引用本文
吕水, 李延康, 许曼, 邢运涛, 刘海龙, 南少伟. 高精度磁法测量在隐伏磁铁矿勘查中的应用——以冀东迁安曹庄子地区为例[J].中国地质调查, 2024,11(4): 26-32.
LV Shui, LI Yankang, XU Man, XING Yuntao, LIU Hailong, NAN Shaowei. Application of high-precision magnetic measurement in the exploration of hidden magnetite deposits: A case study of Caozhuangzi area in Qian’an of the eastern Hebei Province[J].Geological Survey of China, 2024,11(4): 26-32.  
doi: 10.19388/j.zgdzdc.2024.147
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高精度磁法测量在隐伏磁铁矿勘查中的应用——以冀东迁安曹庄子地区为例
吕水, 李延康, 许曼, 邢运涛, 刘海龙, 南少伟
河北省地质矿产勘查开发局第五地质大队(河北省海洋地质环境调查中心),河北 唐山 063000

第一作者简介: 吕水(1983—),男,高级工程师,主要从事矿产地质勘查及研究工作。Email: huheshui@163.com。

收稿日期: 2024-02-28 修回日期: 2024-07-15
基金资助: 河北省地质矿产勘查开发局科研项目“河北省迁安地区铁矿体分布规律与找矿方向研究(编号: 13000022P00329410109F)”和“河北省迁安市曹庄子一带航磁异常查证(编号: 454-0502-JBN-YXUZ)”联合资助
摘要

冀东迁安地区铁矿成矿带是我国重要的沉积变质型铁矿产地之一,其矿石自然类型主要为磁铁型,随着开采与开发程度的提高,目前迁安地区已发现的大部分铁矿床已面临资源枯竭的局面,因此在区内寻找隐伏铁矿具有迫切需求。通过在冀东迁安曹庄子地区开展地面高精度磁法测量工作,查明其磁异常特征,研究结果表明: 研究区磁异常主要由隐伏磁性体引起,经钻探验证,在深部发现了厚大铁矿体,磁异常分布与钻探所见的隐伏铁矿体对应较好,说明高精度磁法测量方法在冀东变质岩地区寻找深部隐伏铁矿体具有良好的找矿效果。研究可为迁安地区的铁矿找矿工作提供参考。

关键词: 高精度磁法测量; 隐伏磁铁矿; 深部找矿; 钻孔验证; 冀东迁安地区
中图分类号:P631.2 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2024)04-0026-07
Application of high-precision magnetic measurement in the exploration of hidden magnetite deposits: A case study of Caozhuangzi area in Qian’an of the eastern Hebei Province
LV Shui, LI Yankang, XU Man, XING Yuntao, LIU Hailong, NAN Shaowei
No.5 Geoiogical Brigade of Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources(Heibei Marine Geological Environment Survey Centre),Hebei Tangshan 063000, China
Abstract

The iron ore mineralization belt in Qian’an area of the eastern Hebei Province is one of the important sedimentary metamorphic iron ore producing areas in China, and the natural type of ore is mainly magnetic. Most of the iron ore deposits discovered in Qian’an area are in resource depletion state, with the improvement of mining and development degree. So there is an urgent need to search for hidden iron ore in this area. The magnetic anomaly characteristics of the study area were identified after high-precision ground magnetic measurements in Caozhuangzi area of Qian’an in the eastern Hebei Province. The research results indicate that the magnetic anomalies in the study area are mainly caused by concealed magnetic bodies. Thick and large iron ore bodies were discovered in the deep part through drilling verification, and the magnetic anomalies corresponded well with the hidden iron ore bodies observed during the drilling process, indicating that high-precision magnetic measurement has a good prospecting effect for the deep hidden iron ore bodies in the metamorphic rock area of the eastern Hebei Province. This study could provide some references for iron ore exploration in Qian’an area.

Keyword: high precision magnetic measurement; hidden magnetite; deep mineral exploration; drilling verification; Qian’an of the eastern Hebei Province
0 引言

冀东地区是我国重要的铁矿资源基地之一, 截至 2020年底, 区内铁矿保有资源量约81.22亿t, 具有巨大的找矿潜力[1, 2, 3]。区内大型铁矿床主要分布在迁安和滦州一带, 少量分布在遵化及青龙地区, 其中迁安地区铁矿成矿带目前已发现了多个大中型铁矿床, 水厂铁矿、孟家沟铁矿、蔡园铁矿等均赋存在迁安铁矿弧形成矿带内[4]。2014年以来, 前人在迁安地区已知矿床深部及外围开展就矿找矿工作, 扩大了矿床资源量[5, 6]。张崇山等[7]在1:25 000航磁异常值较高且地表未出露铁矿体的区域进行了查证工作, 新增了数个铁矿产地, 取得了找矿突破。随着开发与开采程度的提高, 大部分铁矿床已面临资源枯竭的局面[3], 急需在已知矿床的深部、外围及周边空白区寻找隐伏铁矿体等接替资源, 以保障国家矿产资源安全。

冀东迁安地区沉积变质型铁矿床形成于前寒武纪, 矿石自然类型主要为磁铁石英岩[8], 其磁性参数高于其他岩性十几倍甚至数百倍, 因此可以通过航空磁测成果结合地面高精度磁法测量的方法进行深部隐伏铁矿床的解译推断[9]。高精度磁法测量是一种行之有效的寻找隐伏磁铁矿床的找矿方法, 在冀东迁安第四系覆盖较厚的区域, 该方法具有简捷高效、目的性强、契合绿色勘查等诸多优点[10]。目前在冀东迁安以南地区开展的隐伏铁矿勘查普遍采用“ 1:25 000 航磁异常分析研究-未知与已知矿床类比-合理选定靶区-面积性或剖面性地质、地磁工作-异常反演计算-确定验证孔位-钻探验证” 的组合勘查方法, 对空白区进行的找矿工作新发现了多处矿产地。本文在航磁测量圈定异常的基础上, 通过在冀东迁安曹庄子地区开展地面高精度磁法剖面测量工作, 反演拟合矿体的形态和赋存空间, 结合钻探施工验证, 揭露深部隐伏矿体。在此基础上结合迁安地区已知铁矿床的成矿地质条件及地球物理特征, 建立适合本区隐伏铁矿体的找矿模式, 圈定找矿靶区, 并对铁矿资源量进行预测。研究可为在本区寻找同类型铁矿床提供参考。

1 区域地质概况

研究区曹庄子地区的大地构造位置位于华北克拉通北缘东部陆块冀东迁安地区。冀东地区基底为太古界含铁建造变质岩, 主要分布在冀东地区的中部和东部区域, 盖层发育有元古界、古生界、中生界和新生界[11, 12, 13], 主要分布在冀东地区西南部和北部(图1)。区内发育EW向、NE向和NW向多组断裂构造。区内岩浆活动强烈, 以中生代燕山期最为发育, 沿EW向断裂两侧分布有多个侵入岩体, 岩体地表出露形态以宽带状、长条状为主, 多以岩株和岩基产出[14]。区内代表性岩体有青山口岩体、肖营子岩体、都山岩体等[15], 岩性主要为花岗岩、二长花岗岩、石英闪长岩等。

图1 冀东地区大地构造位置(据文献[14]修改)
1.新生界; 2.中生界; 3.古生界; 4.元古界; 5.太古界; 6.混合岩带; 7.侵入岩体; 8.区域断裂; 9.主要铁矿床及名称; 10.研究区范围; 11.市(县)名称Fig.1 Geotectonic location of the eastern Hebei Province (modified after reference[14])

研究区地理位置位于迁安市城区西南10 km处, 迁安地区铁矿成矿带西南部, 具有良好的成矿环境。迁安地区出露地层以太古界、元古界、新生界分布最广, 其次为中生界, 古生界仅在西南部小范围出露。迁安地区铁矿多赋存在迁安地台隆起形成的向南西突出的“ C” 形弧形褶皱带内, 控矿构造多以倒转向斜为主, 区内地层总体走向为NE向、SN向、NW向和EW向, 整体上围绕迁安隆起呈向外围凸出的弧形[4]。区内赋矿地层主要为太古界迁西群三屯营组, 岩性主要为黑云角闪斜长片麻岩、混合岩、混合花岗岩、磁铁石英岩和辉石磁铁石英岩。研究区大面积被第四系覆盖, 以砂土、亚砂土、亚黏土夹棱角状碎石为主, 中部及南部有少量元古界长城系常州沟组石英砂岩, 地表未发现有断层及侵入岩体出露(图2)。

图2 研究区地质简图叠加磁测Δ T剖面平面图(航磁异常据文献[7]修改)
1.第四系; 2.元古界长城系常州沟组; 3.太古界迁西群三屯营组; 4.测线及编号; 5.钻孔位置及编号; 6.航磁异常编号; 7.地磁异常剖面, 垂直测线方向1 cm=8 000 nT, 红色为正异常, 蓝色为负异常; 8.航磁异常曲线及数值, nTFig.2 Geological sketch overlays magnetic Δ T profile planar graph of the study area(aeromagnetic anomaly modified affer reference[7])

2 研究区地球物理特征
2.1 航磁异常特征

张崇山等[7]开展的河北省山区1:25 000高精度航空磁测勘查工作以600 nT为最低值, 在研究区圈定了3处航磁异常, 分别编号为冀C-2010-1604、冀C-2010-1605及冀C-2010-1606。冀C-2010-1604异常为第四系覆盖区, 表现为正背景中的尖峰状正异常, 不规则椭圆状, 异常强度为922 nT, 异常走向约320° , 长约1.5 km, 宽约1.0 km; 冀C-2010-1605异常出露太古界迁西群变质岩, 表现为升高背景中的尖峰状正异常, 近似圆状, 等值线密集, 异常强度为1 079 nT, 异常走向约300° , 长约1.1 km, 宽约0.9 km。冀C-2010-1606异常为第四系覆盖区, 表现为升高背景中的峰状正异常, 椭圆状, 异常强度为758 nT, 异常走向约310° , 长约0.8 km, 宽约0.5 km。

2.2 物性特征

由于研究区大面积被第四系覆盖, 无法有效地采集样品进行磁性参数测定, 而西侧出露的变质岩与迁安地区整个成矿带上的变质岩同属于迁西群三屯营组, 其物性参数基本一致。迁安地区磁铁石英岩的磁化率平均为620 337.67× 10-6 4π · SI, 剩余磁化强度平均为86 807.15× 10-3 A/m, 具有较高的磁性[16]。砂岩、片麻岩、斜长角闪岩等岩石平均磁化率为(4.71~16 304.41)× 10-6 4π · SI, 平均剩余磁化强度为(0.9~684.78)× 10-3 A/m, 一般为无磁性或弱磁性, 相比磁铁石英岩的磁性弱十几倍甚至数百倍[7]。因此, 地面高精度磁法测量在研究区航磁异常查证工作中具有良好的地球物理应用条件[17, 18]。

3 高精度磁测方法

本次地面高精度磁法测量所采用磁力仪为捷克PMG-2型质子磁力仪。针对高精度磁测的目的、异常规模和实地情况, 本次工作共布置了11条测线, 总长度14.6 km(图2)。在研究区西部采用100 m× 10 m网度布设1 km短测线6条, 0.3 km 短测线1条, 长度共计6.3 km; 在研究区东部采用200 m× 10 m网度布设2.5 km长测线3条, 后因冀C-2010-1604异常未被完全控制, 补测了0.8 km 的短测线E1600线, 长度共计8.3 km。测线走向均为20° , 磁测过程中由于河流、建筑物等原因加大了部分点距。

本次在高精度磁法测量工作中适当地布置了质检重复观测, 共布设5段质检测线, 质检率12.9%, 远大于规范要求(3%~5%)[19, 20]。经计算, 磁测质量检查均方误差ε =2.81 nT, 质量精度满足高精度磁测规范要求(< 5 nT)[19, 20], 工作质量可靠。

高精度磁测数据处理包括噪声计算、一致性计算、基点测定计算、测地成果数据整理、测地数据和磁测数据按点线号的套合、日变改正、Δ T计算、测地误差计算及磁测Δ T误差计算。在计算过程中生成项目的各项数据文件, 用以绘制Δ T剖面平面图和Δ T异常等值线。

根据各测点位置及其对应的Δ T值, 依据相应的比例尺进行数据转换后, 运用Mapgis软件, 由计算机自动绘制各测线位置、Δ T异常剖面曲线形态形成磁测Δ T剖面平面图。Δ T在图中的异常值比例尺为1 cm=4 000 nT(图2)。然后运用GeoIPAS软件, 由计算机自动对数据进行网格化, 网格化模型选用“ 克里格” , 随后用网格数据生成Δ T异常等值线(图3)。

图3 研究区高精度磁测Δ T异常等值线Fig.3 High-precision magnetic survey Δ T anomaly contours in the study area

利用MAGS3.0软件对E1400线拟合后的Δ T曲线进行了二度半联合反演拟合, 反演设定的磁参数为磁倾角57° 、磁偏角-7° 及磁化强度60 A/m。

4 高精度磁测成果及验证
4.1 磁测成果及解释推断

将磁测Δ T剖面平面图叠加到研究区地质简图上(图2), 通过本次磁测工作基本查明了区内磁异常的分布位置、规模、范围及形态特征, 地面磁法测量的正磁异常与查证的航磁异常高值区相吻合。

东部测区(冀C-2010-1604异常至冀C-2010-1606异常)范围内的地面磁测Δ T异常剖面平面图(图2)显示, E1000、E1200、E1400 3条测线所显示的异常较为复杂, 大部分磁异常表现为不规则跳跃, 均由地表磁干扰引起; 冀C-2010-1604异常900 nT曲线内的正磁异常较为规则, 且地表未见明显磁干扰, 推断磁异常由地下隐伏磁性地质体引起。E1600线所测得的结果显示, 该正磁异常未有效闭合, 异常存在向东延伸的可能性。冀C-2010-1606异常750 nT曲线内的正磁异常虽然不规则, 但地表未见明显磁干扰, 推断磁异常由地下隐伏磁性地质体引起。

西部测区(冀C-2010-1605异常)范围内的地面磁测Δ T剖面平面图(图2)显示, 航磁异常1 000 nT曲线范围内出现明显的高强磁异常带, 最高磁异常强度达到2 000~3 000 nT, 该强正磁异常带两侧明显呈现出南西侧正异常缓慢变小的特征, 而北东侧则陡降至负异常, 据此可推断地下隐伏磁性地质体的中心磁轴(即拟推断磁性板状体)的产状向南西方向下倾, 磁异常体埋深最浅处在该高磁异常带的下方。

从Δ T异常等值线(图3)可以看出, 冀C-2010-1604异常形态规则, 整体呈高背景, 椭圆状, 浓聚明显, 异常中心高于2 000 nT。异常呈NWW走向, 推断由磁性体引起, 异常宽度较大, 反映脉体较宽或缓倾。冀C-2010-1606异常北西方向虽未被完全控制, 但仍可看出其形态较规则, 背景值较冀C-2010-1604、冀C-2010-1605异常的背景值更低, 浓聚明显, 异常为NWW走向, 其规模较冀C-2010-1604、冀C-2010-1605异常更小, 地磁异常中心较航磁异常中心西移, 推断由磁性体引起, 但异常宽度较小, 推断脉体较窄或下延较小。

4.2 磁测剖面特征及验证

根据地面高精度磁法测量成果并结合研究区地质资料, 分别对上述3个航磁异常进行钻探验证。受地形等因素影响, 西部测区的验证钻孔未能布设在异常中心, 未见推测的磁性体, 东部测区的有效验证钻孔均见到了推测的磁性体。

从研究区E1400线综合剖面图(图4)可以看出, 异常整体为宽缓异常, 异常峰值强度相对高, 拟合后的异常曲线具有南缓北陡的特点, 推测隐伏磁性体向南缓倾。在异常峰值位置施工ZKE1400-1钻孔进行验证, 该钻孔在-80~0 m标高见到推测的磁性体, 编号为Ⅱ 矿带, 矿带真厚度35.13 m, 平均品位TFe(全铁)为28.24%, mFe(磁铁矿)为24.41%。推测Ⅱ 矿带在倾向及走向上具有一定的规模。

图4 研究区E1400线综合剖面Fig.4 Comprehensive profile of E1400 line in the study area

从研究区E1200线综合剖面图(图5)可以看出, 异常由于舍点等原因整体形态不完整, 呈宽缓、多峰、低强度、跳跃异常, 拟合后的异常曲线整体上呈南缓北陡的特点, 推测隐伏磁性体厚度小, 向南缓倾。选择拟合后的异常峰值位置施工了ZKE1200-1钻孔进行验证, 该钻孔在约-120 m标高见到推测的磁铁石英岩, 编号为I矿带, 矿带真厚度11.66 m, 平均品位TFe(全铁)为28.44%, mFe(磁铁矿)为23.64%。推测I矿带在倾向及走向上也具有一定的规模。

图5 研究区E1200线综合剖面Fig.5 Comprehensive profile of E1200 line in the study area

4.3 磁测反演拟合验证结果

研究区E1400线综合反演结果如图6所示。反演磁性体在剖面上呈板状— 透镜状, 具有两端尖灭的特征, 磁性体厚度约30~50 m, 顶部埋深约60 m, 南倾, 视倾角约40° , 磁性体延伸长度约400 m, 属品位较高的磁铁矿。反演的磁性体结果与钻探验证所见矿体的形态基本一致, 反演磁性体基本能反应引起磁异常的真实矿体的赋存状态[9、18、21] , 也验证了高精度磁法测量在寻找隐伏磁铁矿中的有效性。

图6 研究区E1400线综合反演结果Fig.6 Comprehensive inversion results of E1400 line in the study area

5 找矿潜力预测

冀东迁安地区磁异常与地表出露矿体在走向上有很好的对应关系, 地表出露矿体多位于正异常的高值区或正负异常交界处。异常带长轴由北西向南西方向呈现出NW向— SN向— EW向的变化趋势, 与迁安地区铁矿成矿带分布形态一致[3]。研究区位于迁安地区西南部, 该区域磁异常较稳定, 由多个异常带组成, 沿变质岩与盖层接触带呈向西南凸出的“ C” 型弧状分布, 强度高、梯度陡, 伴生有较大的负异常[5]。

根据本次高精度磁法测量反映的磁场特征及验证结果, 结合冀东迁安地区已知铁矿床(点)的成矿地质条件及地球物理特征, 确定迁安地区隐伏铁矿体的找矿预测综合信息, 如表1所示。

表1 迁安地区隐伏铁矿体找矿预测综合信息 Tab.1 Comprehensive information on the exploration and prediction of the hidden iron ore bodies in Qian’ an area

根据铁矿预测靶区圈定及分类原则[5, 22], 初步圈定了10个铁矿靶区(图7), 其中A类靶区2个(优先部署勘查工作)、B类靶区8个(可供部署勘查工作), 预测新增铁矿资源量1亿t, 具有较大的铁矿找矿潜力。

图7 迁安地区隐伏铁矿体找矿远景预测(据文献[5]修改)Fig.7 Hidden iron ore body prospecting prediction in Qian’ an area(modified after reference[5])

6 结论

(1)研究区磁异常主要由隐伏磁性体引起, 经钻探验证, 新发现了深部隐伏的铁矿体, 磁异常成果与验证钻孔所见的铁矿体位置对应较好, 能够正确的反映隐伏矿体的分布和空间特征。通过本次验证工作证明了应用高精度磁法测量在冀东沉积变质磁铁矿床地区寻找深部隐伏矿体具有良好的找矿效果。

(2)根据本次工作成果, 结合冀东迁安地区已知铁矿床(点)成矿地质条件及地球物理特征, 初步圈定10个铁矿靶区, 预测新增铁矿资源量1亿t, 具有较大的铁矿找矿潜力。

致谢: 本文得到了“ 河北省迁安市曹庄子一带航磁异常查证” 项目组成员的支持和帮助, 匿名审稿专家对文章的修改提出了宝贵意见, 在此一并致谢!

(责任编辑: 魏昊明)

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