金属矿区地面磁法研究工作中的几个问题

磁法是地球物理探矿方法中应用范围最广、效果较好的一种方法。在我国金属矿床上应用地面磁法还存在哪些问题,今后研究工作中应注意什么问题,很值得讨论。下面提出四方面的问题: （1）根据中国地质矿床及地磁緯度特点,总结应用磁法的经验; （2）在勘探磁性矿床时磁法的应用; （3）岩石、矿石磁性的研究; （4）磁测结果解释推断的机械化及自动化。     

超基性岩热液硫化物矿床磁性物质来源和磁异常特征

围岩为超基性岩的热液硫化物矿床是一种重要的海底热液硫化物矿床类型,相比围岩为玄武岩的热液硫化物矿床,超基性岩热液硫化物矿床研究相对较少,磁性特征也更为复杂．超基性岩热液硫化物矿床在热液蚀变作用下产生磁铁矿和磁黄铁矿等磁性矿物,从而呈现出与玄武岩型热液矿床相反的强烈的正磁异常．在超基性岩热液硫化物矿床发育的初始阶段,高温热液流体与周围超基性岩作用发生蛇纹石化,开始产生磁铁矿等磁性矿物,呈现出强烈的正磁异常;随着热液系统持续活跃,超基性岩蛇纹石化程度逐渐增加,产生的磁性矿物含量也逐渐增加,呈现的正磁异常达到最强;随着热液活动逐渐停止,热液蚀变伴随的蛇纹石化反应逐渐停止,热液系统温度逐渐降低,无法继续维持还原环境,之前产生的磁黄铁矿和磁铁矿会被氧化成非磁性硫化物或氧化物导致其磁性大大降低形成弱的正磁异常．然而,如Lost City这样的低温活跃的超基性岩热液系统也表现为较弱的正磁异常,原因可能为低温环境下超基性岩的热液蚀变与高温流体不同,低温环境下的蛇纹石化过程中铁元素会转移到所生成的非磁性水镁石等岩石中,导致也形成弱的正磁异常．     

应用磁视散度及磁源重力异常确定低磁纬度地区磁性体分布-以哥伦比亚普图马约盆地为例

低磁纬度地区受斜磁化的影响,用常规方法很难准确确定磁性体的平面分布特征.为了研究位于低磁纬度地区普图马约盆地的磁性体分布特征,本文根据场的散度原理,假定磁△T异常为具有一定方向的矢量场,其方向与磁化方向一致,导出了磁△T异常视散度的计算方法;根据磁位与引力位的关系,在频率域中通过磁△T异常求取了磁源重力异常,并尝试利用拉普拉斯方程计算磁源重力异常垂向二阶导数.本文设计理论模型讨论了磁△T异常视散度、磁源重力异常垂向二阶导数的特征与磁性体平面分布特征的关系,证明了上述方法的有效性.进而利用上述方法推测了普图马约盆地磁性体的平面分布特征,结果表明:应用磁视散度及磁源重力异常确定的普图马约盆地磁性体分布与实际地质特征吻合较好,取得的成果对普图马约盆地相关地质研究及对低磁纬度地区的磁性体的确定有一定的参考意义.     

一阶反转曲线(FORC)图的原理及应用实例

自然样品中的磁性矿物携带着丰富的环境演化信息．然而在一般情况下,自然样品的磁性是其含有的诸多磁性矿物的综合反映．为了分离这些磁信息,近年来发展了一种新的岩石磁学方法：一阶反转曲线（FORC）图．该方法不但可以确定磁性矿物矫顽力的分布以及磁性矿物颗粒之间磁相互作用的强弱,而且还可以帮助区分磁性矿物的种类和磁畴状态．本文首先详细介绍该方法的基本原理和其物理意义,在此基础上,给出了一个应用FORC图确定含铝的钛磁铁矿玄武岩样品中磁性矿物在加热过程发生转变的研究实例．在两个温度下的FORC图密度分布差的结果表明,这种新方法可以灵敏地检测样品中微弱的磁性矿物改变,因此在岩石磁学、环境磁学和古地磁学研究中具有很好的应用前景．     

磁组构的分离与岩石构造变形分析

目前实验条件下获得的AMS（磁化率各向异性）是岩石内所有磁性矿物磁化率各向异性叠加的综合响应,详细的岩石磁学和构造地质学的综合分析表明常规AMS测试结果通常无法揭示岩石复杂的构造变形过程.本文综述了运用非磁滞剩磁各向异性（AARM）、低温AMS（LT-AMS）和高场AMS（HF-AMS）等实验方法对岩石AMS组分进行分离,可以定量获取不同磁性矿物的磁组构贡献,进而解释其不同的变形特征.在此基础上阐述了近年来针对不同磁性矿物组合的AMS分离方法的理论技术创新和进展及其在岩石构造变形特征分析中的应用前景,讨论了常见磁性矿物单晶的岩石磁学性质及各向异性度（P_j）与形状因子（T）在揭示岩石变形特征中的复杂性与局限性,最后举例并分析了磁组构分离技术在造山带岩石构造变形分析中的应用.

     

高精度重、磁测量在大兴安岭找矿工作中的应用

根据以往的经验,在找矿勘查中,通常应用高精度磁法和电法,很少应用重力方法.本文通过小面积的大比例尺高精度重力工作,展示了重力工作在找矿勘查中所起的作用.尤其是在高纬度覆盖区,地表地质不甚明了、电法工作比较困难的情况下,可以发挥重力工作受环境干扰小的优势,寻找高密度地质体.在本矿区中,重力工作作为高精度磁测工作的重要补充,有利于更准确地确定矿体的位置和平面形态特征.由于高精度磁测方法寻找的是有磁性矿物,当矿体无磁性时,磁异常不能反映矿体的位置和形态.本文根据重力方法和磁测方法的原理,对矿区的地球物理场进行研究,给出本矿区识别矿体异常的原则,根据磁性矿物与铅锌矿伴生的特点,结合磁异常,如果重磁异常中心吻合较好,重磁异常幅值和梯度也较大,表明矿体异常的可靠性很大;当然,对磁异常表现为负磁异常的高频重力高异常也不能忽视,有可能是埋藏浅的无磁性金属矿的反映.所以,需要密切关注幅值大、梯度大的高频重力高异常.     

磁各向异性条件下的磁法勘探正问题及其解法

本文利用磁化率张量k、导磁率张量μ和剩余磁化强度J_r的概念表征磁性体的各向异性,给出了磁法勘探正问题在磁各向异性条件下的数学提法,即总磁位U应由下列的偏微分方程和定解条件确定: 其中,A₁⁺是磁性体Q₁的边界面,S₁^-和S_大分别是无磁性空间Q₀的内外边界面,n为各区域封闭界面上一点的外法线向量,ρ_r是剩余磁荷密度,U₀是地磁场的磁位。 然后,又给出了应用有限元法解上述正问题的计算公式（二度）和实例。     

磁组构研究现状

磁组构技术作为一种快速、经济和无损性方法测量岩石组构方法,已被广泛用于地质和古今环境研究。随着测试仪器和磁学理论的不断完善,除磁化率各向异性（ＡＭＳ）测量外,近几年非磁滞剩磁各向异性（ＡＡＲ）和等温剩磁的各向异性（ＡＩＲ）的研究较多。同时随着扫描电镜等非磁方法研究和岩石磁性参数测量相结合,人们认识到磁性矿物组成对磁各向异性的重要控制作用。岩石应变磁组构测量在过去几年得到较大发展。岩浆岩的研究主要信     

磁各向异性条件下的磁法勘探正问题及其解法

本文利用磁化率张量k、导磁率张量μ和剩余磁化强度Jr的概念表征磁性体的各向异性,给出了磁法勘探正问题在磁各向异性条件下的数学提法,即总磁位U应由下列的偏微分方程和定解条件确定: 其中,A1+是磁性体Q1的边界面,S1-和S大分别是无磁性空间Q0的内外边界面,n为各区域封闭界面上一点的外法线向量,ρr是剩余磁荷密度,U0是地磁场的磁位。 然后,又给出了应用有限元法解上述正问题的计算公式（二度）和实例。     

一个变泥质岩包体样品的系统热磁试验及其矿物学意义

利用一件采自河北汉诺坝周坝地区变泥质岩包体样品,结合系统的低温和高温磁性测量结果,探讨了应用热磁实验鉴别样品中所含原生磁性矿物的多解性问题. 结果表明, 饱和等温剩余磁化强度（SIRM）在室温～250℃以及280℃～380℃的降低分别由高钛钛磁铁矿的剩磁解阻过程（一种物理过程）以及由磁赤铁矿转换成赤铁矿（一种矿物相变）引起.样品在500℃以后磁化率的升高则是由磁铁矿从钛磁赤铁矿中出溶所致.因此,κ-T（即磁化率随温度变化）曲线中呈现约580℃居里点是由加热过程中次生的磁铁矿引起,而并非代表原始（即加热前）样品中的磁铁矿成分.     

非均匀物性条件下多尺度窗口修正法换算磁源重力异常及在寻找DSO的应用

DSO（Direct Shipping Ore,直运块矿）是一种高品位的富铁矿.在加拿大拉布拉多（Labrador）地槽谢菲尔威利（Schefferville）铁矿成矿带,含铁建造苏克曼（Sokoman）组地层全铁含量低、具高密度、强磁性,能够引起高重力异常与高磁异常;而风化淋滤后富集的赤铁矿和针铁矿等（也称DSO）全铁含量高,具高密度、无磁性,仅能够引起高重力异常.采用一般的滤波方法不能提取DSO的重、磁异常.本文采用基于泊松（Poisson）公式的磁场换算磁源重力异常（pseudo-gravity anomaly）方法,由磁场换算磁源重力异常,再与实测重力异常对比,得到纯粹由高密度、无磁性的DSO产生的剩余重力异常,对剩余重力异常采用密度成像与2.5D反演方法解释DSO.泊松公式虽然提出时间很长,但迄今为止仅仅用在资料解释中的定性分析,本文推导并实现了密度磁性非均匀条件下经典泊松公式的形式与实现过程,提出了多尺度窗口滑动线性回归修正的磁场换算磁源重力异常方法,使该公式的数学原理能够对重、磁异常的反演解释定量化.最后本文将多尺度窗口滑动线性回归修正的换算磁源重力异常方法用于加拿大拉布拉多地槽谢菲尔威利铁矿成矿带铁矿勘探,较好地解决了寻找高密度、无磁性DSO的问题.

     

磁组构与构造变形

磁组构通常指磁化率各向异性,即AMS（Anisotropy of Magnetic Susceptibility）,是一种重要的岩石组构,是弱变形沉积岩地区灵敏的应变指示计.近年来,AMS在造山带及前陆地区的广泛应用为构造变形研究提供了极大的帮助,同时提升了该方法的理论认识.本文在研读最新相关文献与著作的基础上,结合笔者及研究团队在龙门山地区获得的磁组构研究成果,综述了磁组构在沉积岩地区构造变形研究中的应用进展,并基于现有的研究认识对关键问题进行讨论,提出以下几点认识：（1）磁性矿物分析是AMS研究的关键,应结合多种岩石磁学实验及光学与电子显微构造研究手段展开详细的磁性矿物学分析;（2）磁化率椭球与应变椭球的对应主轴在绝大多数情况下相互平行,但在不同期次、不同种类复杂的磁性矿物组成,或者多期次构造变形的影响下,AMS与应变的关系相对复杂,应比对高场和低温AMS及非磁滞剩磁各向异性（AARM）测试结果,获得不同矿物的优选定向特征,并对获得的组构进行分期;（3）AMS可以揭示造山带及其前陆地区的构造演化历史,并且是分析断层相关褶皱的有限应变特征和变形机制的重要方法,同时也是厘定断裂带变形性状和期次及运动学分析的有效手段;（4）磁组构形成于成岩作用早期或构造变形的最早阶段,能很好地记录褶皱和逆冲作用之前的平行层缩短变形,因此可以揭示同沉积阶段的古构造应力方向.后期足够强烈的构造变形能局部改造或彻底掩盖先存AMS记录,构造流体有关的同构造期结晶矿物或先存矿物的重结晶导致的再定向被认为是其根本原因;（5）斜交磁线理是一种特殊的磁组构类型,反映了区域构造叠加或多期构造变形作用或隐伏斜向逆冲等可能的构造过程,有必要结合多方面的地质证据对其成因作出合理解释.

     

北京密云水库表层沉积物磁性矿物的鉴别

本文对密云水库表层沉积物中的磁性矿物进行了岩石磁学和透射电子显微学的综合研究.本实验建立的磁选方法实现将70%～85%左右的磁性矿物从沉积物中分离出来.岩石磁学研究表明,密云水库沉积物中的磁性矿物以多畴和单畴磁铁矿为主,还含有少量高矫顽力弱磁性载磁矿物（可能为赤铁矿）.对磁选矿物的透射电镜观测表明,样品中部分单畴磁铁矿具有纳米尺寸和化学纯度高等特点,为拉长的立方-八面体磁铁矿,是趋磁细菌产生的化石磁小体;多畴磁铁矿多数具有微米尺寸,形状不规则,为碎屑成因;超顺磁磁铁矿粒径约为5～20 nm,且含硅、铝等元素,可能为自生成因.研究结果表明,岩石磁学和透射电子显微学的综合应用可以更全面、准确地分析沉积物中磁性矿物的成分、含量、粒径和化学成分等信息,为环境磁学、生物地磁学和古地磁学研究提供依据.     

三维井地磁测联合约束反演

井中磁测在铁矿等磁性金属矿床勘查中具有举足轻重的作用.针对磁性金属矿床深部资源勘查中存在的有效信号弱、矿体形态复杂等技术难题,本文利用井中三分量磁测资料和地面磁测资料直接反演地下空间磁化率的分布情况,充分发挥纵、横向分辨率高的优势,通过磁化率的变化来确定矿（化）体的范围.分析了磁化率和磁场H_ax、H_ay、Z_a、ΔT各参量之间的关系,导出了磁化率反演方程;将钻孔编录、磁化率测井等结果作为约束条件构建了目标函数.以组合倾斜板状体模型为例,验证了方法的有效性,并在青海野马泉铁多金属矿区开展应用试验,试验结果与已有地质资料基本一致.该方法有效抑制了因反演数据源单一、缺乏约束条件而造成反演结果的多解性,实现了磁测资料的精细反演解释,为查明地下矿体空间位置、形态及规模,提高找矿效果,提供了一种新的解决方案.

     

井中三分量磁测方法与效果初探

以往井中三分量磁测资料处理方法主要借鉴地面磁测方法,磁测资料没有充分利用,使解释结果简单,解释者任意性强,误差较大,不能为磁性矿床的勘探提供翔实的解释结果.在工作实践的基础上,本文介绍了对磁铁矿勘探孔进行井中三分量磁测来发现盲矿的方法,重点阐述了利用井中磁异常矢量图进行半定量解释的理论和方法,详细论述了井中三分量测量数据处理及图件的制作过程,并举实例说明图件的处理结果和主要利用矢量图的收敛、发散特征来推测磁性矿体的"矿头"、"矿尾",可以看出利用本方法来探测井底和井旁盲矿的效果明显,结论正确,解释过程和结果方便直观,易于理解,大大提高了工作效率,一口千余米深的钻孔资料处理和解释仅需1~2小时即可完成.测量解释结果经过地质验证基本正确,方法可行.     

亚热带富铁土的磁学性质及其磁性矿物学

通过５５个亚热带富铁土的磁化率（χ）、频率磁化率(χ_ｆｄ)、非滞后剩磁（ＡＲＭ）和饱 和等温剩磁（ＳＩＲＭ）等磁性参数测定,结合氧化铁化学形态分析和矿物鉴定,初步明确了亚热 带富铁土的磁学特征及其磁性矿物．磁测数据表明富铁土中存在强磁性的矿物,其磁化率χ 与土壤游离氧化铁（Ｆｅ_ｄ）含量呈极显著指数正相关（Ｒ^２＝０．５９７１）,频率磁化率χ_ｆｄ与土壤游离氧 化铁含量呈极显著直线正相关（Ｒ^２＝０．４２８９）．富铁土的χ_ｆｄ和非滞后磁化率χ_ＡＲＭ。值表明土壤 中的磁性矿物以超顺磁性（ＳＰ）和稳定单畴（ＳＳＤ）颗粒为主,富铁上的χ和χ_ＡＲＭ呈极显著直线 正相关（Ｒ^＝ ０．９４２９）,证明富铁土的磁性是由风化成土过程产生的 ＳＰ和 ＳＳＤ磁性颗粒贡献 的．矿物磁测结合Ｘ－衍射证明富铁土中的氧化铁矿物由赤铁矿、磁赤铁矿和针铁矿组成。     

利用航磁资料判定东北南部地区几条主干断裂

近年来,利用最大熵功率谱法计算磁性体深度受到了地球物理界的重视。本文利用该方法求取东北地学断面磁性层顶、底界面深度,并结合航磁ΔTa异常图及相应滤波图,判定了该断面几条主干断裂的位置与展布,其结果有的与地质推断基本一致,有的则有较大差异。     

H磁变仪的定向讨论

Ｈ磁变仪的定向讨论叶富华（中国四川６１１７３０成都地震台）通常认为，Ｈ磁变仪（以下简称Ｈ仪）的精确定向应是在没有Ｚ磁系等铁磁物质影响的所谓无磁环境中，用“扭头带动镜面法”（简称镜面法）定向，然后再做Ｚ仪的影响改正。在实际工作中，Ｈ仪需要重新定向的情况...     

关于用有限元法作磁法勘探正演计算的理论问题

本文提出用有限元法解磁法勘探的正问题,不再需要引入均匀磁化假定。 传统的正演计算方法是在均匀磁化的假定下建立的,它不能适应解释复杂磁异常的需要。近几年来,国外学者提出了用迭代方法作非均匀磁化条件下的正演计算,对形状比较简单的磁性体取得了较好的效果。但随着磁性体的形状变得比较复杂,计算所需时间很快增加,精度和稳定性也明显降低。以求能量函数极小的变分原理为依据,用有限元法作非均匀磁化条件下的正演计算,得到的磁位势函数满足磁性体内外的偏微分方程和全部界面条件（文中对此作了证明）。因此,这种方法可以研究各种复杂因素的影响,宜于计算非均匀磁化磁性体的有效磁化强度和磁异常。     

南京某钢铁公司周边耕作土壤的磁学性质与重金属污染的相关性研究

对取自于南京西南郊某钢铁公司附近水稻田土壤NJ008样芯进行了磁性测量和重金属含量分析,探讨了利用农业耕作土壤的磁参数指示工业区周围重金属污染的可行性。环境磁学测试结果表明：磁化率（χ）、非磁滞剩磁（ARM）及饱和等温剩磁（SIRM）在土壤剖面上部20cm显著增强,磁化率平均值达到112.5×10^-8m^3·kg^-1;20cm以下呈现为较低磁背景特征,磁化率平均值为27.8×10^-8m^3·kg^-1。进一步的磁学实验证明低矫顽力的亚铁磁矿物主导了NJ008样芯的磁性特征,不完整反铁磁性矿物在20cm以下土壤中含量相对较高。Ni,Cu,Fe,Pb,V和Zn等重金属与磁化率呈现相同的变化特征。主成分分析表明亚铁磁性矿物和重金属受同一主成分控制,且磁指标（χ,ARM和SIRM）与重金属（Ni,Cu,Fe,Pb,V和Zn）呈显著相关关系（0.69≤R≤0.98）。对远离钢铁公司的同种耕作土壤剖面NJ013测试表明：其磁化率随深度变化不大,绝对值与NJ008在20cm以下磁背景值基本一致。表明耕作过程中的化肥和农药对土壤磁化率影响不大,钢铁公司释放的工业污染是NJ008土壤剖面中磁化率显著增强的主要原因。耕作土壤由于反复翻种,虽然不能用于污染历史及污染物迁移过程研究,但基于磁指标与部分重金属之间的显著相关性,耕作土壤仍然可以用于重金属污染分布范围的圈定和相对污染程度评价。