本篇勘探論文利用重磁3D物性反演技術對金屬礦產進行勘探，對其效果進行了論證評估。重磁勘探作為廉價而快速的勘探 手段,已經廣泛應用于地質調查、油氣勘探、固體礦產勘查以及水文、工程與環境調查等領域。本篇以白石泉銅鎳礦為例，通過3D重磁反演的模型，來反推礦區地質構造，礦產位置和數量，優越性較明顯。

　　推薦期刊：《地質與勘探》Geology and Prospecting(雙月刊)1957年創刊。是面向礦產勘查生產單位、科研院所和專業院校、礦山企業、地質勘查施工企業的綜合性技術期刊，集技術學術和信息為一體，刊載礦產資源成礦規律與找礦預測理論研究成果，勘查技術新方法與實踐，巖石礦物研究，同位素地質，數學地質與遙感地質，鉆探技術，礦產資源經濟評價理論研究、實際運用，礦山環境、水文地質與工程地質等方面優秀成果和最新進展。

　　反演是根據地質資料，結合已得異常特征，研究礦體形狀、空間位置及物性參數。地球物理資料解釋的主要環節就是解反演問題。伴隨地質體精細研究的提高，重磁反演發展到3D階段。本文介紹3D反演關鍵參數，采用深度函數抵消位場衰減，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越性和指導意義。

　　【關鍵詞】物性反演 重磁 金屬礦

　　地球物理反演問題求解研究是地質勘探隱伏礦定位找研究中關鍵環節之一。地球物理反演問題就是依據觀測數據信息求解地質體深度和形態。隨著礦床勘探對地質體三維精細結構研究不斷提高，重磁反演處理解釋技術目前已經發展到 3D地質體描述和解釋階段[1]。3D重磁反演的模型主要有形態模型和物性模型兩類。形態模型反演通常以多邊形2D棱柱體和3D多面體地質體，經過反演模擬模型體形態進而探明地質體，反演中模型體物理性質不變。反演建模將場源區分成單元組合，在反演中模型單元不變。

　　1 3D物性反演原理

　　在笛卡爾坐標系下，位于ri處的第i個觀測點獲取的重力為：

　　重力3D反演，定義目標函數如下：

　　式中： 空間權重函數(ωs、ωx、ωy、ωz)，方向相關性(αs、αx、αy、αz)，目標函數靈活能夠構造不同模型，ρ0為模型密度，通過勘測資料得到。

　　物性反演之時模型關系確定，則幾何形態與測點關系就會保持不變。測網密度為參考，網格剖分需要做考慮精度，測網密度設計與地質體規模有關。

　　2銅鎳礦區3D重磁物性反演

　　2.1 礦區地質構造介紹

　　白石泉銅鎳礦處在塔里木板塊二級構造交匯處，構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海相碎屑沉積巖類[2]。卡瓦布拉克群主要巖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 銅鎳礦區地質圖

　　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

　　2.2 礦區巖礦特征

　　(1)磁性特征。礦區巖石磁性與密度統計結果，磁測礦區異常強度不高在300～500nT，磁性統計礦區巖礦石以磁化率參數為主，磁強度較小。輝長、橄輝巖、閃長巖、斜長片巖具中磁性。花崗巖、角閃巖、硅質巖、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度的磁性，已驗證信息顯示礦區磁異常與超基性巖對應[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。密度結果顯示從重力場角度不能區分基性與超基性巖的局部重力異常。礦區重力異常是基性超基性雜巖體引起的[4]。礦區超基性巖后期斷裂侵入，超基性巖強礦化蝕變，蛇紋及纖閃石化是超基性巖密度值降低，礦區超基性巖總體表現低重力異常。

　　由磁性及密度分析結果得出，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

　　大比例實測得出本區重磁測量數據，針對重磁異常預先處理數據技術為3D反演做準備。

　　(1)磁測數據預處理。依據測區的地磁傾角和偏角及本地正常磁場強度，磁測剩余異常進行化到磁極處理，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)重力數據預處理。鑒于重力異常的連續性特點首先進行圓滑處理，由于重力異常衰減較磁異常慢很多，進一步分離局部異常( 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，主要依據已知地質先驗信息( 鉆探巖心及物性及地質模型等) ，我們最終選擇了與已知地質信息吻合最好的匹配濾波異常( 等效源深度 800m 以上)作為進一步進行 3D 反演的剩余異常。

　　(3)網格剖分。針對已知的數據采集測網密度( 25m×20m)，考慮到已知鉆探控制的銅鎳隱伏礦體在本區規模一般較小，在建立地下地質體物性模型時，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，這樣實際網格剖分就將地下 800m 深度范圍內半空間劃分為103×64×32=210944 個網格單元。

　　(4)反演約束參數。反演計算中，所采用的主要參數值為： 各方向相關系數 αs= 0.0001，αx= 1，αy= 1，αz= 1，使其在三個方向的平滑度一致; 參考模型采用零空間模型，即背景密度 ρ0設置為0;重力反演的深度加權因子為2，磁力反演的深度加權因子為 3;重力反演經過 24 次迭代后，迭代擬合均方誤差( RMS) 為 ±6%時完成反演，反演結果如圖3a 所示。磁力 3D 反演經過 35 次迭代后，迭代擬合均方誤差( RMS) 為 ± 5% 時完成反演，反演結果如圖 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信息，就能發現，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及特征，輝長巖和局部的高密度異常高度相關，已知的超基性礦化一般表現是低密度特征，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，一般表現是局部的低密度異常，但在磁化率反演是則會表現出高密度異常，如圖4b所示[6]。與物性分析結合認為局部高密度異常，反映出基性、超基性巖體的空間分布特征，和雜巖相關的磁異常更好地顯示出礦化超基性體的空間分布[7]。經三維磁法反演發現深部變現出明顯的高磁異常，推斷深部存在超基性隱伏礦體，通過鉆探的驗證，發現多層銅鎳礦體找礦效果較好。

　　圖4 礦區反演切片(a密度差;b磁化率)

　　3 結語

　　(1)確定目標函數是地球物理反演的重要因素之一，這直接關系到地質模型的確立及反演可信程度，合理的加權參數與目標函數是反演關鍵所在。 3D計算時，不但要考慮采樣密度、地質體規模，還要注意地下部分網格體的尺度，既要考慮采樣點密度及目標地質體大小等約束條件，同時也要考慮網格剖分單元數量對于正反演計算的時間和存儲空間的影響。

　　(2)白石泉的銅鎳礦區實踐證實，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，可以為進而研究隱伏礦分布提供信息。