高精度磁法在萤石矿勘查中的应用

彭小珂，岳想平

(1. 甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃天水 741020; 2. 西安西北有色物化探总队有限公司，西安 710000)

0 引言

萤石(CaF2)作为一种非金属矿产、类稀土资源，在冶金工业、化学工业等领域用途广泛[1]。随着工业发展和萤石应用领域的不断扩大，萤石需求量逐步上升，发现更多的萤石资源迫在眉睫，对萤石矿产勘查方法的要求也越来越高[1]。

我国萤石矿类型共分为热液裂隙充填型矿床、热水沉积型矿床和多金属伴生型，尤以热液裂隙充填型矿床为主。这种断裂构造控制的萤石为萤石矿勘探提供了物探前提。前人在寻找这类萤石矿床时，尝试过多种物探方法，其中EH-4电磁法[1]和甚低频电磁法(VLF-EM)[2]效果良好。

这些方法在寻找地表有一定出露的萤石矿方面具有一定的便捷和快速优势，但是对寻找深部萤石矿和成矿岩体方面存在不足。本文采用高精度磁法，不仅较为精确地划分了区内主要控矿构造，还对深部成矿岩体进行了圈定，为寻找深部隐伏的萤石矿提供了一定的依据。

1 地质及地球物理特征

1.1 地层

勘查区出露地层为中生代白垩纪早白垩世河口群下组(K1H1)和上组(K1H2)：

中生代白垩纪早白垩世河口群下组(K1H1)：分布于勘查区南部，呈北西西向展布，倾向北北东，倾角为5°～30°。岩性主要为紫红色巨厚层块状砾岩夹紫红色厚层状含砾中粗粒长石石英砂岩，顶部为砾岩与长石石英砂岩互层。

中生代白垩纪早白垩世河口群上组(K1H2)：分布于勘查区北部，呈北西西向展布，倾向北东—北北东，倾角为10°～35°。岩性主要为紫红色巨厚层块状泥岩粉砂质泥岩与长石石英砂岩互层夹砾岩，夹有多层蓝灰色砂岩。

1.2 构造

勘查区位于中祁连陆块与西秦岭印支褶皱带交汇处，北部为华北陆块区，南部为西秦岭印支褶皱带，如图1所示。

图1 大地构造位置图

勘查区构造裂隙不仅为矿化热液提供运输通道，而且为矿物质的富集成矿提供赋存空间。区域矿产赋存位置往往在主断裂附近的次级断裂或节理裂隙中，尤其以北北西向次级断裂发育地段矿化最为明显。与萤石矿有关的断裂均为北西向，萤石矿产出及分布严格受断裂带约束，带内发育硅化、碳酸盐化等。

1.3 岩脉

区内脉岩主要为石英脉，发育在断裂带内，沿断裂带充填，主要为透镜状或碎块状石英脉。

据区域航磁及布格重力异常资料显示，勘查区中南部深部有隐伏岩体分布，因此推测本区深部有燕山后期隐伏岩体存在，且与本区成矿有关。

1.4 萤石矿特征

区内萤石矿为中-低温热液充填型萤石矿床。成矿机制为白垩纪后期岩浆沿断裂上升到一定空间，沉淀晶出萤石，形成萤石矿。矿床赋存于断裂带中，受断裂控制，呈脉状产出，为单一萤石矿床，其形成多与深部岩体有关。

1.5 地球物理特征

本区岩矿石磁性差异不明显，如表1所示，其中含砾砂岩或粗砂岩，磁化率κ变化范围在11×10-6～240×10-6SI，常见值为150×10-6SI，均为非磁性岩石。出露的萤石矿磁化率变化范围在10×10-6～70×10-6SI之间，常见值为20×10-6SI，磁性很微弱，为非磁性矿石。

表1 岩(矿)石物性参数统计表

2 成果分析与解译

2.1 磁异常分析

地面高精度磁测勘探深度大[3-5]，对不同岩层磁性差异识别准确，尤其在圈定深部基性、超基性岩体方面效果显著，对隐伏断裂构造亦有明显的指示作用。

本次高精度磁测工作分2个区块测量，测线方位30°，线距100 m，点距10 m，东北部I号区块面积0.46 km2，中部II号区块面积2.17 km2。对磁测数据经日变改正、高度改正、梯度改正后，查取当地磁倾角、磁偏角做化极处理，最终绘制了ΔT化极等值线平面图，见图2。

图2 ΔT化极等值线平面图及地质图

I号区块磁异常表现为北西低、南东高的磁场特征，ΔT值变化范围-34～20 nT，磁场幅值较小，磁异常较弱，但正负异常梯度较陡，整体反映的趋势较为明显。II号区块磁异常亦为北西低、南东高，ΔT值变化范围-22～48 nT，正异常值较高，说明深部有较大岩体存在，且正异常有多个峰值，呈串珠状或燕尾状展布，说明区内地层活动剧烈，断裂构造交错复杂。

2.2 岩体圈定

通过对磁场ΔT化极数据做场分离处理，分离为反映深部磁性体的区域场(图3a)和反映浅部地层的剩余场(图4a)。从图3a中可以看出，两个区块的区域场关联明显，按整个区块来看，北西部为负磁场，南东为正磁场，正负磁场梯度线较为密集，反映了深部岩体的边界范围，正磁异常中心则为岩体中心处，故圈定了深部岩体的范围(图3a粉红色椭圆范围)。磁场ΔT化极数据做深度匹配滤波处理(图3b)，可见反映深部磁性体的埋深在774 m，即深部岩体中心埋深约770 m。

图3 ΔT化极区域场和深度匹配滤波

图4 剩余磁场和水平一阶导数推测断裂图

2.3 断裂带划分

勘查区所处位置受构造作用影响，区内有较多的褶皱、断裂构造，因此可通过磁异常场推断地下构造，其主要标志有：梯度带、磁场分界线、线性异常带、异常突变带、串珠状异常带、异常错动带、雁行状异常带及放射状异常带等[8-18]。

为了更清晰、准确反映断裂带，对ΔT(化极)数据做了场分离[6,7]，图4a为剩余磁场图，图4b为水平45°方向一阶导数处理结果图，以剩余场和水平一阶导数共同划分断裂构造，两者相互约束对比，共划分了6条断裂带，其中北西向断裂带5条，分别为F1、F5、F6、F7、F8，北北东向断裂带1条，为区域主断裂F10。以本次推测断裂带成果为指导，通过进一步地面调查发现，F1断裂带在测区中部坟湾一带出露，走向340°～350°，倾向70°～80°，倾角70°～75°，长约200 m左右，宽约1～2 m，带内主要充填石英和方解石，为逆断层。其余F5、F6、F7、F8在沟谷岩石出露地带均有不同程度显示，其位置与走向与推测成果吻合。

本区北西向断裂主要显示在剩余磁场，故基本可以判断北西向断裂带向深部延伸不是很大，非深大断裂构造。北北东向断裂在区域场也比较明显，因此北北东向断裂F10为区域主断裂。F1、F5、F6、F7、F8为主断裂F10所引起的次级压扭性羽状断裂组。根据断裂与萤石矿之间的关系，结合成矿机理，推测区内北西向断裂带组是主要的含矿储矿空间，尤其是北西向断裂带下部有岩体发育时，与萤石矿成矿耦合关系密切，是区内的主要找矿标志之一。

3 结语

本文通过开展高精度磁法测量，基本查明了勘查区深部的隐伏岩体范围及埋深，同时划分了区内主要断裂构造，对进一步研究隐伏-半隐伏萤石矿具有很大的帮助，在指导地质工程布置方面起到关键作用，经槽探、钻探工程控制，共获得(333)+(334)类矿石量28.71万吨，CaF2资源量10.5万吨，取得了较好的勘查效果。说明本次高精度磁法为萤石矿勘查提供了科学依据，也对其他相同或类似成因的矿区勘查提供了参考。

通过本次萤石矿勘查得出以下几点认识:

(1)萤石矿及非金属矿多为非磁性。在与围岩物性差异不明显时，无法直接采用物探方法寻找矿体，但在深入研究矿体成因过程中，可以间接寻找与成矿、控矿关系密切的岩体和断裂构造，推测成矿有利构造，为地质找矿提供解决思路和依据。

(2)磁异常数据质量较高。本次磁法测量虽然线距较大，但是点距布设较密，得到的磁场数据未出现失真情况。主要由于前期测线布置过程中，充分考虑了区内主要地质构造走向，垂直构造走向布置了测线(方向30°)，故磁场数据质量较高。

(3)综合不同处理方法对地下岩石矿体进行解释推断。在圈定深部隐伏岩体时，可将磁测资料做场分离，重点以区域场为底图。另外，还可以做不同高度的向上延拓处理，进一步计算出垂向二阶导数，以其零值线圈定岩体边界，可以显示岩体在不同深度的分布情况。

(4)浅部断裂可以采用剩余磁异常，深大断裂以区域场为主。同时以水平一阶导数辅助推断，在计算水平一阶导数处时要考虑磁场整体走势，垂直磁场方向的一阶导数显示的断裂特征更明显。

(5)大比例、高精度的磁测在矿产勘查方面具有诸多优势。主要表现在仪器操作简单、数据精度高、勘探深度大、成本低、反映的信息丰富，对隐伏-半隐伏的矿产勘查效果显著。

(6)磁法测量在本文施工矿区勘探中的应用，方法比较单一。如果想要取得更佳的效果，还需综合多种物探方法解释结果。