音頻大地電磁測深法在甘肅石青硐多金屬礦區深部探測中的應用

白運BAI Yun；冀顯坤JI Xian-kun；郭偉立GUO Wei-li

（①中國地質調查局西安地質調查中心，西安 710054；②西北地質科技創新中心，西安 710054）

0 引言

在眾多地球物理探測中，電法勘探由于其場源的多變性，方法的多樣性和解決問題的有效性，已被廣泛應用油氣、礦產、工程探測等領域。

音頻大地電磁測深法（Audio MagnetoTelluric，AMT）是在大地電磁測深法基礎上發展起來的一種頻率域測深方法，具有勘探深度大，分辨能力強，觀測效率高、不受高阻層屏蔽以及對低阻層靈敏等特點，是研究中、深部地質構造和尋找隱伏型礦的有效手段，探測深度一般為≤2000m。隨著國民經濟的持續發展，現有礦產資源已不能滿足需求，開展中、深部礦產勘探成為找礦的新方向。

石青硐多金屬礦區位于北祁連塊狀硫化物礦床成礦的有利地段，深部地球物理工作較少，本文首次將音頻大地電磁測深法（AMT）應用于該礦區深部地球物理探測，通過開展工作，查明了研究區2km 以淺的地層分布和含礦構造的電性結構特征，表明本次AMT 勘探工作取得良好的應用效果，為深部找礦提供地球物理方法技術支撐。

1 石青硐礦區地質特征

1.1 區域地質特征

石青硐礦區位于北祁連早古生代火山巖帶東南緣，是我國重要的塊狀硫化物成礦帶。區域大地構造位置屬北祁連加里東褶皺帶東段，與中祁連古陸殼的邊界是一個巨大的斷裂系，大致延白銀-石青硐-富強堡-線分布，控制著火山弧內早古生代的沉積作用及火山-巖漿活動。石青硐地區與白銀廠礦田有著相似的地質背景和成礦條件，兩者同處同一裂谷火山成礦帶上，受同一基地斷裂控制。地層主要為震旦系白銀巖群火山巖及沉積變質巖層，由東向西呈疊瓦狀從老至新依次出露。區內構造復雜，構造線總體方向為NWW 向，褶皺及斷裂均發育。礦區總體為一背斜構造，斷裂構造為一組NWW 向逆斷層，多斷于背斜北翼強烈倒轉部位，整個區內火山巖帶受NWW 向石青硐-了高山深大斷裂控制。

1.2 研究區電性特征

石青硐多金屬礦區主要為黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等，含礦圍巖主要是石英角斑凝灰巖（酸性巖），局部賦礦圍巖為細碧凝灰巖（基性巖）。礦區南部出露巖性主要為震旦紀白銀巖群淺綠灰色變質含角礫英安凝灰巖、變質英安凝灰巖夾凝灰質千枚巖、絹云石英片巖為主，中部中部出露巖性主要為寒武紀香毛山組大理巖、變玄武夾絹云千枚巖、變英安質凝灰巖、變安山巖，北部出露奧陶紀陰溝群暗灰綠色變玄武巖、酸性細火山碎屑巖。

根據收集的前人資料，研究區巖礦石物性標本測試統計結果表明，含礦巖石表現為低阻；不同種類巖礦石標本之間電性差異較為明顯，具備開展音頻大地電磁法的前提。石青硐礦區巖礦石電性統計結果如表1 所示。

表1 石青硐礦區巖礦石標本物性測試統計表[1][2]

2 音頻大地電磁測深法（AMT）數據采集與資料處理

2.1 AMT 野外數據采集方法技術

根據已有地質資料，研究區主要構造方向為NNE 向，故垂直構造走向布設1 條AMT 測線（見圖1），方位角21°，測點24 個，點距100m，剖面長度2.3km。

圖1 石青硐礦區AMT 測線布置圖

采用加拿大鳳凰（phoenix）地球物理公司生產的V5（MTU-5A）網絡化大地電磁儀，匯集高精度GPS、無線網絡、遠程控制、移動存儲等當代最新科技于一身，是目前世界上電磁系統的頂級產品，配備AMTC-30 高頻磁探頭，采集頻率10400-0.35Hz，共計60 個頻點。

采用十字布極張量觀測方式，以磁北方向作為參考北方向，觀測大地電磁場的Ex、Ey、Hx、Hy 分量。接收電偶距MN=40m，單點采集時間不少于60 分鐘。

2.2 AMT 資料處理

野外采集得到測點的時間序列文件，通過SSMT2000軟件經傅里葉變換、互功率譜計算、近磁參考處理、阻抗張量估算，進而求取測點不同頻率視電阻率和相位，生成中間結果EMT 和MMT 文件。用MTEDITOR 軟件對生成的中間結果文件進行頻譜編輯，將電磁干擾嚴重的頻譜刪除（去飛點），得到各測深點相對平滑和干擾較少的視電阻率和相位數據，經過surfer 軟件網格化處理，可以輸出視電阻率/相位-頻率擬斷面圖。

由于趨膚深度除與頻率有關外，還與電阻率有關，所以縱坐標表示的頻率并不完全對應著深度值，盡管如此，斷面上仍可以看出電阻率沿深度和沿剖面兩個方向的變化趨勢。由于阻抗相位曲線對電阻率隨深度變化比較敏感，而對某一層電阻率的絕對值反映不敏感，所以相位等值線不如視電阻率等值線那樣對不同測點之間電性差異反映得那樣顯著，只能一定程度上反映電阻率隨深度的變化及橫向的起伏形態。一般說來，相位的高值圈閉對應著電阻率由大變小的界面位置；低值圈閉對應著電阻率由小變大的界面位置。不管視電阻率存在靜態效應與否，對應的相位值是固定的，即靜態效應不會造成相位畸變。

圖2 給出了石青硐礦區音頻大地電磁測深（AMT）剖面xy 方向視電阻率（相位）-頻率的擬斷面圖，可以看出，測線所在位置的區域電性特征。視電阻率擬斷面圖顯示，測點10900-12300 之間三個明顯低阻范圍，視電阻率小于100Ω·m，其中11400-11500 低阻范圍縱向一直延伸到1Hz。在低頻區域（小于1Hz 范圍內），出現高阻層區域，視電阻率大于1000Ω·m。整體來說不同的構造區域，地質面貌迥然不同，推測在測點10900、11400、11500、12300 附近可能存在破碎帶或者巖性分界帶，導致其兩側存在較大的電阻率差異；相位擬斷面圖同樣顯示在測點11400-11500附近出一兩個低值圈閉特征，推測在一定深度可能存在兩個電阻率的由小變大特征的電性結構；相位等值線密集，同樣說明了該區域存在明顯巖性分界線。

圖2 石青硐礦區音頻大地電磁測深（AMT）xy 方向視電阻率/相位-頻率擬斷面圖

2.3 音頻大地電磁數據反演

反演是大地電磁資料處理解釋過程中非常關鍵的一步，二維反演是目前主要的電磁反演方法。在國內目前常用的二維反演方法有非線性共軛梯度法（NLCG）、快速松弛法（RRI）、Occam 等。這些二維反演方法的共同點是都尋求滿足擬合差條件下模型參數改變最小的模型。不同點是在計算過程中雅克比矩陣的改進和模型的改變方式。各種反演方法都有對應的理論基礎，穩定性和速度上都存在差異，都有各自的優缺點。RRI 采用的是有限差分法正演，反演過程是將二維反演轉變為一組一維反演。經過一維反演獲得垂向變化，再借助水平插值形成二維地電模型。反演速度快，但精度不高。NLCG 反演兼顧速度和分辨率，速度介于Occam 和RRI 之間，比RRI 慢比Occam 快，分辨率比RRI 要高和Occam 相近。

對于本工區反演方法的選擇，不僅考察了常用方法對初識模型的依賴程度、收斂的穩定性、反演效果的優劣等問題，又考慮本區的地電特征，采用成都理工大學地球探測與信息技術教育部重點實驗室王緒本等自主開發的MTsoft2D 2.4 大地電磁二維處理和解釋軟件進行處理解釋，該軟件自帶曲線編輯、靜態校正、正演模擬、空間濾波、一維二維反演等模塊，人機交互程度高，是國內較為先進的大地電磁處理軟件。最終選擇以均勻半空間作為初識模型，進行二維非線性共軛梯度反演的方法。通過對AMT 數據進行反演得到了剖面的二維電性結構，反演結果顯示二維反演在一定程度上壓制了地形影響和靜態效應。

3 音頻大地電磁測深（AMT）應用效果分析

圖3 給出了石青硐礦區AMT 二維非線性共軛梯度（NLCG）視電阻率反演解釋圖。從圖中可以看出，研究區電性具有橫向分塊、縱向有一定的成層性特征，地層縱向上整體呈現高-低-高電性特征。

圖3 石青硐礦區AMT 二維反演綜合解釋圖

本次工作發現低阻異常2 處：①剖面中部點號11200-11500 低阻異常，寬度約200m，埋深350-400m，視電阻率100-250Ω·m，強度相對低緩，似層狀、扁豆狀，夾于兩個高阻層中間，該異常體對應于石青硐多金屬礦床。②礦區南部位于測點10500-10900 處的低阻異常，埋深約150m，較淺，寬度約300m，與石青硐礦體處于同一連續層位且電性特征很相似。同時地表可見到酸性火山巖出露，推斷異常可能為石青硐礦點南部的一個隱伏礦體（點）。

深部發現2 處高阻異常，視電阻率大于1000Ω·m，其中橢圓狀高阻異常較完整，推測為隱伏酸性巖體反映。剖面北端測點11600-12400 反映的高阻異常不完整，埋深較深，性質不明，需結合深部資料解譯。

4 結論

通過在石青硐礦區面開展音頻大地電磁測深研究工作，得到以下幾點認識：

①依據AMT 二維反演結果，結合地質資料，推斷了該剖面2km 以淺的地電斷面、巖體、含礦構造的展布特征。

②結合成礦因素，將礦區內的巖石電阻率分成巖體、變質巖系地層、礦體三個層次進行分析解釋。

③通過對實測AMT 資料分的析，在剖面的南端圈定了一處有找礦前景的異常。

④研究結果表明，AMT 法在該礦區應用效果明顯，對于推斷礦體產狀、深部礦體的走向和尋找隱伏礦具有實際意義，為深部找礦勘查提供了可靠的方法依據。