李兆令，王石

(山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000)

0 引言

旧县铁矿位于山东省东平县，以往开展过多次地质、物探、钻探工作，见矿情况均不理想。2014年，勘查单位对前期发现的高磁异常进行了1∶2000高精度磁测剖面测量，经分析、解释，施工了ZK302，ZK308，ZK408钻孔，其中ZK302孔自1010.60m开始见磁性体38.70m；ZK308孔自485.40m处见磁性体24m；ZK408孔在713m处见磁性体4m。

ZK408设计孔深750m，平行于ZK308布设，以期控制矿体走向，实际见矿深度与厚度皆未达预期目的。根据测井结果，认为井底下部存有盲矿，应继续钻进，最终在879m见磁性体。该孔前后共进行4次测井，终孔深度1032.53m。井中三分量磁测在该孔矿体的发现中起了重要作用[1-3]。

1 工作区地质特征

普查区主要为寒武—奥陶纪九龙群出露区，山间低洼地带发育第四系；F1断裂从区内穿过，断裂东侧出露1处闪长玢岩岩株。

1.1 地层

区内广泛分布九龙群及第四系松散堆积物，根据钻孔揭露，长清群隐伏于九龙群以下。泰山岩群隐伏于寒武纪地层之下，盖层厚约400m(图1)。

泰山岩群山草峪组在普查区内为一套隐伏的变质含矿岩系，变质程度以低角闪岩相为主。普查区遭受区域变质作用和不同程度的混合岩化作用，片麻理发育，走向NW，倾向SW，为区内主要的赋矿层位。主要岩石类型为黑云变粒岩、黑云斜长变粒岩、斜长角闪岩、磁铁角闪石英岩。磁铁石英岩类赋存于山草峪组中下部。隐伏分布在洪范池、上水河、梁林等地，呈薄板状、层状、似层状产出。泰山岩群山草峪组和上覆朱砂洞组呈角度不整合接触[4-9]。

1—临沂组；2—大站组；3—三山子组；4—炒米店组；5—崮山组；6—张夏组；7—铜汉庄单元；8—实测及推 断正断层；9—地层产状；10—△T等值线；11—见矿钻孔；12—未见矿钻孔图1 工作区地质简图

长清群仅发育朱砂洞组、馒头组。朱砂洞组与下伏泰山岩群呈角度不整合接触，馒头组与下伏朱砂洞组整合接触[4-9]。

九龙群地层主要有张夏组、崮山组、炒米店组及三山子组，分布于区内的南部及东部。各组与其下伏地层均为整合接触关系[4-9]。

第四系主要发育大站组、临沂组。大站组出露于普查区中北部，以褐黄色砂质黏土为主。临沂组主要分布于普查区东北角。岩性以褐黄色、土黄色含黏土粉砂层、细砂层、中粉砂层为主[6-8]。

1.2 构造

区内仅发育F1断裂构造，位于工作区北部，走向为NNE向，倾向NW，倾角70°左右，区内长度约4km左右。上盘为寒武纪灰岩、页岩，下盘为寒武纪灰岩、页岩及铜汉庄单元的石英闪长玢岩。破碎带由断层角砾岩、灰质碎裂岩等组成，带宽0.3～1.5m。该断层属张性正断层。该断层离铁矿体较远，对矿体无影响。

1.3 岩浆岩

工作区北部发育燕山期沂南序列铜汉庄单元，呈脉状沿NNE向断裂分布，产状与构造一致，倾向E，倾角70°。脉状产出，出露长度约1km左右，宽约90～170m。

岩性为石英闪长玢岩，呈黑灰色，斑状结构，块状构造，斑晶主要为斜长石、普通角闪石，基质为显微粒状结构[7-8]。

1.4 矿体特征

工作区内共圈定2个铁矿体，编号分别为Ⅰ矿体、Ⅱ矿体。矿体呈层状，赋存于新太古代泰山岩群山草峪组中下部，为沉积变质型铁矿，赋矿岩石为条带状磁铁石英岩。矿体产状与围岩一致，矿体与围岩界线明显。

Ⅰ号矿体呈薄层状，走向NW，产状近似直立，由ZK305单工程控制，沿倾向控制斜深约200m，沿走向延伸约200m。矿体真厚度1.04m，mFe平均品位18.25%，TFe品位24.55%。

Ⅱ号矿体为区内主矿体，由ZK302，ZK308，ZK408控制。赋存标高-356m～-993m。呈层状，走向NW，产状近似直立。沿倾向控制延深约640m，沿走向延伸约433m。矿体真厚度1.44～7.86m，mFe最高品位36.30%，最低品位15.12%，平均品位20.22%，品位变化系数48.41%；矿体TFe最高品位39.43%，最低品位17.43%，平均品位23.60%，品位变化系数55.45%。

1.5 地球物理特征

1.5.1 地磁场特征

2008年，山东省第五地质矿产勘查院在工作区内进行了1∶5000高精度磁测工作，根据高精度磁测ΔT等值线平面图显示，工作区磁场等值线分布比较均匀，规律性较好，变化比较稳定，高磁异常位于工作区中部，走向NW，异常极大值为535nT，以1/2极大值等值线圈定异常范围，异常形态呈近椭圆形，异常南端未封闭(图2)。对ΔT进行化极处理后，异常整体向北西位移200m左右，磁场值变大，极大值为766nT，以1/2极大值圈定异常范围，异常形态基本未变，仍然呈近椭圆形，长轴约1900m，短轴约1000m。异常强度由中心向外围逐渐减弱[10-11]。

1—高磁剖面；2—未见矿钻孔；3—见矿钻孔图2 高精度磁测ΔT化极等值线平面图

1.5.2 岩矿石磁性参数

普查区大部分被第四系覆盖，该次岩石物性参数测定以岩芯标本测定为主[11-13]，结合邻近洪范池矿区的物性资料，得到山东省东平县旧县地区岩矿石物性参数(表1)。

从表1可以看出，区内岩矿石磁化率差异明显，根据磁化率大小，可将区内岩矿石分为两类，一类是低磁化率岩石，主要为灰岩、页岩、黑云变粒岩、花岗伟晶岩等，此类岩石磁化率极低，均在100×4π·10-6·SI以下，剩余磁化强度极小，最大不超过15×10-3A/m；另一类为高磁化率岩石，主要为磁铁石英岩，磁化率值在20000×4π·10-6·SI之上，最大达73200×4π·10-6·SI，这类岩石剩余磁化强度也较大，最低为3020×10-3A/m，最大达53300×10-3A/m，不同标本差异较大。根据表1可知，区内只有磁铁石英岩为高磁化率岩石，不管是磁化率还是剩余磁化强度，其相对于盖层的灰岩和作为围岩的黑云变粒岩，均高出3～4个数量级，磁性差异显著，为井中磁测提供了较好的地球物理前提。

表1 山东省东平县旧县地区岩矿石物性参数

2 井中三分量磁测工作

2.1 仪器设备

测井工作采用了中装集团重庆地质仪器厂生产的JGS-1B智能综合数字测井系统、JCX-3型井中磁力仪探头。JGS-1B智能综合数字测井系统是由主机、绞车控制器及绞车、探头、笔记本电脑及测井软件组成。

测井主机数字传输信号频率9600bif/s，工作频率50Hz，测井速度0～30m/min可调，该次测井速度控制为9.5m/min。

JCX-3型三分量磁力仪探头测量范围为-99999nT～+99999nT，X,Y磁敏感元件转向差≤400nT，Z磁敏感元件转向差≤300nT，灵敏度较高。由于倾角和方位角在强磁环境中的读取会受到干扰，故利用JTG-1光纤陀螺测斜仪对钻孔进行了测斜，以对钻孔的倾角和方位角进行修正。JTG-1光纤陀螺测斜仪倾角测量范围为0°～65°，误差≤0.1°；方位角测量范围为0°～360°，误差≤2°，精度较高。

2.2 主要技术方法

开工前确认仪器和探头可以正常使用后，用绞车将探头送至井下，在自动测量记录中，随时观察水平分量X，Y，垂直分量Z的曲线和数值变化情况，并对磁测结果做出初步分析，以获得最佳资料[14-16]。观测方式采用自动连测，采样点距为0.5m，测量方式为提升采样，采取参数为顶角、方位角、水平分量X，Y，垂直分量Z。钻孔倾角和方位角测量使用JTG-1光纤陀螺测斜仪完成，采集方式为手动点测，记录采样点距50m，每一观测点测量稳定时间≥2min，用绞车控制器控制下降深度。

2.3 资料处理

工作区基点选在磁测异常区外侧磁场值低缓、平稳、均匀处，用JCX-3型三分量磁力仪探头实地测量取得基点磁场值为：

Z0=41218nTH0=29727nT

依据实际磁测结果，按下式计算磁异常分量：

ΔZ=Z-Z0ΔH′=(X2+Y2)1/2-H0

对计算结果进行滤波处理后，利用mapGIS制图软件绘制ΔZ曲线、ΔH′曲线和ΔT矢量线，得到旧县地区ZK408孔三分量磁测成果图(图3)[14-17]。

3 井中三分量磁测资料解释

3.1 测井曲线特征分析

(1)157m以上，曲线呈杂乱无章的锯齿状剧烈变化，异常强度大，是井中套管的反应。

(2)当井段在无磁性或弱磁性的灰岩和黑云变粒岩中时，ΔH′和ΔZ曲线都比较平直，无明显变化，ΔT矢量线比较均匀，指向单一。

(3)该孔共检测到4处磁异常，黑云变粒岩的磁性为灰岩的40倍左右，两者接触部位形成明显的磁性差异界面，推断Ⅰ号异常即是该界面的反应。Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号3处异常均为矿致异常，矿体实际厚度小于异常厚度，局部异常为黑云变粒岩中的磁性体颗粒引起(表2)。

磁异常形态呈锯齿状，变化剧烈，去除套管处的数据以后，整个井孔在712.95m处测得ΔH′的极大值为62669.68nT，在876.95m处测得ΔZ极大值56162nT，2个极大值均是在矿层处检测到。通过钻孔的三分量磁测成果图可以看到，钻孔在矿层检测到的ΔH′与ΔZ均在3000nT以上，在黑云变粒岩处检测到的ΔH′与ΔZ均不超过100nT，可见矿层与围岩磁性差异非常明显。

在矿层内，由于岩(矿)石磁化强度和磁铁矿含量不均匀以及夹层的存在，造成ΔT矢量比较紊乱，矢量方向没有规律性。矢量方向的紊乱既反映了磁性体内部磁场变化情况，也反映了矿体分布的不连续性和不均匀性[14,18-20]。

1—ΔZ曲线；2—ΔH′曲线；3—ΔT矢量线；4—异常编号图3 ZK408孔井中三分量磁测成果图

(4)410m左右，曲线发生突变，ΔH′和ΔZ均显著变大，出现明显的波峰，ΔZ自波峰开始强度快速降低，该位置与钻孔揭露的九龙群与泰山岩群接

表2 井中磁测异常统计

触面相吻合，推断突变应是接触面的反映。ΔT矢量呈现出明显的收敛现象，指示钻孔南西侧有磁性体存在，该推断磁性体为ZK308孔所揭露(ZK308孔自485.40m处见磁性体，岩芯长度24m，mFe平均品位20.36%，TFe平均品位23.47%)。在415m左右形成的正交点大致指示了磁性体端部的位置[19-20]。

824m左右处的矢量线收敛方向指向钻孔北东侧，可见钻孔北东侧有磁性体存在，钻孔在878.13～887.73m见到岩芯长度9m的磁性体，即是该推断磁性体的验证。由于矢量线并未出现收敛交点，判断磁性体有继续向上延伸的趋势，钻孔所揭露的应为磁性体的下部。结合矢量线收敛方向相对钻孔位置和矢量异常下部见矿情况，可对磁性体的倾向作出定性推断。

3.2 井底盲矿的推断

根据井中三分量磁测曲线判断井底是否存在盲矿是井中磁测的重要功能[1-2,14-16]，也是该孔开展井中磁测的主要目的。ZK408孔钻进至不同深度时共进行4次井中三分量磁测，具体如图4所示。

1—ΔZ曲线；2—ΔH′曲线；3—ΔT矢量线图4 ZK408孔分次井中磁测成果示意图

(1)钻孔钻进至827m时，进行了第一次测井，测井深度822m，测井曲线显示，自800m左右开始，ΔH′幅值逐渐变大，ΔZ变为负值，且数值越来越小，曲线形成一个明显的负张口，同时ΔT矢量出现明显的收敛现象，推断井底存在盲矿，建议钻孔继续钻进[19-20]。当钻进至879～888m时，钻孔见到岩芯长度9m的磁性体。

(2)钻孔钻进至960m时，进行了第二次测井，测井深度955m，孔底测井曲线显示，ΔH′,ΔZ,ΔT矢量强度都比较小，未见明显异常，但ΔH′幅值出现变大趋势，ΔZ幅值出现减小趋势，两线发生交叉。为了测得更明显异常，建议加深钻孔。

(3)钻孔钻进至991m时，进行了第三次测井，测井深度989m，此时孔底测井曲线与第一次测量的孔底曲线显示出相似特征，ΔH′幅值明显变大，ΔZ幅值快速降低变为负值，曲线形成一个明显的负张口，ΔT矢量出现明显的收敛现象，推断井底存在盲矿，建议继续钻进。当钻进至1014.30～1014.90m时，钻孔见到矿芯长度0.6m的磁性体。

(4)钻孔钻进至1031m时，进行了第四次测井，测井深度1030m，此时孔底测井曲线显示，ΔH′，ΔZ，ΔT矢量强度都比较小，曲线平直，变化稳定，无异常显示。推断井孔下部在可探测深度内存在大型强磁性体的可能性较小，建议停止钻进。

4 结论

井中三分量磁测在东平县旧县铁矿普查中发挥了较大作用，不但揭露了ZK408孔未在上部见矿的原因(415m处ΔT矢量收敛且出现正交点，显示磁性体位于钻孔南西侧)，还准确预测了井底盲矿的存在，为钻孔继续钻进与否的决断提供了可靠依据，在保证不漏掉磁性体的前提下减少了钻探工作量，节约了生产成本。同时，对磁性体的赋存状态和空间位置做出了合理推断，为后续钻孔的施工提供了参考和地球物理依据。

井中三分量磁测是配合钻探寻找地下深部磁性体的有效手段，该研究获得了大量井中磁测的第一手资料，为以后同类项目的开展提供了宝贵经验。将井中磁测资料与地质、钻探、其他物化探资料相结合，可以大大增强对矿体赋存状态认知的准确性，提高地质找矿工作效率，有效降低生产成本。