高精度磁测三维正反演——以青海省上庄铁矿床为例

李忠平

(中国冶金地质总局山东正元地质勘查院，济南250014)

0 引言

上庄铁矿床在1970年被青海省地质局十三地质队发现，它是以黑云母单斜辉石岩及其各种脉岩为主体，其规模相对较大，是主要容矿成矿母岩，磁异常峰值高，梯度较陡，呈宽缓的带状分布，异常向深部有一定延伸。该矿区大部分矿段钻探控制的矿层深度在-300 m以下，近年来在深部和外围找矿工作中，该区最深达-500 m，在该矿区深部开展找矿工作对新增磁铁磷灰石矿资源储量具有重要意义，为此，亟需利用磁异常来判断深部矿体的空间位置和延伸状态。

1 地面磁测数据处理方法

1.1 二度半剖面人机交互反演

二度半人机交互反演是根据已知地质及钻探资料，将正演计算理论模型的重磁异常值与实测值进行拟合，直至与实测异常差值达到最小。已知地质资料越详细，越利于建立初始地质模型，从而通过输入地质体的磁性参数，达到反演目的。

正演模型采用沿异常走向不是很长的二度半任意多边形截面水平柱体组合模型，通过重磁泊松关系将重力异常转换为磁异常[1]。

1.2 平面磁异常任意形状三度体数值积分法正演

数值积分法使用截面分割任意三度体，得到多个棱柱体，对每个棱柱体以直立线元的形式沿X、Y、Z轴进行一重积分(如图1)，选择测线为等间距(50 m)，测点为等间距(40 m)，即纵向以各条线为截面，横向以各点为截面，在X轴取多个平行于Y轴的等距截面，在Y轴取多个平行于X轴的等间距截面，使用MAGS4.0软件分别计算X，Y两个方向的数值积分，得出地质体的相应重磁场值。本次场源(已知矿体)角点共计413个，测线方向0°，地磁倾角55.6°，地磁偏角2.4°，磁化强度为J=13 491×10-3A/m，正演计算起始坐标为(0，0，0)，采用圆柱体为理论模型。

图1 积分法线元示意图

1.3 平面磁异常三维反演

使用Marquardt法三维反演技术，Marquardt法是一个基于约束条件的最优算法，其本质是一种非线性算法。在磁异常的解释中，一般都是多参量的非线性最优估计问题[3]。使用Potent软件对12条测线进行平面磁测资料三维反演，测线距=50 m，测点距=40 m。反演时建立含有斜端面的圆柱体为正演模型，如图2所示。

图2 圆柱体正演模型示意图

2 地面磁测资料处理解释

2.1 上庄铁矿区地质地球物理特征

区内出露的磨石沟组以变砂岩为主，青石坡组以千枚岩为主，六道沟组主要为火山熔岩及火山碎屑岩。蓟县系与寒武系呈断层接触，该断层为拉脊山北坡正断层，构造形态为倾向南的单斜岩层，往东局部地层倒转。

区内岩浆岩有加里东期的黑云母单斜辉石岩和碱长岩。黑云母单斜辉石岩体为分异多期侵入的复合岩体，与测区的铁、磷、稀土的成矿关系密切。矿区内磁铁矿、含铁磷矿石，磁化率高达80 0000×10-64πSI，属强磁性，剩余磁化强度略有差异，平均值在(9 000～40 000)×10-3A/m。岩浆岩磁性特征：区内中性—中基性岩浆岩(安山岩等)、基性—超基性岩浆岩(苦橄玢岩等)具中等磁性；酸性岩浆岩(花岗岩等)绝大多数具无磁性或弱磁性；区内岩浆岩从酸性—超基性磁性由弱到强，磁化率及剩余磁性由小变大。变质岩的磁性特征：沉积变质岩类一般属弱磁性，感磁大于剩磁；磁铁矿化后的变质岩地层，一般磁性变强，具中等强度。

2.2 上庄铁矿区磁测资料解释

2.2.1 1∶10 000地面高精度磁测成果解释

上庄铁矿床的大地构造位置处于祁连山褶皱系的拉脊山优地槽褶皱带中段北缘。矿床生成于黑云母单斜辉石岩体中。矿区内较大矿体均由磷灰石及铁磷灰石类型品级组成的复合体，矿床属晚期岩浆分异磷灰石矿床。

上庄磷矿于20世纪70年代始开展了各阶段的地质找矿工作，提交了磷矿石加铁磷矿石工业储量16 518万t，据全区已探明矿石储量分析，属大型磁铁磷灰石矿床。矿体延伸最深控制在550 m以内，主矿体的最大延深情况未控制，预计矿区的远景储量将在51 128万t以上，矿床远景将继续扩大。

2012年在上庄铁矿床开展了1∶10 000地面高精度磁测工作，磁测成果显示在上庄铁矿床及外围磁异常断续相连，沿近东西向呈条带状展布(如图3)，异常带局部细节明显。铁矿床呈现正负伴生磁异常特点，异常峰值一般在900～4 500 nT左右。

图3 1∶10 000地质物探综合平面图

2.2.2 1∶10 000地面高精度磁测三维正演解译

在上庄铁矿区1∶10 000磁测圈定的主要磁异常地段选取过异常中心及两端的12条测线，使用MAG4.0软件进行平面ΔT磁异常任意形状三度体数值积分法正演，正演使用前人钻探已控制的矿体资料和本次实测资料，正演后的磁异常特征如图4。正演后的正负磁异常中心位置与实测磁异常基本一致，其范围比实测磁异常稍小，这说明前人研究的是浅部磁性体的特征，实测磁异常反应了磁性体具有一定下延深度。

2.2.3 1∶10 000地面高精度磁测三维反演解译

在正演基础上，进一步对上庄铁矿床引起的磁异常开展研究工作，使用Potent软件对以上12条测线进行了1∶10 000磁测资料三维反演(如图5)。反演结果显示上庄铁矿床总体呈缓倾斜的柱体特点，向深部有延伸的趋势，反演有效磁化强度为25100SI，向下延伸至316 m左右，磁性体中心标高约为3 375 m。

2.2.4 2.5D人机交互反演解译

Ⅰ号剖面是位于上庄铁矿床稍偏西的一条勘探线，如图6。剖面方位0°，与矿体走向垂直，钻孔控制的已知矿体最深在260 m左右，与矿体对应的主异常位于剖面南部0～400 m，幅值范围为-1 500～3 500 nT，异常宽缓稳定，是深部磁性体的反映。对Ⅰ号剖面进行2.5D人机交互反演，计算已知矿体的磁异常值，利用剩余异常推断未知矿体的位置，图中标注为“Fe”的磁性体为已知矿体，标注为“T Fe”的磁性体为反演时添加。由已知矿体的空间位置关系(平面位置、埋深、范围)结合本次地质工作认识，对实磁异常进行反演，反演结果显示主矿体(图中规模较大标注为“Fe”的磁性体)顶部一定深度被采空，磁性体向深部延伸，这与该处已知ZK35-2、ZK35-3见矿钻孔资料基本对应。二维视磁化强度成像结果显示主矿体处有两个具高磁化强度的磁性体，最大延伸至380 m，与2.5D人机交互反演主矿体位置基本对应，验证了2.5D人机交互反演结果，两种计算方法对主矿体顶部采空区均有反映。

图4 1∶10 000ΔT磁异常正演结果

3 结论

1)在已知矿床上开展地面高精度磁测三维正反演解释时，地质物化探资料的收集工作和理论模型的建立尤为重要，矿体的空间形态变化较大、地形复杂等都会影响正反演结果，对Ⅰ号剖面进行的2.5D人机交互反演显示主矿体顶部一定深度被采空，磁性体向深部延伸，与三维正反演结果和该处已知ZK35-2、ZK35-3见矿钻孔资料基本一致。

2)以已知矿体模型为基础，1∶10 000地面高精度磁测三维正反演采用的正演理论模型分别为圆柱体和含有斜端面的圆柱体，可减小正反演误差，提高计算精度。

图5 1∶10 000ΔT磁异常三维反演

图6 Ⅰ号剖面2.5D人机交互反演

(3)从2.5D、3D反演成果来看，3D反演精度高，准确反映了磁性体的空间位置变化。可为钻探工程的布设提供更加详实的资料。