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物探与化探, 2025, 49(6): 1251-1260 doi: 10.11720/wtyht.2025.0345

综述

磁铁矿矿致磁异常测定方法及其应用

范正国,1, 杨海1,2,3, 葛藤菲1,2, 何敬梓,1,2, 贾志业1, 范振宇1,2, 刘前坤1, 杨雪1

1.中国自然资源航空物探遥感中心, 北京 100083

2.自然资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室, 北京 100083

3.中国科学院 地质与地球物理研究所, 北京 100029

A novel method for determining magnetite ore-induced magnetic anomalies and its application

FAN Zheng-Guo,1, YANG Hai1,2,3, GE Teng-Fei1,2, HE Jing-Zi,1,2, JIA Zhi-Ye1, FAN Zhen-Yu1,2, LIU Qian-Kun1, YANG Xue1

1. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resource, Beijing 100083, China

2. Key Laboratory of Airborne Geophysics and Remote Sensing Geology, Ministry of Natural Resources, Beijing 100083, China

3. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China

通讯作者: 何敬梓(1990-),男,博士,高级工程师,主要从事综合地球物理勘查研究工作。Email:749079407@qq.com

第一作者: 范正国(1962-),男,正高级工程师,主要从事矿产地质调查以及综合地球物理勘查研究工作。Email: 244340007@qq.com

收稿日期: 2025-09-16   修回日期: 2025-10-14  

基金资助: 国家重点研发计划项目“低缓磁异常弱信息提取与富铁矿体定位技术示范”(2022YFC2903704)
省部合作项目(2024ZRBSHZ132-2)
中国地质调查局地质调查项目(DD20240119)
中国地质调查局地质调查项目(DD20243245)

Received: 2025-09-16   Revised: 2025-10-14  

摘要

准确、快速地确定磁异常源的地质属性是磁法勘探的关键技术之一,直接影响到利用磁测数据开展地质解释的准确性。感应磁化强度随时间变化,剩余磁化强度一般不随时间变化,因此,理论上可以通过探测磁异常强度随时间变化特征来研究磁异常场源体性质。虽然前人开展过相关研究,但目前尚未形成实用的技术方法。本文提出利用地磁日变观测数据,构建磁异常强度变化量A参数、磁异常强度变化率η参数和归一化磁异常强度变化量F参数来评估强磁异常场源体性质,确定磁异常是否为磁铁矿引起的新方法,该方法对磁铁矿勘探具有重要意义。

关键词： 磁法勘探; 感应磁化强度; 剩余磁化强度; 矿致异常; 地磁日变; 磁铁矿; 磁异常强度变化量

Abstract

Accurately and quickly determining the geological properties related to magnetic anomaly sources is a key technical challenge in magnetic prospecting, directly influencing the accuracy of geological interpretation using magnetic survey data. The induced magnetization varies with time, whereas the remanent magnetization typically remains constant over time. Therefore, there exists a theoretical basis for investigating the properties of magnetic anomaly source bodies by detecting the time variations of magnetic anomaly intensity. Despite geophysicists' relevant research in this field, practical technical methods have not been established. Hence, this study proposed a novel method for determining magnetite ore-induced magnetic anomalies. Based on the observational data of geomagnetic diurnal variations, the proposed method constructed parameters, including the variations (A), variation rate (η), and normalized variations (F) of magnetic anomaly intensity, to evaluate the properties of strong magnetic anomaly source bodies. Accordingly, the proposed method determined the possibility of magnetite ore-induced magnetic anomalies, showing critical significance for magnetite exploration.

Keywords： magnetic prospecting; induced magnetization; remanent magnetization; ore-induced anomaly; geomagnetic diurnal variation; magnetite; variation of magnetic anomaly intensity

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本文引用格式

范正国, 杨海, 葛藤菲, 何敬梓, 贾志业, 范振宇, 刘前坤, 杨雪. 磁铁矿矿致磁异常测定方法及其应用[J]. 物探与化探, 2025, 49(6): 1251-1260 doi:10.11720/wtyht.2025.0345

FAN Zheng-Guo, YANG Hai, GE Teng-Fei, HE Jing-Zi, JIA Zhi-Ye, FAN Zhen-Yu, LIU Qian-Kun, YANG Xue. A novel method for determining magnetite ore-induced magnetic anomalies and its application[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(6): 1251-1260 doi:10.11720/wtyht.2025.0345

0 引言

磁法是寻找铁磁性矿体最有效、最直接的勘探方法,我国几乎90%的磁铁矿是基于磁异常发现的[1]。虽然磁铁矿可以产生磁异常,但磁异常并不一定都是磁铁矿引起的。磁异常的地质成因较多、较复杂,如何快速、有效地确定磁异常源的地质属性,便成为了磁异常解释的重要研究内容,也是根据磁异常寻找铁磁性矿体的关键[2-7]。

截至2021年,我国利用航磁测量结果筛选的磁异常有5万多处,仅对其中1万余处磁异常开展过查证工作,发现各类矿产1 300多处(大部分为铁矿),其中大型及以上规模的矿床273处[8-9],受限于地质认识和磁异常查证手段的不足,目前尚存大量的磁异常性质不明确。已发现的这些磁异常是否具有找铁矿的潜力,需要利用一些经济、高效的磁异常查证新方法,对其进行快速评价。另外,地表矿已基本发现殆罄,找矿工作正向隐伏区、甚至是深部进军,一般的磁异常查证方法难以直接确定磁异常源的地质属性[3,10-12]。为此,学者们不断探索新的方法技术,如提出了通过测量磁异常强度的变化量和磁异常处磁场变化幅度大于正常场处磁场变化幅度的百分比来确定磁异常源的磁性特征[13-17],进而确定磁异常源的地质属性的方法。该方法虽然经济、高效,但前人仅开展过少量试验工作,尚未形成实用的技术方法。

在前人研究基础上,笔者通过理论研究及在鲁西邹平火山岩区和金岭磁铁矿区的试验,发明了快速确定磁异常源地质属性的简便方法,对磁异常的快速评价和磁铁矿找矿突破具有重要意义。本文简要介绍该项方法技术及其试验结果,供磁法勘探工作者参考。

1 基本原理

地磁场强度一般随空间位置和时间的不同而变化,这种变化可分成两类:一是由地球内部场源缓慢变化而致的相对长期变化,二是由地球外部因素变化而致的相对短期变化;地球物理勘探主要关注的是地磁场的短期变化[2,18 -24]。例如,2017年10月31日18:30至11月1日18:30,在山东省济南市平阴县前阮新村进行了连续24 h的地磁场(TMI)随时间变化值的测量[25],地磁场强度变化范围为52 862~52 903 nT,幅差达41 nT(图1),变化量较大,对地球物理勘探具有重要意义。

图1

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图1   山东省平阴地区地磁场随时间变化曲线(据参考文献[25])

Fig.1   Time variations of geomagnetic field intensity in the Pingyin area, Shandong Province


磁异常主要包括感应磁化强度(Mi)引起的异常和剩余磁化强度(Mr)引起的异常。Mi的大小正比于地磁场强度,因此磁异常强度也不是固定不变的,而是随空间位置和时间的不同而变化[2,13 -15,17 -18],磁异常强度随时间的变化量称为磁异常强度变化量(A)。

根据磁测要求[26-27],引入测量时间后的磁异常强度为异常区观测点(简称异常站)磁场强度Ta与正常场区观测点(简称背景站)磁场强度Tb之差,计算公式为

$\Delta {T}_{t}={T}_{at}-{T}_{bt}。$

磁异常强度变化量A定义为磁异常区某处的异常值在两个时间点t0、t的强度差值,计算公式为

$A=\Delta {T}_{t}-\Delta {T}_{t0}。$

背景磁场变化幅度δTb和异常磁场变化幅度δTa为背景站磁场强度和异常站磁场强度在两个时间点t0、t的差值,计算公式为

$\delta {T}_{a}={T}_{at}-{T}_{a}{t}_{0},$
$\delta {T}_{b}={T}_{bt}-{T}_{b}{t}_{0}。$

异常站磁场变化幅度大于背景站磁场变化幅度的百分比,简称为磁异常强度变化率η,计算公式为

$\eta =\frac{\delta {T}_{a}-\delta {T}_{b}}{\delta {T}_{b}}\times 100\%=\frac{A}{\delta {T}_{b}}\times 100\%。$

由式(1)~式(5)可知,磁异常强度变化量A和磁异常强度变化率η不仅与磁异常源的磁性(Mi、Mr)有关,还与地磁场强度及其随时间变化幅度、异常值等因素有关,无法根据其大小直接判断磁异常源的地质属性。为此,引入一个新参数F,定义为t时刻的归一化磁异常强度变化量[28]。通过归一化处理,F参数成为一个仅与磁异常源的磁性(Mi、Mr)有关、而与地磁场强度及其随时间变化幅度和异常值等无关的量,具体关系为:Mi≪Mr时F≈0,Mi≈Mr时F≈0.5,Mi≫Mr时F≈1。因此,根据F参数的数值大小,可以确定Mi和Mr的相对大小,即确定磁异常源的地质属性。

2 地质与地球物理概况

2.1 区域地质背景

试验区位于华北克拉通东部的鲁西地块东北缘、齐河—广饶断裂南侧,存在多期构造—热液事件的叠加,是我国重要的矽卡岩型富铁矿成矿带[29-31](图2)。区域地层主要为太古宇泰山群,古生界寒武系、中—下奥陶统和石炭系—二叠系,中生界侏罗系和白垩系,新生界古近系、新近系和第四系。中生代岩浆活动十分发育,主要包括早—中侏罗世和早白垩世两期,其中早白垩世岩浆活动的分布较广泛,主要有济南—淄博等地的凝灰岩、安山岩、玄武岩、辉长岩、二长岩、闪长岩等[32-35]。试验区地表多为第四系覆盖,其中邹平异常区局部出露白垩系青山组火山岩和白垩纪辉长岩,钻探揭露深部为辉石安山岩;金岭磁异常区局部出闪长岩,钻探工程揭示深部为闪长岩[36-37](图2b)。

图2

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图2   山东省邹平—金岭地区大地构造位置图(a)(据文献[30-31]改)和区域地质简图(b)(据文献[37]改)

Fig.2   The tectonic location map(a)(modified from[30-31]) and regional geological sketch map (modified from[37]) of Zouping-Jinling area, Shandong Province


试验区矿产主要为磁铁矿,分布于金岭杂岩体周边,是山东省重要的矽卡岩型富铁矿集中发育区之一,累计探明富铁矿资源储量超过2亿t[38],2 000 m 以浅预测资源超过5亿t[39]。金岭杂岩体主要岩性包括辉长闪长岩、角闪石闪长岩和二长岩,围岩主要为中奥陶统的灰岩和石炭系—二叠系的砂岩、页岩。矽卡岩型铁矿床(点)在空间上与金岭杂岩体紧密伴生[35],分布于金岭杂岩体与碳酸盐岩地层接触带附近,已发现大、中、小矿床十余处,其中王旺庄磁异常反映的铁矿,目前已控制铁矿储量超过1亿t;侯家庄磁异常反映的铁矿,目前已控制铁矿储量超过2 000万t;北金召磁异常反映的铁矿,目前已控制铁矿储量约2 400万t[40-41]。

2.2 地球物理特征

2.2.1 岩(矿)石磁性特征

据前人资料,邹平异常区岩石磁性特征为:安山岩磁化率高达25 120×10-5 SI,但变化范围较大;辉长岩磁化率仅为2 510×10-5 SI;砂岩等则无磁性;辉石安山岩剩余磁化强度高达(40~200) A/m[36,42]。金岭磁异常区岩(矿)石磁性特征为:磁铁矿磁化率κ变化范围为(31 416~565 487)×10-5 SI(平均值约219 800×10-5 SI),闪长岩κ变化范围为(0~8 792)×10-5 SI(平均值约628×10-5 SI);磁铁矿剩余磁化强度Mr变化范围为3.63~7.30 A/m,闪长岩Mr变化范围为0~2.94 A/m[42-43]。相关信息见表1。

表1   邹平磁异常区和金岭磁异常区磁性特征及异常强度

Table 1  Magnetic characteristics and anomaly intensity of Zouping magnetic anomaly area and Jinling anomaly area

异常区异常名称地质属性κ/10-5 SIMr/(A·m-1)Q异常强度/nT资料来源
金岭磁异常区王旺庄磁铁矿31416~5654873.63~7.300.01~0.52-1075~1520参考文献[42-43]
侯家庄磁铁矿-810~880
北金召磁铁矿-750~1518
闪长岩143~8430.1~7.140.21~112.15
邹平磁异常区孟白庄火山岩2513~2513320~4035.7~178-1250~2490参考文献[36,42]

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2.2.2 航磁异常特征

受区域地层、岩浆岩和构造影响,试验区航磁异常整体以两处团块状高磁异常区(邹平磁异常区和金岭磁异常区)为主要特征(图3),矽卡岩型铁矿主要分布在金岭磁异常区的边部,邹平磁异常区为白垩纪火山岩所致,目前未发现铁矿体[41]。

图3

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图3   山东省邹平—金岭地区航磁ΔT等值线及磁日变站分布示意

Fig.3   Aeromagnetic anomaly map and distribution of magnetic diurnal variation stations in the Zouping-Jinling area, Shandong Province


邹平磁异常区为NNE向展布的块状磁异常,其中叠加了多条NW向的局部磁异常带;孟白庄磁异常位于该区最南侧异常带的东南端(图3)。该异常区于1959年1∶10万航空物探(磁及放射性)测量时被首次发现[36],1979年通过1∶5万航空磁和放射性测量进一步细化了航磁异常[42]。其中,孟白庄磁异常强度高达4 000 nT,峰形尖陡,梯度大,异常范围内局部出露白垩系青山组火山岩和白垩纪辉长岩。在异常轴的东北部曾实施过2个钻孔,终孔超过200 m,深部均为辉石安山岩[36,42]。

金岭磁异常区为NNE向展布的块状异常,其中叠加了多处孤立的等轴状局部异常;王旺庄磁异常位于金岭异常块东北端,侯家庄、北金召磁异常位于金岭异常块北侧边缘(图3)。金岭磁异常区于1959年1∶10万航空物探(磁及放射性)测量时首次发现,表现为负背景场中的高值异常,整体呈轴向NE的椭园状,内部升高次级异常较多,部分为强度可达+1 400 nT之尖峰状次级异常[36]。1979年,通过1∶5万航空磁力和放射性测量,从金岭异常中分解出侯家庄异常(60-4-1)、张庄异常(60-4-2)、北金召异常(60-4-4)、王旺庄异常(60-4-5)等,钻探结果证实这些局部叠加异常都是由矽卡岩型铁矿所引起[42]。2020年,在金岭磁异常区东北部开展了1∶1万航空磁力测量,涉及了侯家庄异常(60-4-1)、北金召异常(60-4-4)和王旺庄异常(60-4-5),更加精细地刻画了局部异常特征,其中王旺庄异常峰值达1 520 nT、北侧伴生-1 075 nT异常,侯家庄异常峰值达880 nT、北侧伴生-810 nT异常,北金召异常峰值达1 518 nT、北侧伴生-750 nT异常。

3 应用试验

2024年10月31日~11月1日,在山东省邹平磁异常区和金岭磁异常区开展了本次新方法技术的应用试验,背景站位于金岭磁异常区西侧的平静磁场区,异常站分别位于邹平磁异常区内的孟白庄局部磁异常的极大值附近,以及金岭磁异常区内的王旺庄和北金召局部磁异常的极大值附近、侯家庄局部磁异常的极小值附近(图3)。

本次野外磁场测量使用了2台Overhauser型 GSM-19磁力仪和2台Overhauser型GSM-19T磁力仪,其中GSM-19磁力仪的灵敏度为0.015 nT,分辨率为0.01 nT,绝对精度为±0.1 nT;GSM-19T磁力仪的灵敏度为0.05 nT,分辨率为0.01 nT,绝对精度为±0.2 nT。在野外施工前,对使用的磁力仪等设备进行了检测,确保它们均处于正常工作状态,而且不同设备都进行了测量时间同步。磁场测量的采样率为1次/2 min,测量数据处理结果列于表2。

表2   孟白庄、王旺庄、侯家庄和北金召4处磁异常的测量数据处理结果

Table 2  Measurement data processing results of magnetic anomalies in Mengbaizhuang, Wangwangzhuang, Houjiazhuang, and Beijinzhao

异常名称地质属性地磁场强度/nT观测点异常值/nT背景站磁场
变化幅度/nT		异常站磁场
变化幅度/nT		A/nTη/%F
王旺庄磁铁矿52850824.835.6236.110.491.380.88
侯家庄磁铁矿52850-184.344.4344.29-0.14-0.320.91
北金召磁铁矿52850481.734.9135.120.210.600.66
孟白庄火山岩52850979.038.2838.600.320.850.45

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下面详细介绍具有代表性的孟白庄、王旺庄和侯家庄3处磁异常的测量数据处理过程,其中孟白庄地区为火山岩区,王旺庄和侯家庄为磁铁矿区;孟白庄和王旺庄异常站处的磁异常值为正,侯家庄异常站处的磁异常值为负。

3.1 孟白庄磁异常应用试验

2024年10月31日开展了磁异常背景站和孟白庄异常站的磁场测量,结果(图4)显示,时间从11:54:02到16:24:02,地磁场强度持续增加,背景站的磁场值从52 834.24 nT增加到了52 872.52 nT,增幅达38.28 nT。背景站和异常站的磁场曲线较光滑且变化趋势一致,表明背景站和异常站的磁场变化规律基本一致,数据中噪声较小。

图4

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图4   孟白庄磁异常背景日变站(Tb)和异常日变站(Ta)磁日变曲线

Fig.4   Curves showing the magnetic diurnal variations at the background(Tb) and anomaly stations of the Mengbaizhuang magnetic anomaly(Ta)


使用背景站和异常站11:54:02和16:24:02的磁场值计算的磁异常强度变化量A=0.32 nT,小于其理论极大值Amax(0.71 nT),表明用该时间段的磁场值计算的磁异常强度变化量A有效[28];磁异常强度变化率η=0.85%,F=0.45,相关信息详见表2。

根据F参数值,孟白庄磁异常源的磁性特征为剩余磁化强度大于感应磁化强度,与孟白庄磁异常区岩矿标本的磁性特征一致。

3.2 王旺庄异常应用试验

2024年10月31日开展了磁异常背景站和王旺庄异常站的磁场测量,结果(图5)显示,时间从11:54:02到16:24:02,地磁场强度持续增加,背景站和异常站的磁场变化趋势基本一致,但背景站的磁场曲线较光滑,而异常站的磁场曲线波动较明显,表明背景站的磁场数据中噪声较小,异常站的磁场数值中噪声较大。

图5

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图5   王旺庄磁异常背景日变站(Tb)和异常日变站(Ta)磁日变曲线及总噪声(S)

Fig.5   Curves showing the magnetic diurnal variations at the background(Tb) and anomaly stations of the Wangwangzhuang magnetic anomaly(Ta)


为了进一步量化噪声分布特征,将计算出的背景站和异常站磁场日变数据四阶差分的平方根S作为总噪声,结果表明大部分数据中的总噪声S>80 pT(图5中仅显示了S≤80 pT部分,S>80 pT时被限幅)。

使用背景站和异常站11:54:02和16:24:02时刻的磁场值计算的磁异常强度变化量A=0.81 nT,大于其理论极大值Amax(0.56 nT)。另外,由图5可见,异常站磁场数值中存在明显噪声(S >80 pT)。因此,用该时间段的磁场值计算的磁异常强度变化量A无效[28]。

图5显示,在11:58:02和16:04:02两个时刻的S值较小,表明其噪声较小;另外,该时间段持续时间达4 h6 min,背景站的磁场值从52 834.22 nT增加到了52 869.84 nT,增幅达35.62 nT,也相对较大,因此选择该时段磁场值来计算磁异常强度变化量A。计算结果A=0.49 nT,小于其理论极大值Amax(0.67 nT),表明用该时间段的磁场值计算的磁异常强度变化量A有效[28];磁异常强度变化率η=1.38%,F=0.88,相关信息详见表2。

根据F参数值,王旺庄磁异常源的磁性特征为剩余磁化强度小于感应磁化强度,与金岭磁异常区铁矿石标本的磁性特征一致。

3.3 侯家庄异常应用试验

2024年11月1日开展了磁异常背景站和侯家庄异常站的磁场测量,结果(图6)显示,时间从12:10:02到16:08:02,地磁场强度持续增加,背景站的磁场值从52 828.33 nT增加到了52 872.76 nT,增幅达44.43 nT。背景站和异常站的磁场曲线较光滑、变化趋势一致,表明背景站和异常站的磁场变化规律基本一致,数据中噪声较小。

图6

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图6   侯家庄磁异常背景日变站(Tb)和异常日变站(Ta)磁日变曲线

Fig.6   Curves showing the magnetic diurnal variations at the background(Tb) and anomaly stations of the Houjiazhuang magnetic anomaly(Ta)


使用背景站和异常站12:10:02和16:08:02时刻的磁场值计算的磁异常强度变化量A=-0.14 nT,大于其理论极小值Amin(-0.15 nT)(磁异常强度变化量A为负,故要求大于极小值),表明用该时间段的磁场值计算的磁异常强度变化量A有效[28];磁异常强度变化率η=-0.32%,F=0.91,相关信息详见表2。磁异常强度变化量A和磁异常强度变化率η为负的原因是异常站位于异常的负值区[28],异常站的异常值为-184.3 nT。

根据F参数值,侯家庄磁异常源的磁性特征为剩余磁化强度小于感应磁化强度,与金岭磁异常区铁矿石标本的磁性特征一致。

4 讨论

4.1 用磁异常强度变化量及其变化率判断磁异常源地质属性的效果

为了更好了解如何用磁异常强度变化量A及其变化率η来判断磁异常源的地质属性,本文结合前人研究成果[13-17]进行了对比研究(表3)。

表3   磁异常强度变化量A值及磁异常强度变化率η

Table 3  The variation rate of magnetic anomaly intensity A and its relative normal field variation amplitude η

异常名称地质属性κ/(10-5 ·SI)Mr/(A·m-1)QA/nTη/%资料来源
美国某地磁铁矿————>30参考文献[13]
美国西部A磁铁矿75398—0.06~0.070.0353.5~7.0参考文献[14]
美国西部B磁铁矿125664—0.06~0.070.2020~40参考文献[14]
美国西部C火山岩—200—很小—参考文献[14]
小兴安岭火山岩———很小—参考文献[17]

注:“—”代表无数据

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以往学者们开展过零星相关研究,但均未形成系统性成果。苏联地磁学家Б·М·扬诺夫1938年在含铁石英岩(库尔斯克磁异常)附近观测到地磁场日变和其他长周期变化幅度非常之大[17]。美国地球物理学家Ward S.H.和研制仪器厂家于20世纪60年代初在一个小型致密块状磁铁矿体露头附近观测磁场日变,发现周期为20~30 s的地磁场短周期微扰内,磁异常强度变化率η>30%[13,17]。随后, Goldstein N. E.和Ward S. H.在美国西部的2个磁性铁矿体(磁化率分别为75 398×10-5 SI和125 664×10-5 SI,Q为0.06~0.7)附近和2处有火山岩(一处为火山玻璃,其剩余磁化强度大约为200 A/m, 另一处为熔结凝灰岩)分布区观测磁场日变,发现Pc3微扰内磁性铁矿体磁异常强度变化量A分别达到0.035 nT和0.2 nT,火山岩区磁场随时间变化曲线与正常场随时间变化曲线完全一致,Pc3微扰的周期范围为10~45 s,地磁场变化幅度约0.5~1.0 nT[14,17]。20世纪70年代,冯剑萍在小兴安岭一个性质未知的磁异常区和背景磁场区进行了太阳静日变化(Sq)磁场日变观测,未发现明显差异,认为该磁异常不是由主要为感应磁化的磁铁矿体引起[17]。20世纪80~90年代,澳大利亚地球物理学家Clark D. A.和Schmidt P. W.等也进行了区分磁性体的感应磁化与剩余磁化的试验工作,认为原地确定磁性体磁化特征的方法正确有效[15,17]。这些成果表明,磁异常强度变化量A及其变化率η在磁铁矿区的值较大,在火山岩区的值较小。

本次应用试验中,王旺庄、侯家庄、北金召3个磁铁矿区的磁异常强度变化量A分别为0.49 nT、-0.14 nT和0.21 nT,磁异常强度变化率η分别为1.38%、-0.32%和0.6%;孟白庄火山岩区的A为0.32 nT,η为0.85%。对比可知,这4处试验区中,1处磁铁矿区的A、η值较大,2处磁铁矿区的A、η值较小,火山岩区居中。

通过上述分析并对比表1~表3可以发现,依据磁异常区的磁异常强度变化量A和变化率η,虽然在大多数情况下能大致判断磁异常源是感应磁化强度Mi为主还是剩余磁化强度Mr为主,但没有量化的判断标准,仅为定性分析。此外,鉴于A值较小的缘故,要求使用的磁力仪的灵敏度、分辨率和绝对

精度应分别达到或优于0.05 nT、0.01 nT和±0.2 nT,应具有测量精度(四阶差分)优于±80 pT的大量数据。

4.2 用F参数判断磁异常源地质属性的效果

F参数,即归一化磁异常强度变化量,是笔者首次提出的一种表征磁异常强度变化特征的参数[28]。

本次应用试验过程中,在王旺庄、侯家庄及北金召磁铁矿区和孟白庄火山岩区进行了磁日变观测。计算结果:磁铁矿区的F参数分别为0.88、0.91、0.66,火山岩区F=0.45。前面已提到,Mi≪Mr时F≈0,Mi≈Mr时F≈0.5,Mi≫Mr时F≈1,因此,王旺庄、侯家庄、北金召3个磁铁矿区以感应磁化强度Mi为主,孟白庄火山岩区以剩余磁化强度Mr为主。

据岩(矿)石标本磁性测量结果(表1),王旺庄、侯家庄和北金召磁铁矿区的Q值为0.01~0.52,表明Mi>Mr;孟白庄火山岩区的Q值为35.7~178,表明Mi<Mr。所以,用磁日变数据的计算结果与岩矿石标本的测量结果一致。

综上分析,用F参数可以准确判断磁异常源是感应磁化强度Mi为主还是剩余磁化强度Mr为主。

4.3 用F参数判断铁矿矿致异常的可能性

前人研究成果[2,17 -18,44 -45]显示:磁铁矿的磁性很强,Q值多小于1,即多以感应磁化强度Mi为主;火成岩的磁性较强,且由酸性岩石到基性岩石逐渐增强,侵入岩的Q值较低,一般在1上下,即多以感应磁化强度Mi为主;喷出岩的Q值高,一般大于1,甚至可达100以上,即一般以剩余磁化强度Mr为主;沉积岩的磁性一般较弱,变质岩的磁性一般与原岩有关。

前文已提到,用F参数可以准确判断磁异常源的磁化强度性质。实践表明,磁铁矿,尤其是埋藏较浅的磁铁矿,一般可以引起强度大、梯度陡的局部磁异常。因此,根据磁异常特征,结合F参数,可以辅助判断磁异常是否属于磁铁矿矿致异常。

5 结论与建议

通过观测磁异常区和背景地区的磁场随时间变化来确定磁异常源磁性特征的研究已持续了近90年,并取得了一定结果。在本研究中,笔者首次提出了F参数,并在山东省邹平磁异常区和金岭磁异常区进行了应用试验。对磁异常强度变化量A及其变化率η和F参数试验结果进行比较,得出了以下结论:

1)本技术既可利用太阳静日变化(Sq)的磁日变,也可利用磁暴、微扰等的磁日变。

2)虽然在大多数情况下能用磁异常强度变化量A及其变化率η大致判断磁异常源是以感应磁化强度Mi为主还是以剩余磁化强度Mr为主,但没有量化的判断标准,仅为定性分析。

3)可以用F参数准确判断磁异常源是以感应磁化强度Mi为主还是以剩余磁化强度Mr为主。

4)可以用F参数辅助判断磁异常是否属于磁铁矿矿致异常。

此外,本文所提方法技术的实际应用尚不多,其有效性和适应性尚需在后续工作中进一步验证。未来将持续研究、完善该方法的技术及其工作流程,促使其成为一种经济、高效的磁异常快速评价和识别铁矿矿致磁异常的新方法技术。

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