可控源音頻大地電磁法在南岳衡山礦山勘查中的應用

何志勇

（貴州省地質礦產勘查開發局114地質大隊，貴州 遵義 563000）

傳統的大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)場源信號微弱、易受周邊環境影響，難以有效的對礦山資源進行勘查。可控源音頻大地電磁法(CSAMT)是一種通過測量卡尼亞電阻率和相位的電磁探測技術，具有探測深度大、抗干擾性強等優勢。本文以湖南省南岳傳奇小鎮礦山資源勘查為例，論述該方法在礦山地質勘查中的應用。

1 方法原理

CSAMT法是一種通過使用人工控制場源以獲得更佳探測效果的電磁測深法。該方法通過改變發射源的發射頻率進行測深，通過測量相互正交的電場和磁場分量計算卡尼亞視電阻率。

CSAMT法所使用的人工場源分為磁性源和電性源。其中磁性源是在不接地回線或線框中，供以音頻（n×10-1～n×10-3Hz)電流，產生相應頻率的電磁場。電性源是在有限長(1km～3km)的接地導線中供以音頻電流，產生相應頻率的電磁場，通常稱為電偶極。電性源的收發距離可達十幾公里，探測深度大。

CSAMT法常采用電偶源，旁側觀測裝置。一般要求場源和測深點之間的距離要達到3～5倍的趨膚深度，（，其中δ為趨膚深度、ρ為探區內預期的平均電阻率，f為工作頻率)。在平行于場源中垂線兩邊張角各30°的扇形區域內逐點觀測電場分量EX和與之正交的水平磁場分HY振幅和相位，進而計算卡尼亞視電阻率和阻抗相位。

2 野外測量

2.1 測量方法及測線布置

主要儀器為V8多功能電法工作站，采用裝置為TM標量測量模式。測量前依測線方向面共設2個發射電偶極子。其中A1B1(2—2線、4—4線)布設于測區東南面約13.5km范圍內。電偶極子方向與測線方向相同（44°）；A2B2(6—6線用)布設于測區東北面約15.0km范圍內，電偶極子方向與測線方向相同（122°）。測量參數如下：收發距r=13.4、13.8、15.1km；發射偶極距A1B1=1240m、A2B2=1300m；接收偶極距MN=50m；測點距=25m；最低工作頻率1Hz；最高工作頻率9600Hz；發射電流為5A～16A。

2.2 數據處理

采用CMT PRO數據預處理軟件讀入野外采集數據，生成視電阻率、阻抗相位。根據預處理數據得出背景模型斷面，選定適宜的反演擬合參數進行多次疊代，最終得出不同深度的擬電阻率斷面模型。

3 地質概況

3.1 地形、地貌

勘查區域地勢平緩，西北高、東南低，平均海拔為100m，崗丘間地段多因切割沖刷而形成小溪谷。衡山東南坡溪流發育良好，地表徑流穩定，多為丘陵地貌。

3.2 礦層巖性

勘查區域附近出露礦層主要為第四系（Q）和衡山花崗巖體（νξγ52-a）。其中花崗巖體周邊出露有白堊系上統戴家坪組（K2d）、青白口系冷家溪組二段（Pt1n2）。通過分析周邊現有地層分布，推斷衡山花崗巖體侵入礦層為侏羅系至青白口系之間。

3.3 地質構造

此次勘查區域處于北東向衡陽至株洲斷裂帶內。花崗巖體在形成及后期受構造過程中，礦層應力發生變化，產生斷層、節理裂隙等構造。結合區域調查資料和勘查結果，區域內外北西—南東走向發育有節理裂隙和斷層，東北側山麓等地段均見礦山斷層痕跡。

圖1 卡尼亞電阻率等值線斷面圖

圖2 一維反演擬電阻率斷面圖

4 結果分析

4.1 異常劃分原則

根據電性特征及實測數據和反演結果，將反演擬電阻率斷面圖劃分為低阻區和高阻區。測量結果分析如下。

（1）卡尼亞電阻率。由圖1可知，測區三條測線均布設在花崗巖體上，未跨過電阻率存在明顯變化的高低阻地層，礦層及礦層電阻率穩定，電阻率在破碎花崗巖段有所降低。卡尼亞電阻率等值線斷面圖沿剖面方向變化較小。3條測線在進入近區（約128Hz）前均呈高、低相間條帶狀分布，無明顯分段特征。

（2）一維反演。由圖2可知，本測區北東向2—2線、4-4線于垂直方向上呈高—低—高三層電性層，南東向6—6線垂向上分層特征不明顯，由淺至深電阻率逐漸增加。三條測線沿剖面方向存在陡傾斜的脈狀低阻異常。

（3）二維反演。因近地表花崗巖體電阻率和實測卡尼亞電阻率較高，使得截止頻率為1Hz的二維反演結果影響了淺部電阻率變化。因此另選取了近區前截止頻率為256Hz的二維反演結果作為對比。256Hz的二維反演電阻率結果有所偏低，但淺部異常得到突出。垂向上，三條剖面在標高-400m～-800m范圍內均存在近水平層狀低阻異常；剖面方向上各脈狀低阻異常明顯。分析過程中以256Hz二維反演結果為準，對比一維反演結果、1Hz二維反演結果，綜合確定異常位置。

4.2 綜合分析

（1）節理裂隙發育方向。物探區內斷裂隙構造（衡陽—株洲大斷裂）走向沿南西—北東向發育。花崗巖質硬性脆，應力作用下節理裂隙發育存在與主構造走向方向相交的一組。物探依據3條測線脈狀低阻異常分布，推測出3條主要節理裂隙帶（J1、J2、J3）,方向為北西—南東向，傾角較陡。其中4—4線41號點北約60m取水鉆孔（ZK1）驗證了J2節理裂隙帶。

（2）反演異常特征及推斷。含水節理裂隙帶和斷層破碎帶均反映為脈狀低阻異常。2—2線57號點、4—4線65號點的脈狀低阻異常較明顯。

5 結語

（1）比對兩次反演結果可以推定：第一次觀測原始數據（卡尼亞電阻率）與本次相近，兩次觀測數據質量均可靠，在異常形態上存在一定差異。第一次反演結果與本次一維反演結果相類似（低阻異常的位置、形態大致相同）。

（2）推測地層結構為：上部花崗巖厚度在500m左右，下部標高-400m～-800m間低阻層為青白口系中某一電阻率較低變質巖，平均厚度為400m，其下仍為電阻率較高的青白口系變質巖。工作區內花崗巖在巖珠外圍呈巖脈侵入到青白口系變質巖中。

（3）本次物探顯示3條裂隙（J1、J2、J3）發育標高多在-400m以上；斷層（F1）規模相對最大、發育深度最深。推測可能穿過標高-400m～-800m間的低阻層，傾向北東，傾角約81°。