鞍山— 本溪示范区地势东南高、西北低, 东南海拔一般在200~500 m, 属于辽东山地丘陵区, 西部属于辽河平原区, 海拔一般在10~20 m左右, 仅个别山头海拔在50~200 m。

示范区出露的地层主要有:太古界鞍山群, 元古界辽河群, 两者构成本区的结晶基底, 上覆青白口系、震旦系、寒武系、白垩系和第四系等。区内太古宙结晶基底鞍山群变质岩系发育, 分布广泛, 为鞍山式铁矿的赋存提供了良好的地层条件。含矿层以变质表壳岩的形式呈类包体状态赋存于太古宙变质花岗岩之中, 多与花岗岩呈构造或韧性剪切构造接触。

图3所示为鞍山— 本溪示范区高精度航磁异常, 异常值范围为-1 315.1~16 835.8 nT; 从图中可以看到丰富的磁场信息, 磁场面貌清晰, 特征明显, 展现了多个不同磁场背景与磁异常特征区域; 主体异常带走向以东西向和北东向为主, 前者反映了基底构造特征, 后者显示印支— 燕山运动对基底的构造改造的特点, 局部出现的特强磁场预示着太古界硅铁建造的存在, 是寻找铁矿的直接找矿标志。

示范区内弱磁异常带主要位于北部边缘的辽阳北弱磁异常带和东部边缘的辽阳东弱磁异常带。辽阳北弱磁异常带以负磁异常为特征, 呈北东东向带状展布, 向西、南逐步升高, 异常磁场最小值近-650 nT; 在区域磁场图上, 异常宏观上表现为一规模宏大的负磁异常带, 呈近东西向的“ J” 型展布。辽阳东弱磁异常带, 与辽阳北弱磁异常相邻, 以负磁异常为特征, 呈北北西向带状展布; 向西、南逐步升高, 异常磁场最小值达-750 nT。

图3

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	图3 鞍山— 本溪示范区化极航磁异常

强磁异常带主要是中东部的辽阳强磁异常带和西南部东西鞍山强磁异常带。辽阳强磁异常带, 呈北北西向带状展布, 磁场值高达16 000 nT, 为示范区内最强的磁异常。东西鞍山强磁异常带, 呈北西向收敛的扇形展布, 与鞍山平缓升高磁异常相邻, 北部磁场较强, 磁场值高达12 200 nT, 向南逐步减弱。

示范区内的化极航磁异常图普遍存在着明显的高频噪声干扰, 如图3所示, 尤其是示范区中部及鞍山市区附近的磁异常区, 对后期航磁资料处理和解释产生了很大的影响。为了更好地分离出区域异常, 突出或增强深源低频信息, 有效压制高频噪声干扰, 尽可能的减少有效磁场信息的损失, 我们利用优选向上延拓技术处理示范区航磁数据, 并与传统向上延拓效果进行对比分析。

图4所示为鞍山— 本溪示范区化极航磁异常的径向平均对数功率谱曲线, 根据径向平均对数功率谱曲线变化特征, 自上而下划分为6个等效源层并进行线性拟合, 各等效源层频段范围分别是:0~0.012 695(1/m)(频段1)、0.012 695~0.600 59(1/m) (频段2)、0.600 59~0.119 629(1/m) (频段3)、0.119 629~0.358 887(1/m) (频段4)、0.358 887~0.410 156(1/m) (频段5)、0.410 156~0.5(1/m) (频段6)。结合已有的物化探和地质等资料, 分析认为频段5~6对应着高频噪声干扰, 频段1~4对应着深源场和浅源场信息。为了在后期资料解释中进一步研究示范区域航磁深部构造特征、区域构造单元、确定断裂带和地质构造走向等方面提供更多的有效信息, 我们对频段1~2进行优选向上延拓1.5 km, 分离出示范区的区域航磁异常, 并与传统向上延拓1.5 km进行对比分析, 计算结果见图5和图6。

图4

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	图4 径向平均对数功率谱曲线(红色)和分频段线性拟合(蓝色)示意

从优选向上延拓1.5 km与传统向上延拓1.5 km的结果对比中, 可以明显看出, 优选向上延拓在压制浅源高频信号的同时, 尽可能更多的保留深部异常信息; 异常形态更加清晰突出, 不仅浅部高频噪声得到了很好的压制, 而且异常的形态和走向与原化极航磁异常保持着很多的对应关系, 保留了异常梯度带的陡然突变特点。而传统向上延拓在压制浅部高频信号的同时深部低频信号也被衰减, 异常变得比较宽大平缓, 损失了部分细节信息, 特别是示范区西南部的东西鞍山强磁异常和小岭子正磁异常被过分的压制而难以准确的反映出来。

图5

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	图5 优选向上延拓1.5 km(左)和传统向上延拓1.5 km(右)

图6

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	图6 优选向上延拓剩余异常(左)和传统向上延拓剩余异常(右)

从延拓后计算得到剩余异常结果进一步看出, 优选向上延拓剩余异常相比于传统向上延拓剩余异常而言, 包含少量的深部低频信息, 大部分为浅部高频干扰信息, 尤其是位于示范区中部的平缓磁异常带和位于示范区中西部的高磁异常带, 浅部高频噪声得到了很好的压制, 为后期资料解释等提供了更丰富细节信息; 而传统向上延拓剩余异常包含大量的深部低频信息。

因此, 优选向上延拓与传统向上延拓最大不同是可以保持深源低频信号不变, 同时使浅部高频信号得到衰减, 能够较为精确地提取深源(区域)异常, 进而分离出浅源(局部)异常; 避免了传统向上延拓浅源高频信号与深源低频信号同时衰减。

鞍山— 本溪示范区是我国重要的条带状铁矿资源分布区, 已经发现和开采了众多大型、超大型铁矿床, 如东西鞍山、齐大山、胡家庙子和关门山等铁矿。结合实际地质情况和矿产预测需要, 依据综合信息地质— 地球物理特征, 充分利用已知重要铁矿床所在地区地质、物探资料, 建立地质— 地球物理模型, 对优选向上延拓技术分离出来的典型铁矿床航磁异常进行三维反演, 获取地下磁性体分布的定量信息, 以西鞍山航磁异常为例。

西鞍山铁矿床位于鞍山市区的南部, 是海相火山沉积变质型矿床, 火山喷发为鞍山式铁矿提供了成矿的物质来源, 沉积作用使铁质矿源集中沉积富集成矿; 铁矿石中全铁(TFe)含量一般在28%~42%, 全矿床平均为34.22%, 铁矿床矿石类型主要为磁铁石英岩和假象赤铁石英岩、磁铁假象赤铁石英岩, 平均品位约为33%, 富铁矿石多呈脉状产出; 成矿构造背景为古华北板块的东北部鞍山— 本溪太古宙绿岩盆地, 区内出露的地层有中太古界鞍山群樱桃园组, 元古界震旦系地层主要出露在矿区的北部(图7), 它不整合覆盖在太古界鞍山群之上, 可分为3个组:钓鱼台组、南芬组和桥头组; 第四系广泛分布在矿区北部、西部和南部的平原地带。

图7

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	图7 西鞍山矿区地质

鞍山式铁矿的成矿层位为中— 新太古界鞍山群樱桃园组, 该地层主要由绿泥千枚岩、绢云千枚岩、二云变粒岩、碳质千枚岩、绢云石英片岩及铁矿层所组成, 自上而下可分为3层, 即下部千枚岩层、铁矿层和上部千枚岩层。鞍山群地层与上覆青白口系地层为不整合接触关系, 普遍接受绿片岩相的区域变质作用。下部千枚岩层主要出露在矿区南部和西部, 其下部为新太古代二长花岗片麻岩, 该千枚岩厚度变化较大, 呈现东薄西厚的趋势; 上部千枚岩在矿区内零星出露。

研究成果表明^[19], 矿体为巨厚层状的单一矿体, 受断裂错断影响, 分为东西两个矿体, 东部矿体走向近东西向, 而西部矿体呈北西向, 东西延长达 4 593 m, 向东与东鞍山矿层相连接, 向西隐没于冲积平原之下。东部矿体倾斜延深达1 000 m, 矿体厚度355 m; 西部矿体勘查深度达659 m, 矿体厚度为230 m; 整个矿层一般倾斜延深为800 m左右, 矿层的厚度由上向下不仅没有减薄反而有加厚的趋势, 可以推测矿层向下延深可达1 000 m以下, 倾斜延深将超过1 500 m。

在磁场图上, 西鞍山磁异常位于鞍山大型磁异常带的西南部, 航磁异常形态为北西向条带状异常, 异常体规模较大, 异常峰值高达4 397 nT, 走向长度为3 400 m, 宽度900 m, 与东鞍山异常连成一体。

图8

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	图8 西鞍山铁矿体空间分布

利用磁法UBC三维反演技术对西鞍山进行地质— 地球物理联合反演(图8), 从反演结果可以看出, 西鞍山矿体为巨厚层状, 向下延伸较大, 主矿体地下尖灭深度为2 600 m, 富矿体地下延伸至2 400 m左右终止, 东西向最大延伸约900 m, 南北向最大宽度可达2 650 m, 说明已探明矿体只占整个西鞍山矿体很小一部分, 深部还有规模较大的、未探明铁矿体。三维反演结果在浅部与铁矿区16线勘探剖面对应较好, 且与已知矿体的边界、倾向、走向基本吻合, 为后期准确预测西鞍山式铁矿体形态、规模和潜在的资源量提供了数据支持和参考依据。