地面高精度磁测在寻找隐伏铜铁矿的应用

柳康伟， 曹礼刚, 吴 兴， 邱 林， 彭江英， 罗方兵

(成都理工大学 地球物理学院,成都 610059)



地面高精度磁测在寻找隐伏铜铁矿的应用

柳康伟， 曹礼刚, 吴 兴， 邱 林， 彭江英， 罗方兵

(成都理工大学 地球物理学院,成都 610059)

铜铁矿作为生产需要是最为重要的金属资源之一，其需求量不断提高。石龙铜铁矿是拉拉铜矿外围又一大型铜铁矿床，随着矿区开采的深入，为确保矿产资源的可持续供给，在矿区外围寻找隐伏矿体成为勘探的重点。在该区主要运用高精度磁测方法，对寻找矿床空间位置、埋深、规模等效果明显。通过分析从矿区到外围的磁异常特征，并结合电磁法的电性特征，推断出了矿区外围可能存在的赋铁矿构造带，为下一步寻找深部隐伏矿的工作打下了基础。

高精度磁测； 石龙铜铁矿； 磁异常； 隐伏矿体

0 引言

石龙铜矿地理位置位于四川省会理县境内，矿区分布在康滇地轴的中南段区域内，属于拉拉铜矿区的边缘。自1956年对拉拉铜矿开展系统地质勘查工作以来，众多学者对该矿床进行了大量卓有成效的科研工作。孙燕等[1]从成矿的物理化学条件及成矿物质来源等方面，认为拉拉铜矿床是一个层控型的火山沉积-变质铜矿床；周家云等[2]通过研究构造成矿动力学机制认为矿区经历了早中晚期的成矿元素侵入富集、冲断迁移和褶皱改造等几个演化阶段后，形成了东西向和南北向构造叠加格局；后来周家云等[3]又通过分析辉长岩群的主量元素、微量元素、稀土元素和Sm-Nd同位素，认为扬子地台西缘超大陆裂解的岩浆事件与矿床之间很可能有紧密的热动力学联系；朱志敏等[4]认为拉拉铜矿属于典型的铁氧化物铜金矿床。前人做了大量的研究拉拉矿区的研究工作，积累了丰富的研究资料；加之大量的钻孔勘查以及多年的勘探研究和生产开发，矿区的储量和储存状态已基本上得到了确认。但是这些研究是局限在拉拉铜矿，随着矿区开采的深入，为确保矿产资源的可持续供给，在矿区外围找到隐伏矿体势在必行[5]。

作者在前人做的研究基础上，开展向外围找矿的研究工作。以综合物探方法找矿的思路，运用高精度磁测、音频大地电磁法和激发极化法等综合勘探研究，其中以高精度磁测在测区中的应用为主，同时用音频大地电磁和激发极化法辅助分析研究，以相互印证。通过1:10 000高精度磁测的勘探研究，利用高精度磁测在矿产勘探中的优势，寻找拉拉外围(石龙铜矿)的隐伏矿体。

1 地质地球物理概况

1.1 地质构造背景

矿区位于扬子古板块川滇岛弧带的西南边缘[1]、康滇地轴中段，在东西走向金沙江褶皱带与川滇构造带的交会部位。矿区及其外围有过多期次构造发育，依次经历了康滇运动、东川运动、会理运动以及晋宁运动等造山褶皱运动，并经历了火山地堑阶段、岩石圈绕曲拗陷过渡和沉降阶段、回返褶皱封闭阶段等[2]，形成了矿区地层总体受近东西向构造和断层控制(图1)。F1断层是矿区内最重要的东西走向断层，被F13、F19、F27、F29等断层所切断，它们控制着含矿岩体的分布和矿体的延伸与富集。石龙铜矿区就处于这些断层控制区域的边界，其外围存在含矿潜力。

图1 拉拉铜矿矿区示意图

区内地层发育基本完整，出露的地层包含元古代震旦系河口群(含落凼组、大团箐组、新桥组和天生坝组)、东川群和会理群(小青山组)，以及中生代三叠系、侏罗系和白垩系等。河口群由一套偏碱性的变质火山岩和变质海相沉积岩所组成，岩石变质程度为高绿片岩相至角闪岩相，岩性为(磁铁)石榴黑云片岩、(磁铁矿)石英钠长岩、大理岩以及云母石英片岩，矿床的工业矿体均赋存于河口群地层中[6]。其中，落凼组和天生坝组为重要的含矿层位，大团箐组的炭质板岩是重要的标志层位。

1.2 地球物理特征

区内岩石物性参数的研究，对异常分析和解释非常重要。矿区矿石主要为石英钠长岩、黑云石英片岩、石榴黑云片岩等岩性，矿物成分主要包含了黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、辉钼矿、斑铜矿、辉铜矿、赤铁矿等(含少量磁黄铁矿、碲钯镍矿等)，矿物中含有用元素除主金属铜、铁外，还有钴、铝、磷、硫、稀土等十余种元素[7-8]。从区内出露的含矿岩石分布情况来看，主要分布于矿区南部和西部，且受构造断裂和层位控制，常以大小不等的环绕小岩体、岩床、岩墙和岩枝边缘接触带附近分布产出。

在开展地面磁测工作前，广泛收集和采集了大量的岩石标本，采集范围涵盖了石龙矿区内部以及外围的红泥坡、板山头等区域，并遵循各类岩石不少于30块的原则。调查并完成了标本磁性测试工作，表1为标本磁性参数的测量结果。从表1可以看出，含磁铁矿黑云母片岩和钠长岩为强磁性，辉绿岩、变质砂岩以及炭质板岩等为弱磁性或无磁性岩石。物性测试研究反映了区内含铜铁矿物质的分布特征，也为地面磁测的处理、解释提供了比较好的依据，对区内寻找矿体分布具有一定的找矿意义。

2 测区概况及数据采集

磁法勘探是以目标物磁性(磁化率和剩余磁化强度)特征为基础，通过观测研究有关恒稳磁场(静磁场)空间分布获取探测目标有用信息的一类物探方法。在石龙矿区的找矿工作中，随着开采的不断深入，地表露头矿已越来越少，找矿主体对象已由原来的露头矿转向寻找深部隐伏矿为主，找矿难度逐渐增大，特别是面对隐伏多金属矿，传统的物化探方法的有效性已经受到严峻挑战。因此，利用地面高精度磁测，并辅以电磁法勘探成果，从矿区内部到矿区外围，从“已知”到“未知”，在矿区外围查探成矿条件成为必行之路。

表1 矿区标本磁性参数测试表

为了完成根据已有的矿体、矿床分析，查明矿异常引起的磁异常的分布、火成岩体分布及断裂构造等为主要目的勘探工作，并考虑到测区内各种外部干扰因素的影响，设定高精度磁测的工作比例为1∶10 000，布置正南北方向测线21条，测线间距为100 m，各测线长度均为2.0 km，各测线上测点间距为20 m，总控制面积为4 km2；并设计了一条横跨采矿区的高精度磁测剖面，长约2 km，点距为10 m。

磁测数据在采集完成后、资料处理前，除了需要对原始记录数据进行整理、筛选、检查等预处理工作外，还需要进行日变校正、高程校正以及正常场校正等工作。利用上述整理计算得到的地磁异常数据，可绘制得到相应的磁异常剖面曲线和平面等值线图，图2和图3分别为高精度磁测剖面曲线和磁异常平面等值线图，其中精测线位置如图3中黑线所示。

图2 高精度磁测剖面图

图3 实测磁异常等值线图

3 方法简介及模型试算

对磁测资料进行处理和解释，通常采用延拓换算、导数计算和异常分离等位场转换方法，以及各种参数反演计算，针对不同的实际地质问题采取不同的处理方法。 针对斜磁化使得磁异常曲线变得相对复杂的问题，采用化到地磁极(简称“化极”)或磁源重力计算可以简化异常，便于分析和解释[9]；针对实测资料的叠加异常，为了消除干扰或反映不同深度异常体的规模和产状，常采用异常分离方法将不同埋深的异常体产生的异常分离出来[10]。为了简化本次高精度磁测的异常曲线(图3)并更好地反映深部磁性体的分布特征，本次选择的处理方法为化极和插值切割法技术。

化到地磁极的频谱计算式[11]为式(1)：

(1)

插值切割法的基本原理是将实测异常数据G(x,y)看作是由区域异常R(x,y)和局部异常L(x,y)叠加组成[10, 12]，即

G(x,y)=R(x,y)+L(x,y)

(2)

区域异常R(x,y)的计算构造式为式(3)[13]。

(3)

式中：R为切割半径，一般来说R越大，局部异常反映的深度就越大。

为了验证上述方法的有效性，设计了三个垂直棱柱磁性体，其中两个大小、磁性、埋深等参数相同且埋深较浅，另一个棱柱体大小和埋深均较前两个要大。根据模型正演得到的实际磁异常等值线如图4所示，由于在斜磁化条件下，磁异常形态及其与磁异常体的关系要复杂的多，经过化极处理后(图5)磁异常曲线变得更简单规则、异常值变大，便于处理和解释。再将化极磁异常做异常分离得到不同深度的异常，如图6所示，可见异常分离能将叠加的浅部和深部的异常分离出来分别分析，提高了资料的定性、定量解释能力。

4 磁测数据处理与结果分析

图7是实测磁异常的化极处理结果，异常极大值变大且向北偏移，异常形态更加简单规则，异常主要呈南北向展布，且分别被F27和F29断层所控制，对应磁异常变化幅度最大的区域(图7中M1和M2)便是石龙铜铁矿开采区。矿区异常总体走向东西或北东向，矿床受到断裂构造和两期构造控制[2]，其中M1和M2的磁异常呈高磁异常，而在其走向两侧呈明显的低磁异常(简称“一高夹两低”)，即该地区成矿的磁性构造模式，也是采用磁异常找矿的标志性特征。从矿区外围(F27西侧和F29东侧)的磁异常反映来看，西侧存在两处较高磁异常区域(M3和M4)，而东侧磁异常更弱且范围更大(M5)，这几处异常都呈现上述构造特征，可能是赋铁矿有利构造区带。

为了更好地反映异常体在地下不同深度的分布形态和规模，对上述磁异常采用层分离技术[10]，将异常分解为视深度为0 m～500 m的各层层异常，如图8所示。可见，图8(a)和8(b)中磁异常分布零散，异常范围小，反映了浅部异常体(包括地面干扰等)的分布情况；随着深度加深(图8(c)和8(d))，异常范围变大，M3、M4和M5等区域的异常形态也逐步呈现出来，异常规模增大，分别呈北西和北东走向，与断层构造走向一致，说明了这些区域的磁异常体受断层所控制且埋藏较深。另外，从大地电磁测深和激电测深的断面结果(图9)来看，这些异常点在地下的电性特点呈现低阻高极化的特征，因此推断这些异常区为赋铁矿构造带。该成果可以指导钻探工作的开展，也需要钻孔地质资料的进一步验证。

图4 模型磁异常等值线图

图5 化极磁异常等值线图

5 结论

高精度磁测在石龙铜铁矿外围寻找隐伏矿体的应用研究，进一步证明了该方法在在寻找隐伏矿体的实用性和有效性，可作为综合物探方法中一种重要的勘查方法。

1)根据矿区磁异常特征，采用从矿区到外围、从已知到未知的勘探思路，并结合电磁法勘探成果和前人的研究资料，推断出了5处可能的赋铁矿构造带。

2)通过数据和资料分析，了解了拉拉(石龙)地区的成矿模式，即磁异常呈“一高夹两低”、电性呈低阻高极化、受断层褶皱等构造控制的特征。

3)磁异常资料的化极和层分离技术可以很好地反映地下不同深度异常体的位置、产状及规模，但单一的物探方法对地质异常体很难做定量解释，需辅助其它物探方法对其进行综合解释，必要时还需要一定的钻探工作进行验证。

图6 异常分解图

图7 化极磁异常等值线图

图8 不同视深度磁异常分解图

图9 精测剖面

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Application of ground high precision magnetic method in prospectingconcealed copper and iron

LIU Kang-wei, CAO Li-gang, WU Xing, QIU Lin,PENG Jiang-ying, LUO Fang-bing

(College of Geophysics, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

Copper-iron deposit is one of the most important metal resources in the need of production, and its demand is picking up. Shilong copper-iron is a large deposit in periphery of LaLa copper. With the mining depth, and ensure the sustainable supply of mineral resources, it become the focus of exploration that search concealed deposits in periphery of mining area. The high precision magnetic method is mainly used in this area, it is one of effective ways to search concealed deposits, and it is remarkably effective to find out spatial distribution, depth and size of deposits. Analysed magnetic signatures range from mining area to its periphery, and combined with its electrical characteristics, educed potential iron ore tectonic belt in periphery of mining area. The results can be used as a guide for the deep geological prospecting.

high-precision magnetic survey; copper and iron in Shilong; magnetic anomaly; concealed deposits

2015-03-30改回日期：2015-04-23

地质调查项目(12120113095100)；四川省教育厅项目(13ZB0062)

柳康伟(1887-)，男，硕士，主要研究深部地球物理与地球动力学，E-mail：wylxing@foxmail.com。

1001-1749(2015)05-0592-07

P 631.2

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.05.08