高精度磁测在山东马戈庄地区铁成矿带探测中的应用 毕业设计.doc

毕 业 设 计 高精度磁测在山东马戈庄地区铁成矿 带探测中的应用 学学 院：地球科学与工程学院院：地球科学与工程学院 专业班级：勘查技术与工程专业班级：勘查技术与工程 10-210-2 姓姓 名：名： 指导老师：指导老师： 山山 东东 科科 技技 大大 学学 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 摘摘 要要 摘要摘要 我国铁矿资源分布广泛，贫矿多富矿少，矿石类型复杂。加之随着科 学技术进步和选冶技术水平的提高，类型简单的储量相对集中的、易发现 的铁矿几近被采尽，且近年来随着国际市场钢材价格的不断攀升，铁矿勘 探已然成为金属勘探的热点。 山东马戈庄地区为大片第四系覆盖，基岩出露较少或基岩风化严重， 埋藏较深，地下地层构造复杂，岩石结构混杂，为铁矿带的形成提供了前 提。 本文在较为详细地阐述高精度磁测的基本理论和基本方法后，重点对 马戈庄地区的地质状况进行了调查，进而又以铁矿石和围岩具有明显的磁 性差异为基础，根据高精度磁测具有抗干扰能力强及精度较高的特点，推 断了马戈庄地区地层的构造和铁成矿带的分布及范围，为今后的铁矿开采 提供了依据。 关键词：高精度磁测； 铁成矿带； 磁异常 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） abstractabstract abstractabstract iron ore resources are widely distributed, lean ore more ore less ore type, complex in china. coupled with the progress of science and technology and the level of technology to improve the smelting, easy to find type simple reserves are relatively concentrated, iron is almost used up, and in recent years with the international market, the rising price of steel, iron ore exploration has become the hot metal exploration. shandong ma ge zhuang area for large quaternary cover, bedrock exposed less or bedrock weathering serious, deep buried underground strata, complex structure, rock structure of hybrid, provides the premise for the formation of iron belt. this paper introduces the basic theory of high precision magnetic survey and basic method in detail, especially geology to margo zhuang area were investigated, and then to iron ore and rock magnetic differences as the basis, according to the characteristics of high precision magnetic survey has strong ability of anti-jamming and high precision, inferred the distribution and range structure and iron ore formation margo zhuang area belt, provide the basis for future iron ore mining. keywords: high precision magnetic survey; iron ore belt; magnetic anomaly 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 目录目录 目目 录录 第第 1 1 章章 绪绪 论论1 1.1 研究的目的和意义.1 1.2 主要研究内容.1 1.3 磁法勘探的发展及现状.2 第第 2 2 章章 高精度磁测的基本原理高精度磁测的基本原理 4 2.1 地球的磁场 4 2.2 岩石的磁性 7 2.3 观测结果的计算整理 8 2.4 磁异常的基本概念与磁异常的预处理. 10 2.5 磁异常的正演问题11 2.6 磁异常的反演理论12 第第 3 3 章章 工区概况工区概况. 15 3.1 自然经济地理概况. 15 3.2 地质概况. 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 目录目录 15 3.3 地球物理场特征. 18 3.4 以往物探工作程度. 22 第第 4 4 章章 野外工作方法及质量评价 25 4.1 工作方法. 25 4.2 质量检查与精度评述. 31 第第 5 5 章章 资料处理与解释资料处理与解释 32 5.1 数据处理. 32 5.2 资料解释. 33 第第 6 6 章章 结结 论论.54 参考文献参考文献.55 致谢致谢57 附录附录58 英文文献 58 文献翻译 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 目录目录 65 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 绪论绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 我国铁矿资源分布广泛，贫矿多富矿少，矿石类型复杂。加之随着科 学技术进步和选冶技术水平的提高，大规模的开发铁成矿的进行，类型简 单的储量相对集中的、易发现的铁矿几近被采尽，且近年来随着国际市场 钢材价格的不断攀升，铁矿勘探已然成为金属勘探的热点。全国铁矿石保 有储量中贫铁矿石储量 452.00 亿 t，占全国储量的 97.5%；而含铁平均品 位在 55%左右能直接入炉的富铁矿储量只有 11.74 亿 t，占全国储量的 2.5%， 而形成一定开采规模，能单独开采的富铁矿就更少了。我国具伴(共)生有 益组分的铁矿石储量，约占全国储量的 13，涉及一批大、中型铁矿区。 因此要实现探明低储量的富铁矿及类型复杂的铁矿石产量的提高就只能采 用更加先进、精密的勘探方法上。 山东马戈庄地区内为大片第四系覆盖，基岩出露较少或基岩风化严重， 埋藏较深，地下地层构造复杂，岩石结构混杂。而高精度磁测是地面磁测 中精度高于 5nt 的磁测方法，它是利用自然界的岩石和矿石具有不同磁性， 可以产生各不相同的磁场，使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异 常。然后利用仪器发现和研究这些磁异常，进而寻找磁性矿体和研究地质 构造的方法。随着地表明显矿床和浅部矿床越来越少，铁矿资源探寻难度 愈来愈大，因此高精度磁测法在找寻铁矿中发挥着越来越大的作用。 1.2 主要研究内容主要研究内容 本文通过前人的工作成果和高精度磁测法对勘探区进行勘探，根据所 得的磁性参数资料，总结出工区的地球物理特征以及磁异常的分布特征和 范围。最后分析推断出区内地层构造，并圈出区内的高磁异常带达到探测 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 绪论绪论 2 铁成矿带的目的。 1.3 磁法勘探的发展及现状磁法勘探的发展及现状 磁法勘探是应用最早的地球物理方法。 国外研究情况： 1610 年，瑞典人首次尝试用罗盘调查磁铁矿，开辟了利用磁场变化来 寻找矿产的新途径； 1870 年，瑞典人泰朗(thaleo)和铁贝尔(tiberg)制造了万能磁力仪后， 磁法勘探才作为一种地球物理方法建立和发展起来； 1915 年德国人施密特(schmidt)制成刃口式磁秤，大大提高了磁测精度； 1936 年，前苏联人阿.阿.罗加桥夫试制成感应式航空磁力仪，使磁法 工作进入了一个新的阶段； 50 年代末和 80 年代初，苏联和美国又相继把质子旋进式磁力仪移装 于船上，开展了海上海洋磁测12。 近年来，高精度磁法在国外得到了广泛的应用，并巳在地质勘探的各 个领域取得了成效，引起了人们的关注。今后的发展方向是在各个领域的 高精度仪器和磁测方法的进一步研究。 国内研究情况： 我国磁法勘探工作始于 1938 年, 从发展角度大体上可分为起步阶段 （1949 年以前） 、全面展开阶段（1949-1960 年） 、发展磁法仪器与理论基 础阶段（1960-1980 年）以及提高阶段（1980 年以后） 。 1949 年以前, 老一辈地球物理学家李善邦、顾功叙、秦馨菱等在湖南、 四川、云南、贵州等地的铁、铜、铅锌和锡矿区做过磁法工作, 虽工作量 不大, 但取得了野外工作、理论研究和实际调查三者相结合进行磁法工作 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 绪论绪论 3 的宝贵经验, 为以后开展磁法勘探工作奠定了基础3-6。 50 年代, 磁法勘探进人一个大发展时期在培养技术骨干配备一定精度 高效率磁力仪、开展大面积地面和航空磁测普查找矿等方面的工作得到全 面展开磁法勘探在寻找铁矿床方面取得了突出的找矿效果,对促进金属矿区 物探的发展做出了独特贡献。 60-70 年代, 针对从前苏联引进的垂直磁化磁异常解释理论不适合我国 斜磁化条件所出现的问题, 发展了适合我国斜磁化条件下的解释理论和方 法针对我国找隐伏矿所出现的低缓磁异常问题, 研究了相应的解释方法,开 创了紧密结合我国实际研究磁异常解释理论的新局面。此时, 我国自制生 产了地面和航空磁力仪,并逐步改变了从国外引进磁力仪的局面。这种发展 自主研究,坚持从生产中找重大技术问题作为研究课题, 将研究结果及时用 于生产,并根据实践结果进行再研究的途径,促使我国磁法勘探得以迅速发 展。 80 年代开始,由于高精度磁力仪的应用和电子计算机技术的迅猛发展, 使磁法勘探进人了一个高精度测量和自动化解释阶段。主要发展有：建立 了高精度航空磁测系统。地面磁法勘探仪器开始更新换代在计算机上进行 数据处理及自动反演, 研究处理及解释复杂磁异常的方法将磁法勘探大量 用于油气勘查和预测, 以及应用于有色、稀有和贵金属矿产的普查和预测, 从而扩大了磁法应用范围。 近 50 年来我国磁测工作已在地质工作的地面、航空海洋各个领域中 广泛应用, 与其他物探方法相比,具有投人工作量大、范围广的特点。 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 2 第第 2 章章 高精度磁测的基本原理高精度磁测的基本原理 2.1 地球的磁场地球的磁场 地球周围存在着磁场，称为地磁场，地磁场是一个矢量场，磁针的 s 极到 n 极的指向表示这一点的地磁场方向。地磁场的强度和方向依观测点 的位置而定，并且虽时间的变化而变化。 2.1.1 地磁要素地磁要素 地磁要素是表示磁场方向和大小的物理量，地表某点的地磁场是个矢 量，用 t 表示。如图 2-1 所示，研究这个矢量的参考坐标系选择如下：坐 标系的原点位于研究点；x 轴指向地理北，y 轴指向地理东；z 轴垂直向 下，指向地心。在此座际系中矢量 t 在水平面的投影与 x 轴的夹角(即 t 的方位角)，称为偏磁角(d)。矢量 t 的倾角，称为磁倾角(i)。矢量 t 在坐 标系的 xoy 水平面上及沿各坐标轴的投影 h、x、y 和 z 分别称为水平 分量，北分量(x 分量)、东分量(y 分量)和垂直分量(z 分量)。磁偏角、磁 倾角、总磁场强度(t)及其各个分量，统称为地磁要素。地磁要素随时间而 不断发生变化。确定某一点的磁场情况，需要三个要素，常用的是磁倾角、 磁偏角和水平分量。 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 3 图 2-1 地磁要素示意图 2.1.2 地磁场的构成及起源地磁场的构成及起源 分析地磁的现象和它们的来源，可以把地磁场分为稳定的磁场和变化 的磁场两部分都来自球内和球外，稳定部分主要来源于球内，大约占全部 场的 94%，而来源于外部的约只占 6%。来源于内部的稳定磁场是地磁场 的主要部分，一般称这部分为基本地磁场。变化的磁场分长期变化和短期 变化。长期变化主要来源于地球内部，短期变化主要来源于地球外部的高 空电离层，约占短期变化磁场部分的三分之二，其余的三分之一来源于地 球内部（实际上，也是由外部电流感应而引起的） 。长期变化缓慢，在短 期变化内幅度很小可以忽略不计。因此说明地磁场的构成中变化磁场一般 不包括长期变化。 基本地磁场一般都被认为包含有中心偶极子磁场和非偶极子磁场（有 称大陆磁场） 。中心偶极子磁场占这两部分总和的 80%，是基本地磁场的 主要成分。稳定磁场中除去基本地磁场以外的剩余部分，主要是地壳中岩 石被磁化而产生的，称之为地壳磁场。由于岩石磁性的差异和分布的不均 匀性导致地球磁场在较小的地区内磁场的分布就可能发生较大的变化，如 数百数千平方公里内所引起的磁场起伏称为区域性异常，在较小范围内， 如数百数十平方公里内引起的磁场起伏称为局部异常。 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 4 地球磁场的起源,地磁成因问题是现代地球科学研究的重大为题之一。 当前一般认为有希望的假说是自激发电机假说，这种假说认为：（1）地 核是由良导电流体形成；（2）地核中原来存在着微弱的磁场；（3）在液 态地核中持续发生着差异流动或对流，并产生新磁场，从而加强了原来的 磁场。由于流体的持续运动而不断提供能量，因而引起一种自激发电机效 应。由于能量不断消耗和供应所导致磁场增强到一定程度就稳定了下来， 于是形成现在的基本地磁场。简而言之，地磁场是由地核内部的电流引起 的，这些电流被感生出来，并得以维持，有如一个自激发电机的过程7。 2.1.3 正常场和异常场正常场和异常场 按研究地磁场的目的的不同将地磁场分为正常磁场和磁异场两部分。 正常磁场可认为是磁异常的背景场或零值场。如研究大陆磁场，可以把中 心偶极子磁场作为正常磁场，如研究地壳磁场则把中心偶极子磁场和大陆 磁场的叠加场作为正常场。可见正常场的选择是根据所研究的磁异常的要 求而确定的。磁法勘探在地质工作中的应用，一般研究分布范围较大的区 域性磁异常。或研究局部地区和地段的磁异常。同样，也应该以相应的背 景场为正常场。如过以 ta表示异常场，t 表示总磁场，t0为正常场，则应 有： ta=t-t0 在磁法勘探中，应以主要反映所研究的地质对象引起的磁场来选定正 常场。如果在地质工作中所要研究的是具有极弱磁性的岩层，当然也可以 把分布在岩层周围的磁性地层上所反映的磁场作为正常场，而把在无磁性 岩层上的相对变化称为磁异常。可见在磁法勘探中正常场和异常场是相对 而言的。 2.1.4 地磁场的长期变化地磁场的长期变化 地磁场的长期变化是由由地球内部场源缓慢变化所引起的，即基本磁 场随时间的缓慢变化。由于各地磁 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 5 要素的年平均值在很多年长时间所起的变化，反映地磁场的长期变化，这 种变化只有在连续观测的地磁台上才能得到。 2.1.5 地磁场的短期变化地磁场的短期变化 地磁场的短期变化基本上可以分为两种类型。分别为连续出现的变化 和偶然发生的变化。前者比较有规律并有确定周期的变化，后者是偶然发 生的短暂而复杂的变化。这两种类型的变化主要来源于地球内部的不同原 因。前者称为平静变化，主要来源于电离层内长期存在着的电流体系的周 期性变化。而后者称之为扰动变化，是由磁层电离层中电流体系、结构的、 太阳辐射等变化所引起。 一、平静变化 （1）太阳静日变化 在地球外部圈层的电离层可以引起地表磁场的变化，其变化直接引起 太阳静日变化。并以一个太阳日为周期，这种变化简称为日变。地磁日变 的特点是在白天的 6-18 时的磁场变化比较大，而在夜间变化较为比较平静； 夏季变化比冬季要大。 （2）太阴日变化 这是一种依赖于地方太阴时并以半个太阳日为周期的变化。太阴日是 地球相对于月球自转一周的时间。由于它变化幅度很微弱，z 和 h 的变化 只有 1-2，在磁法勘探工作中已将这种变化包括在日变之内而不单独考虑。 二、扰动变化 （1）磁扰和磁暴 地磁除了每天连续出现周日变化外，往往发生不规则的突发变化，叫 做磁扰。磁扰的形态复杂，变化剧烈。强度大的磁扰叫做磁暴。 （2）地磁场的微脉动 地磁场的扰动变化包括周期介 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 6 于 0.001 秒至 600 秒之间的短周期变化，这是一种地磁的微扰变化，称为 地磁微脉动，其变化范围介于千分之几伽玛到几伽玛。 2.2 岩石的磁性岩石的磁性 2.2.1 矿物的磁性矿物的磁性 岩石是由矿物组成的，岩石的磁性与矿物的磁性直接有关。大量研究 表明，岩石的磁性主要决定于所含的铁磁性矿物。绝大多数矿物是抗磁性 和顺磁性的，只有少数矿物具有铁磁性。铁磁性矿物种类虽然不多，但分 布却很广，许多岩石或多或少都含有它。与物质的磁性一样，矿物的磁性 也分为：抗磁性、顺磁性和铁磁性。 2.2.2 各类岩石磁性的一般规律各类岩石磁性的一般规律 在岩（矿）石中铁磁性矿物的有无、颗粒的大小、含量的多少及其分 布等情况，直接影响到岩石的磁性。因此，不同种类的岩石具有不同的磁 性。一般来说火成岩的磁性最强，沉积岩的磁性最弱，变质岩则介于二者 之间，其磁性决定于原来岩石的磁性。从表 2-1 中可以大致看出各类岩石 磁性大小状况8。 表 2-1 各类岩石磁性的大小 2.2.3 岩石的剩余磁性岩石的剩余磁性 岩（矿）石中因含铁磁性矿物，在成岩时受到当地磁场的磁化而获得 剩余磁性。对铁磁性物质即使外磁场消失后任具有永久磁性（剩余磁性） 。 岩石剩余磁性的类型有热剩余磁性、沉积（或碎屑）剩余磁性、化学剩余 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 7 磁性、等温剩余磁性、粘滞剩余磁性。对于不同类型的岩石其成因也不同。 2.32.3 观测结果的计算整理观测结果的计算整理 磁场观测结果的整理计算与野外选用的仪器及工作方法有密切的联系。 在某个测点上观测值 bi是各种因素引起的磁场的叠加，而磁测目的是要提 取所研究对象的磁异常bi(za或t)，因此其他因素引起的磁场均为校正 常。此校正场从理论上可分为两类：一类是与地磁场及背景场有关的，如 正常地磁场或正常背景场的校正 b0；与经纬度有关的正常地磁场水平梯度 校正 b1；正常地磁场垂直梯度校正 b2；磁日变校正 b3。另一类与仪器工 作状态及性能有关，如零点校正 b4；温度校正 b5；扭鼓校正 b6。为此， 可写成如下通式： 6543210iiiiiiiii 以上七项校正中，第二类的三项校正为机械式磁力仪所特有，在野外 可采用逐项校正或混合校正（包括 b3） 。第一类各项校正原则上对任何一 类仪器均需要。由于机械式磁力仪仅能用于地面相对测量，且精度较低， 故高度校正 b2可忽略。b0就是所选基点的磁场，本项包括主、总基点的 相对换算。 （一）日变改正 日变校正值从日变曲线上查得。在日变曲线上量的某时刻相对早基时 间的日变值并取反号，即为该时刻的日变改正值。 （二）温度改正 有些磁力仪虽有温度补偿装置，但其温度系数并不为零。测点观测时 仪器的温度与基点观测时温度不同，则观测数据须进行温度校正。设仪器 温度系数为 a，早基温度为 t0，测点观测时温度为 t，则改正值为：-a(t 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 8 - t0)。 （三）零点改正 仪器的零点掉格大致呈线性变化。在磁测时常常间隔一定时间到基点 重复观测，求出此时基点磁场的变化值，从中去掉日变值和温度影响值， 即得各重复观测时的零点掉格值，取其反号值即为零点改正值。据此作出 零点改正曲线，即可利用该曲线查的在重复观测时段内某时刻磁测的零点 改正值。 （四）混合改正 由于日变温度及零点掉格三者混在一起反映在观测数据中，也可以把 三项影响并成一种综合影响，一次消除称为混合改正。 在某一时间间隔内，对同一基点重复观测获得的磁场差值，即是该时 刻的混合变化值。以横轴代表时间，纵轴代表混合变化值，绘成混合变化 曲线。从曲线上可查出观测某测点的混合变化值，其反号值即为混合改正 值。为保证混合改正的精度，应满足在两次对基点观测时间间隔内混合变 化是线性的，需将该时间间隔控制在 2h 内。 （五）正常梯度改正 当进行大面高精度磁测工作时，需用国际地磁参考场 igrf 模型提供 高斯系数，用计算机算出测区内 1km1km 节点地磁场 t0或 z 值。而后， 以 1nt 的间距绘制其等值线图。用此图作正常梯度改正。其作法是以通过 总基点的等值线为零线，向北每过一条等值线减少 1nt，向南每过一条等 值线增加 1nt，以此类推。 2.4 磁异常的基本概念与磁异常的预处理磁异常的基本概念与磁异常的预处理 在消除了各种短期磁场变化以后实测的地磁场与作为正常场的主磁场 之间仍然存在着差异，这个差异就称为磁异常。磁异常是地下岩、矿体或 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 9 地质构造受到地磁场磁化以后，在其周围空间形成并叠加在地磁场上的次 生磁场，因此他属于内源磁场9。磁异常的处理主要是完成以下任务10： （1）为了把实测的复杂的磁异常处理成简单异常，等使实际测量的 磁异常满足或者接近解释理论所要求的假设条件。例如把分布在曲面上的 实测磁异常换算成在同一个平面上的磁异常；把似二度异常转换为三度异 常；把叠加磁异常处理成孤立磁异常。 （2）通过磁异常的转换可以使的实际测得的磁异常满足各种解释推 断方法要求。对我们的实测的单分量资料进行转换，换算成其他分量的值。 提供更多的信息为解释推断做理论支持。 （3）突出有用异常某一方面的特点，消除或者压制所谓的“噪声”， 例如通过向上延拓的方法来压制浅部磁性体的异常，突出深部磁性体的异 常。 磁异常的处理通常分为波数域和空间域处理两类方法，就其转换内容 而言，大体可分为以下几种： （1）划分局部异常和背景异常，压制、消除局部干扰和误差。 （2）对实测磁异常的空间转换，又称磁异常的延拓，就是利用磁异 常的调和函数的性质，根据实测磁异常求其他无源空间部分的磁异常。 （3）分量转换，即t、za、ha 之间的转换，获取我们需要的某一 参量的信息。 （4）磁异常的微分变换，主要利用磁异常的调和函数的性质，根据 实测磁异常求不同空间位置的其一阶或者高阶导数异常。 （5）数字滤波，主要实现区域场与局部场的分离。 （6）磁异常的积分变换，利用磁场的可加性将实测的三度体异常转 换为二度体异常。 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 10 2.5 磁异常的正演问题磁异常的正演问题 所谓正演就是指根据静磁场理论，运用数学工具由已知的磁性体求出 磁场的分布，这个过程称为正演问题；反之，由磁异常求磁性体的磁性参 数和几何参数，这叫做反演问题。显然，只有求出不同磁性体磁场的分布， 并总结出磁场特征与磁体几何参数及磁性参数之间相互联系的内在规律， 才能运用这些规律对磁异常作解释推断。特别在对磁异常进行磁性体磁性 与几何参数的反演问题求解时，必须建立在正演问题给出场的数学表达式 基础上才能进行，所以正演问题是反演问题的基础。 2.6 磁异常的反演理论磁异常的反演理论 2.6.1 磁异常反演的基本概念磁异常反演的基本概念 已知测定的磁异常的空间分布特征，结合有关的地质资料，来确定地 下所对应的磁性体的特征，如确定磁性体的空间位置、几何参数、形状、 产状、磁化强度的大小和方向等等，这类问题称为磁异常的反演问题11。 磁异常反演也可称为定量解释。定量解释是指根据磁异常，磁性参数，地 质资料等，运用数学物理方法，定量的计算磁性体的赋存状态及磁化状态 等。它是以定性解释为基础的。定性解释是根据可靠的磁测资料，结合地 质资料，确定引起磁异常的原因，初步推断磁性体的形状、产状、范围及 磁化强度等12。 2.6.2 反演的理论基础反演的理论基础1213 磁异常的反演就是对于已知的观测场 f（xi,yi,zi）和坐标(xi,yi,zi)来计算 确定地下场源体空间坐标 q 和物性参数 e 及几何形态因子 r。它们之间的 关系在空间域与频率域中的关系分别为下式（2-1）和（2-2）所示： 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 11 （2-),x(),(reqzyzyxf iii 1） （2-),(),(),(),(),(),( 010 vuhvuevuqvuqvubczvuf 2） 式中，u,v 分别代表 x,y 轴向频率；b (u, v)为场源体形状的水平尺度因 子；c 为与形体有关的常数因子，q0(u, v) ,q1(u, v)分别代表与正常地磁总场 及磁化强度有关的方向余弦有关的因子；e0(u,v) ,h(u ,v)分别为形体位移因 子和场源体深度因子。我们可以看出：无论是空间域还是频率域中的反演 问题都依赖于一定的函数关系。不管对简单磁性体还是复杂磁性体来说， 这些函数关系式均是一个多元非线性函数。对于此类多元非线性函数关系 式的求反演问题通常有两种途径：一类是对简单规则均匀形体可由已知实 测场和对应观测点坐标直接求未知参量；另一类是对一些对复杂形态场源 体由点、线、球等简单形体组合出各种场源体。因为位场参数 非常复杂 而无法直接求解，只能采取简化或者近似的方法。例如将函数线性化后求 解，对二度体可以用量板选择法或人机联合反演，对复杂三度体可以选择 最优选择法，都可以用计算机来实现15。 磁法反演过程一般分为两个阶段：半定量解释和定量解释。在通过获 取地质体、磁性体形状产状，磁化率，磁倾角、产状等地质原因等半定量 信息之后，才能进一步选择合理的定量计算的方法和公式，以便得到真实 的，完美的解释结果。 2.6.3 磁异常反演的多解性磁异常反演的多解性 磁法勘探反演的多解性问题是地球物理勘探反演解释中存在的一个 重要的问题，由于决定磁异常特征的两个因素不仅与磁化场的方向、大小、 场源形态等诸多因素有关，所以磁异常反演的多解性问题显得格外复杂。 这些因素不同组合在一起时可以获得不同的磁异常分布特征。多解性起因 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 12 于磁性体外部磁场的等价性，由于磁性体外部的等价性，使得不同类型的 磁性体可以堪为某一理论场的场源。例如球体和水平圆柱体的理论场，只 要它们的中心位置不变，均可以同类型的不同变体为场源。利用线性化后 的线性反演方法求近似解，虽然便于计算机编程的自动实现，但它的多解 性问题仍然不能克服，而造成多解性的因素很多。例如最优化选择法反演 的多解性还涉及到模型体的选择、初始模型体的确定，以及计算方法的选 择等。为了简化磁法异常反演的多解性问题带来的困扰，我们要遵循特定 的磁异常解释步骤，并存分利用地质资料和其他地球物理资料进行综合解 释与推断。 要解决多解性问题可以采取如下措施： （1）增加场源的信息。比如收集地质资料，判定磁性矿体的地层， 从地质入手研究其构造特征；测量工作区岩石的物理参数（如磁化强度） ； 对数据进行滤波、求导、化极、延拓等数据处理，排除浅部干扰，增加深 部场源的有用信息。 （2）联合反演。多种反演方法的结合可以缩小反演所得解的范围， 打破单一反演方法的局限性。 2.6.4 磁异常的反演方法磁异常的反演方法 磁异常的定量计算的方法很多，有的在空间域进行，有的频率域进行， 目前常用的较为成熟的方法还是以空间域为主16。经典的磁异常反演计算 的方法一般主要包括特征点法、切线法、异常变换法等。特征点法是利用 磁异常曲线上的特征值（如极大值、半极值、1/4 极值，拐点等）来计算 磁源体的方法，最终求得地质体产状要素的方法。本方法只利用少数的特 征点来进行计算，一般用于单个矿体引起的规则光滑异常的计算，因此抗 干扰能力较差。 切线法是利用磁异常剖面曲线 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 高精度磁测的基本原高精度磁测的基本原 理理 13 上的一些特征点的切线之间的交点坐标的关系来计算地质体的产状要素的 方法。该方法简便、快速、受正常场选择的影响较小，应用较为广泛。异 常变换法包括磁异常梯度积分法、矢量解释法、hilbert 变换法等，主要是 为了压制干扰异常，突出有效磁异常。目前，磁异常的反演引入了最优化 方法。它使得建立的磁性体模型引起的理论场值曲线与实际测量的磁异常 曲线尽可能的拟合，最终得到好的模型体参数17。在本次磁法数据处理中 采取切线法对两条精测剖面进行了反演，该方法简便、快速、受正常场选 择影响小，在t 异常的定量解释中曾得到广泛的应用18。 第第 3 章章 工区概况工区概况 3.1 自然经济地理概况自然经济地理概况 工区位于潍坊东北部滨海冲洪积平原区，地势平坦，第四系大面积覆 盖，局部有零星采石坑露头。海拔标高在 425m 之间。胶莱河是区内第 一大河，自南向北注入渤海，年平均径流量为 6812 万 m3/a，最大流量为 232 m3/s。 本区属北温带大陆性季风气候，春季风多雨少，夏季炎热多雨，秋季 天高气爽，冬季干冷，春季风速最大，其它三季风速较小，多年平均气温 1212.5，最大冻土深度 4554cm，初霜期最早为 9 月 29 日，终霜期 最早为 2 月 10 日至 14 日。多年平均降雨量 555.9mm，多年平均蒸发量 1789.4mm。 区内经济以农业为主，主要作物有玉米、小麦，经济作物有棉花、葱、 姜。家庭养殖业发展较快。工业发 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 工区概况工区概况 2 达，主要有纺织业、碱化工业、铸造业、采矿业等。区内劳动力充足，水 电条件良好。 3.2 地质概况地质概况 工区位于山东省中部，工作区位于华北板块之胶北隆起西部，沂沭断 裂带之昌邑大店断裂东侧。莱州安丘磁异常铁成矿带从本区通过，工 作区位于该带中部19。区内大部分地区被第四系覆盖，基岩（包括第四系 下伏的基岩）主要为古元古代变质地层及前寒武纪侵入岩，少量白垩纪、 新近纪地层及侵入岩体，断裂构造发育。区域构造线方向总体 nne。 3.2.1 地层地层 区内地层分布受区域构造控制，由于靠近沂沭断裂带，多成断块状。 调查评价区主要出露古元古代荆山群、粉子山群，白垩纪青山群、王氏群， 新近纪临朐群和第四纪地层。 1、古元古代荆山群 自下而上出露野头组和陡崖组。野头组主要岩石组合为蛇纹大理岩、 斜长角闪岩夹长石石英岩、透辉岩、透辉变粒岩；陡崖组为石墨变粒岩、 石榴斜长片麻岩夹斜长角闪岩、大理岩。 2、古元古代粉子山群 自下而上出露小宋组、祝家夼组、张格庄组、巨屯组和岗嵛组。 小宋组为一套以变粒岩为主的含铁岩系，主要岩石组合为斜长角闪岩、 黑云变粒岩、磁铁石英岩；工区附近主要出露二、三段，岩石组合为黑云 变粒岩、斜长角闪岩、浅粒岩、长石石英岩夹磁铁石英岩、磁铁浅粒岩为 特征。二段分布较广，岩性以黑云角闪变粒岩、石榴黑云变粒岩、斜长角 闪岩为主夹角闪磁铁石英岩、石榴角闪磁铁石英岩等含铁岩系，为普查区 铁矿的赋矿层位。三段岩性为黑云变粒岩夹薄层斜长角闪岩等祝家夼组为 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 工区概况工区概况 3 黑云变粒岩、长石石英岩、浅粒岩夹透闪岩、斜长角闪岩、黑云片岩、大 理岩；张格庄组为白云大理岩夹斜长角闪岩、黑云变粒岩；巨屯组为石墨 黑云片岩、黑云片岩、石墨大理岩夹石墨黑云变粒岩、石墨透闪岩；在陈 家村东部露头。该组下部以白云石大理岩为主，夹数层黑云变粒岩、透闪 大理岩等；中部为绿色岩系，以绿色透闪片岩为主夹黑云变粒岩、黑云片 岩及少量长石石英岩；上部以白云石大理岩为主夹硅质大理岩。工区内未 见顶底。岗嵛组为矽线石榴黑云片岩夹黑云变粒岩。 3、白垩纪地层：主要由青山群和王氏群组成，青山群为陆相基性 中酸性火山岩及火山碎屑岩；王氏群为陆相碎屑岩。 4、第四系主要由冲积、海积及湖沼积等松散堆积的砂土、亚砂土、 砂砾层等组成，北厚南薄，厚度 23.50 40.00m。岩性包括亚砂土、亚粘 土、中粗砂、砾石层等。中间夹 0-9.85m 的流沙层，该层含水丰富。 3.2.2 构造构造 受沂沭断裂带影响，区内断裂构造发育，多为沂沭断裂带的次级断裂。 以北东北东东向断裂为主干，近东西北西向断裂错列其中，将本区分 割成棱块状构造格局。区内多为隐伏断裂，仅局部地段地表出露。本区断 裂构造最早为近东西向，北东向断裂构造晚于近东西向断裂并将其切割， 而北西向断裂构造是区内最晚的。区内褶皱构造主要见于粉子山群及荆山 群中。 3.2.3 岩浆岩岩浆岩 区内岩浆岩发育，自新太古代至中生代岩体皆有出露（或钻孔内见到） 。基性超基性侵入岩主要为古元古代的莱州岩套，主要有变辉长岩、角 闪石岩、磁铁蛇纹岩、辉长辉绿岩等。部分岩体磁铁矿含量较高，局部可 形成铁矿体（如高戈庄铁矿、于埠铁矿） 。中酸性侵入岩由新太古代栖霞 片麻岩套、新元古代玲珑岩套云山花岗岩岩体（岩性为弱片麻状中细粒二 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 工区概况工区概况 4 长花岗岩）和中生代郭家店花岗岩组成。栖霞片麻岩套为由英云闪长质片 麻岩、奥长花岗质片麻岩及花岗闪长质片麻岩组成的 ttg 花岗片麻岩系 列。新元古代玲珑花岗岩由具片麻状构造的细粒粗粒不同粒度的二长花 岗岩组成。中生代郭家店花岗岩主要为二长花岗岩类。岩体呈岩基或岩株 状侵入到粉子山群小宋组地层中，部分地段直接与矿体接触，形成矿体的 底板，对早期沉积变质的磁铁石英岩渍吸热量重结晶再造富集，起到重要 的作用，同时对矿体也起到一定的破坏作用。工区中生代脉岩不太发育， 主要有伟晶岩脉和石英细脉，均为燕山期产物。 3.2.4 变质作用及围岩蚀变变质作用及围岩蚀变 1、变质作用 根据工区西部沉积变质型铁矿区地质特征：变质岩石主要为变粒岩+ 斜长角闪岩建造。其中普遍夹有磁铁石英岩硅质建造，是主要含矿层位。 变质岩组合以含磁铁黑云变粒岩、斜长角闪岩为主，夹浅粒岩、大理岩、 石榴黑云变粒岩、透闪透辉岩、角闪片岩、黑云石英片岩等。变质程度达 低角闪岩相，部分达高角闪岩相（含橄榄石、斜硅镁石） 。其原岩建造为 海相钙碱性中酸性火山岩为主，夹基性火山岩、陆源碎屑岩和碳酸盐沉积 建造。斜长角闪岩的原岩为拉斑玄武岩，变粒岩、浅粒岩的原岩为富钠或 富钾的中酸性、酸性火山岩。中酸性中基性火山岩含电气石，为含硼较高 的火山岩系，具裂谷型火山岩沉积特征。 2、围岩蚀变 矿床经过后期岩浆活动和不同程度的动力变质作用的改造，各种围岩 蚀变较强烈，有绿帘石化、蛇纹石化、电气石化、透闪石化、硅化、绿泥 石化和碳酸盐化等。常见蚀变有硅化，表现为石英矿物成分增多，岩石矿 物粒度细，部分石英矿物析出富集，形成石英细脉沿岩矿石层理分布；绿 泥石化多见于岩矿石沿层理的裂隙面和碎裂岩顶底板，为动力变质的产物； 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 工区概况工区概况 5 碳酸盐化在矿床岩矿石中普遍，主要表现形式为细脉状，不规则沿岩矿石 裂隙分布。各类蚀变与铁矿关系不明显。 3.3 地球物理场特征地球物理场特征 3.3.1 地球物理场特征地球物理场特征 区域磁场处于鲁东低负磁场与沂沭断裂带复杂磁场的交接处。 调查评价区范围，指南起安丘石堆，北到莱州，西以昌邑大店断裂 为界；东从高戈庄至辛安沙河一线，异常集中为一带状异常群，带宽约 20km，长约 100km。区内异常较多，磁场较复杂，以波动负磁场为背景呈 条带状的正负异常。自南而北先呈 nne 向，至新河后转向 ne 向，再转 向 nee 向，与该区总体构造线方向一致。本区异常特点是小而多，多数 异常强度不高，范围较小，异常之间不连续，形态以条带状为主，其方向 与整个异常带的展布方向基本一致。在该异常区内已发现沉积变质型铁矿、 岩浆熔离型铁矿、岩浆期后热液型铁矿十余处。工区附近航磁t 化极平 面示意图见图 3-1。 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 工区概况工区概况 6 图 3-1 马戈庄工区航磁t 化极平面示意图 3.3.2 岩石磁性特征岩石磁性特征 区内为大片第四系覆盖，基岩出露较少。工区南部有铁矿及石墨矿采 矿坑，石墨矿坑内积水或基岩风化严重，采集不到新鲜岩石。铁矿坑内业 主不让进入；因此只在枳埠南露头处采集了 30 块物性标本，岩性为蛇纹 石化大理岩。 山东省地质局物探队 1980 年提交的山东省昌邑平度地区铁矿普 查磁测工作结果报告中，当时在工区及外围凡是有岩、矿石出露的区段 均采集了标本，其中测定三个钻孔岩心。并且当时收集了大量兄弟单位磁 参数测定资料，某些同类的岩矿标本合并当时自测岩矿中一起整理。这些 资料为本次高磁测量及异常解释提供了充分的物性资料。物性统计结果见 表 3-1。 表 3-1 物性统计表 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 工区概况工区概况 7 （10-6 4si）j（103a/m ） 类 别 岩（矿） 石名称 采 样 地 点 块 数范 围 算术平 均值 几何平 均值 范 围 算术平 均值 几何平 均值 褐 铁 矿 苍村、 东塚 2503310094901182 鞍山式 铁矿 东辛 店、 莲花 山、 郑家 坡 9 714001 44000 99200 254006 53000 212000 于 埠 4 289001 10000 68800 317003 35000 102000 大黄 埠 43 127000 360000 183000180000 307003 58000 131000128000 任家 洼 8 289001 35000 74500 172004 03000 124000 磁 铁 矿 吕家 集 588400 413004 03000 171000 周戈 庄 4 328016 430 7470 571584 00 2710 磁铁石 英岩 坡子8 277009 0900 59500 103090 30 4010 于 埠 6 592024 800 15900 137001 48000 58900 磁铁蛇 纹岩吕家 集 2006880018400 029100 0 62800 变质磁 铁矿 于埠31 130000 650000 360000 360033 000 9000 于 埠 4 181002 1500 19800 101000 334000 164000 角闪磁 铁矿日戈 庄 6 344018 310 9350 铁 矿 磁铁透 辉岩 吕家 集 11 011000 0 30700 024500 0 129000 含黄铁 矿石墨 斜长透 辉岩 刘戈 庄 3907550226007290013800 黄铁矿 化角闪 岩 马戈 庄 1403880144001810600 含 铁 变 质 岩 含 铁 角 闪 平度11 211405 8200 35000 433094 60 6000 山东科技大学本科毕业设计（论文）山东科技大学本科毕业设计（论文） 工区概况工区概况 8 类 别 岩（矿） 石名称 采 样 地 点 块 数 （10-6 4si）j（103a/m ） 范 围 算术平 均值 几何平 均值 范 围 算术平 均值 几何平 均值 岩 日戈 庄 4 675371 00 6706 500202 000 7163 于 埠 50 270232 00 5300 120619 00 7160 大黄 埠 15 100300 292400 14300 339002 36000 68800 含 铁 角 岩 平度、 昌邑 27 111001 12000 48600 330309 000 31500 含铁花 岗片麻 岩（粉 末） 苍 村 34 836010 500 94209400 大黄 埠 73 107009 6000 39100 227011 2000 15700 苍 村 43 506017 300 8910