综合地球物理方法在大庙铁矿斜长岩杂岩体中的应用.pdf

第 1 7卷第 7 期 2 0 0 8年 7月 中 国 矿 业 CH I NA M I NI NG M AGAZI NE Vo1 1 7。No 7 J u l y 2 0 0 8 综合地球 物理 方法在 大庙铁 矿 斜 长岩 杂岩体 中的应 用 张鲁新 ，张作伦 ，曾庆栋 ，刘建明 ，叶 杰 ， 于昌明 ，卢回忆 ，覃 峰 ，张伟庆 ( 1 中国科 学 院矿 产 资源研 究重 点 实验 室 ， 中国科 学院地质 与 地球物 理研 究所 ，北京 1 0 0 0 2 9 ； 2 中国科 学 院研 究生 院 ，北 京 1 0 0 0 4 9 ) 摘 要 ：大庙斜 长岩杂岩体 中赋存有丰 富的钒钛磁铁 矿矿 体。本研究采 用亚米级差分 G P S准确确 定 出地表 已知矿体 出露位置 ；利用氦光泵磁力仪 ( HC 一 9 5 a )在平面上确定 出 3条规模较大高磁异 常带 ，并 确定异 常带 的延伸方 向；借助 E H4电磁成像系统解析主要高磁异 常带 ( 矿化带 )向地下深 部延伸情况 。 三种物探方法在研究 区的联合应用 ，清晰地展现出研究 区成矿潜力 ，达 到 了综合找 矿 、评价 目的。本 次 工作说 明，三种物探 方法地结合 ，可以作为快速 寻找 、评价钒 钛磁 铁矿矿体的推广性方法 。 关键词 ：大庙斜 长岩杂岩体 ；磁铁矿 ；差分 GP S ；氦光泵磁力仪 ；E H4 中图分类号 ：P 6 3 1 2 ；P 6 3 1 3 文献标识码 ：A 文章编号 ： 1 0 0 4 4 0 5 1( 2 0 0 8 )0 7 0 0 9 6 0 4 Ap p l ic a t io n o f in t e g r a t e d g e o p hy s ic s me t h o d in Da m ia o a n o r t h o s it e c o m p l e x ZHANG Lu x i n ，ZHANG Zu o l u n 。 ，Z ENG Qi n g d o n g ，LI U J i a n mi n g ， YE J i e ，YU Ch a n g min g ，LU Hu i y i ，QI N Fe n g ，ZHANG We i q i n g ( 1 Ke y La b or a t or y of M ine r a l Re s ou r c e s ，I ns t it ut e o f Ge ol og y a nd Ge op hys ic s， Ch i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s ，Be i j i n g 1 0 0 0 2 9，Ch i n a ；2 Gr a d u a t e Un i v e r s i t y o f Ch i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s ，Be i j i n g 1 0 0 0 4 9 ，Ch i n a ) Abs t r a c t ：Th e Da mia o a no r t h os it e c o mpl e x is r ic h in v a na diu m t it a n oma gne t it e o r e bo die s I n t his c a s e ， we d e t e r min e d t h e pos it io n o f kn own o r e b ody on t he e a r t h S s u r f a c e c o r r e c t l y wit h t he dif f e r e n t ia l GPS in s ub me t e r l e v e l ，d is c o ve r e d t h r e e l a r ge s c a l e ma gne t ic a n oma l ie s wit h t he He l ium o pt ic a l l y - pump e d ma g ne t o me t e r ，c o nf ir me d t h e dir e c t io ns of t h os e s t r e t c h，a nd r e a l iz e d h ow t h e ma in hig h ma gne t ic a n oma l ie s e x t e nde d u nd e r gr ou nd wit h t he EH4 一 e l e c t r o ma g ne t ic ima ge s y s t e m By t he u nit y of t he t h r e e ge o ph ys ic s me t h ods ，t he po t e nt ia l o f m in e r a l r e s o ur c e s was s h owe d c l e ar l y，a nd t he pu r p os e of pr os pe c t ing a nd e s t i mat e wa s a c h ie ve d This c as e s h ows t h a t t h e u nit y o f t he t h r e e g e o phy s ic s me t h od s c a n be a ge n e r a l iz e d me t h od of q uic k l y pr os pe c t ing a nd e s t ima t i ng t he va na d iu m t it a n oma g ne t it e or e bo die s Ke y wo r d s：Da mia o a n or t ho s it e c o mpl e x； ma gn e t it e；dif f e r e nt ia l GPS； he l iu m opt ic a l l y - pumpe d ma g ne t o me t e r ； EH4 大庙 斜长 岩杂 岩 体位 于河 北 承德 以北 的 大庙 、 马 营 至 上 苍 一 带 。东 西 长 约 4 0 k m，南 北 宽 2 9 k i n，由东部 和 西 部两 个 地 表 不 连 续 的个 体 组 成 ， 西部 岩体 约 8 8 k m ，东 部岩体 约 3 2 k m 。其 主要岩 石类型为斜长岩和苏长岩。苏长岩是成矿母岩，其 中产有与苏长岩呈渐变关系的钒钛磁铁矿矿体 。前 收稿 日期：2 0 0 8 一O 4 2 1 基 金 项 目： 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划( 2 O O 6 c B 4 O 3 5 O 7 ) 作者 简介：张鲁新 ( 1 9 8 2 ) ，男 ，在读硕士研究生。 人 对 于该岩 体 的研究 ，主 要集 中于 岩石学 、地球化 学方 面_ l ，未见文章专门报道如何有效寻找、评 价岩体内蕴藏的钒钛磁铁矿矿床 。 目前 ，我 国矿产 勘 查 以 “ 攻 深 探 盲 ” 为 特 征 ， 物探方法是寻找、评价隐伏矿体的重要手段 6 。在 以往找矿工作经验积累基础上，在大庙斜长岩杂岩 体 的找 矿 实 践 中 ，先 后 采 用 亚 米 级 差 分 G P S 、氦 光泵磁 力仪( HC 一 9 5 a ) 、EH4电磁 成像 系统 ，从 地 质实 际 、平面延 长 、垂 向延 伸三 个角度 ，对研究 维普资讯 第 7期 张鲁新 等 ：综合地球物理方法在大庙铁矿斜 长岩杂岩体中的应用 9 7 区进行解剖，以达到综合找矿评价 目的。 研究区位 于黑 山一 大庙基性 杂岩体 中。矿 区存 在采场 、矿 化露 头 多处 。因地 表覆 盖较 厚 ，仅少 数 矿体见地表边界 ，矿体连续性未知 。已知矿体最长 达 3 0 0 m，宽 可达 2 0 0 m。矿 区岩 浆岩 出露 广 泛 ，主 要是斜长岩 、苏长岩 ，以及少量 闪长玢岩脉。苏长 岩侵入斜长岩体中，是钒钛磁铁矿的母岩。矿体呈 似层 状产 于苏 长岩 中 ，与 围岩 主要呈 渐 变 、过 渡关 系 ，偶见贯入式矿体 ，为晚期矿化产物。区内构造 活动 明显 ，斜 长岩 、苏 长岩 均有 破碎 ，为成矿 后构 造引起 ，但未见明显断裂错动、褶皱构造 。区域构 造 以近 E W 向 、NNE向 、近 S N 向 、NW 向为 主 。 1 高 精度磁 法 测量 早 在 2 0世 纪 5 0 6 0年代 ，磁 法勘 探就 已在 铁 矿普查 方 面做 出了重 大贡 献 。磁 法探测 仪 器也 由 最 早灵 敏度 为 1 n T 的磁 通 门 磁 力 仪 ，经 过 灵 敏 度 为 0 1 n T 的质子 磁 力仪 ，过 渡 到 目前 灵 敏 度 为 0 0 1 n T的光泵磁力仪 。本次工作使用 的是 国土 资 源部 航空物 探遥 感 中心 为地 面地 磁测量 而设 计 的 HC - 9 5 a 手持式氦( He )光泵磁力 仪，该仪器被 称为我国地面磁力仪的更新换代产品 9 。关 于该仪 器 的特点 已有 文章 报道 过 ，在此 不予 详述 n “ 。 1 1 工 区布置 与质 量评 述 矿 区共 进行 高精 度 磁 法 剖 面测 量 4 8条 ，测 线 方 向 0 。 ，测 线 间 距 1 0 0 m、 5 0 m，测 点 间 距 2 0 m。 测 线 总 长6 6 5 4 0 m， 测 点3 4 8 0 个 ， 面 积 7 0 8 2 5 k m。 。区 内地 形变 化较 大 ，植 被发 育 ，为 了 保 证定 位 精 度 ，物 探 测 点 位 置 通 过 亚 米 级 差 分 L m ( a ) G P S完成。G P S测量在精 确定 位各物探测 点的基 础 上 ，个别 地段 有加 密 。为 了检查 本 次工作 测量数 据的可靠性，我们做 了 1 1 4个点的重复性测量，重 复性测 量 结 果 显示 ，测 点 最 大 相 对 误 差 0 3 7 4 ， 最 低 相 对 误 差 0 0 2 9 ，平 均 相 对 误 差 0 0 9 5 。 表明本次工作获得 的高精度磁法数据可靠 。 1 2 异常特征与解译 矿 区最大 磁 场值 6 4 7 6 7 3 5 n T，最 小 磁 场值 5 1 4 7 0 1 0 1 n T，平均磁 场值 5 5 3 2 8 7 9 n T，背 景磁 场值 5 4 0 0 0 n T。结合亚米级差分 G P S准确确定 出 的地表矿 体 出露 位 置，数 据处 理 过 程 中大 致 以 5 6 0 0 0 n T ( 相 对 磁 异 常 2 O 0 0 n T)为 下 限 圈定 矿 化 异 常 。 为了进一步揭示高磁异常体在横剖面上的空间 展 布特 征 ，对 各 测 线 绘 制 了 高 精 度 磁 法 测 量 散 点 图 。文 中仅 以 布有 EH4电磁 测 深 线 的 E H一 1线 和 EH一 3线为 例加 以说 明 ( 图 1 ) 。 EH一 1线测量 结 果 表 明 ，该 线最 大 相 对 磁 场值 4 2 2 9 4 2 n T，最小相对磁 场值 8 4 3 6 5 n T，平均相 对磁 场值 1 8 1 1 4 9 n T。其 中 1 0 0 1 2 8 0 m 存在 宽 1 8 0 m 明显高磁 异常 区，总体具有南高北低 趋势， 最 大磁 场值位 于 2 0 0 m ( 图 l a ) 。 E H一 3线 测量 结果 表 明 ，该 线 最 大 相对 磁 场 值 3 7 0 0 0 5 n T，最 小相 对磁 场值 一 1 8 2 0 7 n T，平 均相 对磁场值 1 1 2 6 7 6 n T。其 中 2 4 2 0 2 5 8 0 m存 在宽 1 6 0 m 明显高磁异 常区，总体具有南 高北低趋势 ， 最大磁场值位于 2 4 6 0 m ( 图 1 b ) 。 图 1 高精度磁法测量散点 图 2 E H 4测深 与解 译 E H4是 美 国 GE OMET R I C S和 E MI 公 司联 合 生产的一种便携式地球物理探测仪，该仪器应用天 然电磁场和人工补偿 的电磁场信号作为信号源 ，可 有效 测量 并记 录测 线下 部 8 0 0 m 范 围内不 同地 层 的 反射波信号。通过数据处理 ，绘制出测量断面的连 续 电导率 断面 图 。该仪 器具有 较 高 的分 辨率 ，为 探 测 某 些小 的地 质构造 和 区分 电阻率 差异 不 大的地 层 维普资讯 9 8 中 国 矿 业 第1 7 卷 提供 了可 能性 。该 仪器 已被 成功应 用 于矿产 资源勘 查实践中_ 1 - 1 。E H4电磁成像 系统原理 已有专 门 的讨论 _ 1 ，本 文不 再论述 。 2 1 工 区 布置与 测量 确定已知矿化带在平面延伸后 ，为确定矿化带 向深部 延伸 情 况，解 析矿 体 垂 向形 态，进 行 了 E H4连续 电导 率剖 面测 量 。全 区共 开展 EH4电磁 测深线 3条 ，测 点 5 1个 ，测 线 总 长 1 5 2 0 m，测 线 分布情况 见 图 1 。测线 布置 原则 是 测线 方 向尽 量 垂 直于高磁异 常体走 向。测点布置通过亚米级差 分 GP S完成。文 中仅 以布置 于 2 高磁异 常体上 的 EH 一 1 线 加 以说 明。 2 2 异 常特征 与解 译 E H一 1 测 量断 面 长 5 6 0 m，测 点数 1 8个 ，由南 西 向北东 测量 ，测 线 方位 1 2 。 。 目的是 探 测 高 精度 磁法 测 量 获 得 的 2 磁 异 常 带 向 深 部 延 深 情 况 。 E H一 1线 E H4电磁 测量 断面 图 ( 图 2 ) 上 显示 了较 为简单 、清晰的电阻率结构特点 ，深部电阻率整体 较高 ，浅 部在 中 、高 电阻率背 景 的基础 上叠 加 了陡 倾 中、低阻异常带 ，断面图上存在 四个 向上延伸至 地 表 4 0 m、1 4 0 m、2 4 0 m、5 0 0 m 处 较 大 低 阻 异 常 带 。此 外 ，断面 顶部具 有 一近水 平低 阻异 常 区 。 SW 1 92 。 NE1 2。 S 1 92 。 NE1 2。 0 40 8 O 1 2 01 6 02 0 0 2 4 02 8032 03 6 04 0044 048 052 05 6 0 0 4 0 8 O 1 201 6 020 024 02 80 3 2 03 6040 04 4048 05 2 05 60 1 O5 0 1 oo o 95 0 9o 0 85 0 8o 0 7 5 0 0 7 0 0 6 50 6 0o 5 50 5 o0 4 50 4 o0 0 40 8 0 1 2 0 1 602o 02 4028 03 2 03 6040 044 048 052 05 60 Lo ng m 4 0 m 处 异 常规 模 较 小 ， 高 8 3 0 m。近直立 。 1 4 0 m 处 异 常 宽 4 0 m， 近 直立 。 0 40 8 O 1 2 O 1 60 2 0 02 4 028 03 2 036 040 04 4048 05 2056 0 Lo ng m 图 2 EH4电磁 测量断面图及地质解译 图 宽 4 0 m，可 延 伸 至标 可 延 伸 至 标 高 8 3 0 m。 2 4 0 m 处 异 常 宽 7 0 1 2 0 m， 向下 延 深 较 大 ， 总体 近直立 ，略 向 NE倾 ，标高 7 0 0 m 以 上异 常 宽 大 ，6 0 0 m 附近有减弱趋势 ，5 5 0 m 以下异 常宽 2 0 3 0m 。 4 8 0 m 处 异 常 宽 1 2 0 m，近 直立 ，略 向 NE倾 ， 可延 伸至标 高 5 0 0 m 附近 。 根 据 已有资 料 ，结 合地 质调 查 、磁 测成果 ，对 E H一 1线测深资料作出如下解译 。电磁测量断面上 近水平低阻异常区为第 四纪沉积物引起 ，断面深部 中高 电阻 率 为 斜 长 岩 ，断 面 上 中 低 电阻 率 为 苏 长 岩，部分苏长岩即为矿体 ( 图 2 ) 。 M1苏长岩脉近直立 ，规模较小 ，可延伸至标 高 8 3 0 m。对应 的相 对 磁 场 值 为 1 7 6 4 9 4 n T，地 表 覆 盖严 重 ，含矿 性未 知 。 M2苏长岩脉近直立 ，规模较小 ，可延伸至标 高 8 0 0 m。对应 的相 对 磁 场 值 为 1 9 0 6 5 0 n T，地表 覆 盖严 重 ，含矿 性未 知 。 M3苏 长 岩 脉 近 直 立 ， 向下 延 深 较 大 ，略 向 NE倾 ，对应 最大 相 对 磁场 值 达 4 2 2 9 4 2 n T，且 地 表与矿体相对应 ，为含矿苏长岩 。结合电阻率变化 特点，推断矿体延伸至标高 6 5 0 m，宽 1 0 0 m。 M4苏 长 岩 脉 位 于标 高 4 0 0 5 2 0 m，处 于 M3 苏长岩之下 ，二者应 为同一岩脉 ，因赋存 空间所 限 ，不 连续 ，宽 2 0 4 0 m，可 能含 矿 。 M5 苏 长岩 脉 近直 立 ，略 向 NE倾 ，可延 伸 至 标高 6 3 0 m 附近，该苏长岩位于一地表 已知矿体延 五 霪 晷 藿 如m 1 1 1 1 1 1 1 9 8 7 6 S 4 3 3 2 2 1 1 S 2 0 维普资讯 第 7期 张鲁新等 ：综合地球物理方法在大庙铁矿斜 长岩杂岩体中的应用 9 9 伸方向上 ，对应一磁异常峰值 区，为含矿苏长岩。 结合电阻率变化特点 ，推断矿体延伸至标高 6 3 0 m， 宽 1 0 0 m。 3讨 论和 结论 ( 1 )本 次 工 作 表 明 ，亚 米 级 差 分 GP S 、氦 光 泵磁力仪( HC 一 9 5 a ) 、E H4电磁成像 系统 的结合 ， 是快速寻找、评价钒钛磁铁矿矿体的有效方法。特 别指 出的 是 ，本 次 研 究 中 ，通 过 亚 米 级 差 分 G P S 准确确定 出了地表矿体位置 ，将采矿区实际位置落 到 了图 中 ，为 地质 解译 平 面 、深 部两 个层 次 的物探 资料 提供 了依 据 。 ( 2 )本次 工 作对 勘 查 区 资 源 状 况做 出如 下 基 本判断：矿区矿体规模大，连续性强 ，具有可观的 开采前 景 。 ( 3 )大庙斜长岩杂岩体 内钒钛磁铁矿矿体地 开采 已有数 十年 历 史 ，部 分 矿 区 已面 临 资 源 危 机 。 可 以应用本次研究工作所尝试的技术手段 ，对岩体 中新发现 的矿化露头 展开评价 ，发掘岩体成 矿潜 力 。 I 参考文献 ( 1 3 翟裕 生某 斜 长 岩 的 岩 石 特 征 及成 因 J 地 质 论 评 ， 1 9 6 5 ， 2 3 ( 3)： 1 8 6 1 9 5 C 2 3 解广轰 大庙斜 长岩杂 岩体 的岩 石学特 征 J 地球化 学 ， 1 9 8 0 ， 3：2 63 2 7 7 C 3 3 解广轰 ，王俊 文大庙斜 长岩杂 岩体 侵位年 龄的初 步研 究 J 地球化学 ，1 9 8 8 ，( 1 ) ：1 3 1 7 4 胡世玲 ，王松 山，桑海清 ，等大庙 斜长 岩 同位素地 质年 龄 、稀土地球 化学 及 其地 质 意 义 J 地 质 科 学 ，1 9 9 0 ， ( 4) ： 3 3 2 3 4 3 C 5 3 赵 太平 ，陈 福 坤 ，翟 明 国 。等 河北 大 庙 斜 长 岩 杂 岩 体错 石 U P b年龄及其地 质 意义 J 岩石 学报 ，2 0 0 4 ，2 0( 3 ) ： 6 8 5 6 9 0 刘光鼎 ，郝天珧应用地球物理方法寻找隐伏矿床 J 地 球物理学报 ，1 9 9 5 ，3 6( 6 ) ：8 5 0 8 5 4 刘家远 ，单娜琳 ，钱建平 ，等隐伏矿床 预测 的理论和方法 E M 北京 ：冶金工业出版社 ，2 0 0 6 ：7 3 8 4 刘建明 ，于昌明，刘 红涛 ，等隐伏矿 、深部矿透视探测一 快速评价的浅层地球 物理技术 体系 A 见 ：陈毓J I l ，毛 景文 ，薛春 纪第 八届 全 国矿 床会 议 论 文集 c 北京 ： 地质出版社 ，2 0 0 6 刘士毅 ，张 明华 中国金属矿 地球 物理勘 查 J 地 学前 缘 ， 1 9 9 8 ， 5 ( 1 2 ) ：2 0 1 2 0 7 张作 伦，曾庆栋 ，于昌明，等氦光泵磁力仪 ( Hc一9 5 a ) 在矿体勘查 中的应用 J 中国矿业 ，2 0 0 7 ，1 6( 7 ) ：6 1 6 3， 6 7 梁德超 ，邓军 ，杨立强地 面高精度磁 测在胶东某 金矿 普查 区的应用 J 地质与勘探 ，2 0 0 0 ，3 6( 3 ) ：6 7 7 0 张作伦 ，曾庆栋 ，叶杰 ，等 草原覆盖 区隐伏金 属矿体 定位预测一 以大兴安岭 中南段某铅 锌矿点 为例 J 吉林 大学学报 ( 地球科学版) ，2 0 0 7 ，3 7( 1 ) ：3 8