综合物探方法在河北松山峪地区铁矿勘查中的应用

综合物探方法在河北松山峪地区铁矿勘查中的应用
颜正信;张兴康;张龙;张福斌;耿晓磊
【摘要】The iron deposit in Songshanyu area located in the northeast part of Fengrun,Tangshan area,occurs in the west of Shuiehang-Yangdianzi iron metallogenie zone,eastern Hebei.There are favorable conditions for metamorphosed sedimentary type iron deposit.On the basis of studying geological features and geophysical characteristics,the integrated geophysical methods were applied to prospect in this area.First,three exploration target areas were delineated by using high-precision ground magnetic survey.Then the favorable metallogenic area and the
strike,tendency and burial depth of magnetic substance have been inferred through CSAMT and high -precision magnetic profiles.In the favorable metallogenic area,test drilling verification was conducted,finally the polylaminate magnetite ore bodies have been found.The prospecting results show that magnetite ore body can be quickly identified by use of high-precision magnetic survey and CSAMT method,and it also provides the basis for further exploration engineering.Meanwhile,it is one of the effective methods to find the same type of ore deposit in the region.%松山峪地区位于唐山市丰润北东部,冀东水厂—杨店子铁矿成矿区西侧,具备良好的寻找沉积变质型铁矿的条件.根据该区地质及地球物理特性,通过地面磁测圈定磁异常区,采用音频大地电磁测深(CSAMT)和高精度磁测剖面相结合的方法,推断了磁性体产状及埋藏深度,并利用钻孔进行验证,发现了多层隐伏的磁铁矿体.其勘查结果表明,应
用综合物探方法,可以快速确定深部隐伏矿体,为后期探矿工程部署提供依据,对于寻找同类型铁矿具有指导意义.
【期刊名称】《矿产勘查》
【年(卷),期】2017(008)003
【总页数】8页(P426-433)
【关键词】高精度磁测;音频大地电磁测深;沉积变质型铁矿;松山峪;河北
【作者】颜正信;张兴康;张龙;张福斌;耿晓磊
【作者单位】河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院,洛阳471000;河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室,洛阳471000;河北地质调查院,石家庄050081;山东省第四地质矿产勘查院,潍坊261021;河北地质调查院,石家庄050081;河北地质调查院,石家庄050081
【正文语种】中文
【中图分类】P631;P618.31
冀东地区位于华北克拉通北缘，是我国重要的沉积变质型铁矿分布区，该区已探明的铁矿资源储量60多亿吨，占全国的10%以上，而且还有很大的找矿潜力[1]。

已知大型和超大型铁矿床有司家营、马城、水厂、石人沟等，还有一批中小型铁矿床。

其地层可划分为结晶基底和沉积盖层两部分。

结晶基底主要为中新太古界的变质岩系和花岗质侵入岩，及少量的变质火山岩、磁铁石英岩等组成的表壳岩系。

沉积盖层包括中元古界、古生界、中生界和第四系等[2-4]。

冀东地区有4个铁矿含矿层位，主要是迁西岩群、遵化岩群、滦县岩群和朱杖子岩群[5-6]，其中丰润地区的铁矿含矿层位主要是迁西岩群。

随着地质勘查工作的不断深入，近几年冀东地
区的沉积变质型铁矿找矿又有了新的突破。

松山峪地区位于唐山市丰润北东部，冀东水厂—杨店子铁矿成矿区西侧，20世纪70年代，冶金部物探公司在冀东地区进行了1∶2.5万航空磁测，并在丰润、迁安一带圈定了M45、M97、M98等多个航磁异常。

河北省地矿局第二地质大队对
M97所在的莲花院进行磁异常查证，从而勘查得到莲花院铁矿，其含矿层位为迁
西岩群。

另外，河北省地质调查院对丰润地区进行了1∶2万的地面磁法测量工作[7]，结果显示，丰润东部地区属磁场高值区，呈近东西向带状展布的正异常，而
松山峪地区正好分布于此磁场高值区范围内。

地质填图结果显示，该区主要地层中元古界长城系沉积地层及迁西岩群变质岩。

综上所述，松山峪地区具备良好的寻找沉积变质型铁矿的条件。

根据松山峪地区地质特征及地球物理特性，利用地面高精度磁测和音频大地电磁测深(CSAMT)相结合的方法开展勘查工作，获得异常数据，通过对异常数据的处理和转换分析异常规律，结合已有地质资料，圈定了找矿靶区，进行钻孔验证，为该区寻找深部矿体提供依据。

松山峪一带出露的地层主要有中太古界变质岩基底迁西岩群、中元古界长城系沉积地层及新生界第四系，未发现岩浆岩出露(图1)。

迁西岩群变质岩为该区主要的含矿地层。

在区内有两处出露，一处分布于松山峪村北部，片麻理倾向南或南西；一处分布于东城峪一带，片麻理倾向北东。

其岩性主要有辉石角闪二长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、含磁铁矿黑云二辉斜长麻粒岩、磁铁石英岩及磁铁二辉二长石英岩等，与上覆长城系沉积盖层呈角度不整合接触。

长城系沉积地层在区内大面积出露，包括常州沟组、串岭沟组、团山子组、大红峪组等。

区内的褶皱构造总体表现为一个轴向呈南东向的背斜褶皱，南西翼地层倾向西或南西，北东翼地层倾向北东。

断裂构造主要发育3组，北东向、北西向和近
东西向，主要位于长城系沉积地层内。

为了进一步确定物探方法的有效性，对研究区及其外围的岩(矿)石标本进行了磁化
率、电阻率等物性参数的测试。

从表1中的数据可知迁西岩群老地层的磁化率明显高于长城系沉积地层的磁化率。

根据以往冀东沉积变质型铁矿及围岩的物性测定统计，矿石围岩的电阻率ρ可达
几百～几千Ω·m，而铁矿石的电阻率ρ则仅为几十～几百Ω·m。

对松山峪地区及其外围的标本物性分析结果显示(表2)，迁西岩群变质岩具有较高的磁化率，其他沉积盖层呈弱磁性。

综合表1和表2的数据可知，区内的迁西岩
群与围岩之间存在明显的物性差异。

磁化率和磁场强度的统计结果显示，第四系和长城系的相对较低，一般为相对弱磁性，迁西岩群表现为强磁性，较大的磁性差异为地面高精度磁测的开展和磁性体的圈定提供了物性前提。

电阻率的统计结果表明，长城系沉积地层为高电阻率特征，迁西岩群为中低电阻率特征，二者之间的电性差异明显，具备了在区内开展CSAMT的地球物理的条件[8-9]。

综上所述，在该区开展综合物探方法勘查沉积
变质型铁矿石是可行的。

遵循“区域勘查，重点突破，点面结合”的工作原则。

首先，在研究区选取成矿远景区开展1∶10000地面高精度磁测扫面工作，利用磁异常数据推断隐伏构造，初步圈定磁性体区域[10-11]；其次，结合已有的地质资料和磁测结果，利用CSAMT和高精度磁测剖面来推断分析成矿的有利空间位置，确定磁性体的形态、规模；最后，确定钻孔位置，进行钻探验证。

本次地面高精度磁测扫面的比例尺为1∶10000，高精度磁测剖面的比例尺为
1∶2000，磁测工作均采用PM-1型质子磁力仪进行测量，观测参量为地磁场总场的绝对值T，计算并解释参量为地磁场总场异常ΔT。

磁法资料数据处理使用中国
地调中心GeoExpl软件，进行数据处理和成图，绘制磁测ΔT平剖图、ΔT化极平面图及ΔT垂向一、二阶导数平面图。

为了进一步查证磁异常和化探异常，推断分析成矿的有利空间位置，垂直于磁性体
走向开展电法剖面测量。

CSAMT是一种人工源的频率域测深方法，其理论基础是求解偶极子场的分布问题，即求出这种场源在一定边界条件下麦克斯韦方程组的解。

该方法具有三大特点：使用人工场源、测量卡尼亚电阻率、改变频率测深法[9]。

工作仪器选用美国Zong公司生产的GDP32Ⅱ多功能电法工作站，野外工作方式采用电性源CSAMT赤道偶极装置标量测量，供电偶极距AB=1100 m，测量剖面位置处在AB中垂线向两边张角各30°的扇形区域内，测量剖面与AB平行，其方
位误差小于3°。

剖面点距及测量电极距均为40 m，收发距r≥5000 m，接收距大于4倍的AB极距。

测量频率分别为：0.25、0.5、1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024、2048、4096、8192Hz。

数据处理使用CMT PRO及MT&AMT Data Interpretation Software package软件及相关处理软件进行。

首先对原始数据进行预处理，包括畸变点编辑、近场校正和静态改正，在此基础上进行Botick反演计算、拟2D反演或2D带地形反演，最后用Sufer软件绘制成
果图件，并结合已有地质资料进行地质解释。

通过对高精度磁测数据分析，并结合物性、地质、矿产等有关资料，在研究区内共圈定3个局部异常，在ΔT化极等值线平面图800 nT圈闭(图2)，异常面积约4 km2，异常总体走向近东西，东西长、南北窄，北翼陡、南翼缓，北侧有负异常
伴生。

经垂向一阶导数、二阶导数计算，分离出3个异常M1、M2、M3，其中
M1又分为M1-1、M1-2两个异常。

3个异常均落在中太古界迁西岩群变质岩露
头区及第四系覆盖区内。

M1异常：在△T等值线平面图上，M1异常用1000 nT等值线圈定，异常面积约
3 km2，走向呈近东西向，东窄西宽，并在西段分叉，在异常北侧有负异常伴生。

经垂向一阶导数和二阶导数计算成图，显示出在M1异常上分离出两个走向近东
西的带状局部异常，编号为M1-1和M1-2。

经上延处理，在上延50 m到200
m的△T等值线平面图上与未上延的△T等值线平面图磁异常对比，形态基本一致，
在上延300 m后则M1异常呈规则的椭圆状，分叉现象消失，M1-1和M1-2合
为一体。

综合以上特征，结合地质资料，确认M1异常是由中太古界迁西岩群地
层中的磁铁矿引起。

由异常形态及上延图推断，M1异常为一有限延伸的磁性体。

由异常两翼呈北陡南缓判断，磁性体为南倾。

顶板埋深在100～300 m之间，局
部更浅。

总体来说，推断此磁性体规模较大，埋藏较浅。

由异常范围和异常强度来看，M1异常圈定了本次工作区寻找沉积变质岩型铁矿最主要的区域。

M2异常：位于M1异常北东侧。

在△T等值线平面图上用600 nT圈定其范围，
面积约0.15 km2，总体走向呈近东西向，且北翼陡南翼缓。

异常北侧有负异常伴生。

在上延50 m、100 m△T等值线平面图上M2异常有显示，但在上延200 m
以后则M2异常消失。

在垂向一阶、二阶导数图上零值线所圈定范围与化极前△T
等值线平面图M2范围基本一致。

综合以上特征，结合地质资料，认为该异常是
由厚度一般、品位较低的磁铁矿引起。

异常形态南翼缓、北翼陡，判断磁性体南倾。

总体来说，推断此磁性体规模一般，埋藏较浅。

M3异常：位于M1异常南东侧。

在△T等值线平面图上，用550 nT等值线圈定
其范围，异常面积约0.6 km2。

该异常呈北东向带状展布。

在异常北侧有负异常
伴生，异常北西陡，南东缓。

上延50～200 m该异常有显示，上延300 m后无
异常显示。

在垂向一阶、二阶导数图上零值线圈定的范围与△T等值线平面图基本
一致。

综合以上特征，结合地质资料，认为该异常是由迁西岩群地层中的磁铁矿引起，推断此磁性体规模一般，厚度一般，可作为次一级的找矿区域。

地面磁法面积工作完成后，为更详细地了解该区磁异常，定性或定量描述磁性体的产状及埋深情况，指导验证孔位的布设，在高磁异常区布置了5条可控源音频大
地电磁(CSAMT)测线，如图1所示，同时进行1∶2000高精度磁测剖面异常解释推断。

通过以上工作，结合1∶10000地面磁测成果，推断磁性体走向近东西、向西侧伏、倾向南、倾角在50°～70°之间，东浅西深，顶端埋深几十米至四百米左
右。

认为该磁异常是磁铁矿层和太古界变质岩基底的综合反映。

现以P5、P6为代表简述综合剖面成果。

P5剖面：北段出现3个高值磁异常。

最北侧的异常幅值最高，最高幅值在1200 nT左右，位于剖面的975～1000号点之间，对应于△T等值线平面图上的局部高
磁异常。

南侧的两个异常位于850～950号点之间，异常幅值在900 nT左右，分别对应于△T等值线平面图上的局部高磁异常。

该剖面显示磁异常南北两翼不对称，南缓北陡，北侧出现负异常，反映出磁性体向南西倾的特征。

从CSAMT反演电阻率等值线断面图(图3)上看，与磁法高异常相对应，有低电阻率异常存在，因此认为，在高磁异常区可能是磁铁矿层引起的磁异常，推断尖峰异常为浅部的多层磁铁矿引起，底座异常为向南西侧伏的太古界迁西岩群变质岩引起。

根据综合剖面(图3)显示，磁场强度介于237.5～250.0 A·m-1，磁倾角为58.32°，磁性体埋深在100～300 m之间，磁性体走向近东西，倾向南，倾角在50°～70°之间。

P6剖面：北段出现两个高值磁异常，位于剖面的825～1000号点之间。

异常最
高幅值在2000 nT左右，对应于△T等值线平面图上的局部高磁异常。

该剖面显示异常两翼不对称，南缓北陡，北侧出现负异常，反映出磁性体向南西倾的特征。

从CSAMT反演电阻率等值线断面图上看，有低电阻率异常存在，此与磁法高异常相一致，因此认为，在高磁异常区可能是磁铁矿层引起的磁异常，推断尖峰异常为浅部的多层磁铁矿引起，底座异常为太古界迁西岩群变质岩引起。

根据综合剖面(图4)显示，磁场强度介于564.1～847.2 A·m-1，磁倾角为58.32°，磁性体埋深在80～400 m之间，磁性体走向近东西，倾向南，倾角在50°～70°之间，具有较大的找矿潜力。

根据地质调查和地面高精度磁法及CSAMT成果推断解释的综合分析，M1号异常最具找矿潜力、M2、M3号异常次之。

为了进一步验证松山峪M1号磁异常性质，布置了工程验证孔HZK002，并在该孔见到7层磁铁矿工业矿体(图5)，矿体厚度
1.01～3.61m，累计总厚度(真厚)为14.64 m，矿体品位TFe在28.00%～31.05%之间，mFe在26.12%～28.50%之间，平均品位TFe 29.17%，mFe 26.99%。

钻孔编录显示矿体主要产出于迁西岩群的辉石角闪二长片麻岩和含黑云角闪辉石斜长片麻岩中，属沉积变质型铁矿，其产状与变质岩片麻理构造线方向基本一致。

钻探工程的成功见矿，也进一步说明通过高精度磁测及CSAMT相结合的方法，可快速圈定隐伏矿体。

(1) 通过1∶10000高精度磁测的分析结果，并结合以往地质及重磁资料，在松山
峪地区确定了M1、M2、M3异常区，推断异常为中太古界迁西岩群变质岩引起。

(2) CSAMT和1∶2000高精度磁测剖面异常解释推断磁性体走向近东西、向西侧伏、倾向南，东浅西深，与地面磁测高异常相一致。

经钻孔验证，在圈定的高磁异常区发现隐伏的磁铁矿体，矿体主要产出于迁西岩群变质岩中，属沉积变质型铁矿。

(3) 通过高精度磁测及CSAMT相结合的方法，对研究区进行物探综合研究，可快速圈定隐伏矿体，对于寻找同类型矿床具有重要指导意义。