航空瞬变电磁法对地下低阻目标体的响应能力分析

丁继双，赵瑞君，王志宏，杨元江，宫智凯，穆明明

(1. 黑龙江省地质调查研究总院，黑龙江 哈尔滨 150036； 2. 核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050000； 3. 成都理工大学，四川 成都 610000)

航空瞬变电磁法是近年来国际上普遍使用的多金属矿探测方法，该方法具有速度快、效率高、勘探深度大、分辨率高、地形影响小、对良导体探测能力强等优点[1-3]。本文在研究航空瞬变电磁异常及后期钻探验证的基础上，分析了航空瞬变电磁法对地下低阻目标体响应的能力，认为航空瞬变电磁法反映低阻异常的效果明显，并具有一定的深探测能力。笔者认为利用航空瞬变电磁法进行矿产勘查时，在做好异常数据处理与反演工作基础上，必须加强地质因素分析，多方法结合勘查，以指导异常解释，减少多解性[4]，才能提高找矿成功率。

1 地质概况

HD109、116号异常为“黑龙江省大兴安岭成矿带航电方法试验”项目嘠来奥伊工区的重点异常。异常位于额尔古纳成矿带的白卡鲁山成矿远景区的西段，卡马兰河附近，受区域上北东向卡马兰河断裂和次一级北西向断裂控制[5]。广泛分布的地层主要为上元古界—下寒武统倭勒根群吉祥沟组[(Pt3-1)j]、下白垩统白音高老组(K1by)、下白垩统光华组(K1gn)，地层总体呈近东西向展布。区域上岩浆侵入活动较为强烈，以大面积分布的早寒武世的侵入岩为特征。断裂构造主要为北东向及北西向展布的隐伏断裂。异常及后期钻孔均位于河谷中，地势低洼多沼泽。

2 岩(矿)石物性特征

岩心物性测量共计完成641块，通过区内岩(矿)石的物性可以看出，区内石墨矿表现为低阻、高极化、弱磁化率特征，电阻率、极化率与炭质含量明显相关，岩石内若炭质含量高，则电阻率明显变低，极化率明显升高。

3 航空电磁异常特征

3.1 平面特征

黑HD-109号航电异常，在时间常数影像图上，对应低背景场上叠加等轴状高值异常，该高值区轴长约为1.7 km；异常地段磁场为平稳变化的背景场上叠加不规则状磁异常，异常北东侧为幅值60～140 nT的正磁异常，西侧异常强度最高达1 255 nT，推断该磁异常为后期侵入的闪长岩体的反应。黑HD-116号航电异常，在时间常数影像图上，为低值背景上叠加点、团块状高值区。航磁ΔT化极等值线图上异常位于-360～160 nT之间变化得梯度带边部。

3.2 剖面特征

黑HD-109号航电异常(以ZK109-2为例)：异常对应视电阻率值为4～80 Ω·m的等轴状低阻区，对应磁化率约为800～1 259×10-5SI的浅成磁性体，其具有低阻的航电特征，磁场上位于磁异常区及磁场梯度带上，与本区已知的下嘎来奥伊河铅锌矿航电航磁特征相似。黑HD-116号航电异常(以ZK116-2为例)：低阻率方面异常地段反映为浅部为高阻，深部为柱状、团块状低阻体；磁化率方面异常地段上部为低磁化率地质体，中深部存在一团块状的高磁化率地质体。

3.3 航电异常板状体反演

对HD-109号航电异常进行了板状体模拟(图1)，模拟结果显示该低阻体顶板埋深为84～141 m，倾向约为150(°)，倾角为15(°)～20(°)。对HD-116号航电异常进行了板状体模拟(图2)，模拟结果显示该低阻体顶板埋深为230～250 m，倾向约为190(°)，倾角为0(°)。

图1 ZK109-2板状体反演综合图

图2 ZK116-2板状体反演综合图

4 钻探验证效果及响应能力分析

4.1 钻探验证效果

HD-109号航电异常，验证两个钻孔，岩性以变质砂岩、炭质板岩为主，侵入岩可见二长花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩，钻孔内碳酸盐化、绿泥石化、绿帘石化、硅化等蚀变普遍。两个钻孔验证效果如下：

ZK109-1号孔，钻孔终孔孔深327.35 m，初步圈定出3条低品位石墨矿体(其中包含1条工业石墨矿体)，Ⅰ号低品位石墨矿体，221.60～224.00 m，固定C加权平均品位为2.42%/2.40 m；Ⅱ号低品位石墨矿体，239.00～241.50 m，固定C加权平均品位为3.82%/2.50 m，其中包含一条工业石墨矿体，240.20～241.50 m，固定C加权平均品位为6.17%/1.30 m；Ⅲ号低品位石墨矿体，302.00～303.40 m，固定C加权平均品位为2.75%/1.40 m。

ZK109-2号孔，钻孔终孔孔深237.76 m，初步圈定出1条低品位石墨矿体，80.00～107.00 m，固定C加权平均品位为2.47%/27.00 m，其中包含一条工业石墨矿体，104.00～105.00 m，固定C加权平均品位为6.44%/1.00 m。

HD-116号航电异常，验证两个钻孔，岩性主要为早寒武世中粒、中细粒二长花岗岩、花岗闪长岩及倭勒根群吉祥沟组的白色大理岩、炭质板岩、长英角岩。验证两个钻孔，其中ZK116-2号孔见矿，效果如下：ZK116-2号孔，钻孔终孔孔深350.80 m，初步圈定出1条石墨工业矿体，228.90～241.70 m，固定C加权平均品位为5.33%/12.80 m，最高品位为9.83%。

4.2 响应能力分析

为了系统了解区内岩矿石的物性特征，进一步综合分析引起航电异常的原因，以便评价航空瞬变电磁方法对低阻体的响应能力，项目组对所有完成的钻探岩心进行了物性测量，取得了区内岩石的电性、磁性资料。

HD-109号航电异常：石墨矿体、含石墨炭质板岩是引起航电异常的主要原因(表1)。ZK109-1号孔，180～280 m，为含石墨炭质板岩与变质砂岩混层，反映低阻、高极化特征，电阻率平均约为418.39 Ω·m，极化率约为12.91%；ZK109-2号孔，浅部0～107 m为碎裂蚀变岩、碎裂闪长岩、石墨矿混层，反映为低阻、高极化特征，电阻率平均约为227.5 Ω·m，极化率约为11.88%。

HD-116号航电异常：石墨矿体、含石墨炭质板岩及花岗岩、花岗闪长岩的破碎蚀变带是引起航电异常的主要原因。ZK116-2号孔，228.90～241.70 m，石墨矿体，反映低阻、高极化特征，与反演的低阻体较为一致，ZK116-1号孔，210～270 m，为花岗闪长岩破碎蚀变带，反映低阻特征。

从方法效果上看，主矿体对应有低阻异常存在，且低阻体埋深与模型反演低阻体顶板埋深相近，对应性较好，航空瞬变电磁法对低阻目标体响应明显。但低阻异常范围一般大于矿体边界，且空间位置上两者有一定的位移。分析认为有两个原因：首先，从工作经验角度，瞬变电磁断面上ρs曲线圈闭异常范围一般要比目标地质体边界范围大一些，会造成低阻异常范围略大；其次构造破碎蚀变带、水系等都可以引起低阻异常，势必会造成低阻体与矿体空间位置上有所差异，范围有所不同。

表1 低阻体埋深及成因统计

5 结 论

本文结合航空瞬变电磁异常分析与钻探验证效果，分析了航空瞬变电磁法对地下低阻目标体响应的能力，通过对比分析，得出结论如下：

1)航空瞬变电磁测量系统VTEMplus具有分辨能力强、探测深度大等突出优点，对低阻体十分敏感，对于勘查与低阻体有关矿产时可以考虑与其他找矿方法配合应用。

2)时间常数与电阻率深度剖面显示的低阻异常，都与钻探验证的低阻体、矿体吻合度较高，说明该方法在勘查与隐伏低阻体相关的多金属矿方面具有良好的效果[6]。

3)本次异常及钻孔位于地势低洼多沼泽地段，存在一定程度的低阻屏蔽，但本次依旧可以探测到深部的低阻体，显示了航空瞬变电磁法具有一定的深探测能力。

4)从方法效果上看，低阻异常均对应相应的矿体、构造破碎蚀变带，且低阻体埋深与模型反演低阻体埋深相近，对应性较好，航空瞬变电磁法对低阻目标体响应明显。但低阻异常范围一般大于矿体边界，且空间位置上两者有一定的位移。

参考文献：

[1] 张昌达. 航空时间域电磁法测量系统: 回顾与前瞻[J]. 工程地球物理学报, 2006, 3(4): 265-273.

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[3] 骆燕, 曾阳, 石岩. 航空电磁法在火山岩型块状硫化物矿区的试验[J]. 物探与化探, 2014, 38(4): 840-845.

[4] 崔中良, 洪托, 崔东豪, 等. 可控源音频大地电磁测深法应用研究综述[J]. 中国锰业, 2016, 34(3): 173-177.

[5] 杨昆林, 褚向飞, 岳竞峰, 等. 黑龙江省大兴安岭呼中区下嘎来奥伊河上游铅锌多金属矿Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅳ号矿带勘探报告[R]. 哈尔滨: 黑龙江省地球物理勘察院, 2015.

[6] 程瑞红, 李文尧, 黎德超. 坑道瞬变电磁法在云南某铜矿的试验[J]. 中国锰业, 2016, 34(5): 116-118.