等值反磁通瞬变电磁法在某铅锌矿找矿中的应用_邝金坚.pdf

2020年第10期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-12-18修回日期 2019-12-19 第一作者简介 邝金坚1994-， 男 （汉族） ， 广东中山人， 中南大学地球科学与信息物理学院在读硕士研究生， 研究方向 等值反磁通瞬变电磁法应用。 等值反磁通瞬变电磁法在某铅锌矿找矿中的应用 邝金坚*， 王鹤， 刘骏华 （中南大学地球科学与信息物理学院， 湖南 长沙 410083） 摘要 某铅锌矿区位于内蒙古自治区呼伦贝尔盟额尔古纳市境内， 在大地构造上属兴安地槽褶皱 系， 额尔古纳兴凯地槽褶皱带的中段， 其出露的炭质板岩为低阻体， 在探测时一向被认为是技术难 题。本工程通过使用等值反磁通瞬变电磁法， 对炭质板岩与陡立状矿脉进行分析， 实际测量陡立状 的炭质板岩呈高阻， 能有效区分两者， 并经过资料解释后打钻验证， 获得良好成果。 关键词 等值反磁通瞬变电磁法； 铅锌矿； 各向异性 中图分类号 P631.3 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202010-0139-04 1概述 某铅锌矿区位于内蒙古自治区呼伦贝尔盟额尔古 纳市境内， 距市区约68km， 距离黑山头镇约42km。在 该矿区曾开展过激电法、 高精度磁法、 CSAMT等勘探 工作， 取得了一定的勘探成果。但是， 矿区有导电性良 好的炭质板岩出露， 炭质板岩存在削弱了铅锌矿与围 岩的电性差异， 从而给铅锌矿体的电法勘探带来了困 难。等值反磁通瞬变电磁法具有分辨率高、 抗干扰能 力强、 受地质环境影响小及工作效率高等优点， 可作为 寻找铅锌矿的一种方法。本文尝试将等值反磁通瞬变 电磁法用于该矿区的铅锌矿探测， 取得了一定的效果。 2等值反磁通瞬变电磁法原理 等值反磁通瞬变电磁法 （Opposing Coils Transient Electromagnetics， OCTEM） 是以等值反向磁通规律为 理论依据， 分别向两个大小相同、 上下共轴叠置的发射 线圈通以大小相等、 方向相反的电流， 向地下发送一次 脉冲磁场， 接收线圈位于两个发射线圈的中心位置， 在 接收线圈上测量对地中心耦合的纯二次场。根据矢量 叠加原理， 正负反向磁源所产生的一次场始终存在至 少一个磁场垂直分量为零的平面， 该位置称为等值反 磁通的零磁通面。接收线圈置于零磁通面上， 当发射 电流关断时， 所接收到的是地下纯二次场响应， 以此 获得地下目标体地电信息， 达到探测地下目标体的目 的[1-3]。 与传统瞬变电磁法一样， 等值反磁通瞬变电磁法 同样是基于瞬变电磁场扩散理论。根据Maxwell电磁 场理论， 导电大地中的瞬变电磁场满足扩散方程式 （1） 、 式 （2） ∇2e-μσ∂e ∂t 0（1） ∇2h-μσ∂h ∂t 0（2） 式中e电场强度， V/m； h磁场强度， A/m； μ、σ介质磁导率、 电导率[4-7]。 在一维情况下， 对于t0时的阶跃一次场h0， 上 述方程的解为 exz，t 2h0 σ 1 2π σμ0 2t e -■ ■ ■ ■ ■ ■ σμ0 2t ∙z w 2 （3） hyz，t h0erfc■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ σμ0 2t ∙ z 2 （4） 式中efrc密度分布函数； μ0真空磁导率。 将电场式 （3） 对时间t求偏导数， 并令偏导数为0， 可得z位置电场达到极大值的时间为 t σμ0z2 2 （5） 或者t时刻极大值场所在位置为 zmaxd 2t σμ0 （6） 通常称t时刻电场极大值所在位置为瞬变电磁场 的穿透深度， 也叫扩散深度。由式 （6） 可见， 瞬变电磁 场的穿透深度与t1/2成正比， 但是观测的二次场与背景 139 2020年第10期西部探矿工程 噪声有关， 如果二次场信号低于背景噪声， 则影响勘探 深度。 将极大值式 （6） 对时间t求导， 即可得到极大值的 扩散速度为 v ∂zmax ∂t 1 2σμ0t （7） 随着延时的增加， 瞬变电磁场极大值扩散速度变 慢[8-9]。 OCTEM采用双发射线圈合成一次场零磁通接收 平面， 以便消除一次场对接收线圈的影响， 从而观测地 下纯二次场响应， 缩小了浅层盲区， 提高了横向分辨 率。相比于传统瞬变电磁法， OCTEM实现了1m直径 的收发线圈一体化， 野外工作更为便捷， 也利于各测点 观测的一致性。 3应用实例 3.1OCTEM仪器介绍 本次OCTEM勘探使用的是湖南五维地质科技有 限公司研发的HPTEM-08型高精度瞬变电磁系统。 该系统运用等值反磁通技术 （OCTEM） 消除发射线圈 和接收线圈之间的感应耦合， 利用对偶中心耦合原理 提高了横向分辨率， 采取同一标准的微线圈对偶磁源、 高速24位数据采集卡、 高灵敏度磁感应传感器以及高 密度测量技术， 实现了浅层高精度瞬变电磁勘探[12]。 HPTEM-08型高精度瞬变电磁系统是由HPTEM天 线、 仪器主机、 12V外接电源和野外操作电脑组成， 如 图1所示。 图1HPTEM-08高精度瞬变电磁仪 3.2工程概况 从大地构造上看， 该区位于兴安地槽褶皱系， 额尔 古纳兴凯地槽褶皱带的中段， 主要构造为NE向， 次要 构造为NW向。地质分区划属北疆兴安地层大区的 兴安层区， 额尔古纳地层分区； 中新生界地层区划属滨 太平洋地层区、 大兴安岭燕山地层分区之博克图 二连浩特地层小区。工作区出露地层主要为震旦系额 尔古纳河组包括炭质板岩、 绢云母板岩、 绢云母千枚 岩、 灰岩、 凝灰岩等、 第四系冲洪积物。 如图2所示， 根据本矿区的任务， 共布置了3条测 线， 1 号测线长 600m， 2 号测线长 600m， 3 号测线长 320m。数据采集参数为 电源电压12V， 发送电流为 10A， 发送频率为1Hz， 叠加周期为100次。 3.3找矿思路 结合地质资料分析， 矿区内出露地层主要为震旦系 额尔古纳河组地层， 第四系全新统主要见于低洼沟谷之 中。震旦系额尔古纳河组地层主要划分为三个岩性段 Ze1、 Ze2、 Ze3。岩性为块状大理岩、 白云石大理岩、 绢云母 石英片岩夹薄层炭质板岩、 结晶灰岩透镜体； 炭质板岩夹 薄层结晶灰岩； 结晶灰岩夹薄层绢云母千枚岩等。该组 地层区域上横向变化不大， 为稳定的浅海碳酸盐台地 相。在第三段Ze3中岩石内部褶皱构造异常发育， 为主要 的含矿地层。在地球物理特征中， 灰岩呈现为高阻， 铅锌 140 2020年第10期西部探矿工程 矿呈现为低阻， 铅锌银矿顶板均为结晶灰岩， 底板为绢云 母千枚岩和结晶灰岩， 则主要为在高阻灰岩中寻找低阻 带， 结合已知钻孔、 坑道和矿体资料进行资料分析。 3.4资料解释 通过HPTEM-08型瞬变电磁探测系统数据处理 软件对采集数据进行反演， 求出电阻率和深度。 图3为3条测线联立的高精度瞬变电磁法电阻率 反演剖面图。 图3联立高精度瞬变电磁法电阻率反演剖面 在1号线点号0～520间地表为菜籽地， 其余为草地。从1号线的电阻率剖面图中可以看出， 由于第四系 141 2020年第10期西部探矿工程 覆盖层的存在， 浅部电阻率普遍较低； 中深部主要呈 中、 高阻电性特征。点号50～200和点号400～500间， 海拔标高600m处电阻率等值线上凸。根据电阻率等 值线形态和变化规律， 突然变陡的高阻异常为炭质板 岩和灰岩的岩性界面， 灰岩高阻带内的低阻异常推测 为含矿断裂带， 从电阻率剖面图推测， 点号220～250及 点号420～450之间可能存在规模较大且连续性较好的 工业矿体， 如图3的1号线中红色椭圆所示。 在2号线点号360～480间地表为菜籽地， 其余均 为草地。从2号线的电阻率剖面图可以看出， 浅部电阻 率普遍较低， 中深部主要呈中、 高阻电性特征， 点号 240～390处， 海拔标高650m以下存在电阻率等值线高 阻上凸。根据电阻率等值线形态和变化规律， 并结合 地质条件， 突然变陡的高阻异常为炭质板岩和灰岩的 岩性界面， 灰岩高阻带内的低阻异常推测为含矿断裂 带， 从电阻率剖面图推测， 点号340～440之间可能存在 规模较大且连续性较好的工业矿体， 如图3的2号线中 红色椭圆所示， 标高635m处有已知坑道位置所在。 在3号线点号380～420处为1号竖井位置， 该处有 多个钻孔、 探槽及坑道等。从3号线的电阻率剖面图可 以看出， 浅部存在较缓的低阻带； 中深部存在陡立高阻 电性特征， 仅局部呈低阻特性。根据电阻率等值线形 态和变化规律， 并结合地质条件， 判断矿区以灰岩以高 阻为主， 炭质板岩为低阻为主， 浅部较缓低阻带与地表 炭质板岩的风化碎石出露范围一致， 突然变陡的高阻 异常为炭质板岩与灰岩的岩性界面。灰岩高阻带内的 低阻异常推测为含矿断裂带， 从电阻率剖面图看出， 高 阻异常呈透镜体状分布， 与已知矿体的特征较为吻合， 如图3的3号线标记所示。 综合考虑现场已有坑道和地表钻孔施工条件， 在 已知坑道内设计2个坑内钻孔揭露该异常矿体的存在 性和准确位置； 根据坑内钻孔揭露的地质特征及矿头 位置， 在地表布设钻孔揭露深部矿体以控制矿体深度， 所设计的钻孔如图3中2号测线剖面中的虚线段。 根据该矿区施工方钻孔验证， 在标高283m处见 矿， 钻孔揭露与物探推测基本吻合， 说明了OCTEM方 法的有效性。 4结论 通过对内蒙某矿区铅锌矿开展等值反磁通瞬变电 磁法勘探， 根据探测结果并结合矿区地质情况布设钻 孔， 验证了勘探结果的有效性。结合地质情况总结找 矿规律， 为后续在该矿区开展地球物理勘探工作提供 了依据， 对于类似的工作也有一定的参考意义。 参考文献 [1]席振铢，龙霞，周胜，黄龙，宋刚，侯海涛，王亮.基于等值反磁通 原理的浅层瞬变电磁法[J].地球物理学报，2016，5993428- 3435. 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