瞬變電磁法在復雜構造背景下深部找礦中的應用

喻 春 ，趙維新 ，祝 杰

（1．成都理工大學地球物理學院，成都 610059；2．中國人民武裝警察部隊黃金第十二支隊，成都 611732）

該鉛鋅礦區位于云南省西南部，礦床與地層、構造關系密切。礦區外圍為松樹坪—富隆廠—魯多羅銅、鉛、鋅、汞、銻成礦帶。1984-2003年間，該礦區曾開展過多次地質普查工作，包括大功率激電工作。該區地表大部分為紫紅色泥巖、細砂巖，且地形起伏大，進行IP測量時，盡管其電流供至4A以上，AB極距大于2km，但因電流集中于地表淺部流動，無法穿透低阻地層激發礦體，故未有明顯的IP異常顯示。而瞬變電磁法采用不接地回線，觀測純二次場，具有探測深度大、分辨率高、發現異常能力強、裝置靈活多樣、穿透力強、工作效率高等優點[1]。

工作時就是利用瞬變電磁法的以上優點在原先不具備某些常規電法工作的地區開展瞬變電磁法面積性測量工作，以圈定800m深度礦化體的分布范圍并識別其形態特征，探討Zn、Pb礦化體與控礦構造的空間分布及關系，為后續工程提供依據，也為同類型的礦床地球物理勘探提供可借鑒的經驗。

圖1 時間域瞬變響應曲線

1 瞬變電磁技術原理

電磁（EM）法是以地殼中巖、礦石的導電性、導磁性和介電性為主要物性基礎，根據電磁感應原理，通過觀測和研究電磁場的空間和時間分布規律，來尋找地下有用礦產資源和解決地質、環境工程等問題的一組電法勘探方法[2]。

根據發射場性質的不同，可以分為時間域瞬變電磁法和頻率域瞬變電磁法，本應用的階躍瞬變電磁法屬于前者。它是利用接地導線或不接地回線通以脈沖電流作為場源，向地下發送一次脈沖磁場，以激勵探測目的物感生二次電流，在一次脈沖磁場間隙期間，利用線圈或者接地電極觀測二次場隨時間變化的響應。

圖1是均勻半空間條件下的瞬變響應曲線，整個瞬變過程可分為三個階段，早期（響應電壓不隨時間變化）、中間過渡期（響應形態隨時間變化）和晚期（雙對數坐標為一條直線）。整個瞬變響應過程是一個隨時間和地下電導率變化的復雜函數。

在晚期段，垂向上的瞬變電磁感應電壓可以表示為：

式中t為電流關斷后的延時時間（s），σ為電導率，μ為磁導率（4π×10-7H/m），M為發射磁矩（對正方形回線 M=I×L2），L為正方形發射線圈邊長（m），I為發射電流（A），Vz（t）為觀測到的垂向上的瞬變電磁感應電壓（V），Sr為接收線圈的有效面積（m2）。從（1）式可以看出，瞬變電磁觀測的感應電壓與σ32成正比，而直流電法觀測的電位差是與電阻率成正比的。所以，本質上，瞬變電磁發比電阻率（電導率）的變化更敏感，對有電性差異的目標體有更高的分辨能力[3]。這為下一步的物探工作提供了較好的理論前提。

2 礦區地層及電性特征

巖石電性參數表

礦區內出露地層由新至老：白堊系下統景星組下段(K1j1)，侏羅系上統壩注路組(J3b)、中統花開左組(J2h)。

礦區位于瀾滄江深斷裂與金沙江深斷裂間，蘭坪思茅中凹陷帶北段，滇西著名礦集區中。該區北起維西于打底，南至大板凳，東與玉龍雪山斷裂為界而與云嶺褶皺帶相鄰，西以瀾滄江深斷裂為界。近SN向、NE向、NW向為主要斷裂。其中，近SN向F1區域斷裂為成礦前期形成，屬導礦及容礦構造；NE向斷裂與礦化關系密切，斷裂帶上多見Pb、Zn、Cu、Ag等礦(化)體，在白秧坪礦段有F5、F6、F7、F8 等 4條，在吳底廠礦段有 F2、F3 兩條斷裂, 為區域斷裂之次級斷裂, 屬成礦構造及容礦構造。褶皺則以元寶山復式背斜最為重要。軸向南北。西翼傾角30°～50°；東翼25°～40°，被斷裂破壞不完整。核部出露J2h1紫紅色粉砂巖夾泥巖，翼部為J2h2雜色泥巖夾泥灰巖、介殼灰巖。

礦區由北至南分為李子坪、吳底廠、元寶山三個礦段，礦化體賦存于景星組下段泥質粉砂巖、硅化砂巖和侏羅系花開左組上段灰質細砂巖夾薄層泥灰巖中，在吳底廠有Pb、Zn礦出露。

在進行瞬變電磁勘探之前，該區已進行了地質鉆探，巖石電性參數采用小四極法測量（表）；表中可見，礦石與圍巖間的電性差異較大，為TEM方法開展工作提供了物性前提。

3 施工方法及數據解釋

3.1 工作方法與技術

施工中使用重慶奔騰數控技術研究所生產的 WTEM—2J瞬變電磁勘探系統，采用大定源回線裝置，發射線圈采用 300m×300m單匝發射。該儀器操作簡單方便，工作效率高，可實現最高 50A（p-p）大電流連續方波供電?？蓪Σ蓸勇蔬_1sμ的海量數據進行實施數字濾波、斷電時間影響校正及異常形態精細研究等，并能進行最高9 999次疊加，以減小隨即干擾。工作中采用12V可充電電池串聯，正負20A大電流連續方波供電，電流脈沖寬度為250ms，采樣率為1sμ。由于該礦區工業電流干擾較弱，所以每點疊加30次，由廠家提供的軟件進行數字濾波等預處理及反演、繪圖等。

圖2 17-18-19線視電阻率反演斷面圖

3.2 解釋推斷與驗證

圖2為17、18、19號測線視電阻率反演斷面圖。17線中部存在一低阻斷裂帶,向南傾斜，傾角較大，在2 500～2 700m間有一相對低阻異常區域，呈不規則透鏡狀分布，視電阻率在100Ω?m以下。為了驗證此異常，在17線750m處設計一鉆孔（ZK17），孔深700m。經鉆孔驗證，在2 750～2 650m間為一斷裂破碎帶，斷裂破碎帶上下盤局部巖石變質較強，石英砂巖細脈發育，脈寬1～5m，裂隙面可見鉛鋅礦層,局部含黃鐵礦, 鉛鋅礦可達15%～23%,呈浸染狀,局部呈團塊狀。鉆孔柱狀圖如圖3所示。

圖3 ZK17鉆孔柱狀圖

4 結論

根據視電阻率反演斷面圖可知，該次勘探工作充分證明了大定源回線瞬變電磁法裝置簡單，探測深度大，對隱伏斷裂破碎帶所形成的串珠低阻帶分辨力高的特點，該方法在云南某高海拔高起伏復雜構造地區的應用是切實有效的。

在地形起伏特別大，構造復雜地區,開展常規電法比較困難時,采用瞬變電磁法利用不接地回線發送大電流,選用大定源裝置工作效率高,探測深度大,地形影響因素小，地表高阻體對電磁波的發送和接收、測量影響也較小,對于尋找深部破碎蝕變巖型鉛鋅礦是一種較好的物探工作方法。

但中深部探測用瞬變電磁儀對淺部地層信息的敏感度不夠，淺部地層信息的提取信息量特別少，造成視電阻率值普遍偏低,不便與其它電測方法的同類參數進行直接對比，在實際應用中應特別注意。

[1] 李金銘. 地電場與電法勘探[M]. 北京：地質出版社，2005.

[2] 牛之璉. 時間域電磁法原理[M]. 長沙：中南工業大學出版社，1992.

[3] 祝杰，雷宛，吳有亮. 水上瞬變電磁勘探在西氣東輸工程中應用研究[J]. 工程地球物理學報，2010, 5: 561～565.