强磁性火山岩对普查磁性铁矿的干扰

5.6 强磁性火山岩对普查磁性铁矿的干扰

5.6.1 强磁性火山岩的磁性可能与磁铁矿矿石磁性相当

洋壳和陆壳岩石中普遍存在剩余磁化。20世纪五六十年代各国大规模进行航空磁测，在陆地上发现了一些幅度达数千纳特的异常，打钻验证，有一些没有见到磁铁矿矿体，见到的是具有强剩余磁化的火山岩。国外有这种情况，国内也有这种情况。

在我国大、小兴安岭地区，广泛分布许多类型的火山岩，有的磁性很强，如玄武岩，J_R＝25A/m，Q＝25。特别令人惊奇的是，一种酸性火山岩流纹斑岩和玄武岩磁性一样强，J_R＝25A/m，Q＝25，而其磁铁矿的含量只有1%上下。在大、小兴安岭地区执行航空磁测，飞行高度100m左右，磁异常最高可达5000nT，一般都有3000～4000nT，与有名的鞍山铁矿上空磁异常幅度相仿。有幅度很大的正异常，还有幅度很大的负异常，也有幅度很大的正负交替的异常。在多处打钻验证未见铁矿，后经研究确认磁异常是各类火山岩引起［7～9］。

在国内外其他地方也有类似情况。美国许多地方有一种长英质凝灰岩（felsic ashflow tuffs）也具有很强的剩余磁化^［10］。

岩石磁性的变化很大，大、小兴安岭地区酸性火山岩磁性很强，我国南方有的地方的酸性火山岩磁性却很弱。

我国磁铁矿矿石磁铁矿的铁含量为30%～40%，磁铁矿矿石一般以感应磁化J_I为主，J_I的数值在10～100A/m范围内，与其他国家（如澳大利亚）的铁矿相比，磁性不算很强。磁铁矿矿石的Q值在0.1～0.8之间，个别情况Q＞1。

5.6.2　火山岩与磁铁矿矿石磁性的差别

由以上提到的情况我们看到，一个地区的基性火山岩的磁性与酸性火山岩的磁性相同；不同地域按岩石学命名的同一类岩石磁性不同；磁铁矿含量相差悬殊的岩石与铁矿矿石的磁化强度相当。由于决定岩石磁性的因素很多，机制很复杂，我们不能按经验法则来估计岩石的磁性，也不能把在某一地区得到的磁异常与地质单元的相关关系引用到另一地区。我们应该深入了解决定岩石矿石磁化强度的诸因素，从实际情况出发，大量测定岩石标本的磁性，或根据磁异常估算出磁性体的总体磁性，作为解释工作的基础资料。还应该对岩石磁学有比较深入的了解。

以上述流纹斑岩和磁铁矿矿石为例，我们没有专门研究流纹斑岩的磁性，但是根据岩石磁学的有关理论，可以提出定性的解释。岩石中含有不多的磁性矿物，主要是磁铁矿。岩石的磁性反映磁性矿物的微结构，特别是决定颗粒的磁畴状态的颗粒大小和形状等因素。单畴磁铁矿的磁化强度比多畴结构磁铁矿的磁化强度大2～3个数量级。当岩石从高温经过居里点达到常温时，SD和几微米大小的PSD颗粒能够获得稳定的很强的剩余磁化（TRM），比MD颗粒所能获得的要大几个数量级，而且Q值很高。火山喷发时岩浆急剧冷却，结晶颗粒细小，磁铁矿多为单畴、膺单畴结构；磁铁矿矿石结晶颗粒大，多为多畴结构。因此，岩石中只要含有少量具有SD和PSD结构的磁铁矿颗粒，其剩余磁化就可能与磁铁矿矿石的磁化（J_I＋J_R）相当。我们可以说，火山岩以剩磁为主，磁铁矿矿石以感磁为主。国内有的地质找矿专家也有这种认识。

目前，国内有几个地方对于低缓磁异常（深部磁性体引起的磁异常）进行深钻验证，见到了磁铁矿体，获得了可喜的成果。但是，上面提到的历史经验值得注意。过去，将浅部强磁性火山岩引起的磁异常当作磁铁矿体引起的磁异常，导致钻探落空；现在，对于一个由深部磁性体引起的磁异常，应该慎重考虑它可能是磁铁矿体引起的，也应该考虑可能是强磁性火山岩引起的。因此，如何区分“矿”与“非矿”异常这个老问题，仍然是一个值得注意、需要研究的问题。除了考虑测区的地质条件，使用综合物探方法外，我们介绍一种用高灵敏度磁力仪观测磁场随时间变化以判别磁异常性质的方法。

5.6.3　一种值得进行试验研究的区分I_i与I_r的方法

苏联地磁学家扬诺夫斯基БМ于1936年发表了一篇论文，题目是：《地磁要素在异常场中的变化》。扬氏指出，在地磁场中产生的磁异常，其磁场源（磁性体）的感应磁化与作为磁化磁场的地磁场成比例，当地磁场发生变化时，磁异常也会随之而变化。因此，在磁异常处地磁要素的变化与正常场处地磁要素随时间的变化就有差异或畸变。太阳静日变化Sq、磁暴和微扰会引起这种效应。扬氏最先（1938年）利用地磁场随时间的变化来区分剩余磁化和感应磁化引起的磁异常。他在含铁石英岩（库尔斯克磁异常）附近观测到地磁场日变和其他长周期变化幅度非常之大。当时仪器的灵敏度不高，但仍能显示：在已知的磁化率很高的（感磁为主）岩石引起的磁异常附近，可以观测到地磁场随时间变化异常大的幅度；而在剩余磁化很强的岩石附近，则观测不到地磁场随时间变化的幅度异常。20世纪70年代，苏联地球物理学家在这方面还做了一些工作［11～12］。

20世纪60年代初，光泵磁力仪刚研制出样机，美国地球物理学家Ward和研制仪器厂家的人员利用两台铷光泵磁力仪，分辨力约0.01nT，在一个小型致密块状磁铁矿体露头附近，一台放在磁异常处，一台放在正常场处，同时观测地磁场的短周期微扰，发现了周期为20～30s的微扰，在磁异常处记录到的幅度要比在正常场处记录到的大30%以上。这一观测结果说明，在铁磁性矿体附近，发生了微扰的磁“放大”现象^［13］。

接着，Goldstein和Ward在美国西部四个磁异常区进行了观测和研究。两处有火山岩分布：一处为火山玻璃，剩余磁化大约为200A/m；另一处为熔结凝灰岩。分别在两处异常场和正常场上设置铷光泵磁力仪进行同步观测。在两处火山岩地区，在异常场和正常场上两条地磁场随时间变化曲线完全一致，没有什么差别。另外两处是磁性铁矿体：一处磁化率为4π×0.06SI，Q＝0.06～0.7；一处磁化率为4π×0.1SI。在两处磁铁矿体地区，在异常场和正常场上两条地磁场随时间变化曲线有明显的差别，对于PC3微扰，幅度的差别一处达0.035，一处达0.2。PC3微扰的特点：幅度0.5～1nT，随着地磁纬度增加，幅度变大；周期范围10～45s；持续时间几小时，白天特别是地方时中午出现^［14］。

此外，如果用人工交变磁场作用于上述具有感应磁化的磁性体上方，也会产生“交变的磁异常”。而在具有剩余磁化的磁性体上方，则不会产生“交变的磁异常”。20世纪70年代，冯剑萍利用大回线低频（40Hz）交流电法，在内蒙一个顶部埋深约200m的磁铁矿体上，观测到百分之几的异常，得到了肯定的结果。他还利用北京地质仪器厂研制的两台氦光泵磁力仪（分辨力0.01nT），在小兴安岭一个性质未知的磁异常进行了Sq区分磁异常性质的试验。他对比了磁异常处和正常场处Sq的观测结果，没有发现明显差异，认为该磁异常不是由具有感应磁化的磁铁矿体引起的，无需钻探验证，有关地质单位采纳了这个意见^［15］。

20世纪八九十年代，上面提到的澳大利亚地球物理学家Clark和Schmidt等也进行了区分磁性体的感应磁化与剩余磁化的工作，他们使用的仪器很先进，研究工作也做的更深入。差分矢量磁测（differential vector magnetometry，DVM）在几个地点（包括新南威尔士的Tallawang磁铁矿矿床）进行的野外试验表明，所提出的原地确定磁性体磁化特征的方法正确有效。以往区分工作测量的是总场，根据测量结果只能定性判断剩余磁化和感应磁化对磁异常贡献的相对大小。Clark和Schmidt等利用差分矢量磁测技术，测得全张量。由张量元素可求得总磁化方向、剩余磁化方向、Q值，而无需对磁性体的几何形状和位置作任何假定。他们的技术值得借鉴。他们使用澳大利亚科学家研制的旋转磁力梯度仪，磁灵敏元件是高温SQUID，在液氮温度（196℃）条件下工作。顺便提一句，德国科学家研制成全张量磁力梯度仪，用的是低温SQUID，在液氦温度（268.93℃）条件下工作。最近，孙文珂教授在一篇论文中提到，对于Sq方法，“应该重新开展研究”^{［16～19］}。

由以上援引的实例看，在进行研究工作时，要使用高分辨率的磁力仪，最好能使用全张量磁力梯度仪。除了Sq，还应考虑利用磁暴、微扰等随时间变化的磁场^［20］。

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