東昆侖夏日哈木鎳礦區(qū)AMT法深部勘探技術(shù)試驗

白運，冀顯坤，耿濤，郭偉立

(中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

東昆侖夏日哈木鎳礦區(qū)AMT法深部勘探技術(shù)試驗

白運，冀顯坤，耿濤，郭偉立

(中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

為了研究夏日哈木鎳礦區(qū)深部構(gòu)造特征與電性特征，選擇音頻大地電磁測深(AMT)法在夏日哈木礦區(qū)開展深部勘探技術(shù)試驗。首先，根據(jù)已知地質(zhì)資料對勘探模型進(jìn)行了二維正演模擬，然后對正演數(shù)據(jù)進(jìn)行一維和二維反演，說明所選方法的有效性。最后將AMT法勘探試驗結(jié)果地質(zhì)成果資料對比，兩者基本吻合，說明AMT法深部勘探技術(shù)試驗取得了良好的應(yīng)用效果。

AMT；鎳礦；電性結(jié)構(gòu)；正演模擬；夏日哈木；青海

0 引言

隨著采礦業(yè)的發(fā)展以及對資源需求劇增，淺表礦越來越少，找礦難度越來越大，向深部找礦是必然趨勢。傳統(tǒng)的勘探手段，如IP及TEM在第二空間深度(500～2000m)區(qū)域內(nèi)的穿透能力和精確度迅速下降[1]，新型的AMT儀器已具備了對中淺層反映敏感的工作頻率(100～1000Hz)。以該研究使用加拿大鳳凰公司的V5(MTU-5A)系列大地電磁儀為例，在地下介質(zhì)電阻率為10Ω·m時，其最低有效勘探深度<10m，將能夠在新形勢下的固體金屬礦產(chǎn)勘探中發(fā)揮作用。

夏日哈木銅鎳礦是青海東昆侖地區(qū)發(fā)現(xiàn)的首例具有一定規(guī)模的巖漿熔離型銅鎳硫化物礦床，該礦發(fā)現(xiàn)昭示區(qū)內(nèi)該類型礦床具有巨大的成礦潛力，對區(qū)域上乃至整個東昆侖地區(qū)尋找該類型礦床具有重大的指導(dǎo)意義[2]。但是，由于夏日哈木地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受地形條件限制，深部地球物理工作較少，所以，在該地區(qū)進(jìn)行AMT深部地球物理方法技術(shù)試驗是非常必要的，同時也為深部找礦提供地球物理方法技術(shù)支撐。首先，通過已知地質(zhì)、地球物理資料，建立合理的地球物理勘探模型，進(jìn)行理論正演模擬計算，驗證所采用方法的有效性；然后，在夏日哈木礦區(qū)沿著7號勘探線部署1條960m的AMT剖面，橫跨鎳礦的主體富礦部位，探測該區(qū)深部構(gòu)造分布特征和含礦構(gòu)造的電性結(jié)構(gòu)特征；最后，將AMT探測結(jié)果與地質(zhì)資料對比分析，表明該次AMT勘探技術(shù)試驗取得良好的應(yīng)用效果。

1 夏日哈木礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 研究區(qū)地質(zhì)特征

夏日哈木礦區(qū)位于東昆侖西段北坡，柴達(dá)木盆地南緣，大地構(gòu)造單元屬于秦祁昆造山系的東昆侖弧盆系(圖1)[3]，區(qū)內(nèi)建造組成豐富，弧盆體系構(gòu)造格局較清晰，具有較為復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造特征。巖漿活動尤其強(qiáng)烈，是該區(qū)最顯著的一個特征，形成于華力西-印支造山旋回的不同階段，主要由晚泥盆世、早石炭世、早二疊世、晚三疊世和少量早白堊世中酸性侵入巖組成，其中區(qū)域礦化多賦存在區(qū)內(nèi)各地層與不同時代侵入巖的接觸帶附近。

圖1 區(qū)域大地構(gòu)造位置圖

夏日哈木礦區(qū)出露的地層為古元古代金水口巖群白沙河組、第四紀(jì)地層。白沙河巖組地層巖性主要為條帶狀條紋狀黑云母斜長片麻巖、黑云母片巖、大理巖；第四紀(jì)地層在區(qū)內(nèi)大面積分布，成因比較復(fù)雜，有沖積、沖洪積、坡積、冰積及冰水堆積、風(fēng)積等，由粘土、砂和礫石組成。白沙河巖組呈基底殘塊分布，區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育，以NNE向和EW向為主。礦區(qū)巖漿巖較為發(fā)育，主要形成于古特提斯造山旋回的不同階段，主要由早二疊世閃長巖、晚三疊世花崗巖組成。根據(jù)各種礦石的成因類型及穿插交代關(guān)系，夏日哈木鎳礦床成礦期主要為巖漿期，類型為熔離型。含礦巖石主要為中元古代輝石巖，鋯石U-Pb年齡為439Ma；礦石礦物主要為黃銅礦、鎳黃鐵礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦等，礦體多呈厚大的似層狀[4-5]。

1.2 試驗區(qū)電性特征

研究區(qū)424塊巖礦石物性標(biāo)本測試統(tǒng)計結(jié)果表明，含礦輝橄巖表現(xiàn)為低阻；石英閃長巖、片麻巖、輝長巖表現(xiàn)為中高阻；二長花崗巖表現(xiàn)為高阻。不同種類標(biāo)本之間電性差異較為明顯，具備開展音頻大地電磁法的前提。夏日哈木鎳礦區(qū)巖礦石電性統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 夏日哈木鎳礦區(qū)巖礦石標(biāo)本物性測試統(tǒng)計

2 工作方法選擇與基本原理

2.1 工作方法選擇

在眾多地球物理探測中，電法勘探由于其場源的多變性，方法的多樣性和解決問題的有效性[6-7]，已被廣泛應(yīng)用于油氣、礦產(chǎn)、工程探測等領(lǐng)域。

音頻大地電磁測深法(Audio MagnetoTelluric，AMT)是在大地電磁測深法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種頻率域測深方法，具有勘探深度大，分辨能力強(qiáng)，觀測效率高等特點，是研究中深部地質(zhì)構(gòu)造和尋找隱伏型礦的有效手段，探測深度一般為≤2000m。

2.2 方法基本原理

AMT觀測的基本參數(shù)，是測點的電場分量(Ex,Ey)及與之正交的磁場分量H(Hx，Hy)，即計算卡尼亞視電祖率和阻抗相位。視電祖率與電場、磁場的關(guān)系式為[8]：

(1)

(2)

式中:E是電場強(qiáng)度，mV/km；H是磁場強(qiáng)度，nT；f為頻率，Hz；ρ為視電阻率，Ω·m。

在電磁理論中，把電磁場(E,H)在大地中傳播時，其振幅衰減到初始值1/e時的深度，定義為穿透深度或趨膚深度(δ):

(3)

由式(3)可知，δ隨頻率的降低而增大。根據(jù)趨膚效應(yīng)，大地電磁場的變化周期越長，電磁場能量在傳播過程中損耗越小，因而穿透得越深[8]。

2.3 工作系統(tǒng)的建立

為了探測夏日哈木鎳礦區(qū)深部構(gòu)造與電性結(jié)構(gòu)特征，考慮到7號勘探線已完成40m×40m的鉆探工作，沿著已有的7號地質(zhì)勘探線部署1條960m長的AMT測深剖面，測點點距40m，AMT點位與鉆孔孔位重合，以便約束反演，提高解釋精度。工作設(shè)備采用加拿大鳳凰公司的V5(MTU-5A)系列大地電磁儀，配備AMTC-30磁探頭，采集頻率10400～0.35，總計60個頻點。采用十字布極張量觀測方式，接收電極距MN=40m，單點采集時間約60分鐘(圖2)。

1—晚更新世洪沖洪積物;2—黑云母斜長片麻巖;3—黑云母片巖;4—斜長角閃巖;5—輝石巖;6—AMT測點編號;7—大理巖;8—閃長巖圖2 夏日哈木礦區(qū)地質(zhì)圖

3 AMT有效性正演模擬分析

3.1 含礦巖體的大地電磁二維正演模擬

根據(jù)夏日哈木礦區(qū)已有的地質(zhì)資料，顯示夏日哈木鎳礦主要賦存于二輝橄欖巖， 因此，根據(jù)地質(zhì)模型(圖3)和地球物理參數(shù)統(tǒng)計分析結(jié)果，應(yīng)用成都理工大學(xué)地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室自主開發(fā)的MTSoft2D 2.3大地電磁二維處理和解釋軟件建立大地電磁正演模型并進(jìn)行二維正演模擬，該軟件自帶曲線編輯、靜態(tài)校正、正演模擬、空間濾波、一維二維反演等模塊，是國內(nèi)較為先進(jìn)的大地電磁處理軟件，該文資料的后續(xù)處理均采用該軟件。大地電磁二維正演模擬過程如下：

1—鎳礦體;2—低鎳礦體;3—銅鎳礦體;4—AMT點位圖3 7勘探線地質(zhì)剖面圖(據(jù)青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，2013年)

(1)創(chuàng)建模型。 啟動軟件(圖4)，選擇模型計算→模型處理→添加模型，彈出創(chuàng)建模型界面，輸入模型名稱→選擇構(gòu)造模型→點擊確定完成。

圖4 添加模型相關(guān)選擇界面

(2)正演建模。 正演建模包含模型處理、物性填充、剖線劃分、測點處理4個模塊(圖5)。根據(jù)地質(zhì)模型繪制正演模型，建模范圍橫向從點號1160～1960(800m)，縱向上0～1km；銅鎳礦電阻率取50Ω·m，閃長巖電阻率取350Ω·m，花崗巖電阻率取950Ω·m；測點點距40m，共21個點。

(3)正演計算。選擇已建立好的模型→正演計算→載入頻率表→開始正演→正演完成。頻率選擇10400～0.35Hz，對數(shù)間隔，總計60個頻點，與該次工作采用的儀器設(shè)備參數(shù)一致(圖6)。

3.2 正演數(shù)據(jù)的反演

將模型正演數(shù)據(jù)分別進(jìn)行一維、二維反演，結(jié)果如7所示。反演結(jié)果表明，一維Bostick變換和一維Occam反演速度較快，對模型的依賴程度較大，受干擾影響大，使用條件具有較大的局限性，一般用來初步了解地電分布，而二維NLCG反演結(jié)果與模型較吻合。通過對建立的地球物理正演模型模擬，一方面說明所選擇的AMT勘探技術(shù)試驗方法能夠較好地識別出深部目標(biāo)層位與目標(biāo)體，另一方面也考察大地電磁不同反演方法對模型的依賴程度及優(yōu)劣效果。

圖5 模型處理相關(guān)界面

(a)啟動正演計算模塊界面;(b)載入頻率表界面;(c)正演計算完成界面圖6 正演計算相關(guān)界面

1—視電阻率取對數(shù);2—點號;3—礦體的范圍;(a)一維Bostick變換;(b)一維Occam反演;(c)二維NLCG反演 圖7 模型正演數(shù)據(jù)的一維和二維反演

4 AMT數(shù)據(jù)處理與成果解釋

AMT的資料處理分為預(yù)處理部分和資料的后續(xù)處理。野外原始資料預(yù)處理采用MTU-5A觀測系統(tǒng)自帶SSMT2000和MTEditor軟件。SSMT2000以時間序列文件、標(biāo)定文件、測點參數(shù)文件為輸入，生成通過經(jīng)傅里葉變換、互功率譜計算、近磁參考處理、阻抗張量估算中間結(jié)果EMT和MMT文件。用MTEDITOR軟件對生成的中間結(jié)果文件進(jìn)行頻譜編輯，將電磁干擾嚴(yán)重的頻譜刪除(去飛點)，提高野外數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量[11]。

大地電磁常用的反演方法有Bostick、Occam、RRI(快速松弛)、NLCG(非線性共軛梯度)[12]。對于該工區(qū)反演方法的選擇，不僅考察了常用方法對初識模型的依賴程度、收斂的穩(wěn)定性、反演效果的優(yōu)劣等問題[13]，又考慮該區(qū)的地電特征，最終選擇以一維均勻半空間反演作為初識模型，進(jìn)行二維非線性共軛梯度反演的方法，對剖面的資料進(jìn)行反演得到了剖面的二維電性結(jié)構(gòu)(圖8)。

1—視電阻率取對數(shù);2—點號;3—礦體的范圍圖8 7勘探線AMT反演斷面成果圖

從圖8中可以看出，剖面整體電性特征變化大，各電性層界面反映明顯。在測點1440～1880，高程在3000～3300的范圍內(nèi)存在明顯的低阻異常，電阻率變化范圍10～30Ω·m，而在該異常體的左側(cè)與右側(cè)均出現(xiàn)了較為明顯的高阻體，電阻率出現(xiàn)了低—高的特性，說明在該處存在較大的巖性變化。根據(jù)剖面電性特征和地質(zhì)剖面對比，可以發(fā)現(xiàn)已查明的礦體與該反演結(jié)果有較好的對應(yīng)性。同時對礦體的規(guī)模和深度也有較好的半定量解釋。但在實際鉆孔驗證發(fā)現(xiàn)在測點1440～1560號測點以及1720號測點下也存在少量的礦體，在該反演結(jié)果中并沒有較明顯的體現(xiàn)，這是由于音頻大地電磁分辨率和體積效應(yīng)作用的結(jié)果。

5 結(jié)論

(1)首次將音頻大地電磁測深方法用于東昆侖夏日哈木地區(qū)，在復(fù)雜地區(qū)野外資料采集方面積累了一定的經(jīng)驗。

(2)將該方法應(yīng)用于銅鎳礦勘探，取得了令人滿意的效果，說明應(yīng)用音頻大地電磁測深方法可以有效用于銅鎳礦深部勘探，為今后在東昆侖地區(qū)銅鎳礦勘查提供了可靠的方法依據(jù)。

(3)音頻大地電磁測深的分辨率還不夠高，在資料解釋方面，視電阻率反演可能存在很多假象，需要對多種反演方法進(jìn)行對比研究，才能確定適合不同條件下的反演參數(shù)，結(jié)合更多的地質(zhì)資料，以提高解釋精度。

致謝：在該次研究試驗工作中，青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院楊啟安等給予了大力支持，中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心耿濤教授級高級工程師等給予了熱心指導(dǎo)，在此一并深表感謝。

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TestonDeepExplorationTechnologybyUsingtheAudioMagnetotelluricMethodinXiarihamuNiDepositinEasternKunlun

BAI Yun，JI Xiankun， GENG Tao，GUO Weili

(Xi'an Geological Surveying Center of China Geological Surveying Bureau，Shanxi Xi'an 710054，China)

In order to study the deep tectonic characteristics and electrical characteristics of Xiarihamu Ni mine, deep exploration technology test has been carried out in Xiarihamu area by using the audio MagnetoTelluric sounding (AMT) method. First of all, two-dimensional forward modeling of the exploration model is carried out according to the known geological data, and the one-dimensional and two-dimensional inversion of the forward data have been carried out to illustrate the effectiveness of the selected method. Finally, the comparison between geological results and the AMT exploration results shows that the AMT method has achieved good application effect.

Audio MagnetoTelluric method；Ni mine；electrical structure；Xiarihamu；forward modeling

P631

B

2017-03-23；

2017-06-05；編輯陶衛(wèi)衛(wèi)

東昆侖銅鎳多金屬資源基地調(diào)查(編號：121201011000150005)資助

白運(1983—)，男，陜西淳化人，工程師，從事電磁法資料處理與解釋工作；E-mail：baiyun19830828@126.com

白運，冀顯坤，耿濤，等.東昆侖夏日哈木鎳礦區(qū)AMT法深部勘探技術(shù)試驗[J].山東國土資源，2017,33(11)：66-71.

BAI Yun，JI Xiankun， GENG Tao，etc.Test on Deep Exploration Technology by Using the Audio Magnetotelluric Method in Xiarihamu Ni Deposit in Eastern Kunlun[J].Shandong Land and Resources,2017,33(11)：66-71.