EH-4大地電磁測(cè)深法在某銅礦普查中的應(yīng)用

安 巖 鄒 建 謝志勇

（1.核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610000；2.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610000）

0 前言

銅是國(guó)家建設(shè)不可或缺的戰(zhàn)略資源，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加快，對(duì)銅的需求也日益增大。目前銅礦資源的已知儲(chǔ)量越來越少，這就需要我們對(duì)銅礦資源的進(jìn)一步勘探。

地球物理勘探史地球物理學(xué)應(yīng)用于探測(cè)地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦產(chǎn)方面的一個(gè)分支，是綜合性地質(zhì)調(diào)查的重要組成部分，其通過對(duì)地球物理場(chǎng)和巖（礦）石物理性質(zhì)的研究來解決地址問題。大地電磁測(cè)深是天然交變電磁場(chǎng)為場(chǎng)源，研究地下電性結(jié)構(gòu)的地球物理勘探方法。在眾多地球物理勘探方法中，由于它成本低廉，操作輕便，尤其是不受高阻層屏蔽，勘探深度較大，而得到了廣泛的應(yīng)用。

1 EH-4大地電磁測(cè)深的基本原理

20世紀(jì)90年代由美國(guó)EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合推出的新一代電磁儀——EH4型StrataGem電磁系統(tǒng)，能觀測(cè)到離地表幾米至1000米內(nèi)的地質(zhì)斷面的電性變化信息，基于對(duì)斷面電性信息的分析研究，可以應(yīng)用于地下水研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)與地?zé)峥辈?，以及工程地質(zhì)調(diào)查等。該儀器設(shè)計(jì)精巧、堅(jiān)實(shí)，特別適合地面二位連續(xù)張量式電導(dǎo)率測(cè)量，在技術(shù)上率先突破傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量壁壘，走向電磁測(cè)量擬地震化、聯(lián)合二位連續(xù)觀測(cè)和資料解釋?？梢杂糜趩吸c(diǎn)和連續(xù)剖面測(cè)量，完成各測(cè)點(diǎn)測(cè)量后，可獲得電場(chǎng)功率譜、視電阻率、相位、相關(guān)度、一維反演等資料。其方法原理與傳統(tǒng)的MT法一樣，它是利用宇宙中的太陽(yáng)風(fēng)、雷電等入射到地球上的天然電磁場(chǎng)信號(hào)作為激發(fā)場(chǎng)源，又稱一次場(chǎng)，該一次場(chǎng)是平面電磁波，垂直入射到大地介質(zhì)中，由電磁場(chǎng)理論可知，大地介質(zhì)中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，此感應(yīng)電磁場(chǎng)與一次場(chǎng)是同頻率的，引入波阻抗Z。在均勻大地和水平層狀大地情況下，波阻抗是電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H的水平分量的比值。

式中，f是頻率，單位是 Hz；ρ是電阻率（ρxy、ρyx分別為 x 方向和 y方向的視電阻率）；E 是電場(chǎng)強(qiáng)度（mV/km）；H 是磁場(chǎng)強(qiáng)度（nT）；φH是電場(chǎng)相位；φE是磁場(chǎng)相位，單位是mrad。必須提出的是，此時(shí)的E與H，應(yīng)理解為一次場(chǎng)和感應(yīng)場(chǎng)的空間張量疊加后的綜合場(chǎng)，簡(jiǎn)稱總場(chǎng)。在電磁理論中，把電磁場(chǎng)（E、H）在大地中傳播時(shí)，其振幅衰減到初始值1/e時(shí)的深度，定義為穿透深度或趨膚深度（δ）。

由（4）式可知，趨膚深度（δ）將隨電阻率（ρ）和頻率（f）變化，測(cè)量是在和地下研究深度相對(duì)應(yīng)的頻帶上進(jìn)行的。一般來說，頻率較高的數(shù)據(jù)反映淺部的電性特征，頻率較低的數(shù)據(jù)反映較深的地層特征。因此，在一個(gè)寬頻帶上觀測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)信息，并由此計(jì)算出視電阻率和相位?？纱_定出大地的地電特征和地下構(gòu)造，這就是EH-4觀測(cè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的方法原理。

一般情況下，大地是非均勻的，波阻抗是空間坐標(biāo)的函數(shù)，此時(shí)必須用張量阻抗來描述。此外，大地電性分布的不均勻性，會(huì)引起電場(chǎng)的梯度變化，由此又產(chǎn)生磁場(chǎng)的垂直分量。進(jìn)一步的討論將會(huì)涉及較深的電磁場(chǎng)理論和張量分析等內(nèi)容，其知識(shí)已超出本課題的研究?jī)?nèi)容。在解決一般性的工程地質(zhì)調(diào)查中，作標(biāo)量或張量觀測(cè)即可。

StrataGem電磁系統(tǒng)野外工作有兩種工作方式：一種是單點(diǎn)測(cè)深，另一種是連續(xù)剖面測(cè)深，選用何種方式由研究任務(wù)確定。該系統(tǒng)通常采用天然場(chǎng)源，只有在天然場(chǎng)信號(hào)很弱或者根本沒有信號(hào)的頻點(diǎn)上，才使用人工場(chǎng)源，用以改進(jìn)數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)信噪比。StrataGem電磁系統(tǒng)可以在0.1Hz至100kHz的寬頻范圍內(nèi)采集數(shù)據(jù)，為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量與工作實(shí)效，上述頻帶又分成三個(gè)頻組：

一頻組：10Hz－1kHz

二頻組：500Hz－3kHz

三頻組：750Hz－92kHz

具體觀測(cè)中使用哪幾個(gè)頻率組，可視情況靈活掌握。在野外能實(shí)時(shí)獲得的 Hy、Ex、Hx、Ey 振幅，φHy、φEx、φHx、φEy 相位， 一維反演和二維電阻率成象結(jié)果。在室內(nèi)數(shù)據(jù)處理后，可獲得二維正、反演結(jié)果等。

2 資料處理與解釋

2.1 資料處理

采用IMAGEM和“HMT(EH4)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”系列軟件對(duì)資料進(jìn)行預(yù)處理。在處理過程中，首先對(duì)野外數(shù)據(jù)進(jìn)行剔非值、去噪等處理，然后進(jìn)行一維及二維反演成像。

2.2 資料分析

2.2.1 電測(cè)深曲線

通過對(duì)整個(gè)工區(qū)單點(diǎn)曲線分析，可將曲線大致分為三類。

第一類為AH型：曲線高頻段ρs值較低，呈鋸齒狀跳躍上升，為淺部風(fēng)化地層的電性反映；中頻段多呈平直或下凹狀，為極破碎、極軟弱或富水巖體、富低阻巖體的電性反映；低頻段平緩上升，為較破碎、軟弱巖體或較完整基巖的電性反映。

第二類為KH型：曲線高頻段的K型曲線上升及下降均較緩，說明巖體較完整，中頻段的H型曲線下凹幅度較大，為極破碎、極軟弱或富水巖體的電性反映，低頻段呈平緩上升，為破碎、軟弱巖體或較完整基巖的電性反映。

第三類為AA型：高頻段ρs值較低，低頻段ρs值較高，整支曲線表現(xiàn)為逐步上升，說明表層巖體風(fēng)化破碎，中深部較為完整。

2.2.2 電阻率斷面圖

根據(jù)地質(zhì)資料，整個(gè)工區(qū)巖性較單一，多為粉砂巖、泥質(zhì)板巖、大理巖、矽卡巖等，整體來看，表層電阻率較低，對(duì)應(yīng)巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎；中深部電阻率一般以中高阻為背景，其間間雜有低阻體，推測(cè)該類中低阻異常區(qū)位為巖性接觸帶，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎、可能局部含水或是存在產(chǎn)狀比較陡立的礦化脈。這些低阻體形態(tài)較復(fù)雜，部分為低阻下凹，也有形成低阻閉合圈，由于工區(qū)內(nèi)局部可能含有銅鉬礦化，也不排除為銅鉬礦脈反映的可能。

2.2.3 解釋原則

根據(jù)電阻率等值線斷面圖中背景值的大小、低阻異常的形態(tài)、等值線的梯度變化、低阻異常值及其與背景值的差異等，并結(jié)合地層巖性資料，對(duì)巖體風(fēng)化界面﹑地下水水位面及巖體的破碎、軟弱、含水情況進(jìn)行判釋。解釋原則如下：

（1）根據(jù)電阻率值的大小、電阻率等值線變化梯度等物性特征，結(jié)合電阻率等值線形態(tài)和圍巖等級(jí)劃分方式，將低～中阻異常區(qū)（視電阻率250到750）劃為M1異常區(qū)，但并不是所有視電阻率在250到750范圍內(nèi)的地段都被判定為異常區(qū)，這個(gè)依據(jù)地表一定深度內(nèi)存在風(fēng)化含水層并結(jié)合一定的經(jīng)驗(yàn)來推斷。

（2）根據(jù)表層電阻率凌亂﹑高低阻混雜的特征，并沿部分高阻基底面，劃分出地表風(fēng)化巖層及基巖分界面。

3 EH-4大地電磁測(cè)深應(yīng)用實(shí)例

3.1 工區(qū)概況

該調(diào)查區(qū)位于岡底斯-念青唐古拉板片之次級(jí)構(gòu)造單元：念青唐古拉中生代島鏈和雅魯藏布江弧-陸碰撞結(jié)合帶間的岡底斯陸緣火山-巖漿弧內(nèi)。屬岡底斯陸緣火山-巖漿弧銅金多金屬成礦帶之沖江-甲瑪 Cu、Mo、Au、Ag、Pb、Zn 與克魯-弄如日 Cu、Au 成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

調(diào)查區(qū)位于磁異常的高值區(qū)、強(qiáng)烈變化區(qū)，位于北西向與北東向兩條異常帶的交匯部位，調(diào)查區(qū)南側(cè)出現(xiàn)一高值點(diǎn)。

圖1 某地區(qū)1號(hào)測(cè)線視電阻率等值線斷面圖

圖2 某地區(qū)2號(hào)測(cè)線視電阻率等值線斷面圖

圖3 某地區(qū)推斷成果圖

本測(cè)區(qū)視電阻率值普遍偏高，ρs在1050—9638Ω·M之間。西邊中部有一團(tuán)塊狀的特高阻體，ρs在4000—9638Ω·M之間。東邊有一南北走向的高阻體，ρs在4000—6853Ω·M之間，東部沒有封閉。兩高阻體邊緣與低阻接觸帶為兩巖性接觸界線。

3.2 成果與分析

（1）某地區(qū)視電阻率等值線斷面圖解釋成果（見圖1、圖2）

上述兩圖中M1代表推斷異常帶編號(hào)，大紅色線代表推斷異常帶范圍，藍(lán)色線代表推斷地表強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化層，紫紅色線代表推斷基巖地層。從以上2條音頻大地電磁測(cè)深視電阻率等值線斷面圖可見，1號(hào)測(cè)線，在30號(hào)測(cè)點(diǎn)至50號(hào)測(cè)點(diǎn)之間，地表以下存在一個(gè)明顯的近似垂直的異常區(qū)M1，異常帶向下延伸至基巖巖層，延深大概為160米，異常區(qū)范圍內(nèi)最低視電阻率值與圍巖視電阻率值相差一倍以上，表現(xiàn)出較好的電性差異。2號(hào)測(cè)線，在30號(hào)測(cè)點(diǎn)至55號(hào)測(cè)點(diǎn)之間，地表以下同樣存在一個(gè)明顯的近似垂直的異常區(qū)M1，異常帶向下延伸不大，延深不足100米，但是從M1異常區(qū)的形態(tài)分析，在KK02測(cè)線下方表現(xiàn)出繼續(xù)向下延伸的趨勢(shì)。

（2）某地區(qū)總體推斷解釋成果（見圖3）從圖3可以看出，本次大地電磁測(cè)深推斷異常M1，與之前的磁法異常部分（綠色等值線）交叉，從已有的鉆孔資料分析，測(cè)區(qū)內(nèi)褐鐵礦和磁黃鐵礦與銅鉬礦化一定程度伴生。

結(jié)合地質(zhì)資料來看，M1大部分分布于兩種巖性的分界帶上，并且整個(gè)M1異常帶位于兩條斷裂帶之間，屬于成礦較有利地段。推斷M1異常是由巖性接觸帶或黃鐵礦（化）、銅鉬礦（化）引起，需要進(jìn)一步用鉆探手段驗(yàn)證。

4 結(jié)論

（1）EH-4所測(cè)得的斷面等值線圖能夠清晰的反映底層分界面。

（2）EH-4的勘測(cè)深度大，能夠滿足銅礦的勘測(cè)需求，且工作效率高、解釋軟件較為成熟。

（3）由于受到地球物理學(xué)方法所固有的多解性困擾，在應(yīng)用大地電磁法進(jìn)行銅礦勘察時(shí)需要同地質(zhì)緊密結(jié)合起來才能達(dá)到較好的勘探效果。

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