低緯度地區(qū)應(yīng)用EH－4找礦

王鳳剛，顧 衛(wèi)

（1．首鋼地質(zhì)勘查院地質(zhì)研究所，北京100144；2．重慶地質(zhì)儀器廠，重慶400033）

1 概述

近年來隨著鐵礦石價格的不斷升溫，找礦熱已經(jīng)從國內(nèi)擴大到周邊國家和地區(qū)。并且隨著近年來冶煉技術(shù)的提高，鐵礦石原料由原來主要的磁鐵礦，向現(xiàn)在的黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、鏡鐵礦等多種弱磁性、無磁性礦石發(fā)展。本次工作就是對柬埔寨奧多棉芷省安隆汶地區(qū)一處礦點進行勘查。在經(jīng)過實地踏勘后認(rèn)為該地區(qū)礦體為鏡鐵礦，礦石質(zhì)量較好，但是由于礦體沒有磁性，故選擇操作簡便的EH－4做大地電磁測深勘查并結(jié)合高精度磁法測量的方式，對該區(qū)內(nèi)礦體規(guī)模及前景等進行評價。

2 儀器原理及方法介紹

2．1 高精度磁法觀測

在本工作區(qū)我們選用高精度磁法與大地電磁相結(jié)合的方法，綜合解釋該區(qū)域內(nèi)礦體規(guī)模及前景。

首先選用HC－95手持式氦（He4）光泵磁力儀做高精度磁法剖面。HC－95手持式氦（He4）光泵磁力儀是為地面地磁測量而設(shè)計的。它是利用被激發(fā)的氦元素在磁場中產(chǎn)生塞曼能級分裂，從而發(fā)生頻率躍遷，其躍遷的共振頻率正比于外磁場強度，其比值為：28．02356 Hz／n T。HC－95就是測量這躍遷共振頻率來指示磁場值的。其精度可達到0．01n T，該儀器被稱為我國地面磁力儀更新?lián)Q代產(chǎn)品。

為了準(zhǔn)確而自動地測量出躍遷共振頻率，儀器利用自動控制原理，設(shè)計成自動鎖定閉環(huán)系統(tǒng)。其方框圖見圖1。

圖1 HC－95自動鎖定閉環(huán)系統(tǒng)方框圖

磁場中產(chǎn)生的躍遷頻率為f1，由環(huán)路中的壓控振蕩器產(chǎn)生的頻率為f2。閉環(huán)系統(tǒng)一方面將這頻率f2返回到探頭與探頭產(chǎn)生的共振頻率f1進行比較，另一方面將這頻率f2送磁場值計數(shù)器。當(dāng)f2等于f1時，探頭頻率比較器輸出的誤差信號為零，由于誤差信號為零，壓控振蕩器得不到控制電壓而保持頻率不變。又f1為外磁場對應(yīng)的頻率，可見由磁場值計數(shù)器輸出的結(jié)果就為外磁場值。

當(dāng)外磁場發(fā)生微弱變化時，f1也隨之發(fā)生變化。假設(shè)f1升高，這時探頭比較器將產(chǎn)生一誤差信號，這誤差信號通過放大，并迫使環(huán)路中的壓控振蕩器的頻率也升高，即f2升高。當(dāng)f2升高到與f1相等時，探頭進行比較后的誤差又為零，壓控振蕩器的頻率不再受誤差信號作用而保持不變，反之亦然。可見，這個閉環(huán)系統(tǒng)中壓控振蕩器產(chǎn)生的頻率f2始終跟隨探頭產(chǎn)生的頻率f1而變化。即儀器進入鎖定狀態(tài)。所以壓控振蕩器輸出的頻率始終表示外磁場值。可見，HC－95是一種連續(xù)測量的儀器。實際上，儀器設(shè)計成每0．5秒測量一次并輸出測量結(jié)果值。

2．2 EH－4大地電磁測深

Stratagem這套儀器是一種用來測量地下幾米到一公里多深的地球電阻率的特殊大地電磁測深（MT）儀器。這套儀器既可以使用天然場源的大地電磁信號，又可以使用人工場源的電磁信號，以此來獲得測量點下的電性結(jié)構(gòu)。大地電磁測深（MT）儀器是通過同時對一系列當(dāng)?shù)仉妶龊痛艌霾▌拥臏y量來獲得地表的電阻抗。這些野外測量要經(jīng)過幾分鐘；傅立葉變換以后以能譜存儲起來。這些通過能譜值計算出來的表面阻抗是一個復(fù)雜的頻率函數(shù)，在這個頻率函數(shù)中，高頻數(shù)據(jù)受到淺部或附近的地質(zhì)體的影響，而低頻數(shù)據(jù)受到深部或遠處地質(zhì)體的影響。一個大地電磁（MT）測量給出了測量點以下垂直電阻率的估計值，同時也表明了在測量點的地電復(fù)雜性。在那些點到點電阻率分布變化不快的地方，電阻率的探測是一個對測量點下地電分層的一個合理估計。Stratagem這套系統(tǒng)是由兩個基本組件構(gòu)成：一個接收機，一個發(fā)射機。在高頻段，天然信號通常比較微弱，使用發(fā)射機能夠提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量；對于某些應(yīng)用或某些情況下，由發(fā)射機提供的額外的高頻信號我們可以不必使用。Stratagem這套儀器可以有效的用于地下水調(diào)查、環(huán)境的地下特征調(diào)查、礦產(chǎn)與地?zé)峥碧郊肮こ萄芯?。因為該儀器的供電電池既靈巧致密又便攜，所以即使在崎嶇的山區(qū)和惡劣的地區(qū)也能順利的操作和工作，Stratagem系統(tǒng)的快速采集速度和便攜性為我們的勘察設(shè)計提供了靈活性。表面阻抗可以很快的以電阻率的形式顯示出來，也可以一組組處理，并實時在剖面中呈現(xiàn)出來，這種實時顯現(xiàn)的靈活多樣性能夠讓調(diào)查者根據(jù)對初步處理和測量結(jié)果的分析而改變測量設(shè)計。

而本次勘探主要基于淺部礦體的預(yù)測及評價，故我們應(yīng)用人工發(fā)射信號補償天然信號的不足，來獲得更好的效果。

EH－4采集數(shù)據(jù)裝置的連接（見圖2），EH－4系統(tǒng)野外數(shù)據(jù)采集測線布置（見圖3）。

（1）原理概述

圖2 EH－4數(shù)據(jù)采集裝置示意圖

圖3 EH－4系統(tǒng)野外數(shù)據(jù)采集測線布置

EH－4是通過觀測記錄電磁場信號，然后通過傅立葉變化將時間域的電磁信號變成頻譜信號，得到Ex、Ey、Hx、Hy，最后計算地下電阻率。

（2）測量方法

工區(qū)采用EMAP測量方式，所謂EMAP測量是指電極距等于點距，即首尾相連的測量方式。這樣可以消除部分靜態(tài)效應(yīng)所造成的畸變。

EH4通過觀測中對以下4個方面進行監(jiān)控，確保觀測質(zhì)量：

① 相干度；

② 訊號相對干擾背景的強度；

③ 相位關(guān)系；

④ 頻率范圍。

訊號的相關(guān)性好，相干度高；Hy和Ex脈沖的電、磁道相關(guān)性好；電磁道的相對強度都超過0．10，即振幅A在范圍0．10＜A＜10之間，屬于信號，否則很可能為噪音。因為在真空中電場和磁場有90°相位差。而在均勻地下介質(zhì)中，則為45°，因此，地下電場與磁場的相位曲線不會超出45°，我們所有觀測點在觀測中都盡量保證在此范圍。若觀測點達不到以上要求，則要采取重復(fù)觀測和增加疊加次數(shù)的方法，來盡可能的滿足。

3 工區(qū)布置與測量

3．1 工區(qū)布置

本工作區(qū)范圍約1km2，范圍不大，故采用大比例尺同時進行大地電磁測深和高精度磁法測量工作。以鏡鐵礦露頭為中心位置，南北向為測線方向，設(shè)置為0線，東西以100m為間距，布測工作。本次測量工作采用動態(tài)GPS進行放點測量，儀器精度：RTK平面精度2cm＋1ppm；RTK高程精度3cm＋1ppm，在測量過程中，點位偏線控制在0．4m以內(nèi)，點間距離控制在0．4m以內(nèi)，滿足圖上1．25mm和12．5%的精度要求，為剖面解釋提供真實可靠的測量信息。

3．2 高精度磁測剖面測量（圖4）

高精度磁測設(shè)計點距5m，線距100m，從磁測結(jié)果中不難看出磁異常幅值在－200～200n T之間，曲線呈無規(guī)律性變化，該區(qū)域基本屬于無磁性區(qū)，說明該區(qū)內(nèi)不存在磁性礦體，再繼續(xù)做磁法面積性工作意義不大，只查明該區(qū)域內(nèi)鏡鐵礦的埋深及范圍就可以完成本次工作任務(wù)。

圖4 高精度磁測剖面E100、0線、W100剖面數(shù)據(jù)圖

3．3 大地電磁測量

（1）數(shù)據(jù)采集

本次工作主要是對該區(qū)內(nèi)鏡鐵礦露頭進行勘查，礦體基本處于地表，預(yù)測埋深不會太深，利用人工發(fā)射信號補強自然場，增強淺部信息。

初步設(shè)計剖面點距50m，線距100m，在完成3條剖面后，處理結(jié)果較為牽強。剖面沒有明顯異常，露頭礦體在剖面沒有很好的顯示。初步判斷礦體范圍較小，點距過大。調(diào)整設(shè)計，剖面布置為點距10m，線距50m，并且在露頭礦體上做十字剖面，追蹤礦體賦存范圍。

（2）數(shù)據(jù)處理

利用儀器自帶軟件Imagem對數(shù)據(jù)進行一維處理，包括刪除干擾嚴(yán)重的采集信號（圖5），剔除異常點（圖6）等。

圖5 數(shù)據(jù)分析中刪除干擾信號

圖6 1－D分析剔除異常點

全部數(shù)據(jù)進行初步處理后，對剖面數(shù)據(jù)進行2－D分析、空間濾波，Surfer成圖等工作。

再利用其它EH4專業(yè)軟件，做二維Bostick變換、二維快速松弛（RRI）反演等等。

（3）數(shù)據(jù)解釋

在以50m點距的剖面上，我們難以區(qū)分礦體露頭位置，整條剖面淺部都是以低阻體為主，顯示效果不明顯（圖7）。

圖7 極距50m剖面

鏡鐵礦露頭位于剖面500號點位置，而剖面圖幾乎沒有顯示，這一結(jié)果說明我們揭露的礦體規(guī)模小，埋深淺等特征，以50m間距測量漏掉了礦體。參照上述因素，布置極距10m，點距10測量十字剖面（圖8）。

圖8 極距10mEW向剖面

依圖8不難看出，調(diào)整點距，極距后，在－15號點到45號點有一個明顯低阻異常（圖9）。

依圖9不難看出，在480號點到510號點有一個明顯低阻異常。這一結(jié)果與我們在地表見到的鏡鐵礦露頭相吻合。

經(jīng)過上述設(shè)計的調(diào)整，參照十字大地電磁測深剖面（EW、SN向），我們對該區(qū)內(nèi)的鏡鐵礦露頭有了可靠的推斷，該鏡鐵礦露頭范圍在30m×30m的范圍，厚度約20m。據(jù)此估算該區(qū)內(nèi)鏡鐵礦露頭儲量約10萬噸。達到了預(yù)期預(yù)測礦體的目的，很好的解決了該區(qū)內(nèi)礦石種類，礦區(qū)評價的任務(wù)。

圖9 點距10mSN向剖面

4 結(jié)語

本次勘查采用了兩種物探手段，在磁法查明該區(qū)內(nèi)無磁性礦體的情況下，再利用大地電磁法揭露露頭礦體的規(guī)模及埋深，圓滿地完成了工作任務(wù)。

隨著礦產(chǎn)資源的緊俏，赤鐵礦、褐鐵礦、鏡鐵礦都成為勘查對象，相對磁鐵礦，這些礦石沒有磁性，利用傳統(tǒng)的磁法工作查明區(qū)域內(nèi)礦體種類，對于無磁性礦體，配合目前主流的電磁法可以快速，有效的獲取數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。不僅在東南亞，在低緯度及赤道地區(qū)，無磁性鐵礦相對更多一些，采用多種物探方式，可以有效地獲取信息，解決礦床勘查問題。

［1］陳鎖成，羅維斌．EH4高頻大地電磁測深數(shù)據(jù)的時頻分析［J］．甘肅冶金，2009，31（3）．

［2］王沖，董平，孫斌，吳詠敬，蔣少涌．EH4電磁測深在江西城門山礦區(qū)深部及外圍找礦中的應(yīng)用［J］．地質(zhì)與勘探，2009，45（6）．