AMT法在礦山勘查中的應(yīng)用

王 蔚

（江西省地質(zhì)局二六六大隊(duì)，江西 南昌 330038）

近年來，運(yùn)用地球物理方法探查礦產(chǎn)的方式多種多樣，而AMT具有勘探深度大、輕便高效等特點(diǎn)，可用于研究大尺度、埋深較大的地質(zhì)單元的電磁感應(yīng)，在深部地質(zhì)構(gòu)造探測、石油和地質(zhì)找礦等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；該方法金屬礦找礦方面也取得顯著成果，為了提高效率，減少投資風(fēng)險，礦產(chǎn)開發(fā)前有必要進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，而地球物理勘探是進(jìn)行礦產(chǎn)調(diào)查的重要手段之一[1-9]。

本文采用AMT法在西藏某地區(qū)開展礦山可行性勘查研究，使用二維大地電磁處理與反演解釋及成像軟件系統(tǒng)（MTSoft2D 2.0）對野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，確定了該工區(qū)的含礦構(gòu)造分布情況，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 AMT法基本原理

AMT法是以天然交變的平面電磁波為場源，在地表接收與地下介質(zhì)電性有關(guān)的正交電場、磁場分量，應(yīng)用傅立葉變換將時間序列信號轉(zhuǎn)換為頻率域信號，通過阻抗張量計算得到不同頻率的視電阻率、阻抗相位等參數(shù)。因場源頻帶范圍很寬，依據(jù)電磁場的趨膚效應(yīng)：高頻電磁場穿透淺，低頻電磁場穿透深，可知，通過研究大地對不同頻率電磁場的頻率響應(yīng)，即可達(dá)到測深的目的，進(jìn)而解決地下地質(zhì)構(gòu)造等問題。

AMT法在測量過程中可以得到Ex、Hy、Hx、Ey。通過測量相互正交的電場和磁場分量，可以確定介質(zhì)的卡尼亞電阻率值。其計算公式為：

式中：ρ為大地的卡尼亞電阻率，單位為Ω·m，f為頻率，單位為Hz。由卡尼亞電阻率和頻率得到探測深度：

上式中H為探測深度。假定大地背景電阻為100歐姆，如果采集有效信號最低頻率為10Hz，則有效探測深度≈1120m。

2 工作技術(shù)方法

本次野外工作，數(shù)據(jù)采集使用的主要儀器為加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀及2臺RXU-3ER盒子組成一個排列的方式進(jìn)行張量觀測。

（1）AMT單點(diǎn)觀測時間均大于30分鐘，AMT磁道與電道距離不超過250m。

（2）野外施工采用張量觀測方式，測量EX、EY、HX、HY四個分量。布極采用森林羅盤儀測量角度，布極方位誤差都不應(yīng)超過1°，同一測線保持方向一致。

（3）測點(diǎn)選擇在開闊、平坦、土質(zhì)均勻的地方，電極一般采用標(biāo)準(zhǔn)“+”字形布設(shè)，地形不利時可采用“L”或“T”型（如圖1所示）。

圖1 電法野外布設(shè)“十”字型和“L”型示意圖

（4）電纜采用帶絕緣層的屏蔽電纜，信號線與屏蔽層，大地的絕緣電阻率不小于2MΩ，電纜布設(shè)時全部壓實(shí)，大線可分段壓實(shí)；水平磁棒方位經(jīng)儀器實(shí)測，方位誤差小于1°，磁棒埋入地下不小于0.3m，埋設(shè)前用水平尺量水平，保持水平傾斜<1.5°。

（5）使用固體不極化電極，兩兩配對的電極相互之間的電位差不大于2mv，且極差穩(wěn)定；不論何種地形，都應(yīng)保證接地良好，接地電阻不大于2kΩ，在沙漠、戈壁、高阻巖石露頭區(qū)，采用多級并聯(lián)，電極四周墊土，周圍澆水來降低電阻。

（6）觀測時間在滿足要求的觀測時間前提下，還需確保最低頻點(diǎn)的疊加次數(shù)不少于三次，并要保證所測曲線銜接良好，不出現(xiàn)脫節(jié)或跳越現(xiàn)象。

（7）遠(yuǎn)參考站的選取，常規(guī)的方法對張量阻抗的估算（最小二乘法），從信號分析的角度而言，實(shí)質(zhì)上是以磁道H作為參考信號，實(shí)行相關(guān)檢測。但由于所用的參考信號同時又是被檢測的磁道信號，關(guān)系式中出現(xiàn)自相關(guān)項(xiàng)，處理結(jié)果中包含了磁場噪聲和電磁相關(guān)噪聲。所以消除這些噪聲的關(guān)鍵是如何使關(guān)系式中不出現(xiàn)自相關(guān)項(xiàng)，而遠(yuǎn)參考技術(shù)正是基于上述認(rèn)識提出的，即兩測點(diǎn)相互借用磁場信號作為參考信號，進(jìn)行相關(guān)處理，以獲得真正的大地電磁響應(yīng)。常規(guī)處理結(jié)果高頻段資料出現(xiàn)不正常的下掉現(xiàn)象，曲線發(fā)生畸變，且由于干擾引起了頻率間數(shù)據(jù)的蹦跳。采用遠(yuǎn)參考處理后，使高頻段的數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，同時改善了整條曲線的連續(xù)性，提高了資料的整體質(zhì)量。常規(guī)處理結(jié)果高頻段資料出現(xiàn)不正常的下掉現(xiàn)象，曲線發(fā)生畸變，且由于干擾引起了頻率間數(shù)據(jù)的蹦跳。采用遠(yuǎn)參考處理后，使高頻段的數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，同時改善了整條曲線的連續(xù)性，提高了資料的整體質(zhì)量。因此項(xiàng)目實(shí)施前需選擇一個無干擾的、合適距離的地方建立遠(yuǎn)參考點(diǎn)，以改善資料的品質(zhì)，遠(yuǎn)參考站應(yīng)選擇在與工區(qū)不同的噪音干擾系統(tǒng)中，需經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、論證確定。

（8）操作員和測量員認(rèn)真填寫工作記錄和測點(diǎn)布置記錄，要求字跡清楚，符號正確，沒有涂改現(xiàn)象。

（9）觀測裝置的鋪設(shè)。①儀器測量時采用“十”字型裝置，裝置的鋪設(shè)采用森林羅盤，水平方向的兩對測量電極分別對和兩根磁棒相交垂直布設(shè)，各自方向片偏差不大于1°，水平磁棒埋設(shè)于其頂端距中心點(diǎn)8m～10m處。②電極的接地電阻均不大于2kΩ，布設(shè)時避開了流水、廢石堆上，極坑中無砂礫及雜物，技術(shù)人員提前向坑內(nèi)澆水以減小接地電阻；在高阻巖石露頭等特殊地質(zhì)條件下，在電極四周墊土，周圍澆水等方法來降低接地電阻。③水平磁棒買入土中均保持水平穩(wěn)定，盡量買入土中，且用水平儀校準(zhǔn)。④電極、磁棒連線在布設(shè)過程中均無懸空狀況發(fā)生，且每隔1m～2m均用土或石塊壓實(shí)，以防止因風(fēng)吹導(dǎo)致導(dǎo)線晃動產(chǎn)生電磁干擾。

3 工區(qū)地質(zhì)概況

工作區(qū)內(nèi)地層主要為侏羅系馬里組和第四系地層。

（1）侏羅系馬里組一段（J2m1）。

馬里組一段分布在工作區(qū)西南部，劃分為砂巖、灰?guī)r、灰?guī)r與砂巖互層等。由于基巖露頭不好，粉砂質(zhì)泥巖等未圈定劃出。受構(gòu)造和侵入巖影響，工作區(qū)內(nèi)馬里組地層發(fā)生了動力、熱變質(zhì)作用。

（2）第四系。

工作區(qū)內(nèi)大面積為第四系地層分布，以河流堆積、沼澤堆積、沖洪積堆積、殘坡積堆積、冰磧物堆積及泉華堆積為主，不同成因第四系地層特征如下。

全新統(tǒng)沖洪積物（Q4apl）：主要分布在河床，以砂礫石層為主，主要為一套沖洪積物，以砂礫石層為主，礫石成分為砂巖、花崗巖等為主，磨圓度中等，次圓狀-圓狀，礫石大小約為2cm～10cm＊3cm～15cm，分選性好。沉積覆蓋于下伏地質(zhì)體之上。

全新統(tǒng)沼澤堆積（Q4fl）：主要分布在工作區(qū)中北部，面積較大，以黑褐色淤泥等為主，上覆植被發(fā)育。沼澤覆蓋于沖洪積物之上或與花崗巖呈斷層接觸。

晚更新統(tǒng)沖洪積物（Q3apl）：主要分布在河?xùn)|岸，地形上呈現(xiàn)斜坡地形，面積較大，地貌為沖洪積地貌，主要為砂礫石層，礫石成分為砂巖、花崗巖等，大小為3cm～15cm＊3cm～10cm，個別礫石較大，分選性好，磨圓度中等，為次圓狀。其上植被覆蓋嚴(yán)重。沉積覆蓋于冰水堆積物、馬里組之上。

中更新統(tǒng)沖洪積物（Q2apl）：主要分布在河西側(cè)山坡，地形上為斜坡地形，地貌為沖洪積物地貌，主要為砂礫石層分布，礫石成分為砂巖、花崗巖等，大小約為3cm～10cm＊3cm～15cm，分選性好，磨圓度中等，為次圓狀。其上為沼澤堆積物，覆蓋于馬里組、花崗閃長巖之上，局部為斷層接觸。

中更新統(tǒng)冰水堆積物（Q2fgl）：主要分布在工作區(qū)北西、南西一帶，地形為略微平坦地形，地貌屬于冰水堆積地貌。冰磧物成分為花崗閃長巖，大小不等，雜亂分布在地表中。其上分布沖洪積物礫石、沼澤堆積物，覆蓋于馬里組之上或局部與花崗閃長巖斷層接觸。

中更新統(tǒng)泉華（Q2cas）：主要分布在工作區(qū)中部河兩岸，地形為平坦地形或凸出地形，地貌為泉華地貌，包括泉華臺地，泉華丘等。泉華類型主要為泉膠礫巖、硅華為主，泉膠礫巖的礫石含量約占30%，成分為砂巖、花崗巖等，大小為3cm～65cm＊4cm～15cm，磨圓度差，次棱角狀，膠結(jié)物類型為鈣質(zhì)、硅質(zhì)等。硅化主要成分為硅質(zhì)，含量約占90%。泉華裂隙構(gòu)造十分發(fā)育，主要有4組，為地下泉水噴出的通道。泉華之上覆蓋有全新統(tǒng)沖洪積、沼澤物和晚更新統(tǒng)沖洪積，其下為冰水堆積物或馬里組地層。

（3）巖漿巖。

工作區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為中新世的斑巖體和始新世的花崗閃長巖體，斑巖體侵入花崗閃長巖體中。

花崗閃長巖：工作區(qū)內(nèi)花崗閃長巖體主要分布在河西側(cè)一帶，呈巖床產(chǎn)出，西側(cè)為大的巖株花崗閃長巖體，后期侵入有斑巖體、二長花崗巖脈、石英脈及正長巖脈等。花崗閃長巖節(jié)理十分發(fā)育。與侏羅紀(jì)馬里組呈侵入接觸關(guān)系，接觸帶可見角巖化蝕變特征，接觸帶走向有NW、NE向展布，與該方向構(gòu)造關(guān)系密切。巖性為淺灰白色中細(xì)粒花崗閃長巖，呈中細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

斑巖體：主要呈淺層脈狀或巖株?duì)钋秩胗谑夹率阑◢忛W長巖中，主要成分為石英，長石等，石英為斑晶，石英含量約為70%，長石具有弱的高嶺土化蝕變特征。與始新世花崗閃長巖為侵入接觸關(guān)系，走向?yàn)榻麼S、WE向，與該方向斷層構(gòu)造關(guān)系密切。

4 數(shù)據(jù)處理

每天將采集好的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理，先將原始數(shù)據(jù)從V8/RXU-3ER儀器的CF卡里拷貝到電腦硬盤中；再檢查、編輯并保存每一個參數(shù)表（＊.TBL）文件的測點(diǎn)信息；然后生成傅立葉變換；再利用參考點(diǎn)信息采用Robust程序再處理；接著編輯每一個頻率對應(yīng)的Crosspower來去掉結(jié)果中的低質(zhì)量數(shù)據(jù)；最后將編輯后的Crosspower疊加數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成其它解釋軟件要求的標(biāo)準(zhǔn)格式。

資料處理采用成都理工大學(xué)MTsoft2D數(shù)據(jù)處理軟件對V8數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，資料處理解釋流程如圖2所示。

圖2 資料處理解釋流程圖

5 成果解釋

本次數(shù)據(jù)反演采用的是二維非線性共軛梯度（NLCG反演，該反演方法具有收斂速率高，反演擬合度好的特點(diǎn)），采用occam反演結(jié)果作為初始模型，極大的提高了反演的穩(wěn)定性。

圖3為L1線AMT二維反演電阻率剖面及解譯成果圖，測線方位為90°，測線長3400m。從二維反演圖中可以看出，800m以淺呈低阻反應(yīng)，電阻率值小于200Ω·m，其中0m～500m范圍內(nèi)電阻率呈層狀低阻帶，電阻率值小于80Ω·m，推測是區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層；500m～800m范圍內(nèi)電阻率呈層狀低阻帶，電阻率值小于200Ω·m，結(jié)合地質(zhì)資料推斷為侏羅系馬里組中-細(xì)粒石英粉砂巖，較破碎；800 m以深呈高阻反應(yīng)，電阻率值大于300Ω·m，推測800 m以深為侵入巖體的電性反應(yīng)，結(jié)合地質(zhì)資料推斷為第三系花崗閃長巖，巖體較完整。且在測線東側(cè)，平距2400 m處有明顯隆起，形成八字形斷裂F1和F2,該位置對應(yīng)地表工區(qū)內(nèi)的控礦構(gòu)造。

圖3 L1線AMT二維反演電阻率剖面及解譯成果圖

6 結(jié)論

本次工作通過對工區(qū)地質(zhì)資料的研究和對AMT數(shù)據(jù)反演結(jié)果，對地層劃分和斷層走向，提升了工作效率。對物探方法的選擇是行之有效的，前期階段，對礦山礦產(chǎn)的調(diào)查采用地球物理方法是非常必要的。由于物探的多解性，利用地球物理方法勘查礦山時，需要結(jié)合已知的地質(zhì)資料、地球物理特征及其他相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析，才能做出合理的判斷。綜上所述，AMT法在該地區(qū)礦產(chǎn)勘查是可行有效的。