王見滎，張仲猛，趙顯宗，蔡磊光，李晨晶

(河北省地球物理勘查院，河北 廊坊 065000)

內(nèi)蒙古作為全國各類礦產(chǎn)重省，勘探出的金屬礦和非金屬礦有7種，儲(chǔ)量位于全國之首，被視為國內(nèi)重要的資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地。為了加快自治區(qū)的快速發(fā)展，探明各類礦種的儲(chǔ)量，全自治區(qū)進(jìn)行了大比例尺的航空磁法測量。航空磁測能夠快速準(zhǔn)確地劃分地質(zhì)單元及圈出磁異常，在尋找大型礦床、縮小靶區(qū)方面具有優(yōu)勢[1-3]。但是，由于航空磁測的測量精度有限，地表重力及磁力勘探成為航空磁測地表查證中最直接、最主要的方法[4]。大型礦床大多是隱伏的盲礦體，是多期段、多種成礦作用疊加改造的結(jié)果，隨著重磁勘探方法的不斷完善，現(xiàn)階段已成為攻克深部礦藏的重要手段[5-6]。

本文基于內(nèi)蒙古阿拉善某地區(qū)航磁異常查證基金項(xiàng)目，探討重磁聯(lián)合勘探方法在航磁異常查證中的有效性，為今后該地區(qū)尋找類似礦床工作的開展提供了有效的地球物理方法類比依據(jù)[7-8]。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古高原西部，處于陰山山系西段的狼山西南部，大地構(gòu)造隸屬華北陸塊(Ⅰ級(jí))北緣西段(Ⅱ級(jí))中元古代巴音諾爾公—狼山—渣爾泰山裂陷槽(Ⅲ級(jí))的不同斷陷帶(Ⅳ級(jí))內(nèi)，其南側(cè)為阿拉善隆起帶(圖1)。區(qū)內(nèi)被第四系覆蓋，主要為第四系更新統(tǒng)及全新統(tǒng)地層，西側(cè)出露下白堊統(tǒng)巴音戈壁組，外圍出露二疊紀(jì)花崗閃長巖和三疊紀(jì)花崗巖。區(qū)內(nèi)燕山期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，具多旋回特點(diǎn)，第1次侵入活動(dòng)以中酸性閃長巖、花崗巖為主，第2次侵入活動(dòng)以基性巖輝長巖為主，鉆孔可見中酸性巖體多成破碎產(chǎn)出，兩期巖體互層交錯(cuò)，均發(fā)育閃長玢巖脈、石英脈及花崗巖脈。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造單元Fig.1 Tectonic unit in the study area

研究區(qū)位于前中生代古亞洲構(gòu)造域和中、新生代濱太平洋構(gòu)造域交接、重疊部位[9]。區(qū)內(nèi)斷裂廣泛發(fā)育，構(gòu)成網(wǎng)格狀或“入字型”的斷裂構(gòu)造格局。多期次斷裂構(gòu)造活動(dòng)成為區(qū)域變質(zhì)作用與巖漿活動(dòng)的主要?jiǎng)恿碓?，同時(shí)為含礦熱液提供了通道，區(qū)域性斷裂控制了次級(jí)礦帶的產(chǎn)出，不同方向斷裂交匯部位往往出現(xiàn)礦化密集區(qū)，次級(jí)斷裂尤其是北東向及近東西向斷裂則成為區(qū)內(nèi)主要的容礦構(gòu)造[10]。區(qū)域上屬于朱拉扎嘎—甲生盤元古代、古生代金、鉛、鋅、硫、鐵、銅、鉬、鎳成礦帶，阿拉騰敖包—沙拉西別銅、鉛、鐵及多金屬成礦亞帶，已發(fā)現(xiàn)的礦床類型有巖漿分異成因的鈦磁鐵礦、矽卡巖型的磁鐵礦、熱液充填型赤鐵褐鐵礦和鐵錳礦、中—高溫?zé)嵋菏⒚}型金礦、中—低溫?zé)嵋撼涮钚豌~礦和鉛鋅礦等，其中巖漿分異成因的鈦磁鐵礦床有板凳溝鈦磁鐵小型礦床。

2 研究區(qū)巖(礦)石物性特征

對研究區(qū)周邊采集到的巖(礦)石標(biāo)本，利用磁力儀高斯第一位置法測定其磁化率k及剩余磁化強(qiáng)度Jr，面團(tuán)法測定標(biāo)本極化率η及電阻率ρ，利用小體重法測定標(biāo)本密度(表1)。

表1 研究區(qū)巖(礦)石物性參數(shù)Tab.1 Physical parameters of rock (ore) in study area

測定結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)巖(礦)石物性參數(shù)存在顯著差異，磁性強(qiáng)弱顯示：含磁鐵礦輝長巖磁性最強(qiáng)，磁化率幾何均值達(dá)5 234×10-6×4π SI，細(xì)粒正長花崗巖磁性次之，磁化率幾何均值為3 513×10-6×4π SI。含磁鐵礦輝長巖的剩磁也較高，達(dá)2 158.21×10-3A/m，細(xì)粒正常花崗巖次之，剩磁在1 500×10-3A/m左右，其他巖性磁性較低。從密度來看，含磁鐵礦輝長巖的密度最高，幾何均值高達(dá)3.32 kg/m3，中粒黑云母花崗巖、細(xì)粒正長花崗巖密度次之，平均在2.85 kg/m3。

3 研究區(qū)航磁異常特征

研究區(qū)內(nèi)航磁異常主要由C1、C2兩處正磁異常組成(圖2)。

圖2 1∶5萬航磁ΔT化極等值線平面Fig.2 1∶50 000 contour plan of aeromagnetic polarized ΔT anomalies

C1航磁異常為單峰狀磁異常，位于研究區(qū)中南部，異常中心磁場值為1 000 nT，呈條帶狀，為二度體磁異常，走向北東，北側(cè)伴有較低負(fù)磁異常，負(fù)磁中心值為-450 nT，北側(cè)磁場梯度大于南側(cè)，規(guī)模在4.0 km×1.6 km。C2磁異常也為單峰點(diǎn)狀異常，為三度體磁異常，其異常中心磁場值為100 nT，規(guī)模在1.5 km×1.5 km。

4 磁異常處理與分析

4.1 磁異常分布特征

在1∶5萬航磁異常基礎(chǔ)上，開展100 m×40 m網(wǎng)度335°方位的1∶1萬地面高精度磁法測量。經(jīng)化極處理的平面磁測異常與航磁異常相比，總體形態(tài)基本一致，正負(fù)磁異常邊界特征得以細(xì)化。區(qū)內(nèi)由西北到東南，磁場基本呈現(xiàn)正負(fù)相間變化，主要為C1、C2兩處磁力高異常和C3、C4兩處磁力低異常(圖3)。

圖3 磁異常化極3D曲面Fig.3 3D surface map of magnetic anomalies after pole reduction

從磁力ΔT化極3D曲面(圖3)可更清楚、直觀地看出研究區(qū)磁場大小分布，C1磁力高異常為區(qū)內(nèi)主要正磁異常，其北側(cè)磁力低異常為主要負(fù)磁異常，北側(cè)梯度略大于南側(cè)，走向近北東向。C2磁異常相對較弱，異常起伏不明顯，后不贅述。

4.2 磁異常處理與分析

為了消除斜磁化對中緯度地區(qū)的影響，對磁力ΔT數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率域化極處理[11-12](圖4)。與磁力ΔT等值線相比，化極后的磁場值總體升高，最大磁場值由1 900 nT抬升到2 248 nT，正磁異常形態(tài)被細(xì)化加強(qiáng)，而負(fù)磁異常被削弱，形態(tài)變得簡單規(guī)則，且正磁異?？傮w向西北偏移，表征該區(qū)磁性體受剩磁影響較小，主要受感磁影響。C1磁力高異常北側(cè)伴生C3磁力低異常，南側(cè)伴生C4磁力低異常，用300 nT磁力線圈閉的C1正磁異常面積為2.57 km2，其長軸近3.0 km，短軸近1.2 km，異常形態(tài)近二度體磁異常。C1磁異常北側(cè)等值線較密集，梯度大，而南側(cè)相對較小，沿異常走向東北側(cè)相對西南側(cè)異常狹窄，磁場值偏弱。由C1磁異常的東北到西南，有4個(gè)磁力高異常中心，分別為c、d、b、a，磁場值大小及范圍依次增大，中心磁場值分別為1273、1 446、1 951、2 248 nT，其中d異常為化極前c異常分離出來的局部異常。

圖4 磁異常化極等值線平面Fig.4 Contour map of magnetic anomalies after pole reduction

為了更好地壓制淺層干擾，突出深部磁異常[13]，對化極ΔT數(shù)據(jù)進(jìn)行了向上延拓處理(圖5)。隨著延拓高度的增加，c、d兩處局部異常中心逐漸消失，異常中心a略向b方向移動(dòng)，直至重合，C1磁異常中心略向北偏，走向略向南偏，可以推斷該磁性體深部傾向略微向北傾，巖體整體走向由淺層的北東向變化為深部的北東東向。

圖5 磁異常向上延拓等值線平面Fig.5 Contour map of magnetic anomalies after upward extension

不同方向的水平導(dǎo)數(shù)極值可以突出垂直該方向的構(gòu)造異常，依據(jù)不同方向?qū)?shù)下正負(fù)帶狀磁異常形態(tài)，來識(shí)別磁性巖體淺層邊界特征，從而圈定磁性體平面范圍[14-16]。通過0°、45°、90°和135°四個(gè)方向上的水平導(dǎo)數(shù)，共大致推斷出15條磁性巖體線性邊界(圖6)。

圖6 ΔT化極水平導(dǎo)數(shù)異常Fig.6 ΔT polarization horizontal derivative anomaly

結(jié)合不同延拓高度和不同方向水平導(dǎo)數(shù)細(xì)化的磁性體空間異常形態(tài)，對化極后磁測數(shù)據(jù)進(jìn)行垂向?qū)?shù)處理，進(jìn)一步驗(yàn)證和細(xì)化磁性體邊界特征。對化極ΔT數(shù)據(jù)進(jìn)行垂向一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)處理(圖7)。

圖7 ΔT化極垂向?qū)?shù)異常Fig.7 ΔT polarization vertical derivative anomaly

二階導(dǎo)數(shù)為在一階導(dǎo)數(shù)的基礎(chǔ)上再次對磁測數(shù)據(jù)求導(dǎo)，削弱深部磁異常的疊加干擾，突出淺部磁性體邊界特征[17-18]。

垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線可以近似地圈定地質(zhì)體構(gòu)造邊界，用零值線共圈出5處磁異常體。①號(hào)磁性體位于C1的東北端，近S形條帶狀東西向展布，圈定面積0.39 km2，c局部磁異常中心位于①號(hào)磁性體的中部；②號(hào)磁性體位于①號(hào)磁性體的南側(cè)，近東西向條帶狀展布，圈定面積0.13 km2，磁異常中心d位于②號(hào)磁性體的西部；③號(hào)磁性體位于C1的中部②號(hào)磁性體的南部，近北西向“枕”狀，圈定面積0.13 km2，磁性體中心與磁異常中心b相對應(yīng)；④號(hào)磁性體位于C1的西南部，形態(tài)近“Y”狀，圈定面積0.44 km2，與磁異常中心a相對應(yīng)；⑤號(hào)磁性體位于③號(hào)、④號(hào)的南側(cè)，圈定形態(tài)近北東向，面積0.13 km2?？梢?，通過水平導(dǎo)數(shù)和垂直導(dǎo)數(shù)圈定的磁性體邊界及形態(tài)基本一致。

小波變換多尺度分析可以將磁異常分解到不同的尺度空間，從而反映出疊加場源在不同埋深的大小及規(guī)模[19-21]。本文采用GeoIPAS V3.2軟件對化極后的磁測數(shù)據(jù)進(jìn)行3階小波變換處理(圖8)。隨著階次的升高，淺部凸起的尖峰異常逐漸消失，以區(qū)域性平緩異常為主，反映出了不同深部的磁性體異常特征。通過對比可以看出，ΔT小波變換一階細(xì)節(jié)與二階細(xì)節(jié)顯示的局部凸起磁異常經(jīng)導(dǎo)數(shù)處理的磁性形態(tài)相吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了所推斷磁性體邊界范圍的可靠性。

圖8 ΔT化極小波變換三維等值線Fig.8 3D contour map of ΔT polarization wavelet transformation

5 重磁剖面反演與驗(yàn)證

以垂直磁異常走向(近北東)布設(shè)剖面為原則，共布設(shè)了7條重磁綜合剖面，以P2剖面為例。布格重力異常及磁異常均在P2剖面的600點(diǎn)處開始抬升，在1450點(diǎn)處磁場值達(dá)最大，向北又逐漸下降，剖面的北翼陡于南翼，與化極后磁異常形態(tài)相吻合；而布格重力場值在1500點(diǎn)處達(dá)最大，向北有約500 m的場值延伸，在2 200 m附近開始逐漸下降。侵入巖體含磁鐵輝長巖密度及磁性均相對較高，重磁異常特征表明重磁同源體。結(jié)合平面磁異常特征，推斷C1高磁異常與C4低磁異常梯度帶處為北東向?qū)挻髷嗔眩员眱A，斷裂寬度在300 m左右，處于燕山期侵入巖體與圍巖接觸帶處，受圍巖及無磁性混合巖體填充。

結(jié)合平面磁異常及物性特征，利用GeoIPAS V3.2軟件對P2剖面進(jìn)行2.5D重磁聯(lián)合反演。通過人機(jī)交互修改模型參數(shù)，重磁剖面實(shí)測曲線與模型正演曲線基本擬合(圖9)，設(shè)定區(qū)內(nèi)磁傾角60.58°、磁偏角-3.38°，在ρ=1.65 g/cm3、M=1.2 A/m混合雜巖體中分布著層狀含磁鐵礦輝長巖體，磁參數(shù)M=6.5 A/m，巖體密度隨著深度增加而增大。經(jīng)布設(shè)在P2剖面線上的ZK1孔驗(yàn)證，磁異常主要由含釩鈦磁鐵礦引起，賦存于輝長巖巖體內(nèi)，鉆孔可見近5層水平層狀的磁性礦化巖體，為巖漿分異型釩鈦磁鐵礦，其中Ti、V含量較高，Au、Mo有一定礦化表現(xiàn)。礦化體最淺磁性體埋深在200 m左右，最深磁性體埋深在500 m左右，巖體總體傾角較大近直立，與反演結(jié)果基本一致，層狀巖體產(chǎn)狀與反演有一定差異。根據(jù)鉆孔資料對磁性體產(chǎn)狀和大小進(jìn)行多次反演修正，重磁擬合曲線與實(shí)測曲線達(dá)到基本擬合[22]。

圖9 P2剖面2.5D重磁聯(lián)合反演Fig.9 2.5D joiont inversion of gravity and magnetic data of P2

6 結(jié)論

通過對磁測數(shù)據(jù)進(jìn)行化極、延拓、求導(dǎo)、小波變換等處理，再對重磁剖面進(jìn)行2.5D人機(jī)交互反演，取得了較好的效果。

(1)化磁極消除斜磁化影響，突出磁異常平面特征，初步確定異常大致情況，是后續(xù)解釋推斷的必要支撐。

(2)在化磁極的基礎(chǔ)上進(jìn)行向上延拓，可以快速掌握磁性體在不同深度上的大致規(guī)模及形態(tài)。

(3)水平導(dǎo)數(shù)和垂向?qū)?shù)可以較準(zhǔn)確地確定磁性體邊界，2種方法可互相驗(yàn)證、互相補(bǔ)充。

(4)小波變化多尺度分析，可以更直觀、立體地細(xì)化不同深度磁異常特征，為重磁聯(lián)合反演提供有利依據(jù)。

(5)依據(jù)實(shí)測物性參數(shù)，結(jié)合對磁異常的定性分析，進(jìn)行多參數(shù)化2.5D人機(jī)交互反演，從而圈定靶區(qū)，布孔驗(yàn)證，根據(jù)鉆孔成果對反演結(jié)果進(jìn)行多次修正。

(6)根據(jù)區(qū)內(nèi)重磁異常特征及反演結(jié)果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征及成礦規(guī)律，總結(jié)區(qū)內(nèi)礦床類型為巖漿分異型釩鈦磁鐵礦礦床。