航磁ΔT數(shù)據(jù)化極下延在冀東鐵礦的應(yīng)用

魏云飛，劉愛濤，柴　泉

(河北省地質(zhì)調(diào)查院，河北 石家莊 050081)

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航磁ΔT數(shù)據(jù)化極下延在冀東鐵礦的應(yīng)用

魏云飛，劉愛濤，柴泉

(河北省地質(zhì)調(diào)查院，河北 石家莊 050081)

航空磁測是區(qū)域性找鐵礦前期的必備工作，但若直接使用航磁ΔT數(shù)據(jù)繪制的圖件，其異常中心與礦體的對應(yīng)性往往較差。為此使用了最新的1:2.5萬冀東航磁數(shù)據(jù)，經(jīng)過化極下延的數(shù)據(jù)處理，發(fā)現(xiàn)處理過后的磁異常中心與已知鐵礦地表投影對應(yīng)效果良好。故可以使用化極下延處理后的數(shù)據(jù)來確定礦體的頂板位置，以此來指導(dǎo)下一步的地質(zhì)工程的布置工作。

航空磁測；化極；下延；冀東；鐵礦

1　引　言

航空磁測是目前進(jìn)行大規(guī)模找鐵礦效率最高、效果最好的方法，對地面磁測和地質(zhì)工作的開展有重要的指導(dǎo)意義[1-3]。2010年起，河北省開始開展全省山區(qū)1:25 000高精度航空磁測工作，至2012年底，冀東地區(qū)的航空磁測已全部完成。本次航測線距小、測點(diǎn)密，提供了數(shù)倍于以往的航磁數(shù)據(jù)，為后期數(shù)據(jù)處理提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

在后期圖件處理時(shí)，筆者將使用航磁ΔT數(shù)據(jù)直接繪制的等值線圖和所收集的鐵礦地表投影文件進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)礦體投影與航磁異常中心的對應(yīng)關(guān)系較差，推斷是礦體產(chǎn)生的磁場受斜磁化、剩磁和埋深三方面的影響造成的。航空磁測由于數(shù)據(jù)采集面距離礦體較遠(yuǎn)，在這些方面的影響就更為突出。

為了消除上述這些方面的影響，筆者采用了化極下延的數(shù)據(jù)處理方法。由于航磁測量的數(shù)據(jù)為ΔT數(shù)據(jù)，為了便于解釋，需轉(zhuǎn)化為垂直磁化的垂直磁異常，這種轉(zhuǎn)換相當(dāng)于把ΔT換算到地磁極的地磁場狀態(tài)，故稱為化到磁極，簡稱化極；下延即向下延拓，是由實(shí)測磁場向磁源方向延拓[4-6]，下延對測量數(shù)值的精度要求非常高，否則處理過程中會(huì)將誤差無限的放大，而本次航空磁測的儀器先進(jìn)、精度高，達(dá)到了本文數(shù)據(jù)處理的要求。

2　數(shù)據(jù)處理過程

航磁ΔT數(shù)據(jù)的化極和下延處理都需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，現(xiàn)在一般采用專業(yè)的軟件在計(jì)算機(jī)上來進(jìn)行。筆者使用的軟件為中國航空物探遙感中心制作的“航空物探彩色矢量成圖系統(tǒng)”。數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析的具體步驟為：

1)把實(shí)測的航磁ΔT數(shù)據(jù)網(wǎng)格化成100m×100m的GRD數(shù)據(jù)文件；

2)用當(dāng)?shù)氐拇艌龅拇艃A角及磁偏角參數(shù)進(jìn)行化極處理。由于礦體剩余磁性不確定，故本次數(shù)據(jù)處理未考慮剩磁的影響。為了確定剩磁在數(shù)據(jù)處理過程是否會(huì)造成干擾，本文挑選了3個(gè)不同的礦產(chǎn)地，視其在數(shù)據(jù)處理過程中是否有影響或是否有規(guī)律可循；

3)用化極后的數(shù)據(jù)進(jìn)行向下延拓，下延方法采用頻率域下延。由于下延會(huì)將測量的誤差無限的放大，航空磁測的高度一般均大于200m，若直接下延高度超過200m，測量誤差會(huì)放大為干擾異常。為了消除這種干擾，筆者采取了兩種措施：其①為濾波，將測量誤差作為貼近數(shù)據(jù)面的干擾異常過濾掉；其②為采用多次小深度下延，每次下延深度50～100m，每次下延完成后均重復(fù)進(jìn)行濾波(雖然濾波的同時(shí)會(huì)造成異常數(shù)值的損失，使對礦體頂板深度判斷的出現(xiàn)誤差，但這并不是本文主要考慮的方面)。這種重復(fù)下延的過程一直持續(xù)到異常范圍不再變化，而僅僅是異常極值增大為止，因?yàn)榇藭r(shí)下延的數(shù)據(jù)面已經(jīng)到達(dá)礦體頂板；

4)用化極下延后的數(shù)據(jù)網(wǎng)格化成100m×100m的GRD數(shù)據(jù)文件，進(jìn)而繪制成比較直觀的等值線平面圖，并將已知礦體地表投影添加至其中進(jìn)行對比；

5)為了較為直觀地對比原始、化極后和不同深度下延后異常位置、異常范圍及異常強(qiáng)度的變化情況，將其拼接為4合1的圖件在一張圖上表示。

由于圖件主要為示意作用，為了突出主要內(nèi)容，將圖中地質(zhì)內(nèi)容簡化為已知礦體的地表投影，等值線以等間隔繪制，以零值線范圍和等值線疏密程度來大致顯示異常范圍和極值的變化。

在圖件中，主要觀察的內(nèi)容為異常的平面位置與已知礦體地表投影對應(yīng)關(guān)系的變化以及異常零值線范圍與礦體投影范圍的吻合度的變化；次要內(nèi)容為不同下延深度異常數(shù)值的變化情況，由于濾波造成了異常數(shù)值的損失，所以圖中異常的數(shù)值并非真實(shí)值，而是一種參考數(shù)值，所推斷的礦體頂板深度也為大致數(shù)值。

3　應(yīng)用實(shí)例

冀東地區(qū)為鐵礦集中區(qū)，分布有大小鐵礦上百處，鐵礦類型主要為沉積變質(zhì)型和巖漿型，兩種鐵礦的礦體和圍巖均有明顯的磁性差異，當(dāng)?shù)氐拇艤y局部異常基本由鐵礦引起。為了驗(yàn)證化極下延這種數(shù)據(jù)處理方法應(yīng)用的廣泛性，筆者挑選了2處沉積變質(zhì)鐵礦區(qū)、1處巖漿型鐵礦區(qū)，分別進(jìn)行了相同的數(shù)據(jù)處理過程，觀察其處理結(jié)果是否同樣理想。

3.1遷西縣某鐵礦

遷西縣地處唐山市北部，當(dāng)?shù)罔F礦類型為沉積變質(zhì)型，礦石為磁鐵石英巖，賦礦地層為早太古代遷西巖群[7，8]。礦體多呈層狀產(chǎn)出，走向多為北東或近北東向。當(dāng)?shù)氐貏荽蠖酁榈蜕?，航磁的飛高為200m左右。本文選取了遷西縣東部一處已知礦為例進(jìn)行分析，其航磁ΔT數(shù)據(jù)化極下延的處理效果見圖1。

圖1中主要研究的礦體為中部的一處近北東走向的鐵礦脈。已知礦體地表投影在航磁ΔT平面圖1(a)中，處于負(fù)異常背景區(qū)的梯度帶上，附近沒有明顯的異常極值中心，直觀地看，礦體與異常區(qū)的對應(yīng)性很差，甚至很難推斷這樣的異常下會(huì)有鐵礦體；在化極平面圖1(b)中，可以看出礦體與異常有了一定的對應(yīng)關(guān)系，有了相對的異常高值中心，為121nT；在化極下延200m的平面圖1(c)上，已知礦體與異常已經(jīng)較好地對應(yīng)上，異常幅值為-900～800nT，但與礦體投影相比異常的寬度尚大；化極下延300m平面圖1(d)上，礦體投影與異常范圍已經(jīng)基本吻合，異常幅值變?yōu)?1 900～2 300nT，下延的數(shù)據(jù)面已接近礦體頂板，等值線密集區(qū)的范圍基本表示了礦體頂板的位置。

圖1　遷西縣某鐵礦航磁ΔT數(shù)據(jù)化極下延效果Fig.1　The effect of Qianxi iron ore aeromagnetic data of ΔT to turn into a magnetic pole and downward continuation

圖1中礦體東半部等值線較西部明顯的稀疏，通過與地形圖對照發(fā)現(xiàn)，西半部為平原，東半部有山脈，推斷是由于山區(qū)飛高更大的緣故，導(dǎo)致山區(qū)的異常明顯比平原區(qū)低緩，這也是礦體的東半部分與異常區(qū)吻合度較差的原因。

根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，已知礦體的外圍有數(shù)個(gè)類似的異常區(qū)，也基本可推斷為礦體的頂板位置。而數(shù)據(jù)下延至300m，異常區(qū)基本與礦體頂板重合，推斷礦體頂板埋深為100m左右。下一步地質(zhì)工作可以根據(jù)下延300m等值線圖圈定的異常區(qū)范圍來布置。

3.2遵化市某鐵礦

遵化市地處唐山市西北部，鐵礦類型為沉積變質(zhì)型，礦石為磁鐵石英巖，賦礦地層為早太古代遷西巖群[7，8]，礦體多呈層狀產(chǎn)出，走向多為北東或近北東向。當(dāng)?shù)氐貏萜教?，航磁的飛高為200m左右。本文選取了遵化市區(qū)東部一個(gè)已知的礦區(qū)為例進(jìn)行分析，其航磁ΔT數(shù)據(jù)化極下延的處理效果見圖2。

在圖2中主要研究的礦體為北東走向的西北部和東南部的兩條礦脈，在原始航磁平面圖2(a)上，航磁異常反映出了鐵礦體的存在，礦體投影大多位于等值線的北梯度帶上，異常幅值為-200～1 700nT；化極之后圖2(b)中鐵礦體基本位于異常中心，但異常范圍明顯比礦體投影大得多，異常極大值增大，幅值變?yōu)?100～2 600nT；化極下延200m圖2(c)中異常幅值增大為-300～5 300nT，礦體與異常區(qū)對應(yīng)得更好，但異常范圍與礦體的吻合度還不夠高；化極下延400m圖2(d)中大部分礦體投影和異常區(qū)范圍基本吻合，幅值有了明顯的變化，為-1 000～15 600nT，從異常形態(tài)和幅值上看，數(shù)據(jù)面已到達(dá)礦體頂端，多數(shù)礦體頂板埋深在200m左右。

圖2　遵化市某鐵礦航磁ΔT數(shù)據(jù)化極下延效果Fig.2　The effect of Zunhua iron ore aeromagnetic data of ΔT to turn into a magnetic pole and downward continuation

由上述結(jié)果推斷的已知礦外圍的類似異常區(qū)，反應(yīng)了未知礦體的頂板位置。而已開采的礦區(qū)表現(xiàn)出的磁異常依然較強(qiáng)，推斷其深部尚有開采潛力。

3.3平泉縣某鐵礦

平泉縣地處承德市東部，縣內(nèi)鐵礦種類較多。本文選取了平泉縣城西一處大型巖漿型鐵礦為例進(jìn)行分析，礦石為含釩鈦磁鐵礦角閃石巖[7，8]，開采方式為露天開采，部分礦體出露地表。當(dāng)?shù)氐貏轂橹猩絽^(qū)，航磁飛高為200m左右。礦區(qū)航磁ΔT數(shù)據(jù)化極下延的處理效果見圖3。

圖3中主要研究的礦體為中部的兩條礦脈，在原始航磁等值線圖3(a)上，異常整體呈腎狀，規(guī)模較大，礦體位置位于異常高值區(qū)的北部的梯度帶上，異常幅值為-400～3 200nT；化極圖3(b)上異常幅值變化不大，為-300～3 300nT，礦體位置已經(jīng)處于異常高值區(qū)的中心，但異常范圍較礦體來說還是過大；化極下延200m圖3(c)中主要的礦體與異常區(qū)中心對應(yīng)很好，南北兩條礦帶與南北兩條異常帶的位置、走向完全一致，異常幅值為-900～6 100nT，數(shù)據(jù)面已接近礦體的頂端；化極下延300m圖3(d)中異常幅值增大為-1 900～11 200nT，數(shù)據(jù)面部分已低于礦體頂板，只顯示出異常值增大而范圍無變化，而部分埋深稍大的礦體也有了顯示。

由于礦區(qū)地形起伏較大，導(dǎo)致飛高不均，等值線圖上部分異常有明顯沿測線方向的拉伸。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)這些干擾會(huì)被放大，需技術(shù)人員有一定的經(jīng)驗(yàn)及判斷力，盡量抓住主要，消除干擾。

根據(jù)化極下延300m數(shù)據(jù)所顯示的異常區(qū)，來確定外圍礦體頂板的位置，用以指導(dǎo)下一步地質(zhì)工作的布置。

圖3　平泉縣某鐵礦航磁ΔT數(shù)據(jù)化極下延效果Fig.3　The effect of Pingquan iron ore aeromagnetic data of ΔT to turn into a magnetic pole and downward continuation

4　結(jié)　語

通過本次對航磁ΔT數(shù)據(jù)進(jìn)行化極下延處理的實(shí)際應(yīng)用，得到了以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

1)直接用航磁ΔT數(shù)據(jù)繪制圖件的異常與實(shí)際礦體地表投影位置的對應(yīng)性較差，而經(jīng)化極下延處理后，異常與已知礦體地表投影對應(yīng)性好?？梢允褂媒?jīng)過化極下延處理的數(shù)據(jù)來確定外圍未知礦體頂板的位置，以此來指導(dǎo)下一步地質(zhì)工作的布置。

2)本文數(shù)據(jù)處理過程中未考慮剩磁的影響，而文中的3個(gè)已知礦區(qū)，在地點(diǎn)、成礦類型上有所不同，但其數(shù)據(jù)處理的結(jié)果均比較理想，表明在一般情況下剩磁的影響可以忽略。

3)1:2.5萬航磁數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大、精度高，為數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過多方面處理后的數(shù)據(jù)，甚至比地面磁測的效果更好，尤其是在地形、人文等干擾比較嚴(yán)重的地區(qū)?？勺们槭褂枚喾矫娴臄?shù)據(jù)處理工作來代替地面磁測工作。

[1]施興，彭朝暉，潘璋．河北省航磁資料的研究程度與找礦潛力分析[J]．物探與化探，2009，33(4)：374-378+388．

[2]于長春，范國正，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)：979-983．

[3]董杰，李衛(wèi)東，肖金平，等．河北省八道河航磁低背景場區(qū)鐵礦地面磁測勘查實(shí)例[J]．物探與化探，2010,34(5)：557-563．

[4]管志寧．地磁場與磁力勘探[M]．北京：地質(zhì)出版社，2007．

[5]譚承澤，郭紹雍，董學(xué)斌，等．磁法勘探教程[M]．北京：地質(zhì)出版社，1984．

[6]成都地質(zhì)學(xué)院，武漢地質(zhì)學(xué)院，河北地質(zhì)學(xué)院，等．應(yīng)用地球物理學(xué)——磁法教程[M]．北京：地質(zhì)出版社，1979．

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The Application of Aeromagnetic ΔT Data to Turn into a Magnetic Pole and Downward Continuation in East of Hebei Iron Ore

Wei Yunfei,Liu Aitao,Chai Quan

(Geological Survey Institute of Hebei, Shijiazhuang Hebei 050081, China)

Theaeromagneticsurveyisregionalfindtheessentialworkofearlyironore,butdirectrenderingusingaeromagneticdatamaps.Theabnormalcorrespondingcenterandorebodyisoftenpoor.Inthispaper,weusethelatestdataprocessingof1:25thousandeastofHebeiaeromagneticsurveydata,afterthedataprocessing,wefoundthattheprocessingofthemagneticanomalycenterandtheknownsurfaceprojectionoftheironminehasagoodeffect.Soitcanbeusedtodealwiththedata,todeterminetheroofoftheorebodyposition,inordertoguidethenextstepinthelayoutofthegeologicalproject.

aeromagneticsurvey;toturnintoamagneticpole;downwardcontinuation;eastofHebei;ironore

1672—7940(2016)03—0318—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.03.012

魏云飛(1983-)，男，工程師，主要從事物探找礦勘察方面的研究工作。E-mail:15931187372@163.com

P631.2

A

2016-01-08