利用GM-SYS进行磁法与重力反演的综合二维建模,以刻画埃塞俄比亚南部莫亚莱西部索罗洛矿区的铁矿体

《Journal of African Earth Sciences》:Integrated 2D modelling of magnetic and gravity inversion using GM-SYS to characterize the iron ore deposit of the Sololo site in Western Moyale, Southern Ethiopia

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月27日 来源:Journal of African Earth Sciences 2.5

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   摘要索洛洛地点位于埃塞俄比亚南部博雷纳专区莫亚莱县,属于前寒武纪变质岩地层,其特征是石英岩和片岩构造中伴生的强烈矿化。该地区铁矿石矿化吸引了越来越多的勘探兴趣;然而,其地下几何形态、深度和侧向连续性仍然缺乏足够的约束。本研究旨在通过整合的二维(2D)重力和磁法反演建模,勾勒潜

  

摘要

索洛洛地点位于埃塞俄比亚南部博雷纳专区莫亚莱县,属于前寒武纪变质岩地层,其特征是石英岩和片岩构造中伴生的强烈矿化。该地区铁矿石矿化吸引了越来越多的勘探兴趣;然而,其地下几何形态、深度和侧向连续性仍然缺乏足够的约束。本研究旨在通过整合的二维(2D)重力和磁法反演建模,勾勒潜在铁矿矿化的深度、几何形态和侧向范围。为实现这一目标,获取了详细的地面重力和磁法数据,并结合当地地质框架进行了处理和联合解释。采用整合反演方法是为了减少与单个地球物理数据集解释相关的多解性,并更好地约束地下体的物理性质和几何形态。
反演结果揭示了一个呈西南 - 东南(SW–SE)走向的显著矿化带,其特征为高密度和高磁化率异常,这与富含磁铁矿的铁矿石一致。矿化主要赋存于石英岩和片岩单元的接触带之间,并从东南向西北(SE–NW)侧向延伸约 700 米,最大深度约为地表以下 130 米。重力和磁法数据的联合解释有效地解决了含矿体的深度和侧向连续性,提供了比单一方法更可靠的地下模型。
已识别矿化带相对较浅的深度和显著的侧向范围表明,未来的勘探和采矿具有 promising 的经济潜力。该研究进一步证明了整合重力和磁法反演作为在前寒武纪变质岩地层中勾划埋藏铁矿床的强有力工具的有效性。

引言

铁矿石是经济发展最基本的原材料之一(Holmes 等,2022)。岩浆型铁矿可归类为来自结晶的玄武质岩浆或陨铁的铁矿石(Blaney, 2007)。这种铁矿石代表了从玄武质熔体演化而来的富铁岩浆的结晶。常见的伴生矿包括玄武岩、辉长岩、斜长岩和萤石(Hu 等,2014)。磁铁矿是条带状铁建造和岩浆型铁矿床中形成的主要铁矿矿物之一,具有铁磁性;因此,它会被磁铁吸引并可被磁化(Alva-Valdivia 等,2020)。
条带状铁建造是一种由显眼的富铁物质和二氧化硅组成的沉积岩(Evans 等,2013)。这种构造通常发生在变质岩周围。它常被用作低品位铁矿石的来源。条带状铁建造(BIFs)遍布所有大陆,且通常年龄超过 17 亿年(Ramanaidou 等,2015)。红土型铁矿是一种来自红土(一种富含铁和铝的土壤类型)的铁矿石(Ramanaidou, 2009)。这种铁矿石是岩石风化的产物,发现于热带和亚热带地区,表现为严重风化的残余土壤。红土的颜色可以是深红褐色、铁锈红或紫色(Gidey 等,2020)。
如今,铁是钢铁生产、基础设施发展、汽车生产、机械、设备和消费品中必不可少的输入物(Jugovi? 和 Uskokovi?, 2009)。因此,对铁的高需求促使应用最先进的勘探技术来检测和开采(Gutzmer 和 Beukes, 2009)。为了满足在埃塞俄比亚建立钢铁和金属工业(1962 年至 1964 年之间)的需求,在该国多个地点进行了大量的铁矿勘探(Hamrla, 1966)。作为这一尝试的结果,埃塞俄比亚北部、西部和西南部地区的低品位变质岩或变沉积岩带被确定含有变质岩火山 - 沉积岩序列及相关侵入岩,使其成为最有前途的贱金属勘探区域(Tefera 等,1996)。
此外,埃塞俄比亚在各地点拥有丰富的铁矿资源,其中已锁定几种类型的铁矿床,包括岩浆型、红土型和条带状铁建造(Abay 等,2024)。大多数铁矿床被记录出现在奥罗米亚、阿姆哈拉、提格雷和阿法尔等地区(Assefa, 1991)。尽管如此,由于这些资源利用不足,该国仍然是铁和钢产品的净进口国。这意味着减少对外国铁进口的依赖,促进本地生产将至关重要。
在众多用于铁矿勘探的调查技术中,重力和磁法已在全球多种地质环境中得到应用(Ekwok 等,2023;Hinze 等,2013)。本研究展示了重力及磁法测量的结果,旨在勘探莫亚莱镇以西索洛洛铁矿点下方的铁矿床,为国家探索埃塞俄比亚铁矿床的整体努力做出贡献。使用这两种地球物理技术进行铁矿研究有其优点和缺点(Mariita, 2010)。重力和磁法可用于定位深部结构、地质边界、潜在区域和接触带。我们在调查中使用了二维联合建模,因为磁法在定位岩性接触带方面具有很高的分辨率,而重力法则能检测深部致密矿床。进行重力和磁法联合方法的另一个优势是它们可以相互支持,并增强对研究区地下地质真相的解释。重力分辨率有限和解释多解性,以及磁法方法经常易受噪声和信号失真的影响,是影响我们研究的困难之一。
构成研究区的索洛洛铁矿点(图 1)位于埃塞俄比亚南部奥罗米亚区域州博拉纳专区莫亚莱镇以西。它距离亚的斯亚贝巴 750 公里,可通过从亚的斯亚贝巴到莫亚莱的沥青路到达。其边界位于 UTM 坐标东经 500,200 米 - 501,200 米,北纬 391,000 米 - 392,200 米之间。该地图基于通用横轴墨卡托(UTM)投影,37N 区,为指定区域内的准确制图和空间分析提供了标准化坐标系统。使用的基准面是世界大地测量系统 1984(WGS 84),这是一个全球公认的大地测量参考框架,确保与现代全球定位系统和地理信息系统的一致性和兼容性。地图上的线性测量单位为米,作为距离的标准长度单位。
地图上显示的城市、道路和河网数据取自埃塞俄比亚地理信息系统空间数据集,并作为底图特征纳入。这些数据集提供了研究区内人类聚居地、运输基础设施和排水模式的必要地理信息。地图的地形表示源自数字高程模型(DEM),用于可视化景观的高程和地形特征,从而增强对区域物理特征分析和解释。

章节片段

地质与构造背景

莫亚莱地区的区域地质和构造主要涉及前寒武纪基底岩石、大规模变质作用以及数百万年来塑造其地质特征的复杂构造力相互作用(Tolessa 等,1991)。构造上,莫亚莱区位于主要造山带的交汇处,包括阿拉伯地盾和莫桑比克带(Berhe, 1990)。这通过...在该地区引发了复杂的构造活动

材料与方法

本研究应用二维磁法和重力联合反演来表征莫亚莱西部索洛洛地点的矿床。分析了总共 200 个重力数据点和 200 个磁法数据点(图 3),以表征地下密度和磁化率的差异。这些数据集为研究区内岩性单元和构造特征提供了重要约束。随后使用适当的...对汇编的数据集进行处理和解释

区域和残余重力异常图

使用 Geosoft Oasis Montaj (v8.4) 从 SBA 网格 1200 米向上延拓(UC)编制了区域重力异常图(图 5a)。编制的区域异常图(图 5a)显示了宽广的重力高,表明存在致密的深部地质结构,并显示出异常值从西北向东南清晰连续的增加。重力法突出了致密深部地质结构的存在(Balogun 等,2023)。

残余重力和 RTE 残余磁异常图

编制的残余重力异常图(图 9a)和编制的 RTE 残余磁异常图(图 9b)显示了不同的异常模式。两幅图(图 9)西南和东南部分黑色虚线椭圆形状阴影区域指示了高密度和高磁化率材料,这些材料主要由与石英岩和片岩互层的磁铁矿铁矿石主导。西部和西北部(图 9)的低密度和低磁化率区域主要由石英岩主导

结论

将重力和磁法数据与本研究中先前的地质和地球物理数据进行联合解释,提供了关于铁矿化带和岩性单元的重要见解。基于磁法和重力数据分析及解释的结果,提出了以下结论。
研究区特征为在其东南、西南和北北西部分下方出现的相对高磁化率和高密度区域。这些区域是

CRediT 作者贡献声明

德萨莱格·米蒂库:写作 – 审阅与编辑,写作 – 初稿,验证,方法论,调查,形式化分析,数据管理,概念化。阿贝拉·阿莱穆:写作 – 审阅与编辑,写作 – 初稿,验证,概念化。伊贾拉·特思费耶:写作 – 审阅与编辑。盖特内特·莫格斯:写作 – 审阅与编辑,验证。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系,这些利益或关系可能已被视为影响本论文报告的工作。

致谢

感谢埃塞俄比亚地质研究所提供数据收集用的重力仪和磁力仪,并在研究期间提供运输服务。
德萨莱格·米蒂库|阿贝拉·阿莱穆|伊贾拉·特思费耶|盖特内特·莫格斯
埃塞俄比亚地质研究所,矿业部,邮政信箱 2302,埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴
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