磁异常推断解释在寻找铜镍矿床中的作用
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【摘 要】 磁异常的推断解释的任务，一是正确判断引起磁异常的地质体的性质，二是确定其磁性体的空间位置和几何参数，这两点对应用磁法勘探寻找有用矿产至关重要。本文以吉林省桦甸市二道沟矿区为例，通过磁测异常资料和磁性、地质资料的分析研究，推断出是由铜镍矿床引起的磁异常。利用磁场空间分布法判断矿体的埋深，复变函数求奇点的定量计算方法，求得矿体的空间位置，用选择法进一步推算，经过反演到正演这一解释过程，得到了比较符合实际的解释效果，为矿区布置探矿工程起到了指导作用。
【关键词】 磁异常 推断解释 铜镍矿
1 矿区地质背景
吉林省桦甸市二道沟矿区出露的地层主要有上古生界变质岩系，其次为新生界变质岩系。因辉发河断裂的平移运动而受牵引，形成了呈向北西突拱的二道甸子—漂河川弧形褶皱。断裂构造主要有漂河川断层、寒葱沟断层、蛇岭沟断层等断层，断层围绕弧形构造呈放射状分布，均系正断层。这些构造对漂河川基性岩带的产状起控制作用。
区内岩浆活动强烈，岩浆岩颇发育，华力西期基性、超基入体成群出露。其侵位类型有两种：层控和裂控。裂空基性岩体含矿，层控基性岩体不含矿。矿区内规模最大的含矿基性岩于西段。岩体出露长约1440米，平均宽74米，平面形态为膨缩多变波状弯曲的条带状，剖面形态为倾斜的漏斗状，属线型岩体，总体走向284度，与围岩接触界面清楚。岩石类型为斜长辉石岩、角闪辉长岩。围岩属二迭系下统大河深组黑云石英片岩段，以黑云石英片岩为主，分布于基性岩体两侧。
矿体赋存于基性岩体下部，形态为陡倾斜的似板状，其产状和基性岩体产状相一致，长轴方向与基性岩体走向相同，倾向南西，向深部岩体变窄而尖灭。矿石中金属矿物有：磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿等。
2 地球物理特征
为了研究磁异常，对矿石，超基性、基性岩体及围岩的岩性进行了磁参数测定，测得的数值见（表1）
从上表可以看出，该区内岩（矿）石的磁性特征如下：（1）铜镍矿石的磁性最强，超基性岩有磁性，但是二者的磁化率（K）和剩余磁化强度（Jr）都相差较大。（2）基性岩和作为基性岩的围岩的黑云母石英片岩均无磁性。
由此，为应用磁法直接寻找铜镍矿，提供了物理依据。
3 磁异常推断解释
3.1 磁异常定性分析
通过该区1：5000的磁测，得到了长条状的磁异常。分布于基性、超基性岩体之上，其走向与岩体走向基本一致，分布范围比其基性和超基性岩体小。
磁异常走向近东西，分布范围以100nT等值线圈定，长约600米，宽40-120米。正异常的高值区，主要分布在近东西向两端，异常强度最大值为1300nT，磁场水平梯度变化较大，从南北方向看，等值线基本是对称的，表明磁性体产状较陡。
异常区中部，梯度变化较小，等值线稀疏，磁场强度比两端小，约在200nT左右。
在异常区东部北侧，有较明显的负异常，可认为是磁性体受斜磁化的反映。
从整个等值线分布情况看，异常为狭长二度异常。
基于上述特征，可大致判断出磁性体的产状要素，呈东西走向，产状陡，两端埋深不大，中间埋深较大的板状体。
从物性参数表一中可看出，引起该区磁异常的原因有二，一是铜镍矿，二是斜长灰石岩。由矿床学可知，铜镍矿床主要与基性、超基性岩有成因联系，基性、超基性岩体即是矿体的围岩，又是它的母体。矿石的矿物成分和围岩的矿物成分基本相同，当岩体内的有用矿物富集到一定规模时，就形成为矿体。矿体和岩体中都含磁黄铁、镍黄铁矿、磁铁矿等磁性矿物，只是铜镍矿中含量多，岩体中含量少而已。
该磁异常是由超基性岩体引起，还是由矿体引起，若是斜长辉石岩引起，磁异常的分布范围应与斜长灰石岩的分布范围吻合；但从磁测结果和掌握的地质资料看，它们并不吻合。在异常区的西侧和东侧，其磁异常的幅值已很小或接近正常场，斜长灰石岩还存在。
用磁参数估算引起磁异常的垂直分量。斜长辉石岩的K=210 （4π×10-6SI），Jr=350（10-3A/m），设ji与jr方向一致，当地Zo=0.46奥斯特，Z=2π（k×Zo+jr）=283nT，故可认为300nT以上至1300nT的磁异常，不是斜长辉石岩引起，而是由铜镍矿引起的。
3.2 定量解释
为了避免地形影响解释结果，采用磁场空间分布法，复变函数解析法，选择法等不受地形影响的方法，进行定量计算。
3.2.1 用磁场空间分布法判断矿体埋藏深度
将ΔZ磁异常最大值ΔZ1m向上延拓40米计算，得到ΔZ2m，利用ΔZ1m和ΔZ2m|计算，可得到磁性体的埋深。
3.2.2 用复变函数求奇点的方法，求板状体两端点的位置及产状要素
用复变函数计算磁性体的产状，只需对复场强做一次倒数变换，则1/T=0就是复变函数Z的一次、二次或更高次的多项式，这些多项式的各幂次的系数可由Z和H值确定。方程式的1/T=0的根，就是奇点的座标。[2]
对于任意磁化，有限延伸薄板状体，复场强的倒数为：
（a）
式中：C0，C1，C2为复常数，对一定磁性体是固定的。只要求出多项式C2+C1Z+C0=0的两个根，就可以求出薄板状磁性体两个端点的位置。
（1）由Za曲线求Ha。
在Za剖面上选取18、20、22三个点，用等间距权系数计算法，将该三个点进行ZaHa转换，其计算式为：
其中：a1--------an为权系数，从教科书上可查到。
（2）建立复坐标系。
以18号点为原点，虚轴y向下为正，用x表示实轴建立坐标系。复平面上任一点坐标为Z=x+jy
（3）求复常数C0，C1，C2
由公式求出x0，x1，x2.各点的Ei，Fi值。
将公式（a）的实部虚部分开有以下关系式：
Ei=a2x2+a1x+a0 Fi=b2x2+b1x+b0
取x0为原点，x1—x0：20米，x2——x0：40米。由此公式可求得：a0，a1，a2，b0，b1，b2
（4）计算薄板磁性体上下端点的位置。
方程式C2Z2+C1Z+C0=0的根为τ=ξ+jη=
τ1=ξ1+jη1表示薄板状体上端点，τ2=ξ2+jη2表示薄板状体下端点。
由上面的：a0，a1，a2，b0，b1，b2带入公式就可得到端点坐标：
ξ1=23 η1=20 ξ2=-27 η2=146
（5）计算磁性体的延长2L，倾角β，磁化强度J的大小及与磁性体夹角γ。
2L==136米
利用曲线特征点求得b==7米
由4bjsinβ==69270.3
算得：j=2668（10-3A/m）
根据上面计算出的产状要素，就得到了矿体断面的几何模型，见图1。
3.2.3 用选择法求矿体的几何参数和磁性参数
将上面得到的参量作为初始值，把有限延伸倾斜薄板的计算公式，编成计算应用程序，由计算机进行正演计算。经过多次计算的理论曲线与实测曲线的拟合，达到基本吻合，得到的参数值作为选择法最后的解。矿体上端水平宽2b=14米，埋深h=17m米，下端深H=146米，
矿体倾角β=102°，磁化强度J=3300（10-3A/m），矿体与磁化方向夹角γ=40°。
经过钻探验证结果看，对磁异常的解释是接近实际的。用同样的方法，对其他磁测剖面进行解释，就得到了整个矿区的矿体分布情况。
4 结语
（1）本矿区磁异常是比较典型的二度铜镍矿体产生的磁异常，通过对其解释，为进一步地质找矿提供依据，也验证了在多种解释方法中，选择的推断解释方法的有效性。（2）复变函数求奇点方法，是用数学工具来研究磁异常与磁性体赋存状态间的关系，适用于倾斜磁化简单规则形体的磁异常定量解释，可以解决其他方法不易解决的板状磁性体下端的位置.是解决二度体问题的有效手段。但在计算中，需要ΔΖΔΗ转换，且计算也比较复杂，要求计算精度高。（3）选择法利用了整条磁场剖面曲线进行解释，资料利用的充分，个别受歪曲的点，对解释结果影响不大；计算参数较全，能计算任意形状的磁性体。但是这种方法有多解性。
利用这两种方法计算磁性体模型，可以起到互相完善的作用，从而得到更可靠的的解释结果。
参考文献：
[1]管志宁.地磁场与磁力勘探.地质出版社，2005.
[2]地面磁测资料解释推断手册.地质出版社，1979.