井中三分量磁测在鲁西大张深覆盖区铁矿勘查中的应用

郝兴中，张华平，李英平，吴立新，智云宝，王立功

(1.山东省地质调查院，山东 济南 250014；2.山东省土地质量地球化学与污染防治工程技术研究中心，山东 济南 250014)

鲁西地区铁矿勘查工作表明，在济南、淄博、莱芜、德州等地区发育有矽卡岩型铁矿[1-4]；近年来德州市东南部的齐河—禹城深覆盖区在深部矿产勘查工作中取得了重大找矿突破，山东省地质调查院、山东省煤田地质规划勘察研究院、中化地质矿山总局山东地质勘查院等多个地勘单位，对齐河县潘店次级磁异常、禹城市李屯次级磁异常和齐河县大张次级磁异常开展的异常查证过程中，发现了潘店、李屯、大张铁矿床[4-7]，属于“厚度大、品位高、埋藏深、储量多”的矽卡岩型铁矿床。在德州地区矽卡岩型铁矿勘查过程中使用“地质—磁法—重力—电法—地震—钻探—测井—综合研究”等找矿方法，效果明显。在钻孔中实施的井中三分量磁测工作为研究区提供了大量深部地质、物探勘查信息，促进了区内铁矿勘查工作的顺利推进。本文通过总结齐河大张地区异常查证中井中三分量磁测成果，研究了井中三分量磁测方法在该区铁矿勘查工作的必要性和有效性。

1 研究区地质特征

研究区位于山东省西北部，行政区划属德州市管辖；其大地构造位置属华北板块(Ⅰ级)、鲁西隆起区(Ⅱ级)、鲁中隆起(Ⅲ级)、泰山—济南断隆(Ⅳ级)、齐河潜凸起(Ⅴ级)；该区发育有第四系、新近系、白垩系、二叠系、石炭系、奥陶系和寒武系等[8-10]；区域发育的岩浆岩主要有中生代中基性侵入岩和新太古代酸性侵入岩；区域构造活动强烈。

1.1 成矿地质条件

研究区新生界埋深约560～900m，其下发育的二叠纪、石炭纪、奥陶纪地层为该区铁矿控矿地层；区内燕山晚期岩浆活动强烈，可分为李屯岩体、潘店岩体、大张岩体及薛官屯岩体(图1)[4,9]，其岩性以闪长岩为主；区内断裂发育，呈NE向、NNW向和近SN向，局部褶皱亦发育，走向为NNE向、NNW向。

区域航磁异常明显，1∶5万航磁异常可分为李屯、潘店、大张和薛官屯4个次级磁异常[4,8-9]；其中大张次级磁异常及化极异常明显，呈NE向椭圆状(图2)，重力异常较为发育，区内“重磁异常同源性”明显。

1—正磁异常曲线；2—零磁异常曲线；3—负磁异常曲线；4—见矿钻孔及编号；5—未见矿钻孔及编号

1.2 铁矿体特征

研究区内大张铁矿位于大张次级磁异常区SW侧，铁矿体呈层状、似层状、透镜状、脉状、囊状及不规则状等(图3)；铁矿体附近蚀变特征显著，由岩体到地层方向，总体蚀变分带特征为“闪长岩带—蚀变闪长岩带—内矽卡岩带—铁矿带—外矽卡岩带—大理岩化带—灰岩带”，且岩矿石颜色变化明显。

1—第四系；2—新近系；3—二叠系；4—石炭系；5—奥陶系；6—闪长岩体；7—实测及推测地质界线；8—铁矿体及编号；9—钻孔位置及编号；10—推测构造破碎带

研究区铁矿体赋存形式多样，可分为接触带赋存式、层间充填式、断裂充填式、裂隙贯入式、捕虏体构造式5种赋存形式[9,11]，铁矿石品位较高，多达50%以上，研究区内各铁矿床控矿特征详见表1。

表1 大张地区铁矿体特征

1.3 铁矿石特征

研究区内铁矿石类型多样，主要为致密块状磁铁矿石，条带状、浸染状、脉状磁铁矿石。主要呈灰黑色，此外呈暗绿色、浅黄褐色等，为致密块状构造、浸染状构造、蜂窝状构造、角砾状构造等，呈半自形—他形粒状结构等。矿石中金属矿物主要为磁铁矿，含少量黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、镜铁矿、闪锌矿等，非金属矿物为透辉石、透闪石、石榴石、绿帘石、方解石、绿泥石等；围岩蚀变主要类型为钠长石化、矽卡岩化、黄铁矿化、绿帘石化、绿泥石化等。

2 测井依据与仪器选择

2.1 铁矿石物性特征

该区岩矿石物性参数分析表明，铁矿石较研究区其他岩石具有“高磁、高重、低阻、高极化”的特征；通过对研究区及区域相关铁矿勘查成果[4,11-15]分析研究，总结了该区矽卡岩型铁矿地球物理找矿预测模型(表2)。运用“地质—磁法—重力—电法—地震—钻探—测井—综合研究”等工作手段，取得了显著的铁矿勘查工作效果。

表2 大张铁矿区矽卡岩型铁矿地球物理特征

2.2 井中三分量磁测仪器设备性能

井中三分量磁测是钻孔施工过程中在钻孔中对深部及旁侧磁性体进行的深部探测工作，当检测到井中旁侧及井底盲矿体时，其矢量的指向具有发散、汇聚的特征，通过其指向可判断矿体的范围及空间位置，进而指导后续矿产勘查工作[16-18]。山东省地质调查院在大张磁异常区西侧施工的DZK1钻孔见到2层铁矿体，在该区东侧施工的DZK2钻孔未见矿，各钻孔均进行了井中三分量磁测工作。测井工作采用重庆地质仪器厂JGS-1B智能综合数字测井系统、JCX-3型井中三分量磁力仪探管和H411型磁化率探管，采取自动观测并采集数据，井中三分量磁测点距为1m，磁化率测井点距为0.2m。

3 井中三分量磁测成果

在成矿有利部位进行钻探施工并开展井中三分量磁测工作可较为直接地了解深部地质单元信息，同时可以探测钻孔底部和旁侧一定范围内的磁性体[19-23]，并为下一步勘查工作提供依据。

3.1 DZK1钻孔测量成果

(1)DZK1钻孔概况

该孔自上而下揭露了第四系、新近系、二叠系、石炭系、奥陶系、铁矿体、蚀变闪长岩和闪长岩等，并揭露了多层薄煤层和2层铁矿体(表3、图4)，在铁矿体及其附近的岩矿石中发育有磁铁矿化、黄铁矿化、矽卡岩化、钠长石化、大理岩化等现象。

表3 大张地区铁矿体特征信息

(2)DZK1钻孔井中三分量磁测

该孔在0～594.40m处为钻孔套管位置，未开展测井工作。由图5可知，594.40～828.00m处为三分量磁测值和磁化率值等均较弱，磁化率变化范围为(2986.00～4018.45)×10-6SI，均值为3098.01×10-6SI，△H′值变化范围多为-1827.42～-196.42nT，均值为-777.54nT，且三分量磁测无明显发散和汇聚现象，其对应岩性为石炭纪—二叠纪碎屑岩、奥陶纪碳酸盐岩，由此表明在仪器测量范围内，该井段旁侧未发现发育强磁性体。828.00～837.00m与844.50～854.00m处均显示强磁异常(图4)，磁化率变化范围为(18192.01～27612.52)×10-6SI，均值为27458.79×10-6SI，△H′值变化范围多为1682.33～42779.01nT，均值为16904.44nT，△T′幅值显示具有强烈的发散和汇聚特征反应，与所揭露的铁矿体具有高度对应性，为铁矿及其展布形态的综合反映。854.00m至孔底处三分量磁测值和磁化率值等均较弱，磁化率变化范围为(3149.97～3934.91)×10-6SI，均值为3339.14×10-6SI，△H′值变化范围多为-2481.25～513.20nT，均值为-230.78nT，且三分量磁测无明显发散和汇聚现象，该井段对应岩性为蚀变闪长岩体和闪长岩体，由此推断该井段旁侧及孔底在仪器可控制范围内无强磁性体存在。

1—新生界；2—砂质泥岩；3—泥(页)岩；4—灰岩；5—大理岩；6—蚀变闪长岩；7—闪长岩；8—矽卡岩；9—煤层；10—铁矿体

3.2 DZK2钻孔测量成果

(1)DZK2钻孔概况

该孔自上而下揭露了第四系、新近系、二叠系、石炭系、奥陶系、蚀变闪长岩和闪长岩等(图5)，在石炭-二叠系中发育了多层薄煤层；其中844.72～1038.92m处主要为奥陶纪大理岩化灰岩、大理岩等；1038.92～1041.20m处为浅灰白色钠长石化蚀变闪长岩；1041.20～1232.00m处为角闪闪长岩体，局部地段略具绿帘石化蚀变。

1—新生界；2—砂质泥岩；3—泥(页)岩；4—灰岩；5—大理岩；6—蚀变闪长岩；7—闪长岩；8—矽卡岩

(2)DZK2钻孔井中三分量磁测

该孔在0～590.00m处为钻孔套管位置，未开展测井工作。由图5可知，590.00～1010.00m处井段三分量磁测值和磁化率值等极弱，磁化率变化范围为(2513.79～3187.04)×10-6SI，均值为2583.87×10-6SI，△H′变化范围多为-1675.07～-54.23nT，均值为-1022.18nT，且三分量磁测无明显发散和汇聚现象，该井段处对应岩性为石炭纪—二叠纪碎屑岩和奥陶纪碳酸盐岩等无磁性岩石，由此推断在仪器探测范围内，该井段处无旁侧盲矿体存在。1010.00～1052.00m处井段三分量磁测值和磁化率值等亦极弱，磁化率变化范围为(2521.99～3414.26)×10-6SI，均值为2694.95×10-6SI，△H′值由负变正，其变化范围多为73.51～5753.52nT，均值为2166.02nT，其对应岩性为奥陶纪碳酸盐岩地层、蚀变闪长岩及闪长岩；△H′曲线呈“>”型、△Z曲线呈反“S”型(图5)，△T′幅值呈明显的汇聚反应，焦点深度为1034.00m，由于1038.92m处主要为奥陶纪地层和蚀变闪长岩接触带，由井中三分量磁测数据并综合地表重磁异常特征推断该井段NW侧距孔壁水平距离约17m处存在一盲矿体，且矿顶埋深约1034.00m。1052.00m至孔底处井段，三分量磁测值和磁化率值等均较弱，磁化率变化范围为(2505.60～3893.49)×10-6SI，均值为3233.37×10-6SI，△H′变化范围多为-1944.38～-116.28nT，均值为-662.96nT，且三分量磁测无明显发散和汇聚现象，亦无明显磁异常存在，对应井段为弱磁性的闪长岩体，由此推断该井段旁侧及孔底在仪器可控制范围内无强磁性体存在。

4 结语

在成矿有利部位进行钻探并开展井中三分量磁测可较为直接地了解深部地质单元、钻孔孔底和旁侧隐伏磁性体，为下一步勘查工作提供依据。研究区内石炭纪—二叠纪碎屑岩、奥陶纪碳酸盐岩地层和蚀变闪长岩的井中三分量磁测异常极弱，而闪长岩的井中三分量磁测异常则较弱，在钻孔中井中三分量磁测发现的强磁异常对与铁矿体密切对应。

在大张异常区铁矿勘查过程中，该异常西半环取得了较好的成果，在DZK1钻孔井中三分量磁法测量显示古生代地层中地层磁化率低，且△H′值绝大多数为负值；在矿体内磁化率值极大，同时△H′值由负变正，变化剧烈，同时△T′具有显著的发散和汇聚现象；而在岩体内部磁化率呈锯齿状变化，但总体相对较低，△H′值变化不明显，△T′没有明显的发散和汇聚现象。利用DZK2钻孔对大张异常东半环开展的异常查证工作中未揭露到富铁矿体；在井中三分量磁法测量中显示全孔中地层和岩体的磁化率低，但在奥陶纪地层和岩体接触带附近△H′值由负变正，呈“>”形，且△T′呈明显的汇聚特征，由此显示在孔壁NW侧具明显的磁异常特征，极可能为一矿致异常。

综上所述，大张磁异常东半环的异常查证工作为今后勘查工作提供了勘查方向的同时，也显示该区有较好的找矿潜力。在研究区矽卡岩型铁矿勘查工作中，在钻孔中开展井中三分量磁测工作是十分必要且有效的。

致谢：对多年来与作者一起在齐河地区开展矽卡岩型铁矿勘查工作的项目组全体成员致以最衷心的感谢！