高频大地电磁测深法在地质找矿中的应用

1、引言

大地电磁测深法是研究大地深部构造的有效途径，广泛应用于探矿、岩溶勘察及环境监测等。为查明矿区中深部是否存在隐伏矿化体及其空间展布特征，采用高频大地电磁测深法（EH4）对内蒙古呼伦贝尔市加格达奇孙家屯钼矿区进行勘探，以了解矿区的断裂构造特征及深部地质体的电磁特征，圈定成矿有利部位，推断其空间展布特征，为深部钻孔验证提供依据。

2、地质概况及地球物理特征

2.1  地质特征

根据《内蒙古自治区区域地质志》，勘查区位于大兴安岭褶皱隆起的北部，属于鄂伦春铜金多金属找矿远景区（Ⅲ）加格达奇-朝阳村重点勘查区（Ⅲ-2）。区域上主要的构造线方向为北北东向和北东向。区内侵入岩主要为华力西晚期和燕山早期的中酸性侵入岩，局部有下元古界兴华渡口群地层呈捕虏体零星出露。

2.1.1  地层

勘查区内仅见元古界兴华渡口群（Pt₁xn）零星出露，除矿区南部的公路边坡有少量出露外，在其东部的探槽中（TC1、TC2）也有揭露，宽几米-几十米，最宽处约70米。主要岩性为黑云母石英片岩、变质砂岩等。岩层产状为310-345°∠47-63°。岩石较破碎，产状为200°∠61°的节理发育。

2.1.2  构造

勘查区处于甘河、欧肯河两条北西向张扭性大断裂之间，东、西两侧有北东、东西、南北向断裂发育，有一北西西向断裂通过本区。通过地质调查结合岩屑、激电测量判断，该断裂破碎带在111国道边坡处宽约130米（111国道边坡两个辉绿玢岩带之间）。

勘查区节理发育，主要有四组，其走向分别为近南北向（走向175°-185°）、近东西向、北西西向（走向284°-290°）、北东向（走向40°-45°），其中南北向、北西西向两组较发育。各方向节理中均可见规模不等的石英脉充填，北西西向者较常见，东西向少见。

2.1.3  岩浆岩

勘查区岩浆岩大部为华力西期中细粒黑云母二长花岗岩（γβP₂），局部为花岗闪长岩（γδP₂）。花岗闪长岩主要见于勘查区西北部山包的采石场。脉 岩主要为闪长玢岩、辉绿玢岩及正长斑岩。

2.2  地球物理特征

2.2.1  磁异常特征

勘查区磁异常总体呈北西高南东低的态势，磁场值变化较大，从整体来看，测区内存在几条北东走向高磁异常带，幅值较低，约为0~300nT，但异常较为连续，推测为断层的反应。

2.2.2  激电异常特征

通过在勘查区主要的化探异常区开展对称四极激电测深，异常区深部存在高阻高极化及低阻高极化体，高阻高极化体与硅化、黄铁矿化花岗岩有关，相对低阻高极化与黄铁矿化、辉钼矿化的石英脉或辉绿玢岩有关。高极化异常体上下盘为钼矿化体赋存位置，是寻找钼矿化的指示。

3、方法技术

3.1  方法原理

本次勘查工作采用美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的新一代电磁仪——EH－4型StrataGem电磁系统，能观测到离地表几米至1500米内的地质断面的电性变化信息。该系统适用于各种不同的地质条件和比较恶劣的野外环境。其方法原理与传统的MT法一样，它是利用宇宙中的太阳风、雷电等入射到地球上的天然电磁场信号作为激发场源，又称一次场，该一次场是平面电磁波，垂直入射到大地介质中，由电磁场理论可知，大地介质中将会产生感应电磁场，此感应电磁场与一次场是同频率的，引入波阻抗Z。在均匀大地和水平层状大地情况下，波阻抗是电场E和磁场H的水平分量的比值。

式中是频率，单位是Hz，是电阻率（），E是电场强度（mv/km），H是磁场强度（nT）,是电场相位，是磁场相位，单位是mrad。必须提出的是，此时的E与H，应理解为一次场和感应场的空间张量叠加后的综合场，简称总场。在电磁理论中，把电磁场（E、H）在大地中传播时，其振幅衰减到初始值1/e时的深度，定义为穿透深度或趋肤深度（）

由此可知，趋肤深度（）将随电阻率（）和频率（）变化，测量是在和地下研究深度相对应的频带上进行的。一般来说，频率较高的数据反映浅部的电性特征，频率较低的数据反映较深的地层特征。因此，在一个宽频带上观测电场和磁场信息，并由此计算出视电阻率和相位，可确定出大地的地电特征和地下构造，这就是EH－4观测系统的简单方法原理。

StrataGem电磁系统野外工作有两种工作方式：一种是单点测深，另一种是连续剖面测深，选用何种方式由研究任务确定。该系统通常采用天然场源，只有在天然场信号很弱或者根本没有信号的频点上，才使用人工场源，用以改进数据质量，提高数据信噪比。StrataGem电磁系统可以在10Hz至92KHz的宽频范围内采集数据，为确保数据质量与工作实效，上述频带又分成三个频组：

一频组：10Hz－1KHz

二频组：500Hz－3KHz

三频组：750Hz－92KHz

具体观测中使用哪几个频率组，可视情况灵活掌握。在野外能实时获得的Hy、Ex、Hx、Ey振幅，Φ_Hy、Φ_Ex、Φ_Hx、Φ_Ey相位，一维反演和二维电阻率成象结果。在室内数据处理后，可获得二维正、反演结果等。

3.2野外工作方法

3.2.1  观测点的布置：

本次工作在勘查区布置13条测深剖面，点距40米，电偶极方向是用罗盘指示，用皮尺测量偶极距离，并进行地形改正，误差小于0.5米，方位差小于1°。

3.2.2  平行试验：

在开展工作的前一天做平行试验，检测仪器是否工作正常，两个磁棒相隔5米远，平行放在地面，两个电偶极子也平行。观测电场、磁场通道的时间序列信号，如图1所示，分别为低频和高频段磁场、电场信号波形图，从图中可以看出，两个方向通道的波形形态和强度均基本一致，说明仪器工作正常。

（a）低频段                               （b）高频段

图1   平行试验检查仪器通道相关性波形图

3.2.3  电极的布置技术：

如图2所示，我们这次工作共用四个电极，每两个电极组成一个电偶极子，为了便于对比监视电场信号，其长度都为20米，与测线方向一致的电偶极子叫做X-Dipole；与测线方向垂直的电偶极子叫做Y-Dipole。为了保证Y-Dipole电偶极子的方向与X-Dipole的相互垂直，用森林罗盘仪确定方向，误差；电偶极子的长度用测绳测量，误差在米。

3.2.4  磁棒布置技术：

磁棒离前置放大器大于5米，为了消除人文干扰两个磁棒埋在地下至少5厘米，用罗盘定方向使其相互垂直，误差控制在，且水平。所有的工作人员离开磁棒至少10米，尽量选择远离房屋、电缆、大树的地方布置磁棒。

3.2.5  AFE(前置放大器)布置技术：

电、磁道前置放大器放在测量点上，即两个电偶极子的中心，为了保护电、磁道前置放大器应首先接地，远离磁棒至少5米。

3.2.6  主机布置技术：

主机要放置在远离AFE(前置放大器)至少5米的一个平台上，而且操作员最好能看到AFE和磁棒的布置。

3.2.7  资料数据处理方法：

野外采集的时间序列的数据进行预处理后，在现场进行FFT变换，获得电场和磁场虚实分量和相位数据。并且，进行现场一维BOSTICK反演；在一维反演的基础上，利用EH-4系统自带的二维成像软件进行快速自动二维电磁成像。

4、解释推断

85线高频大地电磁测深EH-4反演解释成果图(图3)。从图中可以看出，地表里程820号点附近，有一个明显的低阻异常，该异常向大号点方向延伸，倾角约为45度，推测为断层F9的反应；在地表里程920附近，也存在一个明显的低阻异常，该异常向大号点方向延伸，倾角约为45度，推测为断层F4的反应；在剖面深部存在一个明显的低阻异常条带，该异常向小号点方向倾斜，倾角约为45度，该异常向上延伸，交地表里程1580号点，该里程处与磁法发现的F5断层对应，推测是该断层的反应，在F4和F5相交的位置，标高约为-200～-300m，存在一个低阻异常，我们推测可能为成矿有利部位，记为II号异常。

5、钻探验证结果

选择地质背景及物探异常较好的地段进行了钻探验证，在1线布置了钻孔ZK02，发现了6层钼矿体(图4)。自上而下依次为48.80～42.05m，钼品位0.1%；45.45～46.70m，钼品位0.041%；85.50～86.50m，钼品位0.095%；119.75～120.80m，钼品位0.037%；123.40～127.95m，钼平均品位0.076%；189.05～190.20m，钼品位0.045%。发现矿（化）体部位与高频大地电磁测深电阻率异常完全吻合。

图4  I线地质剖面图

6、结语

用高频大地电磁测深法来圈定多金属硫化物矿化带或富集带，间接找钼矿等金属硫化物矿具有良好的地球物理前提条件。根据高频大地电磁测深所测得的数据，通过反演解释，可在纵向上对深部地质体进行解剖，圈定金属硫化物矿化带，通过钻探验证，电阻率异常与地质特征完全吻合。钼矿主要产于花岗岩与辉绿玢岩接触带附近，具有明显的电性差异，高频大地电磁测深法在勘查工作中有较好的找矿效果。

参考文献：

[1] 内蒙古自治区鄂伦春旗孙家屯钼矿区物探工作报告  中南大学信息物理工程学院   2010

[2] 程培生、廖梦奇  内蒙古孙家屯钼多金属矿普查工作总结报告  2006