礦體就位（王會敏等，2012）.因此了解該區(qū)深部巖體、地層以及構造的分布特征是深部成礦預測的關鍵.

重磁數(shù)據(jù)的三維正反演技術目前已基本成熟，并在實際勘探中獲得應用.Williams（2008）通過理論模型說明含地質(zhì)約束重磁三維反演的有效性和可行性，并在澳大利亞西部Perseverance鎳礦床勘探中取得良好應用效果；Prutkin和Saleh（2009）利用重磁三維反演揭示埃及北部紅海地區(qū)不連續(xù)莫霍面的三維起伏情況；Boszczuk等（2011）利用巖石密度和地質(zhì)信息建立初始反演約束模型進行重力三維反演，在多個VMS礦床勘探中取得良好應用效果；Lü等（2013）利用重磁聯(lián)合三維正演方式刻畫了獅子山礦區(qū)的深部結(jié)構和礦體形態(tài)；Mammo（2013）利用地震資料約束重力三維反演揭示埃塞俄比亞Flood Basalt省深部地殼結(jié)構； Anderson等（2014）對阿拉斯加州西南部斑巖型Cu-Au-Mo礦床區(qū)域航磁數(shù)據(jù)通過加入?yún)^(qū)域地質(zhì)信息進行三維約束反演，查明該礦床周圍火成巖的分布范圍.祁光等（2012，2014）在安徽泥河鐵礦和廬縱礦集區(qū)開展先驗地質(zhì)信息約束的重磁三維反演，全面分析了礦體、地層與次火山巖之間的空間分布及對應關系；嚴加永等（2009）對銅陵礦集區(qū)航磁數(shù)據(jù)開展三維反演，揭示中酸性巖體三維分布特征，為深部找礦指明方向；郭冬等（2014）通過理論模型研究了各種不同地質(zhì)先驗信息下重力三維反演的效果，并探討了三維密度填圖技術的可行性；嚴加永等（2014a, b）以安徽廬樅礦集區(qū)為例開展利用地質(zhì)約束條件下的重磁三維反演結(jié)果開展三維巖性填圖.縱上所述，為了降低重磁數(shù)據(jù)三維反演多解性、提高分辨率，通常加入巖石物性、地質(zhì)和其他地球物理資料作為約束條件，在地質(zhì)結(jié)構研究、深部找礦和地質(zhì)填圖等領域取得了良好的應用效果.

九瑞礦集區(qū)已經(jīng)開展了1∶5萬地面重力和航空磁測.鄧震等（2012）對該區(qū)重磁數(shù)據(jù)進行多尺度邊緣檢測及準三維反演，揭示了地下地層的分布特征、控礦構造的展布規(guī)律、與成礦相關巖體的三維形態(tài)以及已知礦點的空間分布特征.然而，其三維反演未加任何地質(zhì)信息約束.據(jù)此，本文在前人研究的基礎上，以巖石和地層密度和磁化率數(shù)據(jù)和地質(zhì)剖面信息為依據(jù)，開展先驗地質(zhì)信息約束的重磁三維精細反演，對九瑞礦集區(qū)巖體的3D形態(tài)以及地層三維分布進行識別，為該區(qū)深部找礦提供信息和依據(jù).

2 研究區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

2.1 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1.1 地層

本區(qū)域地層發(fā)育，除早、中泥盆世、晚石炭世、晚三疊世、侏羅紀-白堊紀外，其他各時代地層多較發(fā)育，尤以奧陶紀至中三疊世地層發(fā)育較全.其中奧陶系、志留系組成背斜構造的核部，泥盆系-二疊系分布在背、向斜的翼部，三疊紀地層通常組成向斜構造的核部.第三系僅在斷陷盆地中呈零星分布.第四系主要在長江南岸及河流、湖泊分布區(qū)廣發(fā)發(fā)育.石炭系黃龍組是本區(qū)最主要的賦礦層位，其中的白云巖段嚴格地控制了區(qū)內(nèi)層控硫化物型礦床（體）的空間展布.志留系是區(qū)內(nèi)含Cu、Au的最高層位，又是層控硫化物型礦床的下伏巖層，巖石滲透性又好，但巖石富含惰性組分，不利于礦液交代.二疊系、三疊系地層是本區(qū)矽卡巖型礦產(chǎn)的主要賦礦圍巖.矽卡巖礦床主要與不純灰?guī)r（包括含硅質(zhì)灰?guī)r、含炭質(zhì)泥灰?guī)r）關系密切，尤以含硅質(zhì)灰?guī)r最有利.而地層中的含煤或碎屑巖建造在成礦中主要起屏蔽作用.

2.1.2 構造

本區(qū)屬九瑞—彭澤復式向斜的西段，主要褶皺自北向南有鄧家山—通江嶺向斜、界首—大橋背斜、橫立山—黃橋向斜、大沖—丁家山背斜、烏石街—賽湖向斜、長山—城門湖背斜、新塘向斜.褶皺展布方向自西向東由北西-近東西-北東向，總體為一向南彎曲的弧形褶皺帶（圖1）.兩翼產(chǎn)狀不一，一般北翼較緩（30°～50°），南翼較陡（60°～75°），局部直立或倒轉(zhuǎn).

區(qū)內(nèi)斷裂主要為北東向、北西向、北東東向.北東向斷裂屬郯廬—贛江構造帶中廬山穹斷束西部邊緣斷裂帶的一部分，對九瑞地區(qū)構造格局起著重要的控制作用.斷裂發(fā)生于晉寧時期，在后來的發(fā)展過程中加深擴大，性質(zhì)由張剪性轉(zhuǎn)變?yōu)閴杭粜詾橹鞯男睕_斷層；北西向斷裂由一系列近于平行的斷裂組成，主要有武山—城門山—沙河斷裂、碼頭—通江嶺—瑞昌斷裂、東雷灣—于家沖和鄧家山—界首斷裂等.該組斷裂控制九瑞地區(qū)巖漿巖帶的分布格局，也控制了銅金礦床的形成與布局.遠離這組斷裂構造帶，巖漿活動和成礦作用明顯減弱；北東東向斷裂表現(xiàn)為褶皺中產(chǎn)生的縱向斷裂.主要有通江嶺、銅嶺、邊城腦—武山、瑞昌—丁家山、城門山等斷裂，為一組與地層走向近乎一致的北東向逆沖斷裂，常控制礦體及巖體（墻）群的延展方向.北西與北東向區(qū)域性深大斷裂組成的菱形網(wǎng)格結(jié)點控制礦床（點）分布.成巖成礦活動主要發(fā)育在北西向城門山—武山—豐山洞聚巖聚礦構造帶上，沿其分布眾多大型礦床，其銅礦儲量集中，礦體延深大；向側(cè)緣巖漿活動減弱，礦床規(guī)模變小，礦體延深?。?500 m以上）.

2.1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖出露有20多個巖體，主要為燕山期和喜山期，燕山期為中酸性巖類，是本區(qū)成礦母巖，較集中在沿長江西南側(cè)，呈北西向帶狀展布，自北而南有6個北東東向構造巖漿巖亞帶：東雷灣—通江嶺花崗閃長斑巖亞帶、寶山—大橋花崗閃長斑巖亞帶、宋家灣—武山花崗閃長斑巖亞帶、大沖—丁家山石英閃長玢巖—花崗閃長斑巖亞帶、城門山—十六公里花崗閃長斑巖—石英閃長玢巖亞帶、沙河—獅子山花崗閃長斑巖—石英閃長玢巖亞帶.巖體主要呈巖株、巖墻產(chǎn)出，面積介于0.04～1.6 km2.以巖株為中心礦床連續(xù)展布或多個小巖體獨立成礦并顯示金屬分帶的礦田叢集分布規(guī)律.礦化分帶上以斑巖體為中心，從內(nèi)向外有MoCu→CuAu（MoWPbZn）→PbZnAg（CuSAu）分帶規(guī)律.綜上所述，巖體與圍巖接觸帶、層間破碎帶、斷層破碎帶、構造裂隙帶、碎屑巖與碳酸鹽巖巖性差異面是控制礦體的容礦構造；斑巖型銅礦、矽卡巖型銅礦、塊狀硫化物型銅礦三者緊密共生.

2.2 巖礦石密度和磁性特征

為了研究九瑞地區(qū)的不同地層和巖性的密度和磁性特征，我們采集1125塊巖芯標本并測定了密度和磁化強度.表1為九瑞地區(qū)密度和磁化強度統(tǒng)計規(guī)律.由表1可見，研究區(qū)內(nèi)的地層磁化強度普遍偏低，均在10以下.各個地層之間的磁化強度值差異很小，但該區(qū)出露或侵入巖體（石英斑巖、花崗閃長斑巖、輝綠玢巖、石英閃長玢巖）的磁化強度都在100以上，比地層高出幾個數(shù)量級.地層的密度有明顯差異，可大致劃分為三個變化區(qū)：年代較新且廣泛覆蓋于地表的第三系新余群低密度地層，密度小于2.4 g·cm-3；三疊系嘉陵江組-石炭系黃龍組高密度地層，密度值大于2.7 g·cm-3，其中二疊系龍?zhí)?、長興組的巖性密度稍偏低；泥盆系五通組-奧陶系湯山組的中低密度層，密度分布在2.52～2.62 g·cm-3內(nèi)；奧陶系侖山組為密度值最高的地層，達到2.81 g·cm-3；震旦系地層低密度層，在2.53 g·cm-3以下.巖漿巖密度范圍變化較大，輝綠玢巖和石英閃長玢巖為明顯的高密度區(qū)，密度大于2.8 g·cm-3；石英閃長巖和閃長巖為中密度，密度為2.6 g·cm-3；其余巖漿巖與地層密度相近，為比圍巖密度略小的低密度，密度小于2.5 g·cm-3.綜上所述，本區(qū)磁異常主要為巖體分布與巖漿活動相關的地質(zhì)構造所引起，能夠刻畫巖體分布特征；重力異常主要為不同地層變化和基底起伏引起，能夠刻畫地層三維分布特征和基底起伏情況.

圖1 九瑞礦集區(qū)區(qū)域地質(zhì)及地質(zhì)剖面位置圖

2.3 九瑞地區(qū)重磁場特征

2.3.1 重力場特征

圖2為研究區(qū)1∶5萬布格重力異常圖，從江西省1∶5萬（擴邊）布格重力異常500 m×500 m網(wǎng)格化數(shù)據(jù)提取而來，數(shù)據(jù)范圍為（348000～391500）×（3275000～3304500），面積為1283.25 km2.布格重力異常呈現(xiàn)整體由東北向西南逐漸降低，中部出現(xiàn)明顯北東向密集梯度帶，其與豐山洞—城門山深部斷裂基本吻合，對九瑞地區(qū)構造格局起著重要的控制作用.該區(qū)礦床基本沿該斷裂走向密集分布.另外在武山、赤湖、碼頭地區(qū)出現(xiàn)三個明顯高異常中心，在丁家咀和曹家沖以南出現(xiàn)大面積低值異常，結(jié)合地質(zhì)資料及物性參數(shù)綜合分析可知，重力異常的高低變化主要是由結(jié)晶基底起伏引起的.因此可以判斷研究區(qū)南部、東南基底埋深較大，在鄧家山、武山、碼頭地區(qū)基底隆起.

布格異常反映的是宏觀地質(zhì)現(xiàn)象，為了解局部和淺部密度體分布信息，需要對布格重力異常進行異常分離，提取局部場.重力異常分離需要根據(jù)不同地質(zhì)情況采用不同的分離方法.本文對向上延拓、匹配濾波、小波分析、插值切割和趨勢分析分離方法進行對比試驗，決定采用向上延拓10 km的方法.利用此方法獲得的九瑞礦集區(qū)剩余重力異常（見圖3）與已知地質(zhì)信息較為吻合，因此采用該異常為剩余重力異常.剩余重力異常整體呈西南向北東延伸，在區(qū)域內(nèi)中北部，中東部及中部地區(qū)均表現(xiàn)出帶狀高值異常，向東北向延伸，與背斜的分布吻合；而西北部、東南部及東北角的低值異常區(qū)則與向斜分布對應.

表1 九瑞礦集區(qū)地層或巖石密度和磁性統(tǒng)計表

2.3.2 磁場特征

圖4為研究區(qū)1∶5萬航磁ΔT異常，是江西省九瑞礦集區(qū)7175航段1∶5萬航空磁法ΔT異常數(shù)據(jù)與江西省1∶10萬（擴邊）磁法ΔT異常1000 m×1000 m數(shù)據(jù)融合提取而來，數(shù)據(jù)范圍與重力數(shù)據(jù)重合.該區(qū)位于港北—范家鋪—黃老門—九江廬山一帶向南呈弧形突出的高值磁場區(qū)北側(cè)的一片低緩負磁場區(qū)內(nèi)，低緩的負磁場區(qū)內(nèi)疊加有規(guī)模不等、成群分布的局部高磁異常值.經(jīng)與地質(zhì)資料對比分析，認為低緩負磁場區(qū)大致與揚子陸塊下?lián)P子坳陷帶相對應；規(guī)模不等、成群分布的局部磁力高值異常則反映了淺部巖體或中深部隱伏巖體的賦存部位.大多數(shù)礦床分布于高磁異常和低磁異常交接部位.這是由于未做化極處理的原因造成的.為了提取局部場信息，采用化極后匹配濾波法處理得到剩余異常（見圖5）.圖中顯示在西北角和東北部有兩處明顯的高磁異常，對應鄧家山和武山大范圍的巖體分布，在城門山呈現(xiàn)局部高值異常封閉圈，推斷該區(qū)有規(guī)模不大的巖體存在.

圖2 九瑞礦集區(qū)布格重力異常圖（黑框表示研究區(qū)域）

圖3 九瑞礦集區(qū)剩余布格重力異常圖（黑框表示研究區(qū)域）

圖4 九瑞礦集區(qū)航磁ΔT異常圖（黑框表示研究區(qū)域）

圖5 九瑞礦集區(qū)航磁化極剩余ΔT異常圖（黑框表示研究區(qū)域）

3 九瑞礦集區(qū)重磁數(shù)據(jù)含地質(zhì)約束三維反演研究

3.1 重磁三維約束反演基本原理

采用Li和Oldenburg提出的重磁三維反演算法 （Li and Oldenburg，1996，1998）開展三維反演，該反演方法構建的目標函數(shù)為

φ=φd+μφm，

（1）

其中，φd數(shù)據(jù)目標函數(shù)，φm為模型目標函數(shù)，μ為正則化參數(shù)，平衡模型適用性和數(shù)據(jù)擬合誤差的一個權重參數(shù).數(shù)據(jù)目標函數(shù)定義為觀測數(shù)據(jù)與模型正演響應權重差的L-2范數(shù)，即

φd=‖Wd（dobs-dobs）‖2，

（2）

其中三角矩陣Wd由觀測數(shù)據(jù)標準誤差的倒數(shù)構成.同時為了讓最終反演模型與給定參考模型盡可能接近，在模型目標函數(shù)φm加入反演模型和參考模型二范式差值項，其表達式為

（3）

其中mref為先驗信息參考模型，m為每次迭代的反演模型，ws、wx、wy和wz為權重函數(shù).ws是空間權重函數(shù)，控制各個網(wǎng)格單元和參考模型網(wǎng)格單元的物性特征；參數(shù)wx、wy、wz控制單元模型各個方向的平滑度.αs、αx、αy和αz為各方向的相關性系數(shù).wr（z）是深度或距離的權重函數(shù).

3.2 地質(zhì)-物性約束模型建立

為了提高三維反演的可靠性，需要根據(jù)已知的地質(zhì)和物性資料構建約束參考模型和邊界模型.該方法需要先確定三維剖分網(wǎng)格.本文采用重磁同網(wǎng)格剖分，同時考慮地形的影響.在4km以淺深度范圍內(nèi)網(wǎng)格單元為100 m×100 m×40 m，并采用指數(shù)延拓方式向外擴5個網(wǎng)格，網(wǎng)格單元總數(shù)為436×236×103個.該區(qū)物性統(tǒng)計規(guī)律顯示，區(qū)內(nèi)地層平均密度為2.65 g·cm-3，基本無磁性；巖體密度變化范圍大，是引起磁異常主要原因.參考模型值為各地層和巖體統(tǒng)計值減去地層常見值，而模型上下界通常在考慮地層和巖體物性分布范圍條件下確定.表2為重磁三維反演中地層和巖體剩余密度和磁化率賦值.由表可見，巖體密度參考值為-0.06 g·cm-3，在-0.5～0.5之間變化；磁化率參考值為0.04 SI，在0.02～0.06 SI之間變化.

表2 重磁三維反演中地層和巖體剩余密度和磁化率賦值表

圖6 九瑞礦集區(qū)地質(zhì)剖面和地質(zhì)圖三維顯示

對于參考模型和邊界模型構建在重磁三維反演中極為關鍵，參考模型通常由地表地質(zhì)特征、鉆孔以及綜合地質(zhì)剖面特征聯(lián)合而來.首先需要對構建參考模型的匯集資料的可靠性進行綜合評價，對于可靠性較低部分在邊界模型中適當放寬變化范圍，減小參考模型權重wr（z），反之對于可靠性高的部分適當收緊變化范圍，增大參考模型權重wr（z）；另外一般情況下淺部參考模型可靠性高，隨著深度增加可靠性逐漸較低，可以通過設置目標函數(shù)參考模型深度權重wr（z）隨著深度增加逐漸減小進行實現(xiàn).圖6為研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)圖和12條綜合地質(zhì)剖面（地理位置見圖1）.綜合地質(zhì)剖面來源于“十一五”國家科技支撐計劃成果報告《東部鐵銅鉛鋅重要礦集區(qū)深部資源勘查技術與示范》項目課題《疊加復合型鉛鋅、銅礦深部成礦模式與勘查技術示范研究》研究成果.該綜合地質(zhì)剖面以整個研究區(qū)的地質(zhì)認識為基礎，集合研究區(qū)的綜合鉆孔資料和其他地球物理資料，通過重磁二維地質(zhì)建模而來.由圖6可以看出，12條地質(zhì)剖面中地層、斷裂和巖體分布非常連續(xù)，且與地質(zhì)結(jié)構分布基本吻合.故本文采用綜合地質(zhì)剖面地層分布是較為可靠的地質(zhì)模型，對于深部巖體分布可靠性較低，因此在反演過程中對于參考模型深部巖體部分適當放寬邊界模型范圍并減小深度權重wr（z）.為方便快捷地生成三維反演約束模型，本文編制了將地質(zhì)圖轉(zhuǎn)化成三維模型的GIFtoUBCmodel軟件.將12條地質(zhì)剖面和地面地質(zhì)信息所在三維反演區(qū)域單元格根據(jù)表2賦對應地層密度和磁化率屬性值，其他區(qū)域賦默認值.圖7為根據(jù)地表地質(zhì)和12條地質(zhì)剖面構建的三維參考模型.從圖中可以看出，地表剩余密度與地層基本吻合，高磁化率區(qū)域與巖體分布也非常吻合，可以清晰看出已知巖體、向斜、背斜的三維分布特征.為了進一步降低反演多解性，本文根據(jù)表2地層和巖石上下界物性值對參考模型每個單元格給定上、下變化范圍，并構建上下邊界模型加入三維反演中.

圖7 九瑞礦集區(qū)重磁三維反演參考模型切片圖（b） 剩余密度； （b） 磁化率.

4 重磁三維反演結(jié)果及地質(zhì)解譯

參與重力三維反演的數(shù)據(jù)為向上延拓10 km獲得的剩余重力異常數(shù)據(jù)（圖3），磁力三維反演數(shù)據(jù)采用化極后匹配濾波提取的剩余異常（圖5）.重磁三維反演采用相同網(wǎng)格剖分，加入含地質(zhì)先驗信息的參考模型（圖7）和上下邊界模型.反演中考慮地形因素，經(jīng)過多次迭代后得到三維反演結(jié)果（圖8，9）.從圖中可以看出，重磁三維反演結(jié)果刻畫了地下密度和磁化率三維分布特征.結(jié)合物性和地質(zhì)資料分析發(fā)現(xiàn)，密度分布主要反應地層分布，而磁化率則揭示巖體的三維空間展布特征.

4.1 巖體三維分布特征

根據(jù)研究區(qū)物性特征可知，不同巖體的密度變化大，巖體磁化率比地層大數(shù)個量級.因此可根據(jù)提取的三維反演密度模型和不同深度磁化率揭示巖體的三維分布特征.圖10為不同深度（-500，-1000，-3000 m）磁化率平面等值線圖，圖中紅色圓點表示已知礦床.從圖中可以看出，存在多處高值磁化率異常區(qū).主要分布于鄧家山—東雷灣、太平山、武山—丁家山、瑞昌市等五個峰值中心.淺部范圍磁化率小、強度弱，隨著深度增加磁化率范圍和強度逐漸增大，在-3000 m處太平山和鄧家山—東雷灣以及武山—丁家山和瑞昌市基本連成一體.由此可以推斷深部存在太平山—鄧家山—東雷灣和武山—丁家山—瑞昌市兩個大型巖體，受地層和斷裂構造控制分成多個巖漿通道向地表侵入.另外，對于太平山—鄧家山—東雷灣巖體深部（-3000 m）呈“燕尾形”分布，“燕尾形”頭部位于中西部太平山附近，“燕尾形”尾部分別向西部鄧家山和曹家沖延伸，故可推斷為太平山—鄧家山—東雷灣巖體由東（鄧家山和曹家沖）向西（太平山）侵入；同時武山—丁家山巖體在深部呈“心形”分布，“心形”頭部位于中東部武山地區(qū)，“心形”尾部向西部赤湖和丁家山兩邊延伸，故可推斷武山—丁家山巖體由西（赤湖和丁家山）向東（武山）侵入.同時可以看出武山—丁家山巖體和鄧家山—東雷灣巖體呈北西向線性分布，與豐山洞—城門山深部斷裂展布基本一致，為其提供深部物質(zhì)來源.結(jié)合三維重力反演密度模型（圖8和圖11）可知，兩個巖體剩余密度特征并不一致，武山—丁家山巖體表現(xiàn)為高密度體特征，而鄧家山—東雷灣為低密度體特征，據(jù)此可以推斷兩個巖體形成年代和空間不一致，成礦模式也不相同，通過和已知礦床對比發(fā)現(xiàn)，80%礦床分布在巖體（高磁性體）邊緣處.

圖8 九瑞礦集區(qū)重力三維反演剩余密度模型

圖9 九瑞礦集區(qū)磁法三維反演磁化率模型

圖10 九瑞礦集區(qū)不同深度磁化率平面等值線圖及高磁化率體三維分布

4.2 地層三維分布特征

自2006年購機補貼政策實施以來，麗江市耕作機械和稻麥收獲機械快速增長，機耕作業(yè)和機收作業(yè)日漸被農(nóng)民所認可。受地理、氣候條件和傳統(tǒng)農(nóng)藝要求所限，水稻機插秧技術的示范推廣起步較晚，發(fā)展也很緩慢，嚴重制約了水稻種植的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

從三維密度模型切片圖（圖8）可以看出，研究區(qū)密度分布呈向南彎曲、帶狀弧形帶狀分布，與地層走向方向一致.采用等值面（IsoSurface）技術提取三維密度模型中高密度（0.015 g·cm-3）和中低密度（0.00 g·cm-3）等值面，可以看出研究區(qū)存在東西向和近東西向三條高密度體帶，分別對應大橋—寶山復式背斜、丁家山—大沖背斜和城門山—長山背斜；四條東西和近東西向中低密度帶分別對應江嶺—鄧家山復式向斜、黃橋復式向斜、賽城湖—烏石街復式向斜和新壙向斜；背斜和向斜交替出現(xiàn)為研究區(qū)地層的主要特征.其中向斜淺部陡峭，深部放緩變寬；背斜淺部平緩，并在深部殲滅.結(jié)合礦床和礦點分布特征發(fā)現(xiàn)，向斜和背斜接觸帶（五通組和黃龍組交接處）是成礦有利區(qū).圖12為九瑞地區(qū)高密度（>0.04 g·cm-3）三維分布特征，主要反映深部結(jié)晶基地起伏情況.由圖可見，基底在中部武山地區(qū)、北部鄧家山地區(qū)和中南部曹家沖地區(qū)呈近東西向隆起，與蓋層褶皺方向一致，可以推斷表層背斜和向斜地層形成與深部基底隆起擠壓有關，蓋層褶皺是深部基底隆起的繼承.對比分析表明已知礦床大多分布在高密度體兩翼邊緣，即基底隆起邊緣部位.

圖11 九瑞礦集區(qū)不同剩余密度大小等值面圖

5 結(jié)論與建議

利用九瑞礦集區(qū)地質(zhì)資料和物性數(shù)據(jù)建立先驗信息參考模型和上下邊界模型，成功實現(xiàn)了含先驗地質(zhì)約束的重磁三維反演，利用反演結(jié)果圈定了九瑞地區(qū)巖體和地層三維空間形態(tài).結(jié)合地質(zhì)和其他地球物理資料綜合分析取得以下認識.

（1） 利用地球物理資料、鉆孔信息加上地質(zhì)概念模型構建12條地質(zhì)剖面以及區(qū)域地質(zhì)信息，結(jié)合區(qū)域密度、磁化率測量和統(tǒng)計規(guī)律確定各地層和巖體參考值和上下邊界值，并利用自制GIF2UBCmodel程序建立剩余密度和磁化率參考模型和邊界模型加入三維反演中， 從而很好地實現(xiàn)重磁三維約束反演.結(jié)果表明該三維反演策略具有高分辨率、與巖體和地層分布吻合良好的特征.

（2） 通過三維磁化率反演模型分析可知，九瑞礦集區(qū)主要存在鄧家山—東雷灣以及武山—丁家山兩個大型巖體，由豐山洞—城門山斷裂提供深部物質(zhì)來源.其中，鄧家山—東雷灣巖體由西向東侵入，表現(xiàn)為低密度特征；武山—丁家山巖體由東往西侵入，表現(xiàn)為高密度特征.可以推斷兩者成巖成礦空間和時間并不相同.我們的研究還發(fā)現(xiàn)80%已知礦床位于巖體（高磁化率區(qū)）邊緣，是成礦有利區(qū).

（3） 通過三維剩余密度重力反演模型分析可知，整體密度自南向北，高低密度相間出現(xiàn)，沿地層走向呈現(xiàn)向南彎曲帶狀弧形分布特征，揭示區(qū)域內(nèi)背斜和向斜的三維形態(tài)；深部高密度體分布揭示九瑞地區(qū)結(jié)晶基底隆起與蓋層褶皺方向一致，說明蓋層褶皺由基底隆起擠壓形成，是深部基地隆起的繼承.大部分礦床位于基地隆起（高密度體）的兩翼，是成礦有利區(qū).

圖12 九瑞礦集區(qū)高密度體（>0.04）三維分布圖（藍色三角形為礦床）

（4） 為了提高重磁三維反演的可靠性和實用性，在條件許可情況下盡可能開展含地質(zhì)約束的重磁三維反演.一般步驟如下：首先以整個研究區(qū)的地質(zhì)認識為基礎，結(jié)合鉆孔或地球物理勘探資料，利用重磁二維地質(zhì)建模建立初步三維地質(zhì)-地球物理模型；然后對研究區(qū)的巖石物性測量數(shù)據(jù)和測井資料進行統(tǒng)計分析，確定研究地層或巖性的磁化率或密度常見值和置信區(qū)間；其次對初步三維地質(zhì)-地球物理模型利用統(tǒng)計物性資料進行賦值，建立參考模型和邊界約束模型；最后利用重磁三維反演軟件進行含地質(zhì)約束三維反演，并對重磁三維反演結(jié)果進行綜合解釋或巖性地質(zhì)填圖.

致謝 非常感謝“十二五”科技支撐計劃項目《中國東部典型礦集區(qū)深部資源勘查技術集成與示范》項目組成員對本研究的大力支持和幫助.

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（本文編輯 胡素芳）

Three-dimensional inversion of gravity and magnetic data at Jiujiang-Ruichang district and metallogenic indication

CHEN Hui1,2, DENG Ju-Zhi1*, Lü Qing-Tian1,3,4, YIN Chang-Chun2, QIU Jiang-Xin1

1KeyLaboratoryofRadioactiveGeologyandExplorationTechnologyFundamentalScienceforNationalDefense，EastChinaInstituteofTechnology，Nanchang330013,China2Geo-ExplorationScienceandTechnologyInstitute,JilinUniversity,Changchun130026,China3InstituteofGeophysicalandGeochemicalExploration,ChineseAcademyofGeologicalSciences,HebeiLangfang065000,China4ChinaDeepExplorationCenter-SinoProbeCenter,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China

Studies of the main ore-forming strata and magmatic rock can help explore the deep ore deposits of Jiu-Rui（Jiujiang-Ruichang） district and surrounding area, which is key to investigating the metallogenic background. We studied three-dimensional （3D） inversion of gravity and magnetic data based on analyzing the characteristics of regional geology and tectonics, the stratigraphy, the lithology, the density, and the magnetic susceptibility. Starting from the fundamental gravity and magnetic 3D inversion and combined with regional geology, density and susceptibility values, and geological information along 12 profiles, we established a reference model and the constraints on the upper and lower model boundaries, which are based on the self-designed GIF2UBC model software. We implemented a 3D inversion with geological constraints. The inversion results describe the 3D distribution of residual density and susceptibility in the Jiu-Rui district and interpret the 3D distribution of the main ore-forming strata and magmatic rocks. When compared with the known deposits of the Jiu-Rui metallogenic district, we find that the prospective areas of mineralization are located along two flanks where uplifted basement has high density and the margins of the magmatic rocks have high magnetic susceptibility.

Jiujiang-Ruichang district; Gravity and magnetic; 3D inversion; Geological constraint; Deep prospecting

深部礦產(chǎn)資源立體探測技術與試驗（SinaProbe-03-03），“十二五”國家科技支撐計劃（2011BAB04B03），國家自然科學基金項目（41164003、41404057）及核能開發(fā)科研項目（科工技[2013]969號）聯(lián)合資助.

陳輝，男，1985年生，博士生，主要從事電磁勘查技術正反演研究. E-mail:schoolhui@163.com

*通訊作者 鄧居智，男，1972年生，教授，主要從事資源地球物理勘探和電磁法正反演研究. E-mail:jzhdeng@ecit.cn

10.6038/cjg20151212.

10.6038/cjg20151212

P631

2015-06-16，2015-11-14收修定稿

陳輝， 鄧居智， 呂慶田等. 2015. 九瑞礦集區(qū)重磁三維約束反演及深部找礦意義.地球物理學報，58（12）:4478-4489,

Chen H, Deng J Z, Lü Q T, et al. 2015. Three-dimensional inversion of gravity and magnetic data at Jiujiang-Ruichang district and metallogenic indication.ChineseJ.Geophys. （in Chinese）,58（12）:4478-4489,doi:10.6038/cjg20151212.