地面高精度磁法測量在高嶺地區的應用

方同明，李小龍，孫 磊，孫永華，王志輝，尤世娜，劉 鴻，李 莉

(1.北京市地質調查研究院，北京 100195；2.中國礦業大學(北京)，北京 100083；3.北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195；4.河北九華勘查測繪有限責任公司，河北 石家莊 050700)

北京高嶺鐵礦為沉積變質型鐵礦，區內已發現礦體達50條。自20世紀60年代以來，北京市地質局101隊等多家單位先后在區內開展普查、礦產勘查等地質工作[1]，探求了鐵礦資源儲量。為進一步擴大后備資源儲量，本次物探工作在前人工作基礎上，進行地面高精度磁法測量，結果表明高精度磁測在調查區第四系覆蓋區和礦區深部取得較好效果。

1 測區地質概況

1.1 含礦建造

區內主要含礦地層為太古界密云巖群(變形變質的表殼巖)[2]，其巖性主要為黑云角閃斜長片麻巖、黑云變粒巖、斜長角閃巖[3]，其內賦存有磁鐵石英巖和磁鐵片麻巖。密云巖群在測區內受近東西向-北東向褶皺構造控制，多沿褶皺轉折端和翼部呈帶狀展布特征。在區測西南部被潮河流域和密云水庫周邊第四系沉積物覆蓋。其次在沙廠英云閃長質片麻巖體內，由于該巖體具有面型重熔特征，其內含有大量密云巖群的殘留塊體，也有部分變質鐵礦留存[4-5]。

1.2 構造

測區位于密懷穹隆核部的中東段，密懷穹隆為中生代印支期強烈隆升的近東西向隆起帶，其核部控制了結晶基底廣泛出露，穹隆翼側被中元古界角度不整合覆蓋。

測區內控礦構造主要是前長城期(早元古代-中太古代)的褶皺構造，為一系列復式倒轉背向斜，其總體軸向從東向西由北東→北東東→近東西向變化的特征。

較大型褶皺長度可達8km以上，寬達2km，次級褶皺一般長度2km左右，褶幅寬度數百米。整體上背斜緊閉，向斜較開闊，軸面傾向北-北西，傾角60°～80°。向斜轉折端較寬緩并多向北東傾伏。受褶皺構造控制，密云巖群含鐵建造內的含礦帶、礦體隨褶皺一起變形變質，形成與褶皺軸向一致展布的成礦帶。

區內近東西向、北東向、北北東向斷裂均較發育，具有多期活動特點，并多見后期巖脈充填，對成礦帶和礦體有破壞作用。

1.3 巖漿巖

調查區南側大面積出露有太古帶葦子峪輝長閃長質片麻巖(太古宙侵入體)和早侏羅世四干頂巖體，嚴重侵蝕破壞了變質鐵礦含礦巖系，截斷了含礦帶向西南的延伸，巖體分布范圍為無礦地帶。調查區內還分布有太古宙超基性鎂鐵質巖、基性巖和燕山期中酸性巖，多呈巖墻和巖脈產出，對含礦地層和鐵礦體有切割破壞作用。

1.4 礦體特征

區內礦體走向為北東40°～60°左右，局部為NNE向，主要分布于大漕、小漕、兵馬營、太師屯、高嶺、放馬峪等地，傾向NW310°～320°,傾角多在40°～60°范圍變化，局部陡到70°～80°[6]。

2 測區地球物理特征及數據處理解譯方法

2.1 測區地區物理工作概況

本次工作擬選擇密云高嶺地區開展地面高精度磁法測量工作，行政區屬北京市密云縣高嶺鎮。測區交通便利，密-承、密-琉等公路等在區域內通過，道路四通八達。

地面高精度磁法測量工作總體分兩個階段進行，第一階段為掃面工作，進行1∶10000(100m×20m)地面高精度磁法測量。根據航磁異常特征和工作區主要地質構造分布方向，測區測線方向定為150°；第二階段為磁法剖面工作，依據地質填圖和磁法掃面工作成果，在成礦有利地段的磁異常上布設1∶2 000地質磁法精測剖面，剖面點距為10m，總體方向定為NW[7]。

2.2 測區地球物理特征

為了解區內主要巖(礦)石磁性特征，對區內主要巖(礦)石進行標本采集和磁參數測定；本次共采集測定各類樣本127塊。對各巖性統一編號并嚴格分類，對全區的巖性磁參數進行了統計(表1)。

表1 區內巖石及礦石磁性參數

由表1看出，區內主要巖(礦)石按磁化率強弱可分為三類：磁鐵片麻巖、磁鐵石英巖磁性較強，磁鐵片麻巖的磁化率平均值為28564×10-5SI，磁鐵石英巖的磁化率平均值為45234×10-5SI；角閃片麻巖、黑云母斜長片麻巖、斜長角閃巖、花崗質片麻巖等磁性中等，磁化率變化范圍為(2300～7300)×10-5SI；燕山期侵入花崗巖磁性較弱，磁化率平均值僅有85×10-5SI。

磁鐵片麻巖、磁鐵石英巖為區內主要成礦巖石，與圍巖有明顯磁性差異，為主要異常源；閃片麻巖、黑云母斜長片麻巖、斜長角閃巖、花崗質片麻巖磁性中等，在出露地表或埋深較淺時可產生較強磁異常，為區內干擾磁性體。

區內主要成礦巖石賦存于太古宙密云群地層中，該地層為區內主要礦源層。

2.3 數據處理解譯方法

1) 日變改正由計算機程序自動完成，日變數據采用七點圓滑后的數據進行改正，改正時間精確到秒級，ΔT改正值精確到0.1nT。

2) 正常梯度改正采用國際地磁參考場(IGRF)2010模型提供的高斯系數，由計算機程序自動完成，改正值精確到0.1nT。

3) 等值線圖件采用surfer軟件網格化,采用克里格法(kriging)，搜索半徑為200m，再用Mapgis完成制圖過程[8]。

4) 對磁性體推斷解釋時進行了位場數據轉換處理，包括化極、向上延拓處理?；瘶O處理為消除傾斜磁化對磁性地質體的位置、形態、分布范圍的影響；向上延拓處理是在化極磁場的基礎上進行，目的是壓制淺部干擾，反映較深部的異常信息?；瘶O處理所采用的地磁參數：地磁偏角D=-6.83°，地磁傾角I=58.23°；采用的軟件是中國地質大學(MAGS 3.0)《固體礦產磁法勘探軟件系統》[9]、Imageo《重磁處理轉換系統》[10]。

5) 對磁測剖面定量解釋采用2.5D人機交互擬合法進行反演，大致判斷磁性體頂部埋深、厚度及產狀等特征。

3 磁異常推斷與解釋

3.1 磁異常特征

本次地面高精度磁測異常特征與航磁異常特征基本一致，磁異常細部特征更加明顯，磁異常位置更加準確。

本測區磁異?？傮w呈NE向展布，局部為NNE、NEE、近EW向展布，其走向與區內主要褶皺走向一致，其分布與密云群地層關系密切。根據磁異常特征和所在位置，將區內磁異常由南向北劃分七個異常帶共28個異常中心，編號為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，見圖1。

圖1 ΔT磁異常等值線平面圖

按異常強度特征可將磁異常分為南北兩部分：北部磁異常強度較弱，變化平緩，梯度較小，負異常分布范圍較大，磁異常變化范圍：-2000～3000nT；中部和南部磁異常較強，正負異常伴生，異常值變化范圍:-6000～8000nT。

按異常走向特征可將磁異常分為東西兩部分：東部磁異常走向為NE和NEE兩組，NEE走向異常分布在北側，NE走向異常分布在南側；西部磁異常走向為NNE和近EW兩組，NNE走向異常分布在北側，近EW走向磁異常分布在南側。異常走向轉折位置和特征明顯，顯示區內構造復雜。

3.2 磁異常推斷與解釋

C1異常帶：呈北東向條帶展布，將C1區劃分4個異常：

C1-1異常位于C1的南部，走向北東，長1700m，寬600m，異常中心極大值(ΔT)在9000nT以上，該異常處于蘆各莊礦區，且局部出露磁鐵石英巖，為礦致異常。

C1-2異常位于C1的中部，異常中心附近有多個幅值較小的異常，極大值6000nT以上，局部磁場值略小，均有負異常伴生，北東向長1200m，寬500m，表現為串珠狀異常特征，經實地踏勘，該處地表局部出露磁鐵石英巖，推測含礦體不連續。

C1-3異常位于C1的北部，異常中心極大值(ΔT)在2000nT以上；局部出現串珠狀異常，場值相對較小，推測可能由花崗質的片麻巖引起。

C1-4異常較為分散，異常中心極大值(ΔT)2000nT，異常梯度變化平穩。

C2異常帶：西部呈近東西向展布，異常帶東部為北東向展布，局部含有若干個呈串珠狀的異常，且與該C2異常帶走向一致，正負異常緊密伴生。將C2帶劃分了8個異常中心。

C2-1含有兩個對稱的異常中心，極大值(ΔT)均在5500nT以上，東西長1000m，南北寬200m，地表被第四系覆蓋沒有基巖出露，推測為礦致異常。

C2-2異常位于C2-1的東部，異常中心極大值(ΔT)在3000nT以上，東西長350m，南北寬100m，該處由中太古代的英云閃長質片麻巖引起異常。

C2-3異常位于C2-2的東部，正極大值在9000nT以上,周邊的負異常極大值(ΔT)為-2000nT，梯度變化較大，呈等軸狀分布，東西長400m，南北寬350m，該處為第四系覆蓋，且與地質上變質型鐵礦相對應。

C2-4異常位于太師莊附近，第四系覆蓋區，等軸狀分布，正負異常緊密伴生，可能為礦致異常。

C2-5異常位于太師屯東部，走向NE，長2000m，寬200m，由多個不連續的串珠狀異常組成，推測含礦層不是連續的。屬密云巖群的含磁鐵片麻巖的礦致異常。

C2-6異常位于松樹峪的北部，異常中心極大值(ΔT)為3000nT以上，西側緊密伴生負異常，走向北東，長430m，寬200m，該處地表出露磁鐵片麻巖，推測為礦致異常引起。

C2-7異常位于C2-6的東部，走向北東，長500m，寬240m，異常中心的磁場值(ΔT)為4000nT，異常北側伴生負異常，該處絕大部分被第四系覆蓋，局部出露英云質閃長片麻巖。

C2-8異常位于C2異常帶的北部，由兩組北東向平行的條帶狀異常組成，長1200m，寬650m，該異常磁場極大值(ΔT)為7000nT，異常區內可見到開采的礦坑，推測該異常為礦致異常。

C3異常帶：為本測區最主要的異常帶，位于測區的中部，該異常帶西段為近東西走向，東段走向為北東向，將C3異常帶劃分7個的異常中心：

C3-1位于測區的西端，異常中心極大值(ΔT)在5000nT，走向為NWW，呈橢圓形，長600m，寬350m，北側伴生負異常，異常體北陡南緩，向北傾斜，地表第四系覆蓋。

C3-2位于永樂村附近，呈帶狀展布，走向為NWW，長1000m，寬400m，異常中心極大值(ΔT)在4000nT以上，北側伴生負異常，地表第四系覆蓋。

C3-3位于C3-2的東部，由兩條相鄰近東西向帶狀異常組成成，東西長2200m，南北向寬600m ，異常中心極大值在7000nT以上,該異常位于第四系覆蓋，推測深部可能賦存一定規模的鐵礦體。

C3-4異常NEE向展布，呈橢圓形，長770m，短軸180m。異常中心極大值在6000nT，北側伴生負異常，地表第四系覆蓋。

C3-5異常位于大漕村-城子-賈峪一帶，走向為NE，長近8000 m，寬約300m。異常中心位于異常帶北端，正極大值(ΔT)為5000nT，向北伴生負異常，極大值(ΔT)為-3000nT，磁性體南緩北陡，向南傾斜。該異常北段為帶狀展布，地表多被第四系覆蓋,異常幅值高，分布范圍較大，形態相對規則，礦致異常特征明顯，均見有多處磁鐵礦化體出露；南段為不連續的串珠狀，多為磁性體分布較不均勻，不連續所致。

C3-6位于太師莊的北部，走向北東，長3000m，寬400m，異常中心極大值(ΔT)為7000nT以上，異常幅值變化較平穩，磁場值梯度變化不大，周圍伴生負異常。據實際踏勘，該處異常地表可見規模不等的磁鐵片麻巖出露。

C4異常帶：位于測區的西北部，異常走向為NNE,與其南側C3異常存在明顯的交角，與其東側的C5存在一定的交角，說明這一帶構造復雜。異常向北未封閉，局部存在多個高值異常中心，極大值(ΔT)為3000nT以上，根據現場踏勘結果，推測異?？赡苡捎⒃崎W長質片麻巖引起。

C5異常帶：位于小漕村附近，呈北東向條帶狀展布，劃分了3個局部異常。

C5-1為串珠狀異常，東西向長近360m，南北400m，異常中心極值(ΔT)為5000nT，地表第四系覆蓋。

C5-2位于小漕村東北部，走向北東，長1330m，南北寬240m，由5個不規則的串珠狀的異常組成，極大值(ΔT)為4000nT，周圍伴生負異常。該異常北段被第四系覆蓋，南段出露英云閃長質片麻巖，南段磁場梯度變化較大，北段較寬緩，該處磁異常由磁鐵片麻巖引起。

C5-3異常由多個珠狀異常組成，走向北東，極大值(ΔT)為2000nT，向東與放馬峪鐵礦相連，長1000m，寬300m，周圍伴生負異常，推測為礦致異常。

C6異常帶：位于高嶺鎮附近，異常寬度較大，略顯凌亂，為研究方便，將C6劃分為5個局部異常。

C6-1由多個串珠狀小異常組成，走向為NE，長1500m，寬400m，磁場極大值(ΔT)為3000nT，周圍伴生負異常，地表第四系覆蓋。

C6-2在瑤亭的東部，由多個串珠狀小異常組成，走向為NE，長1500m，寬230m，磁場極大值(ΔT)為3000nT，局部伴生負異常，地表第四系覆蓋，局部出露風化的片麻巖。

C6-3異常位于高嶺鎮附近，走向為NEE，長2000m，寬800m，由兩組近似平行的串珠狀小異常組成，該異常整體處于第四系，西端出露密云巖群，異常中心位于西端，磁場極大值(ΔT)為3000nT，周圍負異常伴生，推測異常由隱伏磁鐵石英巖引起。

C6-4異常位于放馬峪南部，北東東向展布，長2900m，寬400m，由多個串珠狀小異常組成，且異常范圍由東向西依次變大，該異常整體處在密云巖群，主要由磁鐵石英巖、斜長角閃巖等引起。

C6-5異常位于放馬峪東部，該異常由兩條平行的近東西的條帶狀異常組成，東西長770m，南北寬440m，異常東側為礦區，向東未閉合，磁場極大值(ΔT)為4000nT，周圍也伴生負異常，且兩條異常中部亦為負異常，推測兩磁性體較為直立，且向深部匯合。

C7異常帶：位于小開嶺北部，負異常分布范圍較廣，梯度變化不大，異常中心的極值(ΔT)在3000nT以上，呈橢圓形展布，長軸為380m，短軸為230m。存在多個強度較弱的串珠狀異常，走向為北東向?，F場踏勘見片麻巖出露。

3.3 精測剖面異常特征及定量解釋

為解剖磁異常，了解磁性體埋深、傾向、延深的空間形態、垂直主要異常帶走向和穿越主要異常中性布置了兩條精測剖面P1、P2。剖面P1位于測區西部,方位角為0°，穿過C3-3、C2-1異常中心；剖面P2位于測區東部，方位角為145°，穿過C3-6、C2-7異常中心。

對兩條剖面均進行化極、延拓處理，通過重磁數據反演建模系統，反演模型的物性和形態特征。數據處理采用的地磁要素為：地磁偏角I=-6.87°；地磁傾角I=59.27°。

向上延拓40m結果顯示，異常極值衰減很快，再向上延拓衰減速度逐步減小，說明磁性體埋深較小，向下有一定延深。

剖面P1由四個異常組成(圖2)，自南向北編號為P1-1、P1-2、P1-3、P1-4,異常寬度較小、梯度較大，均表現為薄板異常特征。對兩個主要異常P1-1、P1-3進行分析解釋。

圖2 P1線反演成果圖

P1-1為單峰異常，峰值位于168/P1號點，其幅值(ΔT)為5162nT，與C2-1異常中心相對應。ΔT異常北負南正，曲線梯度較陡，化極后峰值略向北偏移，表現為南負北正，說明磁性體略向北傾斜。反演磁性體磁化強度約40000×10-3A/m，頂部埋深約為50m，向北傾斜，淺部傾角較大，深部傾角變小，寬度約30m，向下延伸245m。

P1-3為多峰異常，主異常位于662/ P1號點，幅值(ΔT)為9318nT，極大值北側疊加有兩個小異常，該異常與C3-3異常中心相對應。異常北負南正，曲線梯度較陡，化極后峰值略向北偏移，表現為南負北正，說明磁性體略向北傾斜。反演結果顯示該異常源為兩個獨立的磁性體，南側的磁性體磁化強度約50000×10-3A/m，頂部埋深約為30m，近似直立，淺部表現為兩個磁性體，深部合二為一，寬度約60m，向下延深約200m；北側的磁性體反演磁化強度約50000×10-3A/m，頂部埋深約為30m，向北傾斜，淺部傾角較大，深部傾角變小，寬度度約20m，向下延深200m。

剖面P2由四個異常組成(圖3)，自北向南編號為P2-1、P2-2、P2-3、P2-4。

向上延拓結果顯示，P1-1、P1-2特征相似，上延后異常峰值衰減速度較慢，說明磁性體有一定規模；P1-3、P1-4延拓特征相似，上延40m異常峰值衰減很快，再向上延拓衰減速度變慢，說明磁性體埋深較小，向下有一定延深。

圖3 P2線反演成果圖

P2-1為一寬緩異常，位于140號點至180點之間，寬度約250m，幅值(ΔT)約為3800nT，曲線跳躍較劇烈，有兩個峰值，上延40m后異常幅度變化不大，但曲線連續光滑，兩個峰值合二為一，說明深部磁性體合并在一起。

P2-2為一寬緩異常，位于290至330號點之間，北負南正，曲線梯度較小，化極后峰值略向北偏移，繼承了原始曲線特征。反演結果顯示磁性體磁化強度約40000×10-3A/m，頂部埋深約為50m，向北傾斜，傾角較小，寬度度約40m，向下延伸180m。

P2-3為單峰異常，位于390號點，幅值(ΔT)為2118nT，寬度約30m，異常梯度變化較大，兩側基本對稱，北側負值較強，化極后曲線略西北偏移，兩側曲線基本對稱。上延40m后異常接近為0，說明磁性體規模很小，埋深很淺。

P2-4為雙峰異常，極大值約9200nT，兩個峰值距離約300m，異常寬度小，梯度大，上延40m異常衰減較快，表現為薄板異常特征，原始曲線北負南正，化極后表現為南負北正，說明磁性體產狀較陡，略向北傾斜。反演結果顯示該異常源為兩個獨立的磁性體，磁性體磁化強度約45000×10-3A/m，頂部埋深約為20m，略向北傾，向下延深約170m。

4 結論和建議

1) 地面高精度磁法精度高、探測磁異常特征清晰，在鐵礦勘查中取得效果較好。

2) 全區劃分為七個異常帶共30個局部異常，根據異常特征和現場踏勘結果，認為C1-1、C3-2～C3-6、C2-8、C5-2規模大，磁場幅值高，礦致異常明顯，地質成礦條件有利，應為本區重要的找礦靶區,為地質勘探工作提供參考依據。

3) 根據P1、P2剖面異常特征，通過重磁建模正反演系統，反演了磁性體的物性和產狀特征，磁化強度在40000×10-3～50000×10-3A/m之間，埋深不大，約20～50m，向下延深小于300m。綜合研究認為P1-3、P2-4異常形態規則，強度高，應優先進行驗證。

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