高精度磁测反演技术在磁异常区找矿中的应用
——以鲁西地区谷山铁矿为例

张斌，张海衡，唐荣慧，周强，王东平*，刘伟，马伟

(1.山东省物化探勘查院，山东省地质勘查工程技术研究中心，山东省土壤地球化学工程实验室，山东 济南 250013；2.郑州工商学院，河南 郑州 451400；3.山东正元建设工程有限责任公司济南分公司，山东 济南 250101)

0 引言

BIF型铁矿是世界铁矿石的主要来源之一，也是鲁西地区铁矿床的主要类型,该类型铁矿储量和开采量均占山东省首位[1-8]。苍峄铁矿成矿带为一大型“鞍山式”磁铁石英岩型铁矿成矿带[9-12]。谷山矿区位于苍峄铁矿成矿带的西延部分，行政区划属枣庄市市中区齐村镇。根据1∶20万航空磁测工作圈出的呈近EW向展布的磁异常，2011—2016年山东省国土测绘院、山东省物化探勘查院在谷山地区开展铁矿普查工作，通过对条带状分布的磁异常区进行物探、地质查证及钻探验证，取得良好的找矿效果。本文以谷山铁矿为例，通过对地表高精度磁测数据进行2D反演处理和井中三分量磁测等物探工作，解释分析了隐伏磁铁矿体的磁异常特征，为直接有效探测隐伏磁铁矿体提供地球物理依据，通过钻探验证，证明了高精度磁测反演技术的有效性，提供了勘查实例，探讨了矿床成因，分析了矿区的找矿前景，为进一步勘查工作提供科学依据。

1 区域地质概况

谷山矿区位于华北板块、鲁西隆起区内，跨尼山-平邑断隆的尼山凸起和枣庄断隆的峄城凸起两个Ⅴ级构造单元[13-15]。

区域内新太古代泰山岩群与铁矿成矿关系密切，该时代地层构成变质结晶基底，岩性主要为山草峪组黑云变粒岩夹浅粒岩、条带状磁铁石英岩；新元古代、古生代和中生代沉积岩形成盖层并广泛分布，第四纪地层主要分布在地势低洼处和沟谷两侧(图1)[16-18]。

1—第四系；2—二叠纪石盒子群；3—石炭-二叠纪月门沟群；4—奥陶纪马家沟群；5—寒武-奥陶纪九龙群；6—寒武纪长清群；7—泰山岩群；8—新太古代红门序列魏家沟单元；9—新太古代傲徕山序列兔耳山单元；10—新太古代黄前序列西店子单元；11—铁矿体；12—航磁异常等值线(单位：100nT)；13—断裂；14—矿区范围图1 研究区基岩地质图

本区遭受了多期次的构造运动并留下了较丰富的构造行迹，基底区构造形迹主要有多期多相韧性变形构造、条带状构造、柔流构造、片麻理构造及片理构造；褶皱构造枢纽近于平行，紧密排列，强烈的变质变形作用形成一系列相间出现、平行产出的复式倒转背斜和复式倒转向斜[19-20]。

盖层区以枣庄断裂为界，北侧尼山凸起内盖层表现为总体向E或NE方向缓倾斜的单斜构造，常形成单面山；南侧峄城凸起内主体为枣庄向斜。

岩浆岩与多期的构造活动相伴生，新太古代晚期二长花岗岩、花岗闪长岩，侵入于新太古代泰山岩群中。

2 地球物理特征

2.1 区域航磁特征

航磁显示本区磁场为2条NW走向带状异常，并伴生负异常[21-22]。其中M1异常有两个峰值分别为800nT和1100nT；M2异常为单峰异常，异常峰值为500nT(图2)。结合区内地质情况推断M1磁异常为已知苍峄铁矿卓山矿段引起，M2磁异常为含磁铁矿超基性岩引起。

1—航磁ΔT正等值线及标注(单位：100nT)；2—航磁ΔT零等值线及标注；3—航磁ΔT正等值线及标注(单位：-100nT)；4—矿区范围图2 研究区航磁异常图

2.2 物性特征

区内“鞍山式”铁矿石磁性最强，变质岩系及岩浆岩次之，沉积岩盖层磁性最弱[23-25]。根据磁性强弱，参照区域物性特征将区内岩(矿)石分为四种类型，即强磁性的磁铁矿石类、磁性不均匀的变质岩类、岩浆岩和弱磁性或无磁性的沉积岩类[26]。矿区内磁铁矿石与变质岩、岩浆岩、沉积岩的磁性存在明显差异。当铁矿体达到一定规模时可引起高磁异常。地质体的磁性差异是利用磁法寻找铁矿的物性前提条件[27]。

3 勘探方法

基于矿区内岩石物性特征，针对航磁异常，开展1∶1万高精度磁测、1∶1万地质测量进行异常验证，并预测矿体范围。实施1∶2000地质测量、1∶2000高精度磁测剖面判断矿体产状。槽探、钻探工程验证、追索，了解矿体特征和矿体规模。利用井中三分量磁测，确定钻孔穿过矿体(层)的部位，探测井旁和井底的盲矿体。

4 磁异常特征及解释

1∶1万地面高精度磁测工作在矿区内圈定了两处磁异常，从南向北依次编号为C1、C2(图3)。两异常位置分别与区域M1、M2异常对应，形态吻合也较好。

1—正异常ΔT等值线及标注(单位：nT)；2—负异常ΔT等值线及标注(单位：nT)；3—异常区位置及编号；4—磁测剖面及编号；5—见矿/未见矿钻孔；6—矿区范围图3 矿区磁异常分布图

4.1 C1异常

异常走向EW，位于刘庄西侧。以ΔT大于400nT圈定，异常带走向110°左右，长约700m，宽约300m，ΔT值在800nT左右，局部可达到2200nT。北侧异常等值线较为密集，南侧异常等值线较为稀疏。负异常出现在异常带北侧。异常形态呈条带状，西边窄，向东变宽出矿区范围。从异常形态推断，地下磁性体为平板状。

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使用中国地质调查局的RGIS软件对剖面进行了2D反演，参数选择见表1。

表1 反演参数统计表

以CP4磁测剖面为例，剖面走向近SN向，剖面长700m。异常曲线呈现两个峰值，其中250号测点处峰值较小为900nT，350号测点处峰值较大为1706nT，推断为两个矿体引起异常。其中250号测点处异常左翼较缓、右翼较陡，推断矿体西南倾。350号测点处异常左翼相对于右翼要缓，推断地下地质体向SW倾斜。利用切线法确定250号测点处顶板埋深为25m，350号测点处顶板埋深为70m。

利用RGIS二维反演得出，C1磁异常应由两个板状磁性体引起(图4)。其中250号点异常顶板埋深25m，厚度5m，下延80m，SW倾，倾角53°。350号点异常顶板埋深65m，下延190m，厚度8m，SW倾，倾角53°。

在C1异常实施6个钻孔(图3)，圈定2个矿体(编号为Ⅰ号、Ⅱ号)，Ⅰ号矿体平均TFe 28.48%，mFe 19.67%；Ⅱ号矿体平均品位TFe 28.15%，mFe 18.81%。两矿体呈似层状平行产出，矿体倾向190°，倾角80°左右。

钻孔内进行井中三分量磁测，以4号勘探线为例，ZK6-1孔中ΔZ与ΔH⊥(ΔH∥)曲线，在155.8～171.8m井段检测到明显磁异常(图5)，经钻孔取样验证为铁矿层，其余井段无明显异常或异常较弱。钻探验证深度与反演推断结果基本吻合。而ZK6-2孔在230.55m以及275.50～307.05m井段经样品验证为铁矿层，显示矿体在倾向方向连续性良好。

图5 ZK6-1柱状图及井中三分量磁测

从钻孔ZK6-1的ΔH′和ΔZ的曲线形态分析，在110m以上，ΔZ曲线平缓，在零值附近波动。110～125m井段ΔT′矢量有明显汇聚趋势，指向北方位，应为矿体头部引起的反应；在150～175m井段，ΔZ的曲线正值异常达到最大，ΔT′矢量有明显发散趋势，指向钻孔南侧，应为矿体尾部的反应。

在170～259m井段，ΔZ曲线平缓，在零值附近波动，ΔT′矢量较弱、发散，推断钻孔底部无盲矿体存在。

根据实地勘查，C1异常东部为卓山铁矿所在位置，并且此处已开采出磁铁矿，经钻探验证确认，C1异常为新太古代泰山岩群山草峪组中所赋存的磁铁石英岩引起所致。

4.2 C2异常

C2异常位于矿区北部，西安乐窝村庄北侧。异常值幅度要小于C1异常，走向近EW向，异常最大值800nT左右，异常宽度在200～400m，长约1000m。

反演剖面走向为SN向，剖面长950m。异常曲线呈现单峰，其中480号点处峰值最大为800nT，异常变化比较平缓，平面跨度为320m，异常左翼较缓、右翼较陡，推断矿体S倾。利用切线法确定磁性体顶板埋深为50m。通过2D反演结果为磁化率500A/m，磁性体向S缓倾，延深310m，厚度75m；结合物性参数推测该磁异常为含磁铁矿较低的岩体引起。后经机械岩心钻探验证，磁性体为含磁铁矿变辉石角闪石岩。岩心取样显示，岩石TFe平均含量14.14%，mFe含量在4.31%～10.50%之间,平均6.81%。

5 矿床成因

谷山矿区铁矿隶属苍峄铁矿带西延,根据铁矿成矿物质来源及形成机制其成因应属于变质火山-沉积铁矿[28],即BIF型铁矿。

新太古代鲁西地区沉积了巨厚的钙泥质、泥砂质、砂质和基性火山岩建造，火山喷发大量的硅铁质，经海水搬运沉积及分异沉淀作用使铁质得到了初步沉淀富集。中温中压环境下的区域变质作用，使原岩物质发生了重结晶作用，铁质进一步富集，形成了磁铁矿、角闪石、石英、黑云母等矿物组成的变质沉积型铁矿[29-30]。

6 找矿前景分析

矿体赋存于泰山岩群山草峪组地层内，该岩组中含磁铁角闪片岩、磁铁石英岩、角闪石英岩发育层位为赋矿有利地段，且含矿岩层相对稳定。

从区域航磁资料和矿区高精度磁测结果看，磁异常在矿区以西仍有延伸，推测为铁矿层引起，钻探工程控制在矿体西端没有封闭，为进一步找矿方向。在矿区深部，钻探工程控制的矿体同样未封闭，与邻区卓山铁矿类比，矿体在-300m标高之上连续存在，说明矿体向深部仍具有较大的延伸，可作为将来找矿方向。

7 结论

(1)新太古代泰山岩群山草峪组地层是寻找“鞍山式”铁矿的有利层位。该组中含磁铁角闪片岩、磁铁石英角闪岩、磁铁角闪石英岩发育层位为赋矿有利地段。

(2)在磁铁矿体分布地段，可引起明显的高磁异常，ΔT强度一般在1200～2600nT左右。经钻探验证，异常与矿体基本吻合。因此，高精度磁测异常是寻找同类型铁矿的间接标志。

(3)钻探验证控制的磁铁矿体与利用计算机进行2D反演推断的磁性体，产状相近、位置基本吻合，说明2D反演计算可有效地在谷山矿区指导钻探工程布设。