磁法矿产预测.pdf

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1、书书书第卷第期地球物理学进展 年月(页码:)磁法在我国矿产预测中的应用娄德波,宋国玺,李楠,丁建华,阴江宁,邹伟(中国地质科学院矿产资源研究所,北京 )摘要磁法作为一种有效的辅助手段,在矿产预测中的应用已有多年历史随着经济对资源需求的不断增加和找矿难度的加大,磁法在矿产预测中,尤其是在寻找隐伏构造和岩矿体方面变得越来越重要本文综合叙述了磁法技术在矿产预测中的应用现状和应用方法,并对将来磁法技术在矿产预测中的应用前景进行了展望关键词磁法,矿产预测,中图分类号 文献标识码文章编号 ()犜 犺 犲犪 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犿 犪 犵 狀 犲 狋 犻 犮犿 犲 狋 犺 狅 犱 犻

2、 狀狀 犪 狋 犻 狅 狀 犪 犾犿 犻 狀 犲 狉 犪 犾 狆 狉 犲 犱 犻 犮 狋 犻 狅 狀 ,(犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲 狅 犳犕 犻 狀 犲 狉 犪 犾犚 犲 狊 狅 狌 狉 犮 犲 狊,犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲犃 犮 犪 犱 犲 犿 狔狅 犳犌 犲 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪 犾犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲 狊,犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵 )犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋 ,(,),犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊 ,收稿日期 ;修回日期 基金项目全国重要矿产资源潜力预测评价及综合()资助作者简介娄德波,男,年生,中国地质科学院地球探测与信息技术专业博士研究生,研究方向为

3、矿产资源评价(:)引言磁力勘探又称磁法勘探(简称磁法),它是通过观测和分析由岩石和矿物或其它探测对象磁性差异所引起的磁异常,进而研究地质构造和矿产资源或其它探测对象分布规律的一种地球物理方法磁力勘探具有轻便易行,效率高,成本低;工作领域广,不受地域限制,应用范围广的优点,因此是发展最早,应用广泛的一种地球物理勘探方法磁法在地质学上的应用始于 世纪 年代,瑞典人使用罗盘寻找磁铁矿揭开了人类磁法找矿的序幕,目前世界上主要流行的航空磁力仪是加拿大生产的铯光泵磁力仪和中国生产的氦光泵磁力仪,这两种磁力仪发展最为成熟人们利用航磁视野宽阔,信息丰富,能够最大限度的获取地球内部信息和准确定位的特点,深入研究

4、地球地表及深部地质体的磁性特征,从而在地球深部过程,地质构造研究,矿产资源勘查,区域地质调查和地质灾害监测方面有着广泛的应用我国磁法勘查工作从 世纪 年代在云南开始,直到解放前,十多年间仅停留在科学实验阶段全国解放后,我国的磁法工作得到了很大的发展到 年,磁测工作已经几乎覆盖全国,航线 间 距 到 的有效覆盖面积内陆地区 达 到 万,海域为 万 目前我国存在着三支航空物探队伍,即国土资源航遥中心,核工业航遥中心和中国冶勘总局物勘院物化探中心在各种金属矿物探方法中,磁法投入的工作量最大,取得的效果也非常显著多年来,用磁法寻找铁矿及其它金属、非金属矿都获得了很大的效益,如利用航磁发现的铁矿床占我国

5、磁铁矿总数的,像河北武安、安徽霍丘、云南大红山、新疆磁海和天湖等;在矿山的深部及外围找矿,如高精度航空磁测在大冶矿区的应用,以及在寻找其它矿产,如采用以磁法为主的地球物理学进展 卷综合物化探方法寻找金伯利岩中的金刚石均取得显著的成果,另一方面,在各种比例尺的地质测量中,磁法用来成功的圈定侵入体、火山岩体,研究各种地质构造以及大地构造分区方面也取得了丰厚的成果,如根据航磁资料提出的郯城庐江大断裂已为地质界所公认,在鄂尔多斯盆地、中国中南地区、青藏高原中西部、松辽盆地北部火山岩、内蒙古阴山地区以及中国东北地区等开展的大范围的包括磁法在内综合物探研究在地质构造方面也取得了许多重要的结论,这为进一步寻

6、找有利的含矿建造和含矿构造提供了依据 矿产预测概述矿产预测,亦称矿产资源潜力评价,是使用统计学的方法对一定地理空间范围内存在或可能存在的某种或某几种矿产资源的数量、质量和区位进行合理评估 作为矿产资源勘查中一项前瞻性和战略性工作,矿产预测的主要任务是尽可能的搜集预测区的信息(包括地质、地球物理、地球化学、重砂和遥感等),在现代地质成矿理论指导下,根据各个学科自身的特点,对各种成矿信息进行提取解译,并使用先进的多元统计方法和计算机技术进行综合,从而确定成矿有利地段和靶区,并最终估算其矿床数和资源量,基于国情不同,评价目的不同,各国的矿产预测方法也有差异如美国的基于“根据矿床描述性模型圈定可行地段

7、,矿床数估计,通过品位吨位模型估计资源量”的三步式矿产资源潜力评价;俄罗斯的基于“对象、标志、方法”三要素的“预测普查组合”法在我国的主要矿产预测理论方法有基于将地质异常、成矿多样性和矿床谱系三方面结合起来的“三联”五步式矿产资源评价方法,基于地、物、化、遥和重砂的综合信息矿产预测理论与方法,基于“特定四维时间、空间域中,由特定地质成矿作用形成的有成因联系的矿床的自然组合”的矿床成矿系列理论,基于“全位和缺位”的矿床类型的常量化理论,以及基于(地质模型系统)、(决策支持系统)和 (地理信息系统)的潜在矿产资源评价方法 自上世纪七十年代以来,一些用来进行矿产资源潜力评价的数学模型也被不断的引入上

8、面的理论方法当中,如用于定位预测的特征分析法,证据权法,模糊证据权法,逻辑信息法,神经网络法等,用于资源量预测的数量化理论,品位吨位模型法,地球化学块体法,体积法等,并且随着研究的 不 断 深 入,这 些 方 法 也 正 在 不 断 地 得 以 改进,我国的矿产预测是一套非总合式矿产资源潜力评价,这就决定了我国的矿产预测为国家肩负着两个方面的使命,一方面是直接为地质找矿服务,即作为矿产勘查的前期工作,为找矿工作的合理规划和科学部署提供一批具有远景的工作区,从而能够使勘查资金用在最有希望的地区;另一方面通过摸清全国矿产资源潜力及分布,为研究制定国家矿产资源战略和国民经济中长期规划提供科学依据新世

9、纪以来,随着经济发展对矿产资源的需求日益增加,资源短缺已经成为制约各国经济发展的重要瓶颈之一,解决资源的保障问题已经成为地质工作的当务之急在这样的形势下,快速有效找矿新技术和新方法的创新和应用也成为必然,其中使用地理信息系统()作为矿产预测的平台在资源评价中已经取得重大突破,与之相应的一批矿产资源评价软件也应运而生,如 和 等并据此形成了一套具体可行工作方案,其工作流程图如图所示 陈毓川,严光升,叶天竺,等全国重要矿产资源潜力评价及综合总体设计书,(内部资料)磁法在矿产预测中的应用通过对航磁资料分析(主要包括平面剖面图和平面等值线图)和对他们进行处理,这些处理包括化极(针对航磁),向上延拓,水

10、平一阶求导,垂向一阶求导,垂向二阶求导,剩余异常处理,区化平以及其他转化处理等可以对航磁资料所反映的地质和找矿信息(尤其是在深部)有一个更为全面的认识根据矿产预测的一般过程,物探资料主要应用在两个方面,一方面是用于基础地质构造研究,主要是识别有物性差异的隐伏、半隐伏构造(包括断裂构造、褶皱构造、火山构造、沉积盆地和接触蚀变带)、岩体(侵入岩体)和地层(火山岩地层、变质岩地层、沉积岩地层和结晶基底),对预测区的综合地质构造(尤其是隐伏地质构造)进行分析,从而参与成矿有利地段圈定,另一方面是作为异常找矿信息研究,为找矿远景区提供直接或间接的找矿标志(主要是指铁矿),从而参与靶区圈定和资源量估算近几

11、年来,磁法结合其它方法的使用,在我国矿产预测方面也取得了明显的效果期娄德波,等:磁法在我国矿产预测中的应用图矿产资源预测评价工作流程略图 基础地质构造研究 构造信息的提取断裂构造是最重要的一种构造类型,它不但是划分大地构造单元的重要界线,在成岩成矿过程中也是为导矿(岩)和容矿(岩)过程提供了通道和空间断裂构造在航磁异常图上表现为多种形式如不同磁场区的分界线往往是规模较大的断裂或断裂带,它们是划分大地构造单元的重要依据;磁异常梯度带往往是上下两盘发生错动,形成台阶状磁性体的断裂;串珠状磁性异常带往往反映存在有充填各种岩浆岩体的深大断裂;线性异常带(可以是正异常、负异常或正负交替出现的异常)往往反

12、映具有明显方向的断裂;磁异常的突变带和错动带往往预示着断裂作用而形成的;雁行状异常带和放射状异常带往往是由于复杂的构造作用所形成的与岩浆活动有关的断裂带或破碎带,它们一般是中小断裂 以上各种类型的磁异常特征是提取构造信息的重要依据,磁场区分界线的中间位置或者以上各种磁异常的中间位置往往是断裂构造的中心线,可据此将构造信息提取出来褶皱构造主要包括向斜、背斜和穹隆构造,它们是由于岩石受应力发生弯曲而形成的,也是一种重要的容矿构造,尤其是在它们的倾伏端、侧伏端以及核部更是有利的成矿部位在航磁异常图中,只有当地层中存在磁性标志层时,褶皱构造才能在图上有所反映,否则不能提取褶皱构造一般情况下,背斜在航磁

13、异常图上其轴部表现为高的磁异常,而其两翼梯度较缓,一般不出现负异常;向斜的主要磁异常特征是两翼梯度变化大,向外出现负异常,而核部梯度变化缓在实际情况下,还要具体问题具体分析,如盖层厚度,磁化方向等火山机构的地质结构虽然多种多样,但是所产生的磁异常形态和强度却大致相同,通常火山喷口相的岩石往往具有较高的剩磁,在火山口周围形成强度较大,具有一定分布规律的环状且有正负局部异常伴生的正磁场区或负磁场区,在磁场平面等值线磁场图中表现为圆状或椭圆状,当其熔岩未喷出地表,在火山颈形成玢岩,如具有很强的剩磁,则往往形成孤立分布的负磁异常或以负异常为主的磁异常,否则可能形成正异常,复式火山构造由多期火山喷发导致

14、形成,在磁场图中多呈环中有环的嵌套式环状磁场特征对于不同的火山构造,应采取不同的圈定方式,如裂隙式喷发的火山构造,可根据磁场等值线平面图上异常梯度带来圈定;圆形、椭圆形或复式中心式喷发火山构造,可根据磁场等值线平面图上环状磁异常的外侧梯度带来圈定;孤立分布的负磁异常或以负异常为主的磁异常反映的火山构造(可能为火山角砾岩筒),可根据磁场等值线平面图上磁异常梯度带来圈定 沉积盆地在磁场上表现为相对周围呈低缓的弱磁异常区、高背景场中的宽缓异常区或负磁场区只有沉积盆地存在磁性基底时,才能圈定,否则,不能圈定沉积盆地 岩体信息的提取岩体信息的提取主要包括岩浆岩(侵入岩)和次火山岩体和部分变质岩(主要是正

15、变质岩,磁性较强)磁法配合以重力是有效识别侵入岩体、岩浆岩带和次火山岩体的重要手段,尤其在识别隐伏、半隐伏深部岩体方面更是其它方法所无法比拟的各类侵入岩体在重磁异常图上常常表现为不同的特征:地球物理学进展 卷基性和超基性岩体一般同步显示高的磁力和重力异常,异常强度和规模都较大;中性岩体一般显示磁力高,重力弱高或无异常显示,异常规模通常较大;酸性岩体一般同步显示磁力低与重力低,异常规模通常巨大;岩体与围岩的接触带所形成的环形异常往往也是识别岩体的重要标志,;不论是基性岩体还是酸性岩体,其提取或圈定方法基本相同,具体为:通常以磁异常的梯度陡变带为岩体的边界;对规模较小的磁性体,可按磁异常一阶导数零

16、值线圈定;对规模较大的磁性体,可采用二阶导数零值线来圈定;对岩体本身磁性较弱,但因接触蚀变后磁性增强而引起磁异常时(如矽卡岩),通常使用环状磁异常内侧的梯度陡变带来圈定范正国,黄旭钊,熊盛清磁测资料应用技术要求,(内部资料)地层信息的提取火山岩地层磁场的共同特点是,沿剖面方向场值跳跃变化,在相邻测线上难于对比,随着火山岩埋藏增大,其跳跃变化特征逐渐减弱直至消失,其中玄武岩磁异常峰值常达几百至几千,但是也有很弱的地方;一般安山岩比玄武岩磁性弱,磁异常峰值常达几百至几千;酸性火山岩由于缺少磁性矿物,磁性较弱此外在一些特殊的地质环境中,火山岩还会展现出特殊的磁场特征,如在一些酸性熔岩盆地或火山口附近

17、等 沉积岩地层多为无磁性的,在其上观测到的磁场一般是近于零的平稳场或为负值的平稳场,一般情况下,用磁测资料难于圈定无磁性沉积岩地层,但当其处于特殊环境时(如位于某种磁性体范围内或其内夹杂有磁性矿物时),也可以圈定地层边界,对于磁性沉积层,当圈定条件非常有利时,可用磁异常带的外侧拐点或垂向二阶导数等圈定变质岩地层(一般指副变质岩)其磁性一般较弱,与沉积岩地层差别不大,一般情况下,难于圈定,只有处于特殊地质环境中,才能间接的圈定,方法主要是先通过地质环境判断变质岩的类别(是正变质岩还是副变质岩),然后再通过异常带外侧拐点或垂向二阶导数其边界 磁法异常找矿信息研究磁性矿产形成的矿致异常是十分重要的直

18、接找矿信息,通过建立找矿模型筛选矿致磁异常可以推断磁性矿产的空间位置、埋深、产状、规模并估算资源量磁测在矿产预测中可以作为直接找矿标志和间接找矿标志两个方面作为直接找矿标志,主要是寻找各种类型的铁矿,主要类型有沉积变质型铁矿,夕卡岩型铁矿、火山岩型铁矿以及与基性超基性岩有关的铁矿,这是因为这些类型的铁矿都含有大量的磁铁矿,具有很强的磁性,根据其磁性特点,不但可以发现矿床,而且还可以确定矿体的深度和产状以及计算它的资源量(如使用物探体积法)作为间接标志,主要是寻找那些和磁铁矿或磁黄铁矿共生在一起的那些矿种,如寻找与磁铁矿共生的钼矿、铜、镍矿和锡矿等 磁法与其它综合信息关系在使用磁法提取地质和矿产

19、信息时,由于磁性差异是提取地质信息的唯一条件,而另一方面磁性又只是地质体一个侧面性质的反映,不可避免的使得解译结果往往带有多解性,甚至当地质体无磁性时,不能提取地质信息有相当多的地球物理学家认为,限制多解性影响而使用的措施,是尽可能利用已知的地质、地球物理及钻探资料对所求得的场源体参数施加约束 这样便需要磁法和其它方法结合,来消除多解性,从而正确的提取信息如使用航磁与重力结合来推断火山岩地层和断裂带;使用磁法配合化探来推断含矿构造等 磁法应用的最新成果近几年来,尤其是新一轮国土资源大调查以来,在找矿评价过程中,磁法在其中发挥了巨大的作用,结合其它找矿方法,取得了一系列重要进展如山东省地矿局在总

20、结以前工作经验、分析研究鲁西南地区岩、矿石地球物理参数特征的基础上,开展了地面:万高精度重磁测量和 频谱激电剖面工作,通过定性解释和定量计算,推断在济宁地区约 深处可能存在一长约 、宽约 、面积约 、厚度约 的高密度强磁性同源地质体,钻探至 后见层磁铁石英岩,见矿厚度 ,磁铁矿含量 ,估算铁矿资源总量可达到 ;与此同时,安徽在庐江地区圈定出一长 、异常最大值为 的高磁异常区,通过钻探验证,在孔深 处见磁铁矿,厚度近 ,铁平均品位达,其中铁品位大于 的矿体累计厚度达 在湖北大冶铁矿区,中国国土资源航空物探遥感中心通过硬架式直升机测量系统开展万高分辨率航磁测量,并结合高精度磁测剖面以及三分量井中磁

21、测等,提出了个重点找矿区,布置了个钻期娄德波,等:磁法在我国矿产预测中的应用孔,目前施工的个均已见矿,新增铁矿储量 以及伴生铜矿 ,矿山寿命大为增加 在寻找与磁铁矿共生的其它矿种方面也取得了一些进展,如在辽宁省肖家营子钼多金属矿床中,通过磁法圈定了与辉钼矿共生的磁铁矿所产生的长,宽 的磁异常,通过进一步的工作,最终确定了钼铁铜矿体的位置 图磁法用于矿产预测的一般流程 地球物理学进展 卷磁法用于矿产预测的一般方法磁法用于矿产预测一般要经过磁法数据搜集、磁法数据处理、信息解译处理和表达、参与地质构造分析和矿产预测以及参与找矿工作部署等几个过程,具体如图所示 磁法数据的搜集一般情况下,磁测数据越精确

22、,即比例尺越大,预测结果可靠性也越强,但磁法数据的搜集也与预测目标精度要求有一定的关系如在此次 全国矿产资源潜力评价及综合 项目中,即相当于第三轮全国成矿远景区划工作中,由于要求是全国性的矿产预测,因此根据我国不同精度磁法数据的覆盖程度,除西部部分地区采用:万或:万的测量数据外,全国统一采用:万的航磁数据,并且对于部分地区如果有更高大比例尺的资料,如:万或:万的航磁或地磁数据,也尽量加以应用 磁法数据的处理磁法资料的处理包括以下几个方面:()数字化处理(针对于非数字化磁测资料),目的是为了对地质构造、磁性地层、侵入岩体和矿致磁异常进行定量计算;()矢量化处理(针对非电子版磁测推断解释图),目的

23、是为了图件的拼接和数据库建设作准备;()化极处理,目的是为了消除倾斜磁化对磁异常造成的这种异常不同程度的偏移错位的影响,从而正确的判断地质体的空间位置、形态和分布范围;()向上延拓处理(一般在化极磁场上进行),目的是为了压制一些局部的因素,从而充分反映深部或规模比较大的异常体的特征;()垂向一阶导数(通常在原平面化极磁场上进行),目的是为了突出浅部磁性地质体引起的局部异常;()剩余异常处理,目的是为了将一些局部异常和较微弱的短波异常从区域背景异常中分离提取出来,从而突出局部微小异常;()水平一阶方向求导,目的是推断与求导方向相垂直的线性构造;()垂直二阶方向求导,目的一般是采用其零值线推断地质

24、体的边界 信息的解译、提取和表达矿产预测中信息的提取,要以地球动力学和成矿地质理论为指导,根据工作区的实际情况,依据以上解译原则,对经过各种处理的磁法数据进行解译,从而提取对成矿有利的地质体(包括地层、构造、岩体以及矿致异常),从而编制与预测目标有关的推断地质构造底图和作为直接找矿依据的矿致异常航磁异常图(一般情况下,主要针对铁矿)参与地质构造分析、潜力预测以及找矿工作部署在以上工作的基础上,可以将不同解译成果根据不同的需要应用于矿产预测的不同阶段如可以把航磁推断地质构造图和地质图、重力推断地质构造图以及遥感推断地质构造图有机综合在一起形成综合地质构造图,用作矿产预测的底图;作为直接找矿标志,

25、矿致异常航磁异常图可以直接参与靶区圈定、资源量估算(主要针对铁矿),并为下一步地质找矿工作部署提供参考依据结论随着国民经济对矿产资源需求的不断增大以及地表矿产的日益减少,寻找隐伏矿床已经成为当前矿产预测工作的重要任务 磁法应用是矿产预测中的重要手段之一,尤其是在推断隐伏地质构造和矿产方面有着不可代替的作用随着磁法认识的不断深化,特别是磁法勘探方法、仪器设备以及数据处理的长足进步,使得其勘探能力迅速提高 近几年来,和 技术、航空全梯度磁力测量、航空三分量磁力测量、卫星磁法测量、航磁异常弱信号提取等技术都取得了实质性的进展,这对于隐伏矿产的预测将起到重要的推动作用 致谢在本文完成过程中,得到了区划

26、室的肖克炎研究员和贾真博士的支持和帮助,谨表衷心感谢参考文献():管志宁地磁场与磁力勘探北京:地质出版社,:,线纪安航空物探的技术现状及其应用地质找矿论丛,(增刊):,():王聿军,仲卫国,张善法金伯利岩的物化探特征及勘探方法地球物理学进展,():,(),():于长春,范正国,王乃东,熊盛青,万建华,张洪瑞高分辨率航磁方法及在大冶铁矿区的应用地球物理学进展,():,期娄德波,等:磁法在我国矿产预测中的应用 (),():张胜业,潘玉玲应用地球物理学原理武汉:中国地质大学出版社,:,管志宁我国磁法勘探的研究和发展地球物理学报,(增刊):,():王涛,徐鸣洁,王良书,刘绍文,胡旭芝鄂尔多斯及邻区航磁

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