井中三分量磁测属于地球物理测井的一种, 它主要用于勘探磁铁矿床或其他含强磁矿物的多金属矿.其可根据测量的三分量数据有效地区分含磁铁矿矿石区域和不含磁铁矿地层, 并且结合三分磁测曲线中△Z、△H′曲线及△T′矢量的变化可以客观科学地划分磁铁矿地层, 进一步计算出磁性异常体与钻孔的空间位置关系, 还可以根据ΔZ、ΔH′曲线的特殊形态及ΔT′矢量的收敛与发散判断出井旁是否存在磁性异常并推断磁性体相对于钻孔的方位, 进一步利用数据结合半极值法计算出磁性体的深度和与钻孔的距离, 来预测钻孔周围的隐伏矿床.井中三分量磁测在地球物理应用领域有显著的优势^[1], 是普查勘探钻孔周围盲磁性矿、确定矿体形状、产状、规模的一种高效方法.目前井中三分量磁测已经成为普查勘探磁铁矿钻孔不可缺少的有效手段^[2-3].

小水沟铁矿仅于1967~1968年进行了初步的验证工作, 其大部分矿体停留在矿点检查的基础上, 并未开展深入有效的地质勘查工作. 2012~2015年间采用地表磁测工作, 缩小找矿靶区, 并利用槽探工程进行地表揭露发现了矿体.后期在钻孔工程进行深部验证时, 运用井中三分磁测方法, 发现隐伏矿体22处, 经过实践证明, 在确定钻孔周围隐伏矿体过程中井中三分量磁测法发挥了不可替代的作用.

1 研究区地质简介

祁连小水沟铁多金属矿位于青海省祁连县野牛沟乡(图 1), 地处青藏高原东北部.

大地构造位置处于秦祁昆晚加里东造山系祁连造山带北祁连造山亚带西段的托莱山西段.研究区内构造活动频繁, 加里东期、华力西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期等造山运动均有表现, 其中以加里东期最为强烈.

区内断裂构造根据延展方向可分为北西西、北西、北东向三组断裂, 以北西西向断裂最为发育, 它构成了本区的基本格架.北西西向断裂在区内分为南、中2个断裂带:托莱山南坡断裂带和黑河断裂带.两断裂带近于平行排列, 且沿走向延伸远, 对地层切割较深, 为深部岩浆的上侵、分异、喷出及矿液运移、富集提供了良好通道和赋存场所, 而其中的深大断裂为区内酸性-超基性岩浆侵入的主要通道.北西向断裂主要形成逆断层.北东向断裂主要形成平推断层, 构成区内延伸较小、切割不深、规模不大的平推-(正)逆断层^➊.

➊青海省有色地质矿产勘查局七队.青海省祁连县小水沟地区铁多金属矿普查报告. 2017.

2 地球物理特征

研究区内共采集10种岩(矿)石标本共296块, 采用高斯第二位置对296块标本进行磁性测定, 结果见表 1.

通过综合分析显示:磁铁矿石的磁性最高, 磁化率几何平均值为16788×10^-6×4 πSI, 是其他非矿岩性的10~97倍, 最高值为36461×10^-6×4 πSI; 其剩余磁化强度也大, 几何平均值为24118×10^-3 A/m, 可引起强磁异常, 是本区内主要磁源体.凝灰岩和安山岩的磁性次之, 磁化率几何平均值分别为1656×10^-6×4 πSI和1371×10^-6×4 πSI, 最高值分别为6657×10^-6×4 πSI和7630×10^-6×4 πSI, 其剩余磁化强度也较大, 可引起中等强度的磁异常.板岩的磁性弱, 其磁化率几何平均值为446×10^-6×4 πSI, 剩余磁化强度也弱, 平均值仅为137×10^-3 A/m.辉长岩和中基性岩未显示出较强磁性的特点, 它们的磁化率几何平均值和最高值甚至低于板岩, 与结晶灰岩、硅质岩、砂岩、玄武岩处在同一水平.这6种岩性基本不会引起磁异常, 或只能引起很弱的磁异常.综上井中三分磁测法在研究区内有良好的物理条件.

3 井中三分量磁测实例

1) ZK11701孔

钻孔ZK11701井深22 m以上利用套管保护井壁, 数据处理时取井深25 m以下的数据进行处理分析.据井中磁测△Z、△H′曲线, 在钻孔深部ΔZ、ΔH′曲线均趋近于零值线, 初步推断在深部钻孔孔底一定范围内无规模较大磁性体存在.

根据整个井中磁测曲线, 井深46~80 m, ΔZ、ΔH′曲线呈剧齿状, 推测由磁性层内磁场不均匀磁化引起.井深123~127 m, ΔZ、ΔH′曲线突变强烈, 推测由薄层磁性层引起.根据钻孔ZK11701, 结合地质编录, 在钻孔66 m处见有磁铁矿体, 厚度达39 m, 矿体平均品位36.56%.

井深80~95 m段, $\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _ \bot }$、$\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _{//}}$和矢量均有发散趋势, 经过定量计算, 计算出磁性异常体在平面上的投影相对于钻孔孔口坐标位置X= -6.14 m、Y= -1.1 m、深度H=85.6 m.推测此旁侧异常为55.4~94.4 m (图 2a).

根据ZK11701钻孔的三分量曲线分析结论, 在ZK11701孔西南侧100 m布置ZK11702孔, 因布置距离较远, 仅在103.6 m处见有磁铁矿矿化体, 厚约2.4 m, 品位为24.45, 低于边界品位25%.

2) ZK12701孔

钻孔ZK12701井深4.6 m以上利用套管保护井壁, 数据处理时取井深10 m (钻机干扰)以下的数据进行处理分析.

井深50~100 m, ΔZ曲线呈近似对称的"S"形、ΔH′曲线呈近似对称的"C"形, 初步推测钻孔北侧存在旁侧异常. $\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _ \bot }$矢量无发散或收敛, $\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _{//}}$矢量发散并反向交汇会于钻孔北侧, 经过定量计算, 得出磁性异常体在平面上的投影相对于钻孔孔口坐标位置: X=33 m、Y=0 m、深度H=73 m(图 2b).

井深120~160 m段, $\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _ \bot }$矢量无发散或收敛, $\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _{//}}$矢量发散并反向交汇会于钻孔北侧, 经过定量计算, 得出磁性异常体在平面上的投影相对于钻孔孔口坐标位置: X=20 m, Y=0 m, 深度H=144 m.

3) ZK11501孔

钻孔ZK11501井深6 m以上利用套管保护井壁, 数据处理时取井深10 m以下的数据进行处理分析.

通过分析整个井中磁测曲线, 可看出在井深10~40 m段, ΔZ曲线、ΔH′曲线有剧烈跳跃, 初步推测由磁性层内磁场磁化不均匀引起.后经地质编录证实为菱磁铁矿体.而井深10~40 m段, ΔZ、ΔH′曲线均呈断开的"S"形, 推断钻孔打到矿体的北部.根据$\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _ \bot }$、$\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _{//}}$矢量具有发散趋势, 可知矢量反向延长交汇点为矿体尖灭端.进一步分析, 计算出磁性异常体中心在平面上的投影相对于钻孔孔口坐标位置: X=14.3 m、Y=10 m、中心位置深度H=36.3 m(图 2c).在钻孔深部ΔZ、ΔH′曲线均趋近于零值线, 初步推断在深部钻孔孔底一定范围内无规模较大磁性体存在, 见矿可能性不大.

根据ZK11501钻孔三分量曲线分析结果, 在ZK11501孔南侧20 m布置ZK11502孔, 在62.34~76.09 m段见到磁铁矿体, 厚度达13.75 m, 矿体平均品位为32.43×10^{-2 ➊}.由此得出, 根据ΔZ、ΔH′曲线的形态变化规律及$\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _ \bot }$和$\Delta {\mathord{\buildrel{\lower3pt\hbox{$\scriptscriptstyle\rightharpoonup$}} \over T} _{//}}$矢量的发散与收敛可判断出是否有井旁磁性异常存在并推测出相对于钻孔的方位, 通过进一步分析计算距离钻孔的距离及埋藏深度.

➊青海省有色地质矿产勘查局七队.青海省祁连县小水沟地区铁多金属矿普查报告. 2017.

综上可知:井中三分磁测根据ΔZ、ΔH′曲线在井底变化的梯度大小及正负开口情况及ΔT′矢量延长线(反相延长线)是否收敛于一点, 可以判断井底是否有磁性体富集, 以此为根据可以指导是否继续钻进, 从而科学地指导工作.

4 结论与讨论

1) 地面磁测与井中三分磁测的找矿能力不同.地面磁测通过地表观察, 可以反映近地表矿体的范围和走向, 其对矿体的纵向变化反映是较差的.而井中三分磁测靠把测量探管放入井中接近矿体, 可以很好地反映矿体厚度及延伸情况^[4-6].因此, 综合地面资料和井中磁测反映矿体真实情况十分必要.

2) 井中三分磁测可以更好地发现隐伏矿体及旁侧异常.井中磁测可以灵敏地发现纵向矿体存在, 这正是地面磁测不能做到的.即使钻孔没有直接接触矿体, 仍可以通过三分磁测了解井四周和底部较大空间内是否有隐伏矿体, 甚至进一步确定矿体与井的空间位置关系.

3) 井中三分磁测仍有很大发展空间.井中磁测属于间接找矿, 对于与磁铁矿伴生的有色金属矿, 磁性矿物含量并不多导致井中磁测异常不明显.因此更高精度的井中磁测可以更好得发现弱磁性有色金属及稀有金属矿床.