九瑞礦集區(qū)重磁三維約束反演及深部找礦意義

陳輝， 鄧居智， 呂慶田， 殷長(zhǎng)春， 邱姜歆

1 東華理工大學(xué)放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室， 南昌 3300132 吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 長(zhǎng)春 1300263 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所， 河北廊坊 0650004 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球深部探測(cè)中心， 北京 100037

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九瑞礦集區(qū)重磁三維約束反演及深部找礦意義

陳輝1,2， 鄧居智1*， 呂慶田1，3，4， 殷長(zhǎng)春2， 邱姜歆1

1 東華理工大學(xué)放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室， 南昌 3300132 吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 長(zhǎng)春 1300263 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所， 河北廊坊 0650004 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球深部探測(cè)中心， 北京 100037

研究九瑞礦集區(qū)成礦地層和巖體的三維分布特征可為區(qū)域成礦背景和成礦規(guī)律研究提供新的信息，實(shí)現(xiàn)研究區(qū)深部及外圍找礦突破.本文首先綜合分析研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)及地層和巖石密度和磁化率特征，然后將區(qū)域地質(zhì)和12條地質(zhì)剖面信息利用自行開發(fā)的GIF2UBCmodel程序構(gòu)建剩余密度和磁化率參考模型和上下邊界約束模型，實(shí)現(xiàn)了帶約束重磁數(shù)據(jù)三維反演.反演結(jié)果揭示九瑞礦集區(qū)剩余密度和磁化率三維分布特征，解譯了礦集區(qū)主要地層和巖體分布特征.該區(qū)存在鄧家山—東雷灣以及武山—丁家山兩個(gè)大型巖體；蓋層褶皺與結(jié)晶基底隆起方向一致，是深部基地隆起的繼承.通過(guò)與礦集區(qū)已知礦床對(duì)比發(fā)現(xiàn)，高磁性巖體邊緣和基底隆起（高密度體）兩翼為成礦有利區(qū).關(guān)鍵詞 九瑞礦集區(qū)； 重磁； 三維反演； 地質(zhì)約束； 深部找礦

1 引言

九瑞礦集區(qū)位于揚(yáng)子地塊中部，下?lián)P子斷裂拗陷帶的西緣，北臨大別山隆起，南靠江南褶皺造山帶，是長(zhǎng)江中下游銅鐵金硫多金屬成礦帶的重要組成部分.區(qū)內(nèi)發(fā)育“多位一體”（斑巖型、矽卡巖型、塊狀硫化物）的城門山銅多金屬礦床，以矽卡巖型、塊狀硫化物礦床為主的武山銅礦，以及與次火山巖作用有關(guān)的洋雞山金礦等重要的金屬礦床 （李亮和蔣少涌，2009；殷卓等，2009；蔣少涌等，2010；王會(huì)敏等，2012）.目前已探明儲(chǔ)量為銅320萬(wàn)噸、鉬5萬(wàn)噸、金140噸、銀5000噸，其中90%集中分布于城門山和武山礦區(qū)（曹鐘清等，2006；王會(huì)敏等，2012）.近年來(lái)隨著對(duì)地質(zhì)和地球物理研究和深入勘查，在武山、城門山深部（-550～-1200 m）和邊緣新增多金屬礦產(chǎn)儲(chǔ)量數(shù)百萬(wàn)噸 （劉國(guó)洪等，2012），其他礦床新增儲(chǔ)量百萬(wàn)噸 （樊文闊等，2013），表明九瑞礦集區(qū)深部及已知礦床外圍仍有很大的找礦潛力.九瑞礦集區(qū)已知礦床或礦化點(diǎn)與中酸性侵入巖體密切伴生，總體圍繞巖體展布；地層不整合接觸帶成為主要成礦作用地帶；深部菱形構(gòu)造控制中深部巖體分布，淺部構(gòu)造控制淺部巖體和礦體就位（王會(huì)敏等，2012）.因此了解該區(qū)深部巖體、地層以及構(gòu)造的分布特征是深部成礦預(yù)測(cè)的關(guān)鍵.

重磁數(shù)據(jù)的三維正反演技術(shù)目前已基本成熟，并在實(shí)際勘探中獲得應(yīng)用.Williams（2008）通過(guò)理論模型說(shuō)明含地質(zhì)約束重磁三維反演的有效性和可行性，并在澳大利亞西部Perseverance鎳礦床勘探中取得良好應(yīng)用效果；Prutkin和Saleh（2009）利用重磁三維反演揭示埃及北部紅海地區(qū)不連續(xù)莫霍面的三維起伏情況；Boszczuk等（2011）利用巖石密度和地質(zhì)信息建立初始反演約束模型進(jìn)行重力三維反演，在多個(gè)VMS礦床勘探中取得良好應(yīng)用效果；Lü等（2013）利用重磁聯(lián)合三維正演方式刻畫了獅子山礦區(qū)的深部結(jié)構(gòu)和礦體形態(tài)；Mammo（2013）利用地震資料約束重力三維反演揭示埃塞俄比亞Flood Basalt省深部地殼結(jié)構(gòu)； Anderson等（2014）對(duì)阿拉斯加州西南部斑巖型Cu-Au-Mo礦床區(qū)域航磁數(shù)據(jù)通過(guò)加入?yún)^(qū)域地質(zhì)信息進(jìn)行三維約束反演，查明該礦床周圍火成巖的分布范圍.祁光等（2012，2014）在安徽泥河鐵礦和廬縱礦集區(qū)開展先驗(yàn)地質(zhì)信息約束的重磁三維反演，全面分析了礦體、地層與次火山巖之間的空間分布及對(duì)應(yīng)關(guān)系；嚴(yán)加永等（2009）對(duì)銅陵礦集區(qū)航磁數(shù)據(jù)開展三維反演，揭示中酸性巖體三維分布特征，為深部找礦指明方向；郭冬等（2014）通過(guò)理論模型研究了各種不同地質(zhì)先驗(yàn)信息下重力三維反演的效果，并探討了三維密度填圖技術(shù)的可行性；嚴(yán)加永等（2014a, b）以安徽廬樅礦集區(qū)為例開展利用地質(zhì)約束條件下的重磁三維反演結(jié)果開展三維巖性填圖.縱上所述，為了降低重磁數(shù)據(jù)三維反演多解性、提高分辨率，通常加入巖石物性、地質(zhì)和其他地球物理資料作為約束條件，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究、深部找礦和地質(zhì)填圖等領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果.

九瑞礦集區(qū)已經(jīng)開展了1∶5萬(wàn)地面重力和航空磁測(cè).鄧震等（2012）對(duì)該區(qū)重磁數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度邊緣檢測(cè)及準(zhǔn)三維反演，揭示了地下地層的分布特征、控礦構(gòu)造的展布規(guī)律、與成礦相關(guān)巖體的三維形態(tài)以及已知礦點(diǎn)的空間分布特征.然而，其三維反演未加任何地質(zhì)信息約束.據(jù)此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以巖石和地層密度和磁化率數(shù)據(jù)和地質(zhì)剖面信息為依據(jù)，開展先驗(yàn)地質(zhì)信息約束的重磁三維精細(xì)反演，對(duì)九瑞礦集區(qū)巖體的3D形態(tài)以及地層三維分布進(jìn)行識(shí)別，為該區(qū)深部找礦提供信息和依據(jù).

2 研究區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

2.1 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1.1 地層

本區(qū)域地層發(fā)育，除早、中泥盆世、晚石炭世、晚三疊世、侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)外，其他各時(shí)代地層多較發(fā)育，尤以?shī)W陶紀(jì)至中三疊世地層發(fā)育較全.其中奧陶系、志留系組成背斜構(gòu)造的核部，泥盆系-二疊系分布在背、向斜的翼部，三疊紀(jì)地層通常組成向斜構(gòu)造的核部.第三系僅在斷陷盆地中呈零星分布.第四系主要在長(zhǎng)江南岸及河流、湖泊分布區(qū)廣發(fā)發(fā)育.石炭系黃龍組是本區(qū)最主要的賦礦層位，其中的白云巖段嚴(yán)格地控制了區(qū)內(nèi)層控硫化物型礦床（體）的空間展布.志留系是區(qū)內(nèi)含Cu、Au的最高層位，又是層控硫化物型礦床的下伏巖層，巖石滲透性又好，但巖石富含惰性組分，不利于礦液交代.二疊系、三疊系地層是本區(qū)矽卡巖型礦產(chǎn)的主要賦礦圍巖.矽卡巖礦床主要與不純灰?guī)r（包括含硅質(zhì)灰?guī)r、含炭質(zhì)泥灰?guī)r）關(guān)系密切，尤以含硅質(zhì)灰?guī)r最有利.而地層中的含煤或碎屑巖建造在成礦中主要起屏蔽作用.

2.1.2 構(gòu)造

本區(qū)屬九瑞—彭澤復(fù)式向斜的西段，主要褶皺自北向南有鄧家山—通江嶺向斜、界首—大橋背斜、橫立山—黃橋向斜、大沖—丁家山背斜、烏石街—賽湖向斜、長(zhǎng)山—城門湖背斜、新塘向斜.褶皺展布方向自西向東由北西-近東西-北東向，總體為一向南彎曲的弧形褶皺帶（圖1）.兩翼產(chǎn)狀不一，一般北翼較緩（30°～50°），南翼較陡（60°～75°），局部直立或倒轉(zhuǎn).

區(qū)內(nèi)斷裂主要為北東向、北西向、北東東向.北東向斷裂屬郯廬—贛江構(gòu)造帶中廬山穹斷束西部邊緣斷裂帶的一部分，對(duì)九瑞地區(qū)構(gòu)造格局起著重要的控制作用.斷裂發(fā)生于晉寧時(shí)期，在后來(lái)的發(fā)展過(guò)程中加深擴(kuò)大，性質(zhì)由張剪性轉(zhuǎn)變?yōu)閴杭粜詾橹鞯男睕_斷層；北西向斷裂由一系列近于平行的斷裂組成，主要有武山—城門山—沙河斷裂、碼頭—通江嶺—瑞昌斷裂、東雷灣—于家沖和鄧家山—界首斷裂等.該組斷裂控制九瑞地區(qū)巖漿巖帶的分布格局，也控制了銅金礦床的形成與布局.遠(yuǎn)離這組斷裂構(gòu)造帶，巖漿活動(dòng)和成礦作用明顯減弱；北東東向斷裂表現(xiàn)為褶皺中產(chǎn)生的縱向斷裂.主要有通江嶺、銅嶺、邊城腦—武山、瑞昌—丁家山、城門山等斷裂，為一組與地層走向近乎一致的北東向逆沖斷裂，?？刂频V體及巖體（墻）群的延展方向.北西與北東向區(qū)域性深大斷裂組成的菱形網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)控制礦床（點(diǎn)）分布.成巖成礦活動(dòng)主要發(fā)育在北西向城門山—武山—豐山洞聚巖聚礦構(gòu)造帶上，沿其分布眾多大型礦床，其銅礦儲(chǔ)量集中，礦體延深大；向側(cè)緣巖漿活動(dòng)減弱，礦床規(guī)模變小，礦體延深?。?500 m以上）.

2.1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖出露有20多個(gè)巖體，主要為燕山期和喜山期，燕山期為中酸性巖類，是本區(qū)成礦母巖，較集中在沿長(zhǎng)江西南側(cè)，呈北西向帶狀展布，自北而南有6個(gè)北東東向構(gòu)造巖漿巖亞帶：東雷灣—通江嶺花崗閃長(zhǎng)斑巖亞帶、寶山—大橋花崗閃長(zhǎng)斑巖亞帶、宋家灣—武山花崗閃長(zhǎng)斑巖亞帶、大沖—丁家山石英閃長(zhǎng)玢巖—花崗閃長(zhǎng)斑巖亞帶、城門山—十六公里花崗閃長(zhǎng)斑巖—石英閃長(zhǎng)玢巖亞帶、沙河—獅子山花崗閃長(zhǎng)斑巖—石英閃長(zhǎng)玢巖亞帶.巖體主要呈巖株、巖墻產(chǎn)出，面積介于0.04～1.6 km2.以巖株為中心礦床連續(xù)展布或多個(gè)小巖體獨(dú)立成礦并顯示金屬分帶的礦田叢集分布規(guī)律.礦化分帶上以斑巖體為中心，從內(nèi)向外有MoCu→CuAu（MoWPbZn）→PbZnAg（CuSAu）分帶規(guī)律.綜上所述，巖體與圍巖接觸帶、層間破碎帶、斷層破碎帶、構(gòu)造裂隙帶、碎屑巖與碳酸鹽巖巖性差異面是控制礦體的容礦構(gòu)造；斑巖型銅礦、矽卡巖型銅礦、塊狀硫化物型銅礦三者緊密共生.

2.2 巖礦石密度和磁性特征

為了研究九瑞地區(qū)的不同地層和巖性的密度和磁性特征，我們采集1125塊巖芯標(biāo)本并測(cè)定了密度和磁化強(qiáng)度.表1為九瑞地區(qū)密度和磁化強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)規(guī)律.由表1可見，研究區(qū)內(nèi)的地層磁化強(qiáng)度普遍偏低，均在10以下.各個(gè)地層之間的磁化強(qiáng)度值差異很小，但該區(qū)出露或侵入巖體（石英斑巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖、輝綠玢巖、石英閃長(zhǎng)玢巖）的磁化強(qiáng)度都在100以上，比地層高出幾個(gè)數(shù)量級(jí).地層的密度有明顯差異，可大致劃分為三個(gè)變化區(qū)：年代較新且廣泛覆蓋于地表的第三系新余群低密度地層，密度小于2.4 g·cm-3；三疊系嘉陵江組-石炭系黃龍組高密度地層，密度值大于2.7 g·cm-3，其中二疊系龍?zhí)?、長(zhǎng)興組的巖性密度稍偏低；泥盆系五通組-奧陶系湯山組的中低密度層，密度分布在2.52～2.62 g·cm-3內(nèi)；奧陶系侖山組為密度值最高的地層，達(dá)到2.81 g·cm-3；震旦系地層低密度層，在2.53 g·cm-3以下.巖漿巖密度范圍變化較大，輝綠玢巖和石英閃長(zhǎng)玢巖為明顯的高密度區(qū)，密度大于2.8 g·cm-3；石英閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖為中密度，密度為2.6 g·cm-3；其余巖漿巖與地層密度相近，為比圍巖密度略小的低密度，密度小于2.5 g·cm-3.綜上所述，本區(qū)磁異常主要為巖體分布與巖漿活動(dòng)相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造所引起，能夠刻畫巖體分布特征；重力異常主要為不同地層變化和基底起伏引起，能夠刻畫地層三維分布特征和基底起伏情況.

圖1 九瑞礦集區(qū)區(qū)域地質(zhì)及地質(zhì)剖面位置圖

2.3 九瑞地區(qū)重磁場(chǎng)特征

2.3.1 重力場(chǎng)特征

圖2為研究區(qū)1∶5萬(wàn)布格重力異常圖，從江西省1∶5萬(wàn)（擴(kuò)邊）布格重力異常500 m×500 m網(wǎng)格化數(shù)據(jù)提取而來(lái)，數(shù)據(jù)范圍為（348000～391500）×（3275000～3304500），面積為1283.25 km2.布格重力異常呈現(xiàn)整體由東北向西南逐漸降低，中部出現(xiàn)明顯北東向密集梯度帶，其與豐山洞—城門山深部斷裂基本吻合，對(duì)九瑞地區(qū)構(gòu)造格局起著重要的控制作用.該區(qū)礦床基本沿該斷裂走向密集分布.另外在武山、赤湖、碼頭地區(qū)出現(xiàn)三個(gè)明顯高異常中心，在丁家咀和曹家沖以南出現(xiàn)大面積低值異常，結(jié)合地質(zhì)資料及物性參數(shù)綜合分析可知，重力異常的高低變化主要是由結(jié)晶基底起伏引起的.因此可以判斷研究區(qū)南部、東南基底埋深較大，在鄧家山、武山、碼頭地區(qū)基底隆起.

布格異常反映的是宏觀地質(zhì)現(xiàn)象，為了解局部和淺部密度體分布信息，需要對(duì)布格重力異常進(jìn)行異常分離，提取局部場(chǎng).重力異常分離需要根據(jù)不同地質(zhì)情況采用不同的分離方法.本文對(duì)向上延拓、匹配濾波、小波分析、插值切割和趨勢(shì)分析分離方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，決定采用向上延拓10 km的方法.利用此方法獲得的九瑞礦集區(qū)剩余重力異常（見圖3）與已知地質(zhì)信息較為吻合，因此采用該異常為剩余重力異常.剩余重力異常整體呈西南向北東延伸，在區(qū)域內(nèi)中北部，中東部及中部地區(qū)均表現(xiàn)出帶狀高值異常，向東北向延伸，與背斜的分布吻合；而西北部、東南部及東北角的低值異常區(qū)則與向斜分布對(duì)應(yīng).

表1 九瑞礦集區(qū)地層或巖石密度和磁性統(tǒng)計(jì)表

2.3.2 磁場(chǎng)特征

圖4為研究區(qū)1∶5萬(wàn)航磁ΔT異常，是江西省九瑞礦集區(qū)7175航段1∶5萬(wàn)航空磁法ΔT異常數(shù)據(jù)與江西省1∶10萬(wàn)（擴(kuò)邊）磁法ΔT異常1000 m×1000 m數(shù)據(jù)融合提取而來(lái)，數(shù)據(jù)范圍與重力數(shù)據(jù)重合.該區(qū)位于港北—范家鋪—黃老門—九江廬山一帶向南呈弧形突出的高值磁場(chǎng)區(qū)北側(cè)的一片低緩負(fù)磁場(chǎng)區(qū)內(nèi)，低緩的負(fù)磁場(chǎng)區(qū)內(nèi)疊加有規(guī)模不等、成群分布的局部高磁異常值.經(jīng)與地質(zhì)資料對(duì)比分析，認(rèn)為低緩負(fù)磁場(chǎng)區(qū)大致與揚(yáng)子陸塊下?lián)P子坳陷帶相對(duì)應(yīng)；規(guī)模不等、成群分布的局部磁力高值異常則反映了淺部巖體或中深部隱伏巖體的賦存部位.大多數(shù)礦床分布于高磁異常和低磁異常交接部位.這是由于未做化極處理的原因造成的.為了提取局部場(chǎng)信息，采用化極后匹配濾波法處理得到剩余異常（見圖5）.圖中顯示在西北角和東北部有兩處明顯的高磁異常，對(duì)應(yīng)鄧家山和武山大范圍的巖體分布，在城門山呈現(xiàn)局部高值異常封閉圈，推斷該區(qū)有規(guī)模不大的巖體存在.

圖2 九瑞礦集區(qū)布格重力異常圖（黑框表示研究區(qū)域）

圖3 九瑞礦集區(qū)剩余布格重力異常圖（黑框表示研究區(qū)域）

圖4 九瑞礦集區(qū)航磁ΔT異常圖（黑框表示研究區(qū)域）

圖5 九瑞礦集區(qū)航磁化極剩余ΔT異常圖（黑框表示研究區(qū)域）

3 九瑞礦集區(qū)重磁數(shù)據(jù)含地質(zhì)約束三維反演研究

3.1 重磁三維約束反演基本原理

采用Li和Oldenburg提出的重磁三維反演算法 （Li and Oldenburg，1996，1998）開展三維反演，該反演方法構(gòu)建的目標(biāo)函數(shù)為

φ=φd+μφm，

（1）

其中，φd數(shù)據(jù)目標(biāo)函數(shù)，φm為模型目標(biāo)函數(shù)，μ為正則化參數(shù)，平衡模型適用性和數(shù)據(jù)擬合誤差的一個(gè)權(quán)重參數(shù).數(shù)據(jù)目標(biāo)函數(shù)定義為觀測(cè)數(shù)據(jù)與模型正演響應(yīng)權(quán)重差的L-2范數(shù)，即

φd=‖Wd（dobs-dobs）‖2，

（2）

其中三角矩陣Wd由觀測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差的倒數(shù)構(gòu)成.同時(shí)為了讓最終反演模型與給定參考模型盡可能接近，在模型目標(biāo)函數(shù)φm加入反演模型和參考模型二范式差值項(xiàng)，其表達(dá)式為

（3）

其中mref為先驗(yàn)信息參考模型，m為每次迭代的反演模型，ws、wx、wy和wz為權(quán)重函數(shù).ws是空間權(quán)重函數(shù)，控制各個(gè)網(wǎng)格單元和參考模型網(wǎng)格單元的物性特征；參數(shù)wx、wy、wz控制單元模型各個(gè)方向的平滑度.αs、αx、αy和αz為各方向的相關(guān)性系數(shù).wr（z）是深度或距離的權(quán)重函數(shù).

3.2 地質(zhì)-物性約束模型建立

為了提高三維反演的可靠性，需要根據(jù)已知的地質(zhì)和物性資料構(gòu)建約束參考模型和邊界模型.該方法需要先確定三維剖分網(wǎng)格.本文采用重磁同網(wǎng)格剖分，同時(shí)考慮地形的影響.在4km以淺深度范圍內(nèi)網(wǎng)格單元為100 m×100 m×40 m，并采用指數(shù)延拓方式向外擴(kuò)5個(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)格單元總數(shù)為436×236×103個(gè).該區(qū)物性統(tǒng)計(jì)規(guī)律顯示，區(qū)內(nèi)地層平均密度為2.65 g·cm-3，基本無(wú)磁性；巖體密度變化范圍大，是引起磁異常主要原因.參考模型值為各地層和巖體統(tǒng)計(jì)值減去地層常見值，而模型上下界通常在考慮地層和巖體物性分布范圍條件下確定.表2為重磁三維反演中地層和巖體剩余密度和磁化率賦值.由表可見，巖體密度參考值為-0.06 g·cm-3，在-0.5～0.5之間變化；磁化率參考值為0.04 SI，在0.02～0.06 SI之間變化.

表2 重磁三維反演中地層和巖體剩余密度和磁化率賦值表

圖6 九瑞礦集區(qū)地質(zhì)剖面和地質(zhì)圖三維顯示

對(duì)于參考模型和邊界模型構(gòu)建在重磁三維反演中極為關(guān)鍵，參考模型通常由地表地質(zhì)特征、鉆孔以及綜合地質(zhì)剖面特征聯(lián)合而來(lái).首先需要對(duì)構(gòu)建參考模型的匯集資料的可靠性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)于可靠性較低部分在邊界模型中適當(dāng)放寬變化范圍，減小參考模型權(quán)重wr（z），反之對(duì)于可靠性高的部分適當(dāng)收緊變化范圍，增大參考模型權(quán)重wr（z）；另外一般情況下淺部參考模型可靠性高，隨著深度增加可靠性逐漸較低，可以通過(guò)設(shè)置目標(biāo)函數(shù)參考模型深度權(quán)重wr（z）隨著深度增加逐漸減小進(jìn)行實(shí)現(xiàn).圖6為研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)圖和12條綜合地質(zhì)剖面（地理位置見圖1）.綜合地質(zhì)剖面來(lái)源于“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃成果報(bào)告《東部鐵銅鉛鋅重要礦集區(qū)深部資源勘查技術(shù)與示范》項(xiàng)目課題《疊加復(fù)合型鉛鋅、銅礦深部成礦模式與勘查技術(shù)示范研究》研究成果.該綜合地質(zhì)剖面以整個(gè)研究區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，集合研究區(qū)的綜合鉆孔資料和其他地球物理資料，通過(guò)重磁二維地質(zhì)建模而來(lái).由圖6可以看出，12條地質(zhì)剖面中地層、斷裂和巖體分布非常連續(xù)，且與地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布基本吻合.故本文采用綜合地質(zhì)剖面地層分布是較為可靠的地質(zhì)模型，對(duì)于深部巖體分布可靠性較低，因此在反演過(guò)程中對(duì)于參考模型深部巖體部分適當(dāng)放寬邊界模型范圍并減小深度權(quán)重wr（z）.為方便快捷地生成三維反演約束模型，本文編制了將地質(zhì)圖轉(zhuǎn)化成三維模型的GIFtoUBCmodel軟件.將12條地質(zhì)剖面和地面地質(zhì)信息所在三維反演區(qū)域單元格根據(jù)表2賦對(duì)應(yīng)地層密度和磁化率屬性值，其他區(qū)域賦默認(rèn)值.圖7為根據(jù)地表地質(zhì)和12條地質(zhì)剖面構(gòu)建的三維參考模型.從圖中可以看出，地表剩余密度與地層基本吻合，高磁化率區(qū)域與巖體分布也非常吻合，可以清晰看出已知巖體、向斜、背斜的三維分布特征.為了進(jìn)一步降低反演多解性，本文根據(jù)表2地層和巖石上下界物性值對(duì)參考模型每個(gè)單元格給定上、下變化范圍，并構(gòu)建上下邊界模型加入三維反演中.

圖7 九瑞礦集區(qū)重磁三維反演參考模型切片圖（b） 剩余密度； （b） 磁化率.

4 重磁三維反演結(jié)果及地質(zhì)解譯

參與重力三維反演的數(shù)據(jù)為向上延拓10 km獲得的剩余重力異常數(shù)據(jù)（圖3），磁力三維反演數(shù)據(jù)采用化極后匹配濾波提取的剩余異常（圖5）.重磁三維反演采用相同網(wǎng)格剖分，加入含地質(zhì)先驗(yàn)信息的參考模型（圖7）和上下邊界模型.反演中考慮地形因素，經(jīng)過(guò)多次迭代后得到三維反演結(jié)果（圖8，9）.從圖中可以看出，重磁三維反演結(jié)果刻畫了地下密度和磁化率三維分布特征.結(jié)合物性和地質(zhì)資料分析發(fā)現(xiàn)，密度分布主要反應(yīng)地層分布，而磁化率則揭示巖體的三維空間展布特征.

4.1 巖體三維分布特征

根據(jù)研究區(qū)物性特征可知，不同巖體的密度變化大，巖體磁化率比地層大數(shù)個(gè)量級(jí).因此可根據(jù)提取的三維反演密度模型和不同深度磁化率揭示巖體的三維分布特征.圖10為不同深度（-500，-1000，-3000 m）磁化率平面等值線圖，圖中紅色圓點(diǎn)表示已知礦床.從圖中可以看出，存在多處高值磁化率異常區(qū).主要分布于鄧家山—東雷灣、太平山、武山—丁家山、瑞昌市等五個(gè)峰值中心.淺部范圍磁化率小、強(qiáng)度弱，隨著深度增加磁化率范圍和強(qiáng)度逐漸增大，在-3000 m處太平山和鄧家山—東雷灣以及武山—丁家山和瑞昌市基本連成一體.由此可以推斷深部存在太平山—鄧家山—東雷灣和武山—丁家山—瑞昌市兩個(gè)大型巖體，受地層和斷裂構(gòu)造控制分成多個(gè)巖漿通道向地表侵入.另外，對(duì)于太平山—鄧家山—東雷灣巖體深部（-3000 m）呈“燕尾形”分布，“燕尾形”頭部位于中西部太平山附近，“燕尾形”尾部分別向西部鄧家山和曹家沖延伸，故可推斷為太平山—鄧家山—東雷灣巖體由東（鄧家山和曹家沖）向西（太平山）侵入；同時(shí)武山—丁家山巖體在深部呈“心形”分布，“心形”頭部位于中東部武山地區(qū)，“心形”尾部向西部赤湖和丁家山兩邊延伸，故可推斷武山—丁家山巖體由西（赤湖和丁家山）向東（武山）侵入.同時(shí)可以看出武山—丁家山巖體和鄧家山—東雷灣巖體呈北西向線性分布，與豐山洞—城門山深部斷裂展布基本一致，為其提供深部物質(zhì)來(lái)源.結(jié)合三維重力反演密度模型（圖8和圖11）可知，兩個(gè)巖體剩余密度特征并不一致，武山—丁家山巖體表現(xiàn)為高密度體特征，而鄧家山—東雷灣為低密度體特征，據(jù)此可以推斷兩個(gè)巖體形成年代和空間不一致，成礦模式也不相同，通過(guò)和已知礦床對(duì)比發(fā)現(xiàn)，80%礦床分布在巖體（高磁性體）邊緣處.

圖8 九瑞礦集區(qū)重力三維反演剩余密度模型

圖9 九瑞礦集區(qū)磁法三維反演磁化率模型

圖10 九瑞礦集區(qū)不同深度磁化率平面等值線圖及高磁化率體三維分布

4.2 地層三維分布特征

自2006年購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼政策實(shí)施以來(lái)，麗江市耕作機(jī)械和稻麥?zhǔn)斋@機(jī)械快速增長(zhǎng)，機(jī)耕作業(yè)和機(jī)收作業(yè)日漸被農(nóng)民所認(rèn)可。受地理、氣候條件和傳統(tǒng)農(nóng)藝要求所限，水稻機(jī)插秧技術(shù)的示范推廣起步較晚，發(fā)展也很緩慢，嚴(yán)重制約了水稻種植的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

從三維密度模型切片圖（圖8）可以看出，研究區(qū)密度分布呈向南彎曲、帶狀弧形帶狀分布，與地層走向方向一致.采用等值面（IsoSurface）技術(shù)提取三維密度模型中高密度（0.015 g·cm-3）和中低密度（0.00 g·cm-3）等值面，可以看出研究區(qū)存在東西向和近東西向三條高密度體帶，分別對(duì)應(yīng)大橋—寶山復(fù)式背斜、丁家山—大沖背斜和城門山—長(zhǎng)山背斜；四條東西和近東西向中低密度帶分別對(duì)應(yīng)江嶺—鄧家山復(fù)式向斜、黃橋復(fù)式向斜、賽城湖—烏石街復(fù)式向斜和新壙向斜；背斜和向斜交替出現(xiàn)為研究區(qū)地層的主要特征.其中向斜淺部陡峭，深部放緩變寬；背斜淺部平緩，并在深部殲滅.結(jié)合礦床和礦點(diǎn)分布特征發(fā)現(xiàn)，向斜和背斜接觸帶（五通組和黃龍組交接處）是成礦有利區(qū).圖12為九瑞地區(qū)高密度（>0.04 g·cm-3）三維分布特征，主要反映深部結(jié)晶基地起伏情況.由圖可見，基底在中部武山地區(qū)、北部鄧家山地區(qū)和中南部曹家沖地區(qū)呈近東西向隆起，與蓋層褶皺方向一致，可以推斷表層背斜和向斜地層形成與深部基底隆起擠壓有關(guān)，蓋層褶皺是深部基底隆起的繼承.對(duì)比分析表明已知礦床大多分布在高密度體兩翼邊緣，即基底隆起邊緣部位.

圖11 九瑞礦集區(qū)不同剩余密度大小等值面圖

5 結(jié)論與建議

利用九瑞礦集區(qū)地質(zhì)資料和物性數(shù)據(jù)建立先驗(yàn)信息參考模型和上下邊界模型，成功實(shí)現(xiàn)了含先驗(yàn)地質(zhì)約束的重磁三維反演，利用反演結(jié)果圈定了九瑞地區(qū)巖體和地層三維空間形態(tài).結(jié)合地質(zhì)和其他地球物理資料綜合分析取得以下認(rèn)識(shí).

（1） 利用地球物理資料、鉆孔信息加上地質(zhì)概念模型構(gòu)建12條地質(zhì)剖面以及區(qū)域地質(zhì)信息，結(jié)合區(qū)域密度、磁化率測(cè)量和統(tǒng)計(jì)規(guī)律確定各地層和巖體參考值和上下邊界值，并利用自制GIF2UBCmodel程序建立剩余密度和磁化率參考模型和邊界模型加入三維反演中， 從而很好地實(shí)現(xiàn)重磁三維約束反演.結(jié)果表明該三維反演策略具有高分辨率、與巖體和地層分布吻合良好的特征.

（2） 通過(guò)三維磁化率反演模型分析可知，九瑞礦集區(qū)主要存在鄧家山—東雷灣以及武山—丁家山兩個(gè)大型巖體，由豐山洞—城門山斷裂提供深部物質(zhì)來(lái)源.其中，鄧家山—東雷灣巖體由西向東侵入，表現(xiàn)為低密度特征；武山—丁家山巖體由東往西侵入，表現(xiàn)為高密度特征.可以推斷兩者成巖成礦空間和時(shí)間并不相同.我們的研究還發(fā)現(xiàn)80%已知礦床位于巖體（高磁化率區(qū)）邊緣，是成礦有利區(qū).

（3） 通過(guò)三維剩余密度重力反演模型分析可知，整體密度自南向北，高低密度相間出現(xiàn)，沿地層走向呈現(xiàn)向南彎曲帶狀弧形分布特征，揭示區(qū)域內(nèi)背斜和向斜的三維形態(tài)；深部高密度體分布揭示九瑞地區(qū)結(jié)晶基底隆起與蓋層褶皺方向一致，說(shuō)明蓋層褶皺由基底隆起擠壓形成，是深部基地隆起的繼承.大部分礦床位于基地隆起（高密度體）的兩翼，是成礦有利區(qū).

圖12 九瑞礦集區(qū)高密度體（>0.04）三維分布圖（藍(lán)色三角形為礦床）

（4） 為了提高重磁三維反演的可靠性和實(shí)用性，在條件許可情況下盡可能開展含地質(zhì)約束的重磁三維反演.一般步驟如下：首先以整個(gè)研究區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合鉆孔或地球物理勘探資料，利用重磁二維地質(zhì)建模建立初步三維地質(zhì)-地球物理模型；然后對(duì)研究區(qū)的巖石物性測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)井資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定研究地層或巖性的磁化率或密度常見值和置信區(qū)間；其次對(duì)初步三維地質(zhì)-地球物理模型利用統(tǒng)計(jì)物性資料進(jìn)行賦值，建立參考模型和邊界約束模型；最后利用重磁三維反演軟件進(jìn)行含地質(zhì)約束三維反演，并對(duì)重磁三維反演結(jié)果進(jìn)行綜合解釋或巖性地質(zhì)填圖.

致謝 非常感謝“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目《中國(guó)東部典型礦集區(qū)深部資源勘查技術(shù)集成與示范》項(xiàng)目組成員對(duì)本研究的大力支持和幫助.

Anderson E D，Zhou W，Li Y G，et al. 2014. Three-dimensional distribution of igneous rocks near the Pebble porphyry Cu-Au-Mo deposit in southwestern Alaska: Constraints from regional-scale aeromagnetic data.Geophysics，79（2）: B63-B79.

Boszczuk P，Cheng L Z，Hammouche H，et al. 2011. A 3D gravity data interpretation of the Matagami mining camp，Abitibi Subprovince，Superior Province，Québec，Canada.JournalofAppliedGeophysics，75（1）: 77-86.

Cao Z Q，Tian B S，Zhang P. 2006. The prospecting and exploration of copper resources in Jiujiang-Ruichang area.JournalofEastChinaInstituteofTechnology，（S1）:38-44.

Deng Z，Lü Q T，Yan J Y，Zhao J H.et al. 2012. The three-dimension structure and the enlightenment to the regional prospecting of the Jiujiang-Ruichang district.ChineseJournalofGeophysics，55（12）: 4169-4180.

Fan W K，Zhou X X，Kong F B，et al.2013. Prospecting and metallogenic prognosis of Zuantianshan-Langjunshan area in Jiujiang-Ruichang region.ResourcesSurvey&Environment，34（3）: 185-192

Fan W K，Zhou X X，Kong F B，et al.2013. Prospecting and metallogenic prognosis of Zuantianshan-Langjunshan area in Jiujiang-Ruichang region.ResourcesSurvey&Environment，34（3）: 185-192.

Jiang S Y，Sun Y，Sun M Z.et al 2010. Reiterative fault system s and superimposed mineralization in the Jiurui metallogenic cluster district Middle and Lower Yangtze River mineralization belt.China1ActaPetrologicaSinica，26（9）: 2751-2767.

Li Y G，Oldenburg D W. 1996. 3-D inversion of magnetic data.Geophysics，61（2）: 394-408.

Li Y G，Oldenburg D W. 1998. 3-D inversion of gravity data.Geophysics，63（1）: 109-119.

Lü Q T，Qi G，Yan J Y. 2013. 3D geologic model of Shizishan ore field constrained by gravity and magnetic interactive modeling: A case history.Geophysics，78（1）: B25-B35.

Li L，Jiang S Y.2009.Petrogenests and geochemistry of the Dengjiashan porphyritic granodiorite，Jiujiang-Ruichang metallogenic district of the Middle-Lower of the Yangtze River.ActaPetrologicaSinica，25（11）: 2877-2888.

Liu G H， Li M J . 2012. Metallogenetic Model of Wushan Copper Mine and Ore Exploration Prediction.CopperEngineering，（1）: 25-31.

Mammo T. 2013. Crustal structure of the flood basalt province of Ethiopia from constrained 3-D gravity inversion.PureandAppliedGeophysics，170（12）: 2185-2206.

Prutkin I，Saleh A. 2009. Gravity and magnetic data inversion for 3D topography of the Moho discontinuity in the northern Red Sea area，Egypt.JournalofGeodynamics，47（5）: 237-245.

Qi G， Lü Q T， Yan J Y， et al. 2012.Geologic constrained 3D gravity andmagnetic modeling of Nihe deposit—A case study.ChineseJ.Geophys.（in Chinese）, 55（12） : 4194-4206

Qi G，Lü Q T，Yan J Y.2014.3D geological modeling of Luzong ore district based on Priori Information Constrained.ActaGeologicaSinica，88（4）: 466-477. Williams N C. 2008. Geologically-constrained UBC-GIF gravity and magnetic inversions with examples from the Agnew-Wiluna Greenstone Belt，Western Australia[Ph.D]. Canada: University of British Columbia.

Wang H M，Li Y M，Luo C L，et al. 2012. Mineralization regularity and optimum seeking of prospecting targets for Jiurui copper-polymetallic integrated exploration zone in Jiangxi Province.ResourcesSurvey&Environment, 33（4）: 245-253.

Yan J Y，Lü Q T，Meng G X，et al .2009. Aeromagnetic 3D inversion imaging for intermediate-acid intrusive bodies and its indication significance of deep ore prospecting in Tongling ore concentration district.MineralDeposits，28（6）: 838-849.

Yan J Y，Lü Q T，Chen X B，et al.2014. 3D lithologic mapping test based on 3D inversion of gravity and magnetic data: A case study in Lu-Zong ore concentration district Anhui Province.ActaPetrologicaSinica，30（4） :1041-1053.

Yan J Y，Lü Q T，Wu M A，et al.2014b. Prospecting indicator of Anhui Shaxi porphyry copper deposit based on regional gravity and magnetic 3D inversion.ActaGeologicaSinica，88（4）: 507-518.

Yin Z，Yang X K，Zhang G Z. 2009. Fractal characteristics of ore-controlling faults of typical deposits in Jiujiang-Ruichang area Jiangxi Province.GeologyandExploration，45（5）: 558-562.

附中文參考文獻(xiàn)

曹鐘清，田邦生，章平. 2006. 九瑞地區(qū)銅礦資源預(yù)測(cè)與勘查. 東華理工學(xué)院學(xué)報(bào)，（S1）: 38-44.

樊文闊，周賢旭，孔凡斌等. 2013. 江西九瑞地區(qū)鉆天山—郎君山地區(qū)找礦與成礦預(yù)測(cè). 資源調(diào)查與環(huán)境，34（3）: 185-192.

鄧震，呂慶田，嚴(yán)加永等. 2012. 九江—瑞昌礦集區(qū)的3D結(jié)構(gòu)及對(duì)區(qū)域找礦的啟示.地球物理學(xué)報(bào)，55（12）: 4169-4180.

蔣少涌，孫巖，孫明志等. 2010. 長(zhǎng)江中下游成礦帶九瑞礦集區(qū)疊合斷裂系統(tǒng)和疊加成礦作用. 巖石學(xué)報(bào)，26（9）: 2751-2767.

李亮，蔣少涌. 2009. 長(zhǎng)江中下游地區(qū)九瑞礦集區(qū)鄧家山花崗閃長(zhǎng)斑巖的地球化學(xué)與成因研究. 巖石學(xué)報(bào)，25（11）: 2877-2888.

劉國(guó)洪，李明駿. 2012. 武山銅礦成礦模式及找礦預(yù)測(cè)初探. 銅業(yè)工程，（1）: 25-31.

祁光，呂慶田，嚴(yán)加永等. 2012. 先驗(yàn)地質(zhì)信息約束下的三維重磁反演建模研究——以安徽泥河鐵礦為例. 地球物理學(xué)報(bào)，55（12）:

4194-4206，doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.12.031.

祁光，呂慶田，嚴(yán)加永等. 2014. 基于先驗(yàn)信息約束的三維地質(zhì)建模: 以廬樅礦集區(qū)為例. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，88（4）: 466-477.

王會(huì)敏，李永明，羅春林等. 2012. 江西九瑞地區(qū)銅多金屬礦整裝勘查區(qū)成礦規(guī)律與找礦靶區(qū)優(yōu)選. 資源調(diào)查與環(huán)境，33（4）: 245-253.

嚴(yán)加永，呂慶田，孟貴祥等. 2009. 銅陵礦集區(qū)中酸性巖體航磁3D成像及對(duì)深部找礦方向的指示. 礦床地質(zhì)，28（6）: 838-849.

嚴(yán)加永，呂慶田，陳向斌等. 2014a. 基于重磁反演的三維巖性填圖試驗(yàn)——以安徽廬樅礦集區(qū)為例. 巖石學(xué)報(bào)，30（4）: 1041-1053.

嚴(yán)加永，呂慶田，吳明安等. 2014b. 安徽沙溪銅礦區(qū)域重磁三維反演與找礦啟示. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，88（4）: 507-518.

殷卓，楊興科，張國(guó)柱. 2009. 江西九瑞地區(qū)典型礦床控礦斷裂的分形特征研究. 地質(zhì)與勘探，45（5）: 558-562.

（本文編輯 胡素芳）

Three-dimensional inversion of gravity and magnetic data at Jiujiang-Ruichang district and metallogenic indication

CHEN Hui1,2, DENG Ju-Zhi1*, Lü Qing-Tian1,3,4, YIN Chang-Chun2, QIU Jiang-Xin1

1KeyLaboratoryofRadioactiveGeologyandExplorationTechnologyFundamentalScienceforNationalDefense，EastChinaInstituteofTechnology，Nanchang330013,China2Geo-ExplorationScienceandTechnologyInstitute,JilinUniversity,Changchun130026,China3InstituteofGeophysicalandGeochemicalExploration,ChineseAcademyofGeologicalSciences,HebeiLangfang065000,China4ChinaDeepExplorationCenter-SinoProbeCenter,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China

Studies of the main ore-forming strata and magmatic rock can help explore the deep ore deposits of Jiu-Rui（Jiujiang-Ruichang） district and surrounding area, which is key to investigating the metallogenic background. We studied three-dimensional （3D） inversion of gravity and magnetic data based on analyzing the characteristics of regional geology and tectonics, the stratigraphy, the lithology, the density, and the magnetic susceptibility. Starting from the fundamental gravity and magnetic 3D inversion and combined with regional geology, density and susceptibility values, and geological information along 12 profiles, we established a reference model and the constraints on the upper and lower model boundaries, which are based on the self-designed GIF2UBC model software. We implemented a 3D inversion with geological constraints. The inversion results describe the 3D distribution of residual density and susceptibility in the Jiu-Rui district and interpret the 3D distribution of the main ore-forming strata and magmatic rocks. When compared with the known deposits of the Jiu-Rui metallogenic district, we find that the prospective areas of mineralization are located along two flanks where uplifted basement has high density and the margins of the magmatic rocks have high magnetic susceptibility.

Jiujiang-Ruichang district; Gravity and magnetic; 3D inversion; Geological constraint; Deep prospecting

深部礦產(chǎn)資源立體探測(cè)技術(shù)與試驗(yàn)（SinaProbe-03-03），“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2011BAB04B03），國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41164003、41404057）及核能開發(fā)科研項(xiàng)目（科工技[2013]969號(hào)）聯(lián)合資助.

陳輝，男，1985年生，博士生，主要從事電磁勘查技術(shù)正反演研究. E-mail:schoolhui@163.com

*通訊作者 鄧居智，男，1972年生，教授，主要從事資源地球物理勘探和電磁法正反演研究. E-mail:jzhdeng@ecit.cn

10.6038/cjg20151212.

10.6038/cjg20151212

P631

2015-06-16，2015-11-14收修定稿

陳輝， 鄧居智， 呂慶田等. 2015. 九瑞礦集區(qū)重磁三維約束反演及深部找礦意義.地球物理學(xué)報(bào)，58（12）:4478-4489,

Chen H, Deng J Z, Lü Q T, et al. 2015. Three-dimensional inversion of gravity and magnetic data at Jiujiang-Ruichang district and metallogenic indication.ChineseJ.Geophys. （in Chinese）,58（12）:4478-4489,doi:10.6038/cjg20151212.