井中三分量磁法測(cè)量在深部找礦中的應(yīng)用——以金嶺鐵礦區(qū)

1、井中三分量磁法測(cè)量在深部找礦中的應(yīng)用以金嶺鐵礦區(qū)磁異常解析為例李令斌（山東正元地質(zhì)資源勘查有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 255000）摘要：本文基于地面高精度磁法測(cè)量難以解決危機(jī)礦山深部找礦突破的問題，以井中三分量磁法測(cè)量為研究對(duì)象，結(jié)合王旺莊、侯家莊和南龍磁異常，分析了井中三分量磁法測(cè)量在深部找礦中的應(yīng)用效果。研究結(jié)果表明，根據(jù)井中三分磁法測(cè)量結(jié)果，當(dāng)?shù)V體在觀測(cè)孔以北時(shí)，Z曲線呈反“S”型，當(dāng)D大時(shí)，正值小于負(fù)值；若D很大時(shí)則呈似“C”型曲線；當(dāng)D減小，正異常逐漸增加，而零值點(diǎn)伴隨“D”的增大，相應(yīng)有所抬高；當(dāng)?shù)V體在觀測(cè)孔以南時(shí)，Z曲線呈正“S”型，其特點(diǎn)與反“S”型相反；鉆孔驗(yàn)證結(jié)果顯示，在王

2、旺莊C8、C9分別見到65.69m、58.47m的磁鐵礦體，在侯家莊11A-4鉆孔和南龍0-2孔中見到了預(yù)測(cè)磁鐵礦體，找礦實(shí)踐證明，井中三分磁法測(cè)量在深部找礦中具有良好的應(yīng)用效果。關(guān)鍵詞：危機(jī)礦山；深部找礦；金嶺鐵礦；井中三分量磁法測(cè)量；磁異常作者簡(jiǎn)介：李令斌（1985），男，漢族，山東濰坊人，本科，工程師，研究方向?yàn)榈厍蛭锢砜辈椤⑺きh(huán)勘查。0 引 言鐵礦資源是世界上發(fā)現(xiàn)最早，利用最廣，用量最多的一種黑色金屬，隨著鐵礦資源需求量的增加促進(jìn)了資源開發(fā)利用進(jìn)程，導(dǎo)致深部及外圍找礦成為解決危機(jī)礦山資源枯竭的主要途徑。但是，地面高精度磁法測(cè)量受地表礦渣、地面建筑物以及礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造等影響，降低了地

3、面高精度磁法測(cè)量采集精度以及提高了解譯難度1-4。此外，深部礦體埋深較大，導(dǎo)致地面高精度磁測(cè)異常在地面的相應(yīng)極其微弱，因此，僅靠單一的地面高精度磁法測(cè)量是難以解決危機(jī)礦山找礦突破的問題5-6。井中三分量磁法測(cè)量是測(cè)法技術(shù)向鉆孔深部的發(fā)展，能夠有效的避開地表礦渣、建筑物等的干擾，在鉆孔深處進(jìn)行全方位測(cè)量，可有效的將一定范圍內(nèi)的隱伏礦體探測(cè)出來，并且能夠確定隱伏礦體的大致位置，為深部鉆探施工提供指導(dǎo)，在尋找井底、井旁盲礦體，大致確定礦體位置、產(chǎn)狀、規(guī)模和礦體分布情況，盡快揭示礦床分布規(guī)律等方面均能取得很好的效果7-9。1 井中三分量磁法測(cè)量的理論基礎(chǔ)1.1 井中三分量磁法測(cè)量原理三維空間任一點(diǎn)的磁

4、場(chǎng)強(qiáng)度為T，則T一般由T0（地磁場(chǎng)的正常場(chǎng)）和Ta（與磁性體有關(guān)的異常場(chǎng)）組成10。T=T0+Ta因此，對(duì)深部找礦有意義的磁異常為Ta，為確定引起Ta異常的磁性體空間位置，必需確定Ta的方向和模值。實(shí)踐證明最方便的方法是測(cè)量向量Ta在直角坐標(biāo)系中的三分分量，若用坐標(biāo)單位矢量表示T和T0，則有如下形式11-12：T=Xi+Yj+Zk （1）T0=X0i+Y0j+Z0k （2）觀測(cè)點(diǎn)磁異常Ta是T與T0之差：Ta=T=T-T0=(X-X0)i+(Y-Y0)j+(Z-Z0)k （3）其中X、Y、Z是井中實(shí)測(cè)值，X0、Y0、Z0是地面基點(diǎn)上的地磁場(chǎng)正常測(cè)量值。2.2 測(cè)量系統(tǒng)的定向問題井中磁力儀坐標(biāo)系

5、統(tǒng)的定向問題比較復(fù)雜，常用的有兩種定向系統(tǒng)，即軸向系統(tǒng)和垂向系統(tǒng)14。圖1 井中磁力儀定向系統(tǒng)Fig 1 wells magnetometer orientation system(a-軸向定向系統(tǒng)、b-垂向定向系統(tǒng)、BH-井軸、1-鉆孔傾斜面、3-水平面)（1）軸向定向系統(tǒng)：井中磁力儀只有一個(gè)自由度，轉(zhuǎn)動(dòng)軸始終平行于井軸，這時(shí)Z軸沿井軸，Y軸垂直于井軸位于水平面內(nèi)，X軸垂直于井軸位于鉆孔傾斜方位平面內(nèi)（圖1a）。（2）垂向定向系統(tǒng)：井中儀器有兩個(gè)自由度，其中一個(gè)軸始終沿鉛垂方向，即Z軸，Y軸水平始終位于井斜方位平面內(nèi)，X軸水平垂直于Y軸（圖1b）。由此可以寫出垂向定向系統(tǒng)中正常分量與異常分量

6、的表達(dá)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為地磁傾角。并可求的磁異常水平分量和總場(chǎng)的模值：H=（X2+Y2）1/2；T=（H2+Z2）1/2 （8）2 金嶺鐵礦區(qū)地質(zhì)概況金嶺鐵礦床大地構(gòu)造位置處于魯西隆起區(qū)泰沂隆起的北緣，齊河淄博凹陷的東段，區(qū)內(nèi)出露地層由老至新為13-14：奧陶系馬家溝組（OM），為一套碳酸鹽巖建造，是金嶺鐵礦區(qū)最主要的成礦圍巖；石炭二疊系月門溝群（C2P1y），巖性為

7、深灰色粉砂巖、泥巖夾砂巖、灰?guī)r、鋁土巖、煤層（或煤線）；二疊系石盒子組（PS），巖性為灰綠、黃綠、紫紅、灰紫等雜色長(zhǎng)石石英砂巖，粉砂質(zhì)泥巖，夾灰黑色泥頁(yè)巖及煤線；第四系山前組（QS），主要由粉質(zhì)粘土、粉土、粘土組成，局部含鈣質(zhì)結(jié)核，夾中砂或卵礫石。區(qū)域構(gòu)造形態(tài)為一南端封閉隆起，向北傾伏擴(kuò)展的不對(duì)稱向斜構(gòu)造淄博向斜。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為金嶺閃長(zhǎng)巖雜巖體（yS35），巖體位于礦區(qū)的中部，平面形態(tài)為橢圓形，沿北東方向展布，出露面積約72km2。據(jù)同位素測(cè)定結(jié)果顯示，巖體侵入時(shí)間在128110Ma之間，屬燕山中晚期的產(chǎn)物。3 磁異常分析從宏觀上看，金嶺鐵礦區(qū)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，異常展布均表現(xiàn)為單一的孤立異常，經(jīng)

8、鉆探驗(yàn)證除東召四、立子營(yíng)為火成巖引起的異常外，余者均為礦致異常。根據(jù)礦區(qū)異常分布規(guī)律可知，礦區(qū)磁異常可分為兩個(gè)區(qū)：一是以金嶺巖體為中心的環(huán)狀異常帶，走向由南到北為北東走向轉(zhuǎn)為近東西走向，磁異常等值線表現(xiàn)密集，梯度較陡，等值線向外表現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)；二是以王旺莊巖體為中心的環(huán)狀異常帶，其展布特征與“一”相近。本文著重分析王旺莊、侯家莊和南龍磁異常，分析井中三分量磁法測(cè)量在深部找礦中的應(yīng)用。3.1 王旺莊磁異常（1）地面異常特征王旺莊地面磁異常位于金嶺“8”字形巖體頭部接觸帶上，屬于以金嶺巖體為中心的環(huán)狀異常帶的組成部分，巖體為中基性，巖性為輝石閃長(zhǎng)巖，侵位于石炭二疊系及奧陶系地層中，巖體走向呈近東西向

9、。王旺莊地面磁異常為似等軸狀，異常極值3500nT，呈東西走向，等值線向南開擴(kuò)，北部出現(xiàn)負(fù)值，且正值大于負(fù)值，表明礦體向北傾，礦體與磁化方向夾角在090°之間。異常分布范圍以1500nT等值線圈定，長(zhǎng)1000m，寬800m，正負(fù)峰值間距1000m，因此認(rèn)為磁性地質(zhì)體是等軸的，主礦體位于正負(fù)峰值之間（圖2）。1-正異常等值線；2-負(fù)異常等值線；3-零異常等值線；4-施工鉆孔及編號(hào)圖2 王旺莊地面磁異常等值線圖Fig 2 Wang Wang Zhuang ground magnetic anomaly contour map（2）井中磁異常特征對(duì)王旺莊地面磁異常比較分析后，發(fā)現(xiàn)該異常仍有

10、1500nT的剩余異常，對(duì)CK6、CK7鉆孔開展了井中三分磁法測(cè)量工作，總結(jié)CK6孔磁測(cè)井Z曲線（圖3）得出：曲線上部范圍小，梯度陡，強(qiáng)度高（Zmin=-17000nT），可能是由井旁的薄層盲礦體引起；在450m以下為強(qiáng)度-9600nT的寬緩異常，通過鉆孔巖心參數(shù)測(cè)定結(jié)果表明，閃長(zhǎng)巖以感磁為主，且變化穩(wěn)定，假設(shè)剩磁與感磁方向相同，那么總的有效磁化強(qiáng)度J=0.003CGSM，當(dāng)鉆孔穿過水平方向延伸很大的巖層時(shí)，鉆孔中只受到巖體版面磁荷的影響，因本孔為直孔，井壁感應(yīng)磁荷對(duì)垂直分量無(wú)影響，而閃長(zhǎng)巖巖層面磁荷產(chǎn)生的內(nèi)磁場(chǎng)的垂直分量應(yīng)在-4JsinI-2JsinI之間（I為當(dāng)?shù)卣５卮艌?chǎng)傾角53

11、6;），即能產(chǎn)生-3000nT<Z巖<-1500nT，按-3000nT計(jì)算，那么井內(nèi)尚有-6600nT的剩余異常，表明該孔遠(yuǎn)處仍有較大盲礦體的可能。總結(jié)CK7孔磁測(cè)井Z曲線得出：Z曲線先見正值，在330m過零點(diǎn)轉(zhuǎn)為負(fù)值，異常比CK6孔更強(qiáng)（Zmin=-16000nT），480m以下曲線明顯回升，表明該孔比CK6孔更接近于礦體；本孔Z曲線呈反“S”型，表明盲礦體可能賦存于本孔北側(cè)，在對(duì)于地面和井中磁異常分析的同時(shí)，根據(jù)本區(qū)地質(zhì)條件，認(rèn)為以往鉆孔都沒打到正常接觸帶上，應(yīng)沿傾斜方向深追，通過鉆孔驗(yàn)證，在C8、C9分別見到65.69m、58.47m的磁鐵礦，找到了主礦體，從而打開了王旺莊找

12、礦的局面。通過王旺莊礦床大量的鉆孔井中磁測(cè)，得出如下規(guī)律：當(dāng)?shù)V體在觀測(cè)孔以北時(shí)，Z曲線呈反“S”型，就其異常變化特征而言，隨著鉆孔相距礦體距離“D”大小而變，當(dāng)較遠(yuǎn)時(shí)，正值小于負(fù)值；若距離很遠(yuǎn)時(shí)則出現(xiàn)似“C”型曲線；當(dāng)隨著“D”減小，正異常逐漸增加，而零值點(diǎn)伴隨“D”的增大，相應(yīng)會(huì)有所抬高（表1）；當(dāng)?shù)V體在觀測(cè)孔以南時(shí)，Z曲線呈正“S”型，其特點(diǎn)與反“S”型相反。表1 王旺莊曲線類型與相距距離關(guān)系統(tǒng)計(jì)表Table 1 Wang Wangzhuang curve type and distance distance statistics relationship孔號(hào)CK28CK40CK7CK46

13、CK26CK74CK67曲線類型似C反S反S反S反S反S反S-Zmax/Zmax8454111距離D（m）35010010080500圖3 王旺莊CK6、CK7井中磁側(cè)曲線圖Fig3 Wang Wangzhuang CK6, CK7 side borehole magnetic curve3.2 侯家莊磁異常（1）地面異常特征侯家莊礦床位于金嶺短軸背斜的北西翼，已知礦體賦存于奧陶系馬家溝組灰?guī)r與閃長(zhǎng)巖的接觸帶上（矽卡巖帶），形成了矽卡巖型磁鐵礦體，矽卡巖帶產(chǎn)狀與灰?guī)r產(chǎn)狀基本一致。侯家莊磁異常平面形態(tài)呈“鞋底”狀，該異常位于金嶺巖體西北側(cè)中部，以500nT為異常下限圈定異常，出現(xiàn)2500nT和3

14、000nT兩個(gè)峰值圈，由西南向北東方向沿接觸帶分布（圖4）。此外，在對(duì)應(yīng)3000nT異常圈的北側(cè)伴有-400nT的卵形負(fù)異常。1-正異常等值線；2-負(fù)異常等值線；3-零異常等值線；4-施工鉆孔及編號(hào)圖4 侯家莊、南龍地面磁異常等值線圖Fig 4 houjiazhuang, Nan long ground magnetic anomaly contour map（2）井中磁異常特征在11A剖面中，對(duì)CK11A-1、CK11A-2、CK11A-3孔進(jìn)行了井中三分量磁法測(cè)量，其結(jié)果表明CK11A-1、CK11A-2的T矢量，分別呈收斂發(fā)散狀態(tài)，是正負(fù)磁荷集聚所致，也反應(yīng)了同一礦體的頭部和尾部，進(jìn)一步

15、指出該礦長(zhǎng)度可能為110m。根據(jù)退磁作用的內(nèi)磁場(chǎng)T內(nèi)總是垂直板面這一原理，對(duì)CK11A-1進(jìn)行了T內(nèi)測(cè)量，認(rèn)為該礦體屬緩傾斜礦體，礦體傾向NW，傾角20°左右，基本符合實(shí)際情況（圖5）。CK11A-3為一非見礦鉆孔，但Z曲線呈反“S”型，H呈“S”型，其Hmax與Z零值點(diǎn)基本在同一深度上，T有明顯的收斂點(diǎn)，指向西北，說明該孔北側(cè)有礦頭存在，經(jīng)計(jì)算確認(rèn)，礦頭埋深約170m，礦頭據(jù)本孔水平距離D=14.4m。經(jīng)過11A-4鉆孔驗(yàn)證，與推測(cè)基本相符。圖5 侯家莊11A線鉆孔井中磁測(cè)圖Fig 5 11A line of houjiazhuang drilling borehole magne

16、tic map3.3 南龍磁異常（1）地面異常特征南龍地面異常范圍較小，為一孤立的橢圓形異常，異常極值400nT（圖4）。（2）井中磁異常特征在0-1鉆孔鉆進(jìn)過程中，在預(yù)計(jì)見礦深度范圍內(nèi)揭露了13m的隱伏磁鐵礦體，測(cè)井中Z曲線呈反“S”型，表明鉆孔打在礦體上端，主礦體在北側(cè)，利用內(nèi)磁所特征，確定礦體傾角近50°。0-1鉆孔的T在礦體下端有明顯的T正交，說明除本孔所見礦體外，尚有礦體存在，這一結(jié)論在0-2鉆孔中被證實(shí)（圖6）。0-2孔的Z曲線，在礦體上下部異常梯度較陡，并有明顯的正值，說明礦體延深是有限的。4 結(jié)論（1）金嶺鐵礦區(qū)異常展布均表現(xiàn)為單一的孤立異常，可分為兩個(gè)區(qū)：一是以金嶺

17、巖體為中心的環(huán)狀異常帶，走向由南到北為北東走向轉(zhuǎn)為近東西走向，磁異常等值線表現(xiàn)密集，梯度較陡，等值線向外表現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)；二是以王旺莊巖體為中心的環(huán)狀異常帶，其展布特征與“一”相近。圖6 南龍0線鉆孔井中磁測(cè)圖Fig 6 0 line drilling wells Nanlong magnetic map（2）當(dāng)?shù)V體在觀測(cè)孔以北時(shí)，Z曲線呈反“S”型，且隨鉆孔與礦體距離“D”大小而變化，當(dāng)D較大時(shí)，正值小于負(fù)值；若D很大時(shí)則呈似“C”型曲線；當(dāng)D減小，正異常逐漸增加，而零值點(diǎn)伴隨“D”的增大，相應(yīng)有所抬高。當(dāng)?shù)V體在觀測(cè)孔以南時(shí)，Z曲線呈正“S”型，其特點(diǎn)與反“S”型相反。（3）根據(jù)井中三分磁法測(cè)量

18、，在王旺莊C8、C9分別見到65.69m、58.47m的磁鐵礦；在侯家莊11A-4鉆孔中見到了預(yù)測(cè)磁鐵礦礦體；在南龍0-2孔中見到了磁鐵礦體。找礦實(shí)踐證明，井中三分磁法測(cè)量在深部找礦中具有良好的應(yīng)用效果。參考文獻(xiàn)1張巖,張尚坤,于學(xué)峰,單偉,陳文韜,閆誠(chéng),郭朋,李小偉.綜合找礦方法在東阿單莊BIF型鐵礦床勘查中的應(yīng)用J.地球科學(xué),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