大台沟铁矿位于辽宁省本溪市桥头镇，距本溪市南16km，行政区划属于本溪市平山区桥头镇。矿区距桥头火车站约2km，距桥头镇4km，距沈丹高速公路桥头站5km，交通十分方便(图2－2－1)。
图2－2－1 大台沟铁矿区交通位置示意图
1935～1938年日本侵华初期，以日本人为首的满铁地质调查所、满铁调查部在该区进行过区内金属矿、非金属矿的地质调查工作。
新中国成立初期(1950～1960年)，地质部沈阳地质局、辽宁煤田系统和冶金系统所属地质队及长春地质学院先后在工作区内开展了铁矿的普查工作。1958～1959年地质、冶金部门在长白山南部地区开展过1∶10万航空磁法测量，为铁矿找矿工作奠定了基础。
1970年，辽宁省地质局物测大队在本溪桥头地区针对大台沟磁异常(88号航磁异常)进行地面检查工作，完成了1∶1万地面磁测46.8km2，推断88号航磁异常是由鞍山式磁铁矿引起。经定量计算，矿体上缘埋深为800m左右，中心埋深为2000m左右，宽度为1600m，沿走向长2500m左右，倾向北东，倾角近于直立。建议布置4个验证孔，孔深1500m。1974年，本溪地质大队先后施工3个孔验证，均未达到见矿目的。最深的ZK1孔孔深1213.96m，终孔于辽河群浪子山组绢云母千枚岩中。经该队物探组再推断，认为异常中心处平均深度在1150m左右。ZK1孔附近矿体上缘埋深为1300m。
1973年，冶金航测二队在鞍本地区开展1∶2.5万航空磁法测量工作，于1974年12月提交了“鞍本地区航空磁测报告”，对1959年发现的1∶10万航磁异常进行了分解，提出多处有意义的磁异常。1973年、1974年辽宁省鞍钢地质公司四○一队对其中歪头山－北台地区航磁异常进行了普查和详查工作，发现了一大批铁矿床和矿点。
1976年冶金部冶金地质会战指挥部第二物探大队对大台沟磁异常开展了综合研究工作，完成磁异常测量204.8km2的数据处理、800m×100m网度的重力剖面测量11条，圈定磁异常面积10km×5km，强度Za高达6000nT。根据重磁同源异常特征，推断异常由鞍山式铁矿引起，其埋深1450m，异常南部块段具高磁性、高密度特征，可能为富矿部位，并布设了两个验证孔，当年没有实施。
1980年冶金地质勘查局利用引进的日本新型深孔钻机在大台沟铁矿4线基线部位施工了ZK3号钻孔，在1525.15m深度见到了隐伏的鞍山式铁矿，钻进172.55m仍未穿透矿体;但矿体品位不高，一般TFe在16%～22%之间，个别可达26%。证实了大台沟航磁异常由鞍山式铁矿引起。由于埋藏太深，没有进一步工作。
事隔20年后，进入21世纪。随着国民经济的发展对铁矿资源需求量的增加，铁矿勘查工作力度进一步加大，给深部找矿带来了机遇，此地区铁矿勘查工作才有新的发展。2005年成立了项目组，组织专家认真分析研究了辽宁省铁矿资源状况，选定鞍山－本溪－辽阳地区为寻找深部盲矿体重点区域。通过大面积的地质调查、磁法检查验证和筛选工作，最终选择了本溪桥头地区作为重点验证地段。2006年国土资源大调查在该区设立了《辽宁鞍山吴家台－辽阳孙家营一带铁矿评价》项目，通过对本溪大台沟磁异常的深部验证，进一步证实了大台沟铁矿的存在。
一、大台沟铁矿地质特征
大台沟铁矿位于鞍山—本溪铁矿成矿带上，地处新太古代鞍山—本溪火山－沉积盆地的南西端。在区域上分布有樱桃园组、大峪沟组含铁矿层位，是目前已知鞍山式铁矿床规模最大、资源量最多的地区，也是我国特大、大型铁矿床聚集区。已探明齐大山、东西鞍山、南芬、弓长岭等大型矿床10处，中型矿床2处，矿点数十处。在该区只要对航磁异常区验证，就会发现铁矿床，是寻找大型铁矿床理想区域。
矿区出露的地层主要为新元古代细河群钓鱼台组、南芬组、桥头组，震旦系康家组，寒武系碱厂组、馒头组等。太古宙鞍山群含铁岩系地表没有出露，含铁岩系及矿体顶部埋藏于地表以下1100～1200m。已竣工的17个钻孔所见层位岩性(自上而下)综合如下:
1)碱厂组:灰岩夹薄层粉砂岩，厚27～102m;
2)康家组:薄—中厚层泥灰岩、灰岩，厚17～48m;
3)桥头组:含海绿石石英砂岩与黑色页岩互层，厚约100m;
4)南芬组:蛋青色泥(灰)岩、紫色泥岩，厚约500m;
5)钓鱼台组:石英砂岩、石英岩、石英砂岩夹黑色页岩，厚约200m;
6)辽河群浪子山组:硅化大理岩、绿泥绢云石英片岩，厚300～700m;
7)鞍山群樱桃园组:条带状磁铁石英岩、赤铁石英岩、赤铁磁铁石英岩、绿泥片岩。
从各钻孔见到的铁矿层岩(矿)石组合特征，与鞍本地区已知铁矿类比，大台沟铁矿矿石特征、夹石特征等与鞍山齐大山铁矿相似;其层位应属鞍山群樱桃园组，为受变质沉积－火山沉积铁矿，即“鞍山式”铁矿。
目前在异常中心部位，共施工20个钻孔，钻孔控制矿体延长2000m，控制矿体走向长2000m，矿体顶界面埋深1100～1200m(标高－900～－1000m)，宽度578～1152m，平均宽度870.68m，控制矿体最大垂直延伸809m。矿体呈单斜层状产出，厚度变化小，变化系数19.67%。矿石成分简单，矿石矿物主要为磁铁矿、假象赤铁矿和赤铁矿，脉石矿物主要是石英，含铁矿物粒度呈中细粒－微细粒不均匀嵌布;垂向上，上部为赤铁矿、中部为复合矿、下部为磁铁矿，矿石品位均匀，矿化连续，品位变化系数20.2%。矿床勘查类型属第Ⅰ勘查类型，基本控制网度为400m×400m。
三种矿石类型实验室选矿试验表明，矿石属易选矿石，选矿指标较好。推荐选矿试验流程为:阶段磨矿－弱磁－强磁－反浮选工艺，铁精矿品位可达65%以上，回收率大于70%。矿区水文地质条件、工程地质条件中等—复杂。矿床采选工程可行性预研究表明，在当前经济技术条件下，进行地下规模化开采是经济可行的。
此次大台沟矿区15～4线估算铁矿石量339493万t，矿体平均品位TFe33.07%。其中赤铁矿石62293万t，复合矿石152144万t，磁铁矿石125057万t。其中(332)类资源储量占15%。根据磁异常特征，预测整个矿区铁矿资源量可达100亿t。
二、地球物理特征
(一)区内航磁异常特征
大台沟1∶20万航磁异常具有明显正负异常(图2－2－2)，以大台沟为中心，北侧为负异常，南侧为正异常，异常形态呈北西向椭圆状展布，具明显的异常中心，异常值很高(ΔT最高＞4000nT)。该异常以1000nT等值线圈定，异常形态的主体部分呈椭圆形，异常北西走向，长轴约7000m，短轴约4500m。
1976年冶金部冶金地质会战指挥部第二物探大队，根据大台沟1∶5万磁异常形态、产状和场源埋深特点，采用“三度体选择法”在电子计算机上对磁异常进行了正演计算，并将磁异常划分为三个磁性体;对每个磁性体赋予不同的形态参数和磁参数后，模拟地面磁测异常值。当其模拟值与实测值在一定的允许误差范围内时，该模型体的大小就代表了磁性体的大小。通过正演后，矿区Ⅰ号磁性体位于大台沟磁异常中心部位，即3线～12线之间，异常中心部位磁场强度为3000～6000nT，推断磁性体中心点埋深1755m，宽度1315m，长度1670m，延深3500m。Ⅱ号磁性体位于Ⅰ号磁性体的北端，分布于2线～23线之间，其南端与Ⅰ号磁性体中心部位相重叠，异常强度为2000～6000nT，推断磁性体中心点埋深1430m，宽度1266m，长度2760m，延深350m。Ⅲ号磁性体位于大台沟磁异常的北西端，即19～47线部位，异常中心部位磁场强度为1000～1400nT，推断磁性体中心点埋深1352m，宽度935m，长度2563m，延深300m(图2－2－2)。
图2－2－2 大台沟铁矿区磁异常等值线ΔT(nT)模拟推断磁性体参数图(据杜维本、黄仲湘)
前人通过地面检查对该异常进行计算和分析认为，该异常是由磁性体(“鞍山式”铁矿)引起，上缘埋深800m左右，宽度1600m左右，沿走向长2500m左右。该异常主要分布在古生界地层及震旦系、青白口系地层之上，推断深部可能存在太古宙鞍山式铁矿。
(二)物性测量结果
物性测定依据高精度磁法测量、电法测量中关于岩矿石物性测定的相关规定进行。本次物性测定有磁化率κ、剩磁强度Mr、视电阻率ρS、视极化率ηS四个参数。这一地区的物性资料，从辽宁省冶金地质勘查局地质勘查研究所收集的岩性(见表2－2－2)及对ZK001钻孔岩心样测量(见表2－2－1)，除磁铁石英岩磁性较强、钻孔岩心矿样具有一定磁性外，其余磁性较弱或无磁性，所以具备用磁法寻找铁矿的地球物理前提。
表2－2－1 井中岩(矿)物性参数表
表2－2－2 收集的邻区岩(矿)石物性参数表
磁参数采用高斯第一位置进行测量。经计算得出磁化率κ和剩磁强度Mr的平均值、变化范围。电性参数测量得出视电阻率ρS、视极化率ηS的平均值，及其变化范围。
大台沟勘查区以往物性资料较少，本次工作物性参数来源有两个方面:一是通过勘查区钻孔岩心采取一定数量的矿体和围岩的标本进行参数测定(表2－2－1)，二是收集邻区以往物探工作中所测的物性数据。资料来源主要是辽宁省冶金地质勘查局地质勘查研究所(表2－2－2)。
1.磁性参数特征
分析表2－2－1、表2－2－2物性参数特征可见，无论井中还是邻区磁性参数变化具有一致性，总体上磁铁石英岩的磁性较强外，其他均为弱磁或无磁性。因此，判定勘查区引起磁异常的因素比较单一，由铁矿产生的可能性最大。这一明显的磁性差异为磁法寻找铁矿提供了有效的地球物理依据。
2.电性参数特征
分析电性参数(表2－2－1)认为:条带状磁铁石英岩和赤铁石英岩具有明显的低阻高极化特征，其他岩性之间视极化率相差不大;而电阻率变化较大，平均变化范围1843～13362Ω·m之间，显示出良好的电性差异，为电法(剖面)测量确定断裂构造形态提供了一定的地球物理前提。
三、物探勘查方法技术运用
(一)高精度地面磁测
通过2008年、2009年两个年度的工作，共完成地面高精度磁测剖面57条，总长度40km，测量面积28.5km2，物理点7402个。工作目的是通过地面高磁测量，圈出磁异常范围，为进一步工程勘查提供依据。
1.磁异常特征
由ΔT异常平面等值线图可见(图2－2－2)，异常呈椭圆状，中心部位异常值近6000nT，以1500nT等值线范围算，其长轴为约6000m，短轴4000m，长短轴之比为3∶2;异常走向为北西。异常两侧较对称，梯度变化不大，北部出现负值，并向北西方向逐渐变窄，异常值逐渐降低。
2.地面高精度磁测解释与推断
从物性数据分析，该区除磁铁石英岩和磁赤铁矿具有较强磁性外，其他岩矿石为弱磁或无磁性，故推断磁异常为铁矿所致。从异常的总体形态和往年解释结果认为，引起异常的磁性体是一近厚板状体，以延深较大、产状较陡为主要特征。
为了解磁性体的特征，对132剖面、140剖面、148剖面和156剖面采用切线法做了定量计算。这里只对140线做定量解释图(图2－2－3)。其他剖面的计算结果如下表(表2－2－3)。由上述各剖面计算可以得出:推断矿体顶端平均埋深1103m，平均宽1029m，由异常形态推断矿体长1440m。
图2－2－3 大台沟铁矿140线ΔT切线法计算磁性体埋深剖面图
表2－2－3 磁性体切线法定量计算结果表
(二)地面重力测量解释
本区重力资料来源于1976年冶金部冶金地质会战指挥部第二物探大队。对桥头磁异常区开展800m×100m网度10条重力剖面测量。经地形校正和区域地质背景校正后，重力异常形态与磁异常形态相吻合，均为椭圆形分布，认为属于一个高磁性(κ，Mr均高)高密度的异常体，常称之为重磁同源异常(图2－2－4)。这表明深部存在铁矿体，重磁异常中心部位也是矿体的中心部位。
图2－2－4 大台沟铁矿地面磁异常与重力异常对比图
(三)EH－4电磁剖面测量
EH－4连续电导率剖面仪是美国EMI公司和Geometrics公司联合研制的双源型电磁－地震系统。利用地球这个大的天然电磁发射源，EH－4是一个接收器。高频时接收的是浅地表地质信息，低频时接收深部地质信息。本次共布设3条剖面，分别为0线、3线、7线，测线方向为NE45°。
采用EH－4方法对该区部分地段进行勘测。通过电阻率的空间分布，结合地质资料，对可能的矿体产状、空间展布特征进行研究，为钻探工程设计、施工提供依据。
综合分析本区地质资料，绘制了本区的地质解释成果图(图2－2－5、图2－2－6、图2－2－7)。说明该方法能较好地确定隐伏矿体顶面的边界问题，而提出解决这一问题的技术关键是如何根据物性资料和剖面异常特征确定顶面边界电阻率值。对此通过三个剖面 ( 0 号，3 号，7 号线) 的情况予以分析。
图 2 －2 －5 大台沟铁矿区 0 号勘探线控制矿体边界与 EH －4 推断矿体边界对比图
“0 线”剖面 ( 图 2 －2 －5) : 在深部 ( ＞1000m) ，电阻率在纵向上逐渐变小，在横向上向北东变大，反映有矿体存在的可能。异常较宽大，其顶部向北东缓倾，呈现出一种不规则厚板状体趋势，并向南西陡倾，宽度 800m 左右。推断的边界与矿体的实际钻孔控制的边界有一定的差别。
从纵向看，矿体的顶界面上为硅化白云质大理岩和灰白色石英砂岩层，其岩石电阻率分别为7918Ω·m 和 12229Ω·m，而赤铁矿体电阻率为 3165Ω·m 为相对低电阻率，因此在剖面图上，上部出现高阻区，下部出现低阻区，分界处就应是矿体的顶界面，在此剖面上反映得较清楚。同样，矿体的南西边界为太古宙混合花岗岩，也为相对高电阻率区域，在高、低电阻率过渡区应为矿体的分界线。如按 3500Ω·m 值作为判断矿与非矿的边界可能更好。矿体的北东边界围岩为绿泥石英片岩，电阻率为 13362Ω·m，也为相对高阻区，如果按小于 4500Ω·m 值推断的矿体边界，则与矿体的实际边界相差较大。如何确定边界电阻率值，是推断的矿体边界准确性的关键。另外，从 EH －4 连续电导率剖面曲线分布形态看，如果曲线形态走向呈水平分布，表明地质体在垂向上电阻率有差异，该区地质体呈近水平层状分布; 如呈直立的曲线分布，表明地质体在水平方向上的差异性大于垂向方向，反映出地质体的产状较陡。如 0 线上的 ZK003、ZK002、ZK004 号 3 个钻孔 1300m 以下见矿部位曲线，其特征就很好地反映出深部铁矿体 ( 条带状磁铁石英岩) 这一产状 ( 见图 2 －2 －5) 。
图 2 －2 －6 大台沟铁矿区 3 号勘探线控制矿体边界与 EH －4 推断勘探边界对比图
图 2 －2 －7 大台沟铁矿区 7 号勘探线控制矿体边界与 EH －4 推断勘探边界对比图
3 线剖面 EH － 4 连 续 电 导 率 剖 面 ( 图 2 － 2 － 6 ) ，总体 上 反 映 了 矿 体 的 大 致 边 界，在 深 部( 1000m 左右以下) 反映可能有矿体异常。异常顶部近水平，南西陡倾。厚度在 800 ～ 1000m 。矿体的南西边界如果按 2000 ～3500Ω·m 值确定，其边界更接近实际控制位置。但此线上的南西边界与 0线剖面上的南西边界其异常变化特征很相近，低阻区为矿体边界线分布位置; 而北东边界与 0 线剖面也很相似，电阻率有逐渐增高趋势。如以小于 4500Ω·m 圈定矿体边界，能更切合实际。
7 线 EH － 4 剖面 ( 图 2 － 2 － 7) ，其浅部横向变化较大，明显反映有断层存在; 在深部有低阻异常区存在，反映有疑似矿体异常，异常顶部近水平，略向南西方向缓倾，推断矿体总体厚度比 0 线、3 线减小，600m 左 右。推断的矿 体 南西、北 东 边 界 与 实 际 控 制 相 差 较 远。但 南西 边 界 的 低阻 区( 2000 ～ 4000Ω·m) 曲线特征却能很好地反映出矿体边界，尤其是向东电阻率曲线陡倾斜，而矿体南西边界有缓倾斜的特征。推断矿体边界位置与实际控制 ( 如 ZK709、ZK705) 矿体的空间位置有一定差距，其主要原因是受矿体磁场强度较大干扰所致。
通过上述分析认为，EH－4方法在大台沟矿区能较好地反映出深部大的隐伏铁矿的顶面边界，以4500Ω·m的等值线作为低阻与高阻的分界线，并以此数值圈定矿体异常总体范围，而进一步推断出矿体的边界。这一方法具有快速方便，对于指导深部钻探工程验证具有重要意义。
(四)综合物探测井
选择相应探管与JGS－1B型智能工程测井系统主机配合，采用下放电缆连续测量方式(点距为0.5m)。为检验数据的准确性，每个探管下降和上升分别测量一次。本次工作竣工10个钻孔。现将三种方法测量结果解释如下。
1.三分量磁测井
在覆盖层ΔZ数值有增大趋势，ΔH和ΔT矢量方向和大小无变化。在覆盖层与矿体的分界面处ΔZ出现明显异常，反映出明显的磁性分界面(深度在1153m处)，ΔH和ΔT矢量的方向和模长发生变化。从曲线特征可以看出(图2－2－8):磁铁石英岩区间，ΔZ异常值为负值且产生跳跃变化，虽然形成锯齿状异常，但其幅度不大，ΔH和ΔT的方向、大小杂乱无章，显示内部磁场变化特征。在赤铁石英岩区域(深度在1746m处)ΔZ曲线变化平稳，异常值300～600nT，ΔH和ΔT无变化。
2.磁化率
从测井曲线(图2－2－8)上可以看出:在套管区域磁化率稳定形成干扰异常，在无矿区域为磁化率变化范围在400～1000SI(κ)单位;在磁铁石英岩上，变化区间20000～38500SI(κ)，在赤铁石英岩区域磁化率1200～1500SI(κ)。矿体与围岩磁性差异明显，以此可划分出矿石类型。
3.自然伽马
自然伽马测井主要测量钻孔中地层的天然放射性强度。地层是由不同类型岩石组成的，岩石是由不同矿物组成，而每种矿物对放射性的吸附能力也不同，往往泥质矿含量高的岩石，其吸附放射性物质能力就越强，岩石的放射性就越强。因此，可以依据自然测井曲线特征，对地层的岩性进行分层与对比。
图2－2－8 大台沟铁矿ZK002综合测井成果图
大台沟矿区由地表向下，依次为震旦系、新元古代青白口系、古元古代辽河群和新太古代鞍山群地层。从岩性特征上看，有砂岩、页岩、泥灰岩、大理岩、片岩和铁矿组成。其井中自然伽马值最高的为黑色页岩，其次是泥灰岩、片岩、砂岩、大理岩，最低的为铁矿(见图2－2－8)，尤其是1750m以下的条带状磁、赤铁石英岩含量接近零值。
从自然伽马测井曲线(图2－2－8)特征看出，铁矿自然伽马值平均变化范围在0～6API，围岩变化较大且不稳定，变化范围40～120API，明显高于矿体。由此说明，大台沟铁矿放射性极低或不含放射性，对找铁矿作用不大。
(五)主要成果
通过大台沟铁矿勘查物探工作，经过综合研究和分析，做出了比较符合实际的地质解释;在空间上论述了铁矿体有关重磁电异常的分布特征和范围，为该区铁矿勘查提供有效的地球物理依据，并取得了一定的地质成果和认识。主要有以下几个方面。
1.地磁测量
通过高精度磁法测量，详细地圈定了测区内磁异常的位置和范围。根据异常特征，定性推断为铁矿体引起，并进行了定量计算。推测矿体顶部平均埋深1103m，水平宽1029m，矿体走向长约6000m(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号)。
2.EH－4电磁剖面测量
本区矿床横向规模和纵向延深显示具有良好的找矿前景，具备大型—特大型矿床的潜力。但矿床埋深较大，矿体在地下约1100m以下。
EH－4方法在大台沟矿区能较好地反映出深部大的隐伏铁矿的顶面边界，大致推断矿体的边界，且快速方便，对于深部钻探工程布设具有重要的指导意义。从本次EH－4电磁法测量成果看，该方法也有其局限性:一是受当地气候条件变化的干扰，测量结果的重现性较差;二是在强磁矿体的上方，受地磁影响反演出低阻异常区相对于矿体的真实位置产生了“漂移”，给矿体真实位置的确定带来了困难。
为改变上述两种情况，建议在工作区内设置一个已知的基准点。在每天工作开始前，先到基准点上测量一次，并记录数据，作为对照参考值，便于施工后可以对数据进行归一化处理，剔除干扰，正确推断地质体。因此，在强磁性地区工作时，要结合地磁测量成果，综合分析推断。
四、验证结果
一种物探方法解释具有多解性，为了能准确地为钻孔布设提供靶位，综合物探方法能很好地确定异常的中心，同时又能确定异常的边界及异常的深度延伸，更为重要的是能够较准确地分析异常的形态结构。
本区的主要的工作方法是地面高精度磁测、大地电磁测深测量(EH－4)。大台沟工作区的磁异常在20世纪90年代通过航磁已经发现，由于矿体埋藏较深，2008年前先后布设3个钻孔没有发现矿体。2008年通过地面磁法检查后，推测磁异常是磁性岩石所引起。磁法只能推测矿体的顶端埋深和底端，不能推测不同深度的地质体的物性信息;EH－4能很好反映地质体不同深度的信息。如用电阻率变化的边界值划分异常体边界范围。这样两种物探方法可以很好地确定隐伏的地质体的形态，可以在减少钻孔资金的情况下又能增加发现找矿的准确性。
通过地面磁法测量、大地电磁测深测量，结合矿区的地质背景布设21个钻孔，除309、709和水文孔没有见到矿体外，其余的18个钻孔均见到矿体。综上所述，综合物探寻找隐伏矿体具有很好的指导作用。
(本节供稿人:张红涛马力佟成野王长峰)