音频大地电磁测深法在甘肃石青硐多金属矿区深部探测中的应用

白运BAI Yun；冀显坤JI Xian-kun；郭伟立GUO Wei-li

（①中国地质调查局西安地质调查中心，西安 710054；②西北地质科技创新中心，西安 710054）

0 引言

在众多地球物理探测中，电法勘探由于其场源的多变性，方法的多样性和解决问题的有效性，已被广泛应用油气、矿产、工程探测等领域。

音频大地电磁测深法（Audio MagnetoTelluric，AMT）是在大地电磁测深法基础上发展起来的一种频率域测深方法，具有勘探深度大，分辨能力强，观测效率高、不受高阻层屏蔽以及对低阻层灵敏等特点，是研究中、深部地质构造和寻找隐伏型矿的有效手段，探测深度一般为≤2000m。随着国民经济的持续发展，现有矿产资源已不能满足需求，开展中、深部矿产勘探成为找矿的新方向。

石青硐多金属矿区位于北祁连块状硫化物矿床成矿的有利地段，深部地球物理工作较少，本文首次将音频大地电磁测深法（AMT）应用于该矿区深部地球物理探测，通过开展工作，查明了研究区2km 以浅的地层分布和含矿构造的电性结构特征，表明本次AMT 勘探工作取得良好的应用效果，为深部找矿提供地球物理方法技术支撑。

1 石青硐矿区地质特征

1.1 区域地质特征

石青硐矿区位于北祁连早古生代火山岩带东南缘，是我国重要的块状硫化物成矿带。区域大地构造位置属北祁连加里东褶皱带东段，与中祁连古陆壳的边界是一个巨大的断裂系，大致延白银-石青硐-富强堡-线分布，控制着火山弧内早古生代的沉积作用及火山-岩浆活动。石青硐地区与白银厂矿田有着相似的地质背景和成矿条件，两者同处同一裂谷火山成矿带上，受同一基地断裂控制。地层主要为震旦系白银岩群火山岩及沉积变质岩层，由东向西呈叠瓦状从老至新依次出露。区内构造复杂，构造线总体方向为NWW 向，褶皱及断裂均发育。矿区总体为一背斜构造，断裂构造为一组NWW 向逆断层，多断于背斜北翼强烈倒转部位，整个区内火山岩带受NWW 向石青硐-了高山深大断裂控制。

1.2 研究区电性特征

石青硐多金属矿区主要为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等，含矿围岩主要是石英角斑凝灰岩（酸性岩），局部赋矿围岩为细碧凝灰岩（基性岩）。矿区南部出露岩性主要为震旦纪白银岩群浅绿灰色变质含角砾英安凝灰岩、变质英安凝灰岩夹凝灰质千枚岩、绢云石英片岩为主，中部中部出露岩性主要为寒武纪香毛山组大理岩、变玄武夹绢云千枚岩、变英安质凝灰岩、变安山岩，北部出露奥陶纪阴沟群暗灰绿色变玄武岩、酸性细火山碎屑岩。

根据收集的前人资料，研究区岩矿石物性标本测试统计结果表明，含矿岩石表现为低阻；不同种类岩矿石标本之间电性差异较为明显，具备开展音频大地电磁法的前提。石青硐矿区岩矿石电性统计结果如表1 所示。

表1 石青硐矿区岩矿石标本物性测试统计表[1][2]

2 音频大地电磁测深法（AMT）数据采集与资料处理

2.1 AMT 野外数据采集方法技术

根据已有地质资料，研究区主要构造方向为NNE 向，故垂直构造走向布设1 条AMT 测线（见图1），方位角21°，测点24 个，点距100m，剖面长度2.3km。

图1 石青硐矿区AMT 测线布置图

采用加拿大凤凰（phoenix）地球物理公司生产的V5（MTU-5A）网络化大地电磁仪，汇集高精度GPS、无线网络、远程控制、移动存储等当代最新科技于一身，是目前世界上电磁系统的顶级产品，配备AMTC-30 高频磁探头，采集频率10400-0.35Hz，共计60 个频点。

采用十字布极张量观测方式，以磁北方向作为参考北方向，观测大地电磁场的Ex、Ey、Hx、Hy 分量。接收电偶距MN=40m，单点采集时间不少于60 分钟。

2.2 AMT 资料处理

野外采集得到测点的时间序列文件，通过SSMT2000软件经傅里叶变换、互功率谱计算、近磁参考处理、阻抗张量估算，进而求取测点不同频率视电阻率和相位，生成中间结果EMT 和MMT 文件。用MTEDITOR 软件对生成的中间结果文件进行频谱编辑，将电磁干扰严重的频谱删除（去飞点），得到各测深点相对平滑和干扰较少的视电阻率和相位数据，经过surfer 软件网格化处理，可以输出视电阻率/相位-频率拟断面图。

由于趋肤深度除与频率有关外，还与电阻率有关，所以纵坐标表示的频率并不完全对应着深度值，尽管如此，断面上仍可以看出电阻率沿深度和沿剖面两个方向的变化趋势。由于阻抗相位曲线对电阻率随深度变化比较敏感，而对某一层电阻率的绝对值反映不敏感，所以相位等值线不如视电阻率等值线那样对不同测点之间电性差异反映得那样显著，只能一定程度上反映电阻率随深度的变化及横向的起伏形态。一般说来，相位的高值圈闭对应着电阻率由大变小的界面位置；低值圈闭对应着电阻率由小变大的界面位置。不管视电阻率存在静态效应与否，对应的相位值是固定的，即静态效应不会造成相位畸变。

图2 给出了石青硐矿区音频大地电磁测深（AMT）剖面xy 方向视电阻率（相位）-频率的拟断面图，可以看出，测线所在位置的区域电性特征。视电阻率拟断面图显示，测点10900-12300 之间三个明显低阻范围，视电阻率小于100Ω·m，其中11400-11500 低阻范围纵向一直延伸到1Hz。在低频区域（小于1Hz 范围内），出现高阻层区域，视电阻率大于1000Ω·m。整体来说不同的构造区域，地质面貌迥然不同，推测在测点10900、11400、11500、12300 附近可能存在破碎带或者岩性分界带，导致其两侧存在较大的电阻率差异；相位拟断面图同样显示在测点11400-11500附近出一两个低值圈闭特征，推测在一定深度可能存在两个电阻率的由小变大特征的电性结构；相位等值线密集，同样说明了该区域存在明显岩性分界线。

图2 石青硐矿区音频大地电磁测深（AMT）xy 方向视电阻率/相位-频率拟断面图

2.3 音频大地电磁数据反演

反演是大地电磁资料处理解释过程中非常关键的一步，二维反演是目前主要的电磁反演方法。在国内目前常用的二维反演方法有非线性共轭梯度法（NLCG）、快速松弛法（RRI）、Occam 等。这些二维反演方法的共同点是都寻求满足拟合差条件下模型参数改变最小的模型。不同点是在计算过程中雅克比矩阵的改进和模型的改变方式。各种反演方法都有对应的理论基础，稳定性和速度上都存在差异，都有各自的优缺点。RRI 采用的是有限差分法正演，反演过程是将二维反演转变为一组一维反演。经过一维反演获得垂向变化，再借助水平插值形成二维地电模型。反演速度快，但精度不高。NLCG 反演兼顾速度和分辨率，速度介于Occam 和RRI 之间，比RRI 慢比Occam 快，分辨率比RRI 要高和Occam 相近。

对于本工区反演方法的选择，不仅考察了常用方法对初识模型的依赖程度、收敛的稳定性、反演效果的优劣等问题，又考虑本区的地电特征，采用成都理工大学地球探测与信息技术教育部重点实验室王绪本等自主开发的MTsoft2D 2.4 大地电磁二维处理和解释软件进行处理解释，该软件自带曲线编辑、静态校正、正演模拟、空间滤波、一维二维反演等模块，人机交互程度高，是国内较为先进的大地电磁处理软件。最终选择以均匀半空间作为初识模型，进行二维非线性共轭梯度反演的方法。通过对AMT 数据进行反演得到了剖面的二维电性结构，反演结果显示二维反演在一定程度上压制了地形影响和静态效应。

3 音频大地电磁测深（AMT）应用效果分析

图3 给出了石青硐矿区AMT 二维非线性共轭梯度（NLCG）视电阻率反演解释图。从图中可以看出，研究区电性具有横向分块、纵向有一定的成层性特征，地层纵向上整体呈现高-低-高电性特征。

图3 石青硐矿区AMT 二维反演综合解释图

本次工作发现低阻异常2 处：①剖面中部点号11200-11500 低阻异常，宽度约200m，埋深350-400m，视电阻率100-250Ω·m，强度相对低缓，似层状、扁豆状，夹于两个高阻层中间，该异常体对应于石青硐多金属矿床。②矿区南部位于测点10500-10900 处的低阻异常，埋深约150m，较浅，宽度约300m，与石青硐矿体处于同一连续层位且电性特征很相似。同时地表可见到酸性火山岩出露，推断异常可能为石青硐矿点南部的一个隐伏矿体（点）。

深部发现2 处高阻异常，视电阻率大于1000Ω·m，其中椭圆状高阻异常较完整，推测为隐伏酸性岩体反映。剖面北端测点11600-12400 反映的高阻异常不完整，埋深较深，性质不明，需结合深部资料解译。

4 结论

通过在石青硐矿区面开展音频大地电磁测深研究工作，得到以下几点认识：

①依据AMT 二维反演结果，结合地质资料，推断了该剖面2km 以浅的地电断面、岩体、含矿构造的展布特征。

②结合成矿因素，将矿区内的岩石电阻率分成岩体、变质岩系地层、矿体三个层次进行分析解释。

③通过对实测AMT 资料分的析，在剖面的南端圈定了一处有找矿前景的异常。

④研究结果表明，AMT 法在该矿区应用效果明显，对于推断矿体产状、深部矿体的走向和寻找隐伏矿具有实际意义，为深部找矿勘查提供了可靠的方法依据。