李 冰，邢尚鑫，尚建閣，陳傳浩，李晨暉，謝 崇

(1.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第二地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016；3.河南省自然資源科技創(chuàng)新中心(礦山生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)研究)，河南 鄭州 450016；4.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052；5.河南省有色金屬深部找礦勘查技術(shù)研究重點實驗室，河南 鄭州 450052；6.河南有色地質(zhì)礦產(chǎn)集團有限公司，河南 鄭州 450016)

0 引言

秦嶺—大別造山帶是我國中央造山帶的重要組成部分，是中國南北地理分界線，是劃分我國南北兩大構(gòu)造地質(zhì)分區(qū)的重要結(jié)合帶[1]。東秦嶺伏牛山山脈則是我國重要的礦產(chǎn)資源地。南召縣位于伏牛山南麓，縣境內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，現(xiàn)已探明的金屬和非金屬礦達46種372處。金屬礦藏有金、銀、銅、鐵、鉛、鋅、鋁、錳等，是伏牛山山脈重要的礦產(chǎn)聚集區(qū)。南召縣石林溝鐵錳礦床正位于該礦產(chǎn)聚集區(qū)內(nèi)，是區(qū)內(nèi)重要的且具有代表性的礦床之一，筆者通過細致的野外地質(zhì)調(diào)查，采用地面高精度磁測開展全區(qū)磁性數(shù)據(jù)采集，利用多種先進的位場處理方法對野外采集的磁測數(shù)據(jù)進行處理分析，以期能在該區(qū)取得更大的找礦突破，為在該礦集區(qū)尋找此類礦床提供依據(jù)和思路。

1 地質(zhì)背景及地球物理特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)

礦區(qū)位于華北古板塊與揚子板塊接觸帶的華北地塊南緣北側(cè)、秦嶺—大別造山帶北側(cè)，屬東秦嶺造山帶的伏牛山山脈，區(qū)域上分布的前中生代地層以欒川—固始斷裂為界，南、北兩側(cè)分屬華北地層區(qū)豫西—豫東南分區(qū)地層區(qū)的盧氏—欒川小區(qū)和北秦嶺地層分區(qū)的南召小區(qū)[2]。出露主要地層：太古宇太華巖群，中元古界熊耳群的馬家河組和高山河組以及官道口群，新元古界欒川群的三川組、南泥湖組、煤窯溝組和大紅口組，下古生界老李山組。區(qū)域構(gòu)造運動活動強烈，斷層和褶皺均發(fā)育，構(gòu)造活動史漫長而復(fù)雜，表現(xiàn)型式多樣。區(qū)域NW向斷層十分發(fā)育，數(shù)量多，規(guī)模大，并多次活動。比較重要的有欒川—方城區(qū)域性斷裂帶、老龍廟—賈溝韌性剪切帶、丹霞寺斷裂帶。其中欒川—固始斷裂規(guī)模大，延伸遠，構(gòu)成華北古板塊南界，走向280°，橫跨小秦嶺—豫西太古宙、元古代、古生代、中生代金-鉬-鋁土礦-鉛鋅成礦帶和北秦嶺早古生代、中生代金-銅-銀-銻-鉬成礦帶[3]。由于區(qū)域花崗巖體發(fā)育，區(qū)域變質(zhì)巖、沉積巖面積小且被分隔成幾個小塊，區(qū)域褶皺構(gòu)造受到一定程度的破壞，出現(xiàn)有楊樹溝背形、雷音寺—望花樓向斜[4]。軸向與本礦區(qū)構(gòu)造線方向近似一致，以NW向為主。區(qū)域巖漿活動強烈，多期多階段發(fā)育，以花崗巖為主，形成大規(guī)模的花崗巖巖基，占圖幅面積的70%以上，可以確定出早元古代、晚元古代、早古生代、中生代四期，其中中生代花崗巖分布最為廣泛[5]。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層主要為中元古界熊耳群許山組，巖性主要為安山巖和安山玢巖；新元古界欒川群煤窯溝組，巖性主要為黑云母角閃片巖、斜長角閃片巖、大理巖和絹云母片巖；新元古界欒川群南泥湖組，巖性主要為黑云母斜長片巖、大理巖和白云石大理巖；新生界第四系，主要由沖積泥、砂、礫石和殘坡積物組成(圖1)。區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，褶皺不明顯。斷層主要表現(xiàn)為以受近SN向擠壓引發(fā)的NW—SE向及NW向斷層，規(guī)模大，延伸遠，伴隨產(chǎn)生的次一級斷層與其平行或交叉分布，這些斷層為成礦流體提供了良好通道及礦體賦存場所。礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育一條NW向斷層(F1)。F1斷層位于工作區(qū)北西部，出露長度超過1500 m，走向約130°，兩側(cè)巖層均為大理巖。該斷裂構(gòu)造帶是礦區(qū)鐵錳礦化帶的主要控礦構(gòu)造，為成礦提供了熱液通道和賦礦場所。

圖1 河南石林溝鐵錳礦區(qū)地質(zhì)簡圖

1.3 礦區(qū)地球物理特征

巖(礦)石物性差異是一切地球物理工作的前提。為了解研究區(qū)內(nèi)地球物理場的分布特征和提高物探異常解釋推斷的準確性，筆者在研究區(qū)范圍內(nèi)采集了各種巖(礦)石標本并對標本進行了磁化率和剩余磁化強度的物性參數(shù)測定工作。從測定結(jié)果來看(表1)，測區(qū)內(nèi)花崗斑巖和鐵錳礦(化)體具有較強的磁化率(κ)和剩余磁化強度(Jr)，其余幾種巖石的磁性均較弱或者比較弱；花崗斑巖的κ平均值為1176×10-64π·SI，Jr平均值為564×10-3A/m；鐵錳礦(化)體κ平均值為1271×10-64π·SI，Jr平均值為623×10-3A/m，兩種巖(礦)石是其他巖性κ的2～8倍，Jr是其他巖性的2～6倍；安山巖和片巖的κ和Jr相當，κ是大理巖κ的2～3倍，Jr是大理巖的2倍；大理巖的κ和Jr最低，屬于無磁性、無弱磁性范圍，但是巖體一旦礦化(含鐵磁性礦物)，其磁性將明顯增強，κ可達數(shù)千個單位，與磁鐵礦伴生，更顯強磁性。由此可見，目標體與圍巖存在明顯的物性差異，因此在該區(qū)域開展高精度磁法具備應(yīng)用前提。

表1 研究區(qū)磁參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

2 物探異常特征及應(yīng)用效果

礦區(qū)磁法測量使用的是捷克生產(chǎn)的PMG-1質(zhì)子磁力儀，磁測比例尺為1∶5000，采用50 m×20 m的網(wǎng)度，測線方向為NE45°，基線方向為NE135°，共測量95條剖面線，9616個物理點，磁測總精度為±5 nT。磁測工作共投入4臺質(zhì)子磁力儀，并進行了水平噪聲測試、儀器一致性測試、系統(tǒng)觀測誤差測試、探頭及探頭高度試驗等工作，質(zhì)量符合規(guī)范要求，為本次工作獲得真實準確和高質(zhì)量數(shù)據(jù)打下基礎(chǔ)。

為突出目標異常特征，筆者對ΔT磁異常進行化極處理，求取化極磁異常垂向一階導(dǎo)數(shù)，歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(NVDR_THDR)，選取典型剖面進行圓滑、化極以及2.5D反演等數(shù)據(jù)處理工作。將測區(qū)內(nèi)磁性體產(chǎn)生的磁異常換算為假定磁性體位于地磁極處產(chǎn)生的磁異常后，能消除斜磁化的影響，磁異常的形態(tài)等比較簡單，便于分析和解釋[6-8]。磁異常垂向一階導(dǎo)數(shù)的求取能夠突出反映淺部地質(zhì)體所產(chǎn)生的局部異常，抑制區(qū)域場的影響[9]。歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)可降低噪聲影響，能有效、快速地提取或增強異常上的構(gòu)造特征或地質(zhì)體邊界的微弱信息，可以較清晰反映出地層之間的界限、構(gòu)造位置以及場源體的分布范圍，能夠利用其極大值圈定地質(zhì)體邊界，從而大致判斷引起異常的地質(zhì)體的邊界范圍及規(guī)模[10-13]。根據(jù)平面數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析礦區(qū)地質(zhì)特點，再結(jié)合地質(zhì)、物探資料進行成礦預(yù)測。在成礦預(yù)測區(qū)內(nèi)選取剖面典型剖面進行2.5D反演，并結(jié)合鉆孔資料驗證找礦效果。

2.1 磁異常平面特征

圖2為測區(qū)ΔT磁異常平面等值線圖，圖3為測區(qū)化極磁異常平面等值線圖。由圖2和圖3可見，兩幅圖的磁異常形態(tài)基本一致，由于測區(qū)位于中國，屬于北半球，因此化極后的磁異常中心整體向北進行了輕微偏移，測區(qū)磁場背景較為平穩(wěn)，磁異常特征具有一定規(guī)律性。從圖3整體來看，測區(qū)從NE向至SW向總體上可劃分為4大磁異常區(qū)塊，每個磁異常區(qū)塊都由一套南正北負的異常組合構(gòu)成，磁異常整體趨勢呈NW—SE向展布。4個異常區(qū)塊一共存在有4個正高異常，其中SY-2異常形態(tài)規(guī)則，呈NW—SE向展布，異常范圍較大，異常延伸橫跨測區(qū)東半幅，異常背景較高，異常值最高可達742 nT，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)圖和野外異常查證來看，推測該異常帶由一套變質(zhì)巖所引起。其余SY-1、SY-3和SY-4是屬于同一類型的異常，異常形態(tài)不規(guī)則，各自形成多個異常中心，磁異常值最高可達705 nT，周圍被負磁異常所包圍，該4個磁異常高值帶中的局部高值異常小區(qū)雖然較零散，但是異常形態(tài)較規(guī)則。綜合圖2和圖3來看，具有相同類型的SY-1、SY-3和SY-4異常區(qū)總體呈現(xiàn)NW—SE向展布特點，但異常范圍較SY-2異常小，延伸有限。

圖2 測區(qū)ΔT磁異常平面等值線圖

從礦區(qū)地質(zhì)圖和野外異常查證來看，SY-1異常區(qū)主要對應(yīng)一套花崗斑巖出露，南側(cè)零散的NW—SE向異常小區(qū)帶對應(yīng)了花崗斑巖出露區(qū)、太古界太華群以及一套變質(zhì)巖的接觸帶，推測該部位應(yīng)存在一條NW—SE向斷裂帶，且斷裂帶中心位置位于SY-1異常區(qū)南側(cè)異常小區(qū)中心附近。SY-3異常區(qū)中局部異常中心附近發(fā)現(xiàn)一條斷層F1，且斷裂帶中被磁性物質(zhì)填充，兩側(cè)巖性為大理巖，推測該異常由深部磁性體所致，該異常與SY-1號異常性質(zhì)相似。SY-4異常區(qū)位于測區(qū)西南邊界處，該處異常整體呈團狀出現(xiàn)，且異常未封閉，該處異常內(nèi)也存在呈NW—SE向展布的局部異常帶，異常延伸較小，總體異常幅值不高。異常整體對應(yīng)地表為大理巖出露區(qū)，且對應(yīng)邊界較明顯，該處異常性質(zhì)與SY-3異常性質(zhì)及其相似，推測SY-4異常區(qū)中也可能存在隱伏斷層，且與磁性體高度相關(guān)。因此推斷SY-1、SY-3和SY-4異常區(qū)中的局部異常與磁性體高度相關(guān)，而SY-2異常區(qū)應(yīng)為地層所引起。為了進一步了解推斷磁性地質(zhì)體的深度信息，在SY-3異常區(qū)中選擇了1條剖面進行了上、下延拓工作。上延每次50 m，當向上延拓至150 m時剖面曲線開始變緩，到300 m時已經(jīng)近似一條直線，說明磁性體最大埋深不可能超過300 m。下延也是每次50 m，當向下延拓第一次50 m時，曲線就開始劇烈跳躍，當延拓至100時剖面曲線已經(jīng)跳變得雜亂無章，據(jù)此可知，磁性體的頂界面埋深很淺，最大埋深不會超過50 m。

圖4為化極磁異常垂向一階導(dǎo)數(shù)圖，圖5為化極磁異常歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)圖。由圖4和圖5可見，兩幅圖所反映的巖體特征和構(gòu)造特征具有較好的一致性，通過物探解釋推斷結(jié)果及結(jié)合地質(zhì)資料，從圖4可以看出Y1號圈出巖體邊界為花崗斑巖大致范圍，Y2號圈出巖體邊界為片巖大致范圍，Y3和Y4號圈出邊界為大理巖大致范圍，這與地表出露情況十分吻合，因此利用化極磁異常垂向一階導(dǎo)數(shù)對測區(qū)巖體的邊界進行定位是有效的。由圖5可見，推斷測區(qū)內(nèi)主要有NW—SE向斷層3條，NW—SE向斷層1條，其中F1斷層在野外可見，其余斷裂帶均為推測隱伏斷層，且該區(qū)成礦與斷層呈正相關(guān)性，斷層為該區(qū)的控礦構(gòu)造，為該區(qū)鐵錳礦床提供了儲存空間及物質(zhì)來源通道。

圖4 測區(qū)化極磁異常垂向一階導(dǎo)數(shù)圖

總之，該區(qū)鐵錳礦床與巖體及構(gòu)造息息相關(guān)，垂向一階導(dǎo)數(shù)雖然能夠較好地反映出巖體邊界，但是對構(gòu)造細節(jié)識別不清，歸一化水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)在細節(jié)構(gòu)造方面識別較好，但是也有其劣勢，就是在某些區(qū)域只能識別出巖體部分邊界(比如Y4號巖體)。因此結(jié)合兩種處理方法就能夠很好地對巖體邊界和構(gòu)造細節(jié)進行清楚的劃定。

圖5 測區(qū)化極磁異常歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)圖

2.2 應(yīng)用效果

結(jié)合地質(zhì)資料和前期施工的探槽發(fā)現(xiàn)的礦脈信息，選取典型物探剖面進行2.5D人機交互反演，對異常進行重點分析及鉆孔驗證(圖6)。在SY-3異常帶上選取5號剖面開展2.5D人機交互反演，對異常進行分析[14-18]。首先對剖面原始曲線進行圓滑處理，然后對圓滑后的曲線進行化極處理，對化極后的磁異常曲線進行2.5D擬合反演。由圖6可見，曲線左側(cè)變化較緩，右側(cè)變化較陡，具有更大的斜率，推斷深部磁性體整體向左側(cè)傾斜即向南西傾斜；曲線整體斜率不是很大，推測礦體傾角較緩，曲線整體幅值變化范圍較大，推測深部磁性體埋藏不深，整體推斷磁性體符合平面異常解釋推斷，根據(jù)對曲線特征分析的認識，進行曲線擬合工作(圖6)。后期在SY-3異常帶的5號剖面上施工了1個鉆孔ZK0502，在SY-1異常帶的100號剖面上施工了1個鉆孔ZK10001，對異常進行驗證，2個鉆孔均見到礦體，礦體向南西傾斜，礦體傾角較緩，ZK0502所見礦體傾角為53°，ZK10001所見礦體傾角為60°，鉆孔見礦深度約為50 m，礦體埋藏較淺，鉆探驗證結(jié)果與反演擬合結(jié)果基本吻合，證明了該方法的有效性和解釋推斷的準確性。

圖6 5號剖面磁異常化極曲線及擬合曲線圖(a)與反演推斷綜合剖面圖(b)

3 結(jié)論

1)地面高精度磁測技術(shù)具有探測精度高、應(yīng)用范圍廣、受地形影響小、方便高效、成本低廉等特點，在空白區(qū)進行鐵礦及與磁性礦物有關(guān)的金屬礦勘查中能夠起到快速評價的作用。

2)采用地面高精度磁法在伏牛山山脈尋找鐵錳礦床是有效的，并且在對礦床的評價過程中起到了至關(guān)重要的作用，達到了示范效應(yīng)。

3)在取得真實準確的野外磁測數(shù)據(jù)前提的保證下，對數(shù)據(jù)進行圓滑、化極、垂向一階導(dǎo)、歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(NVDR_THDR)計算和2.5D人機交互反演是必要的，通過磁測數(shù)據(jù)的后期處理研究，預(yù)測了礦區(qū)礦體分布特征，并且經(jīng)過鉆探驗證了其推斷準確性，不僅證明了高精度磁法找礦的應(yīng)用效果，也為下一步在伏牛山山脈尋找類似礦床提供了新的思路。

致謝：感謝審稿專家對本文提出的寶貴修改意見。