邱光輝
(中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院,山東 濟(jì)南 250013)
蘭陵鐵礦位于山東省蘭陵縣西南方向的蘭陵鎮(zhèn),位于著名的蒼嶧鐵成礦帶的南側(cè)[1-4]。該區(qū)域地質(zhì)勘查工作始于20世紀(jì)70年代,1971年冶金工業(yè)部通過(guò)1∶5萬(wàn)航磁測(cè)量圈定了蘭陵磁異常,此后,于70年代中期,山東冶金地質(zhì)四隊(duì)對(duì)蘭陵磁異常開(kāi)展鉆探驗(yàn)證,并確定該處磁異常是由新太古代泰山巖群山草峪組地層中的磁鐵石英巖所引起[5-7],此后近30年時(shí)間,該區(qū)未開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的地質(zhì)勘查工作和相關(guān)科研工作。從2005年開(kāi)始,中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院在該區(qū)相繼進(jìn)行了普查、詳查工作。該文基于上述階段成果,為了解古林礦段鐵礦體真實(shí)產(chǎn)狀,利用群孔三分量磁測(cè)ΔT異常,對(duì)古林礦段礦體三維空間賦存形態(tài)進(jìn)行了分析,對(duì)確定礦體產(chǎn)狀提供了物探依據(jù),有力地助推了該礦區(qū)勘查工作的順利進(jìn)行。該次利用群孔ΔT三維異常體特征分析鐵礦體產(chǎn)狀,開(kāi)創(chuàng)了利用井中單一磁參量解譯鐵礦體三維特征的先河,對(duì)相似區(qū)域群孔井中三分量磁測(cè)解譯鐵礦體產(chǎn)狀具有借鑒意義。
礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北板塊(Ⅰ)陸塊魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起區(qū)(Ⅲ)棗莊斷隆(Ⅳ)的嶧山凸起(Ⅴ)與磨山凸起(Ⅴ)交會(huì)部位[8]。區(qū)內(nèi)地層以新太古界與新元古界不整合面為界,其下部為泰山巖群山草峪組變質(zhì)巖為主的變質(zhì)基底,上部為元古代至古生代寒武紀(jì)沉積巖地層及第四系構(gòu)成的蓋層。區(qū)內(nèi)地層順序由老至新分別為:新太古代泰山巖群山草峪組、新元古代土門(mén)群、古生代長(zhǎng)清群及第四系[3-4]。其中,泰山巖群山草峪組為賦礦層位[9]。
區(qū)內(nèi)第四系覆蓋厚度較大,分布廣,基巖出露極少,斷裂構(gòu)造均隱伏于第四系之下,區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造均為物探推斷斷裂(圖1),推斷區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要呈近EW向、NW向、近SN向及NE向走向[10]。區(qū)內(nèi)近EW向斷層主要有2條,分別為城前-磨山斷裂和物探推斷斷層F5,對(duì)該區(qū)的地層分布有明顯的控制作用。區(qū)內(nèi)NW向斷層共有2條,分別為黃山-層山斷裂和蘭陵斷裂,未發(fā)現(xiàn)其對(duì)礦體造成影響[3-4]。該區(qū)近SN向斷層組合為區(qū)域內(nèi)的主要成礦后構(gòu)造,對(duì)礦體分布有一定影響[9]。
區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育,僅于少數(shù)鉆孔內(nèi)發(fā)現(xiàn)小規(guī)模的脈巖[9],主要為中生代脈狀侵入巖,巖性主要為閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、煌斑巖及少量的正長(zhǎng)巖等巖脈,多在蓋層中所見(jiàn),基底地層中分布較少,未發(fā)現(xiàn)對(duì)礦體產(chǎn)生破壞且規(guī)模較大的脈巖。
1—臨沂組;2—黑土湖組;3—山前組;4—寒武紀(jì)饅頭組;5—寒武紀(jì)朱砂洞組;6—寒武紀(jì)李官組;7—震旦紀(jì)石旺莊組;8—震旦紀(jì)浮萊山組;9—南華紀(jì)佟家莊組;10—南華紀(jì)二青山組;11—推斷斷裂;12—物探推斷區(qū)域斷裂;13—古林礦段礦體及編號(hào);14—蘭陵礦段礦體及編號(hào);15—蘭陵礦區(qū)范圍圖1 蘭陵礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖
蘭陵鐵礦區(qū)自西往東分為小寨子段、古林段和蘭陵段3個(gè)礦段,礦段之間以斷層為分界線[5]。截至2015年,蘭陵鐵礦共查明鐵礦石資源量7.2億t(其中古林礦段0.99億t),屬深隱伏沉積變質(zhì)型磁鐵礦(“鞍山式”鐵礦),礦體賦存于新太古代泰山巖群山草峪組變質(zhì)地層中①黃文院、郝興春、劉建穩(wěn)等,山東省蒼山縣蘭陵礦區(qū)(古林-蘭陵礦段)鐵礦詳查報(bào)告,2012年。②王煥志、宋衛(wèi)衛(wèi)、楊才等,山東省蘭陵縣蘭陵礦區(qū)古林礦段鐵礦詳查報(bào)告,2017年。,礦體頂界面埋深一般為550~800m,礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出,總體走向300°~310°,總體傾向NE,傾角很陡,呈近直立狀。礦體沿走向最長(zhǎng)4.025km,沿傾向最大斜深1252.64m,礦石為需選鐵礦石,礦石平均品位mFe23.34%,S、P含量較低[9]。
古林鐵礦處于蘭陵-小寨子磁異常帶的中部(圖2),磁異常特征相對(duì)獨(dú)立。蘭陵-小寨子磁異常帶整體走向呈NW300°左右,而古林磁異常走向呈NE30°左右,相對(duì)于蘭陵-小寨子磁異常帶的其他局部磁異常,古林磁異常走向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了90°,形成了相對(duì)獨(dú)立的磁異常特征。從矢量場(chǎng)相關(guān)理論上分析,ΔT磁異常特征的差異,反映了地下磁性地質(zhì)體的空間賦存狀態(tài)的不同[11]。
基于對(duì)蒼嶧鐵礦、蘭陵鐵礦整體走向?yàn)镹W向的認(rèn)知,古林鐵礦在較小的范圍內(nèi)走向能否實(shí)現(xiàn)90°扭轉(zhuǎn),在勘查過(guò)程中,對(duì)古林礦段鐵礦體的走向、傾向產(chǎn)生了爭(zhēng)議[5]。為了弄清古林鐵礦體的真實(shí)賦存狀態(tài),以及為地質(zhì)推斷提供依據(jù),該文在整理古林礦段范圍內(nèi)已經(jīng)施工的井中三分量磁測(cè)數(shù)據(jù)后,利用三維成圖軟件Voxler生成ΔT磁異常三維立體圖[12-13],結(jié)合巖石磁性參數(shù),圈定了地下強(qiáng)磁性地質(zhì)體三維立體形態(tài)。
1—推斷斷裂;2—物探推斷區(qū)域斷裂;3—古林礦段礦體及編號(hào);4—蘭陵礦段礦體及編號(hào);5—古林礦段磁異常范圍;6—蘭陵礦段磁異常范圍圖2 蘭陵礦區(qū)高精度磁測(cè)ΔT磁異常圖
Voxler軟件是Golden Software公司推出的一款真正意義上的三維可視化科學(xué)制圖軟件,該次工作利用該軟件對(duì)井中三分量磁測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了三維成圖,成圖前需先對(duì)井中三分量磁測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。
該次磁測(cè)井工作采用中裝集團(tuán)重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B智能綜合數(shù)字測(cè)井系統(tǒng)及JCX-3型井中磁力儀。該井中磁力儀使用垂向定向系統(tǒng),這種系統(tǒng)有2個(gè)自由度,其中一個(gè)軸始終沿鉛垂方向,即z軸;y軸水平始終指向井傾斜方位,x軸水平垂直于y軸。
由此可寫(xiě)出在垂直定向系統(tǒng)中的地磁正常場(chǎng)分量和磁異常分量表達(dá)式[14]:
正常場(chǎng)分量表達(dá)式為
(1)
磁異常分量表達(dá)式為
(2)
由公式(1)和公式(2)可以求得磁異常水平分量的模值:
(3)
進(jìn)而求得磁異常總場(chǎng)的模值為
(4)
式中:β—每一測(cè)點(diǎn)的鉆孔傾斜方位角;I—地磁傾角。
井中三分量磁測(cè)孔內(nèi)測(cè)量點(diǎn)空間位置的確定,以鉆孔孔位地面精測(cè)坐標(biāo)(X0,Y0,Z0)為起算點(diǎn),以鉆孔孔深和陀螺測(cè)斜數(shù)據(jù)為空間定位參數(shù),按照公式(5)計(jì)算地下每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的空間坐標(biāo):
Xi=X0+(LcosAicosBi)Yi=Y0+(LcosAisinBi)Zi=Z0-LsinAi
(5)
式中:L—鉆孔的斜深;Ai—孔內(nèi)某點(diǎn)的傾角;Bi—孔內(nèi)某點(diǎn)的方位角。由公式(1)~(5)即可計(jì)算出各個(gè)鉆孔內(nèi)不同深度測(cè)量點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)及ΔT磁異常值,為利用voxler軟件成圖奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
該次工作之所以選用ΔT磁參量圈定三維異常體,是因?yàn)棣磁異常值不存在零值點(diǎn),所以在探測(cè)上沒(méi)有盲區(qū),并且其幅值均為正值,幅值大小與磁性體強(qiáng)弱呈正相關(guān),更易理解。所以ΔT磁異常所圈定的異常體,較ΔZ磁異常圈定的異常體更為清晰,異常形態(tài)更為完整,并且ΔT異常體形態(tài)與磁鐵礦體的真實(shí)形態(tài)更為接近,更利于使用三維ΔT異常體分析磁鐵礦體空間賦存狀態(tài)。
為了群孔井中磁測(cè)的解譯,中化地質(zhì)礦項(xiàng)目組對(duì)磁測(cè)井鉆孔所取巖芯分巖性進(jìn)行了磁化率、磁化強(qiáng)度測(cè)量,由測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)可知(表1),上覆沉積蓋層巖石(灰?guī)r或泥灰?guī)r)的平均磁化率為0.1×10-3,可視為無(wú)磁性;礦體圍巖(黑云變粒巖)平均磁化率為0.35×10-3,圍巖的磁性也很弱;在該礦區(qū)能引起較強(qiáng)磁異常的只有磁鐵礦體。根據(jù)磁鐵礦體的磁化率測(cè)量值,結(jié)合化學(xué)樣的化驗(yàn)結(jié)果(由中化地質(zhì)礦山總局第十九實(shí)驗(yàn)室提供),將磁化率大于100×10-3,即ΔT為5500nT以上的磁異常確定為有找礦意義的磁異常,將磁化率大于200×10-3,即ΔT為10000nT以上的磁異常推斷為磁鐵礦體所引起的磁異常[9]。
表1 礦區(qū)主要巖、礦石磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)
圖3是利用Voxler軟件生成的ΔT磁異常體標(biāo)準(zhǔn)表面模型(Isosurface)圖[15-18],圈定異常體等值面的屬性值為6000nT,圖3反應(yīng)了ΔT磁異常幅值大于6000nT的強(qiáng)磁性地質(zhì)體在古林礦區(qū)范圍內(nèi)的整體分布特征。
圖3 古林礦區(qū)井中磁測(cè)ΔT磁異常三維立體圖
由圖3可知,古林礦區(qū)ΔT強(qiáng)磁異常體由2個(gè)近于平行排列的強(qiáng)磁異常體組成,這2個(gè)強(qiáng)磁異常體整體走向呈NE30°左右,傾向NW,傾角60°左右。強(qiáng)磁異常體的分布特征反應(yīng)了強(qiáng)磁地質(zhì)體的空間賦存狀態(tài)。
強(qiáng)磁性地質(zhì)體賦存標(biāo)高在600m以深,沿走向呈波狀彎曲分布,局部呈膨大狀,推測(cè)膨大處應(yīng)發(fā)育有褶皺構(gòu)造[19]。在礦區(qū)范圍內(nèi),強(qiáng)磁性地質(zhì)體沿走向在SW和NE兩端均未封閉,區(qū)內(nèi)強(qiáng)磁地質(zhì)體展布長(zhǎng)600~1000m。從圖3上看,強(qiáng)磁性地質(zhì)體沿傾向厚度有變化,表明礦體厚度沿傾向呈不均勻狀分布。
圖4 古林礦區(qū)井中磁測(cè)ΔT磁異常三維切片圖
為了能從更多細(xì)節(jié)分析強(qiáng)磁地質(zhì)體沿走向、傾向的分布特征,利用Voxler軟件的正射影像圖(Orthoimage)或斜射影像圖(Obliqueimage)功能繪制三維切片圖(圖4,圖5),這種圖件反映的是在某一投影平面上ΔT磁異常值的變化特征,進(jìn)而反映強(qiáng)磁性地質(zhì)體在這一投影平面上的空間賦存形態(tài)。因?yàn)榍衅较蚝臀恢每梢匀我膺x取,所以三維切片圖對(duì)于分析強(qiáng)磁性地質(zhì)體在某一位置的細(xì)節(jié)很有幫助。
圖4為ΔT磁異常在XY,XZ,YZ三個(gè)方向上的正射影像圖,可以較清晰地看出強(qiáng)磁性地質(zhì)體的走向和傾向,以及沿走向和傾向方向磁性地質(zhì)體的變化特征,相關(guān)細(xì)節(jié)也有較清晰的反映,特別是沿傾向方向,ΔT磁異常體傾角有較大變化,初步分析應(yīng)為斷層錯(cuò)動(dòng)所致。
圖5 古林礦區(qū)井中磁測(cè)ΔT磁異常不同方位切片圖
為了更為詳細(xì)地分析強(qiáng)磁性地質(zhì)體沿走向和傾向方向上的變化特征,針對(duì)強(qiáng)磁性地質(zhì)體走向NE30°、傾向NW和傾角60°的分布特征,分別繪制了NE30°方位、NW300°方位和標(biāo)高-1100m深度的切片圖(圖5)。從圖5可以更清晰地看出2個(gè)平行排列、走向NE、沿走向波狀彎曲的具體細(xì)節(jié),特別是NW300°方位切片,更為詳細(xì)地反應(yīng)了強(qiáng)磁性地質(zhì)體沿傾向的分布特征,可以看出強(qiáng)磁性地質(zhì)體沿傾向呈上陡下緩狀,在標(biāo)高-1000m處強(qiáng)磁性地質(zhì)體呈現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)狀,推斷錯(cuò)動(dòng)處應(yīng)發(fā)育有一定規(guī)模的斷裂構(gòu)造。從圖5可以看出,強(qiáng)磁性地質(zhì)體沿傾向向深部并未尖滅。
根據(jù)上述對(duì)古林礦區(qū)強(qiáng)磁性地質(zhì)體(磁鐵礦體)產(chǎn)狀的推斷,古林礦段詳查工作項(xiàng)目部對(duì)古林礦段勘探線系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整,將勘探線方位由30°調(diào)整為300°,并根據(jù)新的勘探線系統(tǒng)布置了新的鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)驗(yàn)證表明古林鐵礦礦體埋深為700~800m,呈層狀、似層狀產(chǎn)出,總體走向NE25°~40°(圖1),傾向NW,傾角55°~70°[20-21]。鉆探工程驗(yàn)證結(jié)果與物探推斷基本一致,這表明利用群孔井中三分量磁測(cè)ΔT三維異常體特征分析磁鐵礦礦體產(chǎn)狀,在該區(qū)域效果良好。
以蘭陵礦區(qū)古林礦段群孔井中三分量磁測(cè)資料為基礎(chǔ),利用Voxler軟件進(jìn)行井中三分量磁測(cè)ΔT異常三維立體成圖,結(jié)合巖礦石磁性參數(shù)特征,推斷礦致的ΔT三維異常體,研究磁鐵礦體的空間賦存狀態(tài),提出了利用群孔井中磁測(cè)確定磁鐵礦體產(chǎn)狀的方法。利用這一方法對(duì)古林礦段鐵礦體的產(chǎn)狀進(jìn)行了推斷,經(jīng)鉆孔驗(yàn)證推斷結(jié)果正確。為類(lèi)似地區(qū)鐵礦勘查提供了示范。
致謝:該次工作得到了古林鐵礦項(xiàng)目部人員董西學(xué)高級(jí)工程師和張海亮工程師的大力支持;在井中三分量數(shù)據(jù)整理期間,得到了趙青濤工程師、張超工程師和周雷工程師積極協(xié)助,在此一并表示感謝!