从岩石磁参数统计表1可以看出, 斜长角闪岩具有弱磁性, 其他变质岩的磁性非常微弱, 火山岩类岩石普遍具有磁性, 侵入岩中酸性岩浆岩磁性变化范围较大, 从无磁性到中等磁性, 基性— 超基性岩类为弱磁性, 磁铁矿及含铁石英岩均为强磁性。因此, 利用高精度磁测精细反演及解释方法寻找磁铁矿及含铁石英岩具有物性前提。

表1

表1

表1 板石沟矿区磁性参数统计 岩类 岩矿石名称 κ /(10-6 4π SI) Mr/(10-3 A/m) 变化范围 常见值 变化范围 常见值 变质岩 混合岩 0~800 119 0~340 24 斜长角闪岩 0~14440 391 0~30000 145 片麻岩类 0~4100 218 0~970 37 片岩类 0~200 159 0~210 45 火成岩 花岗岩 0~3508 362 0~5040 193 安山岩 156~123000 2726 0~422000 1836 玄武岩 537~13810 2813 0~14500 4653 闪长岩 0~9375 1388 0~6300 630 矿石 磁铁矿 90678 含磁铁岩石 67378 44671

表1 板石沟矿区磁性参数统计

在重、磁资料处理解释中, 向上延拓是常用的方法^{[6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]}, 向上延拓能够压制浅部异常, 突出深部异常。图1是板石沟铁矿Δ Z磁异常及向上延拓100、200、300 m的结果。向上延拓后北翼的异常变小消失, 说明北翼铁矿体埋深较浅; 而南翼异常呈北东向拉长的椭圆状, 说明板石沟铁矿区的主体异常在南部。由于南翼异常与具磁性的太古宇杨家店组上段的角闪质含铁建造的特征不一致(图2), 为此, 尝试各种数据处理方法, 其中小波分析方法能够较有效地分析不同深度磁性体的特征, 并与具磁性的太古宇杨家店组上段的角闪质含铁建造对应较好。

图1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 板石沟铁矿Δ Z磁异常和向上延拓异常a— Δ Z磁异常; b— 上延100 m; c— 上延200 m; d— 上延300 m; 虚线— 矿区向形构造南、北两翼平面位置

图2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 板石沟地区地质

小波的概念最早由法国地球物理学家Morlet等^[13]分析处理地震数据时提出的。近年来小波多尺度分析方法在地球物理领域得到了广泛的应用^{[14, 15, 16, 17, 18, 19, 20]}, 小波变换是重、磁异常分解的有效工具, 利用小波多尺度分析方法, 可以将重、磁异常分解到不同尺度空间中, 尺度大小决定了重、磁异常所反应的地质体规模和埋深的大小。

在磁法勘探资料处理解释中, 将磁异常Δ Z值经一阶小波分解, 得到局部场Δ Z_一阶细节和区域场Δ Z_一阶逼近, 再将一阶逼近Δ Z_一阶逼近作二阶小波分解, 得到Δ Z_二阶细节和Δ Z_二阶逼近, ……, 以此类推逐阶分解, 直到满足解释要求为止, 分解如图3所示。

图3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 小波多尺度分解示意

图4为板石沟铁矿Δ Z磁异常小波多尺度分解的3、4阶细节, 3阶细节反映场源深度约为263 m, 是中深部的磁性体的反映, 说明上青沟、8矿组、木通沟、17矿组、19矿组(赵家沟)铁矿体延深至少到200 m; 4阶细节反映场源深度约440 m, 为两个近东西向的条带, 反映板石沟铁矿向形的南北两翼。北带呈弧形, 北带已出露的铁矿体向下有一定延深; 南翼在原始Δ Z磁异常及上延上表现为近等轴异常, 但在四阶细节上, 南翼为东西向低缓异常带, 与具磁性的太古宙杨家店组上段的角闪质含铁建造对应较好。同时说明南翼的东段具有找矿的潜力。

图4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 板石沟Δ Z磁异常小波多尺度分解

二度半人机交互反演的人机联作选择法, 即根据选定数学地质模型及重、磁场正演计算公式, 由给定的初始模型参数计算的理论场值与实际观测场值进行对比, 利用输出曲线图形对比不一致性或残差, 依靠解释人员的经验和技能来修改模型及参数, 重新计算理论场值进行下一次对比, 反复多次修改、正演计算达到合理和满意的结果为止。

笔者的二度半人机交互反演采用的磁场公式为1979年Rasmussen等^[21]给出的二度半任意截面多边形水平柱体磁场正演公式。

对比研究A-B剖面磁异常与地质剖面(图5), 发现在剖面1200号点高磁异常与地表已出露铁矿体对应, 1000~2600号点之间反映板石沟铁矿的向形构造特征, 其北翼在1200号点, 南翼在2600号点。2600~3000号点磁异常幅值大且尖锐, 形态北陡南缓, 表明磁性体埋深浅, 浅部向北西倾, 与地表出露的铁矿体对应。剖面3400号点往南有1000 nT的平缓异常, 为古元古界地层覆盖, 该平缓异常推测元古宇地层之下还有磁性体, 从平面图上也可以看出, 赵家沟异常(19矿组)为北东东向, 向南是低缓异常, 说明南翼是次一级的背斜构造。

图5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 A-B剖面2.5D反演红色— 已知矿体; 绿色— 推断磁性体

根据A-B地质剖面所示意的地表出露矿体, 北部矿体有钻孔CK42控制于标高600 m处, 并且2600~3000号点大而尖锐的磁异常与地表出露的铁矿体对应, 在800号点、1400~1800号点以及A-B南部还存在一定的剩余异常。

结合地质构造特征(图6)与异常形态与幅值, 添加矿体如图5所示, 得到磁异常精细反演结果, 其中, 红色为已知矿体, 绿色为推断磁性体, 它们可能是矿体或是具磁性的变质岩地层; 虚线为推断的构造线与具磁性的太古宇杨家店组上段的角闪质含铁建造。南部区域元古宇地层下面可能还存在具磁性的太古宇杨家店组上段的角闪质含铁建造及铁矿体, 与出露矿体一起分别为背斜的两翼, 北翼较陡, 南翼平缓。

图6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 A-B地质剖面

对板石沟铁矿区磁异常进行2.5D反演, 其中47线反演结果如图7所示, 表2列举了2014年已被钻探验证的47线2.5D反演效果。47线准备施工的钻孔有ZK4701、ZK4702、ZK4703、ZK4704、ZK4705, 2.5D反演解释结果, 预测ZK4701在设计的井孔深度内不见矿, ZK4702在井深220 m左右见矿, ZK4703在井深490 m左右见矿, ZK4704在井深650 m左右见矿, ZK4705在井深780 m左右见矿(图7)。表2为47线反演解释与验证结果对比, 说明物探解释的地质效果明显。

图7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 47线2.5D反演解释结果

表2

表2

表2 板石沟47线2.5D反演解释与验证结果 钻孔号 2.5D反演解释结果 钻探验证结果 ZK4701 设计的钻孔深度内不见矿 未见矿 ZK4702 在井深220 m左右见矿 210 m见矿 ZK4703 在井深490 m左右见矿 480 m见矿 ZK4704 在井深650 m左右见矿 550 m见矿 ZK4705 在井深780 m左右见矿 未验证

表2 板石沟47线2.5D反演解释与验证结果

1)对比了向上延拓方法与小波分析方法, 得出小波分析方法更能够揭示板石沟铁矿太古宇杨家店组上段的角闪质含铁建造的特征。

2)板石沟铁矿南翼为东西向低缓异常带, 与具磁性的太古宇杨家店组上段的角闪质含铁建造对应较好, 说明南翼的东段具有找矿的潜力。

3)板石沟铁矿向形构造北翼呈弧形, 已出露的铁矿体可向下延深至400 m以下; 南翼为东西向低缓异常带, 是向形构造的次一级的背斜, 该条带位置在古元古宇老岭群与太古界鞍山群地层黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩接触处, 说明在古元古界老岭群与珍珠门群地层之下还有隐伏的铁矿层。

4)47线验证结果说明精细解释的地质效果明显。