地球物理学进展  2016, Vol. 31 Issue (2): 713-722   PDF    
重磁方法在国内外金属矿中的研究进展
柳建新1,2, 孙欢乐1,2, 陈波1,2 , 郭荣文1,2    
1. 中南大学 地球科学与信息物理学院, 长沙 410083;
2. 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室, 长沙 410083
摘要: 重磁勘探技术是国内外发展最早的查找多金属矿体的地球物理方法,其以多金属矿体与围岩之间的密度或磁性差异为物理基础,对密度和磁性差异较大的地质体分辨能力强.随着仪器设备的发展,航空重磁测量技术使地形陡峭地区的测量成为了可能,其勘探深度大、效率高、工作限制条件较少等优点也越来越受到物探工作者的关注.通过重磁勘探可以直接对致矿目标体进行勘探,也可用于圈定断裂和岩体的空间分布,查明成矿相关地质构造和划分构造单元等,为勘探金属矿起到关键的指示作用.在过去的几十年里,重磁勘探技术在国内外大量的金矿、铜矿、铁矿等有色多金属矿产的勘探发现中起到了至关重要的作用.本文主要对重磁勘探在金属矿勘察方面的原理、仪器、数据处理方法、反演解释及其应用的进展进行了比较全面的论述,总结了未来高精度重磁测量和数据处理技术方面的发展前景.
关键词: 重力     磁法     金属矿     勘探    
Review of the gravity and magnetic methods in the exploration of metal deposits
LIU Jian-xin1,2, SUN Huan-le1,2, CHEN Bo1,2 , GUO Rong-wen1,2    
1. School of Geosciences and Info-Physics, CentralSouth University, Changsha 410083, China;
2. Key Laboratory of Non-ferrous Resources and Geological Detection, Ministry of Hunan province, Changsha 410083, China
Abstract: TheGravity andmagnetic methodsare the first geophysical techniques to be used in metal deposit exploration.These methods are very useful for any targets for which there is a strong density or magnetic contrast at depth. A steady progression in instruments and field operations, especially the airborne platform has enabled the acquisition of gravity and magnetic data in nearly all environments, even on the areas with extremely steep topography. These techniques has become more and more popular for geophysicists because of the significantly improvements in data accuracy, field efficiency and exploration depth.The gravity and magnetic methodsnot only are employed to explore the mental mineral deposits, but also are particularlyuseful in regional geological mapping of favorable terranes for the occurrence of metal deposits, as well as to identify appropriate structures and rock types that host metal deposits. In the past half century, these two methods played very important roles in the exploration of many types of metal ore bodies, such as gold, copper, and iron deposits and so on. This study reviewed the continuous evolution of gravity and magnetic methods in the basic theory, instruments, field operations, data processing techniques, methods of interpretation and applications, and summarized their development prospect infuture.
Key words: gravity     magnetic     metaldeposits     exploration    
0 引 言

重磁勘探作为传统的地球物理勘探方法,一直倍受地球物理工作者的关注和重视.重磁勘探以地质体与围岩之间具有一定的密度或磁性差异为物理基础,对密度和磁性差异较大的地质体分辨能力较强.通常情况下,多金属矿体与围岩的密度和磁性都会存在明显差异,从而在地表形成明显的重磁异常.特别是,磁法勘探能比较明显地反映磁性体或磁铁矿的异常特征,因而可以用于圈定由这类矿体引起的磁异常范围,在寻找磁性较强的磁铁矿时非常有效.相比其他物探方法,重磁勘探具有成本低、勘探深度大、效率高、操作简便、工作限制条件较少等优点.特别是在地形陡峭、难以进行地面物探方法测量时,航空重力和航空磁测通过空中观测,能有效克服地形限制,并具有数据覆盖区域广的优点.因此,重磁勘探在寻找金属矿产和查明相关地质构造方面具有广泛的应用.近些年,随着重磁勘探仪器、观测手段、测量方式、数据处理技术及解释方法的发展,重磁勘探更是迈向了一个新的阶段.由于国际经济建设的加快,国内外对于金属矿产资源的需求量日益增加,重磁勘探技术在寻找金属矿产资源方面受到越来越多的重视.本文以重磁勘探机制、仪器、观测手段、数据处理与解释技术为出发点,对重磁勘探技术在国内外金属矿上的应用研究现状进行总结和展望.

1 重磁勘探机制

重力勘探依托于牛顿万有引力定律,是利用组成地壳的各种矿体、岩体间的密度差异来寻找矿产资源的一种地球物理勘探方法.当勘探矿体与围岩存在一定的密度差异时,利用重力测量仪器可以在地表观测到重力加速度的变化.对地表实测重力值进行各项校正,排除各种干扰因素影响后,获得由地下密度分布不均匀体引起的重力变化,即为重力异常.在金属矿的勘探工作中,金属矿体与围岩往往具有一定的正密度差异,表现为重力正异常.结合其他物探和地质资料,对重力异常进行定性或定量分析和解释,可以勘探矿产资源,圈定成矿带,推断隐伏矿体的位置和描述控矿构造等(管志宁等,2002曾华霖,2005).

磁法勘探通过观测和分析由岩石和矿物的磁性差异所引起的磁异常,研究地质构造和矿产资源分布规律.磁异常的起因取决于地球磁场和岩矿石的磁性.磁法勘探利用高精度磁力仪观测获得磁异常多参量信息,对磁异常进行多项改正消除各种干扰后,利用磁异常多参量场与磁性体间的对应关系和规律,对磁性体的埋深、形状、产状、分布范围及性质进行推断.引起磁异常最重要的是物性因素,即磁性矿物含量、矿体大小、矿石贫富和岩矿石种类等,其次是矿体埋藏深度、赋存形态和氧化蚀变程度,此外还包括原始磁化强度、地域环境和地质构造等(管志宁,1997管志宁,2005).

2 重磁勘探仪器和手段发展现状

重磁勘探的应用程度和范围很大程度取决于仪器设备、野外测量技术、数据处理技术及解释水平(Nabighian et al.,2005).重力和磁法勘探作为传统的地球物理勘探方法,近几十年来,随着测量仪器和计算机技术的迅猛发展,特别是航空重磁技术,已进入到了高精度测量和自动化解释的新阶段.

2.1 重力勘探观测仪器和手段

最早的重力测量仪器以摆仪和扭秤观测为主.Eötvös在1890年设计了最早的测量重力变化率的扭秤.由于摆仪和扭秤观测过于费时,20世纪30~50年代,多种新型重力仪相继问世.Hartley和Graf以垂直弹簧秤为基础研制出了杠杆弹簧扭秤系统,由此诞生了德国Askania GS型重力仪.LaCoste根据零长弹簧的长周期垂直地震仪原理,发明了最早的LaCoste-Romberg助动金属弹簧重力仪.随后,Worden研制了石英弹簧重力仪,之后以其相同原理生产的重力仪有加拿大Scintrex公司的CG型和苏联的GAK型重力仪.目前,Scintrex CG5型全自动石英弹簧重力仪已成为世界主流的相对重力仪,测量精度优于5微伽.此外,用于台站定点连续观测的相对重力仪也不断发展,从阿拉卡尼亚GS型,LCR-ET型、PET型、TGR型,到现在广泛采用的gphone型金属弹簧重力仪.由于具有轻便、经济、测量时间短、操作方便等优点,相对重力仪被广泛应用于金属矿勘探领域.此外,绝对重力仪也在不断地发展和进步.目前市场化的主要有美国Micro-g公司生产的系列绝对重力仪,其中主流的便携式FG5系列重达150 kg,A10系列至少重达105 kg,离广泛应用于金属矿勘探还有一定的距离.除了传统的地面测量仪器,还设计出小型化的井中重力仪、水下重力仪及多分量航空重力梯度仪,其中多分量航空重力梯度仪发展比较快,并开始广泛应用于金属矿勘探.

近年来,随着差分全球定位系统、惯性导航系统以及高灵敏度和稳定的重力传感器技术的发展,航空重力测量得到了迅猛发展,从而进行了大面积快速测量,沙漠、沼泽等人迹罕至的地区也得以测量,为重力场研究提供了大量高精度的新数据,使得重力勘探在金属矿勘探中得到了更进一步应用(熊盛青,2009).从不同比力测量系统的角度,航空重力测量系统可分为双轴平台、三轴平台和捷联式系统(孙中苗,2004孙中苗等,2013).航空重力双轴平台测量系统能获取中高分辨率和较高精度的重力场信息.我国首次研制成功的航空重力测量系统就属于双轴平台系统(孙中苗,2004).美国的Lacoste-Romberg重力仪、Bell重力仪、德国的KSS系列重力仪等均为双轴平台系统(Brozena and Childers,2000Forsberg et al.,2001Olesen,2002Verdun et al.,2002Forsberg et al.,2003).目前均被广泛应用于矿产资源勘察的三轴平台系统的重力测量仪器主要有AIRGrav航空重力仪和GT重力仪(Gabell,2004;Wooldridge,2010).我国国土资源航空物探遥感中心于2007年引进了GT-1A航空重力仪开展航空重力测量,其在海岸带的测量精度相对较高(郭志宏等,2008).捷联式航空重力测量系统是近些年快速发展的一类观测系统(张开东,2007),2008年底我国成功研制出捷联式重力仪原理样机SGA-WZ01,并于2009年进行首次飞行试验(孙中苗等,2015).此外,由于重力的高阶导数比重力具有更高的分辨率,目前地面和航空重力梯度测量仪器和观测技术也在研究和发展中,该技术相比于传统地面重力仪具有测量速度快、压制噪声能力强及精度高等特点,该技术在金属矿隐伏矿体成像等方面也得到快速应用(Dransfield et al.,2000;Martinez et al.,2012).

2.2 磁法勘探观测仪器和手段

早在17世纪中叶,瑞典人就掌握了利用罗盘寻找磁铁矿的技术.1879年R.Thalen研制出了简单的磁力仪.20世纪初,发明了石英刃口磁力仪,磁法勘探技术开始大规模被用于找矿和研究小范围的地质构造.20世纪30年代,前苏联罗加乔夫成功研制了感应式航空磁力仪,航空磁法被推广使用,大区域的磁场分布得以快速而经济地观测.20世纪50~60年代,质子磁力仪被移装到船上开展海洋磁测(管志宁,2005刘天佑,2007).20世纪80年代开始,高精度磁测开始广泛应用于金属矿勘探(余中明,2006吴国学等,2007滕吉文等,2007).自20世纪至今,磁法勘探仪器经历了由简单到复杂的发展过程,从原先的机械原理到现在的电子技术.

目前常用的磁力仪有光泵磁力仪、机械式磁力仪、质子磁力仪和超导磁力仪等.质子磁力仪目前在有色金属找矿领域普遍使用.当前主流仪器有Scintrex公司的ENVIPRO质子磁力仪,采样频率0.5 Hz时灵敏度为0.1 nT,同等水平的有我国北京地质仪器厂研制的CZM-5磁力仪及美国CG公司的Erev-1磁力仪等.光泵磁力仪灵敏度达0.01 nT,采样频率达到10 Hz甚至更高,比如美国的G-858SX铯光泵高精度磁力仪及我国研制的航空氦光泵磁力仪HC-2000等仪器,由于其精度高、重量轻等特点,应用越来越广泛,有取代质子磁力仪的趋势(熊光楚,1994).超导磁力仪由于对温度要求高,在金属矿等磁法勘探中应用较少,但是随着常温超导材料的普遍应用,基于超导材料的全张量磁力梯度仪,是未来磁力仪发展方向.

磁法测量可在地面、空中、海洋、钻孔和卫星上开展.在寻找金属矿中,最常用的是地面高精度磁法勘探和航空磁法勘探.地面磁测是在地面上设置测网,用磁力仪观测磁异常现象和分布规律.航空磁测是用安装在飞机上的磁力仪进行磁测.航空磁测具有快速高效,不受地貌环境限制等特点.目前世界上发展最为成熟的航空磁力仪是加拿大生产的铯光泵磁力仪和中国生产的氦光泵磁力仪(线纪安,2003),航磁视野宽阔,信息量大.航空磁测时,飞机一般会距离地面一定高度进行飞行测量,因而能有效减少地表磁性不均匀的影响,记录的磁场数据能反映更深部的地质构造特征(王涛等,2007于长春等,2007).此外,航空重磁勘探技术与遥感技术的联合应用,已在能源与矿产方面取得了可观的效果(朱卫平等,2014).

3 重磁数据处理和反演技术

为了获得由地下岩石和矿体产生的重力异常或磁异常,需要对重磁数据进行相应的处理,重磁数据处理和反演是后期地质解释的关键.重力数据收集后需要经过零点漂移校正、固体潮校正、纬度校正、布格校正和地形校正等,得到反映地下密度异常体分布的布格重力异常(侯遵泽和杨文采,1997侯遵泽,2015).磁法数据处理主要涉及方向误差校正、测量平台的误差补偿、日变消除、地磁模型基本场的剔除、地形校正等.此外,由于磁化强度具有随空间变化的方向性,为了方便解释,往往需要转化成竖直方向,诸如化极处理和伪重力转换(管志宁等,1985高金田等,2005孙中任等,2011).为了减少化极和延拓等处理的不稳定性,姚长利等(2012)将迭代法运用到重磁位场转换计算中,使得计算的稳定性有所提高.

为了获得感兴趣的重磁异常以及异常源的信息,开展重磁异常的滤波增强和正反演解释是重磁数据处理和解释的必备环节(王彦飞,2007).

3.1 重磁异常的滤波和增强

由于重、磁异常是地下所有的密度或磁性体引起的叠加异常,为了获得勘探地质体引起的异常(例如可能的矿床),通常需要对重磁异常进行异常分离.国内外的地球物理工作者提出了多种区域和剩余异常分离方法,主要包括图形法、向上延拓法、滤波法、趋势分析法、小波变换等方法.图形法是最早使用的方法,缺点是主观性比较大.正交多项式拟合的趋势面分析法由Oldham和Sutherland(1955)提出,被广泛应用于区域场和局部场的分离.Syberg(1972)提出了位场延拓和匹配滤波法进行异常分离.Pawlowski和Hansen(1990)发展了频率域维纳滤波器区分区域异常和局部异常.随后,Pawlowski(1995)根据格林等效层原理和维纳滤波提出了优选延拓法.在此基础上,Meng等(2009)提出了延拓插值法.Guspí和Introcaso(2000)运用稀疏谱技术分离位场异常.近年来,小波分析被应用于位场区域和局部异常分离(侯遵泽和杨文采,1997Fedi and Quarta,1998杨文采等,2001).Keating和Pinet(2011)提出了非线性滤波方法.侯遵泽等(2015)提出了重力场实数尺度小波分解,用以获得地壳三维密度结构的更多细节,得到了很好的应用效果.这些方法均各具特点和优势,但又有其局限性.

重磁数据在识别地质线性构造中扮演着重要的角色,重磁边界识别是了解区域地质构造、圈定地下地质体范围和开展地质填图的重要手段.重磁边界识别提取的地质体边界信息往往对应地下断裂构造、不同岩性地质体的边界或接触带.国内外研究者基于导数技术提出了多种边界识别的方法,如向导数(Hood and McClure,1965)、水平总梯度法(Cordell,1979)、斜导数法(Miller and Singh,1994)、总水平导数的垂向导数法(Wang,2009)、Theta图(Wijns et al.,2005)和归一化标准差法(Cooper and Cowan,2008)等.此外,欧拉反褶积(Thompson,1982)、小子域滤波(张凤旭等,2007)和解析信号(Nabighian,1972)等方法也被用于边界检测与识别.王万银等(2010)在研究总水平导数和解析信号极值空间变化特征的基础上,详细论述了边界识别效果.骆遥等(2011)借助二维希尔伯特变换,提出了直接解析信号解释方法,使边界识别噪声干扰的问题在一定程度上得到了解决(欧洋,2013).马国庆等(2011;2012)提出了多种不同形式的均衡边界滤波器,可使不同深度地质体的边界同时识别和显示.随后,马国庆等(2013)提出了增强型水平导数法,该法利用不同阶水平导数之间的线性组合来进行地质体边界的识别,能够更加清晰地识别地质体的边界,且比较稳定.

3.2 重磁反演技术

重磁异常最终需要转化为地质认识.重磁数据反演通过实测重磁异常场推断出引起异常的密度和磁化率模型,是描绘地下密度或磁性异常体分布和深部延伸最直接的方法(林振民和陈少强,1996陈召曦等,2012李泽林等,2015).以往重磁数据解释软件多采用人机交互的二维反演解释技术,主观性较大,难以客观地描述复杂地质体.目前重磁反演主要分为物性反演和形态反演,物性反演由于具有反演条件宽松、容易操作且能够模拟复杂地质体的优点,成为近年来位场反演的主要发展方向(姚长利等,2007姚长利等,2002孟小红等,2012).物性反演解释技术是对地下空间地质体的物性参数进行定量计算.Backus和Gilbert最早提出线性反演理论,并由Green(1975)Parker(1973)Oldenburg(1974)等成功地应用于地球物理反演.线性反演的迭代优化方法有高斯法、牛顿法、最速下降法和共轭梯度法等,这些线性迭代优化算法收敛速度快,但容易陷入局部极小.随着数学优化方法的发展,多种全局随机优化的非线性反演算法(如模拟退火算法、遗传算法和神经网络算法等)被引入到地球物理反演中,并得到成功应用(姚长利等,2003).三维物性反演具有大量参数,计算量大,而且受多解性的影响,很难得到精确的反演结果.郭文斌等(2012)提出了重力异常的BP神经网络三维物性反演方法,该方法将BP神经网络应用于三维物性反演,反演速度快、精度高、能够很好地反映场源信息.此外,秦静欣等(2014)将自适应模拟退火法应用到重力密度界面的反演当中,由于它是一种非线性反演方法,不需要计算偏导数和大矩阵方程,容易得到全局最优解.

当前重力反演已由基于重力异常数据的单个简单模型假设发展到一般基于重力异常和梯度异常三维密度体的重构(张岭和郝天珧,2006张凤旭等,2006于鹏等,2007).但是由于场源等效性、测量误差和观测数据离散且有限等影响,位场反演具有多解性(徐世浙等,2009王万银等,2010).为了减少反演结果的多解性,约束反演受到重视.约束条件一般包括:参数先验数值范围、参数绝对值、参数相对变化、反演异常源构造倾向性分布和异常源的致密度等约束(姚长利等,2002).Last和Kubik(1983)在迭代反演过程中加入异常体体积最小的约束条件,被称为“致密反演”,研究表明该方法对于浅部异常体反演效果较好.Guillen和Menichetti(1984)加入了异常体最小惯量约束,提高了对深部异常体的反演能力.随后Barbosa和Silva(1994)对最小惯量约束进行改进,发展了沿着多个惯量轴的最小体积反演,能够处理更为复杂的重力反演问题.Li和Oldenburg(1998)采用参数空间导数最小约束对重力数据进行三维反演,该约束会导致物性光滑过渡的场源,称为光滑约束;同时,为了抵消重磁反演的“趋肤效应”,他们在反演中引入了深度加权函数.随后,将该方法被应用于反演重力梯度数据(Li,2001Martinez et al.,2013).

光滑约束反演的主要缺点是反演结果在不同岩石属性间的过渡带是模糊的,而大量地质构造都具有明确的边界,并非光滑,例如矿体和侵入岩脉.为了克服光滑反演的缺点,Portniaguine和Zhdanov(2002)提出了聚焦反演方法,并应用于磁化率和密度反演,该方法对反演具有尖锐边界的地质体有较好的效果.随后,Zhdanov等(2004)将该方法应用到重力梯度数据三维反演中.Pilkington(2009)提出了稀疏约束反演方法,并对磁化率进行了三维反演,该方法不需要引入正则化项约束,并提高了反演速度,模型试验表明该方法得到的反演结果比最小平方约束反演结果更加聚焦,异常体边界更加清晰(石磊等,2012).此外,René(1986)提出的“种子反演”也能得到边界清晰的异常体,该方法实现过程不需要解线性方程,因而计算速度较快.最近,Uieda和Barbosa(2012)将该方法扩展到重力梯度数据的三维反演,并取得了良好的反演效果,但是该方法需结合地下异常体的密度信息以及异常体的大致中心埋深等约束信息.Chasseriau和Chouteau(2003)在Tikhonov正则化反演方法中引入参数协方差作约束.Gomez-Hernande等(2004)Shamsipour等(20102011)建立了协同克里金反演方法,分别对重力数据和磁场数据进行反演,模型试验表明该方法能有效地利用参数协方差中包含的先验地质信息,从而降低了反演的非唯一性.有的学者为了减少反演的多解性,将重磁数据进行反演建模,祁光等(2012)提出了先验地质信息约束下的三维重磁反演建模,并取得了良好的地质找矿效果.除了通过向反演方程添加约束条件外,通过多种数据的联合反演也能在一定程度上减少反演的多解性(杨辉等,2002).Golizgrad等(2005,2007)研究了重震联合反演模型参数化问题.Lines等采用最小二乘法对声波测井数据、地震数据和地面重力及井中重力数据进行了联合反演. Fedi和Rapolla(1998)提出具有深度分辨率的三维重磁反演方法,该方法结合地面观测数据和多个不同高度平面上的延拓数据,或直接对地面和航空梯度数据进行联合反演.马国庆等(2014)将归一化局部波数法应用到重磁异常数据的解释当中,其在不知任何地质体信息的前提下可以反演重磁异常体的位置,具有很高的分辨率和精度(曾华霖等,1999孟平等,2003沈庆夏等,2010).结合小波多尺度分析、表面刻痕分析以及位场频率域解释理论和反演方法,杨文采等(2015)提出了重力场多尺度刻痕分析方法,并应用于刻画地壳分层的三维密度结构、构造单元分区和地壳变形带分布.随着重磁探测仪器和技术的提高以及GPS技术的进步,对井中、地面、航空重磁及梯度张量数据进行联合反演,通过丰富的数据信息降低反演的多解性是目前和未来的发展趋势.

4 重磁勘探技术在国内外找金属矿中应用

重磁勘探方法探测金属矿床时,利用来自矿化作用、蚀变带和特定主岩或构造的位场响应,不仅可以直接寻找矿床,描绘金属矿床赋存的岩体或构造,而且可以查找与成矿有关的地层、构造、岩浆岩、蚀变岩石和矿化带等控矿因素,研究金属矿床赋存的岩体或构造以推断矿体的位置(刘光鼎和郝天珧,1995王聿军等,2005孙兴国等,2007陈伟军和刘洪涛,2009田文法等,2010王桥等,2012).因此,重磁勘探方法在直接和间接找矿中都发挥着重要的作用,在国内外金属矿勘探中运用非常广泛.

在直接找矿方面的运用(Hinze et al.,2013),例如通过重力勘探发现了加拿大魁北克西部以黄铁矿和闪锌矿为主的大型矿床,加拿大育空地区的Faro铅锌矿,加拿大新不伦瑞克省的Bathurst碱金属硫化物矿床.磁法勘探在寻找铁矿有着非常悠久的历史,不仅能直接发现磁铁矿床,而且能确定矿体的磁化强度、产状要素、埋深和估算磁铁矿石的储量.例如通过磁法勘探发现了芬兰的Gruvberget和Leveaniemi铁矿及美国内华达州Dayton铁矿等.在间接找矿方面,重磁勘探方法运用更为广泛.例如,Chapman等(1980)对美国加利福尼亚州Port Wine地区的实测地面重力数据进行了多种异常分离技术对比,预测了富含沙金的古河道的走势和分布.Mickus(1998)分析了美国加利福尼亚州Mesquite矿区东北地区的地面重力和航磁数据,构建了2.5维重力模型,调查了潜在的拆离断层和矿化岩体分布. Coggon(2003)结合3D欧拉反褶积、2.5D和3D正反演技术对澳大利亚Wallaby地区航空磁测数据的分析,估计了该地区金矿床深部的分布(Dentith and Mudge,2014).智力坎德拉里亚铜矿带进行的航空重力梯度测量,揭示的矿体分布与钻探结果一致(Dransfield,2007).Farquharson等(2008)利用重力数据约束反演来预测和描绘加拿大拉布拉多的大型镍、铜、钴矿床的地下特征和展布,为矿体的开采提供了非常有用的地下信息.此外,重磁勘探方法在澳大利亚南部的奥林匹克坝铜、金、铀矿,美国蒙大拿州布特斑岩铜矿,加拿大安大略Marmora磁铁矿—矽卡岩矿床,曼尼托巴的镍矿床,不列颠哥伦比亚斑岩铜矿,阿萨巴斯卡盆地的铀矿和土耳其埃拉泽东南部的铬矿床等大型矿床的勘探发现中都发挥了巨大的作用(Hinze et al.,2013).

我国在20世纪30年代开始应用重磁勘探技术开展找矿试验工作.重力勘探是我国20世纪60~70年代的铬铁矿和富铁矿的普查中的主要方法.陈善等在吉林省进行了重力勘探金属矿的研究,成功地发现了含铜硫铁矿(曾华霖,2005).利用重力勘探在我国安徽庐枞和江苏江宁地区发现了隐伏黄铁矿(王懋基,1994).中国地质调查局采用1:2.5万重力面积测量,在栾川矿集区推断了多个隐伏花岗岩体和新断裂构造,为寻找隐伏矿和深部找矿提供了重要信息.

20世纪50年代,运用磁法勘探技术先后在我国辽宁、河北、湖北、山东、内蒙古、四川等多个地区找到了丰富的铁矿.在山东莱芜、湖北大冶铁山、金山店等地,利用剩余磁异常计算方法寻找到了金属盲矿(熊光楚,1994).利用高精度磁测技术在西藏仁布县地区发现了大量烙铁矿(余中明等,2006).在辽宁本溪,先后采用大地电磁测深和高精度磁法测量发现了超大型大台沟铁矿(曹令敏,2011).山东地矿局在鲁西南地区开展了地面高精度重磁测量和SIP频谱激电剖面工作,通过定性和定量解释相结合,推断在济宁地区存在一个高密度强磁性地质体,钻探并得到了验证,随后在安徽庐江地区圈定出一高磁异常区,通过钻探验证,铁矿品位很高(熊光楚,1994管志宁,1997娄德波等,2008).刘天佑等(2012)在西藏朗县秀沟工区完成了1:5000高精度重磁勘探,推断出铬铁矿与矿化体的重磁远景异常,并且已经得到证实.

随着航空观测技术的发展,我国利用航空磁法发现的铁矿床占我国磁铁矿总数的80%,如安徽霍邱、新疆磁海河天湖等.此外,利用重磁勘探技术在我国湖北铜录山的矽卡岩铜矿、新疆喀拉通克的硫化铜镍矿、甘肃白家嘴子、吉林红旗岭、安徽铜陵等矿床的发现和圈定中起到关键作用(管志宁,2005).

重磁勘探除了在找矿中运用外,利用重磁勘探数据还可以评估矿产资源开采中潜在的安全和环境问题,例如用于识别岩石类型、断裂位置和蚀变带,进而预测矿体及围岩的强度,这对于优化采矿设计和提高矿山的生产安全至关重要.同时,可以用于绘制对矿区地下采矿生产的坍塌很敏感的地质构造,描绘可能控制从矿山巷道到周围环境的地下水运移的基底地形等.

5 结论与展望

由于重磁测量精度和测量技术的发展、重磁数据处理方法、技术和解释水平的提高,重磁勘探已发展到高精度探测阶段,在国内外金属矿勘探中发挥着重要作用,特别是在成矿预测、圈定岩体和构造等方面.随着仪器精度的提高、航空测量的发展、重磁数据处理和解释水平的提高,重磁勘探能为金属矿勘探中查明岩体和发现矿床提供强有力的手段.目前和未来的发展趋势包括以下几个方面:

(1)改进测量仪器和提高测量精度,发展灵敏度高、精度高、稳定性好、便于测量和携带的野外测量仪器.同时,由于传统的测量方法费时费力,难以在地形陡峭的地区开展,且容易受浅部异常的干扰.开展高精度的航空重力测量、航空磁法测量和航空重力梯度测量,能有效克服上述缺点,且能大面积快速获得有价值的重磁数据,因此,进一步开展相关测量技术和数据处理解释的研究是未来的发展趋势.

(2)研究和发展新的重磁数据处理解释技术,例如不同深度的重磁场分离、重磁弱信号提取.重磁数据反演和解释中,充分利用已有的地质和地球物理信息,约束反演过程和结果,提高反演质量.结合其他地球物理资料,开展联合反演,减少反演的多解性.

(3)在金属矿勘探中,综合运用多种地球物理勘探技术,利用数据处理新技术和新方法,再结合化探、地质、钻孔和遥感等资料进行综合解释是未来深部找矿、圈定深部控矿构造的主要发展趋势.

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