瞬變電磁法在復(fù)雜構(gòu)造背景下深部找礦中的應(yīng)用

喻 春 ，趙維新 ，祝 杰

（1．成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，成都 610059；2．中國人民武裝警察部隊(duì)黃金第十二支隊(duì)，成都 611732）

該鉛鋅礦區(qū)位于云南省西南部，礦床與地層、構(gòu)造關(guān)系密切。礦區(qū)外圍為松樹坪—富隆廠—魯多羅銅、鉛、鋅、汞、銻成礦帶。1984-2003年間，該礦區(qū)曾開展過多次地質(zhì)普查工作，包括大功率激電工作。該區(qū)地表大部分為紫紅色泥巖、細(xì)砂巖，且地形起伏大，進(jìn)行IP測量時(shí)，盡管其電流供至4A以上，AB極距大于2km，但因電流集中于地表淺部流動(dòng)，無法穿透低阻地層激發(fā)礦體，故未有明顯的IP異常顯示。而瞬變電磁法采用不接地回線，觀測純二次場，具有探測深度大、分辨率高、發(fā)現(xiàn)異常能力強(qiáng)、裝置靈活多樣、穿透力強(qiáng)、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)[1]。

工作時(shí)就是利用瞬變電磁法的以上優(yōu)點(diǎn)在原先不具備某些常規(guī)電法工作的地區(qū)開展瞬變電磁法面積性測量工作，以圈定800m深度礦化體的分布范圍并識(shí)別其形態(tài)特征，探討Zn、Pb礦化體與控礦構(gòu)造的空間分布及關(guān)系，為后續(xù)工程提供依據(jù)，也為同類型的礦床地球物理勘探提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

圖1 時(shí)間域瞬變響應(yīng)曲線

1 瞬變電磁技術(shù)原理

電磁（EM）法是以地殼中巖、礦石的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和介電性為主要物性基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通過觀測和研究電磁場的空間和時(shí)間分布規(guī)律，來尋找地下有用礦產(chǎn)資源和解決地質(zhì)、環(huán)境工程等問題的一組電法勘探方法[2]。

根據(jù)發(fā)射場性質(zhì)的不同，可以分為時(shí)間域瞬變電磁法和頻率域瞬變電磁法，本應(yīng)用的階躍瞬變電磁法屬于前者。它是利用接地導(dǎo)線或不接地回線通以脈沖電流作為場源，向地下發(fā)送一次脈沖磁場，以激勵(lì)探測目的物感生二次電流，在一次脈沖磁場間隙期間，利用線圈或者接地電極觀測二次場隨時(shí)間變化的響應(yīng)。

圖1是均勻半空間條件下的瞬變響應(yīng)曲線，整個(gè)瞬變過程可分為三個(gè)階段，早期（響應(yīng)電壓不隨時(shí)間變化）、中間過渡期（響應(yīng)形態(tài)隨時(shí)間變化）和晚期（雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)為一條直線）。整個(gè)瞬變響應(yīng)過程是一個(gè)隨時(shí)間和地下電導(dǎo)率變化的復(fù)雜函數(shù)。

在晚期段，垂向上的瞬變電磁感應(yīng)電壓可以表示為：

式中t為電流關(guān)斷后的延時(shí)時(shí)間（s），σ為電導(dǎo)率，μ為磁導(dǎo)率（4π×10-7H/m），M為發(fā)射磁矩（對(duì)正方形回線 M=I×L2），L為正方形發(fā)射線圈邊長（m），I為發(fā)射電流（A），Vz（t）為觀測到的垂向上的瞬變電磁感應(yīng)電壓（V），Sr為接收線圈的有效面積（m2）。從（1）式可以看出，瞬變電磁觀測的感應(yīng)電壓與σ32成正比，而直流電法觀測的電位差是與電阻率成正比的。所以，本質(zhì)上，瞬變電磁發(fā)比電阻率（電導(dǎo)率）的變化更敏感，對(duì)有電性差異的目標(biāo)體有更高的分辨能力[3]。這為下一步的物探工作提供了較好的理論前提。

2 礦區(qū)地層及電性特征

巖石電性參數(shù)表

礦區(qū)內(nèi)出露地層由新至老：白堊系下統(tǒng)景星組下段(K1j1)，侏羅系上統(tǒng)壩注路組(J3b)、中統(tǒng)花開左組(J2h)。

礦區(qū)位于瀾滄江深斷裂與金沙江深斷裂間，蘭坪思茅中凹陷帶北段，滇西著名礦集區(qū)中。該區(qū)北起維西于打底，南至大板凳，東與玉龍雪山斷裂為界而與云嶺褶皺帶相鄰，西以瀾滄江深斷裂為界。近SN向、NE向、NW向?yàn)橹饕獢嗔?。其中，近SN向F1區(qū)域斷裂為成礦前期形成，屬導(dǎo)礦及容礦構(gòu)造；NE向斷裂與礦化關(guān)系密切，斷裂帶上多見Pb、Zn、Cu、Ag等礦(化)體，在白秧坪礦段有F5、F6、F7、F8 等 4條，在吳底廠礦段有 F2、F3 兩條斷裂, 為區(qū)域斷裂之次級(jí)斷裂, 屬成礦構(gòu)造及容礦構(gòu)造。褶皺則以元寶山復(fù)式背斜最為重要。軸向南北。西翼傾角30°～50°；東翼25°～40°，被斷裂破壞不完整。核部出露J2h1紫紅色粉砂巖夾泥巖，翼部為J2h2雜色泥巖夾泥灰?guī)r、介殼灰?guī)r。

礦區(qū)由北至南分為李子坪、吳底廠、元寶山三個(gè)礦段，礦化體賦存于景星組下段泥質(zhì)粉砂巖、硅化砂巖和侏羅系花開左組上段灰質(zhì)細(xì)砂巖夾薄層泥灰?guī)r中，在吳底廠有Pb、Zn礦出露。

在進(jìn)行瞬變電磁勘探之前，該區(qū)已進(jìn)行了地質(zhì)鉆探，巖石電性參數(shù)采用小四極法測量（表）；表中可見，礦石與圍巖間的電性差異較大，為TEM方法開展工作提供了物性前提。

3 施工方法及數(shù)據(jù)解釋

3.1 工作方法與技術(shù)

施工中使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的 WTEM—2J瞬變電磁勘探系統(tǒng)，采用大定源回線裝置，發(fā)射線圈采用 300m×300m單匝發(fā)射。該儀器操作簡單方便，工作效率高，可實(shí)現(xiàn)最高 50A（p-p）大電流連續(xù)方波供電?？蓪?duì)采樣率達(dá)1sμ的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施數(shù)字濾波、斷電時(shí)間影響校正及異常形態(tài)精細(xì)研究等，并能進(jìn)行最高9 999次疊加，以減小隨即干擾。工作中采用12V可充電電池串聯(lián)，正負(fù)20A大電流連續(xù)方波供電，電流脈沖寬度為250ms，采樣率為1sμ。由于該礦區(qū)工業(yè)電流干擾較弱，所以每點(diǎn)疊加30次，由廠家提供的軟件進(jìn)行數(shù)字濾波等預(yù)處理及反演、繪圖等。

圖2 17-18-19線視電阻率反演斷面圖

3.2 解釋推斷與驗(yàn)證

圖2為17、18、19號(hào)測線視電阻率反演斷面圖。17線中部存在一低阻斷裂帶,向南傾斜，傾角較大，在2 500～2 700m間有一相對(duì)低阻異常區(qū)域，呈不規(guī)則透鏡狀分布，視電阻率在100Ω?m以下。為了驗(yàn)證此異常，在17線750m處設(shè)計(jì)一鉆孔（ZK17），孔深700m。經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，在2 750～2 650m間為一斷裂破碎帶，斷裂破碎帶上下盤局部巖石變質(zhì)較強(qiáng)，石英砂巖細(xì)脈發(fā)育，脈寬1～5m，裂隙面可見鉛鋅礦層,局部含黃鐵礦, 鉛鋅礦可達(dá)15%～23%,呈浸染狀,局部呈團(tuán)塊狀。鉆孔柱狀圖如圖3所示。

圖3 ZK17鉆孔柱狀圖

4 結(jié)論

根據(jù)視電阻率反演斷面圖可知，該次勘探工作充分證明了大定源回線瞬變電磁法裝置簡單，探測深度大，對(duì)隱伏斷裂破碎帶所形成的串珠低阻帶分辨力高的特點(diǎn)，該方法在云南某高海拔高起伏復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)的應(yīng)用是切實(shí)有效的。

在地形起伏特別大，構(gòu)造復(fù)雜地區(qū),開展常規(guī)電法比較困難時(shí),采用瞬變電磁法利用不接地回線發(fā)送大電流,選用大定源裝置工作效率高,探測深度大,地形影響因素小，地表高阻體對(duì)電磁波的發(fā)送和接收、測量影響也較小,對(duì)于尋找深部破碎蝕變巖型鉛鋅礦是一種較好的物探工作方法。

但中深部探測用瞬變電磁儀對(duì)淺部地層信息的敏感度不夠，淺部地層信息的提取信息量特別少，造成視電阻率值普遍偏低,不便與其它電測方法的同類參數(shù)進(jìn)行直接對(duì)比，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)特別注意。

[1] 李金銘. 地電場與電法勘探[M]. 北京：地質(zhì)出版社，2005.

[2] 牛之璉. 時(shí)間域電磁法原理[M]. 長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1992.

[3] 祝杰，雷宛，吳有亮. 水上瞬變電磁勘探在西氣東輸工程中應(yīng)用研究[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào)，2010, 5: 561～565.