动力滑翔机航磁系统在浅覆盖区地质调查中的应用

张 健，陈铁飞，赵海圆

(1.甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020；2.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710043)

0 引言

浅覆盖区一般指第四系厚度小于100 m的地区，由于浅覆盖区的特殊地貌，给地质调查工作带来一定的困难[1]。而地球物理场能够穿透基岩上伏盖层，被地表仪器接收，反映从浅部到深部地质体的综合信息[2]，故地球物理勘探最大特点是可以透过覆盖层寻找隐伏地质体。因此，在浅覆盖区地质调查工作中充分利用地球物理资料显得尤为重要，航空磁测是其中的一种重要方法[3]。甘肃省定西市华家岭-黄家窑地区在1983年开展的1∶5万航磁测量，存在飞行高度高、测线间距大、定位精度低等不足，本次在省级基础地质调查项目《甘肃省定西市华家岭-黄家窑地区四幅1∶5万矿产远景调查》中，黄土覆盖率超过了80%，采用动力滑翔机航磁系统开展1∶1万航磁测量工作，发挥动力滑翔机飞行速度慢、飞行高度低等优势，采集高精度航磁数据，利用不同数据处理算法，如场分离、导数换算等方法，提取有用地质信息，为研究地质构造、圈定岩浆岩、预测找矿靶区等提供了丰富的资料[4]。

1 地质概况

研究区所属区域位于青藏高原东北缘，是我国中央造山系重要组成部分，主体隶属于祁连造山带东段，中祁连地块(Ⅳ-2)通渭-庄浪古、中元古代隆起单元(Ⅳ-2-1)和北祁连造山带(Ⅳ-1)走廊南山岛弧(Ⅳ-1-2)(图1)。地层隶属华北地层大区，出露地层有蓟县系高家湾组(Jxg)、新近系甘肃群(NG)、第四系(Q)。第四系分布最为广泛，大部分地层出露于第四纪冲沟之中，分布零星，连续性差，多呈树枝状产出。侵入岩出露面积超过基岩面积的50%，主要有三叠纪黑云母二长花岗岩[5](图2)。

图1 研究区大地构造位置图

图2 研究区地质简图

1.1 地层

研究区出露地层主要为蓟县系高家湾组，其主要岩性组合为硅质大理岩、白云质大理岩、绢云绿泥石英片岩、大理岩夹绢云长石片岩等岩性组合，区内该组沿沟谷出露，未见其上、下接触关系。最大厚度超过1400 m。

新近系甘肃群(NG)：下部为棕红色砂岩、含砂泥岩夹含层状砾岩、砂砾岩；中部以粉砂质泥岩、粉砂岩为主；上部以粉砂质泥岩、砂质泥岩为主。地层厚度为5～20 m。

第四系(Q)：主要为马兰组风积黄土和冲积物，厚度为5～50 m。

1.2 岩浆岩

区内岩浆活动较为频繁，具有多期活动性，主要为南部出露的三叠纪黑云母二长花岗岩，为成矿提供了丰富的矿源物质和有利于成矿元素迁移、富集的热动力，成矿条件极为有利。

1.3 构造

研究区属于祁连造山带东段、中祁连地块通渭-庄浪古、中元古代隆起单元。区域北西走向的会宁-庄浪逆冲断层从工作区北部穿过，工作区NW、近SN向次级断裂较为发育，为成矿物质来源提供运移通道。

2 地球物理特征

2.1 区域重力场特征

据甘肃省区域重力资料显示(图3)[6]，研究区邻区的区域布格重力异常以较低缓的重力低异常为主要特征，布格重力异常值由西向东逐渐增大。研究区布格重力异常趋势亦由西向东逐渐增大，推测研究区东部为火山岩隆起区，覆盖较浅。

图3 测区及邻区布格重力异常等值线平面图 (据贾群子①)

2.2 区域航磁异常特征

据1983年开展的1∶5万航空磁测数据，研究区内航磁异常整体呈NW向和NWW向展布，局部异常宽缓圆滑，强度为80～240 nT。本区均为第四系黄土覆盖区，而且覆盖厚度较大，会宁—义岗川一线以南，磁场变化较大，经计算覆盖厚度为400～500 m；而会宁-义岗川一线以北，磁场变化很小，盖层厚度一般为800～1000 m，形成NW向带状炭山槽地。会宁—义岗川断层是一条NW向展布的断裂带，与航磁异常对应关系良好。

2.3 磁性特征

研究区大面积为黄土覆盖，出露岩石较少。出露岩石采集标本物性测量统计资料显示，第四系沉积层、新近系泥岩、砾岩、蓟县系高家湾组硅质大理岩、透闪石白云大理岩，最大磁化率为190×10-6SI，均为非磁性岩石；三叠纪黑云二长花岗岩磁性相对较强，且磁性不均匀，为中等磁性岩石，磁化率变化范围在(210～2561)×10-6SI之间。

3 航磁数据采集及方法

3.1 航磁系统简介

动力滑翔机航磁系统由CS铯光泵磁探头、三分量磁通门探头、数据采集器、磁补偿器、姿态传感器、RTK实时差分GPS、激光高度计以及智能化导航系统组成，以法国生产的TANARG 912ES型动力滑翔机作为运载工具[7]。

3.2 不同飞行高度试验

综合分析研究区地质和地球物理资料，为确定研究区有效飞行高度，依据以往1∶5万航磁异常，选择一条10 km剖面，开展了不同飞行高度航磁测量试验。提高了在相似地质背景条件下，采用动力滑翔机航磁系统开展航磁测量选择飞行高度的合理性。

由于试验剖面地形切割较剧烈，高差较大，以往1∶5万航磁工作飞行高度约在260 m。考虑飞行安全因素，试验飞行高度分别选择了200 m、250 m、300 m、380 m等4个不同高度，实际试验飞行高度分别为204 m、251 m、303 m、375 m。采集数据经过日变改正后绘制了ΔT剖面曲线(图4)，不同飞行高度磁异常极大值见表1。

图4 不同飞行高度ΔT剖面图

表1 不同飞行高度ΔT极大值统计

飞行高度为204 m的ΔT剖面曲线中出现4处异常极大值，分别在3255 m处、4807 m处、6305 m处、7625 m处。整条剖面被第四系覆盖，几乎没有地层或岩体出露，结合邻区地质资料，剖面4000～7000 m之间较强正磁异常为隐伏的三叠纪似斑状中粗粒黑云二长花岗岩体引起，3255 m处和7625 m处磁异常为三叠纪似斑状中粗粒黑云二长花岗岩岩脉引起。

其他不同飞行高度的ΔT剖面曲线对于4000～7000 m之间的隐伏三叠纪似斑状中粗粒黑云二长花岗岩体反映明显。251 m和303 m飞行高度的ΔT剖面曲线中，在3255 m处和7625 m处由岩脉引起的磁异常有一定的显示，但异常幅度较小。因此，在与研究区地质情况类似的浅覆盖区，利用动力滑翔机航磁系统开展航磁工作，飞行高度不超过200 m时，能较好地圈定磁性地质体，进行有效的地质勘探工作。

3.3 航磁测量质量评述

研究区地形高差为100～500 m，航磁测量按照设计测线沿地形缓起伏飞行，测区飞行高度控制在80～250 m之间。切割十分剧烈的地段，为保证飞行安全，飞行员根据实际地形、气象条件和飞机性能控制不同地形条件下的飞行高度。航空磁测数据质量评价指标主要有飞行高度、偏航距、飞行速度、软补偿、磁测数据质量、磁场测量总精度等，见表2。本次航磁测量数据质量可靠，各项指标均符合《航空磁测技术规范》DZ/T 0142-2010的要求。

表2 航磁测量评价指标

4 数据处理和分析

在研究区开展1∶1万航磁测量面积40 km2，圈定3处航磁异常，编号为C1、C2、C3(图5)。相比1∶5万航磁异常细节刻画更为精细，异常内部特征反映更为清晰。

图5 ΔT化极等值线平面图

将ΔT磁异常向上延拓100 m、200 m、500 m、1000 m、2000 m后，研究区各磁异常极大值都不同程度的下降，各磁异常极大值见表3。其中C1在上沿过程中衰减较快，C2、C3衰减慢，表明引起C1磁异常的场源较浅，引起C2、C3磁异常的场源较深，且C2、C3磁异常为同源磁性体。

表3 磁异常延拓不同高度各磁异常极大值统计

为了进一步研究航磁异常对构造信息的反映，采用水平一阶导数处理，来提取异常信息。由于研究区主体构造呈NW向展布，在航磁ΔT(化极)等值线图上做了135°方向的水平一阶导数，综合分析后划定了两条NW向展布的断裂带。

5 异常解释与靶区圈定

5.1 航磁异常解释

从研究区ΔT化极磁异常等值线平面图可以看出[8]，磁场整体表现为NW向展布，东南部以正异常为主，西北部以负异常为主，磁场梯度变化相对较大。研究区ΔT化极后异常极大值为138.0 nT，极小值为-85.9nT。依据地质资料，研究区大部分为黄土覆盖，中部以及南部沟谷地带有三叠纪黑云二长花岗岩出露，西北部有蓟县系高家湾组硅质大理岩、透闪石白云大理岩零星出露。

分析航磁异常特征，经过向上延拓数据处理，结合地质资料、物性统计结果和异常查证情况，C1异常经踏勘检查，推测由隐伏的含磁铁矿绿泥绢云千枚岩引起；C2和C3异常由黑云二长花岗岩岩体引起，表明在地表出露较少的黑云二长花岗岩深部延伸较大，且具有一定的规模。

经水平135°一阶导数处理，圈定NW向展布的断层两条，分别为F1、F2，具体位置见图5。

5.2 找矿靶区圈定

研究区成矿带属中祁连加里东铁铜-铬-金-铜成矿带大黑山-兴隆山钨-钼-铜-铅-锌成矿亚带。区内中酸性岩浆活动强烈，且具有多期活动性，为成矿提供了丰富的矿源物质和有利于成矿元素迁移、富集的热动力；区域NW向的会宁-庄浪逆冲断层从研究区穿过，区内NW向次级断层较为发育，为成矿物质来源提供运移通道。通过以上特征判断，该区区域构造运动强烈，岩浆岩发育，成矿背景良好，成矿地质条件优越。对本次航磁测量推测NW向断裂带进行了实地踏勘，在大墩村一带发现一处钨矿化蚀变带，位于推测F1断层中部。

根据以上认识，按成矿条件基本相似、矿床成因类型基本相同或相互关联，圈定了具有综合地质、物化探、遥感等成矿信息反映的各类异常。因此，将研究区内位于大墩一带，呈NE向带状展布的区域圈定为找矿靶区(图5)。

靶区内除已发现的钨矿化蚀变带外，还存在较多的不同级别的蚀变带，野外可见岩石具较弱的破碎，具一定的褐铁矿化、硅化、碳酸盐化、黄钾铁矾化等。需进一步研究靶区的地质构造、矿体形态、规模和产状、矿石质量、矿石类型和空间分布、矿体与围岩的关系及围岩蚀变等，特别是成矿地质体的研究。

6 结论

本次研究工作表明，动力滑翔机航磁系统在甘肃省定西市华家岭一带浅覆盖区地质调查工作中发挥了重要作用，充分体现了深部勘查优势，弥补了浅覆盖地区地质工作的不足，具体得出以下结论：

1)动力滑翔机航磁系统应用于地质调查工作中具有明显的优势，在保证数据精度的前提下，其使用和维护成本优于其他航磁系统。在地形等级不超过Ⅲ级地区，相比无人机磁测系统优势在于可沿地形起伏飞行，采集的磁场数据更贴近地面磁场数据。

2)在类似甘肃省定西市华家岭一带浅覆盖区开展航空磁测工作，飞行高度不超过200 m，即能获取有效磁场数据。

3)航空磁测作为一种高效的物探手段，可为区域地质构造研究、圈定岩浆岩、成矿预测等提供丰富的基础资料。

注释：

① 贾群子,等. 1∶100万祁连山成矿带布格重力异常等值线平面图[R]. 西安地质矿产研究所,2004.