金屬礦勘探中重磁3D物性反演技術(shù)應(yīng)用研究

田必　　林鄭軍

【摘 要】反演是根據(jù)地質(zhì)資料，結(jié)合已得異常特征，研究礦體形狀、空間位置及物性參數(shù)。地球物理資料解釋的主要環(huán)節(jié)就是解反演問題。伴隨地質(zhì)體精細(xì)研究的提高，重磁反演發(fā)展到3D階段。本文介紹3D反演關(guān)鍵參數(shù)，采用深度函數(shù)抵消位場衰減，反演深度處在正確位置。以白石泉多金屬礦為實(shí)際，利用三維反演取得較好效果，反映出了重磁三維反演之優(yōu)越性和指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】物性反演 重磁 金屬礦

地球物理反演問題求解研究是地質(zhì)勘探隱伏礦定位找研究中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。地球物理反演問題就是依據(jù)觀測數(shù)據(jù)信息求解地質(zhì)體深度和形態(tài)。隨著礦床勘探對地質(zhì)體三維精細(xì)結(jié)構(gòu)研究不斷提高，重磁反演處理解釋技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展到 3D地質(zhì)體描述和解釋階段[1]。3D重磁反演的模型主要有形態(tài)模型和物性模型兩類。形態(tài)模型反演通常以多邊形2D棱柱體和3D多面體地質(zhì)體，經(jīng)過反演模擬模型體形態(tài)進(jìn)而探明地質(zhì)體，反演中模型體物理性質(zhì)不變。反演建模將場源區(qū)分成單元組合，在反演中模型單元不變。

1 3D物性反演原理

在笛卡爾坐標(biāo)系下，位于ri處的第i個(gè)觀測點(diǎn)獲取的重力為：

重力3D反演，定義目標(biāo)函數(shù)如下：

式中： 空間權(quán)重函數(shù)（ωs、ωx、ωy、ωz），方向相關(guān)性（αs、αx、αy、αz），目標(biāo)函數(shù)靈活能夠構(gòu)造不同模型，ρ0為模型密度，通過勘測資料得到。

圖 1 地質(zhì)體模型（a組合模型；b模型單元）

物性反演之時(shí)模型關(guān)系確定，則幾何形態(tài)與測點(diǎn)關(guān)系就會保持不變。測網(wǎng)密度為參考，網(wǎng)格剖分需要做考慮精度，測網(wǎng)密度設(shè)計(jì)與地質(zhì)體規(guī)模有關(guān)。

2銅鎳礦區(qū)3D重磁物性反演

2.1 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造介紹

白石泉銅鎳礦處在塔里木板塊二級構(gòu)造交匯處，構(gòu)造北東向以大斷裂為界，北面板塊前緣弧帶，南面天山隆起。本礦區(qū)出露地層主要為元古界薊縣系卡瓦布拉克群和長城系星星峽群一套變質(zhì)巖系，是基性-超基性巖體及銅鎳礦體的直接圍巖，主要巖性為一套中深變質(zhì)海相碎屑沉積巖類[2]?？ㄍ卟祭巳褐饕獛r性為絹云母石英片巖、石英巖、石英片巖、大理巖等；如石英片巖、斜長角閃片巖、麻粒巖及大理巖等；星星峽群主要巖性為一套中深變質(zhì)片麻巖、片巖和少量大理巖，與上覆卡瓦布拉克群呈斷層（F2） 接觸，如圖2所示。

圖 2 銅鎳礦區(qū)地質(zhì)圖

1第四系；2元古界卡瓦布拉克群（ Ptk） ；3元古界星星峽群（ Ptx） ；4閃長巖（δ4）；5海西期花崗巖（ r4） ； 6含礦巖體；7基性-超基性巖體；8鉆孔；9研究區(qū)

2.2 礦區(qū)巖礦特征

（1）磁性特征。礦區(qū)巖石磁性與密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，磁測礦區(qū)異常強(qiáng)度不高在300～500nT，磁性統(tǒng)計(jì)礦區(qū)巖礦石以磁化率參數(shù)為主，磁強(qiáng)度較小。輝長、橄輝巖、閃長巖、斜長片巖具中磁性?；◢弾r、角閃巖、硅質(zhì)巖、大理巖為微弱磁及無磁性。輝長巖、閃長巖和黑云母斜長片巖具有中等強(qiáng)度的磁性，已驗(yàn)證信息顯示礦區(qū)磁異常與超基性巖對應(yīng)[3]。

（2）密度特征。由表可見，基性及超基性巖密度值較高，而花崗巖、中性閃長巖密度值相對較低。野外觀察得出，密度值較高的黑云母斜長片巖靠近超基性巖體。密度結(jié)果顯示從重力場角度不能區(qū)分基性與超基性巖的局部重力異常。礦區(qū)重力異常是基性超基性雜巖體引起的[4]。礦區(qū)超基性巖后期斷裂侵入，超基性巖強(qiáng)礦化蝕變，蛇紋及纖閃石化是超基性巖密度值降低，礦區(qū)超基性巖總體表現(xiàn)低重力異常。

由磁性及密度分析結(jié)果得出，雖然隱伏超基性巖屬于低重力異常，但礦化超基性巖受構(gòu)造控制伴隨侵入基性巖，故此用重力測量和磁異常能夠較好的圈定隱伏礦體。

2.3 3D重磁物性反演

2.3.1 重磁 3D 物性反演

大比例實(shí)測得出本區(qū)重磁測量數(shù)據(jù)，針對重磁異常預(yù)先處理數(shù)據(jù)技術(shù)為3D反演做準(zhǔn)備。

（1）磁測數(shù)據(jù)預(yù)處理。依據(jù)測區(qū)的地磁傾角和偏角及本地正常磁場強(qiáng)度，磁測剩余異常進(jìn)行化到磁極處理，由于磁異常衰減較快，對獲得的化極異常減去正常場便獲取了剩余磁異常[5]。

（2）重力數(shù)據(jù)預(yù)處理。鑒于重力異常的連續(xù)性特點(diǎn)首先進(jìn)行圓滑處理，由于重力異常衰減較磁異常慢很多，進(jìn)一步分離局部異常（ 剩余異常求取） 要困難許多，通過對比不同階次趨勢剩余異常、插值切割異常及匹配濾波異常，主要依據(jù)已知地質(zhì)先驗(yàn)信息（ 鉆探巖心及物性及地質(zhì)模型等） ，我們最終選擇了與已知地質(zhì)信息吻合最好的匹配濾波異常（ 等效源深度 800m 以上）作為進(jìn)一步進(jìn)行 3D 反演的剩余異常。

（3）網(wǎng)格剖分。針對已知的數(shù)據(jù)采集測網(wǎng)密度（ 25m×20m），考慮到已知鉆探控制的銅鎳隱伏礦體在本區(qū)規(guī)模一般較小，在建立地下地質(zhì)體物性模型時(shí)，為盡可能提高垂向分辨率，我們采用了25m×25m×12.5m（長×寬×高）的矩形體為基本剖分單元，這樣實(shí)際網(wǎng)格剖分就將地下 800m 深度范圍內(nèi)半空間劃分為103×64×32=210944 個(gè)網(wǎng)格單元。

（4）反演約束參數(shù)。反演計(jì)算中，所采用的主要參數(shù)值為： 各方向相關(guān)系數(shù) αs= 0.0001，αx= 1，αy= 1，αz= 1，使其在三個(gè)方向的平滑度一致； 參考模型采用零空間模型，即背景密度 ρ0設(shè)置為0；重力反演的深度加權(quán)因子為2，磁力反演的深度加權(quán)因子為 3；重力反演經(jīng)過 24 次迭代后，迭代擬合均方誤差（ RMS） 為 ±6%時(shí)完成反演，反演結(jié)果如圖3a 所示。磁力 3D 反演經(jīng)過 35 次迭代后，迭代擬合均方誤差（ RMS） 為 ± 5% 時(shí)完成反演，反演結(jié)果如圖 3b 所示。

圖3 重力與磁法三維反演立體圖（a重力反演；b磁法反演）

2.3.2 3D 物性反演解釋及效果

通過比對已知的地質(zhì)信息，就能發(fā)現(xiàn)，三維反演獲得密度的異常體能夠比較好的反映地下隱伏體空間形態(tài)及特征，輝長巖和局部的高密度異常高度相關(guān)，已知的超基性礦化一般表現(xiàn)是低密度特征，如圖4a所示。磁化三維反演得到的磁性源體三維分布和深度變化特征，含礦的超基性巖體受斷裂影響，一般表現(xiàn)是局部的低密度異常，但在磁化率反演是則會表現(xiàn)出高密度異常，如圖4b所示[6]。與物性分析結(jié)合認(rèn)為局部高密度異常，反映出基性、超基性巖體的空間分布特征，和雜巖相關(guān)的磁異常更好地顯示出礦化超基性體的空間分布[7]。經(jīng)三維磁法反演發(fā)現(xiàn)深部變現(xiàn)出明顯的高磁異常，推斷深部存在超基性隱伏礦體，通過鉆探的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)多層銅鎳礦體找礦效果較好。

圖4 礦區(qū)反演切片（a密度差；b磁化率）

3 結(jié)語

（1）確定目標(biāo)函數(shù)是地球物理反演的重要因素之一，這直接關(guān)系到地質(zhì)模型的確立及反演可信程度，合理的加權(quán)參數(shù)與目標(biāo)函數(shù)是反演關(guān)鍵所在。3D計(jì)算時(shí)，不但要考慮采樣密度、地質(zhì)體規(guī)模，還要注意地下部分網(wǎng)格體的尺度，既要考慮采樣點(diǎn)密度及目標(biāo)地質(zhì)體大小等約束條件，同時(shí)也要考慮網(wǎng)格剖分單元數(shù)量對于正反演計(jì)算的時(shí)間和存儲空間的影響。

（2）白石泉的銅鎳礦區(qū)實(shí)踐證實(shí)，采用重磁3D反演能夠比較好地獲得空間地下不同深度及磁性差異礦體其的分布形態(tài)，可以為進(jìn)而研究隱伏礦分布提供信息。

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