EH-4大地电磁测深法在某铜矿普查中的应用

安 岩 邹 建 谢志勇

（1.核工业西藏地质调查院，四川 成都 610000；2.四川省核工业地质调查院，四川 成都 610000）

0 前言

铜是国家建设不可或缺的战略资源，随着国民经济建设的加快，对铜的需求也日益增大。目前铜矿资源的已知储量越来越少，这就需要我们对铜矿资源的进一步勘探。

地球物理勘探史地球物理学应用于探测地下地质构造和寻找有用矿产方面的一个分支，是综合性地质调查的重要组成部分，其通过对地球物理场和岩（矿）石物理性质的研究来解决地址问题。大地电磁测深是天然交变电磁场为场源，研究地下电性结构的地球物理勘探方法。在众多地球物理勘探方法中，由于它成本低廉，操作轻便，尤其是不受高阻层屏蔽，勘探深度较大，而得到了广泛的应用。

1 EH-4大地电磁测深的基本原理

20世纪90年代由美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的新一代电磁仪——EH4型StrataGem电磁系统，能观测到离地表几米至1000米内的地质断面的电性变化信息，基于对断面电性信息的分析研究，可以应用于地下水研究、环境监测、矿产与地热勘察，以及工程地质调查等。该仪器设计精巧、坚实，特别适合地面二位连续张量式电导率测量，在技术上率先突破传统单点测量壁垒，走向电磁测量拟地震化、联合二位连续观测和资料解释。可以用于单点和连续剖面测量，完成各测点测量后，可获得电场功率谱、视电阻率、相位、相关度、一维反演等资料。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，f是频率，单位是 Hz；ρ是电阻率（ρxy、ρyx分别为 x 方向和 y方向的视电阻率）；E 是电场强度（mV/km）；H 是磁场强度（nT）；φH是电场相位；φE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（δ）。

由（4）式可知，趋肤深度（δ）将随电阻率（ρ）和频率（f）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观测系统的简单的方法原理。

一般情况下，大地是非均匀的，波阻抗是空间坐标的函数，此时必须用张量阻抗来描述。此外，大地电性分布的不均匀性，会引起电场的梯度变化，由此又产生磁场的垂直分量。进一步的讨论将会涉及较深的电磁场理论和张量分析等内容，其知识已超出本课题的研究内容。在解决一般性的工程地质调查中，作标量或张量观测即可。

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0.1Hz至100kHz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，φHy、φEx、φHx、φEy 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。

2 资料处理与解释

2.1 资料处理

采用IMAGEM和“HMT(EH4)数据处理系统”系列软件对资料进行预处理。在处理过程中，首先对野外数据进行剔非值、去噪等处理，然后进行一维及二维反演成像。

2.2 资料分析

2.2.1 电测深曲线

通过对整个工区单点曲线分析，可将曲线大致分为三类。

第一类为AH型：曲线高频段ρs值较低，呈锯齿状跳跃上升，为浅部风化地层的电性反映；中频段多呈平直或下凹状，为极破碎、极软弱或富水岩体、富低阻岩体的电性反映；低频段平缓上升，为较破碎、软弱岩体或较完整基岩的电性反映。

第二类为KH型：曲线高频段的K型曲线上升及下降均较缓，说明岩体较完整，中频段的H型曲线下凹幅度较大，为极破碎、极软弱或富水岩体的电性反映，低频段呈平缓上升，为破碎、软弱岩体或较完整基岩的电性反映。

第三类为AA型：高频段ρs值较低，低频段ρs值较高，整支曲线表现为逐步上升，说明表层岩体风化破碎，中深部较为完整。

2.2.2 电阻率断面图

根据地质资料，整个工区岩性较单一，多为粉砂岩、泥质板岩、大理岩、矽卡岩等，整体来看，表层电阻率较低，对应岩体风化强烈，岩体破碎；中深部电阻率一般以中高阻为背景，其间间杂有低阻体，推测该类中低阻异常区位为岩性接触带，岩体节理裂隙发育，岩体破碎、可能局部含水或是存在产状比较陡立的矿化脉。这些低阻体形态较复杂，部分为低阻下凹，也有形成低阻闭合圈，由于工区内局部可能含有铜钼矿化，也不排除为铜钼矿脉反映的可能。

2.2.3 解释原则

根据电阻率等值线断面图中背景值的大小、低阻异常的形态、等值线的梯度变化、低阻异常值及其与背景值的差异等，并结合地层岩性资料，对岩体风化界面﹑地下水水位面及岩体的破碎、软弱、含水情况进行判释。解释原则如下：

（1）根据电阻率值的大小、电阻率等值线变化梯度等物性特征，结合电阻率等值线形态和围岩等级划分方式，将低～中阻异常区（视电阻率250到750）划为M1异常区，但并不是所有视电阻率在250到750范围内的地段都被判定为异常区，这个依据地表一定深度内存在风化含水层并结合一定的经验来推断。

（2）根据表层电阻率凌乱﹑高低阻混杂的特征，并沿部分高阻基底面，划分出地表风化岩层及基岩分界面。

3 EH-4大地电磁测深应用实例

3.1 工区概况

该调查区位于冈底斯-念青唐古拉板片之次级构造单元：念青唐古拉中生代岛链和雅鲁藏布江弧-陆碰撞结合带间的冈底斯陆缘火山-岩浆弧内。属冈底斯陆缘火山-岩浆弧铜金多金属成矿带之冲江-甲玛 Cu、Mo、Au、Ag、Pb、Zn 与克鲁-弄如日 Cu、Au 成矿远景区。

调查区位于磁异常的高值区、强烈变化区，位于北西向与北东向两条异常带的交汇部位，调查区南侧出现一高值点。

图1 某地区1号测线视电阻率等值线断面图

图2 某地区2号测线视电阻率等值线断面图

图3 某地区推断成果图

本测区视电阻率值普遍偏高，ρs在1050—9638Ω·M之间。西边中部有一团块状的特高阻体，ρs在4000—9638Ω·M之间。东边有一南北走向的高阻体，ρs在4000—6853Ω·M之间，东部没有封闭。两高阻体边缘与低阻接触带为两岩性接触界线。

3.2 成果与分析

（1）某地区视电阻率等值线断面图解释成果（见图1、图2）

上述两图中M1代表推断异常带编号，大红色线代表推断异常带范围，蓝色线代表推断地表强风化及弱风化层，紫红色线代表推断基岩地层。从以上2条音频大地电磁测深视电阻率等值线断面图可见，1号测线，在30号测点至50号测点之间，地表以下存在一个明显的近似垂直的异常区M1，异常带向下延伸至基岩岩层，延深大概为160米，异常区范围内最低视电阻率值与围岩视电阻率值相差一倍以上，表现出较好的电性差异。2号测线，在30号测点至55号测点之间，地表以下同样存在一个明显的近似垂直的异常区M1，异常带向下延伸不大，延深不足100米，但是从M1异常区的形态分析，在KK02测线下方表现出继续向下延伸的趋势。

（2）某地区总体推断解释成果（见图3）从图3可以看出，本次大地电磁测深推断异常M1，与之前的磁法异常部分（绿色等值线）交叉，从已有的钻孔资料分析，测区内褐铁矿和磁黄铁矿与铜钼矿化一定程度伴生。

结合地质资料来看，M1大部分分布于两种岩性的分界带上，并且整个M1异常带位于两条断裂带之间，属于成矿较有利地段。推断M1异常是由岩性接触带或黄铁矿（化）、铜钼矿（化）引起，需要进一步用钻探手段验证。

4 结论

（1）EH-4所测得的断面等值线图能够清晰的反映底层分界面。

（2）EH-4的勘测深度大，能够满足铜矿的勘测需求，且工作效率高、解释软件较为成熟。

（3）由于受到地球物理学方法所固有的多解性困扰，在应用大地电磁法进行铜矿勘察时需要同地质紧密结合起来才能达到较好的勘探效果。

［1］梁永东，刘艳华，等.EH-4电磁测深法在铀矿区断裂构造勘查中的应用[J].铀矿地质，2010，5，26（3）.

［2］翁爱华，刘国兴.西方大地电磁测深法理论发展现状[J].世界地质，1998，3，17（1）.

［3］周军，王成龙，曾珍.音频大地电磁测深在攀西铜矿勘探中的应用[J].内蒙古石油化工，2008（1）.

［4］朱光喜.音频大地电磁在铁路隧道工程勘察中的应用[J].工程地球物理学报，2009，7，6（3）.

［5］赵国泽，陈小斌，马霄.中国地球地磁法新进展和发展趋势[J].地球物理学进展，2007.8.

［6］高利华.大地电磁测深在北天山前缘油气勘探中应用[J].石油物探，2006.