大冶鐵礦接替資源勘查項目中“空、地、井”磁法測量的應用

高寶龍, 陶德益, 詹應林, 范志雄, 周 逵

(中國冶金地質總局中南地質勘查院,武漢 430081)

大冶鐵礦接替資源勘查項目中“空、地、井”磁法測量的應用

高寶龍, 陶德益, 詹應林, 范志雄, 周 逵

(中國冶金地質總局中南地質勘查院,武漢 430081)

大冶鐵礦項目屬2004年度危機礦山接替資源勘查項目九個試點項目之一。該項目的實施,不但取得了深部找礦的重大突破,解決了接替資源問題,同時也為全國危機礦山深部找礦工作的開展起到了示范作用。論文重點介紹了1/1萬高分辨率航空磁測、1/2000高精度地面磁測、井中三分量磁測等磁法工作在勘查工作中的應用效果,特別是“空、地、井”磁測聯合勘查,深部弱信息提取技術,精細反演技術、井-地磁測聯合反演技術等幾個方面值得借鑒和推廣。初步統計,大冶鐵礦參考磁異常布置的32個鉆孔中,19個孔見礦。因此,本文認為在深部找礦(-600m)過程中,磁法工作依然大有可為。

大冶鐵礦 “空、地、井”磁測 精細反演解釋 深部找礦

Gao Bao-long,Tao De-yi,Zhan Y ing-lin,Fan Zhi-xiong,Zhou-kui.Application of aerosurface and borehole magnetic exploration to the prospecting of exhausted m ines in the Daye iron m ine [J].Geology and Exploration,2010,46(3):0483-0490.

0 引言

大冶鐵礦是我國著名的大型鐵(銅)礦床,是武鋼重要的富鐵礦原料基地之一。礦區位于湖北省黃石市鐵山區境內,行政區劃隸屬湖北省黃石市鐵山區。西北距武漢市104km,東距黃石市區25km,東南距大冶市15km,礦山專線鐵路3km有標準軌距鐵路專線與武(漢)九(江)鐵路相連,有公路與武(漢)黃(石)公路相接。沿鐵路向西在武漢與京廣鐵路,向東南在九江與京九鐵路相連。東至黃石市與長江相通,水陸交通十分方便。礦區地理坐標為:東經114°51′37″～114°55′22″,北緯30°11′33″～30° 14′14″,面積11.83km2。

歷年來大冶鐵礦累計探明鐵礦石資源/儲量16195.5wt,年產鐵精礦在120wt以上。但經過48年大規模的開采,目前保有儲量嚴重不足,礦山主體資源消耗殆盡,急需進行深部找礦,解決接替資源問題,以延長礦山服務年限,從而促進企業和地方經濟持續、穩定、健康發展,保障社會穩定。“湖北省黃石市大冶鐵礦接替資源找礦”是全國危機礦山接替資源找礦首批九個試點項目之一。該項目的實施過程中開展了1/1萬高精度航磁、地面高精度磁測和井中磁測等物探工作(劉玉成等,2006),中國冶金地質總局中南地質勘查院、中國國土資源部航空物探遙感中心(簡稱航遙中心,下同)和中國地質大學等單位對該區磁測資料也作了大量的綜合研究工作(劉玉成等,2006;于長春等,2007;熊盛青等, 2007;李淑玲等,2007;劉雙等,2008;張大蓮等, 2008;習宇飛等,2008),認為該區磁測工作獲得的異常具有很大的找礦潛力。

通過該項目的實施,實現了危機礦山深部找礦的重大突破,起到了示范的作用,取得了良好的經濟效益和社會效益。

1 地質概況及地球物理特征

1.1 地質概況

大冶鐵礦位于淮陽山字型構造的前弧西翼與新華夏系構造體系第二隆起帶與沉降帶的聯合部位之鄂城—大磨山次級隆起帶的北段,相當于傳統構造區劃的下楊子褶皺帶西部大冶復式向斜構造的北翼部位,隸屬于長江中下游富鐵富銅成礦帶的西段。

礦區內出露地層主要為三疊系下統大冶群,零星出露二疊系上統龍潭組、大隆組。第四系殘坡積及堆積物零星分布,主要在低洼地段。區內控礦地層為富含鈣、鎂質的下三疊統大冶群灰巖,工業礦體主要賦存在大冶群第四段至第五段中。礦床的形成與區內燕山早期巖漿侵入活動關系密切,該期形成的中細粒含石英閃長巖、黑云母透輝石閃長巖常構成礦體的直接頂、底板圍巖,巖體示意圖(圖1)。

經過幾十年的開采和研究工作(翟裕生等, 1982;盧峰,2003;劉玉成等,2006;王瑜等,2007;林建華等,2008),對大冶鐵礦的成礦模式及賦存部位有了更清晰的認識。大冶鐵礦床為一大型屬高溫熱液接觸交代型(矽卡巖型)鐵礦床。本礦床主要賦存于燕山期中細粒含石英閃長巖(或黑云母輝石閃長巖)與三疊系下統大冶群灰巖(已變質為大理巖及白云質大理巖)的接觸帶上。礦體呈透鏡狀、似層狀、脈狀、囊狀等,形態產狀受接觸帶構造的控制(圖2)。

1.2 巖礦石的磁性特征

已往工作中已在本區及其外圍采測了大量的巖礦石物性標本,積累了豐富的資料,也有不少學者對大冶鐵礦的磁性特征進行了研究(徐柏安,1990;朱永剛等,2006)。本次工作有針對性地對巖礦體露頭、礦區鉆孔巖芯的磁化率作了測量,同時采集了一定數量的定向標本測定余磁。根據本次磁性測量結果,結合收集到的已往磁性資料,經分析、整理,磁性統計結果見表1①。從表中結果可以得出本區各類巖礦石磁性特征的基本規律:

圖1 鐵山巖體及成礦構造示意剖面圖Fig.1 Schematic section of Tieshan rock mass and metallogen ic structures

圖2 大冶鐵礦接觸帶控礦示意圖Fig.2 Schematic diagram of contact zones controll ing ore distribution in the Daye iron m ine

表1 大冶鐵礦礦區巖礦石磁性參數統計表Table1 Statistics of magnetic parameters of rocks in the Daye iron m ine

本區沉積巖類(主要為大理巖)是無磁或弱磁性的,磁化率常見值為21×10-5SI,剩余磁化強度近似于零。因此在沉積巖上不會產生磁異常。不同巖性的侵入巖具有較強的磁性,磁化率變化范圍500×10-5～12000×10-5SI。斑狀花崗閃長巖、透輝石閃長巖、細斑含石英閃長巖、粗斑含石英閃長巖、閃長巖、黑云母透輝石閃長巖,磁化率依次增強。各類閃長巖均能引起一定強度的磁異常,其中黑云母透輝石閃長巖磁性較強,能引起上千納特的磁異常,是本區深部找礦的主要干擾因素。

綜上所述,在本區開展磁法工作具備了基本的物理前提。

2 大比例尺高分辨率航空磁測①

本次航磁測量由航遙感中心于2005年完成。該方法是一種以找礦為目的,集直升機1∶1萬及以上大比例尺航空物探測量、數據處理、解釋為一體的技術方法(于長春等,2007;熊盛青等,2007)。該方法在大冶鐵礦應用結果表明,獲得的航磁成果不僅填補了礦區以及周邊缺乏高精度、高分辨率磁場資料的空白,預測了多個找礦靶區,同時還實現了直接找礦。

2.1 直升機測量系統及測量效果

采用國際領先的硬架式直升機航磁測量系統,在該區完成1/1萬高精度航磁測量307.8km2。實際飛行測網疏密度為100m±10.9m、平均飛行高度為144m、測量總精度±0.16 nT、平面定位誤差小于2m、高度誤差小于5m,真正實現了“大比例尺、低飛行高度、高精度”。與1957年的1∶10萬航磁測量、1974年1∶5萬航磁測量、1976年1∶2.5萬航磁測量、1993年1∶2.5萬磁電放綜合站測量相比,2005年高分辨率航空磁測異常細節豐富,區內四個強磁異常分別對應著鐵門坎、龍洞、象鼻山、獅子山礦段。豐富的異常信息和高精度的數據質量也為精細反演解釋工作提供了前提。

2.2 曲面位場數據處理技術

在處理大冶航磁資料工作中,創造性地采用了如下方法完成了曲面位場化極工作:首先對GPS高程網格數據進行去條帶處理,形成較為圓滑的GPS飛行曲面。而后采用曲面位場處理系統曲化曲功能,將原△T磁場化到圓滑的GPS飛行曲面上。最后將原始DT M曲面、處理過的GPS曲面、曲化曲后的△T磁場網格數據作為曲面位場處理系統原始輸入數據,完成本區曲面化極的處理。

2.3 精細反演解釋技術

針對所獲得的高精度磁異常并結合位場數據處理結果,對其進行了精細反演解釋,包括自動反演技術、人機交互反演等。其主要內容有:①詳細的巖礦石磁性測量及統計分析,為反演建模提供準確的巖石磁性資料;②全剖面反演方法準確把握地下磁性體的變化特征;③初始模型的建立是以已知地質勘探剖面、已知鉆孔和自動三維反演結果為依據;④通過地質圖和磁異常聯合控制地質體模型的走向及延伸邊界。通過上述精細反演解釋技術獲得了較好的效果。

2.4 應用效果

據統計先后結合航磁異常反演情況共布置鉆孔7個,其中見礦鉆孔4個。ZK13-8孔于703m～732m見礦,累計見礦厚度11m,圖3中Fe2就是見礦的大致位置;ZK21-8孔于740m～840m深度見數層礦,累計鐵礦體厚14.6 m。

圖3 大冶鐵礦13勘探線航磁異常反演剖面圖Fig.3 Aero-magnetic anomalies for exploratory line No.13 and its inversion profile in the Daye iron m ine

3 地面高精度磁測

在該區開展了95.7km共61條剖面1/2000高精度磁測剖面。一方面驗證了航磁異常,同時在龍洞-尖林山獲得了高精度的地面磁測數據。

3.1 數據的前期處理

從剖面異常數據看(圖4),地面異常受到地表人文及隨機干擾非常嚴重,鐵礦廠房、建筑物等都對地面測量造成嚴重的影響。處理時充分參考了航磁異常資料、井中磁測資料和已知鉆孔資料,對以往工作成果進行了全面系統的研究、整理。更為重要的是,全面結合和高度重視早期ΔZ磁異常資料的二次開發利用工作。剔除干擾數據,獲得最終的磁異常。

圖4 大冶鐵礦15勘探線地質磁法反演綜合剖面圖Fig.4 Surface-magnetic anomalies for exploration line No.15and it’s inversion profile in Daye iron m ine

3.2 弱磁異常的提取及剩余異常的擬合

弱磁異常的提取是定量反演的關鍵(劉天佑等,2006;劉天佑等,2007)。首先全面分析和總結大冶鐵礦區大量的巖礦石標本資料,確定巖礦石的磁性范圍和常見值;其次對平面磁異常(ΔT和ΔZ)進行離散小波多尺度分解和譜分析,以此來確定深部的磁異常及異常場源深度;再次遵循由已知到未知的原則,正演各個已知地質體(已知礦體、巖體、采空區等)的磁異常,實測磁異常減掉各個正演異常之和就是剩余異常。這個過程不是一蹴而就的,而是通過多條相鄰剖面反復正演計算,同時充分利用考慮礦體開發前后對ΔT和ΔZ異常特征的影響而最終獲得的;最后根據接觸帶成礦的規律并結合相鄰地質剖面及井中磁測異常,選擇利用礦體或異常干擾因素-黑云母透輝石閃長巖來擬合剩余磁異常。

3.3 應用效果

對獲得的高精度磁異常采用離散小波多尺度分解與功率譜分析方法相結合的方法進行深部弱信息的提取,并嚴格按照鉆孔控制地質體及成礦規律進行人機交互的精細2.5D磁測剖面反演,獲得較好的找礦效果。其中大冶鐵礦深部勘查第一鉆ZK15 -7孔于793.40～819.20m見30.55m的厚大磁鐵礦,實現了大冶鐵礦深部找礦的突破,就是地面高精度磁測精細反演效果的有利佐證,見圖4。

據統計,本次工作先后共參照地面磁測反演情況并結合地質規律布置鉆孔24個,見礦孔14個。

4 井中三分量磁測

對全區40個鉆孔開展了井中三分量磁測和磁化率測井,其中18個鉆孔發現磁異常。采用定性分析、半定量-定量解釋相結合,推斷其中11個鉆孔的磁異常為盲礦體引起,有待進一步驗證;依托該項目,還開展了井中磁測資料的解釋方法研究(范志雄等, 2006;劉雙等,2008;張大蓮等,2008),取得了較好的效果。根據三分量磁異常解釋結果施工的ZK19-1 -17孔累計穿礦厚度達40多米,見圖5、圖6。

5 地質與“空、地、井”聯合解釋

圖5 大冶鐵礦19-1勘探線井中三分量磁測推斷解釋剖面圖Fig.5 I nterpretation section of three-component borehole magnetic data for exploration line No.19-1 line in the Daye iron m ine

與此同時,依托大冶鐵礦危機礦山項目的工作成果,國家危機礦山接替資源找礦科研項目《井-地磁測聯合反演技術示范》也取得了可喜的成果:①成功編制井-地磁測聯合反演解釋軟件,并通過國家危機礦山項目辦的驗收,得到了項目辦專家的充分肯定;②對區內11個鉆孔進行的井-地磁測聯合反演研究,初步估算資源量達1000wt以上。

6 結語

航空磁測實現了“大比例尺、低飛行高度、高精度”,彌補了地面磁測抗干擾能力差的缺點,獲得了高精度的磁測數據,結合先進的數據處理方法及精細反演解釋技術實現了直接找礦;地面磁測工作充分利用了ΔT和ΔZ磁異常數據,采用離散小波多尺度分解和譜分析技術進行深部弱磁異常的提取,并

大冶鐵礦磁法工作的成功應用不是純粹單一的方法組合,而是將“空、地、井”三種磁測方法緊密結合在一起,揚長避短、優勢互補,并緊密結合地質成礦規律及施工鉆孔情況開展系統的綜合研究、精細解釋的結果。真正做到了地質與物探的聯合解釋。進行了精細的2.5D反演計算,獲得了較好的地質找礦效果;井中磁測充分發揮距離場源近的特點,有效指導了鉆探的施工并發現了多處井旁盲礦。

圖6 大冶鐵礦19-1勘探線ZK19-1-17孔驗證情況剖面圖Fig.6 Verification section of exploration line No.19-1 in the Daye iron m ine

“空、地、井”三種磁測方法聯合應用,地質與物探的緊密結合,對大量地質、物探資料全面系統地整理和研究,使得大冶鐵礦接替資源勘查項目取得了較好的地質找礦成果和社會、經濟效益,更為危機礦山項目中磁法工作的開展起到了示范作用。初步統計,大冶鐵礦參考磁異常布置的32個鉆孔中,19個孔見礦。因此,本文認為在深部找礦(-600m)過程中,磁法工作依然大有可為。尤其是在“空、地、井”磁測的聯合應用、深部弱磁異常信息提取技術、精細的反演解釋推斷、井-地磁測聯合反演解釋技術幾個方面,值得在今后工作中不斷推廣應用。

[注釋]

①中國國土資源航空物探遙感中心.2006.湖北黃石地區1∶1萬航空物探(磁)勘查成果報告

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Application of Aero-Surface and BoreholeMagnetic Exploration to the Prospect ing of ExhaustedM ines in the Daye Iron M ine

GAO Bao-long,TAO De-yi,ZHAN Ying-lin,FAN Zhi-xiong,ZHOU kui
(Central South Geological Survey of China Exploration&Engineering Bureau,W uhan 430081)

The Daye iron mine prospecting isone of the nine experimental subjects for the Prospecting of CrisisMines in 2004.Through this subject, deep concealed ores are exposed and it has become an example for other crisismines.This paper presents the application of 1/10000 aeromagnetic,1/ 2000 high-resolution surface-magnetic,and boreholemagnetic prospecting conducted in theDaye ironmine.It focuseson the following aspects:combinations of“aero-surface-borehole”magnetic prospecting,pick-up technique on weak information of deep mines,precise inversion techniques,and joint inversion techniques of surface and borehole magnetic data.All these techniques are worth to be further applied for reference and expanding.The preliminary statistics shows that among the 32 drillswhich were designed with reference to the magnetic abno rmities in the Daye iron mine,19 drills have revealed concealed ores.It demonstrates thatmagnetic prospecting can contribute much in efforts to search for concealed ores at depth(～600m)in exhausted mines.

theDaye ironmine,“aero-surface-borehole”magnetic prospecting,precise inversion and interpretation,ore prospecting to deep subsurface

book=5,ebook=55

P631.2

A

0495-5331(2010)03-0483-08

2010-04-25;[責任編輯]鄭 杰。

該項目得到了全國危機礦山接替資源找礦項目(編號:200442007)、全國危機礦山接替資源找礦新技術新方法項目(編號: 200799084)、中國冶金地質總局中南局科研項目《磁測空、地、井聯合反演解釋研究》的資助。

高寶龍(1979年-),男,工程師,2006年畢業于中國地質大學(北京),地球探測與信息技術專業,碩士研究生,從事礦產應用地球物理工作,E-mail:blgao@126.com。