物探方法在礦產預測中的應用

陰江寧，肖克炎，2

(1．中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037;2．長江大學地球科學學院，湖北 荊州434023)

物探方法在礦產預測中的應用

陰江寧1，肖克炎1，2

(1．中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037;2．長江大學地球科學學院，湖北 荊州434023)

在綜合信息礦產預測中，物探方法在劃分大地構造單元，識別斷裂構造、地層和巖體信息方面可發揮獨特作用，重磁可以作為預測要素參與綜合信息找礦預測和評價，也可在識別隱伏礦、深部礦方面發揮很好的作用。總結了重磁方法在礦產預測方面的技術特點和流程。

重力;磁法;礦產預測

0 引言

應用地質、物探、地球化學、遙感等資料進行綜合信息成礦預測是目前找礦工作發展的一個重要趨勢(葉天竺等，2011)。在成礦預測中，物探的諸多方法都可直接或間接地發揮作用，但在中、大比例尺成礦預測中主要使用重力與磁法。

根據礦產預測的一般過程，物探資料在成礦預測中的應用主要體現在兩個方面：一方面是用于基礎地質構造研究，主要是識別有物性差異的隱伏、半隱伏構造(包括斷裂構造、褶皺構造、火山構造、沉積盆地和接觸蝕變帶)、巖體(侵入巖體)和地層(火山巖地層、變質巖地層、沉積巖地層和結晶基底)，對預測區的綜合地質構造(尤其是隱伏地質構造)進行分析，從而參與成礦有利地段圈定;另一方面是作為異常找礦信息研究，為找礦遠景區提供直接或間接的找礦標志，從而參與靶區圈定和資源量估算(肖克炎等，2010)。

1 重磁數據處理方法

1．1 重磁數據處理及解譯工作流程

圖1 重磁數據處理及解譯工作流程圖

重磁數據處理及解譯工作流程如圖1所示。

(1)資料收集包括重磁資料和其他物探、地質資料。(2)物性(密度和磁性)資料的收集和實測。巖石的物性研究是正確開展物探工作的基礎，是物探與地質相聯系的紐帶，也是能否完成地質任務的關鍵。(3)預處理。在地面觀測的重磁數據中，由于一般均含有觀測誤差和地表、淺層不均勻干擾，特別是在高精度測量數據中，采樣點密，畸變點數值高，形態復雜。因此，要對原始資料進行預處理，盡可能壓制或消除表層、淺層干擾，或統一測網、統一基點，形成數據處理前的基礎資料。(4)網格化數據。由于計算機處理重磁資料是輸入的規則網數據信息，因此要把重磁場變成規則網位場數據。(5)重磁場頻率域位場轉換和濾波包括各種分量變換、微積分變換、向上或向下延拓，及地球物理場的各種濾波，進行區域場和局部場，以及各種功能參數提取。在具體運用中可根據測區特征和地質任務選擇幾種能說明問題的參數。通過對航磁資料分析(主要包括平面剖面圖和平面等值線圖)和對它們進行處理，這些處理包括化極(針對航磁)、向上延拓、水平一階求導、垂向一階求導、垂向二階求導、剩余異常處理、區化平、濾波等以及其他轉化處理等，可以對航磁資料所反映的地質和找礦信息(尤其是在深部)有一個更為全面的認識。

1．2 區域重磁解譯分析遵循的基本原則

區域重磁異常是一個復雜的疊加異常場，既有局部異常，也有區域性異常;既有不同時代的異常，也有由于區域構造運動引起的異常遷移。因此，在區域礦產資源評價中主要研究的是異常群體，而不拘泥某個異常，而且重點是通過重磁信息研究區域控礦地質問題。按照綜合信息礦產資源評價和區域重磁分析的基本原理，重磁解譯分析遵循的基本原則如下。

1．2．1 重磁解譯應以區域地質為先驗前提 重磁解譯應結合地質進行綜合分析。一方面要充分考慮收集區域不同巖石建造的物性資料，了解區域巖石的磁性、密度參數，同時也要利用GIS空間分析技術，將物探異常與區域地質圖進行疊加分析，統計各個地質單元與物探異常的對應關系，為物探定性確定異常性質作準備;另一方面，在解譯過程中，對解譯的構造和巖漿巖要結合地表地質現象進行綜合分析。礦產資源評價的重磁解譯地質先驗前提還應該以成礦模型為指導。

1．2．2 重磁解譯要遵循地球物理方法學科的基本原理 重磁勘探分析和測定的是重磁異常，重磁成礦信息分析的本質是研究重磁異常與地質體的對應規律和聯系。在區域成礦分析中，要遵循重磁分析基本原理進行統計分析：(1)由于區域重磁場群體疊加復雜性，只有通過地質綜合分析，統計定性各異常的地質意義;(2)大部分埋藏較深的區域性異常可以簡化為無限延深的厚板體;(3)利用不同延拓高度可以確定異常的規模大小，進行異常的分解，但隨著上延高度增加，異常范圍會擴大，極值減小，特征線范圍會擴大;(4)水平方向導數可以大致確定重磁變化急變帶，垂向二階導零線可以圈定異常邊界;(5)局部串珠狀異常群可能由大斷裂反映，異常場形態、走向改變也可能是斷裂構造引起;(6)異常急變帶往往是深大斷裂反映;(7)對于無限延深的厚板，磁性體向異常變化較緩的一端傾斜，對于有限延深的厚板磁性體向異常變化較陡并向負異常一端傾斜。

2 用重磁解譯信息研究基礎地質構造

斷裂構造是最重要的一種構造類型，它不但是劃分大地構造單元的重要界線，在成巖成礦過程中也為導礦(巖)和容礦(巖)過程提供了通道和空間。斷裂構造是區域構造研究的重要內容，區域性斷裂一般具有較大的橫向位移和垂向位移，或沿斷裂帶強烈的巖漿活動，造成斷裂帶及其兩側明顯的密度差異和磁性差異，從而產生區域性的重磁異常。在中、小比例尺的重磁異常圖上，區域性斷裂帶表現為等值線梯度帶、重磁異常特征分區界線、狹長的局部異常帶、等值線有規律地扭曲、錯位、中斷和交叉等特征。利用重磁資料研究區域斷裂的常規方法是依據這些標志定性解釋，劃出相應的特征線，對比地質資料和其他物探資料，確定斷裂的存在，還可輔以簡單的正、反演計算，估計斷裂的有關參數。近年來，重磁數據反演和統計分析方法用于斷裂定量研究，也取得了較好效果。

2．1 區域性重力資料的分析研究

區域性重力異常源自殼內密度不均勻(如大型巖體或區域性巖相變化)和地殼運動造成的密度界面形態變化等因素。作為單極子場，重力異常與場源的對應關系明確，地質解釋簡單。通常，區域重力異常高反映基巖隆起、背斜褶皺帶、斷塊翹起或地壘等正向構造;區域性重力異常低則反映沉積盆地、坳陷、斷塊傾斜或地塹等負向構造。在條件有利地區，重力資料對圈定盆地范圍、估計蓋層厚度和基巖埋源、劃分構造單元等都可取得良好效果。

利用重力異常資料研究區域構造的主要依據包括異常形態、輪廓、分布型式、方位展布、幅度和梯度等特征。區域重力異常是大地水準面以下所有密度界面和密度不均勻的綜合效應，包含了不同層次的物質組成、結構和構造信息。采用位場分離和反演技術，同樣可以計算從莫霍面至新生界底界等特定的密度界面，以定量研究區域構造，這種方法已在劃分大地構造單元盆地等得到成功的應用。

2．2 區域航磁資料的分析研究

區域性航磁資料具有受地表地形和淺層磁性體干擾小、覆蓋程度均勻、多層結構信息量大等優點，廣泛應用于研究構造分區、基底構造格架和蓋層構造等方面。不同大地構造單元的磁性結晶基底的成分、結構和構造不同，區域性航磁異常特征也不同，據此可進行大地構造單元分區。

斷裂構造在航磁異常圖上表現為多種形式。如不同磁場區的分界線往往是規模較大的斷裂或斷裂帶，它們是劃分大地構造單元的重要依據;磁異常梯度帶往往是上下兩盤發生錯動，形成臺階狀磁性體的斷裂;串珠狀磁性異常帶往往反映存在有充填各種巖漿巖體的深大斷裂;線性異常帶(可以是正異常、負異常或正負交替出現的異常)往往反映具有明顯方向的斷裂;磁異常的突變帶和錯動帶往往預示著斷裂作用而形成的;雁行狀異常帶和放射狀異常帶往往是由于復雜的構造作用所形成的與巖漿活動有關的斷裂帶或破碎帶。以上各種類型的磁異常特征是提取構造信息的重要依據，磁場區分界線的中間位置或者以上各種磁異常的中間位置往往是斷裂構造的中心線，可據此將構造信息提取出來的褶皺構造主要包括向斜、背斜和穹隆構造，它們是由于巖石受應力發生彎曲而形成的，也是一種重要的容礦構造，尤其是在它們的傾伏端、側伏端以及核部更是有利的成礦部位。沉積盆地在磁場上表現為相對周圍呈低緩的弱磁異常區、高背景場中的寬緩異常區或負磁場區。只有沉積盆地存在磁性基底時才能圈定，否則，不能圈定沉積盆地。

2．3 巖體信息的提取

巖體信息的提取主要包括巖漿巖(侵入巖)和次火山巖體和部分變質巖(主要是正變質巖，磁性較強)。磁法配合以重力是有效識別侵入巖體、巖漿巖帶和次火山巖體的重要手段，尤其在識別隱伏、半隱伏深部巖體方面更是其他方法所無法比擬的。各類侵入巖體在重磁異常圖上常常表現為不同的特征。基性和超基性巖體一般同步顯示高的磁力和重力異常，異常強度和規模都較大;中性巖體一般顯示磁力高，重力弱高或無異常顯示，異常規模通常較大;酸性巖體一般同步顯示磁力低與重力低，異常規模通常巨大;巖體與圍巖的接觸帶所形成的環形異常往往也是識別巖體的重要標志;不論是基性巖體還是酸性巖體，其提取或圈定方法基本相同，具體為：通常以磁異常的梯度陡變帶為巖體的邊界;對規模較小的磁性體，可按磁異常一階導數零值線圈定;對規模較大的磁性體，可采用二階導數零值線來圈定;對巖體本身磁性較弱，但因接觸蝕變后磁性增強而引起磁異常時(如矽卡巖)，通常使用環狀磁異常內側的梯度陡變帶來圈定。

3 重磁資料在區域礦產資源評價中的應用

在礦產資源評價中，必須充分應用重磁斷解釋資料，對隱伏侵入體，火山機構、隱伏或隱蔽構造進行定量反演，大致確定隱伏侵入體的埋深，以重磁資料為基礎編制區域礦產預測要素圖。使用重磁資料遙感信息識別各種線性構造，使用構造交會部、巖體影響緩沖區及地球化學異常圈定預測區，使用巖漿巖、地層、區域構造、地球化學、遙感異常、地球物理特征等多要素優選預測區。對于有磁性礦床(或其他具有磁性的礦床)，可以用三維反演方法，采用現代計算機重磁三維反演軟件，快速估算各磁性異常的三維空間形狀、大小、埋深和體積等，根據鐵礦類型、品位噸位分布計算資源量。

由于地質作用的復雜性、地質觀察研究的不統一性、物化遙信息的多解性等，需要將多種綜合信息集成，揭示區域礦產的分布規律。把航磁推斷地質構造圖和地質圖、重力推斷地質構造圖以及遙感推斷地質構造圖有機綜合在一起形成綜合地質構造圖，用作礦產預測的底圖;作為直接找礦標志，礦致異常航磁異常圖可以直接參與靶區圈定、資源量估算(主要針對鐵礦)，并為下一步地質找礦工作部署提供參考依據。

4 結論

物探資料可以根據物性差異的推斷隱伏構造、斷裂構造，巖體(侵入巖體)和地層(火山巖地層、變質巖地層、沉積巖地層和結晶基底等，在深部礦調和

礦產勘查預測方面等方面都有著不可替代的作用。對預測區開展深入的物探解譯和研究工作，可以提取潛在的有價值的找礦信息，可以對預測區、靶區的圈定有很好的指示作用，對于磁性體還可以進行三維反演，從而估算預測區資源量。目前，重磁數據處理和信息提取已由傳統的延拓求導等線性方法向神經網絡、小波變換、混沌理論等非線性方法進行拓展，資料解釋的趨勢也由二維向三維的方向發展，最近幾年，新的物探手段逐漸投入應用比如衛星重力測量，衛星磁法測量等。總之，為了勘探開發地質礦產資源，高分辨率、高精度、多學科、多方位技術的集成應用將成為物探發展的必然趨勢。

管志寧．1997．我國磁法勘探的研究與進展［J］．地球物理學報，40(增刊1)：300－307．

管志寧，郝天珧，姚長利．2002．21世紀重力和磁法勘探的展望［J］．地球物理學進展，17(2)：237－244．

管志寧．2005．地磁場與磁力勘探［M］．北京：地質出版社．

江為為，周立宏，肖敦清，等．2006．東北地區重磁場與地殼結構特征［J］．地球物理學進展，21(3)：730－738．

劉光鼎，郝天珧．1995．應用地球物理方法尋找隱伏礦床［J］．地球物理學報，38(6)：850－854．

婁德波，宋國璽，李楠，等．2008．磁法在我國礦產預測中的應用［J］．地球物理學進展，23(1)：249－256．

王世稱．2010．綜合信息礦產預測理論與方法體系新進展［J］．地質通報，29(10)：1399 －1403．

線紀安．2003．航空物探的技術現狀及其應用［J］．地質找礦論叢，18(增刊1)：191－195．

熊光楚．1993．礦產預測中重磁異常變換的若干問題：四、重、磁異常的水平導數及其應用［J］．物探與化探，17(1)，27 －32．

葉天竺．2004．固體礦產預測評價方法技術［M］．北京：中國大地出版社．

肖克炎，程松林，婁德波，等．2010．區域礦產定量評價的礦床綜合信息評價模型［J］．地質通報，29(10)：1430－1444．

Application of geophysical exploration method in mineral resources prediction

YIN Jiang-ning1，XIAO Ke-yan1，2

(1．Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China;2．School of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou 434023，Hubei)

In mineral resources prediction with comprehensive information，geophysical prospecting played an unique role in the fields of delineating geotectonic units，identifying fractures，strata ，rock bodies and concealed ores or deep deposits．In which，gravity and magnetic method could be served as prediction factor to participate the prediction and evaluation of the comprehensive information;it also played an important role in delineating the concealed ores and deep deposits．The authors summarized the technical characteristics and procedures of geophysical prospecting in the text．

Gravity;Magnetic method;Mineral resources prediction

P631;P62

A

1674－3636(2012)03－0333－04

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．333

2012－05－20;編輯：陸李萍

中央公益性科研院所基本科研業務費項目(K1014)和中國地質調查局項目“全國重要礦產總量預測”(1212010733806)資助

陰江寧(1975— )，男，助理研究員，博士，主要從事數學地質和礦產資源評價研究，E-mail：mark-johnson@163．com