AMT在戌街石墨礦勘查中的試驗效果分析

李松柏 王亮 唐喜 朱廣飛

（云南省核工業(yè)二〇九地質大隊）

石墨作為國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，被廣泛運用在冶金化工、機械電子、國防軍工、核工業(yè)等領域，在國民經(jīng)濟生產(chǎn)中占有重要地位。近年來，在找礦過程中提倡綠色勘查，物探方法以具有對自然環(huán)境破壞小、污染少，成本低、探測效率高等特點，可指導并減少探槽、鉆探等工程的布置，已成為礦體勘查的重要手段。

對于不同的勘查區(qū)，物探方法的選取應通過方法試驗決定。戌街石墨礦賦礦層位穩(wěn)定，地表變化平穩(wěn)，由礦體淺到深厚度變化較大，石墨礦體較圍巖具有低電阻率特征，在礦區(qū)適合進行電法勘探，常用方法有激發(fā)極化法、大地電磁測深法等［1-8］。礦區(qū)屬云南山地，地形起伏大，會造成激電方法測量過程供電效果差、工作效率低等不利影響，屬于大地電磁測深法（MT）分支的音頻大地電磁測深法（AMT），測量時對低阻體反應靈敏，相比激電方法具有測量速度快、探測深度深、野外工作受地形影響小等優(yōu)勢，但易受人為干擾影響。根據(jù)礦區(qū)實際情況和AMT工作特點，在弱干擾區(qū)布置2條試驗剖面對石墨礦體深部形態(tài)進行探測，通過數(shù)據(jù)處理與地質解釋，分析AMT方法在石墨礦體勘查中的適用性和有效性，并對數(shù)據(jù)處理過程進行對比研究。

1 礦區(qū)地質

1.1 地質概況

戌街石墨礦位于云南省牟定縣戌街鄉(xiāng)，礦區(qū)出露地層主要為元古界苴林群普登組（圖1），分為一段（Ptp1）和二段（Ptp2），其中普登組二段（Ptp2）為含礦地層［9］，各地層特征簡述如下。

（1）普登組二段（Ptp2）。巖性主要為白云斜長片巖、二云斜長片巖、二云石英片巖、白云石英片巖、斜長白云片巖、斜長二云片巖、斜長石英片巖、電氣石英片巖、斜長角閃片巖。

（2）普登組一段（Ptp1）。巖性主要為黑云二長片麻巖，間夾黑云片巖。

1.2 礦體特征

礦區(qū)石墨礦體按風化程度不同劃分為風化帶礦體和原生礦體，兩礦帶之間連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)出，埋深50 m至地表為風化礦，風化礦以下為原生礦。按礦物含量差別，礦石分為白云母石墨片巖、石墨電氣石英片巖2 種；按結構和構造不同，礦石劃分為片狀構造礦石、角礫狀礦石、致密狀礦石3種。空間位置上，礦體在垂向上順層平行產(chǎn)出，在平面上表現(xiàn)為一厚層狀礦體。

1.3 地球物理特征

根據(jù)巖石的電阻率差異，AMT 方法可以了解不同地質體的空間形態(tài)并進行地層劃分、構造判別。當巖石中良導性礦物的體積含量高時，其電阻率通常較低［10］。礦區(qū)性參數(shù)統(tǒng)計見表1，石墨作為良導體，使得石墨礦體較其頂?shù)装鍑鷰r的電阻率要低。石墨礦在含礦地層中的低阻特征，為AMT 方法在地層中判別石墨礦的形態(tài)位置提供了前提條件。

2 方法技術

2.1 儀器介紹

測量儀器使用EH-4 電磁成像系統(tǒng)，在地質勘查、找水探礦等領域發(fā)揮了重要作用。EH-4 系統(tǒng)包括低頻（0.1～1 000 Hz）模塊和高頻（10～92 000 Hz）模塊，采集信號范圍覆蓋了天然場音頻大地電磁測深的測量范圍（0.1～50 000 Hz）［11］，儀器輕便耐用，能適應山區(qū)地形及氣候惡劣的工作條件，采集軟件具有實時監(jiān)測數(shù)據(jù)質量并快速反演成圖的功能，野外測量布極簡便，探測效率高。

2.2 工作方法

根據(jù)勘探深度需要，本次試驗僅使用高頻模塊進行野外測量工作，其有效探測深度在500 m～600 m，工作流程主要包含測線布設、干擾調查、儀器系統(tǒng)檢查、測量系統(tǒng)野外布置以及數(shù)據(jù)采集。

（1）根據(jù)勘探目的和地質情況布設測線，測線走向盡量與目標體走向相互垂直，測線長度以能反映出目標體傾向、深部延展寬度為準。

（2）對測線穿越區(qū)域進行干擾調查，包括隨機干擾（人員走動、行駛汽車、大風天氣等）、電磁干擾（輸電線、通信電纜、風電機組等）、障礙物（農(nóng)田、水域、建筑物、深溝陡坎等），了解干擾的位置及時間，對測線、測點位置及野外工作時間進行合理調整，減少干擾對測量數(shù)據(jù)的影響。

（3）測量工作開始前對儀器系統(tǒng)進行檢查，確認電纜線、電極、磁棒、主機等零件的完整性，確保信號線與屏蔽層、信號線與大地絕緣，在無干擾的開闊平坦地面做平行試驗以驗證儀器正常性（圖2a）。

（4）野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的布置以張量觀測模式進行（圖2b）。采用“十”字形布設電極，在特殊情況下使用“T”或“L”型布極，確保Ex與Ey相互垂直。電極距設為25 m，使用RTK 確定Ex1、Ex0、Ey1、Ey04 個接地電極的位置并控制極距誤差小于1%。磁棒埋入地下，離前置放大器8 m 以上距離，用羅盤儀定向使Hx、Hy2 磁棒相互垂直，誤差控制在±2°，并用水平儀校準。最后確保Ex與Hy、Ey與Hx相互垂直，方位偏差小于1%。電纜線布置過程中用泥土或石塊壓住以防晃動產(chǎn)生干擾。

（5）儀器系統(tǒng)布置完成后進入數(shù)據(jù)采集流程，人員立即遠離磁棒和電極，主機放置在便于觀察測站的位置并使其距前置放大器10 m 以上。數(shù)據(jù)采集過程中測量員要觀察測站狀態(tài)，防止人員或動物進入測站布設區(qū)域，要時刻注意時間序列，并對隨機干擾進行及時記錄。

3 數(shù)據(jù)處理與成圖

數(shù)據(jù)處理及反演使用IMAGEM、MT-Pioneer 軟件。

3.1 IMAGEM 軟件

IMAGEM 為EH-4 系統(tǒng)自帶軟件，具有野外數(shù)據(jù)采集和室內數(shù)據(jù)處理功能，可對原始數(shù)據(jù)的時間序列進行編輯處理，對視電阻率曲線畸變點可進行刪除操作，可選用不同的圓滑系數(shù)進行Bostick 反演成圖，但缺少地形校正功能。IMAGEM可數(shù)據(jù)處理與反演成圖流程如下：

（1）校核@文件中的文件序號、點位坐標、極距參數(shù)、增益等信息，確認無誤后進行單點數(shù)據(jù)處理。

（2）查看電磁場振幅譜以獲取測點的信號強度及干擾情況，分析時間序列形態(tài)，判別并消除隨機干擾，編輯時序后重新生成互功率譜文件、視電阻率及相位曲線。

（3）使用1-D 功能分析視電阻率及相位曲線形態(tài)，剔除畸變頻點，質量不合格的測點通過編輯@文件進行刪除。

（4）完成數(shù)據(jù)編輯后，使用2-D 功能選定反演起始點號，圓滑系數(shù)取0.3并反演成圖，輸出“*.dat”格式數(shù)據(jù)并運用Surfer等軟件進行插值成圖。

3.2 MT-Pioneer軟件

MT-Pioneer 軟件為中國地震局地質研究所研發(fā)，是一款功能強大的MT/AMT/CSAMT 資料處理與解釋的可視化集成系統(tǒng)，可處理多種格式數(shù)據(jù)，可進行Bostick、曲線對比法、RouPlus、OCCAM、自適應正則化（ARIA）一維反演和非線性共軛梯度法（NLGG）二維反演，具有測點數(shù)據(jù)信息可視化、測點坐標導入與轉換、阻抗和傾子數(shù)據(jù)處理、視電阻率和相位數(shù)據(jù)處理、帶地形二維反演并列計算等功能。MT-Pioneer對數(shù)據(jù)的處理與反演成圖流程如下：

（1）建立數(shù)據(jù)工程后導入EH-4譜文件（X文件），導入時選取10～30 000 Hz頻點數(shù)據(jù)，頻點取60個。

（2）數(shù)據(jù)導入成功后輸入測點坐標并擬合測線方位，確定測線的起始點號，分析測點數(shù)據(jù)質量并刪除不合格的測點；

（3）分析阻抗數(shù)據(jù)并進行必要的阻抗旋轉、阻抗張量分解等，對視電阻率和相位數(shù)據(jù)曲線的編輯以刪除畸變頻點為主，減少頻點的移動操作以防止引入假異常。

（4）數(shù)據(jù)編輯完成后進行反演，為便于對比，反演時先做一維Bostick 反演，再以Bostick 反演結果作為初始模型進行帶地形的NLGG二維反演，最后導出反演數(shù)據(jù)并運用Surfer等軟件進行插值成圖。

4 資料解釋與成果對比

測線垂直于礦體布置，走向均為150°，24 線長400 m，28 線長500 m，基本點距50 m，重點地段加密為25 m。根據(jù)電性參數(shù)差異及地表礦體位置，以低阻區(qū)域為目標圈定石墨礦體的產(chǎn)出位置。2 條測線一維（圖3（a）、（b））與二維（圖3（c）、（d））電阻率反演斷面圖中間區(qū)域均出現(xiàn)了條帶狀低阻異常，推測該異常為石墨礦體的反映。

24線地表礦體寬度約40 m，在測線180 m附近有一斷層通過。該測線一維反演斷面圖的低阻條帶電阻率小于600 Ω·m，呈陡傾狀，從淺往深寬度變化不大（寬約130 m）；二維反演斷面圖的低阻條帶電阻率小于120 Ω·m，傾向南東，從淺往深逐漸變寬。與鉆孔ZK2401、ZK2402、ZK2403做對比，其一維反演結果的低阻條帶邊界與鉆孔揭露的石墨礦體邊界有一定的偏差，二維反演結果的低阻條帶的傾向及深部變化趨勢均與鉆孔揭露的礦體形態(tài)基本一致，二維較一維能更好反映出斷層特征。

28 線地表礦體寬度約60 m（含夾層）。該測線一維反演斷面圖的低阻條帶電阻率小于500 Ω·m，呈陡傾狀，從淺往深寬度變化不大（寬約170 m）；二維反演斷面圖的低阻條帶電阻率小于120 Ω·m，傾向南東，從淺往深逐漸變寬。與鉆孔ZK2801、ZK2802、ZK2803 做對比，其一維反演結果的低阻條帶邊界與鉆孔揭露的石墨礦體邊界有一定的偏差，二維反演結果的低阻條帶的傾向及深部變化趨勢均與鉆孔揭露的礦體形態(tài)基本一致。

從鉆孔工程的對比結果上看，二維反演結果與礦體的空間形態(tài)對應更好，2 條測線反演斷面圖的低阻條帶寬度（大于100 m）均較實際的礦體寬度（約50 m）要大。由于測量系統(tǒng)淺部信號微弱，一維反演結果對淺部區(qū)域（深度50 m 以淺）的分辨率較差（基本為低阻），二維反演可豐富淺部信息并體現(xiàn)出淺地表巖石（干燥碎石）的高電阻率特征，整個斷面圖中二維反演結果較一維表現(xiàn)出的電阻率差異更大。

5 結論

AMT 方法可通過探測低阻體來識別石墨礦體的空間展布形態(tài)，對礦體有較好分辨率能力，測量效率高、探測深度深，適用于石墨礦體的勘查。數(shù)據(jù)處理軟件IMAGEM 較MT-Pioneer 的操作流程更簡單，兩者的反演結果對礦體均有不同程度的反映，其中二維反演結果較一維反演結果對石墨礦體的傾向、深部變化趨勢、淺部形態(tài)反映更好。在礦區(qū)下一步勘探過程中，可使用AMT 方法對石墨礦的深部進行探測，但應選擇在電磁干擾小的區(qū)域進行。AMT 數(shù)據(jù)同時進行一維與二維反演并做對比，結果表明，使用二維反演進行資料解釋結果較為合適。