利用井中三分量磁测ΔT三维异常体特征分析磁铁矿体产状——以山东省兰陵县兰陵矿区古林矿段为例

邱光辉

(中化地质矿山总局山东地质勘查院，山东 济南 250013)

0 引言

兰陵铁矿位于山东省兰陵县西南方向的兰陵镇，位于著名的苍峄铁成矿带的南侧[1-4]。该区域地质勘查工作始于20世纪70年代，1971年冶金工业部通过1∶5万航磁测量圈定了兰陵磁异常，此后，于70年代中期，山东冶金地质四队对兰陵磁异常开展钻探验证，并确定该处磁异常是由新太古代泰山岩群山草峪组地层中的磁铁石英岩所引起[5-7]，此后近30年时间，该区未开展过系统的地质勘查工作和相关科研工作。从2005年开始，中化地质矿山总局山东地质勘查院在该区相继进行了普查、详查工作。该文基于上述阶段成果，为了解古林矿段铁矿体真实产状，利用群孔三分量磁测ΔT异常，对古林矿段矿体三维空间赋存形态进行了分析，对确定矿体产状提供了物探依据,有力地助推了该矿区勘查工作的顺利进行。该次利用群孔ΔT三维异常体特征分析铁矿体产状，开创了利用井中单一磁参量解译铁矿体三维特征的先河，对相似区域群孔井中三分量磁测解译铁矿体产状具有借鉴意义。

1 矿区地质概况

1.1 地层

矿区大地构造位置位于华北板块(Ⅰ)陆块鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起区(Ⅲ)枣庄断隆(Ⅳ)的峄山凸起(Ⅴ)与磨山凸起(Ⅴ)交会部位[8]。区内地层以新太古界与新元古界不整合面为界，其下部为泰山岩群山草峪组变质岩为主的变质基底，上部为元古代至古生代寒武纪沉积岩地层及第四系构成的盖层。区内地层顺序由老至新分别为：新太古代泰山岩群山草峪组、新元古代土门群、古生代长清群及第四系[3-4]。其中，泰山岩群山草峪组为赋矿层位[9]。

1.2 构造

区内第四系覆盖厚度较大，分布广，基岩出露极少，断裂构造均隐伏于第四系之下，区内断裂构造均为物探推断断裂(图1)，推断区内断裂构造主要呈近EW向、NW向、近SN向及NE向走向[10]。区内近EW向断层主要有2条，分别为城前-磨山断裂和物探推断断层F5，对该区的地层分布有明显的控制作用。区内NW向断层共有2条，分别为黄山-层山断裂和兰陵断裂，未发现其对矿体造成影响[3-4]。该区近SN向断层组合为区域内的主要成矿后构造，对矿体分布有一定影响[9]。

1.3 岩浆岩

区内岩浆岩不发育，仅于少数钻孔内发现小规模的脉岩[9]，主要为中生代脉状侵入岩，岩性主要为闪长岩、闪长玢岩、煌斑岩及少量的正长岩等岩脉，多在盖层中所见，基底地层中分布较少，未发现对矿体产生破坏且规模较大的脉岩。

1—临沂组；2—黑土湖组；3—山前组；4—寒武纪馒头组；5—寒武纪朱砂洞组；6—寒武纪李官组；7—震旦纪石旺庄组；8—震旦纪浮莱山组；9—南华纪佟家庄组；10—南华纪二青山组；11—推断断裂；12—物探推断区域断裂；13—古林矿段矿体及编号；14—兰陵矿段矿体及编号；15—兰陵矿区范围图1 兰陵矿区区域地质简图

1.4 矿体地质特征

兰陵铁矿区自西往东分为小寨子段、古林段和兰陵段3个矿段，矿段之间以断层为分界线[5]。截至2015年，兰陵铁矿共查明铁矿石资源量7.2亿t(其中古林矿段0.99亿t)，属深隐伏沉积变质型磁铁矿(“鞍山式”铁矿)，矿体赋存于新太古代泰山岩群山草峪组变质地层中①黄文院、郝兴春、刘建稳等，山东省苍山县兰陵矿区(古林-兰陵矿段)铁矿详查报告，2012年。②王焕志、宋卫卫、杨才等，山东省兰陵县兰陵矿区古林矿段铁矿详查报告，2017年。，矿体顶界面埋深一般为550～800m，矿体呈层状、似层状产出，总体走向300°～310°，总体倾向NE，倾角很陡，呈近直立状。矿体沿走向最长4.025km，沿倾向最大斜深1252.64m，矿石为需选铁矿石，矿石平均品位mFe23.34%，S、P含量较低[9]。

古林铁矿处于兰陵-小寨子磁异常带的中部(图2)，磁异常特征相对独立。兰陵-小寨子磁异常带整体走向呈NW300°左右，而古林磁异常走向呈NE30°左右，相对于兰陵-小寨子磁异常带的其他局部磁异常，古林磁异常走向顺时针旋转了90°，形成了相对独立的磁异常特征。从矢量场相关理论上分析，ΔT磁异常特征的差异，反映了地下磁性地质体的空间赋存状态的不同[11]。

基于对苍峄铁矿、兰陵铁矿整体走向为NW向的认知，古林铁矿在较小的范围内走向能否实现90°扭转，在勘查过程中，对古林矿段铁矿体的走向、倾向产生了争议[5]。为了弄清古林铁矿体的真实赋存状态，以及为地质推断提供依据，该文在整理古林矿段范围内已经施工的井中三分量磁测数据后，利用三维成图软件Voxler生成ΔT磁异常三维立体图[12-13]，结合岩石磁性参数，圈定了地下强磁性地质体三维立体形态。

1—推断断裂；2—物探推断区域断裂；3—古林矿段矿体及编号；4—兰陵矿段矿体及编号；5—古林矿段磁异常范围；6—兰陵矿段磁异常范围图2 兰陵矿区高精度磁测ΔT磁异常图

2 井中三分量磁测数据整理

Voxler软件是Golden Software公司推出的一款真正意义上的三维可视化科学制图软件，该次工作利用该软件对井中三分量磁测数据进行了三维成图，成图前需先对井中三分量磁测数据进行整理。

2.1 井中三分量磁测ΔT磁异常值的计算

该次磁测井工作采用中装集团重庆地质仪器厂生产的JGS-1B智能综合数字测井系统及JCX-3型井中磁力仪。该井中磁力仪使用垂向定向系统，这种系统有2个自由度，其中一个轴始终沿铅垂方向，即z轴；y轴水平始终指向井倾斜方位，x轴水平垂直于y轴。

由此可写出在垂直定向系统中的地磁正常场分量和磁异常分量表达式[14]：

正常场分量表达式为

(1)

磁异常分量表达式为

(2)

由公式(1)和公式(2)可以求得磁异常水平分量的模值：

(3)

进而求得磁异常总场的模值为

(4)

式中：β—每一测点的钻孔倾斜方位角；I—地磁倾角。

2.2 井中磁测测量点空间位置的确定

井中三分量磁测孔内测量点空间位置的确定，以钻孔孔位地面精测坐标(X0,Y0,Z0)为起算点，以钻孔孔深和陀螺测斜数据为空间定位参数，按照公式(5)计算地下每个测量点的空间坐标：

Xi=X0+(LcosAicosBi)Yi=Y0+(LcosAisinBi)Zi=Z0-LsinAi

(5)

式中:L—钻孔的斜深;Ai—孔内某点的倾角;Bi—孔内某点的方位角。由公式(1)～(5)即可计算出各个钻孔内不同深度测量点的三维空间坐标及ΔT磁异常值，为利用voxler软件成图奠定了数据基础。

3 利用井中磁测ΔT三维异常体特征分析古林磁铁矿体三维形态

3.1 ΔT磁参量在磁异常解译中所具备的优势

该次工作之所以选用ΔT磁参量圈定三维异常体，是因为ΔT磁异常值不存在零值点，所以在探测上没有盲区，并且其幅值均为正值，幅值大小与磁性体强弱呈正相关，更易理解。所以ΔT磁异常所圈定的异常体，较ΔZ磁异常圈定的异常体更为清晰，异常形态更为完整，并且ΔT异常体形态与磁铁矿体的真实形态更为接近，更利于使用三维ΔT异常体分析磁铁矿体空间赋存状态。

3.2 矿区主要岩性磁性参数特征

为了群孔井中磁测的解译，中化地质矿项目组对磁测井钻孔所取岩芯分岩性进行了磁化率、磁化强度测量，由测量结果统计可知(表1)，上覆沉积盖层岩石(灰岩或泥灰岩)的平均磁化率为0.1×10-3，可视为无磁性；矿体围岩(黑云变粒岩)平均磁化率为0.35×10-3，围岩的磁性也很弱；在该矿区能引起较强磁异常的只有磁铁矿体。根据磁铁矿体的磁化率测量值，结合化学样的化验结果(由中化地质矿山总局第十九实验室提供)，将磁化率大于100×10-3，即ΔT为5500nT以上的磁异常确定为有找矿意义的磁异常，将磁化率大于200×10-3，即ΔT为10000nT以上的磁异常推断为磁铁矿体所引起的磁异常[9]。

表1 矿区主要岩、矿石磁性参数统计

3.3 利用ΔT磁参量三维立体图分析磁铁矿体三维形态

图3是利用Voxler软件生成的ΔT磁异常体标准表面模型(Isosurface)图[15-18]，圈定异常体等值面的属性值为6000nT，图3反应了ΔT磁异常幅值大于6000nT的强磁性地质体在古林矿区范围内的整体分布特征。

图3 古林矿区井中磁测ΔT磁异常三维立体图

由图3可知，古林矿区ΔT强磁异常体由2个近于平行排列的强磁异常体组成，这2个强磁异常体整体走向呈NE30°左右，倾向NW，倾角60°左右。强磁异常体的分布特征反应了强磁地质体的空间赋存状态。

强磁性地质体赋存标高在600m以深，沿走向呈波状弯曲分布，局部呈膨大状，推测膨大处应发育有褶皱构造[19]。在矿区范围内，强磁性地质体沿走向在SW和NE两端均未封闭，区内强磁地质体展布长600～1000m。从图3上看，强磁性地质体沿倾向厚度有变化，表明矿体厚度沿倾向呈不均匀状分布。

图4 古林矿区井中磁测ΔT磁异常三维切片图

为了能从更多细节分析强磁地质体沿走向、倾向的分布特征，利用Voxler软件的正射影像图(Orthoimage)或斜射影像图(Obliqueimage)功能绘制三维切片图(图4，图5)，这种图件反映的是在某一投影平面上ΔT磁异常值的变化特征，进而反映强磁性地质体在这一投影平面上的空间赋存形态。因为切片方向和位置可以任意选取，所以三维切片图对于分析强磁性地质体在某一位置的细节很有帮助。

图4为ΔT磁异常在XY，XZ，YZ三个方向上的正射影像图，可以较清晰地看出强磁性地质体的走向和倾向，以及沿走向和倾向方向磁性地质体的变化特征，相关细节也有较清晰的反映，特别是沿倾向方向，ΔT磁异常体倾角有较大变化，初步分析应为断层错动所致。

图5 古林矿区井中磁测ΔT磁异常不同方位切片图

为了更为详细地分析强磁性地质体沿走向和倾向方向上的变化特征，针对强磁性地质体走向NE30°、倾向NW和倾角60°的分布特征，分别绘制了NE30°方位、NW300°方位和标高-1100m深度的切片图(图5)。从图5可以更清晰地看出2个平行排列、走向NE、沿走向波状弯曲的具体细节，特别是NW300°方位切片，更为详细地反应了强磁性地质体沿倾向的分布特征，可以看出强磁性地质体沿倾向呈上陡下缓状，在标高-1000m处强磁性地质体呈现错动状，推断错动处应发育有一定规模的断裂构造。从图5可以看出，强磁性地质体沿倾向向深部并未尖灭。

3.4 物探推断的有效性分析

根据上述对古林矿区强磁性地质体(磁铁矿体)产状的推断，古林矿段详查工作项目部对古林矿段勘探线系统进行了调整，将勘探线方位由30°调整为300°，并根据新的勘探线系统布置了新的钻孔进行验证。通过验证表明古林铁矿矿体埋深为700～800m，呈层状、似层状产出，总体走向NE25°～40°(图1)，倾向NW，倾角55°～70°[20-21]。钻探工程验证结果与物探推断基本一致，这表明利用群孔井中三分量磁测ΔT三维异常体特征分析磁铁矿矿体产状，在该区域效果良好。

4 结语

以兰陵矿区古林矿段群孔井中三分量磁测资料为基础，利用Voxler软件进行井中三分量磁测ΔT异常三维立体成图，结合岩矿石磁性参数特征，推断矿致的ΔT三维异常体，研究磁铁矿体的空间赋存状态，提出了利用群孔井中磁测确定磁铁矿体产状的方法。利用这一方法对古林矿段铁矿体的产状进行了推断，经钻孔验证推断结果正确。为类似地区铁矿勘查提供了示范。

致谢：该次工作得到了古林铁矿项目部人员董西学高级工程师和张海亮工程师的大力支持；在井中三分量数据整理期间，得到了赵青涛工程师、张超工程师和周雷工程师积极协助，在此一并表示感谢！