井中三分量磁測在魯西大張深覆蓋區鐵礦勘查中的應用

郝興中，張華平，李英平，吳立新，智云寶，王立功

(1.山東省地質調查院，山東 濟南 250014；2.山東省土地質量地球化學與污染防治工程技術研究中心，山東 濟南 250014)

魯西地區鐵礦勘查工作表明，在濟南、淄博、萊蕪、德州等地區發育有矽卡巖型鐵礦[1-4]；近年來德州市東南部的齊河—禹城深覆蓋區在深部礦產勘查工作中取得了重大找礦突破，山東省地質調查院、山東省煤田地質規劃勘察研究院、中化地質礦山總局山東地質勘查院等多個地勘單位，對齊河縣潘店次級磁異常、禹城市李屯次級磁異常和齊河縣大張次級磁異常開展的異常查證過程中，發現了潘店、李屯、大張鐵礦床[4-7]，屬于“厚度大、品位高、埋藏深、儲量多”的矽卡巖型鐵礦床。在德州地區矽卡巖型鐵礦勘查過程中使用“地質—磁法—重力—電法—地震—鉆探—測井—綜合研究”等找礦方法，效果明顯。在鉆孔中實施的井中三分量磁測工作為研究區提供了大量深部地質、物探勘查信息，促進了區內鐵礦勘查工作的順利推進。本文通過總結齊河大張地區異常查證中井中三分量磁測成果，研究了井中三分量磁測方法在該區鐵礦勘查工作的必要性和有效性。

1 研究區地質特征

研究區位于山東省西北部，行政區劃屬德州市管轄；其大地構造位置屬華北板塊(Ⅰ級)、魯西隆起區(Ⅱ級)、魯中隆起(Ⅲ級)、泰山—濟南斷隆(Ⅳ級)、齊河潛凸起(Ⅴ級)；該區發育有第四系、新近系、白堊系、二疊系、石炭系、奧陶系和寒武系等[8-10]；區域發育的巖漿巖主要有中生代中基性侵入巖和新太古代酸性侵入巖；區域構造活動強烈。

1.1 成礦地質條件

研究區新生界埋深約560～900m，其下發育的二疊紀、石炭紀、奧陶紀地層為該區鐵礦控礦地層；區內燕山晚期巖漿活動強烈，可分為李屯巖體、潘店巖體、大張巖體及薛官屯巖體(圖1)[4,9]，其巖性以閃長巖為主；區內斷裂發育，呈NE向、NNW向和近SN向，局部褶皺亦發育，走向為NNE向、NNW向。

區域航磁異常明顯，1∶5萬航磁異常可分為李屯、潘店、大張和薛官屯4個次級磁異常[4,8-9]；其中大張次級磁異常及化極異常明顯，呈NE向橢圓狀(圖2)，重力異常較為發育，區內“重磁異常同源性”明顯。

1—正磁異常曲線；2—零磁異常曲線；3—負磁異常曲線；4—見礦鉆孔及編號；5—未見礦鉆孔及編號

1.2 鐵礦體特征

研究區內大張鐵礦位于大張次級磁異常區SW側，鐵礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀、脈狀、囊狀及不規則狀等(圖3)；鐵礦體附近蝕變特征顯著，由巖體到地層方向，總體蝕變分帶特征為“閃長巖帶—蝕變閃長巖帶—內矽卡巖帶—鐵礦帶—外矽卡巖帶—大理巖化帶—灰巖帶”，且巖礦石顏色變化明顯。

1—第四系；2—新近系；3—二疊系；4—石炭系；5—奧陶系；6—閃長巖體；7—實測及推測地質界線；8—鐵礦體及編號；9—鉆孔位置及編號；10—推測構造破碎帶

研究區鐵礦體賦存形式多樣，可分為接觸帶賦存式、層間充填式、斷裂充填式、裂隙貫入式、捕虜體構造式5種賦存形式[9,11]，鐵礦石品位較高，多達50%以上，研究區內各鐵礦床控礦特征詳見表1。

表1 大張地區鐵礦體特征

1.3 鐵礦石特征

研究區內鐵礦石類型多樣，主要為致密塊狀磁鐵礦石，條帶狀、浸染狀、脈狀磁鐵礦石。主要呈灰黑色，此外呈暗綠色、淺黃褐色等，為致密塊狀構造、浸染狀構造、蜂窩狀構造、角礫狀構造等，呈半自形—他形粒狀結構等。礦石中金屬礦物主要為磁鐵礦，含少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、鏡鐵礦、閃鋅礦等，非金屬礦物為透輝石、透閃石、石榴石、綠簾石、方解石、綠泥石等；圍巖蝕變主要類型為鈉長石化、矽卡巖化、黃鐵礦化、綠簾石化、綠泥石化等。

2 測井依據與儀器選擇

2.1 鐵礦石物性特征

該區巖礦石物性參數分析表明，鐵礦石較研究區其他巖石具有“高磁、高重、低阻、高極化”的特征；通過對研究區及區域相關鐵礦勘查成果[4,11-15]分析研究，總結了該區矽卡巖型鐵礦地球物理找礦預測模型(表2)。運用“地質—磁法—重力—電法—地震—鉆探—測井—綜合研究”等工作手段，取得了顯著的鐵礦勘查工作效果。

表2 大張鐵礦區矽卡巖型鐵礦地球物理特征

2.2 井中三分量磁測儀器設備性能

井中三分量磁測是鉆孔施工過程中在鉆孔中對深部及旁側磁性體進行的深部探測工作，當檢測到井中旁側及井底盲礦體時，其矢量的指向具有發散、匯聚的特征，通過其指向可判斷礦體的范圍及空間位置，進而指導后續礦產勘查工作[16-18]。山東省地質調查院在大張磁異常區西側施工的DZK1鉆孔見到2層鐵礦體，在該區東側施工的DZK2鉆孔未見礦，各鉆孔均進行了井中三分量磁測工作。測井工作采用重慶地質儀器廠JGS-1B智能綜合數字測井系統、JCX-3型井中三分量磁力儀探管和H411型磁化率探管，采取自動觀測并采集數據，井中三分量磁測點距為1m，磁化率測井點距為0.2m。

3 井中三分量磁測成果

在成礦有利部位進行鉆探施工并開展井中三分量磁測工作可較為直接地了解深部地質單元信息，同時可以探測鉆孔底部和旁側一定范圍內的磁性體[19-23]，并為下一步勘查工作提供依據。

3.1 DZK1鉆孔測量成果

(1)DZK1鉆孔概況

該孔自上而下揭露了第四系、新近系、二疊系、石炭系、奧陶系、鐵礦體、蝕變閃長巖和閃長巖等，并揭露了多層薄煤層和2層鐵礦體(表3、圖4)，在鐵礦體及其附近的巖礦石中發育有磁鐵礦化、黃鐵礦化、矽卡巖化、鈉長石化、大理巖化等現象。

表3 大張地區鐵礦體特征信息

(2)DZK1鉆孔井中三分量磁測

該孔在0～594.40m處為鉆孔套管位置，未開展測井工作。由圖5可知，594.40～828.00m處為三分量磁測值和磁化率值等均較弱，磁化率變化范圍為(2986.00～4018.45)×10-6SI，均值為3098.01×10-6SI，△H′值變化范圍多為-1827.42～-196.42nT，均值為-777.54nT，且三分量磁測無明顯發散和匯聚現象，其對應巖性為石炭紀—二疊紀碎屑巖、奧陶紀碳酸鹽巖，由此表明在儀器測量范圍內，該井段旁側未發現發育強磁性體。828.00～837.00m與844.50～854.00m處均顯示強磁異常(圖4)，磁化率變化范圍為(18192.01～27612.52)×10-6SI，均值為27458.79×10-6SI，△H′值變化范圍多為1682.33～42779.01nT，均值為16904.44nT，△T′幅值顯示具有強烈的發散和匯聚特征反應，與所揭露的鐵礦體具有高度對應性，為鐵礦及其展布形態的綜合反映。854.00m至孔底處三分量磁測值和磁化率值等均較弱，磁化率變化范圍為(3149.97～3934.91)×10-6SI，均值為3339.14×10-6SI，△H′值變化范圍多為-2481.25～513.20nT，均值為-230.78nT，且三分量磁測無明顯發散和匯聚現象，該井段對應巖性為蝕變閃長巖體和閃長巖體，由此推斷該井段旁側及孔底在儀器可控制范圍內無強磁性體存在。

1—新生界；2—砂質泥巖；3—泥(頁)巖；4—灰巖；5—大理巖；6—蝕變閃長巖；7—閃長巖；8—矽卡巖；9—煤層；10—鐵礦體

3.2 DZK2鉆孔測量成果

(1)DZK2鉆孔概況

該孔自上而下揭露了第四系、新近系、二疊系、石炭系、奧陶系、蝕變閃長巖和閃長巖等(圖5)，在石炭-二疊系中發育了多層薄煤層；其中844.72～1038.92m處主要為奧陶紀大理巖化灰巖、大理巖等；1038.92～1041.20m處為淺灰白色鈉長石化蝕變閃長巖；1041.20～1232.00m處為角閃閃長巖體，局部地段略具綠簾石化蝕變。

1—新生界；2—砂質泥巖；3—泥(頁)巖；4—灰巖；5—大理巖；6—蝕變閃長巖；7—閃長巖；8—矽卡巖

(2)DZK2鉆孔井中三分量磁測

該孔在0～590.00m處為鉆孔套管位置，未開展測井工作。由圖5可知，590.00～1010.00m處井段三分量磁測值和磁化率值等極弱，磁化率變化范圍為(2513.79～3187.04)×10-6SI，均值為2583.87×10-6SI，△H′變化范圍多為-1675.07～-54.23nT，均值為-1022.18nT，且三分量磁測無明顯發散和匯聚現象，該井段處對應巖性為石炭紀—二疊紀碎屑巖和奧陶紀碳酸鹽巖等無磁性巖石，由此推斷在儀器探測范圍內，該井段處無旁側盲礦體存在。1010.00～1052.00m處井段三分量磁測值和磁化率值等亦極弱，磁化率變化范圍為(2521.99～3414.26)×10-6SI，均值為2694.95×10-6SI，△H′值由負變正，其變化范圍多為73.51～5753.52nT，均值為2166.02nT，其對應巖性為奧陶紀碳酸鹽巖地層、蝕變閃長巖及閃長巖；△H′曲線呈“>”型、△Z曲線呈反“S”型(圖5)，△T′幅值呈明顯的匯聚反應，焦點深度為1034.00m，由于1038.92m處主要為奧陶紀地層和蝕變閃長巖接觸帶，由井中三分量磁測數據并綜合地表重磁異常特征推斷該井段NW側距孔壁水平距離約17m處存在一盲礦體，且礦頂埋深約1034.00m。1052.00m至孔底處井段，三分量磁測值和磁化率值等均較弱，磁化率變化范圍為(2505.60～3893.49)×10-6SI，均值為3233.37×10-6SI，△H′變化范圍多為-1944.38～-116.28nT，均值為-662.96nT，且三分量磁測無明顯發散和匯聚現象，亦無明顯磁異常存在，對應井段為弱磁性的閃長巖體，由此推斷該井段旁側及孔底在儀器可控制范圍內無強磁性體存在。

4 結語

在成礦有利部位進行鉆探并開展井中三分量磁測可較為直接地了解深部地質單元、鉆孔孔底和旁側隱伏磁性體，為下一步勘查工作提供依據。研究區內石炭紀—二疊紀碎屑巖、奧陶紀碳酸鹽巖地層和蝕變閃長巖的井中三分量磁測異常極弱，而閃長巖的井中三分量磁測異常則較弱，在鉆孔中井中三分量磁測發現的強磁異常對與鐵礦體密切對應。

在大張異常區鐵礦勘查過程中，該異常西半環取得了較好的成果，在DZK1鉆孔井中三分量磁法測量顯示古生代地層中地層磁化率低，且△H′值絕大多數為負值；在礦體內磁化率值極大，同時△H′值由負變正，變化劇烈，同時△T′具有顯著的發散和匯聚現象；而在巖體內部磁化率呈鋸齒狀變化，但總體相對較低，△H′值變化不明顯，△T′沒有明顯的發散和匯聚現象。利用DZK2鉆孔對大張異常東半環開展的異常查證工作中未揭露到富鐵礦體；在井中三分量磁法測量中顯示全孔中地層和巖體的磁化率低，但在奧陶紀地層和巖體接觸帶附近△H′值由負變正，呈“>”形，且△T′呈明顯的匯聚特征，由此顯示在孔壁NW側具明顯的磁異常特征，極可能為一礦致異常。

綜上所述，大張磁異常東半環的異常查證工作為今后勘查工作提供了勘查方向的同時，也顯示該區有較好的找礦潛力。在研究區矽卡巖型鐵礦勘查工作中，在鉆孔中開展井中三分量磁測工作是十分必要且有效的。

致謝：對多年來與作者一起在齊河地區開展矽卡巖型鐵礦勘查工作的項目組全體成員致以最衷心的感謝！