桂北寶壇地區(qū)閃長(zhǎng)巖型銅鎳礦地質(zhì)—地球物理模型

何建曉，唐義輝，唐朝霞，唐廣明，蘇新瑤，楊立功

（1.廣西有色金屬集團(tuán)資源勘查有限公司，廣西 南寧 530000；2.廣西地龍巖土工程有限公司，廣西 南寧 530000）

1 建模的特點(diǎn)

礦床多目標(biāo)地質(zhì)—地球物理綜合信息的聯(lián)合實(shí)體礦床空間數(shù)字建模是一種對(duì)地質(zhì)、地球物理探測(cè)資料的聯(lián)合反演+正演檢驗(yàn)的成果，這項(xiàng)技術(shù)包含了地質(zhì)、物探實(shí)測(cè)成果和成礦規(guī)律總結(jié)的理論成果，是對(duì)寶壇地區(qū)區(qū)域內(nèi)，礦床空間各地質(zhì)因素、地球物理信息的一個(gè)全面推定，所獲得的模型具有：①符合地質(zhì)成礦理論規(guī)律；②滿足已知地質(zhì)空間勘查結(jié)果和地球物理場(chǎng)條件；③基本符合景觀地球物理?xiàng)l件下的巖礦石物性參數(shù)規(guī)律；④充分逼近實(shí)際觀測(cè)地球物理場(chǎng)的屬性。

2 建模流程

實(shí)現(xiàn)礦床空間地質(zhì)—地球物理模型的建立，須從礦床分布理論模型出發(fā)，利用地質(zhì)體的地球物理參數(shù)建立相應(yīng)的地球物理子模型，作為解釋探測(cè)地球物理參數(shù)模型的空間秩序約束條件，對(duì)地球物理各觀測(cè)場(chǎng)進(jìn)行初始化反演并參照該秩序進(jìn)行地質(zhì)解釋，形成各參數(shù)的地質(zhì)—地球物理初始模型，在這個(gè)基礎(chǔ)上，選擇對(duì)礦床中各種地質(zhì)體均有一定數(shù)量差異的地球物理參數(shù)子模型為基礎(chǔ)模型(主模型)，設(shè)定擬合誤差，以地質(zhì)探測(cè)空間參數(shù)和非主模型參數(shù)反演結(jié)果為擬合模型約束條件，正演計(jì)算模型地球物理場(chǎng)，對(duì)比其與實(shí)測(cè)場(chǎng)的誤差，使用待定項(xiàng)的思想，結(jié)合誤差靈敏度矢量，同時(shí)對(duì)所有的模型進(jìn)行修改，完成一次擬合。以不斷迭代的工作方法，便可以逐漸降低擬合誤差，獲得滿足設(shè)定誤差的擬合模型，此時(shí)將該模型中的各參量代人各自的子模型做檢驗(yàn)，在其均滿足所有約束條件和觀測(cè)場(chǎng)時(shí)，便完成了地球物理約束及非地球物理約束條件下的礦床地質(zhì)—地球物理模型的建立，形成礦床勘查的空間預(yù)測(cè)。

由于地質(zhì)—地球物理模型的創(chuàng)建過(guò)程中，添加了一系列的空間秩序定性、定量條件，鎖定了場(chǎng)源的解釋目標(biāo)，有效的控制了地球物理場(chǎng)場(chǎng)源的多解性，并在一定程度上控制了綜合體參數(shù)的不確定性，使的反演解析的多解性得到了很大的抑制。其整個(gè)地球物理模型正反演計(jì)算的核心是使用分塊單元物理模型，對(duì)地球物理測(cè)定場(chǎng)進(jìn)行擬合，以解決地質(zhì)和地球物理探測(cè)目標(biāo)不統(tǒng)一的問(wèn)題。

整個(gè)模型創(chuàng)建過(guò)程是一個(gè)多項(xiàng)相關(guān)互動(dòng)的過(guò)程，是在人機(jī)對(duì)話的基礎(chǔ)上，通過(guò)修改和改變地質(zhì)—地球物理空間位置和物性參數(shù)，使用選擇法進(jìn)行正演模擬，并經(jīng)過(guò)反復(fù)修正和雙向檢驗(yàn)而實(shí)現(xiàn)的。它經(jīng)受了多方理論及客觀條件約束，所獲得的成果既展示了地質(zhì)成礦理論對(duì)礦產(chǎn)勘查的指導(dǎo)，又體現(xiàn)了地球物理空間定位的優(yōu)勢(shì)。

3 寶壇地區(qū)地球物理特征

3.1 地球物理電、磁特征

表1 寶壇地區(qū)巖礦石物性參數(shù)表

3.1.1 磁性

區(qū)內(nèi)磁性各巖石感、剩磁的柯尼希斯貝格比均小于0.2，反應(yīng)了區(qū)內(nèi)磁場(chǎng)以感磁為主的特征。各巖石磁性反差較大，可分為弱磁和中強(qiáng)磁兩類，其特性如下。

（1）弱磁巖石為沉積類和斷層角礫巖，其感應(yīng)磁化率值在100以下，僅可產(chǎn)生較小的磁異常。

（2）中強(qiáng)磁巖石為中到基性巖石和礦石，感應(yīng)磁化率在100以上，其磁性隨著巖石基性程度的增加而不斷加強(qiáng)，最高值為產(chǎn)于中基性巖中的鐵鎳礦，對(duì)比非礦巖石和礦石可以發(fā)現(xiàn)，二者之間具有不同的數(shù)量級(jí)差別，礦體可產(chǎn)生明顯的磁場(chǎng)值而異于普通巖石。

3.1.2 電性

區(qū)內(nèi)巖石除礦石及含碳質(zhì)巖石電阻率較低，在1000ohm-m以下，其他巖石均為數(shù)千，二者具備明顯的差異，使用電法工作礦體可產(chǎn)生明顯的低阻異常而異于普通巖石。其主要的干擾為未含水?dāng)鄬雍秃假|(zhì)巖石。

綜上所述，可以看出區(qū)內(nèi)礦體具有高磁低阻的復(fù)合地球物理特征，具備了進(jìn)行磁法和電阻率法進(jìn)行找礦的地球物理前提，故本次地質(zhì)—地球物理模型找礦選用了磁法和具有較大探測(cè)深度的瞬變電磁法。

3.2 野外工作方法

（1）野外磁法工作，針對(duì)高精度磁法儀器于強(qiáng)磁地區(qū)讀數(shù)絕對(duì)誤差較大的特點(diǎn)，于強(qiáng)磁區(qū)使用了懸絲式磁力儀，于中弱磁區(qū)則是用了高精度磁力儀，在數(shù)據(jù)處理階段，二者進(jìn)行了垂直化極的數(shù)據(jù)融合，構(gòu)成本區(qū)磁場(chǎng)解釋數(shù)據(jù)。

（2）對(duì)于電法工作，于本區(qū)采用了對(duì)低阻具有高靈敏度反應(yīng)的瞬變電磁法，野外50×50m的采用重疊回線進(jìn)行測(cè)量，在數(shù)據(jù)處理階段，直接使用歸一化曲線對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一維定量解釋，形成本區(qū)的感應(yīng)二次場(chǎng)數(shù)據(jù)。

圖1 典型剖面地質(zhì)—地球物理模型見綜合剖面圖

3.3 寶壇地區(qū)礦床空間地質(zhì)—地球物理模型

為實(shí)現(xiàn)寶壇地區(qū)資源的地質(zhì)—地球物理模型勘查的找礦預(yù)測(cè)，利用礦床空間成礦模型，依照巖礦石標(biāo)本的物性參數(shù)分別建立了礦床地質(zhì)—地球物理綜合模型和各地球物理參數(shù)的子模型。模型中的地質(zhì)體，自下而上的空間分布是：弱磁高阻（κ=19，ρ=3696）砂泥巖、高磁低阻（κ=2678，ρ=86）鎳黃鐵礦、中磁低阻（κ=108，ρ=4875）閃長(zhǎng)巖和弱磁高阻（κ=19，ρ=3696）砂泥巖，這一礦床空間分布，決定了物性體的空間分布秩序，構(gòu)成了非數(shù)值的空間地球物理邏輯約束條件。同時(shí)，已知實(shí)測(cè)剖面和已有工程的空間探測(cè)數(shù)據(jù)，連同固有的地球物理邊界條件一同構(gòu)成了求解電磁場(chǎng)的定解條件。為地球物理磁阻模型的建立奠定了基礎(chǔ)。

本次地質(zhì)—地球物理數(shù)字模擬，是建立在對(duì)單個(gè)地質(zhì)因素均有較好反應(yīng)的電阻率模型基礎(chǔ)之上，以電磁場(chǎng)固有的數(shù)學(xué)物理邊界條件為基礎(chǔ)，將已知地質(zhì)空間、磁場(chǎng)地球物理反演結(jié)果和非地球物理的地質(zhì)因素的空間秩序做為定解條件，設(shè)定模擬與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的均方相對(duì)誤差為10%，對(duì)主、副地球物理模型進(jìn)行擬合，在完成擬合時(shí)，進(jìn)行正演檢驗(yàn)，當(dāng)檢驗(yàn)成立時(shí)，便同時(shí)獲得了最終模型。

4 地質(zhì)—地球物理模型主要成果

4.1 成礦預(yù)測(cè)

根據(jù)成礦預(yù)測(cè)范圍、目標(biāo)、階段等，成礦預(yù)測(cè)類型分為區(qū)域預(yù)測(cè)及局部預(yù)測(cè)兩種（范永香，2003）。具體工作過(guò)程中，首先在總結(jié)寶壇地區(qū)區(qū)域控礦因素、成礦規(guī)律、區(qū)域物化異常的基礎(chǔ)上圈定區(qū)域成礦遠(yuǎn)景區(qū)→收集、實(shí)測(cè)區(qū)域成礦遠(yuǎn)景區(qū)地物化資料，對(duì)區(qū)域成礦遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)找工業(yè)礦體的突破，建立“礦區(qū)預(yù)測(cè)空間地質(zhì)—地球物理”模型，指導(dǎo)礦區(qū)深邊部勘查找礦。各階段的工作既是前后工作的關(guān)系，也是相互印證、補(bǔ)充的關(guān)系，建立“預(yù)測(cè)空間地質(zhì)—地球物理”模型→工程驗(yàn)證→修正“預(yù)測(cè)空間地質(zhì)—地球物理”是成礦預(yù)測(cè)（勘查）工作的主線。

4.2 地質(zhì)—地球物理空間模型

通過(guò)分析和總結(jié)寶壇地區(qū)銅鎳礦找礦標(biāo)志，建立寶壇地區(qū)銅鎳礦床地質(zhì)—地球物理空間模型，見表2。

表2 寶壇地區(qū)銅鎳礦床地質(zhì)—地球物理空間模型

4.3 成礦遠(yuǎn)景區(qū)

寶壇地區(qū)銅鎳礦床的成礦預(yù)測(cè)工作是在寶壇地區(qū)域地質(zhì)背景、成礦條件和銅鎳硫化物礦床地質(zhì)特征、地球化學(xué)特征、成礦機(jī)制、成礦規(guī)律的基礎(chǔ)上，運(yùn)用巖漿巖石學(xué)、礦床學(xué)、成礦預(yù)測(cè)學(xué)，綜合區(qū)帶內(nèi)中基性—超基性巖體的分布規(guī)律和物探成果圈定區(qū)域成礦預(yù)測(cè)區(qū)；收集礦床地物化資料，依據(jù)地質(zhì)—地球物理勘查模型預(yù)測(cè)銅聾山成礦區(qū)、四法成礦區(qū)和大嶺預(yù)測(cè)區(qū)，經(jīng)驗(yàn)證已發(fā)現(xiàn)銅鎳礦體，遠(yuǎn)景為大型礦床。