用解析延拓求取剩余磁异常来圈定浅部隐伏磁铁矿脉

李建华，李春鹏

（中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南长沙 410083）

用解析延拓求取剩余磁异常来圈定浅部隐伏磁铁矿脉

李建华，李春鹏

（中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南长沙 410083）

剩余磁异常求取是一种对磁场强度进行化极，解析延拓后提取浅部磁性介质异常的高通滤波方法。对于处于强磁性围岩的磁铁矿脉来说，浅部磁铁矿脉的异常往往被大规模的磁性围岩所引起的异常所掩盖。磁场强度与场源到测点距离的平方（二度体）或者立方（三度体）成反比，进行向上延拓的时候，由浅部场源引起的高频异常衰减快，深部场源引起的低频异常衰减的慢，因此地面实测磁场去掉向上解析延拓后的磁场值，可突出反映近地表磁性体引起的高频异常。这里通过解析延拓求取剩余异常，实现浅部磁铁矿脉异常信息的提取，为寻找隐伏的磁铁矿脉提供依据。并且利用此方法在秘鲁共和国Morritos铁矿圈定隐伏磁铁矿脉，验证了剩余异常在大规模的高磁性围岩中寻找隐伏磁铁矿脉的应用效果。

剩余磁异常；解析延拓；隐伏磁铁矿脉；秘鲁；Morritos铁矿

0 前言

磁异常的各种处理转换方法，实际上就是各种滤波方法及其组合。总得来说，可以分为空间域处理和波数处理，具体包括插值、圆滑、网格化、延拓、求导数、分量转换、化极等。磁异常处理的一个重要研究方向是通过对磁异常弱、小信号的研究，来提高磁异常的分辨能力。地面磁测数据中弱小信号的分离，可以提取出弱磁性的21地质体，或者淹没于大规模磁性体中的小磁性体引起的磁异常，但这方面的工作尚未深入开展［1］。弱信号的提取对寻找闪长岩体热液交代型磁铁矿脉矿床具有重要的意义。

基于这点考虑，作者在本文提出了一种提取小的脉冲信号的方法。这种方法通过对地面实测数据进行解析延拓，计算出剩余异常，将浅地表脉状磁性体引起的异常信息分离出来，定性的认识近地表磁铁矿脉引起的异常，不受区域构造场、岩体引起的磁异常的影响。

秘鲁Moquewa省的Morritos铁矿是位于大规模闪长岩体中的热液交代类型的脉状磁铁矿脉利用解析延拓求取剩余磁异常在这里得到了成功的应用，为Morritos铁矿增加了可观的储量。

1 解析延拓剩余磁异常算法

对三度体，上半空间（z＞0）延拓的公式为［2～5］：

改用柱坐标表示：

式（2）可改写为：

其中：

积分可分为两步来计算，先求圆周上的平均值Za（φ，ρ），然后再求出ρ由0～∞积分值。

设式（3）中z为mh（m＝1，2，…，n），则式（3）变为：

为了求得Za（M0），可以先求出式（5）中ρ由ρ～ρi＋1范围内的积分，然后求和：

用式（3）计算向上延拓值时，可以利用方形网络结点上的异常值。若以点距作为所有长度的度量单位，并取：则可以算出上延高度h的延拓值。如果所选的取值点不再方形网结点上，还需再用一元高次插值公式内插出所需的异常值［6～12］。

向上延拓之后的磁异常压制了浅部的、局部的磁异常，着重反映区域性的、深部的磁性体引起的异常。对于强磁性围岩（如闪长岩）区域分布的磁铁矿脉来说，磁铁矿脉引起的磁异常往往淹没在强磁性围岩的区域性异常之中［13］。

为了提取浅部磁铁矿脉引起的磁异常，作者在本文提出对地面磁异常进行向上解析延拓，利用向上解析延拓后的磁异常对地面实测磁异常进行滤波，求取反映地表脉状磁性体的异常信息。

本方法在秘鲁共和国Morritos铁矿寻找隐伏矿脉中起到了重要的作用。

2 理论模型计算

2.1 正演计算

根据第一节中理论部份所涉及的方法，建立正演模型进行计算。模型是基于下文中提到的Morritos铁矿的成矿模型，来模拟低纬度地区闪长岩体中的脉状磁铁矿脉的磁异常特征。

通过解析延拓求取剩余磁异常的方法，提取出“淹没”在大规模闪长岩体引起的磁异常中的线性磁异常。模型中用球体来模拟闪长岩体，用板状体来模拟脉状磁铁矿脉。模型参数设置如下：

（1）地磁参数：磁偏角为－2.2°；磁倾角为－9.9°。

（2）球体模型：直径为800m；磁化率为0.5SI；顶部埋深为－100m。

（3）板状体模型：长度为400m；高度为30m长度为400m；走向：N45°；W倾向：南西；倾角为60°；磁化率为1SI；顶部埋深为－5m。

下页图1（a）为建立的模型平面投影图，其中AB线为穿过二个模型中心位置的一条虚拟测线通过正演计算，可分别得出板状体、球体、球体板状体组合模型的磁异常特征（见下页图1中的（b）（c）、（d））。板状体的磁异常为正负异常伴生的条带状脉冲异常，异常梯度大，形态窄、陡。负异常对应在正异常的南边，在正异常的北边没有负异常的出现。正负异常交界的位置反映了板状体顶部埋深的位置，负异常为板状体倾向的位置。

球体在南半球低纬度地区的异常特征为：正负异常伴生，正异常在负异常的北边，异常的梯度小异常值大；负异常的绝对值大于正异常。本例中的模型正异常达到650nT，负异常达到－1 700nT主体异常为负异常，模型中心位置位于负异常一侧（见下页图1（c））。下页图1（d）为球体模型和板状体模型的综合磁异常反映。从图1中可以看出，由于板状体所引起的磁异常范围小，幅度小，淹没在异常图中不容易分辨。在野外实际工作中，这个问题更加严重，因为浅部磁性体的干扰加剧其分辨难度（这点可以通过在下文中提到的实例中看出）。

图2（见后面）为虚拟测线AB的磁异常剖面图，从图2中可以看出，板状体所引起的脉状磁异常，只是在大的球体异常上出现的小脉冲。

2.2 解析延拓求取剩余磁异常

为了在大规模强磁性体中提取出小的、浅部的板状体的磁异常，可利用解析延拓求取剩余磁异常，见后面图3。由于板状体模型的顶部埋深为－5m，因此选择10m作为解析延拓的高度，来计算剩余磁异常。在实际野外数据处理过程中，为了压制浅部干扰信号，可以适当地增加上延的高度。

从图3中所示（见后面）的平剖图可以看出，通过求取剩余磁异常，板状体引起的磁异常被有效的分离出来。异常呈条带状分布，异常形态与图1（b）中板状体正演的异常形态一致。剩余磁异常的求取有效地压制了区域性异常，突出了浅部板状体的异常。而且通过提取剩余异常信息，可以比较准确地确定板状体顶部埋深的位置以及倾向。

3 Morritos铁矿地质概况

3.1 区域地质

秘鲁位于太平洋板块和美洲大陆板块的碰撞带上，海岸带是碰撞形成的海岸岩基，长几千公里，主要由安山岩、闪长岩等中性、中性偏酸性的火成岩组成。海岸岩基往东为著名的安第斯山脉，是强烈的构造挤压带，是金、银、铜、铅、锌、钼等金属最有利的成矿地带。秘鲁中部是安第斯山的东坡，出露古生界和元古界的地层，由浅变质和中高变质岩构成，继续往东便是新生代地层的沉积区。上述地层及构造分带以北北西向为主，和海岸线基本平行。Morritos铁矿区地处秘鲁南部，离海岸直线距离约10km，位于海岸岩基中部的一个闪长岩岩体中。该岩体出露约为15km×10km的范围，其余较多地带被第四系冲积物和凝灰岩所覆盖，北部出露有侏罗系地层。可推知该区出露的岩体仅是规模巨大的海岸岩基的极小一部份。闪长岩岩基侵入的年代为晚白垩世（Ki－gd/di），莫里多铁矿的形成是与这个闪长岩岩体有直接关系。

3.2 矿床地质

Morritos铁矿区与周边地区均属于一个中性岩体，岩性为闪长岩，岩石为细晶结构，矿物成份为：①斜长石（plagioclasa）：55%；②正长石（ortosa）：15%；③石英（cuarzo）：10%；④角闪石（horn－ablenda）：6%；⑤黑云母（biotuta）：7%；⑥磁铁矿（magnetita）：1%～3%。

图1 模型磁异常图Fig.1 Magnetic map of the model

该岩体新鲜面上看是灰白色的，风化之后为浅褐红色。靠近矿脉部份的岩石新鲜面为浅绿色，可能是含有少量辉石的缘故。另外靠近矿脉的岩石磁铁矿含量增加，即使肉眼看不到磁铁矿颗粒，但仍可用磁铁吸起5cm的岩芯细块，可见围岩含有较多细颗粒的磁铁矿。

从区域上看，该闪长岩岩体的主理面走向为北～北西方向，倾向西偏南，倾角约55°～80°，矿体的走向、倾向、倾角也和岩体主理面基本一致。已发现有0.3m厚以上的矿脉二十多条，其中厚度达到1.0m以上的约有十条。矿脉地表露头长度从100m～1 500m不等。矿体多呈脉状和扁豆状铁矿石为灰黑色、褐黑色中厚层～厚层状，致密块状，大多具强磁性。有一部份铁矿脉是团状和角砾状，含有细岩脉（宽度小于1cm），以长石质、石英质、方解石质为主。另外还有不少风化后见到孔雀石，显然铁矿脉中含有铜矿物。矿脉和围岩的接触大多数分界明显，但也有部份为渐变过渡。

矿脉主要以隐晶质块状磁铁矿组成，还含有磁赤铁矿、针铁矿等。有些地段见有长石、石英等细脉穿插到铁矿中。一般矿脉耐风化而凸起地表，看上去如黑色的岩石一样；有些地段矿脉风化后呈红、黄、褐等杂色，有次生方解石、高岭土、石膏等。根据上述情况分析，可认为Morritos铁矿的矿床类型是岩浆晚期贯入式矿床，与浅成闪长石有关，局部有后期发生热液蚀变现象。铁矿床主要形成于晚白垩世。

4 地球物理特征及异常推断

4.1 岩矿石物性特征

作者在矿区不同位置共采集了54块岩矿石标本进行测定，分别取平均值，岩矿石磁化率测定结果见表1。由表1可以看出，矿区闪长岩体具有磁性，其磁化率范围为5×10－5SI～27×10－5SI，磁铁矿标本的磁化率为146×10－5SI～238×10－5SI。可见，虽然闪长岩具有一定的磁性，但与磁铁矿相比，二者具有很大的差异。磁铁矿和其围岩具有数量级的物性差异。

图4 Morridos铁矿地理位置及交通图Fig.4 Location and transportation map for Morritos iron ore

表1 Morritos铁矿岩矿石标本磁化率测定表（单位：10－5SI）Tab.1 Magnetic susceptibility for specimens of ores and rocks in Morritos Fe deposit

4.2 剩余磁异常特征及隐伏矿脉的预测

测得的磁异常经过手工畸变点的剔除，并进行低通滤波工作，将高频干扰滤除。测区地形较平坦，最大高差约20m，适合解析延拓方法的应用。

浅部磁异常为经过化极、解析延拓，剩余异常求取等计算工作，去除深部异常的影响，突出反映浅部脉状磁性体的异常。在图5和下页图6中，黑色粗实线表示已知矿脉的位置。

图5为实测磁异常结果，从图5可以看出，矿脉位置与磁异常对应并不好，磁异常并未直接地反映出已知矿脉的信息，负异常的范围基本上反映了区内闪长岩体的位置。通过解析延拓求取剩余异常获得滤波后的异常图，见图6。

从图6可以看出，解析延拓剩余异常图中出现了脉冲状的磁异常，异常特征是：异常梯度大，范围窄，呈脉冲状分布，垂直勘探线方向呈连续分布，异常值高，约有几百nT。磁异常分布基本与已知矿脉的位置重合。由此可见，已知矿脉与磁异常对应非常好，剩余异常平剖图中正异常峰值的连线为矿脉顶部的位置。另外，通过正演计算，这样的磁异常特征是南半球向南倾的磁铁矿矿脉引起的异常这与实际非常的吻合。

通过分析计算，结合已知矿脉与剩余异常的关系，推断了十八条可能的隐伏磁铁矿脉。见图6其中黑色虚线表示预测的隐伏磁铁矿脉。预测隐伏磁铁矿脉编号为YF1－YF18。并且在部份矿脉上建议了七个勘察钻孔，对磁法预测隐伏矿脉进行预测。钻孔位置为：

建议钻孔1（浅孔）：306144，8019351建议钻孔2（浅孔）：306195，8019314

建议钻孔3（浅孔）：306125，8019483建议钻孔4（浅孔）：306232，8019430

建议钻孔5（浅孔）：306085，8019742建议钻孔6（浅孔）：306372，8020385

建议钻孔7（浅孔）：306637，8020291

针对预测矿脉，作者进行了详细的地质踏勘和槽探工作，预测矿脉YF3、YF4、YF9、YF10、YF11 YF12、YF13、YF14、YF15、YF17、YF18都发现了磁铁矿露头。并在建议钻孔6和建议钻孔7都发现了磁铁矿脉，见矿深度约12m，厚度约25m。

图5 Morritos铁矿磁异常图Fig.5 Reduction to pole map of Morritos Fe deposit

图6 Morritos铁矿剩余磁异常图Fig.6 Residual anomaly map for Morritos Fe deposit

5 结论与建议

（1）解析延拓剩余磁异常是一种有效的磁异常高通滤波方法，提出的异常分辨率高，信噪比强。

（2）解析延拓剩余磁异常对深部的、区域性的磁异常进行了压制，有效地反映了近地表的磁异常特征，通过在Morritos铁矿的应用，这种方法有效地发现了十几条隐伏的磁铁矿脉，为秘鲁Moquewa地区的Morritos铁矿增加了可观的储量，实际应用效果良好。

利用解析延拓求取剩余磁异常还需要做更多的理论工作，如反演计算等。

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book=63,ebook=63

1001—1749（2012）03—0288—07

P 631.2

A

10.3969/j.issn.1001－1749.2012.03.09

李建华（1983－），男，陕西榆林人，博士，主要从事磁异常转换及反演算法及应用方面的研究。

国家自然科学基金（40827002）

2011－11－22改回日期：2012－02－22