試論可控源音頻大地電磁法在深部找礦中的應(yīng)用

孟濤濤，朱小朋

社會(huì)各行業(yè)對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量逐年增長(zhǎng)，給企業(yè)的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，隨著礦產(chǎn)資源開采工作的快速推進(jìn)，淺部找礦工作已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前資源需求狀況，找礦的深度不斷拓展，工作中遇到的困境也在增大。傳統(tǒng)工作方法會(huì)對(duì)找礦工作的整體成效造成影響，不僅會(huì)限制工作效率的提升，給找礦人員造成巨大負(fù)擔(dān)，而且容易受到周圍環(huán)境因素的干擾?？煽卦匆纛l大地電磁法的融合應(yīng)用，符合深部找礦的工作特點(diǎn)，可以對(duì)斷裂構(gòu)造和地層關(guān)系、水文條件等實(shí)施全面分析，幫助工作人員在獲取礦區(qū)地質(zhì)信息的基礎(chǔ)上，制定切實(shí)可行的深部找礦方案，以滿足資源開發(fā)的要求。

1 可控源音頻大地電磁法概述

由于不同物體的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性具有一定差異，因此在電磁感應(yīng)原理下可以運(yùn)用電磁法獲取物體的基本信息，幫助工作人員以更加直觀的方式觀察電磁場(chǎng)變化狀況，獲取全面的地質(zhì)特征信息。大地電磁法出現(xiàn)在上世紀(jì)50年代，應(yīng)用該方法進(jìn)行探測(cè)時(shí)，能夠有效拓展寬度范圍，為工作人員分析地質(zhì)構(gòu)造狀況提供可靠保障。大地電磁法的應(yīng)用真正解決了傳統(tǒng)模式下成本過(guò)高和人工場(chǎng)源繁瑣性等問(wèn)題，可以提高工作的便捷性，分辨率也能夠得到有效改善。但是，該方法也存在一定的局限性，尤其是低頻較多會(huì)影響數(shù)據(jù)采集的效率。音頻大地電磁法就是在該方法的基礎(chǔ)上而誕生的新型探測(cè)方法，改善了其工作效率低下的問(wèn)題，但是也會(huì)受到外界因素的干擾?？煽卦匆纛l大地電磁法可以有效降低干擾源的影響，實(shí)現(xiàn)了上述兩種方法的有效融合，可以發(fā)揮AMT技術(shù)和MT 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，由于采用了人工場(chǎng)源，因此在探測(cè)工作中的可控性更強(qiáng)，頻率最高達(dá)到8192Hz，可以結(jié)合實(shí)際工作要求對(duì)場(chǎng)源實(shí)施調(diào)整，以達(dá)到最佳觀測(cè)效果。測(cè)站和場(chǎng)源是應(yīng)用可控源音頻大地電磁法時(shí)的主要野外裝置，在地面設(shè)置一單一偶極源，并且要確保偶極源長(zhǎng)度的合理性，避免對(duì)工作效率產(chǎn)生影響，控制在2000m ～3000m 左右。通過(guò)澆灌的方式可以改善土壤的濕潤(rùn)性，增強(qiáng)電耦合效果，電偶極子在平行電場(chǎng)和垂直磁場(chǎng)的測(cè)量中應(yīng)用較多，能夠獲取磁場(chǎng)當(dāng)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

2 可控源音頻大地電磁法在深部找礦中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

首先，應(yīng)用該方法可以有效提高工作效率。發(fā)射偶極子的應(yīng)用，可以完成扇形區(qū)域的測(cè)量任務(wù)，面積相對(duì)較大，因此可以確保測(cè)量點(diǎn)均為測(cè)深點(diǎn)。當(dāng)勘察現(xiàn)場(chǎng)遇到特殊情況時(shí)，不會(huì)對(duì)可控源音頻大地電磁法的應(yīng)用造成較大影響，通過(guò)確定接收機(jī)的不同點(diǎn)位，可以快速獲取相關(guān)區(qū)域內(nèi)的測(cè)量值。其次，應(yīng)用該方法能夠拓展勘測(cè)深度。地電構(gòu)造和噪聲等是影響可控源音頻大地電磁法的主要因素，同時(shí)也會(huì)受到設(shè)備儀器自身性能的影響，包括了靈敏性和功率等。發(fā)送偶極子對(duì)于勘測(cè)深度的影響不大，因此以現(xiàn)有技術(shù)而言，可以最高達(dá)到2000m ～3000m 的勘測(cè)深度。最后，應(yīng)用該方法可以提高分辨能力。收發(fā)距不會(huì)對(duì)水平方向分辨能力產(chǎn)生影響，因此隨著收發(fā)距的增大也可以獲取良好的數(shù)據(jù)，降低結(jié)果誤差。

3 可控源音頻大地電磁法在深部找礦中的應(yīng)用措施

3.1 工作方法

在采用可控源音頻大地電磁法時(shí)，為了獲取更加可靠的勘測(cè)數(shù)據(jù)，還應(yīng)該引入對(duì)稱四級(jí)測(cè)深裝置。采用赤道偶極裝置開展布極工作，這是應(yīng)用可控源音頻大地電磁法的關(guān)鍵，針對(duì)電場(chǎng)分量的電極MN 水平實(shí)施全面測(cè)量，與供電極保持平行。合理設(shè)置收發(fā)距離是改善測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，一般在5km ～7km 左右。采用對(duì)稱四極測(cè)深裝置時(shí)可以發(fā)揮激發(fā)極化法的作用，可以對(duì)電極中點(diǎn)實(shí)施可靠性測(cè)量，隨著極距的增大，獲取相應(yīng)的視充電阻率和視電阻率值，幫助工作人員對(duì)不同深度下的地質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)估。尤其是在深部找礦工作當(dāng)中，應(yīng)該保障極距的合理性，以最大限度獲取斷面狀況。合理確定測(cè)深點(diǎn)的數(shù)量，以針對(duì)礦產(chǎn)資源的具體分布特點(diǎn)實(shí)施評(píng)估。

3.2 儀器設(shè)備及其試驗(yàn)

GDP-32 Ⅱ型多功能電法儀在可控源音頻大地電磁法深部找礦中的應(yīng)用較多，不僅能夠有效拓展找礦的范圍，而且能夠降低外界因素的干擾，最大限度保障勘察結(jié)果的可靠性，而且適用性較強(qiáng)，能夠在多種環(huán)境下實(shí)施勘探。此外，該設(shè)備相較于其他設(shè)備而言更具靈敏性，可以保障良好的發(fā)射電流，在電磁法測(cè)量和電法測(cè)量中的應(yīng)用十分廣泛，可以滿足瞬變電磁法、時(shí)間域激電法、可控源音頻大地電磁法、頻率域激電法、大地電磁測(cè)深法等相關(guān)技術(shù)方法的使用要求。該設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)頻率在0.01kHz ～8kHz 之間，動(dòng)態(tài)范圍和通道數(shù)分別為120dB 和8 道，自電補(bǔ)償和最小檢測(cè)信號(hào)分別為±2.5V 和0.05μV，可以在-40℃～45℃的環(huán)境下工作，具有良好的適用性。穩(wěn)流發(fā)射機(jī)的功率較大，額定輸出功率在30KW，電流穩(wěn)定性較好。此外，在采用可控源音頻大地電磁法時(shí)還會(huì)用到磁探頭、不極化電極、發(fā)射機(jī)、變頻發(fā)電機(jī)和手持GPS 定位儀等等。

為了充分發(fā)揮可控源音頻大地電磁法的優(yōu)勢(shì)及作用，應(yīng)該針對(duì)各類設(shè)備和儀器的性能開展試驗(yàn)。選擇具體的試驗(yàn)位置，確保能夠獲取可靠的收發(fā)距變化狀況，同時(shí)降低地形的起伏，防止受到地電因素的影響，避免野外數(shù)據(jù)的失真。試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括了收發(fā)距、發(fā)射源和最低頻點(diǎn)、電流等等，選擇合適的試驗(yàn)點(diǎn)，其中收發(fā)距分別為6km、7km 和9km，電流分別為8A、12A和16A。儀器的穩(wěn)定性是決定最終測(cè)量效果的關(guān)鍵，因此應(yīng)該以RPIP 模塊系統(tǒng)為依托實(shí)施檢測(cè)，頻率控制在0.125Hz ～8192Hz之間，分析是否存在異常數(shù)據(jù)。當(dāng)收發(fā)距分別為6km 和7km 時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度較高，而隨著收發(fā)距的增大，信號(hào)強(qiáng)度則會(huì)受到影響，難以獲取可靠的數(shù)據(jù)信息。為此，可以將收發(fā)距控制在6.5km 左右。發(fā)射源在試驗(yàn)中選擇三個(gè)，包括了1.0km、1.2km 和1.5km，對(duì)電壓值進(jìn)行分析。當(dāng)距離值為1.0km 時(shí)，各個(gè)點(diǎn)的電壓平均值分別為0.4268V、0.3045V、0.6174V；而當(dāng)距離為1.2km 時(shí)，各個(gè)點(diǎn)的電壓平均值分別為0.5342V、0.6202V、0.6988V；而當(dāng)距離為1.5km 時(shí)，各個(gè)點(diǎn)的電壓平均值分別為0.719V、0.2028V、0.8451V。雖然不同的距離都可以滿足實(shí)際需求，但是在1.2km的情況下可以獲得更好的信噪比狀況，因此可以確定發(fā)射源距離為1.2km。

3.3 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集工作主要包括了儀器校準(zhǔn)、系統(tǒng)檢查、采集初參設(shè)定、分頻段數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)輸出等環(huán)節(jié)。赤道偶極普查式標(biāo)量裝置的測(cè)量效果較好，但是在實(shí)際工作中容易受到人為電磁干擾的影響，會(huì)導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)難以反映區(qū)域內(nèi)的礦產(chǎn)資源狀況，因此要實(shí)施疊加處理，在讀數(shù)時(shí)剔除其中的異常數(shù)據(jù)。為了確保獲取的數(shù)據(jù)達(dá)到工作標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該及時(shí)開展數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)工作。對(duì)電偶極的極差進(jìn)行分析，一般不超過(guò)2mV。為了確保電流值符合可控源音頻大地電磁法的應(yīng)用要求，提高信號(hào)的傳輸質(zhì)量，應(yīng)該確保鹽水澆灌的充足性，改善測(cè)量電極和供電電極的應(yīng)用條件。為了降低外界因素對(duì)信號(hào)傳輸和接收的影響，因此嚴(yán)格檢查磁探頭的埋設(shè)情況。做好各類儀器的同步處理工作，防止數(shù)據(jù)穩(wěn)定性及可靠性受到影響。工作人員應(yīng)該注重關(guān)注各類突變點(diǎn)、可疑點(diǎn)和異常點(diǎn)等，通過(guò)二次觀測(cè)的方式獲取更可靠的數(shù)據(jù)。在實(shí)踐工作中，可控源音頻大地電磁法原理檢測(cè)點(diǎn)在8%左右，誤差控制在4.38%以內(nèi)。視充電率和視電阻率平均均方相對(duì)誤差分別在4.86%和4.92%左右，能夠達(dá)到測(cè)量工作要求。

3.4 數(shù)據(jù)處理

在完成數(shù)據(jù)的采集工作后應(yīng)該及時(shí)開展數(shù)據(jù)處理工作，主要分為預(yù)處理和反演處理兩項(xiàng)主要內(nèi)容。在數(shù)據(jù)采集中可能存在異常數(shù)據(jù)，對(duì)于偏差較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除處理，防止對(duì)最終的勘測(cè)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。原始數(shù)據(jù)的反演處理主要分為一級(jí)和二級(jí)處理，需要發(fā)揮GDP-32 Ⅱ型多功能電法儀的作用，了解SCS2D 反演處理軟件的性能特點(diǎn)，以提高反演處理工作質(zhì)量。為了提高圖件繪制的工作效率，保障圖件分辨率達(dá)到使用要求，還應(yīng)該運(yùn)用Excel 軟件等。處理近場(chǎng)數(shù)據(jù)是該環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容之一，隨著勘探深度的拓展，對(duì)于信噪比的要求也更高，因此在應(yīng)用可控源音頻大地電磁法時(shí)需要保障電流的充足性，滿足發(fā)射端和接收端的工作需求。低頻段處于近場(chǎng)區(qū)域當(dāng)中時(shí)，畸變狀況會(huì)對(duì)視電阻率產(chǎn)生影響，呈現(xiàn)出45°上升的特點(diǎn)。如果沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行有效處理就實(shí)施反演計(jì)算，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理結(jié)果的精確性受到影響，而且也會(huì)加大工作人員的負(fù)擔(dān)。因此，為了獲得良好的測(cè)量結(jié)果，需要引入測(cè)量頻率參數(shù)，為后期反演計(jì)算奠定良好的保障。通過(guò)觀察頻率-卡尼亞電阻率曲線圖，可以看到在頻率處于128Hz 左右時(shí)，曲線會(huì)發(fā)生明顯的改變，尤其是在不超過(guò)128Hz 時(shí)呈現(xiàn)出45°上升的情況，可以根據(jù)上述現(xiàn)象確定近場(chǎng)數(shù)據(jù)。為了提高工作效率與質(zhì)量，因此應(yīng)該選擇128Hz ～8192Hz 頻率段，可以為數(shù)據(jù)篩選奠定基礎(chǔ)。地形校正也是數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容，視電阻率會(huì)受到地形因素的影響，這也是引發(fā)畸變的主要因素，通過(guò)校正的方式可以為后續(xù)反演計(jì)算提供可靠的信息。*.stn 文件的應(yīng)用，可以提高二維反演有限元網(wǎng)格剖分的效果，對(duì)于地形因素的控制左右十分顯著。除此之外，還應(yīng)該實(shí)施靜態(tài)校正，以降低靜態(tài)效應(yīng)的影響，防止電荷累積而影響最終的測(cè)量效果，降低反演模型的誤差，使解釋結(jié)果更具可靠性。自適應(yīng)移動(dòng)平均濾波器、修剪式移動(dòng)平均濾波器和固定長(zhǎng)度移動(dòng)平均過(guò)濾器等，在靜態(tài)校正中的應(yīng)用較多，其中修剪式移動(dòng)平均濾波器的效果更好，可以與Astatic 軟件融合應(yīng)用，修正存在較大差異的數(shù)據(jù)。當(dāng)出現(xiàn)靜態(tài)效應(yīng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致視電阻率等值線密集區(qū)出現(xiàn)在斷面圖當(dāng)中，無(wú)法幫助工作人員分析礦區(qū)中的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，解釋結(jié)果的偏差增大。通過(guò)校正處理，可以改善等值線的光滑性和連續(xù)性，最終獲得的斷面圖質(zhì)量更高。

在某次測(cè)量工作中，收發(fā)距離為7km，頻率范圍和電流大小分別為64Hz ～8192Hz、6A。電阻率呈現(xiàn)出相位滯后的現(xiàn)象，影響異常體的分析。采取數(shù)據(jù)校正處理得到反演卡尼亞電阻率斷面圖，可以更加準(zhǔn)確地評(píng)估埋深狀況，相較于靜態(tài)校正前獲得數(shù)據(jù)而言更具可靠性?？咨钤?76m 左右，第四系殘積層深度、石英閃長(zhǎng)玢巖的深度分別為13.5m 和13.5m ～105.6m，對(duì)比已有的鉆孔資料，可以對(duì)測(cè)量結(jié)果實(shí)施驗(yàn)證，運(yùn)用可控源音頻大地電磁法能夠獲得可靠的斷面圖，幫助工作人員分析電性結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確性特點(diǎn)。

3.5 資料解釋依據(jù)

可控源音頻大地電磁法具有較強(qiáng)的可控性特點(diǎn)，能夠充分發(fā)揮人工源的優(yōu)勢(shì)，在觀測(cè)時(shí)依據(jù)正交電磁場(chǎng)分量，礦石的電磁特性會(huì)對(duì)最終的輸出結(jié)果產(chǎn)生直接影響，該方法能夠提高數(shù)據(jù)處理效率，而且視電阻率更具可視化特征，便于工作人員的直觀分析和評(píng)估。勘察地質(zhì)體電性特征，可以獲取縱向地電斷面相關(guān)資料。地質(zhì)應(yīng)力會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生不同程度的影響，出現(xiàn)斷裂情況時(shí)會(huì)出現(xiàn)較多的地下水，因此電性特征也會(huì)出現(xiàn)改變，通過(guò)分析電磁特性則能夠分析地質(zhì)狀況的變化特點(diǎn)。工作人員在分析破碎帶空間分布特點(diǎn)和斷裂構(gòu)造帶等信息時(shí)，依據(jù)視電阻率斷面圖可以快速獲取相關(guān)信息，滿足勘察工作的實(shí)際要求，為深部找礦工作創(chuàng)造了良好的條件?？煽卦匆纛l大地電磁法的敏感性較強(qiáng)，地質(zhì)體電磁差異可以被快速獲取，在應(yīng)用該方法時(shí)，需要確保在礦區(qū)中的地球物理特性符合勘察工作的特點(diǎn)。地質(zhì)應(yīng)力會(huì)對(duì)巖層產(chǎn)生不同程度的影響，容易出現(xiàn)破壞和錯(cuò)斷的情況，這是導(dǎo)致斷裂構(gòu)造的主要因素，因此地質(zhì)體不再具備連續(xù)性，存在較多的泥質(zhì)、碎石等等，電阻率也會(huì)發(fā)生改變。應(yīng)用可控源音頻大地電磁法可以分析電磁場(chǎng)的連續(xù)性特征，明確電位場(chǎng)的分布特點(diǎn)，找到低阻異常情況，而且含水量會(huì)對(duì)最終的勘察結(jié)果產(chǎn)生影響。運(yùn)用視電阻等值線剖面圖可以實(shí)現(xiàn)可視化分析和判斷，找到存在形變、錯(cuò)動(dòng)和扭曲的位置，以此為依據(jù)確定斷裂構(gòu)造情況。在地質(zhì)解釋工作當(dāng)中，應(yīng)該考慮到溫度、富水狀況的影響，防止電阻率出現(xiàn)較大的偏差。

3.6 異常體推斷解釋

在某次勘察工作中應(yīng)用可控源音頻大地電磁法，分析反演卡尼亞電阻率斷面圖，能夠找到出現(xiàn)嚴(yán)重畸變的位置，具有同步扭曲的特點(diǎn)，這是逆斷層所導(dǎo)致。在部分區(qū)域的視電阻率呈現(xiàn)出混亂性的狀況，而且曲線十分密集，主要是高阻巖體所導(dǎo)致。視電阻率在1500Ω·m 以內(nèi)，通過(guò)分析礦石電性可以找到目標(biāo)層，了解礦體的賦存狀況。運(yùn)用激電測(cè)深技術(shù)實(shí)施研究，在某點(diǎn)附近出現(xiàn)等值線扭曲的情況，而且對(duì)照可控源音頻大地電磁法中的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者一致。在部分區(qū)域當(dāng)中，視充電率相對(duì)較高，而視電阻率相對(duì)較低，主要是由于礦化所導(dǎo)致，可以根據(jù)這一特征為深部找礦提供依據(jù)。

而在某次勘察工作當(dāng)中，運(yùn)用可控源音頻大地電磁法可以在高頻位置獲取第1 電性層的高阻異常狀況，呈現(xiàn)出不連續(xù)“串珠”的情況，真實(shí)地層和淺部高阻電性層的對(duì)應(yīng)關(guān)系不明確，因此確定為假層，應(yīng)該劃歸第2 電性層。千枚巖在可控源音頻大地電磁法應(yīng)用中的露出數(shù)量較多，下層高阻存在較多碳酸鹽類物質(zhì)，鉛鋅礦體處于第2 層低阻電性層，因此在采用可控源音頻大地電磁法時(shí)，無(wú)法根據(jù)鉛鋅礦體的視電阻率狀況進(jìn)行判斷。

4 結(jié)語(yǔ)

在深部找礦工作中，可控源音頻大地電磁法的應(yīng)用逐漸增多，可以有效提高找礦工作效率，而且拓展了勘探的深度，垂直及水平分辯能力更強(qiáng)，受外界因素的影響較小，可以最大限度保障勘探結(jié)果的可靠性。在應(yīng)用可控源音頻大地電磁法時(shí)，應(yīng)該掌握具體的工作方法，明確儀器設(shè)備類型及特點(diǎn)，做好試驗(yàn)工作，確保其良好的工作性能。同時(shí)，控制數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的要點(diǎn)，獲取資料解釋依據(jù)，做好異常體推斷解釋工作，為后期礦產(chǎn)資源開采工作創(chuàng)造良好條件。