金属矿勘探中重磁3D物性反演技术应用研究

【摘 要】反演是根据地质资料，结合已得异常特征，研究矿体形状、空间位置及物性参数。地球物理资料解释的主要环节就是解反演问题。伴随地质体精细研究的提高，重磁反演发展到3D阶段。本文介绍3D反演关键参数，采用深度函数抵消位场衰减，反演深度处在正确位置。以白石泉多金属矿为实际，利用三维反演取得较好效果，反映出了重磁三维反演之优越性和指导意义。

【关键词】物性反演 重磁 金属矿

地球物理反演问题求解研究是地质勘探隐伏矿定位找研究中关键环节之一。地球物理反演问题就是依据观测数据信息求解地质体深度和形态。随着矿床勘探对地质体三维精细结构研究不断提高，重磁反演处理解释技术目前已经发展到 3D地质体描述和解释阶段[1]。3D重磁反演的模型主要有形态模型和物性模型两类。形态模型反演通常以多边形2D棱柱体和3D多面体地质体，经过反演模拟模型体形态进而探明地质体，反演中模型体物理性质不变。反演建模将场源区分成单元组合，在反演中模型单元不变。

1 3D物性反演原理

在笛卡尔坐标系下，位于ri处的第i个观测点获取的重力为：

重力3D反演，定义目标函数如下：

式中： 空间权重函数（ωs、ωx、ωy、ωz），方向相关性（αs、αx、αy、αz），目标函数灵活能够构造不同模型，ρ0为模型密度，通过勘测资料得到。

图 1 地质体模型（a组合模型；b模型单元）

物性反演之时模型关系确定，则几何形态与测点关系就会保持不变。测网密度为参考，网格剖分需要做考虑精度，测网密度设计与地质体规模有关。

2铜镍矿区3D重磁物性反演

2.1 矿区地质构造介绍

白石泉铜镍矿处在塔里木板块二级构造交汇处，构造北东向以大断裂为界，北面板块前缘弧带，南面天山隆起。本矿区出露地层主要为元古界蓟县系卡瓦布拉克群和长城系星星峡群一套变质岩系，是基性-超基性岩体及铜镍矿体的直接围岩，主要岩性为一套中深变质海相碎屑沉积岩类[2]。卡瓦布拉克群主要岩性为绢云母石英片岩、石英岩、石英片岩、大理岩等；如石英片岩、斜长角闪片岩、麻粒岩及大理岩等；星星峡群主要岩性为一套中深变质片麻岩、片岩和少量大理岩，与上覆卡瓦布拉克群呈断层（F2） 接触，如图2所示。

图 2 铜镍矿区地质图

1第四系；2元古界卡瓦布拉克群（ Ptk） ；3元古界星星峡群（ Ptx） ；4闪长岩（δ4）；5海西期花岗岩（ r4） ； 6含矿岩体；7基性-超基性岩体；8钻孔；9研究区

2.2 矿区岩矿特征

（1）磁性特征。矿区岩石磁性与密度统计结果，磁测矿区异常强度不高在300～500nT，磁性统计矿区岩矿石以磁化率参数为主，磁强度较小。辉长、橄辉岩、闪长岩、斜长片岩具中磁性。花岗岩、角闪岩、硅质岩、大理岩为微弱磁及无磁性。辉长岩、闪长岩和黑云母斜长片岩具有中等强度的磁性，已验证信息显示矿区磁异常与超基性岩对应[3]。

（2）密度特征。由表可见，基性及超基性岩密度值较高，而花岗岩、中性闪长岩密度值相对较低。野外观察得出，密度值较高的黑云母斜长片岩靠近超基性岩体。密度结果显示从重力场角度不能区分基性与超基性岩的局部重力异常。矿区重力异常是基性超基性杂岩体引起的[4]。矿区超基性岩后期断裂侵入，超基性岩强矿化蚀变，蛇纹及纤闪石化是超基性岩密度值降低，矿区超基性岩总体表现低重力异常。

由磁性及密度分析结果得出，虽然隐伏超基性岩属于低重力异常，但矿化超基性岩受构造控制伴随侵入基性岩，故此用重力测量和磁异常能够较好的圈定隐伏矿体。

2.3 3D重磁物性反演

2.3.1 重磁 3D 物性反演

大比例实测得出本区重磁测量数据，针对重磁异常预先处理数据技术为3D反演做准备。

（1）磁测数据预处理。依据测区的地磁倾角和偏角及本地正常磁场强度，磁测剩余异常进行化到磁极处理，由于磁异常衰减较快，对获得的化极异常减去正常场便获取了剩余磁异常[5]。

（2）重力数据预处理。鉴于重力异常的连续性特点首先进行圆滑处理，由于重力异常衰减较磁异常慢很多，进一步分离局部异常（ 剩余异常求取） 要困难许多，通过对比不同阶次趋势剩余异常、插值切割异常及匹配滤波异常，主要依据已知地质先验信息（ 钻探岩心及物性及地质模型等） ，我们最终选择了与已知地质信息吻合最好的匹配滤波异常（ 等效源深度 800m 以上）作为进一步进行 3D 反演的剩余异常。

（3）网格剖分。针对已知的数据采集测网密度（ 25m×20m），考虑到已知钻探控制的铜镍隐伏矿体在本区规模一般较小，在建立地下地质体物性模型时，为尽可能提高垂向分辨率，我们采用了25m×25m×12.5m（长×宽×高）的矩形体为基本剖分单元，这样实际网格剖分就将地下 800m 深度范围内半空间划分为103×64×32=210944 个网格单元。

（4）反演约束参数。反演计算中，所采用的主要参数值为： 各方向相关系数 αs= 0.0001，αx= 1，αy= 1，αz= 1，使其在三个方向的平滑度一致； 参考模型采用零空间模型，即背景密度 ρ0设置为0；重力反演的深度加权因子为2，磁力反演的深度加权因子为 3；重力反演经过 24 次迭代后，迭代拟合均方误差（ RMS） 为 ±6%时完成反演，反演结果如图3a 所示。磁力 3D 反演经过 35 次迭代后，迭代拟合均方误差（ RMS） 为 ± 5% 时完成反演，反演结果如图 3b 所示。

图3 重力与磁法三维反演立体图（a重力反演；b磁法反演）

2.3.2 3D 物性反演解释及效果

通过比对已知的地质信息，就能发现，三维反演获得密度的异常体能够比较好的反映地下隐伏体空间形态及特征，辉长岩和局部的高密度异常高度相关，已知的超基性矿化一般表现是低密度特征，如图4a所示。磁化三维反演得到的磁性源体三维分布和深度变化特征，含矿的超基性岩体受断裂影响，一般表现是局部的低密度异常，但在磁化率反演是则会表现出高密度异常，如图4b所示[6]。与物性分析结合认为局部高密度异常，反映出基性、超基性岩体的空间分布特征，和杂岩相关的磁异常更好地显示出矿化超基性体的空间分布[7]。经三维磁法反演发现深部变现出明显的高磁异常，推断深部存在超基伏矿体，通过钻探的验证，发现多层铜镍矿体找矿效果较好。

图4 矿区反演切片（a密度差；b磁化率）

3 结语

（1）确定目标函数是地球物理反演的重要因素之一，这直接关系到地质模型的确立及反演可信程度，合理的加权参数与目标函数是反演关键所在。3D计算时，不但要考虑采样密度、地质体规模，还要注意地下部分网格体的尺度，既要考虑采样点密度及目标地质体大小等约束条件，同时也要考虑网格剖分单元数量对于正反演计算的时间和存储空间的影响。

（2）白石泉的铜镍矿区实践证实，采用重磁3D反演能够比较好地获得空间地下不同深度及磁性差异矿体其的分布形态，可以为进而研究隐伏矿分布提供信息。

参考文献：

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[3]刘天佑.任意形状地质体数值积分法重磁场三维可视化反演[J].地质与勘探，2006.42（5）：79-83.

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