EH-4大地電磁測深法在某銅礦普查中的應用

安 巖 鄒 建 謝志勇

（1.核工業西藏地質調查院，四川 成都 610000；2.四川省核工業地質調查院，四川 成都 610000）

0 前言

銅是國家建設不可或缺的戰略資源，隨著國民經濟建設的加快，對銅的需求也日益增大。目前銅礦資源的已知儲量越來越少，這就需要我們對銅礦資源的進一步勘探。

地球物理勘探史地球物理學應用于探測地下地質構造和尋找有用礦產方面的一個分支，是綜合性地質調查的重要組成部分，其通過對地球物理場和巖（礦）石物理性質的研究來解決地址問題。大地電磁測深是天然交變電磁場為場源，研究地下電性結構的地球物理勘探方法。在眾多地球物理勘探方法中，由于它成本低廉，操作輕便，尤其是不受高阻層屏蔽，勘探深度較大，而得到了廣泛的應用。

1 EH-4大地電磁測深的基本原理

20世紀90年代由美國EMI公司和Geometrics公司聯合推出的新一代電磁儀——EH4型StrataGem電磁系統，能觀測到離地表幾米至1000米內的地質斷面的電性變化信息，基于對斷面電性信息的分析研究，可以應用于地下水研究、環境監測、礦產與地熱勘察，以及工程地質調查等。該儀器設計精巧、堅實，特別適合地面二位連續張量式電導率測量，在技術上率先突破傳統單點測量壁壘，走向電磁測量擬地震化、聯合二位連續觀測和資料解釋。可以用于單點和連續剖面測量，完成各測點測量后，可獲得電場功率譜、視電阻率、相位、相關度、一維反演等資料。其方法原理與傳統的MT法一樣，它是利用宇宙中的太陽風、雷電等入射到地球上的天然電磁場信號作為激發場源，又稱一次場，該一次場是平面電磁波，垂直入射到大地介質中，由電磁場理論可知，大地介質中將會產生感應電磁場，此感應電磁場與一次場是同頻率的，引入波阻抗Z。在均勻大地和水平層狀大地情況下，波阻抗是電場E和磁場H的水平分量的比值。

式中，f是頻率，單位是 Hz；ρ是電阻率（ρxy、ρyx分別為 x 方向和 y方向的視電阻率）；E 是電場強度（mV/km）；H 是磁場強度（nT）；φH是電場相位；φE是磁場相位，單位是mrad。必須提出的是，此時的E與H，應理解為一次場和感應場的空間張量疊加后的綜合場，簡稱總場。在電磁理論中，把電磁場（E、H）在大地中傳播時，其振幅衰減到初始值1/e時的深度，定義為穿透深度或趨膚深度（δ）。

由（4）式可知，趨膚深度（δ）將隨電阻率（ρ）和頻率（f）變化，測量是在和地下研究深度相對應的頻帶上進行的。一般來說，頻率較高的數據反映淺部的電性特征，頻率較低的數據反映較深的地層特征。因此，在一個寬頻帶上觀測電場和磁場信息，并由此計算出視電阻率和相位。可確定出大地的地電特征和地下構造，這就是EH-4觀測系統的簡單的方法原理。

一般情況下，大地是非均勻的，波阻抗是空間坐標的函數，此時必須用張量阻抗來描述。此外，大地電性分布的不均勻性，會引起電場的梯度變化，由此又產生磁場的垂直分量。進一步的討論將會涉及較深的電磁場理論和張量分析等內容，其知識已超出本課題的研究內容。在解決一般性的工程地質調查中，作標量或張量觀測即可。

StrataGem電磁系統野外工作有兩種工作方式：一種是單點測深，另一種是連續剖面測深，選用何種方式由研究任務確定。該系統通常采用天然場源，只有在天然場信號很弱或者根本沒有信號的頻點上，才使用人工場源，用以改進數據質量，提高數據信噪比。StrataGem電磁系統可以在0.1Hz至100kHz的寬頻范圍內采集數據，為確保數據質量與工作實效，上述頻帶又分成三個頻組：

一頻組：10Hz－1kHz

二頻組：500Hz－3kHz

三頻組：750Hz－92kHz

具體觀測中使用哪幾個頻率組，可視情況靈活掌握。在野外能實時獲得的 Hy、Ex、Hx、Ey 振幅，φHy、φEx、φHx、φEy 相位， 一維反演和二維電阻率成象結果。在室內數據處理后，可獲得二維正、反演結果等。

2 資料處理與解釋

2.1 資料處理

采用IMAGEM和“HMT(EH4)數據處理系統”系列軟件對資料進行預處理。在處理過程中，首先對野外數據進行剔非值、去噪等處理，然后進行一維及二維反演成像。

2.2 資料分析

2.2.1 電測深曲線

通過對整個工區單點曲線分析，可將曲線大致分為三類。

第一類為AH型：曲線高頻段ρs值較低，呈鋸齒狀跳躍上升，為淺部風化地層的電性反映；中頻段多呈平直或下凹狀，為極破碎、極軟弱或富水巖體、富低阻巖體的電性反映；低頻段平緩上升，為較破碎、軟弱巖體或較完整基巖的電性反映。

第二類為KH型：曲線高頻段的K型曲線上升及下降均較緩，說明巖體較完整，中頻段的H型曲線下凹幅度較大，為極破碎、極軟弱或富水巖體的電性反映，低頻段呈平緩上升，為破碎、軟弱巖體或較完整基巖的電性反映。

第三類為AA型：高頻段ρs值較低，低頻段ρs值較高，整支曲線表現為逐步上升，說明表層巖體風化破碎，中深部較為完整。

2.2.2 電阻率斷面圖

根據地質資料，整個工區巖性較單一，多為粉砂巖、泥質板巖、大理巖、矽卡巖等，整體來看，表層電阻率較低，對應巖體風化強烈，巖體破碎；中深部電阻率一般以中高阻為背景，其間間雜有低阻體，推測該類中低阻異常區位為巖性接觸帶，巖體節理裂隙發育，巖體破碎、可能局部含水或是存在產狀比較陡立的礦化脈。這些低阻體形態較復雜，部分為低阻下凹，也有形成低阻閉合圈，由于工區內局部可能含有銅鉬礦化，也不排除為銅鉬礦脈反映的可能。

2.2.3 解釋原則

根據電阻率等值線斷面圖中背景值的大小、低阻異常的形態、等值線的梯度變化、低阻異常值及其與背景值的差異等，并結合地層巖性資料，對巖體風化界面﹑地下水水位面及巖體的破碎、軟弱、含水情況進行判釋。解釋原則如下：

（1）根據電阻率值的大小、電阻率等值線變化梯度等物性特征，結合電阻率等值線形態和圍巖等級劃分方式，將低～中阻異常區（視電阻率250到750）劃為M1異常區，但并不是所有視電阻率在250到750范圍內的地段都被判定為異常區，這個依據地表一定深度內存在風化含水層并結合一定的經驗來推斷。

（2）根據表層電阻率凌亂﹑高低阻混雜的特征，并沿部分高阻基底面，劃分出地表風化巖層及基巖分界面。

3 EH-4大地電磁測深應用實例

3.1 工區概況

該調查區位于岡底斯-念青唐古拉板片之次級構造單元：念青唐古拉中生代島鏈和雅魯藏布江弧-陸碰撞結合帶間的岡底斯陸緣火山-巖漿弧內。屬岡底斯陸緣火山-巖漿弧銅金多金屬成礦帶之沖江-甲瑪 Cu、Mo、Au、Ag、Pb、Zn 與克魯-弄如日 Cu、Au 成礦遠景區。

調查區位于磁異常的高值區、強烈變化區，位于北西向與北東向兩條異常帶的交匯部位，調查區南側出現一高值點。

圖1 某地區1號測線視電阻率等值線斷面圖

圖2 某地區2號測線視電阻率等值線斷面圖

圖3 某地區推斷成果圖

本測區視電阻率值普遍偏高，ρs在1050—9638Ω·M之間。西邊中部有一團塊狀的特高阻體，ρs在4000—9638Ω·M之間。東邊有一南北走向的高阻體，ρs在4000—6853Ω·M之間，東部沒有封閉。兩高阻體邊緣與低阻接觸帶為兩巖性接觸界線。

3.2 成果與分析

（1）某地區視電阻率等值線斷面圖解釋成果（見圖1、圖2）

上述兩圖中M1代表推斷異常帶編號，大紅色線代表推斷異常帶范圍，藍色線代表推斷地表強風化及弱風化層，紫紅色線代表推斷基巖地層。從以上2條音頻大地電磁測深視電阻率等值線斷面圖可見，1號測線，在30號測點至50號測點之間，地表以下存在一個明顯的近似垂直的異常區M1，異常帶向下延伸至基巖巖層，延深大概為160米，異常區范圍內最低視電阻率值與圍巖視電阻率值相差一倍以上，表現出較好的電性差異。2號測線，在30號測點至55號測點之間，地表以下同樣存在一個明顯的近似垂直的異常區M1，異常帶向下延伸不大，延深不足100米，但是從M1異常區的形態分析，在KK02測線下方表現出繼續向下延伸的趨勢。

（2）某地區總體推斷解釋成果（見圖3）從圖3可以看出，本次大地電磁測深推斷異常M1，與之前的磁法異常部分（綠色等值線）交叉，從已有的鉆孔資料分析，測區內褐鐵礦和磁黃鐵礦與銅鉬礦化一定程度伴生。

結合地質資料來看，M1大部分分布于兩種巖性的分界帶上，并且整個M1異常帶位于兩條斷裂帶之間，屬于成礦較有利地段。推斷M1異常是由巖性接觸帶或黃鐵礦（化）、銅鉬礦（化）引起，需要進一步用鉆探手段驗證。

4 結論

（1）EH-4所測得的斷面等值線圖能夠清晰的反映底層分界面。

（2）EH-4的勘測深度大，能夠滿足銅礦的勘測需求，且工作效率高、解釋軟件較為成熟。

（3）由于受到地球物理學方法所固有的多解性困擾，在應用大地電磁法進行銅礦勘察時需要同地質緊密結合起來才能達到較好的勘探效果。

［1］梁永東，劉艷華，等.EH-4電磁測深法在鈾礦區斷裂構造勘查中的應用[J].鈾礦地質，2010，5，26（3）.

［2］翁愛華，劉國興.西方大地電磁測深法理論發展現狀[J].世界地質，1998，3，17（1）.

［3］周軍，王成龍，曾珍.音頻大地電磁測深在攀西銅礦勘探中的應用[J].內蒙古石油化工，2008（1）.

［4］朱光喜.音頻大地電磁在鐵路隧道工程勘察中的應用[J].工程地球物理學報，2009，7，6（3）.

［5］趙國澤，陳小斌，馬霄.中國地球地磁法新進展和發展趨勢[J].地球物理學進展，2007.8.

［6］高利華.大地電磁測深在北天山前緣油氣勘探中應用[J].石油物探，2006.