高精度磁测在吉林西葫芦沟硼矿找矿工作中的应用

杨 雷

（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033）

1 区域地质概况

1.1 大地构造位置

本区大地构造位置处于中朝准地台(Ⅰ)、辽东台隆(Ⅱ)、太子河—浑江褶断束(Ⅲ)、清河台穹(Ⅳ)。

1.2 工区地层

勘查区区域地层见表1。

表1 勘查区区域地层

1.3 构造

褶皱为刘家铺子—西葫芦倒转背斜，属于台上—东葫芦—矿山村同斜复式褶皱的一部分，是形成硼矿的有利部位。核部为蚂蚁河组一段，南翼为蚂蚁河组二段和三段。

区内断裂构造发育，主要有三组，即近东西向推覆断层，北西向平移断层，北东向逆冲断层。其中走向近东西断层为推覆断层，被后期断层错断。三组断层形成顺序是：东西向推覆断层最早，北西向平移断层次之，北东向逆冲断层形成最晚，错断了东西向及北西向断层。区内所有断层对矿层有破坏作用。

1.4 工区地球物理条件

本次物性工作采用非定向标本测量及露头法直接测量，使用的仪器为捷克生产的SM-30，该设备共有6种模式可以对标本的磁化率进行测量。共采集各类岩石标本283块。从物性标本及露头磁性测量结果上看，本次勘探的目的层既不是磁性最高的也不是最低的，是中间偏低的磁性。从测区整体上看，果松组火山岩体整体高磁性；蚂蚁河组二段整体表现为低磁性，局部由于夹有斜长角闪岩表现为高磁性。岩石标本磁性测量统计结果见表2。

2 方法技术与质量评价

2.1 方法技术

测网布置在工区内开展了点距20m的地面高精度磁测剖面工作。测线布设方向以前期收集到的相关资料为依据，以基本垂直已知矿体走向为原则，实际工作沿174°布置。

2.2 仪器性能指标

根据规范要求，在野外工作前后要对投入生产的所有设备进行全面的检验和校正，内容包括：仪器性能测定、一致性校正、基点选择、日变站选择、校正点选择等。工作中采用加拿大的GSM-19T型质子磁力仪。

表2 磁参数磁化率统计结果

GSM-19T型质子磁力仪主要技术参数如下：

灵敏度：＜0.1nT；

分辨率：0.01nT；

绝对精度：1nT；

动态范围：10 000～120 000nT；

梯度容限：＞7 000nT/m；

采样率：每3～60s一个读数。

2.3 仪器性能检验与校正

2.3.1 仪器噪声水平的测定

在工作区选择无人为干扰，地电结构较稳定的弱磁区以及日变较小时段做仪器噪声的测定。为了减小仪器之间的相互影响，将仪器相距＞20m，做近似同步日变观测。观测周期选择5s，连续读取102个数据，按下式计算每台仪器的噪声均方根S。

式中：ΔXi——第i 时的观测值Xi与起始观测值X0的差值；

n——总观测数，i =1、2……n。

开工前与完工后仪器噪声精度见表3、表4。

表3 开工前仪器噪声水平试验

表4 完工后仪器噪声水平试验

2.3.2 探头一致性试验

所有投入生产使用的探头均需要进行探头试验，将每个探头编上号，然后用两台仪器同时做秒级同步日变观测，而且使两台仪器保持一定的距离，以免互相影响，两个探头位置应保持一致，其中台站型仪器及一个探头固定不变，即以台站上的仪器探头为基准进行比较，另一台仪器分别轮换同其他两个探头相连接，在换探头时主机不能关机及调谐场应保持不变。每个探头读数30次以上，而后分别求取相应与台站仪器读数差值，并计算各探头差值数的算术平均值，比较各个探头计算的平均值，判断它们的一致性。通过探头试验结果选择一致性较好的探头用于野外观测。

2.3.3 仪器一致性试验

选择磁场变化较大地段，无人为干扰地区，布设一条剖面，在剖面上等间距布设50个点，在日变较小时段将生产所需的各台仪器在该剖面上做2次往返观测(开始于第一个点，终止于第一个点，并用该点的差值进行混合零点漂移校正。下面的观测值均指进行了混合零点漂移校正后的值)，要求用全部仪器重复观测值算出的总观测均方误差≤2nT。用下式计算多台仪器的一致性观测均方误差。

式中：ε——多台仪器的一致性观测均方误差；

V(i，j，k)——第k台仪器在第i个点的第j次观测值；

V(i)——第i个点所有观测值的平均值；

m——观测次数；

P——仪器台数；

n——观测点数。

开工前仪器一致性精度总均方误差为0.311nT，小于总观测均方误差2nT，说明仪器的一致性良好，可以保证采集数据的可靠性。完工后仪器一致性精度总均方误差为1.75nT。

2.3.4 日改精度

取日变变化大的一天数据，按七点圆滑取平均值计算日变改正均方差为0.27nT。

2.3.5 校正点误差

本次地面高精度磁测工作，每天各台仪器在校正点开工前与收工后的测量值，经统计计算后，校正点误差为±0.11nT。

2.4 基点的选择

本次工作选择了一个总基点，总基点选择了测区内四周无干扰的正常场区域，满足规范要求。

2.5 日变点的选择与测量

日变点附近无任何磁性干扰物，特别是可移动磁性干扰物，并远离建筑物和工业设施。本次工作的日变点选择了测区内四周无干扰的正常场区域，满足规范要求。

2.5.1 野外磁测工作

磁法资料的野外采集、室内处理与解释推断，在执行物探设计的基础上，严格执行DZ/T0071-1993《地面高精度磁测技术规程》、DZ/T0153-2014《物化探工程测量规范》等规范要求。

2.5.2 日变测量

(1) 日变观测采样时间间隔20s，测量方式为循环方式，仪器自动测量和记录。

(2) 日变站的T0值使用总基点的T0值。

(3) 一个工作日内，日变站仪器必须最先启动，最后停机，并有专人进行负责。

(4) 在日变观测规程中，负责日变观测的人员必须随时注意周围情况变化，严禁任何移动物体接近日变站。

2.5.3 野外测量

本次野外工作采用总场测量方式，观测参数为磁场总场强度，采用仪器校正点—观测点—仪器校正点的闭合方式进行。本次测量每天在校正点上早、晚各读数两次，校正点早、晚各两次读数经过日变改正后的平均值、绝对差值均小于两倍的观测均方误差。操作人员都经严格去磁，不会对结果产生影响。在观测过程中，操作员在遇到相邻点之间磁场变化较大时进行了重复观测或检查观测，并视情况对测点进行了加密。

2.6 质量评价

2.6.1 测地工作质量评述

本次测地工作的GPS采用集思宝MG7系列，仪器性能如下：

工作温度：-20～+60℃；

存储温度：-30～+70℃；

抗震：1.5m自然跌落至地面；

整机功耗：约0.5W；

存储：128MB SDRAM，256M NAND Flash；

冷启动：29s；

实时定位：＜2～5m(2DRMS)；

电源：3 000mAh锂离子电池；外接接口实现供电切换；

工作时间：10h。

大地工作测量点数约为600个，测地检查点数为283个，检查点均匀分布全区。质量检查比例为47%＞3%，相邻点距离的相对误差值公式如下：

算得η=12%，相对误差＜25%，符合规范要求。

2.6.2 磁法工作误差计算

本次磁法工作测量点数为598个，质量检查点数为286个，检查区域为异常区，分别为13线、11线、7线、5线、3线、1线、0线、4线、6线、8线、10线、12线。按照同点位、不同仪器、不同人、不同时间的“一同三不同”方法进行了质量检查，质量检查比例为48%＞3%。

均方误差计算公式(当个点的观测次数都算两次时)：

式中：δi——第i点的原始观测值与检查观测值之差；

i ——第i点上某次观测值；

n——参与误差计算的点数。

将质检数据代入上式中得到ε＝0.544nT＜2nT，满足规范精度要求。

2.6.3 岩石标本磁性测定质量评述

此次采集标本数为283块和露头处物性测量均参与磁性参数测定质量检查，检查率100%＞10%。根据算术平均误差公式：

式中：δAi——第i 块标本的原始观测值与检查观测值之差；

i ——第i 块标本的某次观测值；

n ——为检查标本块数。

将标本测量数据代入上式可得u=15.24%＜20%。

2.6.4 磁法工作质量评述

高精度磁测实达及各项分精度均达到规范要求，见表5。

表5 高精度磁测精度统计(nT)

3 磁异常解释推断

3.1 异常特征描述

本次地面高精度磁测成果显示，测区内主要表现为平缓的正磁异常，局部异常特征表现磁异常梯度带的特征；而测区内低缓的负磁异常区出露的岩性主要为正长花岗岩及二长花岗岩。本次地面磁测工作范围较小，各项数据进行了日变改正和基点改正，对数据进行了化极以及解析延拓处理，选择4线和11线的磁测数据进行了磁源深度计算。

3.1.1 磁异常的划分

如图1所示，由于测区范围限制，划分的磁异常均未封闭，通过地面磁测圈定磁异常4处，编号分别为C1、C2、C3、C4。结合物性标本资料，以低缓的正磁异常区为进一步工作重点区域，通过对磁异常化极前后的对比，可以发现化极后的磁异常范围呈现向北位移现象，化极后磁异常的形态简单。具体磁异常描述如下。

C1：位于测区西南，形态不规则，异常面积约0.29km2，表现为平缓的正磁异常，幅值0～200nT，局部出现梯度变化较大的正负磁异常，幅值在-200～1 000nT。初步推断引起该异常的主要原因为正长、二长花岗岩中局部夹斜长角闪岩。该异常区域地表见小面积蚂蚁河组地层。

C2：位于测区中南部，形态不规则，异常面积约为0.24km2。异常为平缓正异常，幅值在100～200nT，局部出现400～700nT的高磁异常。异常的范围界线与辉长岩脉岩的界线大约一致。推断引起该异常的主要原因为基性岩，该辉长岩岩体磁性相对较高，与含硼地层无关。

图1 化极后ΔT等值线平面图

C3：位于测区以西，东侧未封闭，表现为东西两个较高的正磁异常圈闭，异常幅值在150～500nT，局部峰值1 440nT，该异常区西侧地表主要出露蚂蚁河组二段地层，异常区的东侧出露有果松组安山岩及玄武岩，因此，引起该异常的原因是火山岩中具有高磁特征的暗色矿物。该异常区域的西侧经过地表工程见6条含硼的矿体，而通过物性测量统计结果分析可知，含硼的岩矿石标本常见值磁性相对较弱，因而该异常对含硼地层的划分不具备指导作用。

C4：位于测区东北部，东侧未封闭，表现为相对较高的正磁异常，异常幅值在100～200nT，局部峰值达到800nT左右，通过地质测量，该异常区南部地层为蚂蚁河组二段，二段内磁性较高的岩性为斜长角闪岩，推断该异常是由蚂蚁河组二段地层中磁性相对较高的斜长角闪岩引起的。

3.1.2 ΔT剖面平面图解释

如图2所示，多数剖面两端磁性高，中间低，高磁异常推断为蚂蚁河组二段地层中斜长角闪岩及果松组火山岩引起的高磁异常，低磁异常则主要反映了花岗质片麻岩、浅粒岩、大理岩的磁性特征，由于大理岩与含硼蛇纹石化大理岩在磁性方面没有明显的差异，因而划分难度较大。

3.2 磁异常位场转换处理

为了进一步在定性分析基础上建立矿体深度概念，也就是在定量的角度上估算矿体顶板埋深，通过RGIS剖面磁源深度计算，本系统采用功率谱方法计算磁性场源体深度。功率谱方法是对磁异常数据进行傅里叶变换，再计算变换后的对数功率谱。对数功率谱曲线的特点是：深源场响应的低频段快速衰减，而近地表场源的响应曲线下降较缓。依据功率谱对频率的关系可以近似计算磁性体顶面的平均深度。该功能模块主要用于通过剖面异常进行粗略计算，对于孤立异常，结果基本可靠。

这种常规计算的是磁性较高斜长角闪岩的磁源深度，而根据物性特征可知，含硼地层表现为弱磁性特征，因而高磁异常对在本地区寻找含硼地层的指示作用十分有限。

图2 ΔT剖面平面图

4 分析结论

(1) 本区岩矿石标本、露头磁性测量结果说明目的体与围岩的磁性差异不明显，但开展高精度磁法测量工作划分了岩体、断裂构造及地质界线，为下一步工作提供了部分构造信息。

(2) 结合物性测量和岩样鉴定的成果，对勘查区内地面1/1万高精度磁测圈定的4处异常区进行分析。

(3) 该区域内含硼岩(矿)石类型为硼镁石—蛇纹石型，其中不含磁铁矿化、磁黄铁矿化，其岩石标本的磁性特征表现为变化较平缓的弱磁异常。因此，在本次工作中，地面高精度磁法不具备利用磁场变化圈定异常体的地球物理条件，磁异常对下一步地质工作不具指导意义。