高精度磁法在毛条山金属矿地质环境中的应用*

田建荣，高立兵

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

民勤县毛条山一带铁多金属矿勘查区位于潮水盆地东部，北部为北大山山脉之东延余脉。由于矿区多被沙漠（主）和戈壁（次）占据覆盖，露头极少，加之为了保护该地区的生态环境，地质工作勘查前期在矿区开展1∶1 万地面高精度磁测工作。磁法是用途最广泛的地球物理探测技术之一，尤其对磁性盲矿体的勘查最为快捷与有效[1-2]。

野外扫描工作结束后，根据磁测数据和图件，圈定解释了矿区的磁异常，推断划分了矿区的地质构造[1-2]，采用2.5D 人机交互正反演技术对磁测剖面进行反演[3-6]，进一步推断在浅层和深部可能存在隐伏磁性矿体[5]，反演结果与实际情况存在细小偏差，但对于后续地质勘查和钻孔布设仍具有重要的指导意义[7-8]。其后地勘单位结合磁法成果对矿区进行了普查工作，综合磁测和地质成果，大致查清了矿区地层、构造、岩浆岩的分布和特征[5]，查明了毛条山铁多金属矿体产出的地质背景，对重点磁异常区进行探槽和少量钻探工作，工程结果同磁测异常推测成果吻合，发现了隐伏磁铁矿，为该矿区地质找矿工作起到指导作用，可为邻区今后地质找矿工作提供借鉴。

1 矿区地质及地球物理特征

1.1 地层

民勤县毛条山铁多金属矿区出露地层主要由3 个构造层组成，即有历经沧桑的前长城北大山群（AnChbs）古老深变质地体组成的基底构造层；晚古生代红柳圆组（Ch）、方山口组（Pf）构成的中间构造层；中生代、新生代在内的所有沉积盖层组成的盖层构造层。

1.2 构造

矿区位于阿拉善弧形构造带东翼的山口子—红山隆起内，由一系列北东向压扭性断裂和复式褶皱，部分北西向压扭性断裂，近南北向和北西向张性和张扭性断裂带（脉岩群）组成。区内沉积变质成因的石墨矿和铁矿的成矿多受东西向构造的控制，在北东—南西向、北西—南东向构造叠加、交汇部位具有富集的特征。因此，不同构造形迹的复合部位是成矿的有利部位。

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动较强烈，岩浆侵入活动主要为晋宁—华力西期，包括基性—酸性岩类的辉长岩、闪长岩、二长花岗岩、黑云母花岗岩和花岗岩。岩体产出受构造控制，长轴方向作北东—南西向展布。主要岩体产状、流线、流面、动力变质所形成的劈理带（线）和矿物的定向排列，均显示北东—南西有规则的分布。

1.4 地球物理特征

针对测区内地表分布的主要岩（矿）石进行了较为系统的标本采集和磁化率测定工作。岩（矿）石标本磁化率测量结果统计表说明，测区内花岗岩、石英岩和花岗闪长岩等磁化率较低；石英闪长岩、闪长玢岩、片麻岩和赤铁矿石具有相对较高的磁化率，能引起较弱的磁异常（见表1），上述岩石也是构成该区背景场的主要地质体；磁铁矿石普遍具有很高的磁化率，是引起磁异常的主要地质体。

表1 矿区岩（矿）石物性参数测定统计结果表 （1×10-6 SI）

2 物探工作方法及异常解释

工作矿区岩（矿）体整体走向70°，根据测线基本垂直于矿区主要构造、地层的原则布设测网[5-11]，测线方位角为340°，网度为100 m（线距）×40 m（点距）[1-2]。

2.1 磁异常

地面高精度磁测在寻找隐伏磁性矿产效果显著，其在寻找盲矿方面也有较好的应用[3-6]。项目野外采集数据并进行检测无误后对磁法测量数据做各项改正，分别进行化极、解析延拓等位场转换处理[1-11]，编制成果图件。综合前期航磁成果，大区域地质资料，分析等值线图、剖平图、水平方向导数和垂向导数图等成果，圈定磁异常，并初步推断划定矿区地质构造。

从测区整体磁异常走向、场态变化情况和ΔT区域场平面图分布范围来看[5]，磁异常分布范围主要集中在矿区西侧，强度较高，东侧磁场强度普遍较低。

根据测区磁场特征，结合地质特征，将磁异常划分出6 个异常区，分别为C1，C2，C3，C4，C5，C6，从南往北依次排开，以西南部及中东南异常场值较高、北部及东部场值较中等、西部异常数值较低为特点。

2.2 断裂构造的解释推断

根据平面图可看出，该测区磁场区的分界线较为明显，对测区数据求埃尔金斯导数，水平导数和垂向导数，导数可以突出该测区构造。

根据不同磁场区的分界线、线性梯级带、狭长异常带或线性异常带、串珠状异常的极值连线及正负异常过渡带分布特征的原则[4，7]，利用闭合等值线确定各个方向的构造线，大致确定出测区内的主要构造。

结合地质图测区内划分一条主构造带：F1，其走向与地层方向基本一致，为区内主要断裂，控制着区内地层、岩浆岩的分布，同时是该区主要的导矿断裂，断层走向40°～50°；测区西南部异常带划分次级构造带4 条：F2，F3，F4，F5，其走向为NEE 向。多处磁异常带及出露矿点均分布在上述构造带F1 周围，推测为区内主控矿构造。测区内圈定较强的磁异常C1，C2，C4，C5 均分布于主构造带处，即处在导矿及容矿构造之中。

2.3 磁异常特征

该矿区磁场特征总体以平稳为主，异常区域主要分布在矿区西侧，且多零星分布，主要有3 个较高异常强度区域：一为圆状磁异常区C3，其他两个为近东西走向的异常带C4，C5。

从整个测区来看，所划分的磁异常大多分布在F1，F2，F3，F4，F5 构造带及其周围，正值磁异常最高点出现在所圈定的C4 异常中，即173 线的197 点附近（ΔTmax=1 291 nT），相对负极值最高点同样出现在该异常中，即172 线的192 点附近（ΔTmin=-1 000 nT）。

在异常中，C1，C2，C6 磁场强度常相对较低，磁异常多呈串珠状，范围较小；C4 磁异常强度高，展布面积大，呈条带状，异常形态好，为测区主要异常带；C5 磁异常处在测区所划分的F5 构造带，异常较为分散、宽缓，整体形态不规则，由3～4 个异常峰值单独组成，异常呈封闭椭圆形形态展布，北侧均伴有较弱的正异常，南部为负异常分布分散。异常梯度总体变化较缓，总体走向NEE向。以±100 nT 等值线衡量，异常长2 500 m，宽1 600 m，面积较大，正异常值最大+350 nT，负值最大-360 nT；C3 磁异常处在测区所划分的F2 构造带上部，异常整体形态较为规则、圆滑，由单个正异常峰值组成，分布在173 线156 点范围内，异常为一个三度体单点异常，呈封闭圆形以珠状形态展布。异常梯度总体变化呈南北对称分布。异常面积较小，正异常值最大+1 212 nT，负值最大 -150 nT。

2.4 剖面2.5D 人机交互处理和异常查证

综合已有资料，在C3，C4，C5 磁异常区布设1∶2 000 磁测剖面 （点距 2 m），利用专业软件（GeoIPAS 3.2）绘制剖面曲线，结合物性成果，进行2.5D 人机交互拟合反演[5]，同该矿区工作的地质专家研究论证后，推断在异常浅部存在盲磁性体，深部存在隐伏磁性体。随后，利用槽探和钻探进一步查证，推断结果基本与实际情况吻合，为该矿区地质勘查工作找到了突破[11]。

1）C3 异常经向上延拓 40 m，80 m，120 m 处理后，负异常逐渐歼灭，推断有强磁异常体存在且埋深较浅，取5 号剖面进行二度半人机交互反演，得出重磁剖面联合反演图（见图1），反演磁性地质体1 处，磁性地质体由向北倾斜的有限延伸的逆轴磁化柱体引起，磁性体整体磁化强度高，然而延伸短。通过地表探槽工作揭露情况，结合岩石标本磁性测定分析，对该异常定性、定量解释为：第四系风成砂覆盖下部1～2 m 有磁铁矿化的石英岩侵入穿插，向北倾斜，近东西走向，磁异常为近地表磁铁矿化石英岩脉引起，异常延伸40 m 后逐渐歼灭，在东西方向上存在C1 异常区，推断C1～C3 异常为同一岩脉引起，实地找到磁铁矿石标本。该异常带虽向下延伸不大，但东西延伸极长，储量丰富，矿体形态稳定，适宜露天磁铁矿开采。

该异常区存在矿山尾矿库、堆渣场、边坡，同样可产生相应的异常。

2）C4 磁异常经向上延拓40 m，80 m，120 m处理后，正负异常逐渐减小但向下延伸且异常范围未减（见图2）。取P4 剖面分析：剖面进行二度半人机交互反演，得出重磁剖面联合反演，1 号磁性体所反应的磁场曲线较陡，反演出磁性体磁场强度极高，根据反演曲线特征，推断为近乎直立无限延伸斜交磁化薄板状体；2 号、3 号磁性体磁场强度较小，推断为近乎直立的无限延伸斜交磁化厚板状体，4 号磁性体磁场强度较小，推断为向北倾斜无限延伸顺层磁化厚板状。结合解析延拓，该异常深部岩性同浅部变化不大，推断磁性体交接处为岩性接触面,可能存在褶皱或破碎带,在该处进行钻探工作，查看岩性标本，结合地质资料及磁性标本测定综合分析，推断该处正负高异常处异常为石英闪长岩体引起，石英闪长岩中含有磁铁矿物，且该类石英闪长岩体向下延伸较深。此处虽磁场强度异常不是极强，但综合分析，不能排除深部隐伏矿体在破碎带中的存在。

图1 磁测剖面5 2.5D 人机拟合成果

图2 C4 异常向上解析延拓图

3 磁法勘测在地质环境中取得的成果

1）通过本次高精度磁法勘测工作，基本调查清楚了矿区的断裂构造带和岩（矿）体分布情况，对覆盖区进行深入的地质填图，结合原始地质资料，进一步对岩体和岩层进行了定性和定量解释。

通过本次高精度磁法勘测工作，也同时完成了GPS 测量工作，即运用GIS 及图像处理技术搭建了毛条山矿山地质灾害监测的可视化智能平台的底层地形图件。

本次磁法勘查同样探测了矿山尾矿库、堆渣场、边坡，对矿山存在的裂缝进行监测，通过数据处理，为地质环境监测提供了最为详细的地质、物探资料，结合该地区历史活动情况、地层稳定现状、趋势分析、潜在威胁、气候条件、地貌条件、地质条件、人为影响、形成机制、防治措施等因素，不仅对该矿区可能存在的地质灾害进行了前期分析，而且对后期解决地质灾害和环境问题也提供了借鉴。

2）表层磁法勘探取代了钻探、探槽。表面高精度磁法勘查技术可以极大地降低对地表的破坏。甘肃省民勤县毛条山一带铁多金属矿区属于生态系统被破坏的区域，由于大面积的树木被砍伐、长期频繁的地勘和矿区开发，使得该地区出现水土流失，草、林场退化的情况，加之地表岩体多为火成岩，通过风沙和直射阳光，容易影响地表活动，这些年地表岩土风化更加严重，从而形成恶性循环，生态越来越脆弱，如果此时再采用钻探、探槽等地质工程，地方的生态系统将遭到极大的破坏。本次采用了高精度磁法勘查方法，不仅降低了地表的开挖，且不需要后期恢复，极大地保护了当地生态环境，还可以探测盲矿体的位置，进一步实现了寻找矿产的目的。

4 结论

1）在分析研究1∶1 万小比例尺磁测资料的相关基础上，结合地质资料，会同地质人员共同布设磁测剖面，结合物性资料，利用异常区磁剖面二度半人机交互反演，能够有效推断深部是否存在隐伏磁性体。

2）工作区主要是沙漠和戈壁滩，地表风化严重，出露极少，且周边生态较为脆弱，不利于进行大规模地质工程。通过1∶1 万地面高精度磁测在矿区的测量工作，可快速高效地圈定磁异常，划分断裂构造带和地质灾害裂缝潜存区，为后期地质工作和地质灾害监测工作提供相应的靶区，为后期地质环境监测提供了最为详细的地质环境资料。本次工作极大地减少了地质工程的应用，有效保护了矿区周边较为脆弱的生态环境。