大乌苏南沟(M24)研究区位于燕山台褶带北缘,受复杂构造控制,矿体群呈多层叠加分布,导致地表磁异常呈现多源叠加特征,严重制约深部矿体识别与定位。本研究针对叠加磁异常分离难题,以地面高精度磁测数据为基础,结合井中三分量磁测技术,通过化极、向上延拓(100 m、200 m、500 m及1000 m)及反演分析,实现了垂向叠加异常的逐层分离,揭示了不同空间矿体分布特征。研究通过化极处理消除斜磁化影响,采用向上延拓方法压制浅部干扰,分离出浅部铁磷矿体群((2)号)、中深部钒钛磁铁矿体((1)号Fe1)及深部辉石角闪岩型超贫铁矿体((3)号)。结果显示:(1)号Fe1矿体走向长度达1200 m,倾向延伸1800 m,平均厚度180 m,顶部埋深770 m,钻孔验证误差小于6%;(2)号矿体顶部埋深约200 m,叠加异常强度3000~6000 nT;(3)号矿体埋深593 m以下,水平模差矢量特征指示其侧向延伸潜力。井中三分量磁测数据进一步验证了矿体产状与空间展布规律,水平模差分析表明主矿体向东、向西延伸趋势显著。本研究将地面磁测异常分离与井中磁测三维解析结合,解决了复杂构造区多层叠加磁异常识别难题,定位精度提升约30%,勘探深度突破1500 m。成果为燕山地区深部隐伏铁矿勘查提供了可推广的方法体系,对同类矿区资源评价与开发具有重要实践意义。