固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)激發(fā)瞬變電磁法在廣西北山找礦突破

蘇新瑤，唐義輝，唐廣明，唐朝霞，劉湘華

（1.廣西有色金屬集團(tuán)資源勘查有限公司，廣西 南寧 530000；2.廣西地龍巖土工程有限公司，廣西 南寧 530000）

1 礦區(qū)地質(zhì)

北山礦田區(qū)域上屬揚(yáng)子陸塊西南緣的桂北隆起與南華活動(dòng)帶的桂中凹陷交界部位——羅城凹陷帶內(nèi)，位于江南古陸西南緣、右江盆地北東側(cè)，與丹池褶斷帶相鄰。

礦田出露地層由老到新為震旦系、寒武系、泥盆系及中下石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)等。礦區(qū)地層分為非礁相區(qū)地層和礁相區(qū)，非礁相區(qū)為中泥盆統(tǒng)東崗嶺組、上泥盆統(tǒng)桂林組和融縣組，其中東崗嶺組和桂林組為含礦主要層位。礁相區(qū)可分為洞忙礁和北山礁。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造主要為NNE向斷裂組、近EW向斷裂組、NE向斷裂組及層間破碎帶等；褶皺構(gòu)造為后洞-洞崗背斜、峒迷背斜、久懷向斜及七圩-拉望背斜背向斜構(gòu)造等；礦區(qū)內(nèi)目前未發(fā)現(xiàn)巖漿巖，據(jù)物探推測(cè)在1800m以下有一隱伏花崗巖體。

2 礦床地質(zhì)特征

鉛鋅礦在北山地區(qū)有著廣泛的分布。上甫—肯躍背斜與建旺背斜呈北東向縱貫整個(gè)礦田，中間夾有一向斜，呈典型“兩隆夾一坳”的構(gòu)造格局，已發(fā)現(xiàn)Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)礦帶，Ⅰ號(hào)礦帶查明B+C+D級(jí)儲(chǔ)量鉛鋅礦石量598.93萬(wàn)t；鉛金屬量4.30萬(wàn)t，平均品位0.72%；鋅金屬量20.46萬(wàn)t，平均品位3.42%；S儲(chǔ)量161.56萬(wàn)t，平均品位26.98%；Ⅱ號(hào)礦帶查明(122b)+(333)儲(chǔ)量鉛鋅礦石量1392.21萬(wàn)t，鉛(Pb)金屬量5.9631萬(wàn)t、鉛(Pb)品位0.42%，鋅(Zn)金屬量32.5395萬(wàn)t、鋅(Zn)品位2.34%，有效硫(So)資源量324.2457萬(wàn)t、有效硫(So)品位23.29%；Ⅲ號(hào)礦帶查明(122b)+(333)儲(chǔ)量鉛鋅礦石量208.96萬(wàn)t，鉛(Pb)金屬量1.0158萬(wàn)t、鉛(Pb)品位0.486%，鋅(Zn)金屬量8.6739萬(wàn)t、鋅(Zn)品位4.151%，有效硫(So)資源量67.9287萬(wàn)t，平均品位32.508%。由于多年開(kāi)采和找礦工作未取得重大進(jìn)展，礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量面臨枯竭。

3 固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)激發(fā)瞬變電磁法工作方法、特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)

3.1 方法原理

瞬變電磁法(TEM)是一種時(shí)間域的電磁探測(cè)方法。介質(zhì)在一次電流脈沖場(chǎng)激勵(lì)下會(huì)產(chǎn)生渦流，在脈沖間斷期間渦流不會(huì)立即消失，在其周?chē)臻g形成隨時(shí)間衰減的二次磁場(chǎng)。二次磁場(chǎng)隨時(shí)間衰減的規(guī)律主要取決于異常體的導(dǎo)電性、體積規(guī)模和埋深，以及發(fā)射電流的形態(tài)和頻率?？梢酝ㄟ^(guò)接收線(xiàn)圈測(cè)量的二次場(chǎng)空間分布形態(tài)，了解異常體的空間分布。瞬變電磁法[1-7]擁有測(cè)地工作簡(jiǎn)單、工效高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于金屬礦勘探。

地面瞬變電磁法的勘探原理是利用人工在地面布設(shè)的接地線(xiàn)源或不接地發(fā)射線(xiàn)圈中加入脈沖電流，產(chǎn)生一個(gè)瞬變的激勵(lì)磁場(chǎng)V1，該磁場(chǎng)垂直發(fā)射線(xiàn)圈向空間和地下兩個(gè)方向傳播，依據(jù)上半空間介質(zhì)均勻，電導(dǎo)為0，磁場(chǎng)不發(fā)生變化的特征，忽略地面以上磁場(chǎng)，僅考查其向地下的傳播。當(dāng)磁場(chǎng)向地下深部傳播時(shí)，在遇到不同介質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生符合法拉第電磁感應(yīng)的渦流場(chǎng)；當(dāng)外加瞬變磁場(chǎng)消失后，這些渦流場(chǎng)開(kāi)始的釋放，此時(shí)，利用接收線(xiàn)圈便可測(cè)量到包含了地下介質(zhì)電性特征的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)V2。通過(guò)對(duì)歸一化V2或視電阻率旳反演便可以得到地下巖層的電性結(jié)構(gòu)，為找礦預(yù)測(cè)提供信息。

以量子力學(xué)的原理解釋便是激勵(lì)磁場(chǎng)V1使得活潑堿金屬及含有大量氫原子液體的氫原子核產(chǎn)生能級(jí)躍遷或沿磁場(chǎng)方向發(fā)生定向排列。

在激勵(lì)磁場(chǎng)消失后，活潑的堿金屬及含有大量氫原子液體的氫原子核要恢復(fù)原有的能級(jí)或排列，均會(huì)以磁場(chǎng)的形式釋放躍遷產(chǎn)生能量及激勵(lì)排列時(shí)獲取的能量，從而產(chǎn)生二次場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)V2。

3.2 方法特點(diǎn)

不接地瞬變電磁法通常分為分離回線(xiàn)，中心回線(xiàn)和重疊回線(xiàn)3類(lèi)，以重疊回線(xiàn)得到的信息最為完整。該方法為同點(diǎn)組合觀測(cè)，屬純異常法，與探測(cè)目標(biāo)有最佳耦合，異常響應(yīng)強(qiáng)，對(duì)低阻體反應(yīng)敏感，能自動(dòng)消除主要噪聲，提高探測(cè)深度，無(wú)地形影響，形態(tài)簡(jiǎn)單，具分辨能力強(qiáng)、工作效率高等特點(diǎn)。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

因受地形限制，本次工作只能使用輕便型的瞬變電磁法探測(cè)儀，無(wú)論發(fā)射線(xiàn)框，還是接受線(xiàn)框，乃至工作設(shè)備都必須小型化，故本次工作采用了折疊式3×3m的小型可旋轉(zhuǎn)固定支架，用于放置重疊回線(xiàn)的發(fā)射和接受線(xiàn)框。

為解決小線(xiàn)框的深部探測(cè)信號(hào)問(wèn)題，工作中采用了具有電池壓縮技術(shù)的大功率超強(qiáng)源電磁發(fā)射儀和多匝接受線(xiàn)圈，以增強(qiáng)激勵(lì)磁場(chǎng)磁矩和解決二次場(chǎng)信號(hào)觀測(cè)的微弱問(wèn)題。使用儀器設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 采用的大功率TEM測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

針對(duì)地形影響，為保障探測(cè)信號(hào)的畸變值足夠小，半空間解釋結(jié)果良好，按煙圈擴(kuò)散效應(yīng)考慮，野外工作角度的旋轉(zhuǎn)范圍，必須保證激勵(lì)磁場(chǎng)產(chǎn)生的煙圈范圍處于地下半空間中，否則需進(jìn)行全空間場(chǎng)的定量計(jì)算。

大致可以確定野外工作線(xiàn)框旋轉(zhuǎn)角度為測(cè)點(diǎn)地形線(xiàn)35°以下的范圍。

為減弱和避免地面不均體的影響，需保持各次觀測(cè)線(xiàn)框邊懸空或與地面同一地點(diǎn)的介質(zhì)接觸。其野外工作布設(shè)見(jiàn)圖1。

圖1 固定旋轉(zhuǎn)激發(fā)瞬變電磁法測(cè)量圖

為保證探測(cè)深度，使用誤差理論中拉格布斯可靠異常的原則，要求的三倍均方相對(duì)誤差為異常下限，使用該設(shè)備工作參數(shù)，進(jìn)行了一維正演數(shù)字模擬，對(duì)下層為低阻的兩層電性模型的計(jì)算結(jié)果表明，該儀器探測(cè)能力超過(guò)1000m，滿(mǎn)足本次工作需要。

4 找礦成果

4.1 新理論和新方法創(chuàng)新

創(chuàng)新運(yùn)用固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)激發(fā)瞬變電磁法測(cè)量技術(shù)，在北山巖溶峰叢地貌區(qū)成功地預(yù)測(cè)并發(fā)現(xiàn)工業(yè)礦體，根據(jù)物探成果，首次在北山地區(qū)提出確定該礦床為產(chǎn)于大陸伸展環(huán)境中非典型的MVT鉛鋅礦床[8]。

4.2 找礦成果及找礦靶區(qū)

運(yùn)用固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)激發(fā)瞬變電磁法測(cè)量技術(shù)，在北山礦田劃定茶洞鉛鋅黃鐵礦、上甫鉛鋅黃鐵礦、建旺鉛鋅黃鐵礦3個(gè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)。

運(yùn)用固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)激發(fā)瞬變電磁法測(cè)量探明大型鉛鋅礦床，取得近20年該區(qū)找礦重大突破。