高頻大地電磁法在云南某銅礦區(qū)坑道中的試驗

張 登，李文堯，孫 暄，陶 偉

(1. 昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093； 2. 昆明鑫地地質(zhì)勘探有限公司，云南 昆明 650000)

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高頻大地電磁法在云南某銅礦區(qū)坑道中的試驗

張 登1，李文堯1，孫 暄2，陶 偉1

(1. 昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093； 2. 昆明鑫地地質(zhì)勘探有限公司，云南 昆明 650000)

高頻大地電磁法是尋找低阻銅礦的有效方法，已廣泛應用于地表勘查工作，并取得了明顯的效果。但是坑道EH4銅礦找礦工作尚未見到報道。為了解坑道EH4方法的有效性，選擇了一個停產(chǎn)無電磁干擾狀態(tài)的云南某銅礦區(qū)進行了坑道EH4試驗研究，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，異常圈定，推斷解釋，結(jié)果在已知銅礦體獲得了明顯的低視電阻率異常，試驗證明坑道EH4方法有效，值得推廣應用。

高頻大地電磁法；銅礦；坑道

高頻大地電磁法(EH4)最早是在1996年由美國以研制大地電磁儀器而著名的EMI公司和以制造高分辨率地震儀器而著稱的Geometrics公司聯(lián)合研制而成，并不斷的得到完善與發(fā)展。它采用特殊的人工電磁波發(fā)射器和新型低噪磁性組件，是CSAMT與MT的結(jié)合體，實現(xiàn)了天然電磁場與人工電磁場信號的數(shù)據(jù)采集與處理。因此他具有CSAMT的穩(wěn)定性和MT的輕便靈活性，而且探測深度大，速度快、分辨率高、受地形影響相對較小[1-4]等特點，能夠探測并查明在1 000 m深度范圍內(nèi)的地質(zhì)體。目前在地面應用相對來說已經(jīng)比較成熟，并在我國礦產(chǎn)勘查、工程勘查、水資源、巖溶[5-8]等方面取得了一些顯著的效果。然而目前尚未見EH4在坑道找礦方面的應用報導，因此有必要進行坑道找礦試驗研究。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)地處中咱微陸塊西側(cè)邊緣，夾持于金沙江結(jié)合帶和鄉(xiāng)城—中甸島弧帶[5-6]之間。

礦區(qū)內(nèi)出露的地層為古生界泥盆系中、下統(tǒng)，地層走向近南北向，傾向東，傾角40(°)～55(°)(見圖1)。泥盆系中統(tǒng)(D2)分布于礦區(qū)中東部，按巖性組成分為上段(D22)與下段 (D21)。上段(D22)位于礦區(qū)東部，主要巖性為灰白色、薄至中層狀變質(zhì)細粒石英砂巖；灰白色局部為肉紅色厚層—塊狀粉晶白云巖，局部含燧石英團塊、條帶；灰白、淺肉紅色粉晶白云巖等，該段厚度大于250 m；下段(D21)位于礦區(qū)中部。其下部為灰至深灰色薄—中層狀砂泥質(zhì)白云巖，粉晶白云巖，局部見含鐵泥質(zhì)結(jié)核，燧石團塊及條帶。中上部為灰、深灰色薄—中厚層狀粉晶白云巖、砂泥質(zhì)白云巖、炭泥質(zhì)白云巖，頂部為夾薄層狀泥砂質(zhì)白云質(zhì)巖，該段厚30～70 m，是主要的含礦層位。泥盆系下統(tǒng)(D1)分布于礦區(qū)西側(cè)，按巖性組成分為上段(D12)與下段(D11)。礦區(qū)內(nèi)出露的泥盆系下統(tǒng)上段(D12)，位于礦區(qū)西部，為灰褐色、灰綠色變質(zhì)石英砂巖夾石英微晶片巖、綠泥石英微晶片巖、綠泥絹云板巖、夾千枚巖；下段(D11)為淺灰、淺綠灰色絹云(石英)微晶片巖夾變質(zhì)石英砂巖，與灰白色中至厚層狀(大理巖化)粉晶白云巖呈巨厚線層產(chǎn)出。

1 下泥盆統(tǒng)中段；2 中泥盆統(tǒng)下段；3 中泥盆統(tǒng)中段；4 銅礦體；

礦區(qū)為一傾向東的單斜構造，褶皺構造不發(fā)育。

區(qū)域內(nèi)巖漿活動不強，僅少部分地區(qū)有小煌斑巖脈分布，在南一號坑道內(nèi)可見揭露的煌斑巖巖脈，巖脈厚度約為1 m。

銅礦體位于中泥盆統(tǒng)下段(D21)灰黑色白云巖中，受層位及巖性控制。銅礦體呈層狀或似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀基本一致。目前已發(fā)現(xiàn)銅礦體6個，KT1礦體為區(qū)內(nèi)主要礦體(見圖1)，呈似層狀，賦存于中泥盆統(tǒng)下段(D21)上部，含礦巖石為灰—深灰厚層塊狀白云巖、碎裂白云巖、鮞粒狀白云巖。頂板為薄層狀含砂泥質(zhì)條帶白云巖、粉晶白云巖；底板為粉晶白云巖。銅礦體呈近南北向展布，傾向東，傾角40(°)～50(°)，礦體南北長約3 km，東西長約幾百米，礦體厚度約1～10 m，銅的品位在1%左右。

礦區(qū)內(nèi)主要的礦石礦物為黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦；礦石構造多為團塊狀、脈狀、網(wǎng)脈狀，少部分為浸染狀；脈石礦物主要為白云巖、方解石以及石英等。礦區(qū)圍巖蝕變較普遍，主要為黃鐵礦化、硅化、碳酸鹽化、褐鐵礦化、重晶石化等，這些蝕變均與銅礦化關系密切。礦區(qū)礦床成因?qū)儆诔练e—改造型銅礦床[7]。

2 地球物理特征

本次標本測量總計165件，其中：變質(zhì)石英砂巖12件，白云巖13件，紫紅色石英砂巖6件，銅礦石37件，灰黑色白云巖38件，黃鐵礦化灰黑色變質(zhì)石英砂巖8件，黃鐵礦化變質(zhì)石英砂巖1件，黃鐵礦化灰黑色白云巖3件，變質(zhì)石英砂巖夾黃鐵礦化黑色炭質(zhì)層16件，黃鐵礦化片巖1件，片巖25件，煌斑巖5件，這其中又包含有99件巖芯標本。各類巖礦石標本電參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表1。

由表1可以看出：該礦區(qū)變質(zhì)石英砂巖的平均電阻率是最大的，達到13 231 Ω·m；其次為白云巖，其電阻率為6 265 Ω·m；黃鐵礦化灰黑色白云巖、黃鐵礦化變質(zhì)石英砂巖及含礦層灰黑色白云巖的電阻率在3 000～5 000 Ω·m間，依次為4 886，4 014，3 283 Ω·m；變質(zhì)石英砂巖夾黃鐵礦化黑色炭質(zhì)層、片巖、黃鐵礦化黑色變質(zhì)石英砂巖3種標本的電阻率介于900～1 800 Ω·m間，分別為1 744，1 531，922 Ω·m；煌斑巖及紫紅色石英砂巖的電阻率平均為670 Ω·m及481 Ω·m；而黃鐵礦化片巖的電阻率只有386 Ω·m；銅礦石的電阻率更低至8 Ω·m。

表1 礦區(qū)巖礦石標本電阻率特征

銅礦石主要呈團塊狀、脈狀、網(wǎng)脈狀，少部分為浸染狀，由表1可見銅礦石電阻率比圍巖低50倍以上，電阻率差異顯著，具備開展高頻大地電磁法工作的電性前提條件。

3 坑道EH4試驗

測區(qū)位于云南某銅礦區(qū)，根據(jù)地質(zhì)及場地條件確定測線，坑道高頻大地電磁測量主要布設于南一號硐的穿脈坑道中，受坑道寬度的限制，本次布設測線僅沿坑道走向開展，測線長為500 m，點距20 m。試驗目的是了解EH4方法在坑道試驗的有效性。

3.1試驗方法技術

EH4方法采用的是Stratagem系統(tǒng)，這套系統(tǒng)是由一個接受機和一個發(fā)射機構成。通過這套儀器進行野外數(shù)據(jù)采集，選擇高頻段測量，頻率范圍為10～100 kHz，電極距20 m，疊加次數(shù)16次。由于EH4方法原理與AMT方法一樣，都是通過在地面觀測相互正交的電磁場分量Ex、Hy、Hx、Ey，然后通過卡尼亞電阻率計算公式，計算得到不同頻率的視電阻率，其計算公式為:

(1)

(2)

其中ρxy為電場平行極化模式(TE模式)視電阻率，ρyx為磁場平行極化模式(TM模式)視電阻率。在麥克斯韋電磁理論中，電磁波(E、H)在大地中傳播時，其振幅衰減到初始值1/e(約37%)時的深度，定義為穿透深度或趨膚深度δ[12]：

(3)

由式(3)可知，穿透深度δ將隨電阻率ρ和頻率f變化。一般而言，頻率高的數(shù)據(jù)會反映淺部的電性特征，頻率低的數(shù)據(jù)會反映較深的電性特征。由(1)、(2)、(3)式可知，觀測不同頻率的電磁信號，可以獲得不同深度的視電阻率信息，結(jié)合已知的地質(zhì)資料，便可對目的層地質(zhì)特征進行解譯。

3.2數(shù)據(jù)處理

將野外采集到的EH4數(shù)據(jù)傳入計算機后，首先利用軟件對原始數(shù)據(jù)進行編輯，剔除那些明顯的干擾點，對存在靜態(tài)影響的數(shù)據(jù)進行空間濾波，得出頻率—視電阻率等值線圖；再通過隨機軟件(Imagem)對X方向做Bostic反演，圓滑系數(shù)采用0、0.1、0.3、0.5、0.7、1，用suffer軟件成圖。最后結(jié)合地質(zhì)情況，選擇一種圓滑系數(shù)反演結(jié)果進行解釋推斷。

3.3推斷解釋

根據(jù)電阻率統(tǒng)計結(jié)果，銅礦石電阻率平均為8 Ω·m，方差為19 Ω·m，平均值加三倍方差為65 Ω·m。結(jié)合地表探槽、坑道、鉆探控制的已知銅礦體的特征，以100 Ω·m為異常上限。異常等值線按100，50，30 Ω·m進行圈定，獲得3個EH4低視電阻率異常，編號為E1、E2、E3，見圖2。

圖2 坑道EH4異常剖面

E1異常，位于122號與140號點，高程位于2 100～2 230 m之間，條帶狀分布，異常未封閉，異常強度6～100 Ω·m。推斷異常為已知銅礦體引起，依據(jù)為：

1) 電參數(shù)測量結(jié)果，銅礦石電阻率為8 Ω·m；

2) 銅礦石主要呈團塊狀、脈狀、網(wǎng)脈狀，少部分為浸染狀，從礦石構造方面分析可知，銅礦石為低電阻體；

3) 由圖3可見，已知銅礦體由地表探槽、南一號硐及鉆孔ZK501控制，異常對應已知銅礦體；

圖3 坑道EH4剖面成果

4) 開展EH4工作過程中，礦區(qū)處于停產(chǎn)狀態(tài)，無任何干擾。南一號硐見礦，而鉆孔ZK501未見礦，南一號硐與鉆孔ZK501之間的銅礦體向下延伸有多深、產(chǎn)狀如何在開展EH4工作前是不清楚的，通過坑道EH4工作，解決了銅礦體的下延及產(chǎn)狀問題，取得了較好的效果。

E2異常，位于136號點與142號點，高程位于2 180～2 230 m之間，條帶狀分布，異常未封閉，異常強度10～100 Ω·m。異常部位對應于鉛礦化體，推斷為鉛礦化體引起。

E3異常，位于146號與172號點，高程位于2 150～2 230 m之間，半圓狀分布，異常未封閉，異常強度12～100 Ω·m。異常部位對應于破碎巖石含水地段，推斷為巖石破碎含水引起。

4 結(jié) 語

通過野外實地勘查，并結(jié)合本次巖樣的視電阻率測定成果，采用EH4方法在南一號硐進行試驗，最終解決了銅礦體的下延及產(chǎn)狀問題，取得了良好的效果。因此，采用EH4尋找坑道周圍的低阻盲礦體的方法是有效的，建議推廣應用坑道EH4方法。

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TheExperimentofEH4inaTunnelofCopperMineinYunnan

ZHANG Deng1, LI Wenyao1, SUN Xuan2, TAO Wei1

(1.DepartmentofEarthSciencesofKunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China; 2.KunmingXindigeologicalexplorationCo.,Ltd.,Kunming,Yunnan650000,China)

High frequency electromagnetic method (EH4) is an effective method to find low resistivity copper mine, which has been widely used in surface exploration work. It has achieved remarkable results. But the tunnel EH4 copper ore prospecting work has not been reported. To understand the effectiveness of tunnel EH4 method, we choose a cut-off electromagnetic interference state of a copper mine in Yunnan area to watch EH4 tunnel. The data processing, including anomaly delineation, inference and interpretation of results, the low resistivity anomalies is known in copper orebody. EH4 tunnel test in the method is effective and worthy of popularization and application.

High frequency magnetotelluric method; Copper mine; Tunnel

2016-08-11

中國地質(zhì)調(diào)查項目(12120115036001)

張登(1986-)，男，湖北荊州人，在讀碩士研究生，研究方向：物探數(shù)據(jù)處理與解釋，手機：18487132260，E-mail：329900954@qq.com；通訊作者：李文堯(1961-)，男，廣東韶關人，教授，研究方向：物探生產(chǎn)、科研及教學，E-mail:2943782339@qq.com.

P631.3+25

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.044