河南省某铁矿区隐伏铁矿体深部找矿研究.pdf

Series No.566August 2023 金 属 矿 山METAL MINE 总 第566 期2023 年第 8 期收稿日期 2023-01-03作者简介 张学武(1983),男,讲师。地质与测量河南省某铁矿区隐伏铁矿体深部找矿研究张学武(永城职业学院矿业工程系,河南 商丘 476600)摘 要 河南省某铁矿区主要地质面貌为平原和丘陵,已发现并且开采的铁矿有近 20 条,已探明储量高达 6.7亿 t,属于全国铁矿产量前十的矿区之一。通过高精度磁法勘探技术进行找矿勘探并圈定异常点,再通过可控源音频大地电磁法勘探技术对异常点进行找矿勘探,圈定找矿靶区和预测钻探深度,最后通过实际工程勘探,对预测结果进行了验证。研究表明:区内共有 6 个异常点,其中 M2、M6 异常可能是地下存在铁矿石所引起的磁场异常;区内圈定找矿靶区两处,分别为 C1勘测线 45#47#监测点(1#靶区)和 C2勘测线 11#21#监测点(2#靶区),经过地质信息分析获得 1#、2#靶区的钻探深度均为 1 000 m。通过实际工程勘探,验证了所圈定的靶区深部存在隐伏铁矿体。关键词 铁矿 深部找矿 高精度磁法勘探技术 可控源音频大地电磁法 地质构造 中图分类号TD11,P612 文献标志码A 文章编号1001-1250(2023)-08-226-05DOI 10.19614/ki.jsks.202308028Deep Prospecting Study of Concealed Iron Orebody in an Iron Mining Area in Henan ProvinceZHANG Xuewu(Department of Mining Engineering,Yongcheng Vocational College,Shangqiu 476600,China)Abstract The main geological features of an iron mining area in Henan Province are plain and hills.Nearly 20 iron ore-bodies have been discovered and exploited,and the proven storage capacity is as high as 670 million tons.It is one of the top ten iron ore mines in China.The high-precision magnetic prospecting technique is used for prospecting and delineating the a-nomaly points,and then the controlled source audio magnetotelluric exploration technique is adopted for prospecting and pros-pecting of the anomaly points,delineating the prospecting target area and predicting the drilling depth.Finally,the prediction results are verified by practical engineering exploration.The results show that:There are 6 anomalies in the area,among which the anomalies of M2 and M6 may be magnetic field anomalies caused by underground iron ore.Two prospecting tar-gets were delineated in the area,namely 45#47#monitoring points of C1 survey line(1#target area)and 11#21#monitoring points of C2 survey line(2#target area).The drilling depth of 1#and 2#target areas was 1 000 m by geological information a-nalysis.Through practical engineering exploration,it is verified that there are hidden iron ore bodies in the deep part of the target area.Keywords iron deposit,deep prospecting,high-precision magnetic exploration technique,controlled source audio magne-totelluric exploration technique,geological structure 河南省某铁矿区主要地质面貌为平原和丘陵,已发现并且开采的铁矿有近 20 条,已探明的储存量高达 6.7 亿 t。矿产资源是河南省的经济支柱之一,截至 2011 年底,河南省共有矿产区 1 028 个,其中铁矿区 233 个,保有铁矿资源 151 838.5 万 t。随着铁矿开采由浅入深,铁矿资源的总开采量逐年递减,2019年 8 月,总开采量为 68.34 万 t,同比下降了约4.08%,同年 9 月,总开采量为 84.3 万 t,同比下降了约 1.43%1-2。为缓解目前河南省铁矿开采量持续减少的问题,进行深部采矿势在必行。以河南省某铁矿区为例,对深部找矿方法进行了研究与应用。首先采用高精度磁法进行找矿勘探3,对所获勘探数据进行分析,圈定异常点;再采用可控源音频大地电磁法对异常点进行找矿勘探4,进一步缩小异常范围;最后对得到的勘探数据进行综合分析,圈定异常区和圈定找矿靶区。1 地质特征研究区为平原和丘陵地貌,整体较平坦,在中部622有凸起的山脉,海拔 100.0 297.9 m,且有露出的基岩5。1.1 地 层研究区地层多为第四系,露头部分岩石主要为位于中西部的太华群变质岩,研究区域地层由老到新排序见表 16。由表 1 可知:该区域岩性中太古界赵安庄组和古元古界太华群铁山庙组的岩石均属于变质岩类,是铁矿的母岩。表 1 研究区地层特征Table 1 Stratigraphic characteristics of the study area序号岩石地层单位界组岩性组成1太古赵案庄深变质岩系(如片麻岩)2古元古界太华群铁山庙组深变质岩系(如大理岩等)3中元古界汝阳群云梦山组主要为中粒石英砂岩白草坪组主要为中粒石英砂岩,同时还有部分夹杂着泥岩和页岩北大尖组主要为硅质白云岩、长石石英砂岩、钙质砂岩等4上元古界洛峪群崔庄组主要为页岩、石英砂岩、灰岩、长石石英砂岩等5洛峪群三教堂组以中粒石英砂岩为主6 新生界第四系1.2 构 造研究区经历了前震旦早期构造、前震旦期构造、震旦纪以来的构造变化,形成褶皱构造和断裂构造,褶皱构造多为封闭型,断裂构造是由于受压作用和受扭作用形成的7,数量较小。1.3 岩浆岩与矿体特征区内岩浆岩是地质运动所形成的,在西南部表面部分可以看到少量闪长岩露出,岩层深部有闪长岩、花岗岩等。区内矿体上部和下部岩性均为混合岩,呈现出花岗质的条状结构,同时伴有片麻岩、大理岩和辉石岩,如图 1 所示。区内地表未见铁矿出露,其周围的铁矿区属于以沉积岩为主的深部变质铁矿区8,面积为 4 km2,矿石多为变晶结构、块状构造等,由黑云母、碧玉、正长石、磁铁矿、褐铁矿、黄铁矿等组成9。2 高精度磁法勘探2.1 高精度磁法勘探工作布置在研究区域进行高精度磁法勘探工作,试验仪器为 5 台质子磁力仪,观测点 50 个。勘探工作分为 3个部分,分别为野外观测、参考点建立、仪器性能检测10-13。野外观测采用GPS进行测量,观测之前需要进图 1 研究区域矿体特征Fig.1 Characteristics of ore bodies in the study area行仪器调整,确保其偏差符合要求且时间准确,从而减少甚至消除仪器误差带来的影响。观测通过工作人员手持仪器,进行定位并且测量坐标;观测完成后将坐标和轨迹数据进行汇总,并输送到电脑端。参考点建立包括选取日变站参考点、仪器校正点、总基点。日变站参考点选取工作是利用 6 台GSM-19 磁力仪进行磁力检测,最终以磁场平稳的区域为主要目标,得到日变站参考点的具体位置。仪器校正点选择需要避免磁场干扰,因而一般选在日变站附近磁力最小的位置。总基点确定是通过性能稳定的 GSM-19 磁力仪进行日变观测,每 10 s 自动记录一个数据,而后将观测到的 771 个数据进行平均值计算,所得平均值即为该区域的总基点值,该值是否有效取决于磁场平均变化值是否小于 2 nT。仪器性能检测主要包括探头高度值确定、仪器噪声符合性检查、观测误差确定、一致性检查等。探头高度确定是通过 2 台 GSM-19 型磁力仪对研究区进行往返观测,分别测得探头高度为 1 m 的往返观测值、探头高度为 1.5 m 的往返观测值、探头高度为 2 m 的往返观测值,并对数据进行处理,得到磁力仪工作时探头高度为 2 m 时可取最佳值。仪器噪声符合性检查时,如果仪器显示的水平方向噪声精度小于1.0 nT,则满足试验要求。观测误差是通过 5 台GSM-19 型磁力仪的均方差误差值(表 2)进行分析判定。一致性检查是通过 5 台磁力仪对 50 个观测点进行反复测试,所得方差为 0.45 nT(小于设计值 2 nT),即认为一致性检查符合要求,确保试验结果的准确性。2.2 试验数据处理试验数据处理包括通过小程序进行数据预处理、利用插值法进行数据网格化处理、数据化极、总梯度值计算等步骤。数据预处理是对试验测得的数据进722 张学武:河南省某铁矿区隐伏铁矿体深部找矿研究 2023 年第 8 期表 2 试验用 GSM-19 型磁力仪观测均方根误差值Table 2 Observed root mean square error values of the GSM-19 magnetometer used in the testnT设备使用状态不同仪器设备精度1#2#3#4#5#设计精度使用前0.391 3220.103 2040.360 204 110.682 8510.438 4122使用后0.141 9230.219 5790.136 876 000.462 1452行初始的修正日变值、去除无效数据、试验数据高度值修正、试验数据水平梯度值修正,通过使用 Visual Basic for Applications(VBA)语言编写程序,自动进行数据预处理,所得部分数据见表 3。表 3 试验数据预处理部分结果Table 3 Partial results of test data preprocessing线号点号坐标/mXYH日改数据高度改正值/m水平梯度改正值T/nT00140N456739 100369 012 08450 932.43-0.264 157 4591.851 09850 934.094 0000140N458739 101369 010 18550 929.16-0.240 143 1441.817 42350 930.737 2800140N460739 101369 008 08550 927.13-0.240 143 1441.785 88150 928.675 7400140N462739 100369 006 08650 927.04-0.216 128 8301.760 97850 928.584 8500140N464739 101369 004 08650 925.56-0.216 128 8301.725 80150 927.069 6700140N466739 100369 002 08550 925.22-0.240 143 1441.700 89850 926.680 7500140N468739 099369 000 18450 925.51-0.264 157 4591.677 49750 926.923 3400140N470739 100368 998 18450 924.06-0.264 157 4591.642 32050 925.438 1600140N472739 100368 996 18450 919.18-0.264 157 4591.612 88050 920.528 1200140N474739 099368 994 18550 922.99-0.240 143 1441.587 37750 924.337 2300140N476739 101368 992 18650 926.00-0.216 128 8301.547 06350 927.330 9300140N478739 100368 989 98750 925.07-0.192 114 5151.519 15650 926.397 0400140N480739 100368 988 08650 935.81-0.216 128 8301.490 61850 937.084 4900140N482739 100368 986 08650 929.02-0.216 128 8301.460 57850 930.264 4500140N484739 101368 984 08750 929.95-0.192 114 5151.425 40150 931.183 2900140N486739 100368 982 08850 939.82-0.168 100 2011.400 49850 941.052 4000140N488739 100368 979 98850 948.03-0.168 100 2011.368 95650 949.230 8600140N490739 100368 978 08950 957.50-0.144 085 8861.340 41850 958.696 33 在数据网格化处理中,主要使用克里金数据插值法对预处理后的数据进行网格化处理。首先得到高精度磁法勘测 T 值显示的异常地域;然后通过消除整个研究区域的磁场影响,弱化研究区域内的局部异常,消除局部异常干扰,通过求导运算消除磁场相互叠加引起的异常,计算试验数据的总梯度模,对高精度磁法勘测量 T 总梯度模进行修正。2.3 试验结果通过对勘探数据进行处理,最后得到 M3、M4、M5 磁异常与该区域的正异常具有一定的关系,而M1、M2、M6 异常可能是地下存在铁矿石所引起的磁场异常。其中 M1 异常下部的磁场较浅,并且磁场所产生的磁力较大,可以作为寻找铁矿的目标区域,但是由于该异常中很多缺失的数据多通过插值法计算得到,其精准度不高,故而排除 M1 异常。M2 异常下部磁场较浅,并且磁场所产生的磁力较大,可以作为寻找铁矿的目标区域。M6 异常下部磁场较深,并且磁场所产生的范围较大,可以作为寻找铁矿的区域。总体上,M2、M6 异常与铁矿磁场有一定的关系,具有一定的研究潜力,可作为可控源音频大地电磁法勘探的目标区域。3 可控源音频大地电磁法勘探3.1 勘探仪器以及操作本研究试验仪器为美国的 Zonge 公司生产的GDP-32型多功能电法站,精确度高、仪器性能稳定、探 头 的 灵 敏 度 很 高,十 分 适 合 野 外 探 测 工作14-15,可以作为可控源音频大地电磁法勘探的主要仪器16-18。勘测过程中,本研究分别选择正负异常区域覆盖范围最广的南北向 C1线和正异常区域的异常值多样性较多的南北向 C2线进行测点布置(图 2)。勘测时调整仪器频率,分别为 1、1.414、8 192 Hz,每个频率之间的递增倍数为 2,每组数据至少测量 3 次。822总第 566 期 金 属 矿 山 2023 年第 8 期图 2 研究区测线布置Fig.2 Layout of survey lines in the study area3.2 数据处理以及解译通过对勘探结果进行异常数据修正,得到较为平滑的数据曲线,再对数据进行分离和修正处理,最后通过对勘探数据进行静态位移修正,在此基础上,以原始数据作为勘探数据进行反演,利用前期修正数据资料对反演异常数据进行修改,取得最佳效果。通过对数据处理得到 C1、C2两条线的电阻率反演结果,分别如图 3 和图 4 所示。图 3 C1线视电阻率反演结果Fig.3 Inversion results of apparent resistivity C1 line由图 3 可知:C1区磁场异常主要是由高阻异常体所致,该异常体位于-100-700 m、21#51#测点区段内,形状为长方形。图 4 C2线的电阻率反演结果Fig.4 Inversion results of apparent resistivity C2 line由图 4 可知:C2区域内 1#11#测点区段磁场是由高电阻异常体所致,该异常体视电阻率较高,位于-100 m 处;11#21#测点区段是由于含水构造产生某一部分低电阻异常;11#78#测点 0-600 m 区段异常体视电阻率较低,为层状,-600-1 100 m 区段视电阻率较高,也为层状。3.3 勘探结果通过高精度磁法勘探,得到深部铁矿区的两个异常点为 M2、M6,对其进行可控源音频大地电磁法勘探,经过对试验数据处理,并结合该研究区地质特征,圈定了深部铁矿找矿靶区,分别为 C1线的 1#找矿靶区和 C2线的 2#找矿靶区(图 2)。1#靶区内无矿体出漏,区内埋深小于 300 m 区段,岩性为砂土、黄土、黏土;埋深3001 000 m 区段,岩性主要为闪长岩。1#21#测点区段-900 m 处存在高阻体,并且在该区域内存在闪长岩;21#51#测点区段-300 m 处有宽600、厚400 m 的闪长岩侵入形成的高阻异常体,故推断 1#51#测点之间的地下岩石为一整体;41#46#测点区段,地下岩浆岩活跃,且侵入岩与周围岩体密切交互,地下部分有低阻体,找矿潜力较大。根据该靶区地质因素综合分析,一般闪长岩下方为铁矿形成的有利地质条件,故本研究钻探工程的钻孔位置为 45#47#测点正下方或者右侧,钻孔深度为-1 000 m。在实际勘测过程中,当钻孔深度达到-950 m 时,探测到了铁矿体。2#找矿靶区内无矿体出漏,该区域埋深小于 300 m 区段,岩性为砂土、黄土、黏土;埋深 300900 m 区段,岩性主要为花岗岩、片麻岩;埋深大于 900 m 区段,岩性为闪长岩。C2线11#21#测点区段岩浆岩较多,地层以褶皱结构为主,且在该区域内发现过铁矿,故该区域找矿潜力巨大。根据该靶区地质因素综合分析,花岗岩和片麻岩相交互的部分极有可能含有铁矿,故钻探工程的钻孔位置选为 11#21#测点正下方,钻孔深度为-1 000 m。在实际勘测过程中,当钻孔深度达到-800 m 时,探测到了铁矿体。4 结 语以河南省某铁矿区为例,将高精度磁法勘探技术、可控源音频大地电磁法勘探技术与钻探验证方法相结合,实现了对区内铁矿资源的深部勘探,对于类似矿区找矿勘探实践有一定的参考价值。致 谢本研究行文过程中参考了部分同行学者成果,谨致谢忱!参 考 文 献1 潘世龙,李晓东.金属矿山隐伏矿找矿预测理论与方法J.世界有色金属,2019(16):79-80.PAN Shilong,LI Xiaodong.Prediction theory and method of con-cealed ore prospecting in metal minesJ.World Nonferrous Metals,2019(16):79-80.2 吴跃峰.金属矿山隐伏找矿预测理论与方法研究J.低碳世界,2016(10):81-82.922 张学武:河南省某铁矿区隐伏铁矿体深部找矿研究 2023 年第 8 期WU Yuefeng.Research on the theory and method of hidden ore pros-pecting in metal minesJ.Low Carbon World,2016(10):81-82.3 李洪梁,李光明,张志,等.藏南扎西康铅锌多金属矿床控矿因素及找矿预测J.金属矿山,2016(10):103-108.LI Hongliang,LI Guangming,ZHANG Zhi,et al.Ore-controlling fac-tors and ore prospecting of Tashikang lead-zinc polymetallic deposit in Southern TibetJ.Metal Mine,2016(10):103-108.4 程红军,陈川,展新忠,等.隐伏矿床成矿预测理论与方法新进展J.地质与勘探,2017,53(3):456-463.CHENG Hongjun,CHEN 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