可控源音频大地电磁法在金属矿勘探中的应用（李建军,黎海龙）

时间：2021-01-14 08:02:58　来源：柠檬阅读网本文已影响人

［摘要］相对于直流电法勘探深度浅、分辨率低的特点，可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）以其勘探深度大、分辨率高的特点在深部矿山，以及危机矿山找金属矿中得到了广泛的应用。本文从方法的原理出发，并通过实例以资证明其方法的有效性。

［关键词］可控源音频大地电磁法危机矿卡尼亚电阻率

1 前言

电法勘探是勘探地球物理学中的主要学科之一，是电学领域中的一门应用学科。电法勘探是利用地壳中的多种岩石、矿石间电学性质之差异来勘探地质目标和时间分布规律，来勘查地质构造和寻找有用矿产。

在电法勘探中，目前利用岩石和矿石的电学性质或物理参数主要有四种，电阻率、磁导率、极化特性以及介电常数。电法勘探的找矿原理，是基于不同岩石和矿石的电学性质的改变均能引起电磁场空间分布状态相应变化。随着现代资源的需求量不断增加，我们已经由浅部开始转向深部，引起的困难也就是在抗干扰能力和对异常的正确判断，CSAMT是指人工源频率域电磁测深方法,高频电磁场穿透深度浅,改变频率即可改变探测深度,一般勘探深度可达到2～3km。

2 CSAMT法

2.1 基本原理

CSAMT法是针对大地电磁法的随机性和信号微弱，改用可以控制的人工场源，故称可控源，又因使用的是音频段频率，所以把它称作可控源音频大地电磁法。在均介质中考虑谐变电磁场情况，谐时变因子为e-iωt。并且考虑到空间不存在谐变体电荷, 麦克思韦方程组微分形式为：

　▽×H=(σ-iωε)E

　▽×E=iωμH

　▽·E=0

　▽·H=0

式中,H为磁感应强度矢量,T;E为电场强度矢量,V/m; E为介电常数,在高斯单位制中E=1;μ为电导率,ω为角频率。

利用分界上的衔接条件以及自然边界条件。

（1）在不同介质的分界面上电磁场应该满足下列衔接条件。①电场的切向分量连续：E1t=E2t；
②电位移的法向分量连续：D1n=D2n或者ε1E1n=ε2E2n1；
③磁场的切向分量连续：H1t=H2t；
④磁感应强度的法向分量连续：B1n=B2n或者μ1H1n=μ2H2n1。

（2）频率趋于零时电磁场趋于相应的稳定场。

（3）距离趋于无穷远时，三维场源的矢量位趋于零。

由麦克思韦方程组以及边界条件经过冗长的推导得到电磁场在|kr|>>1波区的公式,用电场强度与磁感应强度相除得到卡尼亚电阻率

2.2 CSAMT方法的特点

（1）分辨能力高；

（2）能穿透高阻屏蔽层；

（3）各向异性影响小；

（4)可用于观测的参数较多,便于综合分析；

（5)采用定距变频测量,减轻劳动强度,提高效率。

3 探测实例

3.1 矿区的地质及地球物理特征

南丹地区地处南华准地台桂中台陷与右江再生地槽的交接部位，丹池褶断带中段，经历了华力西、印支—燕山和喜马拉雅三个大的历史阶段，其总的发展趋向为：从沉降到上升、从沉积到剥蚀，反映出地壳运动的变化规律。测区内出露地层以中泥盆统为主，主要出露泥盆系塘丁组、罗富组、榴江组及五指山组，为一套碳酸盐岩、泥岩沉积，为矿区主要赋矿层位。测区的西南端地层为石炭系。测区内构造形迹主要表现为一褶皱构造即大厂背斜的北倾伏端，其轴向325°，长约25km，宽约4km，南北两端延伸出工区外。轴部出露中泥盆统，翼部出露上泥盆统及下石炭统，北东翼倾角15°～58°，南西翼倾角70°～80°，轴部被断层破坏。工作区南东面该背斜在大厂附近分布数条中酸性侵入岩岩墙、岩脉，走向大致南北，倾向东，倾角70°～80°。矿产以锡矿为主，次为铜、铅、锌矿等。

根据广西全区及大厂矿田等邻近的几个矿田的物性统计结果，归纳出的电性特征如下表。

正常围岩电阻率一般在104Ω·m左右，极化率小于3%。花岗岩的电阻率略低一些，但不显著。蚀变及矿化的角岩带，电阻率为102～103Ω·m，极化率在30%左右。矿石电阻率小于102Ω·m，极化率大于60%，浸染状矿石的电阻率略高一些。下石炭统与下泥盆统，因含炭质，亦具有低电阻、高极化的特征。但炭质硅化强烈时，电阻率并不低。由此认为，花岗岩与围岩的微弱电阻率差异，以及外接触带矿化发育时的低阻标志层，是电法圈定花岗岩体顶板及矿化系统的依据。炭质层的分布，在区域上有局限性，可以识别。

3.2 采用的工作方法及测量参数

本次野外工作使用美国Zonge公司生产的GDP-32Ⅱ多功能电法仪。该仪器有八个接收通道，可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)测量，其性能指标为工作频率0.0007Hz～8192Hz，工作温度-20℃～60℃，工作湿度5%~100%，时钟稳定度＜5×10-10/24h，输入阻抗10MΩ/DC，动态范围190dB，最小检测信号电压0.03μv、相位±0.1mard（毫弧度），最大输入信号电压±32V，自动补偿电压±2.25V(自动)，增益1/8-65536(自动)由于测区地质构造以北西向为主，因此本次物探工作测网剖面布设为北东向，线距为200m，CSAMT点距为50m；
布设剖面7条，剖面总长共计12.0km，其中CSAMT物理点240个。采用的装置如图1所示

CSAMT装置,其发射电极AB平行于测线布置,AB的长度可达1km,MN为50m,测量沿测线方向的电场,同时还用另一线圈测量垂直于测线的水平磁场,记录点为MN中点.

3.3 异常的解释推断

3.3.1 D0～D6线CSAMT反演断面图特征

测区7条剖面D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6线平行等距图2所示。

7条剖面较好地反映了不同地电特征的岩性界面。测线西南端的高阻体总的反映了石炭系碳酸盐岩，受北西向断裂控制，其与上泥盆系的接触界面较陡立，上部向北东倾斜，下部折向南西。此外，7条剖面都有一个共同的特点，就是均分布有向上延伸的锥形高阻异常。结合测区的区域地质特征，推断这些向上延伸的高阻异常为岩浆侵入活动形成岩株、岩脉所导致的结果。测区正好位于大厂重力低异常的中心偏上部位，其下为规模巨大的隐伏岩体。，在岩体之间、岩体两侧、岩体边缘接触带等，均有可能聚集矿床（点）分布。从成矿专属性来说，侵入岩的成份对锡多金属矿床的形成起重要作用，来自深部隐伏花岗岩的侵入带来了丰富的成矿物质。

岩浆侵入的通道往往也是断裂破碎带发育的地方，其主要特征表现为电阻率等值线的密集梯度带，并伴有等值线同向扭曲现象。根据这个特征，在每条剖面的断面图上推断划分了测区的断裂构造。

D0线在1 050~1 175之间，有一低阻异常，埋藏较浅；
该低阻异常到了D1线和D2线，范围逐渐缩小，到了D5线和D6线，有尖灭的趋势。在D1线，该低阻异常正好位于推断岩株的顶部边缘部位，是矿致异常的可能性相当大。在D1~D6线的北东端，有一范围逐步扩大的低阻异常体，到D6线时，低阻异常范围及强度达到最大。在D5、D6线的1 375点附近，该异常有向地表延伸的分支。在地质填图中，该地段硅化带发育，并有锌矿体出露。从地质和物探两方面来看，找矿标志均很明显。在D5、D6线的575~625点之间，埋深大约在标高450m上下，也存在一低阻体位于一规模较大的高阻体上方。