音频大地电磁测深在海源铜多金属矿的找矿实践*

晏宗根　黄明光　胡龙华

(江西省核工业地质局二六三大队)



音频大地电磁测深在海源铜多金属矿的找矿实践*

晏宗根黄明光胡龙华

(江西省核工业地质局二六三大队)

详细分析了音频大地电磁测深的工作原理，通过在海源铜多金属调查区开展Eh-4音频大地电磁测深工作，利用断面图由浅至深划分了4个电性层。结合物性及钻探资料，基本查明了工作区的地层结构和断裂构造发育特征，认为铜多金属矿化主要赋存于结构复杂的中—高阻二长片麻岩地层中，为该区铜多金属矿找矿工作指明了方向，为区内后续的钻探布设提供了依据。

音频大地电磁测深电性层地层结构断裂构造钻探布设

铜矿是一种重要的战略性资源，是我国的优势矿种，江西铜矿已探明的资源量和开采量在国内占有举足轻重的地位。经过数十年的开采，保有资源量已很难满足国民经济发展的需要，加强深部找矿工作迫在眉睫。深部找矿难度大、投入亦大，传统的地质找矿方法已无法满足要求。作为连续电导率张量测量的Eh-4电磁测深方法，具有对地下地质结构解析度高、有效探测深度适中(800～1 200m)的特点，可较为精确地探测深部地质体的三维形态、规模和产状变化信息，相对于其他常规物探方法而言具有设备轻、速度快、费用低、精度高等优点，在深部找矿方面已有成功案例[1-3]。海源铜多金属矿区是一个老矿区，地表矿化线索多，但品位低、规模小。探寻深部矿化情况，加强该区成矿规律的研究，对于该区的下一步找矿工作具有重要的现实意义。本研究通过音频大地电磁测深探寻海原地区构造和花岗斑岩体的分布、发育情况，了解不同岩层的展布、深度及厚度变化特征，探索深部花岗斑岩体的埋深和展布，为布设钻孔揭露老地层与花岗斑岩接触部位及花岗斑岩体的矿化情况提供依据。

1　工作区地质概况

图1　工作区大地构造位置

区内岩浆活动较强烈，晋宁期—燕山期均有岩浆活动。岩浆岩主要出露于调查区西南角，海原村以西及NE方向，主要岩性为加里东期细粒二云二长花岗岩。区内脉岩较发育，主要有细脉状花岗斑岩(γπ)、石英斑岩(λπ)、石英闪长玢岩(δoμ)、花岗闪长斑岩(γδπ)、煌斑岩(χ)及石英脉(q)。区域上该区属武功山复背斜东端，由一系列复式向斜、复式背斜组成，呈EW向延伸，由上元古界神山群和震旦系、寒武系地层组成，但受NE向区域构造影响，在吉水—新干地区，形成了NE向展布的单斜构造。区内断裂为NE向遂川—德兴深大断裂中段的蜜蜂街—大坑—马田断裂构造带，次级断裂有海源—东门坑断裂构造、曾家陂—竹溪断裂构造。海源铜矿点受次级断裂海源—东门坑断裂构造控制，总体走向NE35°～40°，倾向SE(或NW)，倾角55°～75°。工作区内主要表现为走向NE的石英脉。

基于DWJ-4F测量系统，采用脸盆架法结合面团法在海源铜多金属矿区进行了物性测量，结果见表1。

表1　海源铜多金属矿区电性参数

工作区内主要出露上施组灰白色、灰绿色绢云母千枚岩、变质砂岩、局部夹云母片岩，零星出露花岗斑岩。由表1可知：云母片岩电阻率较低，二长片麻岩电阻率中等，花岗岩电阻率最高，铜矿石电阻率最低，电阻率差异较明显，有利于开展电磁测深工作。工作区内水系发育，断裂构造富(含)水电性特征表现为低阻。根据上述客观条件，利用音频大地电磁测深法可对该区的含矿构造及部位进行有效识别和划分。因此，该区所具有的特殊电性特征为在区内开展音频大地电磁测深工作提供了客观的地球物理条件。

2　音频大地电磁测深工作方法及基本原理

音频大地电磁测深主要利用了岩石的电阻率、磁导率、 介电常数等参数[4-6]。根据电阻率值可将矿物分为：①极低电阻率(小于10-5Ω·m)矿物，主要为自然金属，如金、铜、锡、铂、汞及银等；②低电阻率(10-5～1Ω·m)矿物，首先为绝大部分的硫化物，如黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂、斑铜矿、黄铜矿、方铅矿等，其次为部分氧化物，如磁铁矿、白铁矿、锡石等，此外，石墨、无烟煤也属于该类；③中等电阻率(1～104Ω·m)矿物，有赤铁矿、铝土矿、辰砂、硬石膏、白钨矿、黏土矿物等，地下水也属于该类矿物；④高电阻率(104～108Ω·m)矿物，为硅酸盐和绝大部分氧化物；⑤极高电阻率(大于108Ω·m)矿物，包括绝大部分造岩矿物，如石英、方解石、长石、云母等。

音频大地电磁测深一般利用人工或天然电磁场源进行测量。在频率域的电磁方法中，一般采用正弦波人工源，而在时间域电磁方法中，采用垂直阶跃波人工源，测量脉冲的前沿或后沿的瞬变过渡场。天然电磁场是频谱极为丰富的随时间变化的场源，是音频大地电磁测深的场源。趋肤深度即为电磁波穿透的深度，但并非代表实际有效的研究深度。研究深度是1个较模糊的概念，他给出任一条件下电磁测深方法在特定地质条件下的平均特性，根据相关经验，有效勘探深度取博斯蒂克深度。音频大地电磁场特征：①在10～100kHz频带范围内，不同地区和时间观测的高频大地电磁信号的电场和磁场规律基本一致，说明大地电磁的高频信号与低频信号均基本稳定可靠。②在10～100kHz频带内，有2个突起、2个凹陷，突起在4～60kHz、200～800Hz，最大值分别约20kHz、300Hz；凹陷在800Hz～4kHz与80～300Hz，最低值分别约2kHz、150Hz；2个突起频段电磁信号增强、2个凹陷频段电磁信号减弱。③在10～100kHz两端以及60～100kHz频率范围内电磁信号整体减弱，局部在90～100kHz频段电磁信号有所抬起；在80～10Hz电磁信号递增，磁场增加的幅度大于电场。④在10～100kHz频带内，大于75%的频点磁场信号振幅高于0.01nT，仅高频段和部分800Hz～4kHz的凹陷频段的磁场信号振幅低于0.01nT；类似磁场信号，大于85%的频点电场信号振幅高于0.01mV/km，仅高频段和800Hz～4kHz的凹陷频段的电场信号振幅值低于0.01mV/km。⑤磁场信号的相关性优于电场信号。

音频大地电磁测深野外数据采集使用Eh-4连续电导率仪，采用单点张量观测方式，测量2个相互正交的电场和磁场分量，接收大地电磁信号的频率范围为10Hz～100kHz。Eh-4音频大地电磁测深是在大地电磁测深的基础上发展而来的电导率张量测量系统，主要利用较稳定的天然场进行测量，具有设备轻、速度快、费用低、精度高等优点。野外获取的原始时间序列数据由于存在一些随机干扰信号，可能影响所求取的张量阻抗元素的质量。测量数据预处理的目的是剔除干扰，为后续反演处理提供高质量的基础数据，具体步骤：首先按照野外记录，将每条剖面数据进行拼接，并检查数据文件与原始记录的各种参数是否一致；然后对每条剖面的数据在时间序列进行逐点、逐段的数据挑选，剔除明显干扰信号的时间序列段，减少随机干扰信号对数据的影响。反演处理是采用IMAGEM软件对预处理后的数据进行反演计算，根据实测视电阻率、相位差等信息恢复大地地电结构，基于获得的深度电阻率断面图追踪分析一些地质、构造现象，具体步骤：①对预处理后的数据进行统一整理，利用反演软件提供的良好数据选择对话界面对干扰较大的测点和异常频点进行剔除，在各测点的视电阻率和相位差曲线上删除连续性差、相干度低的频点，即所谓的“飞点”，但删除频点数不宜超过频点总数的20%，确保将相干度高、相位差变化较小的测点数据参与反演计算；②根据反演软件的参数设置要求，根据工作区实际情况设定各项反演参数，并根据计算结果的均方根误差评判反演结果的质量；③将反演结果与定性分析结果进行对比分析，当反演电阻率断面图所反映的电性层与定性分析结果一致时，方可提取反演结果，相关图件的绘制主要使用Surfer12、MapGIS软件。

3　音频大地电磁测深成果解译及钻探验证

3.1成果解译

图2　80#线音频Eh-4电磁测深卡尼亚电阻率断面

80#线音频Eh-4电磁测深剖面反演的电阻率断面(图2)电性结构相对简单，反演电阻率值一般为2.03～39 615.89Ω·m，总体表现为4层结构：地表电阻率小于 50Ω·m的低阻层为第四系的覆盖层及风化层；浅部标高-180m以上电阻率为50～900Ω·m的为白云母片岩，夹高阻体推测为花岗斑岩岩株；标高-660～-180m、电阻率为900～ 4 000Ω·m的中—高阻层为二长片麻岩，夹高阻体推测为花岗斑岩岩株；标高-560m以下电阻率较高，深部反演电阻率值为4 000～40 000Ω·m，推断为花岗岩。中部见有3处椭圆状高阻异常，异常排列有一定的规律，结合地表地质情况推测为黑云母花岗班岩。在80#剖面650#点附近出现纵向电阻率等值线扭曲现象，异常带特征清晰、倾向NW，推测存在断裂构造F80-1。

图3　72#线音频Eh-4电磁测深卡尼亚电阻率断面

图4　64#线音频Eh-4电磁测深卡尼亚电阻率断面

电性层地层岩性低阻(小于50Ω·m)第四系(Q)冲积物、残积物、黏土中低阻(夹高阻)(50～900Ω·m)震旦系下统下坊组(Z1x)白云母片岩中高阻层(900～4000Ω·m)震旦系下统上施组(Z1sh)二长片麻岩高阻层(大于4000Ω·m)加里东期花岗岩(3mbγ23)花岗岩

72#线音频EH-4电磁测深剖面反演的电阻率断面(图3)电性结构总体表现为4层结构，反演电阻率值为2～16 400Ω·m。地表低阻层小于50Ω·m为第四系的覆盖层及风化层；浅部标高-240m以上电阻率为50～900Ω·m的为白云母片岩，夹高阻体推测为花岗斑岩岩株；标高-640～-240m、电阻率为900～4 000Ω·m的中—高阻层为二长片麻岩，夹高阻体推测为花岗斑岩岩株；标高-640m以下电阻率较高，深部反演电阻率值为4 000～ 40 000Ω·m，推断为花岗斑岩。中部见有5处椭圆状高阻异常，推测为黑云母花岗斑岩。在72#剖面825#点附近出现纵向电阻率等值线扭曲现象，异常带特征清晰、倾向NW，推测存在断裂构造F72-1。

64#线音频Eh-4电磁测深剖面反演后推测地表为第四系覆盖层及风化层，中部中—低阻层推测为白云母片岩，中部中—高阻层推测为二长片麻岩；下部高阻体推测为花岗岩，反演电阻率值一般为2～42 000Ω·m(图4)。中部见有大小不一的4处椭圆状电阻率大于3 600Ω·m的高阻异常，结合矿区地质情况推测为黑云母花岗斑岩或酸性侵入体。在纵向上电阻率变化较明显，浅部为第四系或风化层，浅部标高-200m以上为白云母片岩，标高-620～ -180m为二长片麻岩，标高-620m以下电阻率较高，深部反演电阻率值为3 600～42 000Ω·m，推断为花岗岩。在64#剖面900#点附近出现纵向电阻率等值线扭曲现象，异常带特征清晰、倾向NW，推测存在断裂构造F64-1；在64#剖面275#点附近出现纵向卡尼亚电阻率等值线扭曲现象，异常带特征清晰、倾向SE，推测存在断裂构造F64-2。

3.2钻探验证

在80#线325#点附近施工了钻孔ZK80-1，钻探深度540.63m。钻探数据表明:浅部0～-6.5m为土黄色第四系砂砾土，成分为中—粗粒石英砂砾及白云母，含少量白云母片岩岩屑；-6.5～-275m为白云母片岩，-275～-539m为二长片麻岩， -539～-540.63m为花岗斑岩，与推测的地质剖面基本吻合。

在80#线475#点附近施工了钻孔ZK80-2，钻探深度1001.14m，钻探数据表明：浅部0～-6.5m为风化层，-6.5～-263.88m为云母片岩，-263.88～-975m为二长片麻岩，-288～-296m、-327～-419m见3段花岗斑岩，在距地表975m以下为花岗岩，与推测的地质剖面基本吻合。

在64#线325#点附近施工了钻孔ZK64-1，钻探深度530.8m。钻探数据表明：0～-3.2m为土黄色第四系砂砾土，成分为中—粗粒石英砂砾及白云母，含少量白云母片岩岩屑；-3.2～-103.8m为白云母片岩，-103.8～530.8m为二长片麻岩；-250～-290m、-387～-450m处硅质脉密集发育，其中，-300.5～-302.5m、-332.9～-334.4m、 -335.5～-337.4m处分别见有3段品位为0.95%、0.39%、0.35%的铜矿(化)体，与推测的地质情况基本吻合。

4　结　论

(1)基于Eh-4音频大地电磁测深成果基本查清了工作区的地层结构,由浅至深划分了4个电性层，高阻电性层与花岗岩体有良好的对应关系,中—高阻电性层与二长片麻岩也可形成较好的对应关系。

(2)Eh-4音频电磁测深在条件有利时(不同岩性之间导电性有较明显的差异)，可较好地分辨出岩性接触带的深部位置。

(3)中—高阻层对应地层为二长片麻岩，中—低阻对应云母片岩，其电性结构相对复杂，与该地层花岗斑岩岩株的分布和断裂构造发育有关。

(4)铜多金属矿化主要分布于电性结构复杂、中—高阻的二长片麻岩地层中，而与岩浆岩的接触部位未见矿化，为下一步的铜多金属找矿工作指明了方向。

(5)Eh-4音频大地电磁测深对不同电阻率的地层有较好的反应，具体找矿工作中需结合激电中梯或土壤化探面积性测量成果以及实际地质情况进行具体分析，可有效发现一定深度的异常体或矿化体，对于提高钻探的成功率有较好的指导作用。

(6)Eh-4音频大地电磁测深由于利用天然场，抗干扰能力较差，且存在体积效应，因此在野外作业过程中的班报记录(包括测点附近地质现象的完整描述、测量过程中出现的异常或干扰以及电力线、水库静位移)对后期解译具有重要的参考价值。

[1]谢朝永，赵建敏，张红强，等.深穿透找矿模式及深部找矿效果分析[J].现代矿业，2014(7)：93-96.

[2]胡耀星，张冰.黑龙江省鹿鸣钼矿地球物理特征及异常模型[J].金属矿山，2015(1)：82-85.

[3]孟凡兴，山亚，邱崇涛，等.综合物探测量法在相山红盆地区铀矿勘查中的应用[J].现代矿业，2016(1)：147-149.

[4]朴化荣.电磁测深法原理[M].北京：地质出版社，1990.

[5]石应骏，刘国栋，吴广耀，等.大地电磁测深法教程[M].北京：地震出版社，1985.

[6]陈乐寿，刘任，王天生.大地电磁测深资料处理与解释[M].北京：石油工业出版社，1989.

ApplicationoftheAudioFrequencyMagnetotelluricSoundingMethodinCu-polymetallicProspecting

YanZonggenHuangMingguangHuLonghua

(263BrigadeoftheJiangxiNuclearIndustryGeologicalBureau)

Theworkingprincipleoftheaudiofrequencymagnetotelluricsoundingmethodisanalyzedindetail,theEh-4audiofrequencymagnetotelluricsoundingmethodisusedintheHaiyuanCu-polymetallicinvestigatedarea,thefourelectricallayersareobtainedbythedivisionoftheprofilefromshallowtodeep.Basedonthephysicalanddrillingdata,thedevelopmentofthestratigraphicstructureandfracturestructureoftheworkingareaareobtainedbasically,theCu-polymetallicmineralizationisdevelopedinthemiddle-highresistancemonzoniticgneissstratumwithcomplicatedstructures.TheaboveanalysisresultsofthepapaerpointsoutthedirectionoftheCu-polymetallicprospectingworkinthearea,besidesthat,italsoprvidesomereferenceforthedrillinglayoutinthearea.

Audiofrequencymagnetotelluricsoundingmethod,Electricallayer,Stratigraphicstructure,Fracturestructure,Drillinglayout

2016-02-05)

*江西省地质勘查基金项目(编号：20110203)。

晏宗根(1967—)，男，高级工程师，331307江西省新干县683信箱。