磁法矿产预测

书书书第２３卷　第１期地　球　物　理　学　进　展Ｖｏｌ．２３　Ｎｏ．１２００８年２月（页码：２４９～２５６）ＰＲＯＧＲＥＳＳ　ＩＮ　ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＦｅｂ．　２００８磁法在我国矿产预测中的应用娄德波，　宋国玺，　李　楠，　丁建华，　阴江宁，　邹　伟（中国地质科学院矿产资源研究所，北京１０００３７）摘　要　磁法作为一种有效的辅助手段，在矿产预测中的应用已有多年历史．随着经济对资源需求的不断增加和找矿难度的加大，磁法在矿产预测中，尤其是在寻找隐伏构造和岩矿体方面变得越来越重要．本文综合叙述了磁法技术在矿产预测中的应用现状和应用方法，并对将来磁法技术在矿产预测中的应用前景进行了展望．关键词　磁法，矿产预测，ＧＩＳ中图分类号　Ｐ６３１　　　　　文献标识码　Ａ　　　　　文章编号　１００４２９０３（２００８）０２０２４９０８犜犺犲犪狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅犳犿犪犵狀犲狋犻犮犿犲狋犺狅犱犻狀狀犪狋犻狅狀犪犾犿犻狀犲狉犪犾狆狉犲犱犻犮狋犻狅狀ＬＯＵＤｅｂｏ，　ＳＯＮＧＧｕｏｘｉ，　ＬＩＮａｎ，　ＤＩＮＧＪｉａｎｈｕａ，　ＹＩＮＪｉａｎｇｎｉｎｇ，　ＺＯＵＷｅｉ（犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犕犻狀犲狉犪犾犚犲狊狅狌狉犮犲狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犌犲狅犾狅犵犻犮犪犾犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００３７）犃犫狊狋狉犪犮狋　Ａｓａｋｉｎｄｏｆｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｓｓｉｓｔａｎｔｍｅｔｈｏｄ，Ｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｍｉｎｅｒａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｆｏｒｍａｎｙｙｅａｒｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｄｅｍａｎｄａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ，Ｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｍｉｎｅｒａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｓｅａｒｃｈｉｎｇｂｕｒｉｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｏｃｋｂｏｄｙｏｒｏｒｅｂｏｄｙ）．Ｔｈｉｓｔｅｘｔｓｈｏｗｓｔｈｅｓｔａｔｕｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄｕｓｅｄｉｎｍｉｎｅｒａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ａｎｄｅｘｐｅｃｔｓｍｏｒｅｕｓｉｎｇｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊　ｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄ，ｍｉｎｅｒａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ＧＩＳ收稿日期　２００７０９１８；　修回日期　２００７１２２０．基金项目　全国重要矿产资源潜力预测评价及综合（１２１２０１０６３３９０１）资助．作者简介　娄德波，男，１９７９年生，中国地质科学院地球探测与信息技术专业博士研究生，研究方向为矿产资源评价．（Ｅｍａｉｌ：[e-mail]）０　引　言磁力勘探又称磁法勘探（简称磁法），它是通过观测和分析由岩石和矿物或其它探测对象磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源或其它探测对象分布规律的一种地球物理方法．磁力勘探具有轻便易行，效率高，成本低；工作领域广，不受地域限制，应用范围广的优点，因此是发展最早，应用广泛的一种地球物理勘探方法［１］．磁法在地质学上的应用始于１７世纪４０年代，瑞典人使用罗盘寻找磁铁矿揭开了人类磁法找矿的序幕［１］，目前世界上主要流行的航空磁力仪是加拿大生产的铯光泵磁力仪和中国生产的氦光泵磁力仪，这两种磁力仪发展最为成熟［２］．人们利用航磁视野宽阔，信息丰富，能够最大限度的获取地球内部信息和准确定位的特点，深入研究地球地表及深部地质体的磁性特征，从而在地球深部过程，地质构造研究，矿产资源勘查，区域地质调查和地质灾害监测方面有着广泛的应用．我国磁法勘查工作从２０世纪３０年代在云南开始，直到解放前，十多年间仅停留在科学实验阶段．全国解放后，我国的磁法工作得到了很大的发展．到１９８５年，磁测工作已经几乎覆盖全国，航线间距０．５ｋｍ到１０ｋｍ的有效覆盖面积内陆地区达到８８６万ｋｍ２，海域为１２０万ｋｍ２．目前我国存在着三支航空物探队伍，即国土资源航遥中心，核工业航遥中心和中国冶勘总局物勘院物化探中心［２］．在各种金属矿物探方法中，磁法投入的工作量最大，取得的效果也非常显著．多年来，用磁法寻找铁矿及其它金属、非金属矿都获得了很大的效益，如利用航磁发现的铁矿床占我国磁铁矿总数的８０％，像河北武安、安徽霍丘、云南大红山、新疆磁海和天湖等；在矿山的深部及外围找矿，如高精度航空磁测在大冶矿区的应用，以及在寻找其它矿产，如采用以磁法为主的地　球　物　理　学　进　展２３卷综合物化探方法寻找金伯利岩中的金刚石均取得显著的成果［３，４］．另一方面，在各种比例尺的地质测量中，磁法用来成功的圈定侵入体、火山岩体，研究各种地质构造以及大地构造分区方面也取得了丰厚的成果，如根据航磁资料提出的郯城庐江大断裂已为地质界所公认［５，６］，在鄂尔多斯盆地、中国中南地区、青藏高原中西部、松辽盆地北部火山岩、内蒙古阴山地区以及中国东北地区等开展的大范围的包括磁法在内综合物探研究在地质构造方面也取得了许多重要的结论，这为进一步寻找有利的含矿建造和含矿构造提供了依据［７～１４］．１　矿产预测概述矿产预测，亦称矿产资源潜力评价，是使用统计学的方法对一定地理空间范围内存在或可能存在的某种或某几种矿产资源的数量、质量和区位进行合理评估［１５］．作为矿产资源勘查中一项前瞻性和战略性工作［１６，１７］，矿产预测的主要任务是尽可能的搜集预测区的信息（包括地质、地球物理、地球化学、重砂和遥感等），在现代地质成矿理论指导下，根据各个学科自身的特点，对各种成矿信息进行提取解译，并使用先进的多元统计方法和计算机技术进行综合，从而确定成矿有利地段和靶区，并最终估算其矿床数和资源量［１８，１９］．基于国情不同，评价目的不同，各国的矿产预测方法也有差异．如美国的基于“根据矿床描述性模型圈定可行地段，矿床数估计，通过品位吨位模型估计资源量”的三步式矿产资源潜力评价［２０］；俄罗斯的基于“对象、标志、方法”三要素的“预测普查组合”法．在我国的主要矿产预测理论方法有基于将地质异常、成矿多样性和矿床谱系三方面结合起来的“三联”五步式矿产资源评价方法［２１，２２］，基于地、物、化、遥和重砂的综合信息矿产预测理论与方法［１５］，基于“特定四维时间、空间域中，由特定地质成矿作用形成的有成因联系的矿床的自然组合”的矿床成矿系列理论［２３］，基于“全位和缺位”的矿床类型的常量化理论［２４，２５］以及基于ＧＭＳ（地质模型系统）、ＤＳＳ（决策支持系统）和ＧＩＳ（地理信息系统）的潜在矿产资源评价方法［１７］．自上世纪七十年代以来，一些用来进行矿产资源潜力评价的数学模型也被不断的引入上面的理论方法当中，如用于定位预测的特征分析法，证据权法，模糊证据权法，逻辑信息法，神经网络法等，用于资源量预测的数量化理论Ｉ，品位－吨位模型法，地球化学块体法，体积法等，并且随着研究的不断深入，这些方法也正在不断地得以改进［２６，２７］．我国的矿产预测是一套非总合式矿产资源潜力评价，这就决定了我国的矿产预测为国家肩负着两个方面的使命，一方面是直接为地质找矿服务，即作为矿产勘查的前期工作，为找矿工作的合理规划和科学部署提供一批具有远景的工作区，从而能够使勘查资金用在最有希望的地区；另一方面通过摸清全国矿产资源潜力及分布，为研究制定国家矿产资源战略和国民经济中长期规划提供科学依据①．新世纪以来，随着经济发展对矿产资源的需求日益增加，资源短缺已经成为制约各国经济发展的重要瓶颈之一，解决资源的保障问题已经成为地质工作的当务之急．在这样的形势下，快速有效找矿新技术和新方法的创新和应用也成为必然，其中使用地理信息系统（ＧＩＳ）作为矿产预测的平台在资源评价中已经取得重大突破，与之相应的一批矿产资源评价软件也应运而生，如ＭＯＲＰＡＳ和ＭＲＡＳ等．并据此形成了一套具体可行工作方案，其工作流程图如图１所示［２８］．①陈毓川，严光升，叶天竺，等．全国重要矿产资源潜力评价及综合总体设计书，２００６，１～３（内部资料）．２　磁法在矿产预测中的应用通过对航磁资料分析（主要包括平面剖面图和平面等值线图）和对他们进行处理，这些处理包括化极（针对航磁），向上延拓，水平一阶求导，垂向一阶求导，垂向二阶求导，剩余异常处理，区化平以及其他转化处理等可以对航磁资料所反映的地质和找矿信息（尤其是在深部）有一个更为全面的认识．根据矿产预测的一般过程，物探资料主要应用在两个方面，一方面是用于基础地质构造研究，主要是识别有物性差异的隐伏、半隐伏构造（包括断裂构造、褶皱构造、火山构造、沉积盆地和接触蚀变带）、岩体（侵入岩体）和地层（火山岩地层、变质岩地层、沉积岩地层和结晶基底），对预测区的综合地质构造（尤其是隐伏地质构造）进行分析，从而参与成矿有利地段圈定，另一方面是作为异常找矿信息研究，为找矿远景区提供直接或间接的找矿标志（主要是指铁矿），从而参与靶区圈定和资源量估算．近几年来，磁法结合其它方法的使用，在我国矿产预测方面也取得了明显的效果．０５２１期娄德波，等：磁法在我国矿产预测中的应用图１　矿产资源预测评价工作流程略图Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｍｉｎｅｒａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ２．１　基础地质构造研究２．１．１　构造信息的提取断裂构造是最重要的一种构造类型，它不但是划分大地构造单元的重要界线，在成岩成矿过程中也是为导矿（岩）和容矿（岩）过程提供了通道和空间．断裂构造在航磁异常图上表现为多种形式．如不同磁场区的分界线往往是规模较大的断裂或断裂带，它们是划分大地构造单元的重要依据；磁异常梯度带往往是上下两盘发生错动，形成台阶状磁性体的断裂；串珠状磁性异常带往往反映存在有充填各种岩浆岩体的深大断裂；线性异常带（可以是正异常、负异常或正负交替出现的异常）往往反映具有明显方向的断裂；磁异常的突变带和错动带往往预示着断裂作用而形成的；雁行状异常带和放射状异常带往往是由于复杂的构造作用所形成的与岩浆活动有关的断裂带或破碎带，它们一般是中小断裂［２９］．以上各种类型的磁异常特征是提取构造信息的重要依据，磁场区分界线的中间位置或者以上各种磁异常的中间位置往往是断裂构造的中心线，可据此将构造信息提取出来．褶皱构造主要包括向斜、背斜和穹隆构造，它们是由于岩石受应力发生弯曲而形成的，也是一种重要的容矿构造，尤其是在它们的倾伏端、侧伏端以及核部更是有利的成矿部位．在航磁异常图中，只有当地层中存在磁性标志层时，褶皱构造才能在图上有所反映，否则不能提取褶皱构造．一般情况下，背斜在航磁异常图上其轴部表现为高的磁异常，而其两翼梯度较缓，一般不出现负异常；向斜的主要磁异常特征是两翼梯度变化大，向外出现负异常，而核部梯度变化缓．在实际情况下，还要具体问题具体分析，如盖层厚度，磁化方向等［１］．火山机构的地质结构虽然多种多样，但是所产生的磁异常形态和强度却大致相同，通常火山喷口相的岩石往往具有较高的剩磁，在火山口周围形成强度较大，具有一定分布规律的环状且有正负局部异常伴生的正磁场区或负磁场区，在磁场平面等值线磁场图中表现为圆状或椭圆状，当其熔岩未喷出地表，在火山颈形成玢岩，如具有很强的剩磁，则往往形成孤立分布的负磁异常或以负异常为主的磁异常，否则可能形成正异常，复式火山构造由多期火山喷发导致形成，在磁场图中多呈环中有环的嵌套式环状磁场特征．对于不同的火山构造，应采取不同的圈定方式，如裂隙式喷发的火山构造，可根据磁场等值线平面图上异常梯度带来圈定；圆形、椭圆形或复式中心式喷发火山构造，可根据磁场等值线平面图上环状磁异常的外侧梯度带来圈定；孤立分布的负磁异常或以负异常为主的磁异常反映的火山构造（可能为火山角砾岩筒），可根据磁场等值线平面图上磁异常梯度带来圈定［２８］．沉积盆地在磁场上表现为相对周围呈低缓的弱磁异常区、高背景场中的宽缓异常区或负磁场区．只有沉积盆地存在磁性基底时，才能圈定，否则，不能圈定沉积盆地．２．１．２　岩体信息的提取岩体信息的提取主要包括岩浆岩（侵入岩）和次火山岩体和部分变质岩（主要是正变质岩，磁性较强）．磁法配合以重力是有效识别侵入岩体、岩浆