地磁异常数据处理技术在低纬度地区的应用研究——以柬埔寨王国Mesam金矿为例

李 冰，皇甫海泉，闫东飞，尚建阁，邢尚鑫，陈传浩

(1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南郑州 450016；2.河南省有色金属地质矿产局第二地质大队，河南郑州450016；3.河南省有色金属地质勘查总院，河南郑州 450052；4.河南省自然资源科技创新中心(矿山生态环境保护修复研究)，河南郑州 450016；5.河南省有色金属深部找矿勘查技术研究重点实验室，河南郑州 450052)

0 引言

为响应国家“一带一路”倡议，我国与非洲和东南亚等“一带一路”沿线国家的地质勘查交流合作逐渐增多。为保障地质勘查交流合作项目高质量完成，对我国地质勘查队伍提出了更高的要求，特别是很多地处赤道附近的低纬度地区国家，基础地质工作滞后，有的甚至是处于空白。如何快速掌握这些地区的野外地质资料，地球物理勘查手段首当其冲。然而由于这些地区靠近赤道，应用于我国的常规地球物理数据处理技术其位场异常较为复杂多变，柬埔寨王国Mesam金矿区就具有此类特点。前人在类似地区进行了大量的研究，提出了多种有效的位场异常处理技术，例如变频双向阻尼因子法化极、直接阻尼法化极、迭代法化极、压制因子法化极、概率成像法化极、斜倾角法边界识别技术、导数标准偏差相关系数法边界识别技术、小波多尺度分解、磁异常总梯度模反演等技术(管志宁等，1997；姚长利等，2003；张锡林等，2003；方迎尧等，2006；赵百民等，2009；李水平，2009；骆遥等，2009，2010；彭利丽等，2010；林晓星等，2012；石磊等，2012；吴文贤等，2013；邓波等，2014；杨学立等，2016；宋双等，2017；许文强等，2020；杨剑等，2020；安少乐等，2020；郭灿文等，2020；方菲，2020)。这些位场异常处理技术均从改变因子、压制干扰、控制计算参数的角度出发，使化极、边界识别结果更加稳定，减少了有效信号的损失，增强有效信号的识别，增加了场源边界划定的准确性，区分叠加异常。但是，每一种都有其应用的适应条件，不同地区、不同地质条件下获取的野外基础数据都有其适应的最佳位场处理技术，不同的处理方法获得的结果不尽相同。本次研究区所处位置纬度更低，更靠近赤道，位场异常形态及特点更加复杂多变，因此在类似地质条件和地区开展地磁异常数据处理工作，采用多种位场数据处理技术对野外数据进行处理，选择合适的位场异常数据处理技术组合是获取研究区真实准确的地质信息的重要保障，对该地区的找矿突破起到至关重要的作用。

1 地质背景及地球物理特征

1.1 区域地质背景

研究区位于柬埔寨王国东南部地区与越南交界的蒙多基里省中部(如图1)，在区域上柬埔寨东南部主要出露岩性为中性火山岩系，有黑色气孔状玄武岩、紫色安山岩、黑云母花岗岩、辉长岩、闪长岩、粗面岩、辉绿岩等喷出-侵入岩类。区内出露最古老地层是晚古生代页岩、砂岩、灰岩及少量酸性火山岩,三叠系绿色页岩、砂岩和灰岩在湄公河两侧大面积分布且向上陆源成分增多,其上有晚侏罗-白垩纪砂岩和酸性火山岩及早中侏罗世陆相红层零星出露,向北早中侏罗世陆相红层保存完好。晚侏罗-白垩纪区域上有闪长岩和花岗闪长岩侵入活动，在区域东部及西南部广泛出现新生代陆相玄武岩把上述地层覆盖。研究区金矿围岩以闪长岩-花岗闪长岩为主,另有少量闪长玢岩、花岗岩等。研究区金矿化与闪长岩-花岗闪长岩侵入于三叠纪碳酸岩、砂岩所形成的矽卡岩、角岩有关。显而易见,该区晚侏罗-白垩纪中酸性火成活动是导致区域性矿化的主要原因。成矿构造以断裂构造为主，研究区周边含矿构造以北北西、北北东向、压性断裂为主，走向上长数百米至千米，厚度0.20～0.80 m。在地球物理特征上与金矿有关的花岗闪长岩、闪长岩体呈中高磁性异常显示，几何特征呈团状、不规则条带状展示，成矿构造则呈中低磁性异常显示，几何特征呈规则条带状展示。

图1 柬埔寨东南部地质简图(据吴良士，2009修改)Fig.1 Geological sketch map of Southeast Cambodia(modified from Wu,2009)1-第四系；2-新生代陆相玄武岩；3-侏罗纪-白垩纪闪长岩及花岗闪长岩；4-侏罗纪陆相红层；5-三叠纪绿色砂页岩和灰岩；6-泥盆纪 与石炭纪砂页岩和灰岩；7-金矿区1-Quaternary；2-continental basalt of Cenozoic；3-diorites and granodiorites of Jurassic-Cretaceous；4-continental red bed of Jurassic；5-green sand shale and limestone of Triassic；6-sand shale and limestone of Devonian and Carboniferous；7-gold mining area

1.2 矿区地质背景

矿区出露岩性为酸性喷出岩-中酸性的侵入岩，主要为花岗闪长岩、闪长岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩等，在矿区的西部出露大面积的中高温热接触变质类角页岩，在矿区的东部出露大面积的沉积碎屑岩(如图2)。其中沉积碎屑岩和花岗闪长岩为该区金矿体的主要赋矿围岩。影响矿化定位的主要因素之一是角页岩和作为矿化流体覆盖岩的闪长岩-花岗闪长岩体的接触。矿区构造以断裂构造为主，断裂带多被石英脉及糜棱岩充填。目前矿区内共发现13条断裂，走向10°～40°，倾向北西，倾角多在50°左右，长度百米至千米，断裂宽0.1～0.8 m不等，沿走向和倾向上均呈舒缓波状，局部地段走向和倾向上变化较大，表现为以压性为主，兼并扭性特点，分支复合现象较为常见，偶见分支尖灭现象。石英脉在断裂带中呈扁豆状、透镜状、细脉状分布，构成金矿矿化带。区内岩浆岩分布较广，规模较大的岩浆活动期主要为印支-燕山期，具多期侵入特征，早期为花岗岩、花岗闪长岩，后期为白岗岩、细晶岩及伟晶岩，内有锡、金、铅、锌矿化，该期花岗岩侵入晚三叠世地层中。该期火山岩有流纹岩、英安岩及凝灰岩，在中三叠及晚三叠世至白垩纪地层中均有喷发沉积，风化后有高岭土等粘土矿形成。该岩浆活动期是内生金属矿产形成的主要时期，为内生金属矿产的形成提供了热源、物质来源和动力条件。

图2 柬埔寨Mesam金矿区地质简图(据注释①修改)Fig.2 Geological sketch map of the Cambodia Mesam gold mining area(modified from Note ①)1-沉积碎屑岩；2-闪长岩；3-角页岩；4-花岗闪长岩；5-玄武岩；6-研究区范围；7-勘探线及编号；8-钻孔及编号；9-矿脉及编号1-sedimentary clastic rock；2-diorite；3-hornfels；4-granodiorite；5-basalt；6-study area；7-exploration line and number；8-drilling hole and number；9-ore vein and number

1.3 矿区地球物理特征

岩(矿)石磁性特征及其差异是磁法勘探的基本前提，也是磁法测量资料成果解释的主要依据。为了解研究区内地球物理场的分布特征和提高物探异常解释推断的准确性，我们在研究区范围内采集了各种岩(矿)石标本并对标本进行了磁化率和剩余磁化强度的物性参数测定工作。从测定结果来看(表1)，测区内闪长岩体具有较强的磁化率(K)，花岗闪长岩和闪长岩磁化率中等，其余几种岩石的磁性均较弱或者比较弱；闪长岩的磁化率(K)平均值为2939.77×10-64π·SI，是其他岩性磁化率(K)的2～80倍，花岗闪长岩和闪长玢岩的磁化率(K)平均值为1500×10-64π·SI左右，是除闪长岩外其他岩性磁化率(K)的2～40倍，其余岩(矿)石的磁化率(K)平均值都小于800×10-64π·SI，其中金矿石的的磁化率(K)平均值为327.8×10-64π·SI，在强磁性背景下属于弱磁性或者负磁性。铁帽具有较强的剩余磁化率(Jr)，其平均值为4826.64×10-3A/m，玄武岩的剩余磁化率(Jr)平均值为1710.66×10-3A/m，为中等强度，其余岩性的剩余磁化率(Jr)都小于800×10-3A/m。由此可见，研究区内各岩性之间存在明显的物性差异，因此在该区域开展高精度磁法具备应用前提。

表1 研究区磁参数统计结果一览表Table 1 Statistics of magnetic parameters in the survey region

2 物探异常特征及应用效果

研究区磁法测量使用的是加拿大生产的GSM-19T质子磁力仪，分辨率为0.01 nT，磁测比例尺为1∶10000，采用100 m×20 m的网度，测线方向为NE110°，基线方向为NE200°，尽量与地表发现的已知矿脉垂直布设，共进行面积性磁法测量20 km2，磁测总精度为±5 nT。磁测工作共投入3台质子磁力仪，并进行了水平噪声测试、仪器一致性测试、系统观测误差测试、探头及探头高度试验等工作，质量符合规范要求，为本次工作获得真实准确和高质量数据打下基础。

测区位于赤道附近的低纬度地区,12°35′38.99″N～12°37′50.3″N，磁倾角为13.05°，磁偏角为-0.67°。由于测区所处的低纬度地区主要是以水平磁化为主，磁性体所产生的ΔT磁异常主要由水平分量Ha构成，导致测区磁异常以负磁异常为主。为了使在低纬度地区采集到的磁测数据能够利用我们所熟悉的高纬度地区磁测数据处理解释方法来进行解释分析，我们需要对ΔT磁异常进行化极处理，结合前人总结的低纬度地区数据处理方法(姚长利等，2003；张锡林等，2003；方迎尧等，2006；李水平，2009；骆遥等，2009，2010；彭利丽等，2010；李文成，2011；林晓星等，2012；石磊等，2012；邓波等，2014；柳建新等，2014)，我们对磁测数据进行了倒相180°、化赤以及低纬度化极处理，另外为突出目标异常特征，我们还对低纬度化极后的ΔT磁异常求取水平总梯度模、小波多尺度分解计算等数据处理工作。磁异常水平总梯度模具有不受磁化方向的影响、表达式简单和具有较强分辨叠加异常的特点，能够突出反映浅部地质体所产生的局部异常，识别地质体出隐伏边界(管志宁等，1997；姚长利等，2003；吴文贤等，2013；陈靖等，2014；虎新军等，2020；许文强等，2020；杨剑等，2020)。磁异常是不同深度和尺度场源体的叠加反映，是深部地质体或地质构造的综合反映，小波多尺度分解能够将采集到的信号分解到不同尺度的空间中，从而将场源进行分离，能够突出反映地下不同深度的场源体的分布情况(朱朝吉等，2011；张恒磊等，2011；刘天佑等，2012；王建复，2013；刘彩云等，2014；尚世贵，2014；刘鹏飞等，2016；杨学立等，2016；方菲，2020)。根据平面数据处理结果分析研究区地质特点，结合地质、物探资料进行综合分析进行成矿预测，并结合钻孔资料验证预测效果。

2.1 磁异常平面特征

图3是测区以△T磁异常平面等值线图为基础(3a)，进行倒相180°计算(3b)、化到赤道(3c)和低纬度化极(3d)基础处理结果，并进行对比。△T磁异常倒相180°、化到赤道和低纬度化极平面等值线图中磁异常特征相似，倒相180°和化到赤道后的磁异常特征能够完整地反映研究区的磁场分布特点。因此，在该地区对实测数据进行直接倒相180°后进行解释是可行的，但是这种处理方式是在忽略剩磁影响的情况下得到的结果，在没有剩磁影响的情况下能够真实反映地下地质体的空间分布状态。在不能忽略剩磁影响的低纬度地区对实测数据进行低纬度化极后再进行解释更加贴近真实且细节更加丰富，如图3d。根据研究区物性测试结果和野外实地调查可知，化极后研究区中部呈现一个北西向高磁异常带，该异常带应为花岗闪长岩和闪长岩所引起。在测区中东部及南部正高值异常内穿插有北东向条带状负磁异常，该异常应为与金矿脉相关异常。测区金矿(化)体为低磁异常显示，在图中显示为负磁异常，由于图中矿脉所在位置地表为大面积民采，破坏了原有地质体磁场分布特征，但是在矿脉两端延伸段能够清晰地显示出多条北北东向条带状负磁异常带与矿脉延伸相连，走向与矿脉走向一致，矿脉北东向延伸有限，但南西向延伸较长，且规模较大，是下一步找矿工作的重点区域。通过在高磁异常范围内寻找规则条带状负磁异常分布位置则是该区域甚至是柬埔寨王国中东部寻找金矿的一个重要地球物理标志。

图3 柬埔寨Mesam金矿区基本处理ΔT磁异常平面等值线对比图Fig.3 The contrast map of the ΔT magnetic anomaly plane contours of the Cambodia Mesam gold mining areaa-实测;b-倒相180°;c-化赤;d-低纬度化极a-measured magnetic anomaly;b-inverter 180°;c-pole to the equator;d-low latitude pole

图4是测区化极磁异常水平总梯度模平面等值线图，磁异常水平总梯度模可以较好地反映磁性源边界，从图4可以看到，在金矿脉周围明显出现了一组环形构造，该环形构造把已知金矿脉包围，结合地质资料判定，该环形构造特征显示为深部侵入岩体边界位置。由于测区金矿脉的形成与深部岩体和断裂构造密切相关，为了进一步了解测区深部岩体的侵入特征和测区构造特征，对测区化极磁异常进行小波多尺度分解计算。小波变换是位场异常处理的有效工具，利用小波多尺度分解计算方法，可以将地磁异常分解到不同尺度空间中，不同尺度决定了磁异常所反映的地质体规模和埋深的不同。作为一种新而有效的位场分析方法，小波多尺度分解方法在地磁资料解释和研究地下异常信息的数据处理计算中得到了广泛应用，且效果良好，为位场异常数据技术的研究提供了新的思路(刘天佑等，2012；王建复，2013；尚世贵，2014；刘鹏飞等，2016；杨学立等，2016)。

图4 柬埔寨Mesam金矿区磁异常水平总梯度模分析图Fig.4 Contours of magnetic horizontal total gradient module of the Cambodia Mesam gold mining area

小波多尺度分解是近年来广泛应用于位场异常分离的数学变换方法，该方法效果类似于解析延拓，但是能够获得比解析延拓更加丰富的效果，因此在固体矿产勘查中得到广泛应用。图5是测区磁异常小波多尺度分解结果，其中图5a代表一阶细节，功率谱分析场源似深度为65 m，可见磁异常方向性较强，主要为北西-南东向，主要显示浅部高频成分的信息，表现为浅部角岩、花岗闪长岩和闪长岩等的运动分布规律，以及复杂的无规则的浅部构造影响的结果，也包含近地表复杂的地质体影响结果。图5b代表二阶细节，功率谱分析场源似深度为135 m，磁异常由一阶细节的北西-南东向异常逐渐增加了北东-南西向异常信息，结合地质资料判断，在该尺度与金矿相关的花岗闪长岩和闪长岩等成矿岩体逐渐汇集，并且伴随着丰富的北东-南西向异常信息与多组该方向的断裂构造，这些断裂构造与金矿的形成高度相关，且与成矿作用联系紧密。图5c代表三阶细节，功率谱分析场源似深度为265 m，北西向和北东向两个方向的磁异常逐渐宽化，细节信息显示明显不足，在该尺度下，与成矿作用相关的断裂构造信息减弱，表明该尺度接近断裂构造底部，整体看来显示为岩体深部的运动分布特征，与成矿密切相关的断裂构造基本消失，因此判断在该深度及其以下具有矿体的可能性较小。图5d代表四阶细节，功率谱分析场源似深度为430 m，规模较小、埋深较浅的磁场异常信息已经基本消失，图中主要显示三处异常，其中两处异常呈北西-南东向展布，另一处异常近乎等轴状展布，判断为深部岩浆侵入体分异所致。图5e代表五阶细节，功率谱分析场源似深度为588 m，四阶细节显示的两处北西-南东向异常合为一处，同样呈北西-南东向展布，另一处异常逐渐显示为近东西向展布，结合地质资料显示该两处异常分属不同侵入体，北侧异常为由测区西北处侵入的闪长岩沿北西-南东向软弱构造带上侵所致，侵入岩边界清晰。南侧异常则为由测区西南侧侵入的花岗闪长岩所引起。图5f代表五阶逼近，功率谱分析场源似深度为1000 m，该图反映了深部场源的分布特征，可以看到，在该尺度只剩下一个高值异常，且异常呈北西-南东向展布，判断为测区西北部闪长岩侵入体的深部空间活动信息，且显示了测区花岗闪长岩为侧向侵入，闪长岩为底部深源侵入，且在测区范围内闪长岩深部延展远大于花岗闪长岩。通过对研究区磁异常小波多尺度分解结果，能较好地判断出研究区与成矿有关的断裂构造延伸深度，对区内有效成矿深度范围作出指示，能够较好地判断岩体深部运动轨迹及各深度范围内岩体形成边界，为更好地分析岩体与矿体成矿作用提供依据。

图5 柬埔寨Mesam金矿区磁异常小波多尺度分解图Fig.5 Multiscale wavelet analysis of magnetic anomalies of the Cambodia Mesam gold mining areaa-一阶细节(场源似深度65 m)；b-二阶细节(场源似深度135 m)；c-三阶细节(场源似深度265 m)；d-四阶细节(场源似深度430 m)；e-五阶细节(场源似深度588 m)；f-五阶逼近(场源似深度1000 m)a-details of 1st-order corresponding to depth 65m；b-details of 2nd-order corresponding to depth 135 m；c-details of 3rd-order corresponding to depth 265 m；d-details of 4th-order corresponding to depth 430 m；e-details of 5th-order corresponding to depth 588 m；f-approximation of 5th- order corresponding to depth 1000 m

2.2 钻探验证

通过对柬埔寨Mesam金矿区磁异常开展的磁异常数据处理技术应用分析，结合该金矿区已有的地质资料和野外异常查验结果，在判断的与成矿相关的岩体内部，验证该条北东-南西向负磁异常带即断裂构造带在推断的深度上成矿的可能性，也是为了验证该区内正高磁异常中寻找条带状负磁异常成矿的可能性而布设ZK1504孔。北侧布置的ZK0410孔同样也是布设在推断的北东向长断裂构造上，且处于正高磁异常中的相对低磁异常部位。其中ZK0410孔深370.64 m，在132～135 m处见含金石英脉，化验金品位达13.98 g/t。钻孔ZK1504孔深190.27 m，在123 m附近见断裂构造，裂隙发育，裂隙中被石英脉充填，石英脉中有黄铁矿细脉充填，黄铁矿含量高，呈脉状、星点状分布。在150～153 m处见灰色、烟灰色、乳白色，粒状结构，块状构造石英脉，黄铁矿呈脉状、浸染状、团块状、星状点分布，黄铁矿含量高，裂隙发育，蚀变强，裂隙面见有碳酸盐化形成的晶体颗粒，硅化强，化验金品位达到工业品位。通过两个钻孔验证，证实了该区寻找金矿床的地球物理特征标志，并且充分验证了该区金矿体与岩体和断裂构造高度相关性的推断，为今后在柬埔寨东部寻找金矿提供了很好的参考依据。

3 结论

(1)地面高精度磁测技术具有探测精度高、方便快捷、价格低廉、操作灵活等特点，在地质勘查工作欠发达地区，能够快速地获取当地位场资料进行找矿评价。

(2)在低纬度地区开展地面高精度磁测数据化极工作，采用实测数据倒相180°、化赤和低纬度化极的方法都能完整展示测区磁场特征，但是在不能忽略剩磁影响的低纬度地区应对实测数据进行低纬度化极后再进行解释，这样的解释结果更加贴近真实且细节更加丰富。

(3)在柬埔寨Mesam金矿区取得真实准确的野外磁测数据前提的保证下，对经过低纬度化极后的磁异常数据进行水平总梯度模计算和小波多尺度分解等位场异常处理技术是必要的且有效的。通过磁异常水平总梯度模计算能够准确确定深部磁性体边界，利用小波多尺度分解和功率谱分析结合方法来提取特定深度地质体的空间信息比延拓等方法提供的信息更加丰富，磁性体空间形态更加直观。

(4)运用有效正确的磁异常信息处理技术，结合钻孔验证，总结了研究区内金矿地球物理特征标志，即该区金矿成矿与深部岩体及断裂构造高度相关，在磁性特征上表现为正高磁异常范围内寻找条带状负磁异常即可判定为成矿有利区域，为下一步在柬埔寨王国开展金矿地质找矿工作提供新的思路。

[注 释]

①河南省有色金属地质矿产局第二地质大队.2017.柬埔寨蒙多基里省Mesam金矿详查报告[R].

[附中文参考文献]

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