瞬变电磁法在复杂构造背景下深部找矿中的应用

喻 春 ，赵维新 ，祝 杰

（1．成都理工大学地球物理学院，成都 610059；2．中国人民武装警察部队黄金第十二支队，成都 611732）

该铅锌矿区位于云南省西南部，矿床与地层、构造关系密切。矿区外围为松树坪—富隆厂—鲁多罗铜、铅、锌、汞、锑成矿带。1984-2003年间，该矿区曾开展过多次地质普查工作，包括大功率激电工作。该区地表大部分为紫红色泥岩、细砂岩，且地形起伏大，进行IP测量时，尽管其电流供至4A以上，AB极距大于2km，但因电流集中于地表浅部流动，无法穿透低阻地层激发矿体，故未有明显的IP异常显示。而瞬变电磁法采用不接地回线，观测纯二次场，具有探测深度大、分辨率高、发现异常能力强、装置灵活多样、穿透力强、工作效率高等优点[1]。

工作时就是利用瞬变电磁法的以上优点在原先不具备某些常规电法工作的地区开展瞬变电磁法面积性测量工作，以圈定800m深度矿化体的分布范围并识别其形态特征，探讨Zn、Pb矿化体与控矿构造的空间分布及关系，为后续工程提供依据，也为同类型的矿床地球物理勘探提供可借鉴的经验。

图1 时间域瞬变响应曲线

1 瞬变电磁技术原理

电磁（EM）法是以地壳中岩、矿石的导电性、导磁性和介电性为主要物性基础，根据电磁感应原理，通过观测和研究电磁场的空间和时间分布规律，来寻找地下有用矿产资源和解决地质、环境工程等问题的一组电法勘探方法[2]。

根据发射场性质的不同，可以分为时间域瞬变电磁法和频率域瞬变电磁法，本应用的阶跃瞬变电磁法属于前者。它是利用接地导线或不接地回线通以脉冲电流作为场源，向地下发送一次脉冲磁场，以激励探测目的物感生二次电流，在一次脉冲磁场间隙期间，利用线圈或者接地电极观测二次场随时间变化的响应。

图1是均匀半空间条件下的瞬变响应曲线，整个瞬变过程可分为三个阶段，早期（响应电压不随时间变化）、中间过渡期（响应形态随时间变化）和晚期（双对数坐标为一条直线）。整个瞬变响应过程是一个随时间和地下电导率变化的复杂函数。

在晚期段，垂向上的瞬变电磁感应电压可以表示为：

式中t为电流关断后的延时时间（s），σ为电导率，μ为磁导率（4π×10-7H/m），M为发射磁矩（对正方形回线 M=I×L2），L为正方形发射线圈边长（m），I为发射电流（A），Vz（t）为观测到的垂向上的瞬变电磁感应电压（V），Sr为接收线圈的有效面积（m2）。从（1）式可以看出，瞬变电磁观测的感应电压与σ32成正比，而直流电法观测的电位差是与电阻率成正比的。所以，本质上，瞬变电磁发比电阻率（电导率）的变化更敏感，对有电性差异的目标体有更高的分辨能力[3]。这为下一步的物探工作提供了较好的理论前提。

2 矿区地层及电性特征

岩石电性参数表

矿区内出露地层由新至老：白垩系下统景星组下段(K1j1)，侏罗系上统坝注路组(J3b)、中统花开左组(J2h)。

矿区位于澜沧江深断裂与金沙江深断裂间，兰坪思茅中凹陷带北段，滇西著名矿集区中。该区北起维西于打底，南至大板凳，东与玉龙雪山断裂为界而与云岭褶皱带相邻，西以澜沧江深断裂为界。近SN向、NE向、NW向为主要断裂。其中，近SN向F1区域断裂为成矿前期形成，属导矿及容矿构造；NE向断裂与矿化关系密切，断裂带上多见Pb、Zn、Cu、Ag等矿(化)体，在白秧坪矿段有F5、F6、F7、F8 等 4条，在吴底厂矿段有 F2、F3 两条断裂, 为区域断裂之次级断裂, 属成矿构造及容矿构造。褶皱则以元宝山复式背斜最为重要。轴向南北。西翼倾角30°～50°；东翼25°～40°，被断裂破坏不完整。核部出露J2h1紫红色粉砂岩夹泥岩，翼部为J2h2杂色泥岩夹泥灰岩、介壳灰岩。

矿区由北至南分为李子坪、吴底厂、元宝山三个矿段，矿化体赋存于景星组下段泥质粉砂岩、硅化砂岩和侏罗系花开左组上段灰质细砂岩夹薄层泥灰岩中，在吴底厂有Pb、Zn矿出露。

在进行瞬变电磁勘探之前，该区已进行了地质钻探，岩石电性参数采用小四极法测量（表）；表中可见，矿石与围岩间的电性差异较大，为TEM方法开展工作提供了物性前提。

3 施工方法及数据解释

3.1 工作方法与技术

施工中使用重庆奔腾数控技术研究所生产的 WTEM—2J瞬变电磁勘探系统，采用大定源回线装置，发射线圈采用 300m×300m单匝发射。该仪器操作简单方便，工作效率高，可实现最高 50A（p-p）大电流连续方波供电。可对采样率达1sμ的海量数据进行实施数字滤波、断电时间影响校正及异常形态精细研究等，并能进行最高9 999次叠加，以减小随即干扰。工作中采用12V可充电电池串联，正负20A大电流连续方波供电，电流脉冲宽度为250ms，采样率为1sμ。由于该矿区工业电流干扰较弱，所以每点叠加30次，由厂家提供的软件进行数字滤波等预处理及反演、绘图等。

图2 17-18-19线视电阻率反演断面图

3.2 解释推断与验证

图2为17、18、19号测线视电阻率反演断面图。17线中部存在一低阻断裂带,向南倾斜，倾角较大，在2 500～2 700m间有一相对低阻异常区域，呈不规则透镜状分布，视电阻率在100Ω⋅m以下。为了验证此异常，在17线750m处设计一钻孔（ZK17），孔深700m。经钻孔验证，在2 750～2 650m间为一断裂破碎带，断裂破碎带上下盘局部岩石变质较强，石英砂岩细脉发育，脉宽1～5m，裂隙面可见铅锌矿层,局部含黄铁矿, 铅锌矿可达15%～23%,呈浸染状,局部呈团块状。钻孔柱状图如图3所示。

图3 ZK17钻孔柱状图

4 结论

根据视电阻率反演断面图可知，该次勘探工作充分证明了大定源回线瞬变电磁法装置简单，探测深度大，对隐伏断裂破碎带所形成的串珠低阻带分辨力高的特点，该方法在云南某高海拔高起伏复杂构造地区的应用是切实有效的。

在地形起伏特别大，构造复杂地区,开展常规电法比较困难时,采用瞬变电磁法利用不接地回线发送大电流,选用大定源装置工作效率高,探测深度大,地形影响因素小，地表高阻体对电磁波的发送和接收、测量影响也较小,对于寻找深部破碎蚀变岩型铅锌矿是一种较好的物探工作方法。

但中深部探测用瞬变电磁仪对浅部地层信息的敏感度不够，浅部地层信息的提取信息量特别少，造成视电阻率值普遍偏低,不便与其它电测方法的同类参数进行直接对比，在实际应用中应特别注意。

[1] 李金铭. 地电场与电法勘探[M]. 北京：地质出版社，2005.

[2] 牛之琏. 时间域电磁法原理[M]. 长沙：中南工业大学出版社，1992.

[3] 祝杰，雷宛，吴有亮. 水上瞬变电磁勘探在西气东输工程中应用研究[J]. 工程地球物理学报，2010, 5: 561～565.