高精度磁測反演技術在磁異常區找礦中的應用
——以魯西地區谷山鐵礦為例

張斌，張海衡，唐榮慧，周強，王東平*，劉偉，馬偉

(1.山東省物化探勘查院，山東省地質勘查工程技術研究中心，山東省土壤地球化學工程實驗室，山東 濟南 250013；2.鄭州工商學院，河南 鄭州 451400；3.山東正元建設工程有限責任公司濟南分公司，山東 濟南 250101)

0 引言

BIF型鐵礦是世界鐵礦石的主要來源之一，也是魯西地區鐵礦床的主要類型,該類型鐵礦儲量和開采量均占山東省首位[1-8]。蒼嶧鐵礦成礦帶為一大型“鞍山式”磁鐵石英巖型鐵礦成礦帶[9-12]。谷山礦區位于蒼嶧鐵礦成礦帶的西延部分，行政區劃屬棗莊市市中區齊村鎮。根據1∶20萬航空磁測工作圈出的呈近EW向展布的磁異常，2011—2016年山東省國土測繪院、山東省物化探勘查院在谷山地區開展鐵礦普查工作，通過對條帶狀分布的磁異常區進行物探、地質查證及鉆探驗證，取得良好的找礦效果。本文以谷山鐵礦為例，通過對地表高精度磁測數據進行2D反演處理和井中三分量磁測等物探工作，解釋分析了隱伏磁鐵礦體的磁異常特征，為直接有效探測隱伏磁鐵礦體提供地球物理依據，通過鉆探驗證，證明了高精度磁測反演技術的有效性，提供了勘查實例，探討了礦床成因，分析了礦區的找礦前景，為進一步勘查工作提供科學依據。

1 區域地質概況

谷山礦區位于華北板塊、魯西隆起區內，跨尼山-平邑斷隆的尼山凸起和棗莊斷隆的嶧城凸起兩個Ⅴ級構造單元[13-15]。

區域內新太古代泰山巖群與鐵礦成礦關系密切，該時代地層構成變質結晶基底，巖性主要為山草峪組黑云變粒巖夾淺粒巖、條帶狀磁鐵石英巖；新元古代、古生代和中生代沉積巖形成蓋層并廣泛分布，第四紀地層主要分布在地勢低洼處和溝谷兩側(圖1)[16-18]。

1—第四系；2—二疊紀石盒子群；3—石炭-二疊紀月門溝群；4—奧陶紀馬家溝群；5—寒武-奧陶紀九龍群；6—寒武紀長清群；7—泰山巖群；8—新太古代紅門序列魏家溝單元；9—新太古代傲徠山序列兔耳山單元；10—新太古代黃前序列西店子單元；11—鐵礦體；12—航磁異常等值線(單位：100nT)；13—斷裂；14—礦區范圍圖1 研究區基巖地質圖

本區遭受了多期次的構造運動并留下了較豐富的構造行跡，基底區構造形跡主要有多期多相韌性變形構造、條帶狀構造、柔流構造、片麻理構造及片理構造；褶皺構造樞紐近于平行，緊密排列，強烈的變質變形作用形成一系列相間出現、平行產出的復式倒轉背斜和復式倒轉向斜[19-20]。

蓋層區以棗莊斷裂為界，北側尼山凸起內蓋層表現為總體向E或NE方向緩傾斜的單斜構造，常形成單面山；南側嶧城凸起內主體為棗莊向斜。

巖漿巖與多期的構造活動相伴生，新太古代晚期二長花崗巖、花崗閃長巖，侵入于新太古代泰山巖群中。

2 地球物理特征

2.1 區域航磁特征

航磁顯示本區磁場為2條NW走向帶狀異常，并伴生負異常[21-22]。其中M1異常有兩個峰值分別為800nT和1100nT；M2異常為單峰異常，異常峰值為500nT(圖2)。結合區內地質情況推斷M1磁異常為已知蒼嶧鐵礦卓山礦段引起，M2磁異常為含磁鐵礦超基性巖引起。

1—航磁ΔT正等值線及標注(單位：100nT)；2—航磁ΔT零等值線及標注；3—航磁ΔT正等值線及標注(單位：-100nT)；4—礦區范圍圖2 研究區航磁異常圖

2.2 物性特征

區內“鞍山式”鐵礦石磁性最強，變質巖系及巖漿巖次之，沉積巖蓋層磁性最弱[23-25]。根據磁性強弱，參照區域物性特征將區內巖(礦)石分為四種類型，即強磁性的磁鐵礦石類、磁性不均勻的變質巖類、巖漿巖和弱磁性或無磁性的沉積巖類[26]。礦區內磁鐵礦石與變質巖、巖漿巖、沉積巖的磁性存在明顯差異。當鐵礦體達到一定規模時可引起高磁異常。地質體的磁性差異是利用磁法尋找鐵礦的物性前提條件[27]。

3 勘探方法

基于礦區內巖石物性特征，針對航磁異常，開展1∶1萬高精度磁測、1∶1萬地質測量進行異常驗證，并預測礦體范圍。實施1∶2000地質測量、1∶2000高精度磁測剖面判斷礦體產狀。槽探、鉆探工程驗證、追索，了解礦體特征和礦體規模。利用井中三分量磁測，確定鉆孔穿過礦體(層)的部位，探測井旁和井底的盲礦體。

4 磁異常特征及解釋

1∶1萬地面高精度磁測工作在礦區內圈定了兩處磁異常，從南向北依次編號為C1、C2(圖3)。兩異常位置分別與區域M1、M2異常對應，形態吻合也較好。

1—正異常ΔT等值線及標注(單位：nT)；2—負異常ΔT等值線及標注(單位：nT)；3—異常區位置及編號；4—磁測剖面及編號；5—見礦/未見礦鉆孔；6—礦區范圍圖3 礦區磁異常分布圖

4.1 C1異常

異常走向EW，位于劉莊西側。以ΔT大于400nT圈定，異常帶走向110°左右，長約700m，寬約300m，ΔT值在800nT左右，局部可達到2200nT。北側異常等值線較為密集，南側異常等值線較為稀疏。負異常出現在異常帶北側。異常形態呈條帶狀，西邊窄，向東變寬出礦區范圍。從異常形態推斷，地下磁性體為平板狀。

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使用中國地質調查局的RGIS軟件對剖面進行了2D反演，參數選擇見表1。

表1 反演參數統計表

以CP4磁測剖面為例，剖面走向近SN向，剖面長700m。異常曲線呈現兩個峰值，其中250號測點處峰值較小為900nT，350號測點處峰值較大為1706nT，推斷為兩個礦體引起異常。其中250號測點處異常左翼較緩、右翼較陡，推斷礦體西南傾。350號測點處異常左翼相對于右翼要緩，推斷地下地質體向SW傾斜。利用切線法確定250號測點處頂板埋深為25m，350號測點處頂板埋深為70m。

利用RGIS二維反演得出，C1磁異常應由兩個板狀磁性體引起(圖4)。其中250號點異常頂板埋深25m，厚度5m，下延80m，SW傾，傾角53°。350號點異常頂板埋深65m，下延190m，厚度8m，SW傾，傾角53°。

在C1異常實施6個鉆孔(圖3)，圈定2個礦體(編號為Ⅰ號、Ⅱ號)，Ⅰ號礦體平均TFe 28.48%，mFe 19.67%；Ⅱ號礦體平均品位TFe 28.15%，mFe 18.81%。兩礦體呈似層狀平行產出，礦體傾向190°，傾角80°左右。

鉆孔內進行井中三分量磁測，以4號勘探線為例，ZK6-1孔中ΔZ與ΔH⊥(ΔH∥)曲線，在155.8～171.8m井段檢測到明顯磁異常(圖5)，經鉆孔取樣驗證為鐵礦層，其余井段無明顯異常或異常較弱。鉆探驗證深度與反演推斷結果基本吻合。而ZK6-2孔在230.55m以及275.50～307.05m井段經樣品驗證為鐵礦層，顯示礦體在傾向方向連續性良好。

圖5 ZK6-1柱狀圖及井中三分量磁測

從鉆孔ZK6-1的ΔH′和ΔZ的曲線形態分析，在110m以上，ΔZ曲線平緩，在零值附近波動。110～125m井段ΔT′矢量有明顯匯聚趨勢，指向北方位，應為礦體頭部引起的反應；在150～175m井段，ΔZ的曲線正值異常達到最大，ΔT′矢量有明顯發散趨勢，指向鉆孔南側，應為礦體尾部的反應。

在170～259m井段，ΔZ曲線平緩，在零值附近波動，ΔT′矢量較弱、發散，推斷鉆孔底部無盲礦體存在。

根據實地勘查，C1異常東部為卓山鐵礦所在位置，并且此處已開采出磁鐵礦，經鉆探驗證確認，C1異常為新太古代泰山巖群山草峪組中所賦存的磁鐵石英巖引起所致。

4.2 C2異常

C2異常位于礦區北部，西安樂窩村莊北側。異常值幅度要小于C1異常，走向近EW向，異常最大值800nT左右，異常寬度在200～400m，長約1000m。

反演剖面走向為SN向，剖面長950m。異常曲線呈現單峰，其中480號點處峰值最大為800nT，異常變化比較平緩，平面跨度為320m，異常左翼較緩、右翼較陡，推斷礦體S傾。利用切線法確定磁性體頂板埋深為50m。通過2D反演結果為磁化率500A/m，磁性體向S緩傾，延深310m，厚度75m；結合物性參數推測該磁異常為含磁鐵礦較低的巖體引起。后經機械巖心鉆探驗證，磁性體為含磁鐵礦變輝石角閃石巖。巖心取樣顯示，巖石TFe平均含量14.14%，mFe含量在4.31%～10.50%之間,平均6.81%。

5 礦床成因

谷山礦區鐵礦隸屬蒼嶧鐵礦帶西延,根據鐵礦成礦物質來源及形成機制其成因應屬于變質火山-沉積鐵礦[28],即BIF型鐵礦。

新太古代魯西地區沉積了巨厚的鈣泥質、泥砂質、砂質和基性火山巖建造，火山噴發大量的硅鐵質，經海水搬運沉積及分異沉淀作用使鐵質得到了初步沉淀富集。中溫中壓環境下的區域變質作用，使原巖物質發生了重結晶作用，鐵質進一步富集，形成了磁鐵礦、角閃石、石英、黑云母等礦物組成的變質沉積型鐵礦[29-30]。

6 找礦前景分析

礦體賦存于泰山巖群山草峪組地層內，該巖組中含磁鐵角閃片巖、磁鐵石英巖、角閃石英巖發育層位為賦礦有利地段，且含礦巖層相對穩定。

從區域航磁資料和礦區高精度磁測結果看，磁異常在礦區以西仍有延伸，推測為鐵礦層引起，鉆探工程控制在礦體西端沒有封閉，為進一步找礦方向。在礦區深部，鉆探工程控制的礦體同樣未封閉，與鄰區卓山鐵礦類比，礦體在-300m標高之上連續存在，說明礦體向深部仍具有較大的延伸，可作為將來找礦方向。

7 結論

(1)新太古代泰山巖群山草峪組地層是尋找“鞍山式”鐵礦的有利層位。該組中含磁鐵角閃片巖、磁鐵石英角閃巖、磁鐵角閃石英巖發育層位為賦礦有利地段。

(2)在磁鐵礦體分布地段，可引起明顯的高磁異常，ΔT強度一般在1200～2600nT左右。經鉆探驗證，異常與礦體基本吻合。因此，高精度磁測異常是尋找同類型鐵礦的間接標志。

(3)鉆探驗證控制的磁鐵礦體與利用計算機進行2D反演推斷的磁性體，產狀相近、位置基本吻合，說明2D反演計算可有效地在谷山礦區指導鉆探工程布設。