井中三分量磁法测量在深部找矿中的应用——以金岭铁矿区

1、井中三分量磁法测量在深部找矿中的应用以金岭铁矿区磁异常解析为例李令斌（山东正元地质资源勘查有限责任公司，山东 济南 255000）摘要：本文基于地面高精度磁法测量难以解决危机矿山深部找矿突破的问题，以井中三分量磁法测量为研究对象，结合王旺庄、侯家庄和南龙磁异常，分析了井中三分量磁法测量在深部找矿中的应用效果。研究结果表明，根据井中三分磁法测量结果，当矿体在观测孔以北时，Z曲线呈反“S”型，当D大时，正值小于负值；若D很大时则呈似“C”型曲线；当D减小，正异常逐渐增加，而零值点伴随“D”的增大，相应有所抬高；当矿体在观测孔以南时，Z曲线呈正“S”型，其特点与反“S”型相反；钻孔验证结果显示，在王

2、旺庄C8、C9分别见到65.69m、58.47m的磁铁矿体，在侯家庄11A-4钻孔和南龙0-2孔中见到了预测磁铁矿体，找矿实践证明，井中三分磁法测量在深部找矿中具有良好的应用效果。关键词：危机矿山；深部找矿；金岭铁矿；井中三分量磁法测量；磁异常作者简介：李令斌（1985），男，汉族，山东潍坊人，本科，工程师，研究方向为地球物理勘查、水工环勘查。0 引 言铁矿资源是世界上发现最早，利用最广，用量最多的一种黑色金属，随着铁矿资源需求量的增加促进了资源开发利用进程，导致深部及外围找矿成为解决危机矿山资源枯竭的主要途径。但是，地面高精度磁法测量受地表矿渣、地面建筑物以及矿区复杂地质构造等影响，降低了地

3、面高精度磁法测量采集精度以及提高了解译难度1-4。此外，深部矿体埋深较大，导致地面高精度磁测异常在地面的相应极其微弱，因此，仅靠单一的地面高精度磁法测量是难以解决危机矿山找矿突破的问题5-6。井中三分量磁法测量是测法技术向钻孔深部的发展，能够有效的避开地表矿渣、建筑物等的干扰，在钻孔深处进行全方位测量，可有效的将一定范围内的隐伏矿体探测出来，并且能够确定隐伏矿体的大致位置，为深部钻探施工提供指导，在寻找井底、井旁盲矿体，大致确定矿体位置、产状、规模和矿体分布情况，尽快揭示矿床分布规律等方面均能取得很好的效果7-9。1 井中三分量磁法测量的理论基础1.1 井中三分量磁法测量原理三维空间任一点的磁

4、场强度为T，则T一般由T0（地磁场的正常场）和Ta（与磁性体有关的异常场）组成10。T=T0+Ta因此，对深部找矿有意义的磁异常为Ta，为确定引起Ta异常的磁性体空间位置，必需确定Ta的方向和模值。实践证明最方便的方法是测量向量Ta在直角坐标系中的三分分量，若用坐标单位矢量表示T和T0，则有如下形式11-12：T=Xi+Yj+Zk （1）T0=X0i+Y0j+Z0k （2）观测点磁异常Ta是T与T0之差：Ta=T=T-T0=(X-X0)i+(Y-Y0)j+(Z-Z0)k （3）其中X、Y、Z是井中实测值，X0、Y0、Z0是地面基点上的地磁场正常测量值。2.2 测量系统的定向问题井中磁力仪坐标系

5、统的定向问题比较复杂，常用的有两种定向系统，即轴向系统和垂向系统14。图1 井中磁力仪定向系统Fig 1 wells magnetometer orientation system(a-轴向定向系统、b-垂向定向系统、BH-井轴、1-钻孔倾斜面、3-水平面)（1）轴向定向系统：井中磁力仪只有一个自由度，转动轴始终平行于井轴，这时Z轴沿井轴，Y轴垂直于井轴位于水平面内，X轴垂直于井轴位于钻孔倾斜方位平面内（图1a）。（2）垂向定向系统：井中仪器有两个自由度，其中一个轴始终沿铅垂方向，即Z轴，Y轴水平始终位于井斜方位平面内，X轴水平垂直于Y轴（图1b）。由此可以写出垂向定向系统中正常分量与异常分量

6、的表达式：X0=T0cosIsin Y0=T0cosIcos Z0=T0sinI （4）Xa=X=X-X0=X-T0cosIsin （5）Ya=Y=Y-Y0=Y-T0cosIcos （6）Za=Z=Z-Z0=Z-T0sinI （7）式中是井斜方位角，I为地磁倾角。并可求的磁异常水平分量和总场的模值：H=（X2+Y2）1/2；T=（H2+Z2）1/2 （8）2 金岭铁矿区地质概况金岭铁矿床大地构造位置处于鲁西隆起区泰沂隆起的北缘，齐河淄博凹陷的东段，区内出露地层由老至新为13-14：奥陶系马家沟组（OM），为一套碳酸盐岩建造，是金岭铁矿区最主要的成矿围岩；石炭二叠系月门沟群（C2P1y），岩性为

7、深灰色粉砂岩、泥岩夹砂岩、灰岩、铝土岩、煤层（或煤线）；二叠系石盒子组（PS），岩性为灰绿、黄绿、紫红、灰紫等杂色长石石英砂岩，粉砂质泥岩，夹灰黑色泥页岩及煤线；第四系山前组（QS），主要由粉质粘土、粉土、粘土组成，局部含钙质结核，夹中砂或卵砾石。区域构造形态为一南端封闭隆起，向北倾伏扩展的不对称向斜构造淄博向斜。区内岩浆岩主要为金岭闪长岩杂岩体（yS35），岩体位于矿区的中部，平面形态为椭圆形，沿北东方向展布，出露面积约72km2。据同位素测定结果显示，岩体侵入时间在128110Ma之间，属燕山中晚期的产物。3 磁异常分析从宏观上看，金岭铁矿区构造比较简单，异常展布均表现为单一的孤立异常，经

8、钻探验证除东召四、立子营为火成岩引起的异常外，余者均为矿致异常。根据矿区异常分布规律可知，矿区磁异常可分为两个区：一是以金岭岩体为中心的环状异常带，走向由南到北为北东走向转为近东西走向，磁异常等值线表现密集，梯度较陡，等值线向外表现扩张趋势；二是以王旺庄岩体为中心的环状异常带，其展布特征与“一”相近。本文着重分析王旺庄、侯家庄和南龙磁异常，分析井中三分量磁法测量在深部找矿中的应用。3.1 王旺庄磁异常（1）地面异常特征王旺庄地面磁异常位于金岭“8”字形岩体头部接触带上，属于以金岭岩体为中心的环状异常带的组成部分，岩体为中基性，岩性为辉石闪长岩，侵位于石炭二叠系及奥陶系地层中，岩体走向呈近东西向

9、。王旺庄地面磁异常为似等轴状，异常极值3500nT，呈东西走向，等值线向南开扩，北部出现负值，且正值大于负值，表明矿体向北倾，矿体与磁化方向夹角在090°之间。异常分布范围以1500nT等值线圈定，长1000m，宽800m，正负峰值间距1000m，因此认为磁性地质体是等轴的，主矿体位于正负峰值之间（图2）。1-正异常等值线；2-负异常等值线；3-零异常等值线；4-施工钻孔及编号图2 王旺庄地面磁异常等值线图Fig 2 Wang Wang Zhuang ground magnetic anomaly contour map（2）井中磁异常特征对王旺庄地面磁异常比较分析后，发现该异常仍有

10、1500nT的剩余异常，对CK6、CK7钻孔开展了井中三分磁法测量工作，总结CK6孔磁测井Z曲线（图3）得出：曲线上部范围小，梯度陡，强度高（Zmin=-17000nT），可能是由井旁的薄层盲矿体引起；在450m以下为强度-9600nT的宽缓异常，通过钻孔岩心参数测定结果表明，闪长岩以感磁为主，且变化稳定，假设剩磁与感磁方向相同，那么总的有效磁化强度J=0.003CGSM，当钻孔穿过水平方向延伸很大的岩层时，钻孔中只受到岩体版面磁荷的影响，因本孔为直孔，井壁感应磁荷对垂直分量无影响，而闪长岩岩层面磁荷产生的内磁场的垂直分量应在-4JsinI-2JsinI之间（I为当地正常地磁场倾角53

11、6;），即能产生-3000nT<Z岩<-1500nT，按-3000nT计算，那么井内尚有-6600nT的剩余异常，表明该孔远处仍有较大盲矿体的可能。总结CK7孔磁测井Z曲线得出：Z曲线先见正值，在330m过零点转为负值，异常比CK6孔更强（Zmin=-16000nT），480m以下曲线明显回升，表明该孔比CK6孔更接近于矿体；本孔Z曲线呈反“S”型，表明盲矿体可能赋存于本孔北侧，在对于地面和井中磁异常分析的同时，根据本区地质条件，认为以往钻孔都没打到正常接触带上，应沿倾斜方向深追，通过钻孔验证，在C8、C9分别见到65.69m、58.47m的磁铁矿，找到了主矿体，从而打开了王旺庄找

12、矿的局面。通过王旺庄矿床大量的钻孔井中磁测，得出如下规律：当矿体在观测孔以北时，Z曲线呈反“S”型，就其异常变化特征而言，随着钻孔相距矿体距离“D”大小而变，当较远时，正值小于负值；若距离很远时则出现似“C”型曲线；当随着“D”减小，正异常逐渐增加，而零值点伴随“D”的增大，相应会有所抬高（表1）；当矿体在观测孔以南时，Z曲线呈正“S”型，其特点与反“S”型相反。表1 王旺庄曲线类型与相距距离关系统计表Table 1 Wang Wangzhuang curve type and distance distance statistics relationship孔号CK28CK40CK7CK46

13、CK26CK74CK67曲线类型似C反S反S反S反S反S反S-Zmax/Zmax8454111距离D（m）35010010080500图3 王旺庄CK6、CK7井中磁侧曲线图Fig3 Wang Wangzhuang CK6, CK7 side borehole magnetic curve3.2 侯家庄磁异常（1）地面异常特征侯家庄矿床位于金岭短轴背斜的北西翼，已知矿体赋存于奥陶系马家沟组灰岩与闪长岩的接触带上（矽卡岩带），形成了矽卡岩型磁铁矿体，矽卡岩带产状与灰岩产状基本一致。侯家庄磁异常平面形态呈“鞋底”状，该异常位于金岭岩体西北侧中部，以500nT为异常下限圈定异常，出现2500nT和3

14、000nT两个峰值圈，由西南向北东方向沿接触带分布（图4）。此外，在对应3000nT异常圈的北侧伴有-400nT的卵形负异常。1-正异常等值线；2-负异常等值线；3-零异常等值线；4-施工钻孔及编号图4 侯家庄、南龙地面磁异常等值线图Fig 4 houjiazhuang, Nan long ground magnetic anomaly contour map（2）井中磁异常特征在11A剖面中，对CK11A-1、CK11A-2、CK11A-3孔进行了井中三分量磁法测量，其结果表明CK11A-1、CK11A-2的T矢量，分别呈收敛发散状态，是正负磁荷集聚所致，也反应了同一矿体的头部和尾部，进一步

15、指出该矿长度可能为110m。根据退磁作用的内磁场T内总是垂直板面这一原理，对CK11A-1进行了T内测量，认为该矿体属缓倾斜矿体，矿体倾向NW，倾角20°左右，基本符合实际情况（图5）。CK11A-3为一非见矿钻孔，但Z曲线呈反“S”型，H呈“S”型，其Hmax与Z零值点基本在同一深度上，T有明显的收敛点，指向西北，说明该孔北侧有矿头存在，经计算确认，矿头埋深约170m，矿头据本孔水平距离D=14.4m。经过11A-4钻孔验证，与推测基本相符。图5 侯家庄11A线钻孔井中磁测图Fig 5 11A line of houjiazhuang drilling borehole magne

16、tic map3.3 南龙磁异常（1）地面异常特征南龙地面异常范围较小，为一孤立的椭圆形异常，异常极值400nT（图4）。（2）井中磁异常特征在0-1钻孔钻进过程中，在预计见矿深度范围内揭露了13m的隐伏磁铁矿体，测井中Z曲线呈反“S”型，表明钻孔打在矿体上端，主矿体在北侧，利用内磁所特征，确定矿体倾角近50°。0-1钻孔的T在矿体下端有明显的T正交，说明除本孔所见矿体外，尚有矿体存在，这一结论在0-2钻孔中被证实（图6）。0-2孔的Z曲线，在矿体上下部异常梯度较陡，并有明显的正值，说明矿体延深是有限的。4 结论（1）金岭铁矿区异常展布均表现为单一的孤立异常，可分为两个区：一是以金岭

17、岩体为中心的环状异常带，走向由南到北为北东走向转为近东西走向，磁异常等值线表现密集，梯度较陡，等值线向外表现扩张趋势；二是以王旺庄岩体为中心的环状异常带，其展布特征与“一”相近。图6 南龙0线钻孔井中磁测图Fig 6 0 line drilling wells Nanlong magnetic map（2）当矿体在观测孔以北时，Z曲线呈反“S”型，且随钻孔与矿体距离“D”大小而变化，当D较大时，正值小于负值；若D很大时则呈似“C”型曲线；当D减小，正异常逐渐增加，而零值点伴随“D”的增大，相应有所抬高。当矿体在观测孔以南时，Z曲线呈正“S”型，其特点与反“S”型相反。（3）根据井中三分磁法测量

18、，在王旺庄C8、C9分别见到65.69m、58.47m的磁铁矿；在侯家庄11A-4钻孔中见到了预测磁铁矿矿体；在南龙0-2孔中见到了磁铁矿体。找矿实践证明，井中三分磁法测量在深部找矿中具有良好的应用效果。参考文献1张岩,张尚坤,于学峰,单伟,陈文韬,闫诚,郭朋,李小伟.综合找矿方法在东阿单庄BIF型铁矿床勘查中的应用J.地球科学,2016,41(04):655-663.ZHANG Yan, ZHANG Shangkun, YU Xuefeng, SHAN Wei, CHEN Wentao, YAN Cheng, GUO Peng, LI Xiaowei. The application of

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33、es. In this paper, we aim to understand the application effect of three-component magnetic survey in drills in deep prospecting, combining with the Wangwangzhuang, Houjiazhuang and Manlong magnetic anomalies, the three-component magnetic survey in drills are investigated. The results indicates that when orebodies located in north of