CSAMT法縱向分辨率的野外試驗(yàn)探討

何俊飛，宋明藝

(廣東省有色地質(zhì)勘查院物化探分院，廣東廣州510080)

CSAMT法縱向分辨率的野外試驗(yàn)探討

何俊飛*，宋明藝

(廣東省有色地質(zhì)勘查院物化探分院，廣東廣州510080)

可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）和音頻大地電磁測(cè)深（AMT）在全國(guó)危機(jī)礦山項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用，是目前金屬礦勘探中行之有效的方法。對(duì)比分析了在強(qiáng)干擾環(huán)境中，CSAMT法和AMT法對(duì)于深部低阻礦體的電磁響應(yīng)差異。結(jié)果表明，人工源單頻點(diǎn)接收的CSAMT（GDP32-Ⅱ）比天然源頻率段接收的AMT（EH-4）抗干擾能力和深部分辨低阻體的能力更強(qiáng)。

CSAMT；AMT；EH-4；縱向分辨率

1 概述

可控源音頻大地電磁法（controlled source audiofrequency magnetotelluric，CSAMT）是在大地電磁測(cè)深法（magnetotelluric，MT）、音頻大地電磁法（Audio-frequency magnetotelluric，AMT）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種人工源電磁測(cè)深法[1]。近年來，隨著國(guó)家加大對(duì)危機(jī)礦山資源勘查的投入，老礦山外圍和深部找礦對(duì)勘探的需求也越來越高，CSAMT法以其勘探深度大、橫向分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)在金屬礦勘探中的重要作用已眾所周知。其實(shí)，除上述優(yōu)點(diǎn)外，在運(yùn)用CSAMT法探測(cè)深部資源時(shí)，CSAMT的縱向分辨能力也是不容忽視的。

近幾年，CSAMT法在廣東省金屬礦山的外圍和深部找礦中得到了廣泛的應(yīng)用，取得了較好的勘探效果。在野外測(cè)量中，對(duì)于CSAMT的分辨率，特別是對(duì)于深部低阻的縱向分辨能力，做了較多的試驗(yàn)對(duì)比。本文基于探討CSAMT縱向分辨率的認(rèn)識(shí)：通過見礦孔位來比較CSAMT（GDP32-Ⅱ）和AMT（EH-4）在強(qiáng)干擾環(huán)境下，深部對(duì)于低阻體的識(shí)別有效性。

2 方法及儀器介紹

2.1 CSAMT法(GDP32-Ⅱ)

CSAMT法是以有限長(zhǎng)的接地電偶極子或者不接地回線為發(fā)射源，在距發(fā)射源中心一定距離處同時(shí)觀測(cè)電、磁場(chǎng)參數(shù)的一種電磁測(cè)深方法[2]。野外通常采用赤道偶極裝置標(biāo)量測(cè)量，同時(shí)觀測(cè)與場(chǎng)源平行的電場(chǎng)分量Ex和與場(chǎng)源垂直的磁場(chǎng)分量Hy。通過電場(chǎng)振幅Ex和磁場(chǎng)振幅Hy計(jì)算阻抗視電阻率ρs。

式中：f——頻率。

根據(jù)電磁波趨膚深度概念，并結(jié)合非均勻介質(zhì)和均勻分層介質(zhì)的情況，導(dǎo)出有效穿透深度H：

由上式可知，當(dāng)大地電阻率ρ一定時(shí)，改變信號(hào)頻率，便可以得到連續(xù)的垂直測(cè)深，從而達(dá)到測(cè)深的目的。同時(shí)觀測(cè)電場(chǎng)相位Ep和磁場(chǎng)Hp，用以計(jì)算阻抗相位φs。通過阻抗視電阻率和阻抗相位的聯(lián)合反演，可以得到CSAMT縱向上的視電阻率參數(shù)，最后利用反演視電阻率曲線，結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋[3]。

CSAMT數(shù)據(jù)采集采用美國(guó)Zonge公司生產(chǎn)的GDP32-II多功能電法工作站。采集電磁場(chǎng)信號(hào)的頻率范圍為20～213Hz的離散頻點(diǎn)，并設(shè)置頻點(diǎn)加密。工作裝置采用標(biāo)量測(cè)量、扇形赤道裝置，收發(fā)距r為4～10km，供電極距AB為1200～1500m，測(cè)量電極距MN= 25m。

2.2AMT法（EH-4）

50多年來，基于平面波的電磁測(cè)深法發(fā)展迅速，由天然場(chǎng)大地電磁測(cè)深法（MT）、音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）發(fā)展到人工源的可控源音頻大地電磁法（CSAMT），再發(fā)展到人工、天然混合場(chǎng)源電磁法（EH-4系統(tǒng)電磁測(cè)深）。StratagimTM的EH-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱EH-4）是美國(guó)EMI和Geometrics公司聯(lián)合生產(chǎn)，屬于可控源與天然源相結(jié)合的一種大地電磁測(cè)深系統(tǒng)，常用的頻率范圍是10～100000Hz。在1～100kHz頻率段，使用正交的磁偶極子作為磁可控源，提高信噪比，但由于測(cè)點(diǎn)的移動(dòng)，需要磁可控源也需平行移動(dòng)，導(dǎo)致可能存在場(chǎng)源不同而產(chǎn)生的場(chǎng)源影響，因此一般情況下主要利用天然的大地電磁場(chǎng)源，采集高頻模式的數(shù)據(jù)[4]。

EH-4野外數(shù)據(jù)采集采用矢量模式，采集正交的2個(gè)電場(chǎng)分量(Ex,Ey)和2個(gè)磁場(chǎng)分量(Hx,Hy)。利用上述觀測(cè)的參數(shù)可求得兩個(gè)不同方向上的視電阻率，進(jìn)而計(jì)算張量阻抗，獲取地層的電阻率值。通過反演會(huì)得到TE、TM兩種模式的視電阻率模型圖，由于TM模式的發(fā)射偶極、測(cè)量偶極和測(cè)線布置垂直于地質(zhì)體走向，對(duì)于垂直地質(zhì)體走向的導(dǎo)體較為靈敏，一般以TM模式結(jié)果為主。

與EH-4系統(tǒng)接收頻率為連續(xù)的頻率段相比，GDP32-II系統(tǒng)是離散的頻率點(diǎn)。同時(shí)，GDP32-Ⅱ缺少10～100kHz的高頻段，但多出1Hz、1.41Hz、2Hz、2.81Hz、4Hz、5.63Hz、8Hz等7個(gè)頻點(diǎn)。雖然整體采集的數(shù)據(jù)量相對(duì)EH-4系統(tǒng)較少，但人工源單個(gè)頻點(diǎn)的發(fā)射接收的抗干擾性更強(qiáng)，本文通過對(duì)同一剖面的兩種系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的處理結(jié)果做對(duì)比，結(jié)合鉆孔驗(yàn)證來比較，在強(qiáng)干擾環(huán)境下不同系統(tǒng)對(duì)深部低阻分辨能力的差異。

3 測(cè)區(qū)地質(zhì)情況及測(cè)量介紹

測(cè)線位于廣東韶關(guān)的凡口鉛鋅礦區(qū)的南部，泥盆系中統(tǒng)—東崗嶺組上亞組灰?guī)r（D2db）及泥盆系上統(tǒng)—天子嶺組不純碳酸鹽巖（D3t）是礦區(qū)主要賦礦層位[5]，測(cè)線周圍村莊、公路、110kV高壓線林立，有可見的并排埋設(shè)地表、橫穿測(cè)線的尾砂管，各種干擾嚴(yán)重?？紤]到凡口鉛鋅礦的控礦斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，礦體主要沿?cái)嗔褍蓚?cè)呈“瓜藤”狀、不規(guī)則似層狀分布，因此點(diǎn)距控制在25m。2種系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集時(shí)間相隔3年、采集人員不同、測(cè)線也只有部分區(qū)域重合，這更能反映出2種系統(tǒng)結(jié)果的一般性和普遍性。

4 二維反演結(jié)果對(duì)比

CSAMT使用的是GDP32-Ⅱ自帶的帶地形的二維反演軟件scs2d，EH-4使用的是自帶的IMAGEM反演軟件，2種系統(tǒng)的二維反演結(jié)果對(duì)比圖如圖1所示。從2次采集數(shù)據(jù)的重合部分的反演結(jié)果來看，從-100～-500m，CSAMT剖面有一明顯的向右下傾的低阻異常帶，視電阻率值為200～1000Ω·m；同樣的位置EH-4剖面右下傾的形態(tài)相對(duì)不是太明顯，視電阻率值為1000～5000Ω·m，整體上EH-4視電阻率較高，GDP32-II則較低，但都在測(cè)區(qū)的灰?guī)r和碳酸鹽巖的視電阻率范圍內(nèi)。對(duì)應(yīng)深度的巖芯編錄為石炭統(tǒng)灰?guī)r，中厚—厚層狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，裂隙面有鐵錳質(zhì)渲染，局部溶洞較發(fā)育。推測(cè)低阻異?？赡転槌涮盍严端虻V化所致?？傮w上來說，淺部區(qū)域，2種系統(tǒng)的異?；究梢詫?duì)應(yīng)，特別是在10～100kHz高頻段，在淺部200m范圍內(nèi)，EH-4的縱向分辨率比GDP32-Ⅱ更高，可靠性也較好，但這不是金屬礦山需要研究的目的深度。

圖1 232測(cè)線CSAMT法與AMT法結(jié)果對(duì)比

在-300m深度以下區(qū)域，2種系統(tǒng)的異常差別較為明顯。以鉆孔232FK3所對(duì)應(yīng)的深度異常為例，CSAMT的異常曲線形態(tài)整體的疏密程度、傾向角度均有較大區(qū)別，對(duì)應(yīng)礦體所在深度的視電阻率曲線呈現(xiàn)密集、凹陷狀，且視電阻率值差異較大，是有成礦前景的典型異常特征。EH-4的異常曲線形態(tài)整體稀疏，傾向平緩，對(duì)應(yīng)礦體的曲線幾乎沒有突變的特征，視電阻率值也沒有變化。在剖面相同的地段，CSAMT方法的信息相對(duì)要豐富得多，由此說明CSAMT法在干擾環(huán)境中，對(duì)于深部較小低阻體的分辨能力要比EH-4高。同時(shí)這種深部體積效應(yīng)引起的異常，如圖1中的深部礦（化）體，在深度-600m以下，AMT法的EH-4系統(tǒng)已無法在視電阻率曲線形態(tài)中得到明顯體現(xiàn)，這也反映出GDP32-Ⅱ這種系統(tǒng)的人工單點(diǎn)頻率采集模式的抗干擾能力更強(qiáng)。

5 結(jié)論

基于野外試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比探討，本文對(duì)人文干擾環(huán)境下CSAMT法GDP32-Ⅱ系統(tǒng)和AMT法EH-4系統(tǒng)對(duì)深部低阻的電磁場(chǎng)響應(yīng)做了對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

（1）CSAMT法的GDP32-Ⅱ系統(tǒng)采用人工源的單點(diǎn)頻率發(fā)射接收的數(shù)據(jù)采集，雖然頻點(diǎn)數(shù)相對(duì)AMT法的EH-4系統(tǒng)較少，但抗干擾能力更強(qiáng)，在干擾嚴(yán)重區(qū)域，對(duì)于深部低阻的電磁響應(yīng)更加精確。

（2）本次野外試驗(yàn)對(duì)比雖然只是選定測(cè)區(qū)的個(gè)別測(cè)線，但都是經(jīng)過鉆孔驗(yàn)證，且分布廣東北部鉛鋅礦的典型成礦區(qū)，具有一定的區(qū)域代表性。通過GDP32-Ⅱ系統(tǒng)得到的物探異常，表明CSAMT法縱向分辨率在金屬礦區(qū)的外圍和深部對(duì)于礦化體圈定、斷裂構(gòu)造推斷具有較為精確的實(shí)用性能。

[1]底青云，王若等.可控源音頻大地電磁數(shù)據(jù)正反演及方法應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[2]李章喜，順漢明，冉長(zhǎng)國(guó).CSAMT在摩天嶺隧道地質(zhì)勘察中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)，2006，6(3):29-33.

[3]何繼善.可控源音頻大地電磁法[M].長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[4]韓永琦.V8與EH4系統(tǒng)AMT數(shù)據(jù)的對(duì)比研究[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，2011，7(增刊)：1-5.

[5]何俊飛.可控源音頻大地電磁法在凡口鉛鋅礦中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2013，11(10)：763-770.

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A

1004-5716(2015)06-0175-03

2014-10-13

2014-12-12

危機(jī)礦山“廣東省韶關(guān)市凡口鉛鋅礦接替資源勘查”項(xiàng)目（編號(hào)：200744103）。

何俊飛（1980-），男（漢族），湖北襄陽(yáng)人，工程師，現(xiàn)從事電磁法野外方法研究及應(yīng)用工作。