音頻大地電磁測(cè)深法在甘肅石青硐多金屬礦區(qū)深部探測(cè)中的應(yīng)用

白運(yùn)BAI Yun；冀顯坤JI Xian-kun；郭偉立GUO Wei-li

（①中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054；②西北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，西安 710054）

0 引言

在眾多地球物理探測(cè)中，電法勘探由于其場(chǎng)源的多變性，方法的多樣性和解決問(wèn)題的有效性，已被廣泛應(yīng)用油氣、礦產(chǎn)、工程探測(cè)等領(lǐng)域。

音頻大地電磁測(cè)深法（Audio MagnetoTelluric，AMT）是在大地電磁測(cè)深法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種頻率域測(cè)深方法，具有勘探深度大，分辨能力強(qiáng)，觀測(cè)效率高、不受高阻層屏蔽以及對(duì)低阻層靈敏等特點(diǎn)，是研究中、深部地質(zhì)構(gòu)造和尋找隱伏型礦的有效手段，探測(cè)深度一般為≤2000m。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)有礦產(chǎn)資源已不能滿足需求，開(kāi)展中、深部礦產(chǎn)勘探成為找礦的新方向。

石青硐多金屬礦區(qū)位于北祁連塊狀硫化物礦床成礦的有利地段，深部地球物理工作較少，本文首次將音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）應(yīng)用于該礦區(qū)深部地球物理探測(cè)，通過(guò)開(kāi)展工作，查明了研究區(qū)2km 以淺的地層分布和含礦構(gòu)造的電性結(jié)構(gòu)特征，表明本次AMT 勘探工作取得良好的應(yīng)用效果，為深部找礦提供地球物理方法技術(shù)支撐。

1 石青硐礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

石青硐礦區(qū)位于北祁連早古生代火山巖帶東南緣，是我國(guó)重要的塊狀硫化物成礦帶。區(qū)域大地構(gòu)造位置屬北祁連加里東褶皺帶東段，與中祁連古陸殼的邊界是一個(gè)巨大的斷裂系，大致延白銀-石青硐-富強(qiáng)堡-線分布，控制著火山弧內(nèi)早古生代的沉積作用及火山-巖漿活動(dòng)。石青硐地區(qū)與白銀廠礦田有著相似的地質(zhì)背景和成礦條件，兩者同處同一裂谷火山成礦帶上，受同一基地?cái)嗔芽刂啤５貙又饕獮檎鸬┫蛋足y巖群火山巖及沉積變質(zhì)巖層，由東向西呈疊瓦狀從老至新依次出露。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造線總體方向?yàn)镹WW 向，褶皺及斷裂均發(fā)育。礦區(qū)總體為一背斜構(gòu)造，斷裂構(gòu)造為一組NWW 向逆斷層，多斷于背斜北翼強(qiáng)烈倒轉(zhuǎn)部位，整個(gè)區(qū)內(nèi)火山巖帶受NWW 向石青硐-了高山深大斷裂控制。

1.2 研究區(qū)電性特征

石青硐多金屬礦區(qū)主要為黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等，含礦圍巖主要是石英角斑凝灰?guī)r（酸性巖），局部賦礦圍巖為細(xì)碧凝灰?guī)r（基性巖）。礦區(qū)南部出露巖性主要為震旦紀(jì)白銀巖群淺綠灰色變質(zhì)含角礫英安凝灰?guī)r、變質(zhì)英安凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)千枚巖、絹云石英片巖為主，中部中部出露巖性主要為寒武紀(jì)香毛山組大理巖、變玄武夾絹云千枚巖、變英安質(zhì)凝灰?guī)r、變安山巖，北部出露奧陶紀(jì)陰溝群暗灰綠色變玄武巖、酸性細(xì)火山碎屑巖。

根據(jù)收集的前人資料，研究區(qū)巖礦石物性標(biāo)本測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，含礦巖石表現(xiàn)為低阻；不同種類巖礦石標(biāo)本之間電性差異較為明顯，具備開(kāi)展音頻大地電磁法的前提。石青硐礦區(qū)巖礦石電性統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1 所示。

表1 石青硐礦區(qū)巖礦石標(biāo)本物性測(cè)試統(tǒng)計(jì)表[1][2]

2 音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）數(shù)據(jù)采集與資料處理

2.1 AMT 野外數(shù)據(jù)采集方法技術(shù)

根據(jù)已有地質(zhì)資料，研究區(qū)主要構(gòu)造方向?yàn)镹NE 向，故垂直構(gòu)造走向布設(shè)1 條AMT 測(cè)線（見(jiàn)圖1），方位角21°，測(cè)點(diǎn)24 個(gè)，點(diǎn)距100m，剖面長(zhǎng)度2.3km。

圖1 石青硐礦區(qū)AMT 測(cè)線布置圖

采用加拿大鳳凰（phoenix）地球物理公司生產(chǎn)的V5（MTU-5A）網(wǎng)絡(luò)化大地電磁儀，匯集高精度GPS、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程控制、移動(dòng)存儲(chǔ)等當(dāng)代最新科技于一身，是目前世界上電磁系統(tǒng)的頂級(jí)產(chǎn)品，配備AMTC-30 高頻磁探頭，采集頻率10400-0.35Hz，共計(jì)60 個(gè)頻點(diǎn)。

采用十字布極張量觀測(cè)方式，以磁北方向作為參考北方向，觀測(cè)大地電磁場(chǎng)的Ex、Ey、Hx、Hy 分量。接收電偶距MN=40m，單點(diǎn)采集時(shí)間不少于60 分鐘。

2.2 AMT 資料處理

野外采集得到測(cè)點(diǎn)的時(shí)間序列文件，通過(guò)SSMT2000軟件經(jīng)傅里葉變換、互功率譜計(jì)算、近磁參考處理、阻抗張量估算，進(jìn)而求取測(cè)點(diǎn)不同頻率視電阻率和相位，生成中間結(jié)果EMT 和MMT 文件。用MTEDITOR 軟件對(duì)生成的中間結(jié)果文件進(jìn)行頻譜編輯，將電磁干擾嚴(yán)重的頻譜刪除（去飛點(diǎn)），得到各測(cè)深點(diǎn)相對(duì)平滑和干擾較少的視電阻率和相位數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)surfer 軟件網(wǎng)格化處理，可以輸出視電阻率/相位-頻率擬斷面圖。

由于趨膚深度除與頻率有關(guān)外，還與電阻率有關(guān)，所以縱坐標(biāo)表示的頻率并不完全對(duì)應(yīng)著深度值，盡管如此，斷面上仍可以看出電阻率沿深度和沿剖面兩個(gè)方向的變化趨勢(shì)。由于阻抗相位曲線對(duì)電阻率隨深度變化比較敏感，而對(duì)某一層電阻率的絕對(duì)值反映不敏感，所以相位等值線不如視電阻率等值線那樣對(duì)不同測(cè)點(diǎn)之間電性差異反映得那樣顯著，只能一定程度上反映電阻率隨深度的變化及橫向的起伏形態(tài)。一般說(shuō)來(lái)，相位的高值圈閉對(duì)應(yīng)著電阻率由大變小的界面位置；低值圈閉對(duì)應(yīng)著電阻率由小變大的界面位置。不管視電阻率存在靜態(tài)效應(yīng)與否，對(duì)應(yīng)的相位值是固定的，即靜態(tài)效應(yīng)不會(huì)造成相位畸變。

圖2 給出了石青硐礦區(qū)音頻大地電磁測(cè)深（AMT）剖面xy 方向視電阻率（相位）-頻率的擬斷面圖，可以看出，測(cè)線所在位置的區(qū)域電性特征。視電阻率擬斷面圖顯示，測(cè)點(diǎn)10900-12300 之間三個(gè)明顯低阻范圍，視電阻率小于100Ω·m，其中11400-11500 低阻范圍縱向一直延伸到1Hz。在低頻區(qū)域（小于1Hz 范圍內(nèi)），出現(xiàn)高阻層區(qū)域，視電阻率大于1000Ω·m。整體來(lái)說(shuō)不同的構(gòu)造區(qū)域，地質(zhì)面貌迥然不同，推測(cè)在測(cè)點(diǎn)10900、11400、11500、12300 附近可能存在破碎帶或者巖性分界帶，導(dǎo)致其兩側(cè)存在較大的電阻率差異；相位擬斷面圖同樣顯示在測(cè)點(diǎn)11400-11500附近出一兩個(gè)低值圈閉特征，推測(cè)在一定深度可能存在兩個(gè)電阻率的由小變大特征的電性結(jié)構(gòu)；相位等值線密集，同樣說(shuō)明了該區(qū)域存在明顯巖性分界線。

圖2 石青硐礦區(qū)音頻大地電磁測(cè)深（AMT）xy 方向視電阻率/相位-頻率擬斷面圖

2.3 音頻大地電磁數(shù)據(jù)反演

反演是大地電磁資料處理解釋過(guò)程中非常關(guān)鍵的一步，二維反演是目前主要的電磁反演方法。在國(guó)內(nèi)目前常用的二維反演方法有非線性共軛梯度法（NLCG）、快速松弛法（RRI）、Occam 等。這些二維反演方法的共同點(diǎn)是都尋求滿足擬合差條件下模型參數(shù)改變最小的模型。不同點(diǎn)是在計(jì)算過(guò)程中雅克比矩陣的改進(jìn)和模型的改變方式。各種反演方法都有對(duì)應(yīng)的理論基礎(chǔ)，穩(wěn)定性和速度上都存在差異，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。RRI 采用的是有限差分法正演，反演過(guò)程是將二維反演轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M一維反演。經(jīng)過(guò)一維反演獲得垂向變化，再借助水平插值形成二維地電模型。反演速度快，但精度不高。NLCG 反演兼顧速度和分辨率，速度介于Occam 和RRI 之間，比RRI 慢比Occam 快，分辨率比RRI 要高和Occam 相近。

對(duì)于本工區(qū)反演方法的選擇，不僅考察了常用方法對(duì)初識(shí)模型的依賴程度、收斂的穩(wěn)定性、反演效果的優(yōu)劣等問(wèn)題，又考慮本區(qū)的地電特征，采用成都理工大學(xué)地球探測(cè)與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王緒本等自主開(kāi)發(fā)的MTsoft2D 2.4 大地電磁二維處理和解釋軟件進(jìn)行處理解釋，該軟件自帶曲線編輯、靜態(tài)校正、正演模擬、空間濾波、一維二維反演等模塊，人機(jī)交互程度高，是國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的大地電磁處理軟件。最終選擇以均勻半空間作為初識(shí)模型，進(jìn)行二維非線性共軛梯度反演的方法。通過(guò)對(duì)AMT 數(shù)據(jù)進(jìn)行反演得到了剖面的二維電性結(jié)構(gòu)，反演結(jié)果顯示二維反演在一定程度上壓制了地形影響和靜態(tài)效應(yīng)。

3 音頻大地電磁測(cè)深（AMT）應(yīng)用效果分析

圖3 給出了石青硐礦區(qū)AMT 二維非線性共軛梯度（NLCG）視電阻率反演解釋圖。從圖中可以看出，研究區(qū)電性具有橫向分塊、縱向有一定的成層性特征，地層縱向上整體呈現(xiàn)高-低-高電性特征。

圖3 石青硐礦區(qū)AMT 二維反演綜合解釋圖

本次工作發(fā)現(xiàn)低阻異常2 處：①剖面中部點(diǎn)號(hào)11200-11500 低阻異常，寬度約200m，埋深350-400m，視電阻率100-250Ω·m，強(qiáng)度相對(duì)低緩，似層狀、扁豆?fàn)睿瑠A于兩個(gè)高阻層中間，該異常體對(duì)應(yīng)于石青硐多金屬礦床。②礦區(qū)南部位于測(cè)點(diǎn)10500-10900 處的低阻異常，埋深約150m，較淺，寬度約300m，與石青硐礦體處于同一連續(xù)層位且電性特征很相似。同時(shí)地表可見(jiàn)到酸性火山巖出露，推斷異?？赡転槭囗系V點(diǎn)南部的一個(gè)隱伏礦體（點(diǎn)）。

深部發(fā)現(xiàn)2 處高阻異常，視電阻率大于1000Ω·m，其中橢圓狀高阻異常較完整，推測(cè)為隱伏酸性巖體反映。剖面北端測(cè)點(diǎn)11600-12400 反映的高阻異常不完整，埋深較深，性質(zhì)不明，需結(jié)合深部資料解譯。

4 結(jié)論

通過(guò)在石青硐礦區(qū)面開(kāi)展音頻大地電磁測(cè)深研究工作，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

①依據(jù)AMT 二維反演結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷了該剖面2km 以淺的地電斷面、巖體、含礦構(gòu)造的展布特征。

②結(jié)合成礦因素，將礦區(qū)內(nèi)的巖石電阻率分成巖體、變質(zhì)巖系地層、礦體三個(gè)層次進(jìn)行分析解釋。

③通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)AMT 資料分的析，在剖面的南端圈定了一處有找礦前景的異常。

④研究結(jié)果表明，AMT 法在該礦區(qū)應(yīng)用效果明顯，對(duì)于推斷礦體產(chǎn)狀、深部礦體的走向和尋找隱伏礦具有實(shí)際意義，為深部找礦勘查提供了可靠的方法依據(jù)。