磁异常的解释和磁法探测的应用

17.3.1 磁异常解释的内容和原则

磁异常的定性解释包括两个方面的内容：一是初步解释引起磁异常的地质原因；二是根据实测磁异常的特点，结合地质特征运用磁性体与磁场的对应规律，大体判定磁性体的形状、产状及其分布。

对磁异常进行地质解释的首要任务是判断磁异常的原因。对找矿来讲，就是要区分哪些是矿异常，哪些是非矿异常。实际工作中，由于地质任务和地质条件不同，定性解释的重点与方法也不同，但一般都从以下几个方面入手。

（1）将磁异常进行分类。根据异常的特点（如极值、梯度、正负伴生关系、走向、形态、分布范围等）和异常分布区的地质情况，并结合物探工作的地质任务进行异常分类。例如，普查时，往往先根据异常分布范围，把异常分为区域异常和局部异常。区域异常往往与大的区域构造或火成岩分布等因素有关；局部异常可能与矿床和矿化、小磁性侵入体等因素有关。为了弄清每个异常的地质原因，对区域异常可结合地质情况，再分为强度大且起伏变化的分布范围也大的异常，异常强度较小而变化小的大范围分布的异常等。对局部性异常，可结合控矿因素等分为有意义异常和非矿异常等。

（2）由“已知”到“未知”。由已知到未知是一种类比方法，这种方法是先从已知地质情况着手，根据岩（矿）石磁性参数，对比磁异常与地质构造或矿体等的关系，找出异常与矿体、岩体或构造的对应规律，确定引起异常的地质原因，并以此确定对应规律，指导条件相同的未知区异常的解释。在推论未知区时，应充分注意某些条件变化（如一定厚度覆盖物、干扰等）对异常的可能影响。

（3）对异常进行详细分析。详细分析研究异常，是为了结合岩石磁性和地质情况确定引起异常的地质原因。在研究异常时，应注意它所处的地理位置，异常的规则程度，叠加特点。同时还应大致判断场源的形状、产状、延伸和倾向等。

定量解释通常是在定性解释基础上进行，其结果常可补充初步地质解释的结果。定性和定量解释两者是相辅相成的，并无严格的分界。定量解释的目的在于：根据磁性地质体的几何参量和磁性参量的可能数值，结合地质规律，进一步判断场源的性质；提供磁性地层或基底的几何参量（主要是埋深、倾角和厚度）在平面或沿剖面的变化关系，以便于推断地下的地质构造；提供磁性地质体在平面上的投影位置、埋深及倾向等，以便合理布置探矿工程。

定量解释方法的选择，应选那些简单，方便，精度高，适用范围广，有抗干扰能力，前提条件少，能自动检验或修正反演结果的方法。

17.3.2 磁法探测的应用

1.划分不同岩性区和圈定岩体

由于磁异常是由不同地质体间的磁性差异引起的，所以某种地质体的异常特征，与地质体的空间分布、形状、产状及磁性直接相关。理论和实践表明：①磁异常的位置和轮廓可以大致反映地质体的位置和轮廓；②磁异常的轴向，一般能反映地质体的走向；③在地质体出露和埋深较小的情况下，其磁性不均匀常会使异常发生起伏变化；④磁异常的强度和分布范围会随埋深而变化。除以上几点外，在圈定岩体和划分岩性区时，还应注意不同岩石的地质分布特点，岩石的磁性变化规律及其相应的磁场特点，磁性体的磁化特点等。

1）基性、超基性岩体的磁场特征

基性与超基性侵入岩，一般含有较多的铁磁性矿物。在出露或埋藏较浅时，在地面可引起数千纳特的强磁异常。由于磁性矿物含量的不均匀，曲线有一定程度的跳跃（图17-7）。有时岩体中含有百分之几到百分之十几的磁铁矿，此时岩体磁异常与磁铁矿磁异常往往难以区分。

2）玄武岩等的磁场特征

玄武岩体上的磁异常值变化很大，有数百纳特以下的弱异常，也有数千纳特的强异常，以上千纳特的异常较为常见。这些异常常具有锯齿状剧烈跳跃的特点，与其他岩体有明显的区别。

3）闪长岩的磁场特征

闪长岩常具有中等强度的磁性，在出露岩体上可以引起1000～3000n T磁异常。当磁性不均匀时，异常曲线在一定背景上有不同程度的跳跃变化（图17-8）。当磁性均匀时，曲线跳跃幅度较小。

图17-7 基性、超基性岩的磁异常

1—碳酸盐化超基性岩；2—辉橄榄岩；

3—橄榄岩；4—花岗岩；5—闪长岩

图17-8 磁性不均匀闪长岩的磁异常

1—变质岩；2—第四系；3—闪长岩

4）花岗岩等的磁场特征

花岗岩类一般磁性较弱，在多数出露岩体上只有数百纳特左右的磁异常，有时甚至在百纳特以下。曲线起伏跳跃较小，少数岩体上也有形成数千纳特异常的。花岗岩体有时有不同的岩相带，常形成不同的磁场特征，且边缘相的磁场强度往往相对较高。花岗闪长岩的磁异常幅值较花岗岩高，而与闪长岩相近。

5）沉积岩类的磁场特征

沉积岩多数只有微弱的磁性，故磁场平静、单调。有些砂岩、页岩或含有磁铁矿的大理岩，因含有少量磁铁矿物而出现磁异常。有的盐丘，因其组成矿物具有反磁性而有数十纳特的负磁异常。

6）变质岩类的磁场特征

沉积岩形成的变质岩一般磁性微弱，磁场平静。由火山岩形成的变质岩的异常与中酸性岩体异常相近。含铁石英岩情况特殊，往往形成有明显走向的强磁异常。

2.推断断裂、破碎带

用磁法能圈定断裂带、破碎带，是因为断裂的产生或者改变了岩石的磁性，或者改变了地层的产状，或者沿断裂带伴有后期或同期岩浆活动，或者沿断裂两侧具有不同的构造特点。断裂或断裂带上的磁异常，按其特征可分为以下几种。

沿断裂有磁性岩脉（岩体）充填，这时沿断裂方向会有高值带状异常（或线性异常带）分布。若沿断裂方向岩浆活动不均匀，可能产生断续的串珠状异常。有些断裂破碎带范围较大，构造应力比较复杂，既有垂直变化，也有水平变化和扭转现象。在这种情况下会造成雁行排列的岩浆活动通道，因此在这类构造上就会出现雁行状异常带。

当根据磁异常推断断裂构造时，一是要注意标出异常轴，二是要有理由肯定异常与岩浆活动有关。另一种情况是，磁性岩石断裂无岩浆活动伴随，当其断裂破裂现象显著时，因磁性变化会出现低值或负的异常带，这就是所谓的“干断裂”异常。

深大断裂是一种特殊的断裂类型。这种断裂常是两个不同大地构造单元的分界线；断裂切割地球的硅铝层，甚至更深；断裂活动和岩浆活动具有多轮回性，它多半是现代地震的活动带。它是一个宽度可达几十千米，长几百千米的复杂断裂束，是一个宽大的岩浆剧烈活动的通道。在深大断裂带内，近乎平行的断裂线成组出现，磁异常也是如此。图17-9是郯城—庐江深大断裂的磁场图，该断裂长约800km，宽30～50km，其磁异常以正异常形式出现。

深大断裂带常可能是一个巨大的金属成矿带，如长江中下游深大断裂带就是一个金属矿成矿带。断层也是一种断裂构造。规模较大的断层，断层两盘发生了明显的相对位移。当一个磁性层或磁性体为断层错开时，不论是上下错动还是水平错动，断距较大时都会使磁异常发生明显变化。一般上盘的磁异常强度小，范围小；下盘的磁异常反映为缓、宽、弱和较平稳。若为水平错动，磁异常等值线会发生扭曲，异常轴向发生明显变化。

图17-9 郯城—庐江深大断裂中部的磁异常图（刘天佑，2010）

3.寻找金属矿

磁测是作为寻找磁铁矿床的方法而产生，并长期发展的。1640年后，瑞典人开始用罗盘寻找磁铁矿。1870年泰朗（Thalen）和铁贝尔（Tiberg）制成了找磁铁矿的万能磁力仪，揭开了磁法勘探的序幕。随着磁测精度的提高和基本理论的发展，磁测不仅能发现磁铁矿床，而且可能解决勘探方面的问题：确定矿体的深度、产状要素、磁化强度和估算磁铁矿石的储量。

我国铁矿的主要类型有：前震旦纪变质铁矿，碳酸盐类岩石，中酸性侵入体接触带铁矿等。变质岩中的铁矿通常称为鞍山式铁矿，其磁铁矿石的感应磁化强度达0.03～0.2A/m，围岩变质岩的磁化率小，两者有明显的差异。当矿体出露地表，磁异常有明显的峰值，异常可达上万纳特。航空和地面磁测异常就成为寻找此类矿床的有效找矿标志。地磁异常多为条带状，具有明显的走向方向。

对于中酸性侵入体与碳酸盐岩的接触带中的铁矿，多产于中酸性侵入体。如闪长岩、花岗闪长岩与石灰岩、泥质灰岩、钙质粉砂岩等碳酸盐岩石的接触带及其附近，在矿体附近往往可见砂卡岩。中酸性侵入体具有磁性，可观测到明显的磁异常。碳酸盐岩石不具磁性，铁矿产于接触带及其附近，在碳酸盐岩石的平静磁场与侵入体磁场的过渡带上叠加的次级磁异常就成为磁测找此类铁矿的标志。

云南某地，铬铁矿产于浅变质的砂质粉砂岩、泥质板岩、千枚岩中，铬铁矿具有较强磁性，而围岩属磁性弱的浅变质岩。因此，在铬铁矿上有数百纳特的磁异常（图17-10）。该区依据这些异常找矿，见矿率达50%以上。

4.在煤田火烧区上的应用

在许多煤盆地中，燃烧过的煤层上方有强磁异常，这是由于煤层中的氧化铁和氢氧化铁受高温作用变成磁铁矿。根据煤层燃烧后的热剩磁特点，我国物探人员在西北三省的17个勘探区22个测区用磁法和自然电场法探测煤田火区，取得了较好效果。

煤层露头自然发火经历为低温氧化、自热、着火与遍燃、燃烧、降温熄火。按发生发展的进程，则煤层火区可分为5个带：①吸附水蒸发带；②挥发物涌出带；③发火带；④燃烧带；⑤还原熄灭带。煤层经过燃烧，顶底板及其夹矸受到强烈的高温作用而形成烧变岩。顶底板中的铁质多数是赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿、褐铁矿等，随着烧变岩的形成它们大部分转变成磁性矿物。这种作用是从300℃～800℃高温下冷却发生，因而获得热剩磁，且其磁化方向与冷却时的地磁场方向相同。火区观测到的磁异常就是由该温差顽磁性所引起。由此推测，还原带的烧变岩正处于降温阶段，尚未降到正常温度，所以只能得到部分热剩磁；熄灭带比还原带得到更多热剩磁，故推知后者的磁性要强于前者；发火与燃烧带尚未获得热剩磁。存在这样的磁异常特征：熄灭带磁异常最强；从熄灭带到燃烧带磁异常逐渐减弱；在涌出带和水蒸气带上观测不到磁异常。

图17-10 云南某地铬铁矿区磁异常图（刘天佑，2010）

在圈定火区范围时一般根据磁异常的磁异常与自然电位曲线特征。以Za异常为例，在煤层倾斜一侧的Za极小值点可定为下部边界，而在另一侧的Za零值点定为上部边界。当多层叠加时则要考虑这些特征点的叠加位移影响。在宁夏汝箕沟煤田应用磁测圈定了火区底界并经钻孔验证，结果和推断吻合。

图17-11 宁夏汝箕沟煤田火区的磁异常与自然电位曲线（刘天佑，2010）

图17-11是宁夏汝箕沟煤田火区的磁异常与自然电位曲线，自然电位出现台阶形曲线，反映了燃烧与降温熄灭两个大阶段，磁异常反映典型的从熄灭带到燃烧带异常减弱的特征。

除此以外，磁法探测还在固体矿产勘探、地热资源调查、考古调查、水下沉船调查、工程地质勘查和环境磁学中发挥着作用。