高精度磁测技术在塞拉利昂北方省GPAFAYA铁矿勘查中的应用.pdf

第11卷第8期 2020年8月 Vol. 11 No. 8 August,2020 矿产勘查 MINERAL EXPLORATION 高精度磁测技术在塞拉利昂北方省 GPAFAYA铁矿勘查中的应用 曾瑞垠▽，陈德稳24,黄建业2,3,谭康雨2,3,李庆哲2,詹勇2,3,郑长友2,3 （1.昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明650093； ； 2.中色地科矿产勘查股份有限公司，北京100012； ； 3.北京中资环钻探有限公司，北京100012） 摘要塞拉利昂GPAFAYA铁矿位于西非太古宙绿岩带内，处于苏拉山一坎格瑞丘陵弧形构造带北北西向转折 部位，该区成矿条件优越，以盛产金、铁而闻名。区域上位于NHC5航磁异常区，通过高精度磁异常测量， 圈定南北矿段（I和H ）2个异常带和4个异常段，其中I号异常带规模巨大，经过地质调查验证,1-1强 磁异常段对应的铁矿体规模巨大，矿石质量优良。该文根据GPAFAYA矿区铁矿找矿成果，结合航磁异 常特征，从矿床、矿体地质特征等方面对高精度磁测在铁矿找矿中的有效性进行评价。发现航磁异常是 BIF型铁矿在区域上最有效的找矿标志,高精度磁测可以作为铁矿体空间形态和矿石质量的重要判断依 据。 关键词铁矿航磁异常高磁异常异常极值梯度带塞拉利昂 中图分类号中图分类号P61TD862 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号1674-7801（2020）08-1744-10 0引言 GPAFAYA铁矿位于塞拉利昂北方省的To n k o - l il i地区，西距首都弗里敦约200 k m（图l a），北侧为 To n k o l il i世界级超大型铁矿，地理坐标为西经1142 47，,北纬8。4855，。2005年，英国的奥布塔拉资 源有限公司在塞拉利昂境内进行了航磁测量，在北 方省苏拉山一坎格瑞成矿带内发现了大量的航磁异 常，并探获了世界级的To n k o l il i铁矿床。2012年, 江苏省地质勘查技术院采用15万航磁测量对苏 拉山一坎格瑞成矿带中部的Mabo n to地区开展了初 步勘查工作（郝玉军等,2019）。2015年中色地科矿 产勘查股份有限公司对NHC5号异常开展地表高精 度磁测进行了异常查证，探获GPAFAYA超大型阿 尔戈马BIF型铁矿床，铁矿石资源量约25亿t（董少 波等,2016）,平均品位TFe为29. 15、mFe为 21. 23。在GPAFAYA铁矿勘査研究的基础上，结 合塞拉利昂北方省GPAFAYA矿区铁矿的找矿成 果，对高精度磁测技术在铁矿勘查中的有效性和可 靠性进行探讨，为该技术在BIF型铁矿勘查工作中 的应用提供思路。 1区域地质背景 GPAFAYA铁矿整体坐落在苏拉山一坎格瑞丘 陵弧形构造带NNW向NNE转折位置，苏拉山-坎 格瑞丘陵绿岩带是塞拉利昂太古宙最大的绿岩带 （图1 a, b, Ro l l in so n,1999）,地处西非克拉通西南 缘，紧邻洛克里德斯造山带，是塞拉利昂重要的BIF 型铁矿聚集区（杨建岭等,2015 ；董少波等,2016 ；曾 瑞垠等,2016；阴元军等,2018；郝玉军等,2019）。太 古宙变质结晶基底在该绿岩带内广泛分布，由中太 古代（Ar ）和新太古代早期（Ar；）变质岩构成（图 l c）,岩石发生强烈的变质、变形，变质程度达角闪 岩相，局部达麻粒岩相（李玉嵩等,2014）。该区位 于西非克拉通内，其特点是在前寒武纪多期多阶段 的板块碰撞拼合作用、裂谷作用、火山喷发作用、岩 ［收稿日期］2020-02-19 ［第一作者简介］曾瑞垠，男，1991年生，在读硕士，工程师,从事矿床地质研究工作;E-mailze n gq in gq in 0428 sin a. c o mQ 1744 第11卷第8期曾瑞垠等高精度磁测技术在塞拉利昂北方省GPAFAYA铁矿勘查中的应用 图图1塞拉利昂地理图（时、塞北省地质简图塞拉利昂地理图（时、塞北省地质简图（b）和苏拉山构造地质简图和苏拉山构造地质简图（C）（修改自（修改自Ro l l in so n ,1999） 浆侵入活动、大规模花岗岩化、混合岩化作用和多期 次的变质作用。区域内基本构造格局NE、NNE向 褶皱和NE、NNE、EW向的断裂为两大主要构造体 系（图l c）,区域构造应力主要以挤压为主。 2矿区地质特征 2.1矿床地质特征 GPAFAYA矿区主要出露新太古代（Ar； ） Kam- bu i群绿岩带建造和中太古代（Ad ）变质花岗岩结 晶基底（图l c）。中太古代基底主要由混合花岗岩 （Lg）组成,新太古代绿岩带建造由变质沉积岩（Lt） 和中基性岩浆岩变质岩（Ls）组成。变质基性岩 （Ls）岩性主要有角闪石英片岩（Lsp）、角闪斜长片 麻岩（Lh p）、斜长角闪岩（Lph）等。变质沉积岩（Lt） 岩性主要有黑云母石英片岩（Lsm）、条带状含铁石 英岩（BIF）O条带状含铁建造简称BIFs,是一种铁 质含量高达15以上，硅、铁质矿物呈条纹-条带状 互层产出的化学沉积物（Jame s, 1954） o变质沉积岩 （Lt）为GPAFAYA矿区的主要赋矿岩层，赋矿岩性 为条带状含石榴石磁铁石英片岩。 GPAFAYA 铁矿处于 Mah impo -Ku r u n ian to 大型 复式褶皱内，整体构造迹线为近南北向（图l c）。矿 区断裂构造以近SN、NNE向构造为主，后期叠加了 近EW向断裂构造。F］断层位于矿区中南部，该断 层全长约5k m,走向近东西，为左行平移断层。该断 层将同一个矿体分为南、北两段（V］和VSJ。F断 层位于北矿段的中部，推测为逆断层，宽约3.0 m的 1745 矿 产 勘 查2020 年 构造角砾岩将主矿体破坏。 区内花岗岩主要分为2期，第一期为同造山变 质花岗岩（LG）,第二期为Kambu i群沉积之后发生 的岩浆侵入活动，主要为成矿期后的花岗闪长岩 （了6）和花岗岩（了）等。Kambu i后期小规模的岩浆 活动沿近东西向、南东东向线性构造侵入，主要在结 晶基底与绿岩带的接触带上分布,对铁矿体连续性 起破坏作用（张予详,2016 ；董少波等,2016；郝玉军 等,2019）。 2. 2矿体地质特征 GPAFAYA矿区内共探获2条主矿段，以F】断 层为界，分别为主矿段和南矿段（图2）o V］矿体位于北矿段，是矿区规模最大的矿体, 位于F］断层的北东侧，延伸长约6.2 k m,矿体真厚 度14. 75-354. 68 m,矿体呈层状、似层状，具有膨大 缩小和分支复合现象。矿体总体走向30。，沿走向 由南至北矿体倾向为NW-NWW-SE-NW,矿体倾 图图2 GPAFAYA铁矿区地质简图铁矿区地质简图 （修改自郝玉军等,2019） 1云母石英片岩；2角闪石英片岩；3斜长角闪岩、斜长角闪片 麻岩;4混合花岗岩；5一花岗闪长岩；6一花岗岩；7一断裂;8一主 要铁矿体及编号 角变化范围27。〜88。。矿体TFe平均品位29. 19, mFe平均品位21.50。 VS1矿体为南矿段主矿体，位于F］断层的南西 侧,矿体延伸长约3.8 k m,矿体厚度4. 13 194. 97 m,矿体呈层状、似层状,具有膨大缩小现象,矿体内 夹石较多，受构造、岩体侵入影响明显。矿体总体走 向16. 5。,沿走向由南向北矿体倾向为NW-NNW- NW,倾角变化范围30。78。，矿体TFe平均品位 28. 96,mFe 平均品位 20. 26。 3矿区地球物理特征 3. 1岩（矿）石磁参数 岩（矿）石磁性特征及其差异性是磁法勘探的 基本前提，也是磁性测量资料成果解释的主要依据 （邵世威等,2018）。江苏地质勘查院（2012）和中色 地科矿产勘查股份有限公司（简称中色地科） （2015）先后在矿区进行岩石磁性测定，采用SM-30 型磁化率仪,测试结果显示，矿区内的变质砂砾岩、 石英岩、混合花岗岩几乎无磁性，新元古代绿岩带中 的角闪石英片岩、斜长角闪岩、云母石英片岩等变质 岩显示弱磁性，含铁石英岩和条带状磁铁石英片岩 的磁性为最强，磁化率615x 10-0〜1696768x 10-0 （表1）。通过磁性数据统计,区内岩矿石磁性差异 大,研究区内磁异常均为条带状含铁建造引起，且磁 铁矿含量越高,磁化率越高，因此，磁法测量在该类 型铁矿的勘查工作中具有良好的地球物理应用条 件，通过磁法测量工作，可以大体推断出磁铁矿体分 布范围。 3. 2航磁异常 江苏省地质勘查技术院对苏拉山-坎格瑞成矿 带中部Mabo n to地区开展了 1 5万航磁测量，由于 区域位于磁南半球，并在磁赤道附近，地磁倾角 -7. 72 ,以水平磁化作用为主，实测磁异常形态主 要表现为以负磁异常为主体的异常特征，正磁异常 可能多为伴生异常（图3a） o Mabo n to地区共圈定了 NHC1〜NHC6等6个航磁异常区，沿苏拉山一坎格 瑞丘陵呈串珠状分布，异常所处地质背景基本相同， 均位于太古宙褶皱造山系内,基底断褶发育,岩浆活 动迹象较多，GPAFAYA矿区位于NHC5异常区中 （图 3b）。 1746 第11卷第8期曾瑞垠等高精度磁测技术在塞拉利昂北方省GPAFAYA铁矿勘查中的应用 注据董少波等,2016。 表1岩（矿）石磁性参数统计表 岩石类型岩石名称 标本 块数 磁化率/10-1 测试单位 变化范围几何平均值 条带状含铁建造（BIF） 磁铁石英片岩 7615-52163523728 江苏地质勘查院 磁铁石英片麻岩 92381 91245593781 江苏地质勘查院 含磁铁石英片麻岩 414089-1696768212522 江苏地质勘査院 磁铁石英片岩 39876-6266716916 中色地科 变质沉积岩（Lt） 云母石英片岩 3412- 292074137 江苏地质勘査院 云母石英片岩 7111590312 中色地科 变质基性岩（Ls） 斜长角闪岩 363. 89 3779.65203. 84 中色地科 角闪石英片岩 228474- 2951728991 江苏地质勘査院 变质基底（LG） 混合花岗岩 3171 222419 中色地科 NHC5航磁异常规模大，整体呈北东向展布，其 异常形态轴向长约14 k m,最宽达5 k m,航磁异常以 负磁异常为主，分布特征表现为负磁异常整体北东 向展布，北部为负磁异常夹2个小规模正磁异常、南 部为北西侧为负磁异常，南东侧为正异常。区内对 负磁异常大致可划分为3个异常中心，呈北东向串 珠状分布，北部负磁异常呈60。方向展布，长轴长约 1. 9 k m,短轴宽约1. 2 k m,负极值为-646 n T；中部 负磁异常呈40。方向展布，长轴长约3. 1 k m,短轴宽 约1. 4 k m,负极值为-2820 n T；南部负异常呈45。方 向展布，长轴长约2. 9 k m,短轴宽约1. 6 k m,负极值 为-1090 n T。根据航磁异常分布特征，推测北西部 两个小正磁异常对应岩体出露位置，负磁异常为铁 矿体产出部位，南东部正磁异常对应东北向断裂构 造或隐伏岩体。预测矿体呈北东向展布，倾向低缓 负磁梯度带方向，具有超大型铁矿的找矿前景。 4工作方法 高精度磁法勘探是通过观测和分析岩石的磁性 差异及磁场特征来研究地质构造及其分布形态和寻 找矿产的一种地球物理方法，具有施工简便、有效、 快捷等特征（辛园园和凌丹丹,2018）,对于BIF型 铁矿的找矿工作中，高精度磁测技术的应用均取到 了良好的效果（柳建新等,2014；王美丁和马见青, 2018；郭玉溪等,2019）。高精度磁异常具有深度大、 分布广的场源信息特征（张庆华等,2019），对隐伏 矿体、深部矿体的找矿预测也取得了一定的成果 （刘玉成等,2006 ；柳建新等,2011）。 本次1 2000地面高精度磁法剖面测量，采用 的仪器型号为GSM-19型质子磁力仪，高精度磁法 剖面测量是用高精度GPS RTK进行放线，磁测数据 使用Su r fe r软件进行数据处理和图件生成。北矿段 磁测工作测量线距为400 m,点距为10 m,共完成有 效观测点4928个，南矿段测量线距200 m,点距10 m,共完成有效观测点5028个。两个矿段共完成28 条剖面，检查剖面4条，占比14.29,经过统计计 算，磁测总均方误差3. 7 n T,测点观测均方误差 2. 6 n To 5高磁异常特征 5. 1高磁异常特征及解译 GPAFAYA矿区高磁异常AT值变化范围在 -18705. 20-33946地表出露的铁矿体位置及编号; 7推测断层及编号 为3个异常区（图4）,自南向北各个异常区分为强 磁异常区（1-1）,正磁异常区（1-2）,负磁异常区（I - 3）o ①强磁异常段（1-1）由1〜7线，全长约2.5 畑,宽约100-500 m,走向北东40。左右，异常整体 呈板状，由1线向北东侧逐渐变窄（图4b）。 该段高磁异常总体较强，异常值呈单个正负 值特征，最高异常值可达29978. 98 n T,最低异常值 -18705. 20 n T,正异常位于负异常南东侧。经地表 填图和探槽、钻孔验证,该段异常出露有大面积的矿 体基岩，北矿段V］矿体整体稳定，呈似层状、厚大板 状，矿体厚度100〜354. 68 mo矿体形态与高磁异常 形态一致,均为稳定的板状,磁异常梯度带对应矿体 顶板,指示矿体倾向方向。 ② 正磁异常段（1-2）由8 10号线,全长约1. 2 k m,宽约100-300 m,中心位于8〜9处，以8线为中 心，向北侧逐渐过渡为负异常，异常整体走向南北 向。 该段高磁异常值呈正值特征（图4b），最高异常 值可达16914. 94 n T,最低异常值-12362. 30 n To经 地表填图和探槽、钻孔验证，发现异常区有一定面积 的矿体基岩和条带状磁铁云母石英片岩转石分布O 该段9线受F2断层的破坏,矿层近直立,9线以北 地层发生倒转,以负值异常为主。 ③ 负磁异常段（1-3）由10 17号勘探线,全长 约2. 8 k m,宽约60-300 m,异常走向北东35。左右, 1748 第11卷第8期曾瑞垠等高精度磁测技术在塞拉利昂北方省GPAFAYA铁矿勘查中的应用 图图4 GPAFAYA矿区北矿段高磁异常等值线图（矿区北矿段高磁异常等值线图（a）和平面图和平面图（b） 异常呈板状,16线以北高磁异常平缓，未见峰谷区。 该段高磁异常值以负值为主要特征（图4b）,局 部呈多个正负值特征，最高异常值可达33942云母石英片岩；3斜长角闪岩；4花岗岩脉;5钻孔及编号；6铁矿体及编号 1750 第11卷第8期曾瑞垠等高精度磁测技术在塞拉利昂北方省GPAFAYA铁矿勘查中的应用 AT/n T 2000 0 a AT/n T 2000 0 1叫 叫 叫 2 16 400 6001200 000 0 -8000 -8000 -12000 j - ZK15-1 ZK15-3 -12000 三 丄Lph V7 / 丄/ f十丄 丄 1 J J J / z z Z -3 9S J 120 Lsm Lph 力丄 /牛丄 并丄丄 * /丄丄 A 丄丄 200m / 丄 丄 I /丄丄丄 丄丄 丄 4- 4- 2 3 4 5 6 7 图图7 GPAFAYA铁矿区铁矿区15（ a）和和S9（ b）号高磁地质综合剖面图号高磁地质综合剖面图 1混合花岗岩;2一斜长角闪岩；3玄母石英片岩；4一花岗闪长岩；5花岗岩；6钻孔及编号；7一磁铁矿及编号 度 420 m,异常值范围为-18705. 20-19220. 46 n T, 异常曲线跳跃频繁，异常极值大，推测矿体有一定规 模，深部有一定延深。经地表填图发现地表有较大 面积的条带状磁铁石英片岩基岩出露，推断磁异常 可能由此引起。根据后期地质钻孔验证，该段异常 与北矿段V］矿体相吻合，矿体厚度约300 m,夹石 少且薄，为工业磁铁矿体,整体较完整。正负异常梯 度带对应矿体顶板,指示矿体的倾向方向，梯度带较 陡，对应的矿体倾角70。〜80。。 ②7号线位于北矿段1-1异常段中部,高磁异 常总体较强，异常值呈“负一正”特征，高磁剖面 2200-2500 m出现异常峰谷区（图6b），异常值范围 为-12033. 87〜12361. 48 n T,异常曲线稳定，异常值 变化幅度较大，异常宽度300 mo经地表填图发现 地表有较大面积的条带状磁铁石英片岩基岩断续出 露,主要沿山体正地形分布,推断磁异常可能由此引 起。根据后期地质钻孔验证，该段异常与主矿段 和V4矿体相对应，正负异常梯度带为V］矿体的顶 板,指示矿体倾向方向,高磁异常与矿体整体吻合良 好。7线磁异常极值大小（-12033. 87 n T和 12361. 48 n T）相对南东测线（如2线）要小,矿体的 完整性和稳定性均不如南东部分，分支和夹石增多, 主矿体两侧分支以低品位铁矿体为主。 ③ 15号线位于北矿段1-3异常段北部,高磁异 常呈“正一负一正”特征（图7负异常极值对应V］工业矿体，深部具有一 定的延深，整体呈上窄下宽的特征。 ④ S9号线面位于南矿段高磁异常带（U）北 部,高磁异常以负值为主（图7b）,异常值范围为 -11779. 80-1267. 36 n T,S9号线高磁异常总体特征 与北矿段I -3异常段相似。该高磁剖面950〜1330 m出现异常低谷区段,异常值范围为-11779. 80〜 -355. 89 n T,异常宽度380 m,负异常极值较大，规 模较大，深部有一定延深。经地质填图查证发现有 矿 产 勘 查2020 年 一定面积的条带状磁铁石英片岩露头,推断磁异常 由此引起。根据后期地质钻孔验证,该段异常对应 南矿段VS】矿体,但受后期花岗岩脉的破坏和侵蚀， TFe品位贫化现象明显。VS】矿体产状较平缓，倾 角约40-50，因此异常梯度带较其他剖面相对平 缓。 66结论 塞拉利昂GPAFAYA矿区航磁异常的分布特征 与苏拉山一坎格瑞丘陵绿岩带关系密切，本文通过 对该区航磁异常、高精度磁异常解译及验证情况，得 出以下3点结论。 1 GPAFAYA矿区所属NHC5航磁异常，为 含磁铁石英岩等条带状铁建造BIF引起的，其负 磁异常对应铁矿体的投影位置。航磁负磁异常面积 越大、强度越高,对应的BIF型铁矿体规模越大，负 磁异常方向指示着铁矿体的倾向方向。因此，航磁 异常是BIF型铁矿在区域上有效的找矿标志。 2 通过对NHC5航磁异常区的]2000高精 度磁测剖面测量，GPAFAYA矿区内共圈定北矿段 I 和南矿段H 两个异常带。其中I号异常带 规模巨大,1-1强磁异常段对应的铁矿体稳定厚大, 1-3负磁异常段对应的铁矿体分支多、延深浅、品位 差。 3 通过对GPAFAYA矿区的高精度磁测剖面 查证，矿区高磁异常是对磁铁矿体的反映。高磁异 常梯度带对应矿体顶板位置，指示矿体的倾向，梯度 带的缓急与铁矿体倾角相关;高磁异常的宽度，指示 磁铁矿体或矿体群分布范围;磁异常的极值大小，预 示矿体稳定性和深部延深规模，对磁铁矿石质量的 优劣判断也有指导意义。因此，高精度磁测可以作 为铁矿体空间形态和矿石质量的重要判断依据。 参考文献参考文献 Jame s H 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Faculty of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology f Kunming 650093, Yunnan, China ； ； 2. Sinotech Minerals Exploration Co. ,Ltd.,Beijing 100012,China； ； 3. Sinodrill Co. ,lid. fBeijing 100012 f China Abstr ac t GPAFAYA iron deposit in Sierra Leone is located in the Archean Greenstone Belt of We就 Africa and the north-west turning point of the Sulla-Kangre hilly arc tectonic b elt. The mining area is located in the NHC5 aeromagnetic anomaly area. Two anom aly zones and four anomaly zones of the north-south ore segment I and II have b een delineated b y high-precision magnetic anomaly survey, the 1-1 strong magnetic anomaly section corresponds to a large-scale iron ore b ody with good ore quality. Based on the results of iron ore prospecting in GPAFAYA mining area. Comb ined with the aeromagnetic anomalies, from the deposit and ore b ody geolog ical, uation the effectiveness of high-precision magnetic survey in iron exploration. Found that Aeromagnetic anomaly is the most effective prospecting indicator for BIF type iron ore in the region, and high-precision magnetic survey can b e used as an important b asis for judging the spatial shape and ore quality of iron ore b ody. Ke y w o r d smagnetite deposit, aeromagnetic anomaly,high-precision magnetic anomaly,anomaly extremum, gradient zone, Si erra Leone 1753