河北省承德县高寺台镇东大洼铁矿位于河北省承德市北31km处。该矿西侧与黑山铁矿①、②号矿体相接，东与③号矿体毗邻，面积1.31km2。
东大洼铁矿位于大庙－黑山矿集区内。早在1925年，北平地调所在本区开展了地质调查工作，发现了大庙－黑山一带铁矿;1931年日本侵华时期，在本区进行了地质调查和掠夺式开采。1959年地质部航空物探大队901队进行过1∶10万航空磁法测量，发现航磁异常(编号C59－18a)，东大洼矿段在该异常的东南部。1980年河北省地质局物探大队配合地质四队进行矿产普查，在黑山－大庙一带开展1∶1万磁法测量，发现确定了东大洼矿段磁异常，编号M32。1981年地质四队在矿段进行异常验证，发现东大洼矿段下部的铁矿体。1982～1988年河北省地矿局第四地质大队对东大洼矿段进行了普查，获得表内矿石储量5160万t，表外储量833万t。
2006年至今，第四地质大队再次对东大洼铁矿进行普查、详查，其目的是要在2000m以浅第二找矿空间提交新增矿石量5000万t。目前，详查工作正在进行。通过对以往1∶10万航磁和1∶1万地磁资料的综合分析，以及1∶2000高精度磁法测量和三分量测井数据的推断解释认为，物探方法在东大洼铁矿第二空间找矿效果较好。本文重点介绍详查过程中物探技术方法的应用。
一、矿床地质背景
矿区地处华北地台北缘燕山台褶带与内蒙地轴的交接地带，属台褶带边缘的断裂隆起区的大庙穹断束(Ⅳ)构造单元。与成矿有关的岩浆岩为大庙斜长杂岩体，杂岩体平面上呈三角形，出露面积88km2，生成于中元古代中期。杂岩体总体倾向北，沿红石砬－大庙－娘娘庙深断裂侵入。杂岩体由斜长岩和苏长岩两类岩石组成，其中斜长岩为钒钛磁铁矿体的围岩，普遍具有自变质的钠黝帘石化。苏长岩侵入于斜长岩中，呈小岩体或岩脉或岩床产出，有人称为“矿源苏长岩”，主要铁矿体多分布在苏长岩体的底盘斜长岩中，属矿浆贯入式钒钛磁铁矿床。
东大洼铁矿产于杂岩体底盘的中心部位上，矿体成群出现，并以小矿体居多(见图2－10－1)。地表原有17个矿体群，由108个矿体组成;地下原有229个盲矿体。本次详查工作新发现盲矿体10个，规模大小悬殊;有的长达400m，延深600m以上，有的延长和延深才数十米。矿体形态变化较大，规模较大的多为分枝脉状、透镜状，局部构成囊状。盲矿体产出标高多在标高600～300m。盲矿体产状走向50°～60°，倾向南东，倾角40°～74°。盲矿体在平面上为左行雁行状排列，在垂向上为叠瓦斜列式产出，矿体成群出现。本次工作初步估算新增资源量4981万t，加上原保有储量该矿床铁矿石资源量可达1亿t以上。
二、地球物理特征
(一)区域地球物理特征
沿红石砬－大庙－娘娘庙东西向深断裂两侧有大小不等串珠状航磁异常分布，异常多由大庙式钒钛磁铁矿、超贫磁铁矿和超基性岩体引起。东大洼铁矿位于C59－18a航磁异常的东南部。C59－18a航磁异常呈北东走向，东侧梯度大，强度高，ΔTmax=2850nT。西北翼有负值伴生，ΔTmin=－450nT。另外，该航磁异常经验证为已知的钒钛磁铁矿、铁磷矿床的反映。
在1∶1万地磁图上东大洼铁矿位于M32地磁异常中部。该异常长900m，宽500m，ΔZ值3000～9000nT，极值数万纳特，场强梯度极大。以3000nT等值线为界可分成南北两部分，以北部异常为主。以5000nT等值线为界又可在南半部圈出2个高值单体异常;在北半部圈出3个高值单体异常。这些单体异常多呈NEE、NWW向展布。
(二)磁参数特征
原河北省地质矿产局物探大队在大庙—黑山一带进行1∶1万地磁普查时，较系统采集该区域20余种岩(矿)石标本共1916块。对于区域内各岩(矿)石进行了较为详细的阐述。本次详查工作在东大洼矿区范围内重新采集岩(矿)石标本235块。对矿区内7种岩(矿)石进行了磁参数测定，尤其对钒钛磁铁矿进行了较详细分类。其结果见表2－10－1。
表2－10－1 东大洼矿区岩(矿)石磁参数结果表
图2－10－1 东大洼铁矿区地质图
根据表2－10－1结果可知，各岩(矿)石的剩余磁化强度均远远小于感应磁化强度，因此在计算其磁化强度时可忽略剩余磁化强度的影响，利用M=κT0公式可求出各岩(矿)石磁化强度值(见表2－10－2)。
表2－10－2 东大洼铁矿各岩(矿)石磁化强度
把区内各岩(矿)石磁性分成Mi＞10000×10－3A/m、Mi=2000～10000×10－3A/m、Mi＜2000×10－3A/m三级，分别称为强、中、弱磁性岩类。其中致密块状磁铁矿(TFe＞35%)、稠密侵染状磁铁矿(TFe=25%～35%)、稀疏侵染状磁铁矿［TFe(＞15%)～25%］三类钒钛磁铁矿石均为强磁类，其磁化强度由强到弱依次为致密块状磁铁矿、稠密侵染状磁铁矿、稀疏侵染状磁铁矿。由于剩余磁化强度可忽略不计，因此不论感磁和剩磁方向如何，当这几种矿石出露或接近地表时，皆可观测到数千至万余纳特的磁异常，其磁场特征以正异常为主。
磁铁矿化斜长岩和磁铁矿化苏长岩为中等磁性，这两种岩性也是以感应磁化强度为主。根据磁参数值预测其能产生500～2000nT的磁异常，其磁场特征也以正异常为主。
斜长岩和苏长岩为弱磁性岩石，其磁化强度小于1000×10－3A/m，故此类岩石最多只能产生不足500nT的磁异常，属区内正常场。
综合上述标本磁参数特征，可知本区详查对象钒钛磁铁矿及与其有密切关系的含铁苏长岩和磁铁矿化斜长岩等具有中强磁性，与其他围岩有较明显的磁性差异，故工作前提充分。同时，各类岩(矿)石的磁化强度的推算也为磁异常的建模反演提供了数据资料。
三、物探方法技术运用
(一)目的任务及工作部署
本次磁法勘查工作目的是根据磁法成果，反演推断矿体的赋存空间位置(主要是深部盲矿体)，为布钻施工提供参考依据。1∶2000比例尺高精度地面磁法主要任务是追索矿体长度，判定测区内矿体形态、规模及其长度方向延续性，为下一步地质工作指明方向;1∶1000比例尺高精度磁法剖面主要用于地质勘探线上推断矿体深部位置及产状形态，为钻孔布置提供依据;三分量磁测井主要用于判定钻孔终孔是否合理，井底及井旁是否还有盲矿等问题。
工作布置首先完成1∶2000磁法面积测量1.31km2。由于已知矿体大多为北东向，按磁法测线垂直矿体的原则测线方位定为170°。沿勘探线完成1∶1000磁法精测剖面8条，共11km。三分量磁测井15个钻孔，工作量15450m。目前磁法面积测量和磁法精测剖面测量均已完成，而三分量磁测井根据钻探工作进度已完成三个钻孔，共计3085.34m。
(二)仪器设备
本次面积性磁法和剖面磁法工作中，使用中国航空物探遥感中心生产的5台手持式HC－95a氦光泵磁力仪，其中1台用于日变观测，4台用于面积性磁法和剖面磁法测量。
三分量磁测井使用中地装备集团重庆地质仪器厂生产的JGS－1B智能工程测井系统，配以JCX－3型三分量井中磁力仪。
本次物性标本测量使用重庆奔腾数控技术研究所生产的质子磁力仪，型号为WCZ－1。
以上仪器性能均符合相关规范对于磁法测量的要求。
(三)技术方法
1.野外工作
a.磁测基点、日变点的选取。本次磁法工作基点、日变站选在驻地王营村后山果树林内。通过草测先大致确定出磁场较稳定地段，再经过东西与南北两方向观测确定出基点、日变站平面位置，最后经过两个不同高度读数结果判定出其垂向变化稳定。最终用连续读取的239个观测数据平均后得出基点处地磁场值T为54536.21nT。
b.地面磁测数据采集。每日磁测开、收工均闭合于基点上，基、测点观测过程中工作人员身体均彻底“卸磁”。测点观测遇磁性干扰物时，尽量移位避开并记录。定位员与磁测员逐点对号，以确保点位正确。观测时仪器探头始终保持在上方南倾30°左右位置，同时其高度保持一致。存储数据前给仪器一个足够的接收信号时间，以保证测到稳定、可靠的观测结果。地表强磁矿体上方，经反复测量确认仪器正常后，开始测量并加以记载说明。根据地形情况，多数测线(剖面)分成了几个观测线段进行数据采集。
c.物性工作。本次物性工作采用质子磁力仪第一位置法对矿区内主要岩(矿)石进行测定。操作方法按照《高精度磁法测量规程》中的物性工作要求进行。主要岩(矿)石数量每种不少于30块，共计235块。
d.三分量磁测井工作中正常场测量。每次测井之前均在地面磁测选定的总基点位置进行正常场垂直分量Z0和水平分量H0测量。测量采用4个方位测量取其平均值，在正常场测量的同时对仪器性能进行检查和调试。
井场测量。利用JCX－3型仪器进行三分量测量时，速度≤7m/min，点距一般0.5～1m。下降为原始测量，上升为检查测量，检查工作量23.56%。磁测检查曲线应选在对旁侧或底部异常有控制意义以及质量有怀疑的井段，并要求在可检查的测井段内分布均匀。三分量磁测平均绝对误差计算公式为 式中Δσ为检查(重复)测量与原始测量曲线异常平均值或磁异常正负最大变化的相对平均幅值。三分量磁测的平均绝对误差σZ≤250nT，σH≤450nT。
2.资料整理
a.数据整理。每日野外观测结束后，及时将磁测原始观测结果传输至笔记本电脑中，并在Surfer格式表的基础上另建一Excel格式数据表。此两种格式数据共同组成“录”字类中“原始数据”文件。室内计算主要利用“录”字类中Excel原始数据表及“测”字类中的整理数据进行。磁测主要进行基点改正、日变改正和高程改正。
b.数据处理。本次磁测数据处理利用中国地质调查局发展研究中心开发的RGIS重磁电数据处理软件中的数据预处理、平面数据处理和重磁反演解释三个系列的功能。
数据预处理主要对面积性磁测数据进行网格化，输出ASCII.grd格式予以保存。
RGIS软件平面数据处理有多种方法。东大洼铁矿磁异常西边与黑山①、②号矿体地磁异常相连接;东与③、⑥、⑧号矿体异常连接，组成北东方向的地磁异常。在异常带内的异常中心亦多为北东条带状。这是由于矿体在平面上具有左行雁行状排列，在垂向上具有叠瓦斜列式产出的分布规律，矿体成群出现。由于此种情况对磁异常进行的化极等方法处理失真较大，往往得出与实际情况不符的结果。为慎重起见，经过反复计算并与已有地质成果进行对比，选择ΔZ数据向上延拓处理所得结果对异常的推断解释可起到消除地表磁性体的干扰之作用，因此最后确定利用向上延拓处理方法，上延最佳高度为100m。
重磁反演解释主要进行磁测剖面功率谱磁源深度计算和2.5D重磁剖面反演。功率谱磁源深度计算是对剖面位场数据进行傅里叶变换，再计算变换后的对数功率谱。对数功率谱的特点是:深源响应低频段的快速衰减，而与近地表源有关的曲线下降很缓，依据功率对高频率的关系可以计算磁性体的平均深度。2.5D重磁剖面反演基于成熟的2.5D重、磁异常联合反演技术进行人机交互可视化正反演计算。本次工作未作重力测量，故只做磁测数据反演计算。本次处理以参数M为单位。ΔT剖面数据包括测点横坐标X、高程Y、磁异常ΔT。剖面参数设置要求输入当地地磁场和剖面方位角。模型参数设置包括如下4个参数:
模型密度D、磁化强度M、磁化倾角I、磁化偏角D。
模型远端端面坐标Y1:入纸为负;
模型近端端面坐标Y2:出纸为正。
以上技术参数设置完成即可利用2.5D重磁剖面反演功能进行人机交互可视化正反演计算。
(四)磁异常的推断解释
1.正常场的确定
本次磁法工作参照原物探大队大庙—黑山一带磁测普查结果，选择在东大洼矿区以外1∶1万地磁零值地段设定基点。在东大洼矿区东部和南部分布有正背景场(ΔT变化范围一般500～1500nT左右)，当正背景场延伸至磁测区最南端大庙－娘娘庙深断裂带地段时，其ΔT值衰减至100～400nT时，该地段磁场即为矿区的正常场。
2.异常的识别
总的来说，东大洼矿区地质工作程度较高，地表矿体基本都已剥采。从剥采结果及ΔT异常展布情况看，区内钒钛磁铁矿矿体分布数量多、规模差别大，矿体的埋深、延深等均不一致，矿体形态复杂且多以矿体群的形式存在。这样多个矿体群在一定范围内引起叠加异常就会形成面积较大的异常带。从ΔT等值线图和剖面平面图(图2－10－2、图2－10－3)上看，东大洼铁矿ΔT异常整体呈北东向带状展布(测区东北角高值异常为黑山③、⑥、⑧号矿体引起，不在本次详查范围内)。以2000nT圈定该异常带总体长约1300m、宽约400m，编号M1。通过对ΔT数据上延100m消除地表矿体干扰得出的等值线图上看，M1异常带主要由3个异常组成(图2－10－4)，它反映出东大洼铁矿在一定深度内是由3个较大的矿体群组成:由南西至北东编号为M1－1、M1－2、M1－3。考虑到本次工作重点为深部找矿和寻找盲矿，故异常识别则以强大异常、未采区异常及深部有成矿可能的弱异常为主，其他异常就不再进行编号评述。
图2－10－2，图2－10－3两张图反映出在矿区东北部和中部分别有一条北西向和北东向的低值带(ΔT值在－1000～200nT之间)。前者低值带与已知F1断层破碎带相对应，后者可能是覆盖层下的断层引起。
3.异常定性解释
M1异常带的磁场强度ΔT总体呈北强南弱的特征，其范围自154线至218线间，长约1300m，宽约400m。长轴方向北东，ΔT异常值一般在2000～6000nT，极大值17505.56nT。
M1－1异常。位于M1异常带的西南部，ΔT2000～6000nT，以低缓异常为主。该异常是由多条北东60°～70°方向的条带状低缓异常组合而成(图2－10－3)。局部地段可观察到长达400m的条带状低缓异常，多呈北东陡密、南东缓疏。该异常沿南东方向衰减极慢，可推断在该方向矿体延伸较大。延拓后异常中心ΔT大于3200nT，它在其北东向与M1－2异常中心相互叠加，在南东方向缓慢衰减至正常场。该异常地段地表出露矿体较少，以北东向小矿体为主。从异常特征推断该异常主要为盲矿体群引起。由于该地段还处在M1－2异常的延伸方向上，推断除有直接引起该异常的上部盲矿群之外，深部还存在有较大规模矿体的可能性。
图2－10－2 东大洼铁矿ΔT等值线图
图2－10－3 东大洼铁矿ΔT剖面平面图
M1 － 2 异常。位于 M1 异常带的中部，黑山铁矿 ①、② 号 北 东 延 长 方 向 上。ΔT 2000 ～8000nT。异常曲线既有北东向较低缓的条带状异常，也有高频跳跃的锯齿状异常叠加在低缓异常之上的情况。在该异常南西段有三段较为明显的北东 65°左右的条带状异常 ( 图 2 －10 －2) ，且有南东疏北西密的特征。异常北东段强度增加，地表有④号等多个矿体群与之对应。该异常上延 100m ( 图 2 －10 －4) 后异常中心 ΔT 大 于3600nT，其强度 和 规 模 都 大 于 其 他 两 个 异常。综合分析，推断该异常为地表矿体群与深部盲矿体群引起的异常叠加而成，矿体的产状多以北东 60° ～70°走向，倾向南东。
M1 － 3 异常。位于 M1 异常带的东北部，走向不明显。ΔT 2000 ～ 10000nT。异常中心附近曲线多呈高频跳跃的锯齿状异常，向南东方向逐渐减弱呈现低缓异常特征。说明引起该异常的磁性体在南东方向上延深较大，呈现南东疏北西密 ( 图 2 － 10 － 2) ，部分地段有向北东方向的分枝异常，可以看出引起该异常的磁性体有向北东向延长的趋势。该异常上延 100m 后( 图 2 － 10 － 4) 异常中心 ΔT 大于 3500nT，虽然其原始异常值大于 M1 － 2 异常，但经过上延后异常值迅速衰减，反映出其延深深度小于引起M1 － 2 异常的磁性体。该异常地表出露矿体较少，推断引起该异常的原因主要是地表附近有规模较大的盲矿体群存在，其倾向南东。
4. 异常的定量解释
在定性解释的基础上，对 M1 异常带的 8 条精测剖面进行了磁源深度计算和 2. 5D 磁法剖面反演的定量解释工作。现以 C 线为例阐述定量计算的过程。
a. 功率磁源深度计算。从 D 剖面 ΔT 原始数据绘制的功率谱，可以看出深源场从高频率在 3 左右快速衰减 ( 图 2 － 10 － 5) ; 因此计算参数低频数取一般默认值 1，高频数取 3，得出计算结果为69. 7m。结果表明磁性体顶面平均深度在 70m 左右，主要是顶面深度较浅的磁性体。原因是剖面曲线高频跳跃的锯齿状异常叠加在低缓磁异常之上，一般来说此类异常大多是由地表附近的磁性体引起。
对于引起低缓异常的磁性体顶面埋深采用对 D 剖面 ΔT 数据进行 100m 上延处理，排除浅地表磁性体对于曲线的干扰之后进行功率磁源深度计算 ( 图 2 －10 －6) 。从 D 剖面 ΔT 上延 100m 数据绘制的功率谱可以看出深源场从高频率在 2 左右快速衰减，因此计算参数低频数取一般默认值 1，高频数取 2，得出计算结果为 378. 6m。通过该计算结果，大致得出在该剖面内 300 至 500m 以浅还存在有磁性体的结论。
通过以上计算，大致求得了剖面内地表附近和深部磁性体的顶面埋深。对于 500m 以下的磁性体，由于其埋深较大，对 ΔT 异常影响有限，计算其磁源深度有一定困难。从异常带整体分析，沿矿体倾向的南东方向上 500m 以下应该有新的磁性体。
图 2 －10 －4 东大洼铁矿 ΔT ( nT) 上延 100m 等值线图
图 2 －10 －5 东大洼 D 剖面 ΔT 原始数据磁源深计算图
图 2 －10 －6 东大洼 D 剖面 ΔT 上延 100m 数据磁源深计算图
综合以上计算结果并结合地质因素的分析，为下一步2.5D磁法反演提供数据。
b.2.5D磁法剖面反演。D剖面以往工作长度只有493m，4个钻孔探明了212m至370m以浅的主要矿体。由于本次详查工作是在以往的工作基础之上进行的，本次工作向南东方向延长至1030m。反演首先将已知矿体建立模型(已开采的去掉采空区部分)，再对剩余异常建立新模型进行反演拟合，为寻找新的、深部的盲矿体提供依据。
建立模型所需主要参数如下:根据标本物性参数测量结果计算得出各岩(矿)石的磁化强度(表2－10－2);利用有效磁化倾角公式Is=MZ/MX求得东大洼沿磁法精测剖面方向(170°)的有效磁化倾角为60°;磁化倾角在剖面内选择为当地地磁场在剖面上投影矢量的倾角的情况下，磁偏角为0°。矿体模型以稠密侵染状钒钛磁铁矿为主，其详细参数如图2－10－7所示。
图2－10－7 东大洼铁矿ΔT磁异常反演模型参数图
本次D剖面反演利用已探明的铁矿体建立模型16个，新推断铁矿体建立的模型26个共42个(图2－10－8)。该剖面内位于本次圈定的M1－1、M1－2异常之上。通过反演推断成果图可以看出，部分模型矿体(多为深部的模型矿体)有跨越多个异常的特点。M1－1异常对应30号至35号浅部模型矿体和40号、42号深部模型矿体，其中40号、42号模型矿体为由北部延深至该地段500m以下。在该异常上所建模型矿体均属盲矿体群，它们的产状均为南东倾向65°左右。
M1－2异常除了已探明的铁矿体建立的16个模型外，还包括28号在内的11个浅部的和29号、36号、37号、38号、39号5个深部的共计33个模型矿体共同反演拟合而成。它们反映了引起M1－2异常自浅入深多层矿体叠加的情况。
在所有新建模型矿体中延深方向大于200m、厚度大于5m的有28号、29号、30号、31号、33号、36号、37号、38号、39号、40号、42号11个。这些反演推断的矿体位置是下一步找矿的重点方向，为布设钻孔提供了地球物理依据。
四、验证结果
现在验证工作正在进行中。有关M1异常验证工作情况需说明如下。
图2－10－8 东大洼铁矿ΔT磁异常反演推断成果图
本次东大洼铁矿磁法工作圈定了M1异常带，在该异常内又划分了M1－1、M1－2和M1－3三个异常中心。其中，属新发现的M1－2异常区段为以往工作的重点矿段，经钻孔验证找矿效果明显，与现在磁法推断的成果较为吻合。
M1－1和M1－2异常为本次磁法工作新发现异常。M1－1异常属低缓异常。根据磁法成果已建议进行深孔验证，目前钻探工作正在进行中;M2－2异常地段以往只有少量钻孔布设在异常边部，本次详查根据磁法成果已建议在异常中心位置布设钻孔进行深部验证，目前钻探工作正在进行中。
由于矿区内矿体数量多、规模不等、分布范围大给本次东大洼磁法勘查推断解释增加了诸多不利因素。通过一系列的数据处理与反演方法的反复计算，大致推断了矿体的位置、产状、规模，为发现深部2000m以浅第二找矿空间盲矿体提供了较详尽的地球物理数据资料。
(本节供稿人:杨志宏孙静张立剑)