低纬度地区应用EH－4找矿

王凤刚，顾 卫

（1．首钢地质勘查院地质研究所，北京100144；2．重庆地质仪器厂，重庆400033）

1 概述

近年来随着铁矿石价格的不断升温，找矿热已经从国内扩大到周边国家和地区。并且随着近年来冶炼技术的提高，铁矿石原料由原来主要的磁铁矿，向现在的黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿等多种弱磁性、无磁性矿石发展。本次工作就是对柬埔寨奥多棉芷省安隆汶地区一处矿点进行勘查。在经过实地踏勘后认为该地区矿体为镜铁矿，矿石质量较好，但是由于矿体没有磁性，故选择操作简便的EH－4做大地电磁测深勘查并结合高精度磁法测量的方式，对该区内矿体规模及前景等进行评价。

2 仪器原理及方法介绍

2．1 高精度磁法观测

在本工作区我们选用高精度磁法与大地电磁相结合的方法，综合解释该区域内矿体规模及前景。

首先选用HC－95手持式氦（He4）光泵磁力仪做高精度磁法剖面。HC－95手持式氦（He4）光泵磁力仪是为地面地磁测量而设计的。它是利用被激发的氦元素在磁场中产生塞曼能级分裂，从而发生频率跃迁，其跃迁的共振频率正比于外磁场强度，其比值为：28．02356 Hz／n T。HC－95就是测量这跃迁共振频率来指示磁场值的。其精度可达到0．01n T，该仪器被称为我国地面磁力仪更新换代产品。

为了准确而自动地测量出跃迁共振频率，仪器利用自动控制原理，设计成自动锁定闭环系统。其方框图见图1。

图1 HC－95自动锁定闭环系统方框图

磁场中产生的跃迁频率为f1，由环路中的压控振荡器产生的频率为f2。闭环系统一方面将这频率f2返回到探头与探头产生的共振频率f1进行比较，另一方面将这频率f2送磁场值计数器。当f2等于f1时，探头频率比较器输出的误差信号为零，由于误差信号为零，压控振荡器得不到控制电压而保持频率不变。又f1为外磁场对应的频率，可见由磁场值计数器输出的结果就为外磁场值。

当外磁场发生微弱变化时，f1也随之发生变化。假设f1升高，这时探头比较器将产生一误差信号，这误差信号通过放大，并迫使环路中的压控振荡器的频率也升高，即f2升高。当f2升高到与f1相等时，探头进行比较后的误差又为零，压控振荡器的频率不再受误差信号作用而保持不变，反之亦然。可见，这个闭环系统中压控振荡器产生的频率f2始终跟随探头产生的频率f1而变化。即仪器进入锁定状态。所以压控振荡器输出的频率始终表示外磁场值。可见，HC－95是一种连续测量的仪器。实际上，仪器设计成每0．5秒测量一次并输出测量结果值。

2．2 EH－4大地电磁测深

Stratagem这套仪器是一种用来测量地下几米到一公里多深的地球电阻率的特殊大地电磁测深（MT）仪器。这套仪器既可以使用天然场源的大地电磁信号，又可以使用人工场源的电磁信号，以此来获得测量点下的电性结构。大地电磁测深（MT）仪器是通过同时对一系列当地电场和磁场波动的测量来获得地表的电阻抗。这些野外测量要经过几分钟；傅立叶变换以后以能谱存储起来。这些通过能谱值计算出来的表面阻抗是一个复杂的频率函数，在这个频率函数中，高频数据受到浅部或附近的地质体的影响，而低频数据受到深部或远处地质体的影响。一个大地电磁（MT）测量给出了测量点以下垂直电阻率的估计值，同时也表明了在测量点的地电复杂性。在那些点到点电阻率分布变化不快的地方，电阻率的探测是一个对测量点下地电分层的一个合理估计。Stratagem这套系统是由两个基本组件构成：一个接收机，一个发射机。在高频段，天然信号通常比较微弱，使用发射机能够提高数据的质量；对于某些应用或某些情况下，由发射机提供的额外的高频信号我们可以不必使用。Stratagem这套仪器可以有效的用于地下水调查、环境的地下特征调查、矿产与地热勘探及工程研究。因为该仪器的供电电池既灵巧致密又便携，所以即使在崎岖的山区和恶劣的地区也能顺利的操作和工作，Stratagem系统的快速采集速度和便携性为我们的勘察设计提供了灵活性。表面阻抗可以很快的以电阻率的形式显示出来，也可以一组组处理，并实时在剖面中呈现出来，这种实时显现的灵活多样性能够让调查者根据对初步处理和测量结果的分析而改变测量设计。

而本次勘探主要基于浅部矿体的预测及评价，故我们应用人工发射信号补偿天然信号的不足，来获得更好的效果。

EH－4采集数据装置的连接（见图2），EH－4系统野外数据采集测线布置（见图3）。

（1）原理概述

图2 EH－4数据采集装置示意图

图3 EH－4系统野外数据采集测线布置

EH－4是通过观测记录电磁场信号，然后通过傅立叶变化将时间域的电磁信号变成频谱信号，得到Ex、Ey、Hx、Hy，最后计算地下电阻率。

（2）测量方法

工区采用EMAP测量方式，所谓EMAP测量是指电极距等于点距，即首尾相连的测量方式。这样可以消除部分静态效应所造成的畸变。

EH4通过观测中对以下4个方面进行监控，确保观测质量：

① 相干度；

② 讯号相对干扰背景的强度；

③ 相位关系；

④ 频率范围。

讯号的相关性好，相干度高；Hy和Ex脉冲的电、磁道相关性好；电磁道的相对强度都超过0．10，即振幅A在范围0．10＜A＜10之间，属于信号，否则很可能为噪音。因为在真空中电场和磁场有90°相位差。而在均匀地下介质中，则为45°，因此，地下电场与磁场的相位曲线不会超出45°，我们所有观测点在观测中都尽量保证在此范围。若观测点达不到以上要求，则要采取重复观测和增加叠加次数的方法，来尽可能的满足。

3 工区布置与测量

3．1 工区布置

本工作区范围约1km2，范围不大，故采用大比例尺同时进行大地电磁测深和高精度磁法测量工作。以镜铁矿露头为中心位置，南北向为测线方向，设置为0线，东西以100m为间距，布测工作。本次测量工作采用动态GPS进行放点测量，仪器精度：RTK平面精度2cm＋1ppm；RTK高程精度3cm＋1ppm，在测量过程中，点位偏线控制在0．4m以内，点间距离控制在0．4m以内，满足图上1．25mm和12．5%的精度要求，为剖面解释提供真实可靠的测量信息。

3．2 高精度磁测剖面测量（图4）

高精度磁测设计点距5m，线距100m，从磁测结果中不难看出磁异常幅值在－200～200n T之间，曲线呈无规律性变化，该区域基本属于无磁性区，说明该区内不存在磁性矿体，再继续做磁法面积性工作意义不大，只查明该区域内镜铁矿的埋深及范围就可以完成本次工作任务。

图4 高精度磁测剖面E100、0线、W100剖面数据图

3．3 大地电磁测量

（1）数据采集

本次工作主要是对该区内镜铁矿露头进行勘查，矿体基本处于地表，预测埋深不会太深，利用人工发射信号补强自然场，增强浅部信息。

初步设计剖面点距50m，线距100m，在完成3条剖面后，处理结果较为牵强。剖面没有明显异常，露头矿体在剖面没有很好的显示。初步判断矿体范围较小，点距过大。调整设计，剖面布置为点距10m，线距50m，并且在露头矿体上做十字剖面，追踪矿体赋存范围。

（2）数据处理

利用仪器自带软件Imagem对数据进行一维处理，包括删除干扰严重的采集信号（图5），剔除异常点（图6）等。

图5 数据分析中删除干扰信号

图6 1－D分析剔除异常点

全部数据进行初步处理后，对剖面数据进行2－D分析、空间滤波，Surfer成图等工作。

再利用其它EH4专业软件，做二维Bostick变换、二维快速松弛（RRI）反演等等。

（3）数据解释

在以50m点距的剖面上，我们难以区分矿体露头位置，整条剖面浅部都是以低阻体为主，显示效果不明显（图7）。

图7 极距50m剖面

镜铁矿露头位于剖面500号点位置，而剖面图几乎没有显示，这一结果说明我们揭露的矿体规模小，埋深浅等特征，以50m间距测量漏掉了矿体。参照上述因素，布置极距10m，点距10测量十字剖面（图8）。

图8 极距10mEW向剖面

依图8不难看出，调整点距，极距后，在－15号点到45号点有一个明显低阻异常（图9）。

依图9不难看出，在480号点到510号点有一个明显低阻异常。这一结果与我们在地表见到的镜铁矿露头相吻合。

经过上述设计的调整，参照十字大地电磁测深剖面（EW、SN向），我们对该区内的镜铁矿露头有了可靠的推断，该镜铁矿露头范围在30m×30m的范围，厚度约20m。据此估算该区内镜铁矿露头储量约10万吨。达到了预期预测矿体的目的，很好的解决了该区内矿石种类，矿区评价的任务。

图9 点距10mSN向剖面

4 结语

本次勘查采用了两种物探手段，在磁法查明该区内无磁性矿体的情况下，再利用大地电磁法揭露露头矿体的规模及埋深，圆满地完成了工作任务。

随着矿产资源的紧俏，赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿都成为勘查对象，相对磁铁矿，这些矿石没有磁性，利用传统的磁法工作查明区域内矿体种类，对于无磁性矿体，配合目前主流的电磁法可以快速，有效的获取数据，得出结论。不仅在东南亚，在低纬度及赤道地区，无磁性铁矿相对更多一些，采用多种物探方式，可以有效地获取信息，解决矿床勘查问题。

［1］陈锁成，罗维斌．EH4高频大地电磁测深数据的时频分析［J］．甘肃冶金，2009，31（3）．

［2］王冲，董平，孙斌，吴咏敬，蒋少涌．EH4电磁测深在江西城门山矿区深部及外围找矿中的应用［J］．地质与勘探，2009，45（6）．