物探航空磁法在印尼爪哇省斯烏蘭海濱釩鈦磁鐵砂礦勘查中的應用

行英弟

(有色金屬礦產地質調查中心，北京 100012)

0 引言

含釩鈦海濱砂礦是一種在海濱地帶由河流、波浪、潮汐和海流作用而形成的次生富集砂鐵礦，其主要有用礦物組分為釩鈦磁鐵礦，在亞太地區，如日本、菲律賓、印度尼西亞、澳大利亞、新西蘭分布較廣[1-2]，其主要特點是儲量豐富，易采選，是一種優質鐵礦資源[3]。全球釩鈦磁鐵海砂礦儲量有數百億噸級的規模，其中有資料表明印尼瓜哇島沿印度洋海邊就有300億噸以上儲量，其次是馬來西亞、印度、墨西哥、秘魯、智利也有相當大的儲量。由于海砂礦原先被認為無商業價值，所以地質基礎工作相對較弱。隨著利用技術的不斷提高，認為海砂礦的價值大于傳統鐵礦石[4]，是將來重要的資源，而航空及地面磁測是尋找鐵礦最有效、最直接、應用最廣的物探方法[5-6]，尤其對于磁鐵礦，磁法測量更是扮演著極為重要的角色[7]。

斯烏蘭海濱釩鈦磁鐵砂礦勘查區屬印度尼西亞西爪哇省萬隆市打橫縣，位于打橫縣南約50 km的印度洋北岸，本區沒有進行過系統性的地質工作，地質資料較少。

本次工作面積為260 km2，采用1∶2.5萬的高精度航空磁測，圈定釩鈦磁鐵砂礦的空間分布，估算其資源量，為地質勘查和開采提供依據。

1 地質及地球物理概況

勘查區位于西爪哇省南濱印度洋的濱海區和海濱水域，據1∶10萬Bogor、Cianjur幅地質圖及其說明書，自爪哇島弧西段中央火山帶軸部向南至印度洋海岸邊，主要出露了自第三紀始新世以來形成的沉積巖、火山巖和侵入巖[8]。基性巖體向南突出、從陸地延伸到濱海，基性巖漿巖經過風化剝蝕及海浪的沖刷淘洗，在海濱形成次生富集。濱海砂礦體呈板狀沿東西近水平產出，厚度為8～13 m，走向長度為1～13 km，寬幾百米至數千米，礦砂中礦石礦物主要有鈦磁鐵礦 [(Fe·Ti)3O4，TiO2含量占10%～16%]、磁鐵礦、赤鐵礦等[9]，脈石礦物有石英、長石、透閃石，白云石等，礦砂中還有少量泥巖或海底松散沉積物。

1.1 巖(礦)石磁性參數

在區內濱海砂礦區用磁化率儀對砂礦露頭(45處)、非礦巖石砂土(3處)進行了磁化率測定，45個露頭點測定的鐵砂的磁化率在0.2041～0.9536(SI)之間，平均值為0.5061(SI)，具磁性；非礦巖石砂土磁化率0.003～0.004(SI)，平均值為0.004(SI)，弱磁性。礦與非礦物磁性差異較大，為磁法找礦提供了工作前提。

1.2 礦區磁性砂礦體有效感應磁化強度

勘查區地磁要素：地磁總場強度45500 nT，地磁傾角-35°，地磁偏角0.5°。根據礦區磁性砂礦體的形狀，考慮砂礦體退磁系數對感磁的影響計算礦體有效感應磁化強度。

將區內的砂礦體視為水平薄板，則正交的三軸方向的退磁系數分別為Nx=Ny=0，Nz= 1；根據區內的地磁要素和釩鈦磁鐵砂礦的磁化率，計算出礦體有效感磁強度和感磁傾角。礦體的感磁強度(Mi)：

=-6979×10-3A/m

式中：Nz=1，k=0.5061SI，T0=45 500×10-9T，μ0=4π×10-7H/m。

礦體的感磁傾角(αi)：

2 工作方法

根據本區的地質特征和地球物理條件，選擇1∶2.5萬高精度航空磁測作為本次主要工作方法。

測量所用的航磁系統由作為空中測量平臺的動力三角翼飛行器、氦光泵航磁測量系統及地面磁日變站三部分組成。

勘查區航磁測線按250 m間隔飛行，測線平均采樣點距2.2 m，平均離地飛行高度80 m，離地飛行高度常見變化范圍為72～88 m，測量面積260 km2，測量總誤差為3.9 nT。圖1為取得的航磁ΔT異常剖面平面圖。

圖1 斯烏蘭海濱型釩鈦磁鐵砂礦區航磁ΔT異常剖面平面圖和勘查區交通位置示意圖Fig.1 Aeromagnetic ΔT section plane map of Siulan coastal type vanadium titanium magnetite sand mining area and the traffic location of the exploration area

3 航磁異常解釋推斷

3.1 磁性砂礦體ΔT異常理論模型計算

為了指導航磁異常的定性和定量解釋，建立理論模型模擬區內的海濱釩鈦磁鐵砂礦體，并計算該模型在飛行高度處水平面上的ΔT異常。

模擬海濱釩鈦磁鐵砂礦體理論模型為水平薄板體，模型東西長1000 m，南北寬200 m，厚度為15 m，埋深80 m，砂礦體磁化強度為13 000×10-3A/m，有效磁化傾角-23°，偏角0°。

圖2a中的黑色虛線框所圍區域為理論模型地表投影區域。異常呈現南負北正的特征，正異常和負異常形態相似，平緩的負值異常從南至北由負值過渡到正值，礦體位于成對的正、負異常之間。圖2b中的紅色虛線框所圍區域為理論模型地表投影區域，綠黃交界線為零等值線分界處，由圖2b可見，垂向一導等值線零線基本為礦區投影邊界。

圖2 ΔT異常等值線平面圖(a)和ΔT化極垂向一導異常等值線平面圖(b)

3.2 磁性砂礦體水平投影圈定

測區位于南半球，并處于磁赤道以南的地磁南緯地區，地磁傾角I0=-35°，航磁異常具南半球地磁中低緯度地區的異常特征(參考圖2)。

橫貫區內海濱地帶的NWW-SEE走向異常帶呈典型的南負北正、負強正弱的伴生異常的特征，且正、負異常間存在寬緩的低值異常過渡帶。全區正異常極大值約200 nT，負異常最低值為-400 nT，大部分異常處于-200 nT～200 nT之間，負異常的分布范圍略大于正異常的分布范圍。

沿測區北緣跨海濱與濱海地段上，同樣分布著具有上述特征的NWW-SEE走向的異常帶，但因測區北界所限，導致該異常帶延伸中斷，形態特征不完整。

在測區南緣西段發現了兩處沿NWW-SEE向排列的南負北正伴生異常，因測區南界所限，未能采集到完整的異常數據。但可以推測在測區的南界以南的水域處還存在第三條NWW-SEE走向的南負北正伴生異常帶。

將測區內實測ΔT異常形態特征與水平薄板模型正演異常特征比較，二者相似度較高，因此認為實測ΔT異常是由水平薄板狀砂礦體引起的，砂礦的沉積環境是區內海濱地帶坡度很緩的海床。

磁性砂礦體水平投影圈定：ΔT磁異?；瘶O垂向一導異常較凌亂難以圈定，因此根據水平薄板ΔT異常呈現南負北正，礦體位于成對的正、負異常之間的特征，結合二維反演結果來圈定。圈定的礦體平面形態規整，邊界清晰圓滑，效果較好。對于航磁在區內圈出的孤立負異常或正異常，在相應部位追索“負極線”和“正極線”，分別作為劃定水平薄板狀異常體南界和北界的補充標志。礦體的主礦段南界位于SN向剖面負極值點的連線(簡稱為“負極線”)附近，主礦段北界位于SN向剖面正極值點的連線(簡稱為“正極線”)附近，其東西兩側的界線大致位于成對的正、負異常向東、西方向的尖滅處。

本測區EW向的北區帶上，航磁發現一串斷續分布的呈EW向拉長的負異常，由于測區范圍所限，異常沒有封閉。根據上述歸納的砂礦體引起南負北正對稱異常的基本特征，可以推測在已觀測到的負異常的北側區外，應存在與之“配對”的伴生正異常，從而可以將該負異常的“負極線”推斷為由南向北延伸至測區以外的礦體南界。

相反，若在測區的南界發現了單一的正異常，則可以推測在已觀測到的正異常的南側區外，應存在與之“配對”的伴生負異常。從而可以將該正異常的“正極線”推斷為由北向南延伸至測區以外的礦體北界。

根據此原則，共推斷出5處礦體主礦段，它們在地面的投影位置見“斯烏蘭海濱型釩鈦磁鐵砂礦區航磁ΔT綜合平面圖”(圖3)，圈定的5處主礦段面積約182.6 km2，占測區面積的70.2%。圖3表明整個測區存在兩條橫貫測區的NW—SE走向的砂礦帶，由測區南界發現的磁異常，可以推測出在測區南界以南，還有第三條NW—SE走向的砂礦帶。

圖3 斯烏蘭海濱型釩鈦磁鐵砂礦區航磁ΔT綜合平面圖

3.3 磁性砂礦體定量計算

為了定量估算所圈定礦體的規模，針對圈定礦體進行了2.5D模擬反演定量計算。

針對圈定的5個礦體，選擇了12、115、117、122、124、206線進行了定量反演計算。礦體的垂直斷面近似紡錘狀，略向南傾，傾角<1°，其主礦段位于異常的最大值點與最小值點之間的寬緩低值處，南、北兩端分別尖滅于異常最小值點以南和異常最大值點附近；礦體的最大厚度為25 m，位于最小值點以北300 m處，主礦段厚15～25 m，頂板在海平面下約12～15 m。

圖4為航磁124線反演的3號礦體結果剖面圖，124剖面總長為6.7 km，整條剖面正異常最大值為77 nT，位于海岸邊，負異常最低值為-104 nT，位于海岸線以南約4.2 km處。

圖4 124線航磁剖面反演結果斷面圖Fig.4 Sectional map of inversion result along aeromagnetic line No.124

砂礦體磁化強度為13 000×10-3A/m，有效磁化傾角為-23°，擬合模型向西延伸長2 km，向東延伸14 km。

從反演的斷面圖來看，礦體中間厚兩側薄，礦體最厚處位于負異常最低值北側約300 m處，剖面最北端的最大正異常正是礦體北端邊界，礦體最大厚度為25 m，礦體頂界面距水面約15 m。

3.4 砂礦體資源量估算

依據《砂礦(金屬礦產)地質勘查規范》(DZ/T 0208-2002)，采用航磁取得的礦體幾何數據和采集樣品分析數據對勘查區磁鐵砂礦進行資源量估算。

巖礦石磁化率隨著巖礦石中鐵磁性物質含量的增加而增加[10-11]，對于同一類型的磁鐵礦床，當其礦石類型相似時，可以根據已知的磁化率與磁鐵礦體積百分含量之間的關系，利用回歸分析方法，建立該礦區礦石的磁化率與磁鐵礦百分含量之間關系的數學公式，利用這一數學公式，就可以根據實測的磁化率值來確定這種類型礦石的磁鐵礦含量。

在本區選擇了有代表性的24組磁鐵礦砂樣本，進行了全鐵百分含量分析和磁化率測定，建立了本區釩鈦磁鐵礦砂磁化率與TFe百分含量相關關系曲線(表1，相關系數r=0.9)及回歸方程lg(k)=3.2452 +1.0388 lg(TFe)。

表1 釩鈦磁鐵礦砂磁化率測定值與TFe%化學分析結果統計Table 1 List of magnetic susceptibility value and TFe% chemical analysis result of vanadium titanium magnetite ore

依據航磁取得的礦體幾何數據和通過磁化率換算的鐵的含量數據，用礦體的投影面積、厚度來計算體積：V(體積)=S(水平或垂直投影面積)×M(垂直或水平方向平均厚度)，體積與砂礦密度、砂礦品位相乘即為勘查區磁鐵砂礦資源量[12]。

圈定的5個砂礦體的平面分布面積約182.6 km2，礦體的平均厚度為8～13 m，頂深2～20 m，砂礦鐵品位為20%～40%。，砂礦密度為2.3 t/m3～2.6 t/m3，計算結果見表2，估算釩鈦磁鐵砂礦總資源量為51.28億噸。

表2 印尼斯烏蘭釩鈦磁鐵礦礦砂資源量計算Table 2 List of reserves estimating of vanadium titanium magnetite orebodies in Siulan， Indonesia

4 結論

1)印尼爪哇省斯烏蘭海濱釩鈦磁鐵礦，為基性巖漿巖經過風化剝蝕及海浪的沖刷淘洗所形成的次生富集砂礦，礦體呈板狀沿東西近水平產出，礦砂中礦石礦物主要有鈦磁鐵礦 [(Fe·Ti)3O4，TiO2含量占10%～16%]、磁鐵礦、赤鐵礦等，礦體具有磁性。為配合砂礦勘查，進行了1∶2.5萬輕便航空磁測260 km2。通過對磁異常的正反演計算，結合礦區成礦地質條件，圈定礦體5個，平面面積約182.6 km2，礦體的平均厚度為8～13 m，頂深2～20 m，砂礦鐵品位為20%～40%，砂礦密度為2.3 t/m3～2.6 t/m3，并依據礦區釩鈦磁鐵砂礦磁化率與TFe百分含量的相關關系，估算釩鈦磁鐵砂礦總資源量51.28億噸。

2)海濱釩鈦磁鐵砂礦特點是分布較廣、儲量大、易于采選，全球釩鈦磁鐵海砂礦儲量有數百億噸級的規模。隨著利用技術的不斷提高，海砂礦將成為一種重要的資源，探索低成本的海砂礦勘查技術，對促進該礦種的開發利用具有重大的意義。通過印尼爪哇省斯烏蘭海濱釩鈦磁鐵砂礦勘查工作航磁應用說明，利用輕便航磁可快速發現和圈定磁異常(礦)體，確定礦體的埋深產狀，估算礦體的品位和資源量，為進一步勘查和利用提供依據。