高精度磁法在苏丹红海州佛地宛铁矿找矿中的应用

杜汉卿，刘占途，张文华，霍印峰

（1.中国冶金地质总局地球物理勘查院，河北 保定 071051；2.中钢集团天津地质研究院，天津 300181）

1 矿区地质概况

苏丹的佛地宛（Fodikwan）铁矿床产于红海州的红海山脉（北纬21°44’33”；东经36°42’42”），矿区位于国际港口苏丹港以北，穆罕默德高勒港以西50 km处。

矿区所处大地构造位置为撒哈拉地台的阿拉伯－努比亚地盾。区域主要出露元古宇基底岩系，由下而上分别为［1］：①中、古元古界Kashebib群：主要为花岗片麻岩、角闪岩、石英岩和混合岩；②新元古界Hafirdeib群：主要为一套变质岩和变质中酸性火山岩构成；③新元古界Awat群：主要岩性为砾岩、粗砂岩、泥岩、流纹岩、英安岩和安山岩。区域的火成岩均为新元古代形成，有较早的岩基状花岗岩、以辉长岩为主的中基性侵入岩、较晚的岩株状花岗岩；与火山活动同期的次火山岩亦很发育（图1）。

佛地宛铁矿区出露岩石以新元古代火山岩为主，分布在矿区的中部靠近铁矿体的部位，主要岩性为安山岩，安山玢岩；有些部位的火山岩呈侵入产状，或沿断裂、裂隙穿插于地层及花岗岩中，推测为火山构造中的侵出体，或为次火山岩体。火山岩的周围为元古代花岗岩体占据，主要岩石类型为斑状花岗岩、黑云母花岗岩、钾长花岗岩。

矿区内不同方向的断裂十分发育，控矿的断裂为NE向断裂，走向40°～60°，倾向SE，地表出露约800 m，铁矿体产于该组断裂之中；成矿后有一组断裂切错铁矿体，走向310°，向SW倾，倾角较小，近于水平，铁矿体被切错，西盘向北平移，断距近100 m，推断该断裂为右行逆掩性质。

佛地宛铁矿床共由3个铁矿体构成。矿体主要产于安山岩－次安山岩中的断裂构造及裂隙中，严格受断裂的控制。地表出露的铁矿体呈脉状，走向25°，倾向SE，倾角30°～50°。铁矿石的品位变化较大，不稳定，矿石w（TFe）最高64.93％，最低43.84％，平均55.29％；赤铁矿石的品位较高，而磁铁矿石的品位较低。矿石中w（S）＝0.026％～0.047％，w（P）＝0.17％～1.98％；w（TiO2）＝0.72％～2.67％。

矿石为中粗粒状结构，以致密块状构造为主。矿石的矿物成分简单，以赤铁矿、磁铁矿为主，磁性不均匀；其次为褐铁矿，脉石矿物较少。

图1 苏丹佛地宛秩矿区域地质略图Fig.1 Regional geological map of Fodikwan iron deposit in Sudan

矿床围岩蚀变的类型有青磐岩化、绿泥石化、绿帘石化、钠长石化、高岭土化、碳酸盐化、硅化等。蚀变的分带特征不很明显，在空间上与铁矿化具有着较密切的联系，是成矿过程中的产物。由矿床地质特征判断，佛地宛铁矿床属与元古代火山作用有关的火山－次火山热液裂隙充填型铁矿床。

2 矿区岩（矿）石的物性特征

矿区岩、矿石物性参数统计结果（表1）说明：该区除磁铁矿矿石具有高磁特征外，其他岩（矿）石多为中低磁背景。由于矿区赤铁矿－假象赤铁矿与磁铁矿的混染比较严重，导致矿石的磁性非常不均匀，在赤铁矿－假象赤铁矿含量高的部位往往显示为无磁性或者是弱磁性。

根据磁化率实测结果（表1）显示，工作区内不含磁铁矿的岩（矿）石的磁化率很低，磁场上一般没有异常反映；含磁铁矿的岩石磁性强，往往形成宽度不大的窄、陡异常。

宏观上，全区的地磁异常主要集中在铁矿出露的部位，正负背景场同时出现，异常展布方向多呈NE-SW向。

3 工作方法

在佛地宛铁矿区内建立5个永久性的测量控制点，以此为基础实施1∶5 000比例尺的磁法测量布网，同时开展了工区地形测量，获得了工区的三维地形图。

佛地宛铁矿区铁矿体与围岩的磁性差异较为明显，磁法测量能够清晰地区分矿体与围岩。佛地宛铁矿区为1 km ×4 km的长方形区域，根据矿区铁矿露头走向NE的特点，布置测线的方向为NW向。共布测线81条，每条测线长度1 km，磁法勘测点共计4 131个点。磁法测量的网度为50 m×20 m，使用的仪器为GSM-19磁力仪。

表1 矿区岩（矿）石磁化率测定统计Table 1 Susceptibility parameter statistics of rock and ore of Fodikwan iron deposit

GSM-19磁力仪的主要性能指标：

灵敏度：0.1 n T；

分辨率：0.01 n T；

绝对精度：1 n T；

量程：20 000～120 000 n T；

梯度容限：＞7 000 n T/m；

采样率：3～60 s/次。

对磁测数据进行了日变改正、正常场改正和高度改正。日变改正采用GSM-19磁力仪所配制的校准程序进行；正常场改正和高度改正由中国地质大学磁法勘探软件系统（MAGS 2.0）自动完成。

对磁测数据反演时采用的参数主要是矿体的磁化强度、矿体的几何参数。采用人机交互反演方法。目前在高精磁测应用方面比较成熟的定量方法是位场的二度半解译，它主要采用二度半体逼近三度体的校正迭代反演技术与实时正演拟合技术，实现高精磁测人机联作解译。

4 磁异常特征及解释推断

4.1 磁法ΔT平面特征

在低纬度地区，观测得到的磁场形态远比在中、高纬度地区相同地质条件下复杂得多，具体表现为磁异常远比地质构造复杂，负异常明显，伴生异常增多；而中、高纬度地区的异常分布形态与地质构造的对应关系较为明显［2］。佛地宛铁矿区正负异常相伴而生，负异常明显，如表2。

工区的负异常特征明显，这是因为在以水平磁化为主的条件下，磁性体产生的ΔT异常主要由水平分量构成［3］。在解译前，对ΔT异常做了化极和向上延拓处理。绘制出工区的地面高精度磁测ΔT等值线平面图（图2）和平面－剖面图（图3）。

从图2，图3可以看出，ΔT磁异常总体呈NESW向延展，磁异常的长轴方向与铁矿体的走向基本一致。在该区有3个很明显的正异常高值集中区，围绕着正异常高值区的周围有很明显的负异常高值集中区。结合野外地质特征，3个明显异常区中的2个高值集中区（包括正、负）与地表铁矿体的分布相当吻合（正负异常高值集中在长1 000 m的区域内），异常总体长度约2 000 m，宽度500 m左右，走向为NE向，初步推断为铁矿体引起，磁场的ΔT正值的最大值为16 564.2 n T，负值的最大值为－7 298.73 n T。

表2 佛地宛铁矿部分测点磁ΔT值统计表Table 2 Statistics ofΔT value at some points surveyed

随后在3个异常区布置了3条精测剖面，剖面线垂直于异常走向方向布设，有效磁化强度方向向上。实测ΔT值经化极处理并进行2.5维人机交互反演（图4）。

通过反演推断，认为铁矿体的倾角较陡，规模较小，向深部延伸有限，磁性体最大延深为距地表200 m左右，由地表向下磁性体局部为板状体，有些地段则呈长宽相近的形态产出，在矿体的延展方向上，磁性体的产状也会发生改变，正如图4的反演剖面显示，磁性体既有向NW倾（300°）的，也有朝SE倾（120°）者，这与火山热液铁矿床的特点相符。

4.2 磁化率三维反演及模型

图2 佛地宛铁矿区磁法平面等值线图Fig.2 Plane isoline map of magnetic anomaly at Fodikwan iron deposit

图3 佛地宛铁矿区磁法平面－剖面图Fig.3 Magnetic anomaly profile on plane of Fodikwan iron deposit

图4 2.5维反演剖面Fig.4 2.5-demension inversion profile蓝线：实测曲线 红线：正演曲线 绿线：拟合曲线

磁化率三维成像技术以大量的不同磁化率的网格剖分单元的组合来模拟地下复杂的磁性体，每个网格单元与磁异常数据之间为线性关系。从刻画地下复杂磁性体的灵活性和对观测数据的拟合能力来说，磁化率三维成像技术相比于传统磁测数据解译手段具有非常大的优势［4］。为使磁测数据的解译结果能够刻画复杂的磁性体，利用高精度磁测实测数据，运用磁化率三维成像技术反演磁测数据，建立铁矿体的三维空间模拟图像。通过三维建模，可以更好地研究矿体的空间形态特征，更好对矿体向深部的延伸方向及三维空间形态做出合理的判断。

图5 反演磁化率三维模型平面图Fig.5 3-demension model for the inversed susceptibility plan

图6 佛地宛铁矿磁化率三维反演模型多角度效果图Fig.6 Muti-angle view of 3-demension model for the inversed susceptibility of Fodikwan iron deposit

图5为经过反演计算得到的佛地宛铁矿磁化率三维模型平面图。通过与ΔT平面图相对比，取0.08（模型计算系数）作为异常下限，在最大程度上与地表磁性异常相吻合。三维图像显示，铁矿体在地表以下有近乎垂直的延伸，但是总体面积不大。

从三维反演模型多角度效果图（图6）可以直观地看到，磁性体在深部总体呈垂直向下延伸的状态，没有明显的倾斜方向，但是显示出向30°方向侧伏的趋势。由此推断，磁性体是沿主断裂贯入的，铁矿的形成与断裂构造关系密切。

反演成像结果与已知的地质信息吻合得很好，且给出了深部矿体的空间分布信息，说明反演解译取得了较好的效果。由此可见，基于地质基础的高精磁测2.5维人机交互反演方法和磁化率三维成像技术联合解译深部地质体的方法能够有效地集成近地表地质实测信息和高精磁测异常信息，从而可以对矿带或矿集区范围内三维地质体建模，这弥补了以往仅依靠一系列规则、连续性强的钻孔或剖面数据推测地质体方法的不足，对于深部找矿、靶区圈定和定量资源评价等工作具有较现实的意义［5］。

5 结语

通过2.5维人机交互反演和磁化率三维反演模型两种方法，联合解译佛地宛铁矿区铁矿体地表及其深部矿体特征，通过反演结果显示出矿体的赋存状态、规模大小和延伸深度。钻孔最终验证的结果与其解译的结果相吻合。这表明，两种方法联合应用于苏丹佛地宛铁矿实测数据的解释获得了很好的效果。

［1］ Geological map of the Sudan（1∶2 000 000）［M］.Khartoum：Geological ＆Mineral Resources Departement of Sudan，1981.

［2］ 姚长利，管志宁，高德章，等.低纬度磁异常化极方法——压制因子法［J］.地球物理学报，2003，46（5）：690-696.

［3］ 赵百民，郝天珧，徐亚.低纬度磁异常的转换与处理［J］.地球物理学进展，2009，24（1）：124-130.

［4］ 杨波.三维光滑磁化率成像反演及在大冶铁矿的应用［J］.地球物理学进展，2010，25（4）：1433-1441.

［5］ 王功文，张寿庭，燕长海，等.基于地质与重磁数据集成的栾川钼多金属矿区三维地质建模［J］.地球科学——中国地质大学学报，2011，36（2）：360-366.