纳米比亚北部隐伏断裂构造的航磁异常解释

严文婕, 刘小胡, 朱文斌, 张　会, 张　云, 李　富,, 高　勇, 林建明, 郑　伟

(1.南京大学地球科学与工程学院，江苏南京210093； 2.江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007)

纳米比亚北部隐伏断裂构造的航磁异常解释

严文婕1，2, 刘小胡2, 朱文斌1, 张会2, 张云2, 李富1,2, 高勇2, 林建明2, 郑伟2

(1.南京大学地球科学与工程学院，江苏南京210093； 2.江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007)

摘要：对纳米比亚北部EPL4305矿权区及外围的航磁异常数据，采用多种不同的方法进行处理，并对比处理前后的异常特征，结合地质资料，推断了多条断裂构造带。在重点地段切取图切剖面，进行2.5D正反演计算，以进一步验证推断的隐伏断裂构造带的可靠性。

关键词：航磁；化极；延拓；2.5D正反演；纳米比亚

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2015.03.456

中图分类号：P631.2+4

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2015)03-0456-06

收稿日期：2014-12-22；修回日期：2015-03-02；编辑：陆李萍

基金项目：国外矿产资源风险勘查项目“纳米比亚EPL4305矿权区铜多金属矿普查”(苏财建(2010)366号)

作者简介：严文婕(1985—)，女，工程师，硕士，构造地质专业，主要研究方向为构造与成矿，E-mail：53405863@qq.com

0引言

通过研究地球物理场特征，可推断解释找矿有关地质问题，查明构造层分布与接触关系、容矿层与含矿层物性特点，了解隐伏岩体埋深产状，研究隐伏褶皱与断裂，查明火山盆地深度与火山机构。磁法作为地球物理方法中的一种重要勘探方法，是通过分析岩矿石的磁性差异和磁场特征，探测和研究地质体构造和矿产资源分布形态的一种物理方法(熊光楚,1994;卢吉成等,2012)。

21世纪以来，国外航磁数据处理技术的发展非常迅速(Ross et al,1996)，澳大利亚 Encom Technology公司开发了 ModelVision Pro、Profile Analyst Pro、QuickMag Pro等多套处理解释软件(郭良德,2000)。ModelVision Pro 9.0能够实现复杂地质条件下各种航空重磁数据的三维建模，并能达到快速正演模拟的目的; QuickMag Pro能根据所选航磁异常实现快速三维自动反演计算，生成一个符合地质规律并与所选磁异常最为匹配的三维地质体系，并能给出该地质体的埋藏深度、延伸范围、磁性特征等参数(张洪瑞等,2007;Crawford et al,2010)。在此基础上，Profile Analyst Pro 6.0提供了一个集成测线、地质图等辅助条件在内的三维交互式解释环境(张洪瑞等,2007)。

我国使用的软件有加拿大地球物理、地球化学专业软件Oasis montaj 5.1.4，俄罗斯MENTA-05成矿预测软件，MapGIS 6.7软件，Encom Technology的ModelVision、3D Voxler软件及中国地质调查局发展研究中心自主研发的RGIS软件。我国航空磁测技术在推断隐伏构造方面卓有成效。

1地质背景

在大地构造上，纳米比亚位于著名的刚果克拉通的西北部(图1)，境内新元古代达马拉(Damara)造山带是泛非造山带体系的一部分，是在稳定克拉通基底上形成的典型内陆造山带(李强等,2013)。纳米比亚EPL4305矿权区在大地构造上位于北部碳酸盐台地(NP)。区域内主要出露下元古界—古生界地层，以纳米比亚系Nosib群及Otavi群为主，局部出露瓦连(Vaadian)系Epupa变质杂岩、纳米比亚系Mulden群、Karoo大群的Dwyka组。平地除河谷切割出露地层外大多被新生界古近系和第四系覆盖。

研究区整体是一个向斜构造，主要分布上元古—下古生界纳米比亚系，向斜核部出露Otavi群较新地层，两翼为Nosib群较老地层。主要出露地层从老到新为Nosib群第一段(NN1)石英砂岩、长石石英砂岩；Otavi群Abenab亚群(NA)泥质粉砂岩、粉砂质页岩、黑色页岩和块状灰岩，白云岩；矿权区北部局部覆盖Karoo大群Dwyka组(Cd)中细粒石英砂岩和含砾石英砂岩；古近系钙质砾岩主要分布在北部平地及矿区中部山间平地。区内唯一出露的岩浆岩为矿权区北部的一条花岗岩脉，长约500 m，宽20～30 m，走向北东侵入Abenab亚群泥质粉砂岩中，与围岩接触带未见矿化蚀变。

图1　研究区区域地质简图Fig.1　Simplified regional geological map

2岩石物性特征

岩石的物性参数是研究、解释物探异常的桥梁。要对地球物理场异常作出符合实际的地质解释，就必须了解和掌握岩石的物理性质。研究区的物性标本共采集了15个层位计450块物性标本，包括工作区出露的各地层以及脉体、标志层等，每类岩石标本采集30块，且尽可能采集新鲜岩石，采集标本位置均匀分布，并按照层位划分进行编号，以保证每个层位的各岩性段采集具有统计意义。

2.1　磁参数的测定

对标本分别测定了磁化率和剩余磁化强度参数。利用SM-20型数字磁化率仪对野外露头的磁化率进行现场测定；后期对部分样品采用HKB-1高精度磁化率仪及DSM-2数字旋转磁力仪测定磁化率及天然剩磁。测试结果见表1。

表1　纳米比亚EPL4305地层岩石磁参数统计表

2.2　物性参数测定质量评定

SM-20型磁化率仪测定岩石标本450块，检查了50块，质检率为11%，测定磁化率的平均相对误差为8.48%；HKB-1高精度磁化率仪及DSM-2数字旋转磁力仪共测定岩石15块，检查了4块，质检率为26.6%，测定磁化率的平均相对误差为2.22%，剩余磁化强度的相对误差为1.19%。

其中构造角砾岩磁性最强，磁化率平均值为254×10-5SI，剩磁几何平均值为956×10-3A/m，最大值达到121 000×10-3A/m；CD石英砂岩磁性次之；除此之外的NA粉砂质页岩、NA泥质粉砂岩、NA长石石英砂岩、NA黑色页岩均带有微弱的磁性(野外地质工作中发现这几类岩石中有少量铁砂)。通常而言，第四系未分选沉积物是无磁性的。根据岩石物性对比不难发现，区内磁性相对较强的磁性体依次是构造角砾岩、NA长石石英砂岩、NA泥质粉砂岩、NA粉砂质页岩，据此分析认为，区内浅部规模较大、低强度的磁异常，主要由构造角砾岩引起，并与长石石英砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质页岩产生的弱异常相互叠加。

3航磁资料的处理解释

3.1　航磁资料数据处理

航磁数据来自Geoterrex公司于1994—1995年开展的纳米比亚航磁测量。数据利用IGRF(1990 模型)进行校正，参考前人的数据处理经验(袁照令等,1998;施兴等,2009)，研究采用的数据处理步骤：(1) 将磁异常ΔT转换为垂直分量Za，再将Za数据经过化极处理(化向磁南极)后，获得垂直分量化极Za⊥数据；(2) 对Za⊥采用向上延拓、正则化滤波、小波变换等多种处理方法，并对结果进行比对，获得区域异常(选择向上延拓结果)；(3) 对航磁资料进行了垂向二次导数、小子域滤波、水平方向导数及线性增强的处理，确定隐伏断裂构造带的位置；(4) 对重点地段切取图切剖面，进行2.5D正反演计算，验证解释结论。

3.2　航磁异常解释

3.2.1航磁ΔT异常区内有2条不同方向展布的串珠状异常带(图2)。一条位于研究区西部为北西向展布的串珠状异常带，该带上有2个规模、峰值不等的圈闭异常，其中一个圈闭异常长1 500 m，宽400 m；另一个长1 000 m，宽400 m，两者平面形态均似椭圆状，长轴均为北北西向展布，二者水平梯度皆较陡，峰值分别为280、260 nT。另一条位于研究区中部为北东向展布的串珠状异常带，该带上有4个规模不等、走向各异的圈闭异常，其中在矿权区中部的3个圈闭异常规模较小，位于矿权区东北角的圈闭异常规模较大，4个圈闭异常水平梯度相对较缓，异常峰值分别为160、180、120、260 nT。

图2　磁力ΔT异常图Fig.2　Magnetic anomaly (ΔT) map

3.2.2航磁Za⊥异常研究区位于南半球低纬度地区，根据区内中心坐标计算得到EPL4305矿权区的地磁倾角为-59.5°，地磁偏角为-12.2°。由于斜磁化的影响，磁性体往往产生相伴生的正负异常，在磁北半球正异常出现在磁性体的南侧，负异常出现在磁性体的北侧；在磁南半球则反之。正负异常的中心均会偏离磁性体中心，偏移距离随着磁性体的规模、顶面埋深的增大而增大。异常的偏移给异常的识别和分析增加了困难，有时甚至会导致认识的错误。为了削弱这种影响，更好地了解磁性体分布状况，需对Za异常进行化极处理。化极后异常中心均往南位移，且几个圈闭异常亦向南位移了一定距离，但是异常的平面形态、走向以及分布范围等特征基本保持了原貌(图3)。

图3　磁力垂直分量化极(Za⊥)异常图Fig.3　Map showing vertical component of the magnetic pole anomaly (Za⊥)

3.2.3航磁区域异常区域异常主要是分布范围较广的中、深部地质因素所引起，其特征是异常幅度大、水平梯度变化较缓慢，向上延拓可以削弱局部干扰异常，反映深部异常。对研究区做了向上延拓1、4 km的处理(图4、图5)，当上延4 km后，剩余异常均消失，异常概貌已相当简洁，可作为区域异常结果。区域场异常值西北角最高、中部—北东部较高，其余地区相对较低，异常水平梯度变化缓慢。通过上延各种不同高度的Za⊥异常形态及地质资料的分析，推测矿权区中部—北东部的正磁异常可能是深部磁性地质体(中酸性岩体)的反映，磁性地质体向北东方向延伸。

图4　磁力垂直分量化极上延1 km异常图Fig.4　Anomaly map of magnetic vertical component with an upward continuation of 1 km

图5　磁力垂直分量化极上延4 km异常图Fig.5　Anomaly map of magnetic vertical component with an upward continuation of 4 km

4隐伏断裂构造推测

4.1　利用航磁异常推测隐伏断裂

对航磁资料进行垂向二次导数、小子域滤波、水平方导数及线性增强的处理，其目的是确定隐伏断裂构造带的位置。利用磁异常在断裂构造中的主要标志(孙少才等,2006；曾凯等,2013;刘建生,2014)，诸如异常特征的分界线、线性梯度带、线性异常、异常的错动、异常等值线的规则性扭曲以及串珠状异常等，推测区内的隐伏断裂构造带。该区侧重利用以下2点来圈定隐伏断裂：(1) 呈线性展布的串珠状高磁异常带。此类高磁异常带可能是沿断裂侵入的岩体或磁性体引起，可作为划分断裂的一项依据；(2) 不同异常强度的磁场区分界处。断裂构造形成的上下盘错动以及两侧岩性明显差异可以在磁场上形成不同异常强度的磁场区，因此，场区分界处可作为划分断裂的一项依据。

推测2条串珠状异常附近分别有3条主断裂构造带，分别命名为F1、F2、F3(图6)。其中F1位于研究区西侧，为北北西向，长约11.5 km；F2位于研究区中部，自西往东，由近东西向转为北东向，长约6.7 km；F3位于F2下方，为北东向，长约7.5 km。此外，在南部低缓异常西侧亦可能存在1条北西向的断裂构造F4，长约8 km。在F1、F2、F3构造后期又形成次一级构造，分别以F5、F6、F7命名，3条次级断裂分别切割F1、F2、F3主断裂。

图6　航磁推断隐伏断裂断构造带综合解释图Fig.6　Comprehensive interpretation of buried fault structural belts from aeromagnetic data

对航磁垂直分量化极(Za⊥)及区域场数据进行了垂向二次导数处理，提取浅部及深部磁性体位置。从数学的角度出发，垂向二次导数是突出异常曲面的凸凹性，从物理角度出发，是突出地质体上部异常分布特征，其零值线一般反映了地质体的边界在水平面的投影位置。

研究区内的浅部磁性体位于2条串珠状异常带上(处在构造角砾岩、泥质粉砂岩等地层上方)，除矿权区外西南角和西北角2处磁性体边界未封闭外，其余的磁性体分布界限均各自封闭。单个磁性体规模大小不等、形态各异，为构造角砾岩及中酸性岩体的反映。研究区内的深部磁性体，推测可能与中酸性岩体有关。

4.2　剖面2.5D正反演计算

在ΔT异常平面图上切取剖面并做正反演计算，其主要目的有以下3点：(1) 建立地质体-物性参数-航磁异常之间的关系；(2) 推断隐伏磁性体形态、空间分布及埋深变化；(3) 验证隐伏断裂构造推测成果。

对EPL4305地区的区域地质、矿区地质、地球物理等成果资料进行系统整理分析，了解工作区及周边地区的地层、岩体、断裂构造分布及其物性特征、矿床成因类型及分布形成规律性认识。对工作区航磁异常进行多方法的常规处理，强化引起航磁异常的地下构造与岩性信息，分析剖面的航磁异常曲线特征，推断剖面地层分布与厚度变化、磁性地质体分布范围，并指导建立航磁异常剖面的地质模型，进而确定初始地质-磁性模型，其流程如下：(1) 通过对区域地质、矿区地质资料的归纳与分析，形成对研究区地层、成矿类型的初步认识，并指导初始地质模型建立。(2) 充分利用已有地质资料，以已知勘探线工程为依托，建立初始地质模型。在地质模型建立过程中，对模型进行简化处理与适当归并处理。(3) 系统地研究地层岩(矿)石物性资料，建立起地质体-物性参数-航磁异常之间的内在联系。(4) 以已知磁测数据作为约束，地质-地球物理模型为指导，进行2.5D磁力异常剖面正反演拟合计算，推断隐伏磁性地质体形态、空间分布与埋深变化。

在ΔT异常平面图上切取1条剖面线，长5 300 m，编号Ⅰ(位置见图6)。该剖面位于矿权区内部，有详细的地质编录、地质勘探信息。剖面曲线正负异常完整、形态为反对称曲线，是本次2.5D处理较为理想的剖面线，并通过公式计算获得该剖面的有效磁化倾角。

图7　Ⅰ剖面2.5D 正反演解释推断剖面图Fig.7　Inferred profile I through 2.5D forward and inversion

按照建立的初始地质-地球物理模型(李相民等,2009;娄德波等,2013)，利用2.5D人机交互软件，对图切剖面进行正反演定量拟合计算。在正反演拟合计算过程中，多次反复修改调整模型及磁性参数，尽可能拟合到最佳程度。该剖面由北向南，异常变化较平稳，异常峰值不高。剖面1.0～2.6 km处的航磁异常为构造破碎带内构造角砾岩的反映，其接触面呈不平整起伏状(图7)。推断构造角砾岩左右两侧分别为F2、F3断裂构造线，其中F2构造线向南东方向倾斜，F3构造线向北西方向倾斜，在平面图上北东向高磁异常沿F2、F3断裂线分布。

5结论

航空磁测方法可用于直接找矿、间接找矿、推断地质构造、大比例物探测量、地质填图、寻找地下水方面等等，在解释方法技术上引进了国外众多高新技术以及相关的解释系统软件，对我国航空物探事业有很大的推动作用(线纪安,2003)。航磁图上展示的直线型磁力异常带、块状及弧形块状磁场区与大型、超大型矿床的形成有成因上的关系；且航磁反映的深大断裂与成矿带关系密切(张云等,2010)。通过对航磁平面数据的处理及解释，并结合研究区的地质情况分析，得到隐伏断裂位置及走向，并在后期的剖面2.5D正反演计算工作成果中得到了进一步印证，达到了本次研究目的。

参考文献：

郭良德.2000.澳大利亚的航空物探[J].中国地质,27(7):42-44.

李相民,孙国曦,仇慎平.2009.安基山铜矿床地质-地球物理模型及其找矿意义[J].地质学刊,33(1):28-34.

卢吉成,解国爱,张庆龙，等.2012.浙江治岭头金银矿体的控矿构造[J].地质学刊,36(2):113-118.

娄德波,肖克炎,丁建华.2013.黄山—镜儿泉镍铜成矿带地球物理、地球化学特征及找矿意义[J].地质学刊,37(3):372-377.

李强,李明,席晓凤，等.2013.纳米比亚铜矿铜地表富集成因及意义[J].矿产勘查,(1):92-96.

刘建生.2014.江苏南部区域航磁异常特征及其地质意义[J].地质学刊,38(1):72-78.

孙少才,陈晓明.2006.利用航磁数据成果对某大地构造格架推断解释的应用[J]．西部探矿工程,(8)：145-146.

施兴,彭朝晖，潘璋.2009.河北省航磁资料的研究程度与找矿潜力分析[J].物探与化探,41(4): 374-378.

熊光楚.1994.金属矿区磁法勘探的进展与展望[J].地球物理学报,37(A01):437-443.

线纪安．2003.航空物探的技术现状及其应用[J]．地质找矿论丛,19(B12):191-195.

袁照令，李大明.1998.关于磁异常化到地磁极问题的几点认识[J].物探化探计算技术,20(3): 284-287.

张洪瑞, 范正国.2007.2000年来西方国家航空物探技术的若干进展[J].物探与化探,31(1):1-8.

张云,朱自强,严文婕.2010.航磁在秘鲁12区找矿靶区中的作用[J].物探与化探,34(3):367-371.

曾凯,陈建国,肖凡,等.2013.东天山戈壁沙漠覆盖区重磁场特征与构造格架研究[J].地质学刊,37(4):598-605.

CRAWFORD B L,BETTS P G, AILLRES L.2010.An aeromagnetic approach to revealing buried basement structures and their role in the Proterozoic evolution of the Wernecke Inlier, Yukon Territory, Canada[J].Tectonophysics,490(1/2)：28-46.

ROSS H P,NIELSON D L,GREEN D J.1996.Aeromagnetic survey and interpretation,Ascention Island, South Atlantic Ocean[J].Geothermics,25(4/5):471-488.

An interpretation of magnetic anomalies of the buried faults in north Namibia

YAN Wen-jie1，2, LIU Xiao-hu2, ZHU Wen-bin1, ZHANG Hui2, ZHANG Yun2, LI Fu1,2, GAO Yong2, LIN Jian-ming2, ZHENG Wei2

(1.School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, Jiangsu, China; 2. East China Mineral Exploration and Development Bureau, Nanjing 210007, Jiangsu, China)

Abstract：The aeromagnetic survey method can be applied to direct prospecting, indirect prospecting, inferring geological structures, large-scale geophysical measurement, geological mapping and searching for groundwater. Its interpretation methods have introduced many foreign high-technology and related interpretation system software, which greatly promotes China′s airborne geophysical prospecting. The linear magnetic anomaly zones, blocky and arc-shaped blocky magnetic field regions displayed in aeromagnetic maps are genetically associated with large and super-large deposits, and deep faults reflected by aeromagnetic anomalies are closely related to metallogenic belts. This study processed the aeromagnetic data of the mine EPL4305 and its adjacent regions in north Namibia with a variety of different methods, and inferred a number of fault structural belts through a comparison of the pre-processing and processed anomalies and integrating with geological data. In addition, cutting sections were obtained in key blocks for 2.5D forward and inversion, to further validate the reliability of these inferred buried fault belts.

Keywords：aeromagnetic; reduction to the pole; extension; 2.5D forward and inversion; Namibia