大比例尺航空物探在勘查中的應(yīng)用——以加拿大新斯科舍省悉尼銅鉬多金屬礦為例

吳彥飛，高珍權(quán)，高小光，馬 遠(yuǎn)

（1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所 礦床地球化學(xué)開(kāi)放研究實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550002；3.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012）

大比例尺航空物探在勘查中的應(yīng)用
——以加拿大新斯科舍省悉尼銅鉬多金屬礦為例

吳彥飛1，3，高珍權(quán)1，2，3，高小光3，馬 遠(yuǎn)1，3

（1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所 礦床地球化學(xué)開(kāi)放研究實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550002；3.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012）

簡(jiǎn)要介紹了加拿大航空物探發(fā)展的現(xiàn)況，并以新斯科舍省悉尼銅鉬多金屬礦為例，介紹了大比例尺航空物探在勘查中的應(yīng)用及取得的成果。通過(guò)收集礦區(qū)區(qū)域航磁以及部份地段的地面高磁，以資料的處理、融合、分析為手段，以地質(zhì)為依據(jù)，利用已經(jīng)掌握的地質(zhì)規(guī)律，建立測(cè)區(qū)內(nèi)可能有的幾種地質(zhì)模型及地球物理模型，劃分出礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、巖體，并圈定了有價(jià)值成礦的靶區(qū)，為地質(zhì)勘查和找礦提供了幫助。

大比例尺；航空物探方法；航磁異常

0 前言

目前常用的航空物探方法有磁、電磁、重力和伽瑪能譜測(cè)量，構(gòu)成對(duì)地探測(cè)技術(shù)的重要組成部份。當(dāng)前有能力從事大比例尺航空物探測(cè)量工作的只限于美國(guó)、加拿大、澳大利亞、中國(guó)和俄羅斯等國(guó)。

航空物探具有效率高、成本較低、便于大面積工作、探測(cè)深度較大等優(yōu)點(diǎn)，是基礎(chǔ)性和公益性地質(zhì)調(diào)查、戰(zhàn)略性礦產(chǎn)勘查的重要手段，也是地質(zhì)勘查現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。缺點(diǎn)是受飛機(jī)性能的限制，有些地區(qū)難以保證低飛高度，并且需要有高精度的導(dǎo)航、定位設(shè)備。

1 加拿大航空物探發(fā)展現(xiàn)況

航空物探開(kāi)始于二十世紀(jì)三十年代。自1950年第一臺(tái)航空電磁儀在加拿大試用成功以來(lái)，各種航空物探方法相繼迅速發(fā)展。

1993年加拿大High－Sense物探公司研制出了一套輕便型直升機(jī)小型化航磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：磁力儀、LCD信息顯示器和導(dǎo)航指示器、探頭、GPS接收天線、雷達(dá)高度計(jì)和吊艙，總重量不到45kg，可安裝在Bell206B小型飛機(jī)上或更小的飛機(jī)上，無(wú)需儀器操作員。1994年加拿大的Geotech公司研制出了一套航空物探多參數(shù)綜合測(cè)量系統(tǒng)，這是一套小型化、多功能、高靈敏度、數(shù)字化、多頻率的直升機(jī)電磁儀、磁力儀和能譜儀的綜合系統(tǒng)。整套系統(tǒng)包括4.8m長(zhǎng)吊艙、三頻電磁儀、磁力儀和GPS導(dǎo)航定位儀等，共重90kg。由于這套系統(tǒng)的高度自動(dòng)化、智能化，不需空勤操作員操作，在野外進(jìn)行航空測(cè)量時(shí)，飛機(jī)駕駛員操縱飛機(jī)沿設(shè)計(jì)測(cè)線飛行就可以了。加拿大一直是世界航空物探技術(shù)發(fā)展的中心，雖然最近幾年不太活躍，但技術(shù)實(shí)力一直處于世界領(lǐng)先水平。

2 地質(zhì)概況

2.1 礦區(qū)簡(jiǎn)介

悉尼銅鉬礦，位于加拿大東部新斯科舍省悉尼市西南18km處。該礦床十九世紀(jì)末被發(fā)現(xiàn)，已有一百多年的勘探歷史，但從上世紀(jì)九十年代才展開(kāi)系統(tǒng)深入勘探工作。前人對(duì)該礦床的研究，主要集中在礦床成因方面，如 Hollister等（1974）、Lynch等（1997）、John等（2007）等學(xué)者均認(rèn)為該礦床的形成與斑巖型和淺成低溫?zé)嵋旱V床成因非常相似。

2.2 區(qū)域地質(zhì)概況

悉尼礦床大地構(gòu)造位置在北美大陸中部阿拉巴契亞褶皺帶東端，區(qū)域上處于加拿大阿巴拉契亞阿瓦隆臺(tái)地前寒武紀(jì)火山巖～深成巖帶內(nèi)。該帶自新伯倫斯克南部，沿新斯科舍省中部，經(jīng)布列塔尼角，達(dá)紐芬蘭南部，最終延伸到阿瓦隆半島。帶內(nèi)前寒武紀(jì)巖石由晚哈德瑞紀(jì)（約620Ma）火山巖系列的流紋巖、英安巖、玄武巖熔巖流、凝灰?guī)r及少量火山碎屑巖組成，被大型同時(shí)代成份復(fù)雜的侵入巖（西部）侵入，侵入巖為閃長(zhǎng)巖及花崗巖成份。

Keppie等（1991）通過(guò)分析該地區(qū)火成巖巖套的巖石學(xué)特征，認(rèn)為悉尼礦床所在的火山～侵入巖帶形成于大陸邊緣火山／侵入巖弧，是元古代向西傾斜的消減帶形成的，而這些帶可能被視為類似于古老的安第斯山式的大陸邊緣構(gòu)造。

2.3 巖性特征

工作區(qū)出露的侵入巖主要為古生代（未分）的閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖，在區(qū)域上呈巖基～巖株?duì)町a(chǎn)出，分布于工作區(qū)東南部，面積為15km2，占工作區(qū)總面積35%，與coxheath組火山地層呈侵入接觸關(guān)系。席狀輝綠巖脈在工區(qū)較發(fā)育，脈寬一般2m－3m，大者可達(dá)5m，多以北北東向成群出現(xiàn)，另有輝長(zhǎng)巖和流紋斑巖、花崗斑巖脈稀疏分布。在工作區(qū)西南部coxheath山一帶分布有閃長(zhǎng)巖與石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，二者呈漸變過(guò)渡關(guān)系。巖石以中細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主，靠近c(diǎn)oxheath組地層接觸帶附近巖石粒度明顯變細(xì)，呈細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，并發(fā)育有冷凝邊和圍巖捕擄體。巖石主要由斜長(zhǎng)石70%－75%、鉀長(zhǎng)石10%－15%、石英5%－10%、黑云母10%－15%組成。在工作區(qū)南部分布有花崗閃長(zhǎng)巖，與閃長(zhǎng)巖或石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖呈侵入接觸關(guān)系。巖石以中粒結(jié)構(gòu)為主，巖石主要由斜長(zhǎng)石55%－60%、鉀長(zhǎng)石15%、石英20%－25%、黑云母、角閃石5%組成。

3 大比例尺高分辨率航空磁法

本次航測(cè)測(cè)量由加拿大Aeroquest公司于2010年9月23日到9月26日完成。該方法是一種以找礦為目的，集直升機(jī)1∶10 000以及以上大比例尺航空物探測(cè)量，數(shù)據(jù)處理，解釋為一體的技術(shù)手法［6］。

3.1 直升機(jī)測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量效果

采用國(guó)際先進(jìn)領(lǐng)先的吊艙式直升機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，在該區(qū)完成1∶10 000高精度航磁測(cè)量約40km2。實(shí)際飛行測(cè)網(wǎng)疏密度為50m±3m（50×50單元格）、平均飛行高度為20m～40m，磁測(cè)總精度優(yōu)于1nT，基站磁力儀分辨率為0.1nT，平面定位誤差小于2m，高度誤差小于5m。真正實(shí)現(xiàn)了“大比例尺、低飛行高度、高精度”（見(jiàn)圖1）。

圖1 航空物探Fig.1 Airborne geophysical

3.2 磁力△T異常平面圖

經(jīng)IGRF計(jì)算出工作區(qū)中部2010年TMI背景值為52 490nT；地磁偏角為－19.1°，地磁傾角為68.3°。根據(jù)航磁異常修正本區(qū)TMI背景值為52 200nT。從航磁等值線上可以看出，本工作區(qū)航磁異常幅值在998nT（max：52 778nT，min：51 780nT）。TMI擾動(dòng)變化強(qiáng)烈的區(qū)域位于工作區(qū)中部，主要由二大塊面異常和多條呈北東南西向條帶狀異常組成，是找礦重點(diǎn)區(qū)域。

3.3 航磁異常處理

航磁異常測(cè)量數(shù)據(jù)是不同深度、不同形態(tài)、不同規(guī)模的磁性地質(zhì)體磁場(chǎng)信息，在觀測(cè)面上的綜合反映結(jié)果。各種磁異常項(xiàng)目疊加、干擾，使得某些具有一定地質(zhì)意義的異常變得復(fù)雜，在原始圖件上很難識(shí)別。對(duì)于有價(jià)值異常的分析篩選，不僅考慮到淺部高頻磁異常信息的分離、提取，對(duì)于深源引起的弱緩異常信息應(yīng)予以重視。

位場(chǎng)轉(zhuǎn)換處理技術(shù)，是航磁異常解釋推斷方法的重要組成部份。該技術(shù)對(duì)于發(fā)現(xiàn)并圈定磁異常，以及篩選礦致異常起到十分重要的作用。通過(guò)對(duì)航磁資料進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理的主要目的包括三個(gè)方面：①減小或消除斜磁化的影響，通常進(jìn)行化極處理；②提取淺部磁性體引起的高頻異常信息；③壓制淺部信息、突出深源低頻磁異常信息。為了能夠比較準(zhǔn)確地提取淺部及深部礦致異常的信息，作者在工作區(qū)進(jìn)行了航磁TMI化極垂向一階導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)換處理，航磁異常傾斜梯度及其水平導(dǎo)數(shù)的轉(zhuǎn)換處理，以及航磁剩余異常轉(zhuǎn)換處理，并編制了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換處理圖件（見(jiàn)圖2）。

3.3.1 剩余異常處理

航磁TMI剩余異常處理主要，是為了發(fā)現(xiàn)和查明新的隱伏磁性體，以便于對(duì)異常作出正確全面的評(píng)價(jià)。常規(guī)剩余異常的提取方法，通常分為頻率域和空間域兩大類。①頻率域方法通常有：不同高度延拓場(chǎng)場(chǎng)差值、余弦鑲邊濾波、橢圓方向?yàn)V波、區(qū)域?yàn)V波以及小波變換等方法；②空間域方法主要有：多項(xiàng)式擬合法、滑動(dòng)平均法、非線性曲率濾波等方法。

空間域非線性曲率濾波方法，是求取剖面測(cè)線位場(chǎng)趨勢(shì)和剩余異常比較有效的方法之一。該方法是根據(jù)磁異常曲線曲率的變化，進(jìn)行非線性迭代逼近，逐步擬合區(qū)域異常，然后與原始異常相減，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)異常的提取。利用空間域非線性曲率濾波方法，可以有效地提取指定波長(zhǎng)的剩余磁異常，消除背景異常的影響，從而達(dá)到突出由淺部磁性體產(chǎn)生的高頻磁異常的目的。這里我們選用延拓的方法求取剩余異常（見(jiàn)下頁(yè)圖3）。

3.3.2 向上延拓

隨著上延高度的增加，體積小、埋藏淺的地質(zhì)體的異常衰減很快，而體積大、埋藏深的地質(zhì)體異常衰減較慢，故上延計(jì)算可壓制淺部干擾，突出深部和有規(guī)模的地質(zhì)體異常，淺部干擾和沒(méi)有地質(zhì)意義的異常上延后會(huì)消失，深部場(chǎng)源有地質(zhì)意義的異常上延后會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。向上延拓磁力異?？煞治霎惓?chǎng)的特征，以了解區(qū)域構(gòu)造特征。同時(shí)，對(duì)于一些巖體的規(guī)模、形態(tài)、埋藏位置可以做出定性判斷，為解釋提供依據(jù)（見(jiàn)下頁(yè)圖4及后面圖5）。

3.3.3 向下延拓

向下延拓具有不適定性，在采取必要的措施后，向下延拓突出了異常的細(xì)節(jié)，會(huì)使深部異常體在地表產(chǎn)生的微弱異常突出出來(lái)。作者在該工區(qū)進(jìn)行了化極異常下延20m處理（如后面圖6所示）。

3.3.4 歐拉反褶積處理

磁源深度是磁測(cè)資料解釋的一個(gè)重要參數(shù)。歐拉反褶積處理是一種快速的反演方法，它不需要對(duì)地質(zhì)模型作任何假設(shè)，也無(wú)需對(duì)磁測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行化極處理，關(guān)鍵在對(duì)構(gòu)造指數(shù)的選?。ㄒ?jiàn)后面圖7）。

圖2 悉尼航磁TMI平面圖Fig.2 Sydney aeromagnetic TMI planar graph

圖7 磁性體深度平面圖Fig.7 Magnetic depth plane figure

3.3.5 SPI處理

場(chǎng)源參數(shù)成像（SPI）是由Geosoft公司的oasis montaj軟件提供的，一個(gè)快捷有效且功能強(qiáng)大的類是歐拉反褶積方法，自動(dòng)反演異常體邊界更加圓滑（如下頁(yè)圖8所示）。

本工區(qū)航磁勘探是面性勘探，異常劃分和異常解釋主要根據(jù)磁力TMI異常平面圖、磁力化極異常平面圖、延拓異常平面圖、磁源等深平面圖和磁源界面等值線圖為主要資料，并結(jié)合航電EM的成果圖，進(jìn)行異常的綜合評(píng)價(jià)研究工作。

在航磁Tmi等值線圖上，航磁異常強(qiáng)度較大，梯度陡，成群成片分布，群體效應(yīng)非常嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)化極垂直一階導(dǎo)數(shù)處理后，磁場(chǎng)上多形成扭曲的帶狀、橢圓狀或似圓狀異常。

從航電EM平面圖來(lái)看（見(jiàn)下頁(yè)圖9），見(jiàn)礦好的鉆孔位于Em高值區(qū)，故礦異常為高異常反映，但航電EM在構(gòu)造和含水系地段，還有航磁高值地段都反映為高值，應(yīng)對(duì)照地形圖，航磁圖加以區(qū)分。

從航磁圖來(lái)看，見(jiàn)礦好的鉆孔位于航磁高值邊緣。從航磁處理結(jié)果來(lái)看，礦體（鉆孔部位）位于巖性接觸帶部位，礦體埋深（礦體中部）在40m～220m。從延拓圖來(lái)看，延拓到500m異常主要顯示為背景場(chǎng)異常，但剩余異常也不小?？梢?jiàn)磁源延伸不是很大。從航磁圖來(lái)推斷，主要構(gòu)造呈北東南西向，次生構(gòu)造與其近似垂直，為北西南東向，巖體走向受構(gòu)造影響，都呈北東南西向延伸，與本工區(qū)的區(qū)域構(gòu)造特征一致，北西南東向構(gòu)造切斷巖體。

4 應(yīng)用效果

通過(guò)對(duì)航磁、航電資料的處理研究分析，得出如下結(jié)論。

（1）礦體對(duì)磁性電性若有所反映，表現(xiàn)的物性特征為：航電為高值反映，航磁反映為高值的邊緣，巖體接觸部位。

（2）在工作區(qū)內(nèi)，巖體與本工區(qū)的區(qū)域構(gòu)造特征一致，都呈北東南西向延伸，但北西南東向發(fā)育次生斷裂構(gòu)造切斷巖體。

（3）礦體主要位于巖性接觸帶部位，磁源埋深（磁源中部）在40m～220m，延伸到500m左右。

（4）構(gòu)造、含水系地段，還有航磁高值地段，航電也反映為高值，圈定的成礦較好地段應(yīng)兼顧地形、航磁、地質(zhì)等資料。

5 結(jié)語(yǔ)

在地形和氣象條件許可的情況下，大比例尺航空物探測(cè)量可以取代同比例尺的地面測(cè)量工作。在環(huán)境保護(hù)，降低物探人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測(cè)量效率等方面，航空物探都具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

近十幾年來(lái)，我國(guó)大比例尺航空物探在地質(zhì)工作中發(fā)揮了重要作用，也有多個(gè)運(yùn)用大比例尺航空物探取得成功的案例。目前，增加航空物探方法，擴(kuò)大航空物探工作量的主要困難，在于飛機(jī)租用價(jià)格過(guò)高和政府對(duì)航空嚴(yán)格管制?？梢灶A(yù)見(jiàn)，當(dāng)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定的程度，飛機(jī)數(shù)量和機(jī)型有較大幅度的增加，航空公司之間的競(jìng)爭(zhēng)促使飛機(jī)租用價(jià)格下調(diào)，在政府放寬航空管制后，航空物探的應(yīng)用將會(huì)十分廣闊。

本次航測(cè)的大量數(shù)據(jù)尚未處理完成，上述并非最終的成果。

［1］ PIKINGTON M，URQUHART W E S.Redeuction of potential field data to a horizo－ntal plane［J］.Geophics，1990，55：549.

［2］ 管志寧.我國(guó)磁法勘探的研究與進(jìn)展［J］.地球物理學(xué)報(bào)，1997（40）：299.

［3］ 王守坦.航空物探技術(shù)［J］.地學(xué)前緣，1998（5）1－2：223.

［4］ 張守本.國(guó)外電磁方法系列發(fā)展概況［J］.國(guó)外鈾金地質(zhì)，1997（14）：166.

［5］ 郭良德.澳大利亞的航空物探［J］.中國(guó)地質(zhì)，2000（7）：42.

［6］ 熊盛青.發(fā)展中國(guó)航空物探技術(shù)有關(guān)問(wèn)題的思考［J］.中國(guó)地質(zhì)，2009，36（6）：1366.

［7］ 于長(zhǎng)春，范正國(guó)，王乃東，等.高分辨率航磁方法及在大冶鐵礦區(qū)的應(yīng)用［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2007，22（3）：979.

［8］ 管志寧.地磁場(chǎng)與磁力勘探［M］.北京：地質(zhì)出版社，2005.

［9］ 高珍權(quán)，劉海鵬.加拿大新斯科舍省銅鉬多金屬礦普查［Z］.北京：有色地質(zhì)調(diào)查中心，2010.

［10］范正國(guó)，方迎堯，王懋基，等.航空物探技術(shù)在1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用［J］.物探與化探，2007，31（6）：504.

［11］于波，翟國(guó)君，劉雁春，等.利用航磁數(shù)據(jù)向下延拓得到海面磁場(chǎng)的方法［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2009，38（3）：204.

［12］盧俊峰.野外航空物探資料預(yù)處理問(wèn)題的討論［J］.地質(zhì)找礦叢書(shū)，2003，18（增）：170.

［13］黃旭釗，梁月明，徐昆.航空物探數(shù)據(jù)的組織于管理［A］.中國(guó)地球物理——中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第十九屆年會(huì)論文集［C］.2002.

［14］熊盛青.圖形圖像處理方法圖示航空物探數(shù)據(jù)的有效性研究［J］.鈾礦地質(zhì)，1996，12（5）：295.

［15］王守坦.航空物探技術(shù)［J］.地學(xué)前沿，1998，12（5）：223.

P 631.3＋26

A

1001—1749（2012）01—0093—08

國(guó)外礦產(chǎn)資源勘查專項(xiàng)資金·加拿大安大略省薩德伯里奈恩鎳銅礦普查（10254B007）

2011－09－12 改回日期：2011－10－13

吳彥飛（1985－），男，碩士，主要研究方向?yàn)槌傻V規(guī)律與成礦預(yù)測(cè)。