AMT在戌街石墨矿勘查中的试验效果分析

李松柏 王亮 唐喜 朱广飞

（云南省核工业二〇九地质大队）

石墨作为国家战略性矿产资源，被广泛运用在冶金化工、机械电子、国防军工、核工业等领域，在国民经济生产中占有重要地位。近年来，在找矿过程中提倡绿色勘查，物探方法以具有对自然环境破坏小、污染少，成本低、探测效率高等特点，可指导并减少探槽、钻探等工程的布置，已成为矿体勘查的重要手段。

对于不同的勘查区，物探方法的选取应通过方法试验决定。戌街石墨矿赋矿层位稳定，地表变化平稳，由矿体浅到深厚度变化较大，石墨矿体较围岩具有低电阻率特征，在矿区适合进行电法勘探，常用方法有激发极化法、大地电磁测深法等［1-8］。矿区属云南山地，地形起伏大，会造成激电方法测量过程供电效果差、工作效率低等不利影响，属于大地电磁测深法（MT）分支的音频大地电磁测深法（AMT），测量时对低阻体反应灵敏，相比激电方法具有测量速度快、探测深度深、野外工作受地形影响小等优势，但易受人为干扰影响。根据矿区实际情况和AMT工作特点，在弱干扰区布置2条试验剖面对石墨矿体深部形态进行探测，通过数据处理与地质解释，分析AMT方法在石墨矿体勘查中的适用性和有效性，并对数据处理过程进行对比研究。

1 矿区地质

1.1 地质概况

戌街石墨矿位于云南省牟定县戌街乡，矿区出露地层主要为元古界苴林群普登组（图1），分为一段（Ptp1）和二段（Ptp2），其中普登组二段（Ptp2）为含矿地层［9］，各地层特征简述如下。

（1）普登组二段（Ptp2）。岩性主要为白云斜长片岩、二云斜长片岩、二云石英片岩、白云石英片岩、斜长白云片岩、斜长二云片岩、斜长石英片岩、电气石英片岩、斜长角闪片岩。

（2）普登组一段（Ptp1）。岩性主要为黑云二长片麻岩，间夹黑云片岩。

1.2 矿体特征

矿区石墨矿体按风化程度不同划分为风化带矿体和原生矿体，两矿带之间连续稳定产出，埋深50 m至地表为风化矿，风化矿以下为原生矿。按矿物含量差别，矿石分为白云母石墨片岩、石墨电气石英片岩2 种；按结构和构造不同，矿石划分为片状构造矿石、角砾状矿石、致密状矿石3种。空间位置上，矿体在垂向上顺层平行产出，在平面上表现为一厚层状矿体。

1.3 地球物理特征

根据岩石的电阻率差异，AMT 方法可以了解不同地质体的空间形态并进行地层划分、构造判别。当岩石中良导性矿物的体积含量高时，其电阻率通常较低［10］。矿区性参数统计见表1，石墨作为良导体，使得石墨矿体较其顶底板围岩的电阻率要低。石墨矿在含矿地层中的低阻特征，为AMT 方法在地层中判别石墨矿的形态位置提供了前提条件。

2 方法技术

2.1 仪器介绍

测量仪器使用EH-4 电磁成像系统，在地质勘查、找水探矿等领域发挥了重要作用。EH-4 系统包括低频（0.1～1 000 Hz）模块和高频（10～92 000 Hz）模块，采集信号范围覆盖了天然场音频大地电磁测深的测量范围（0.1～50 000 Hz）［11］，仪器轻便耐用，能适应山区地形及气候恶劣的工作条件，采集软件具有实时监测数据质量并快速反演成图的功能，野外测量布极简便，探测效率高。

2.2 工作方法

根据勘探深度需要，本次试验仅使用高频模块进行野外测量工作，其有效探测深度在500 m～600 m，工作流程主要包含测线布设、干扰调查、仪器系统检查、测量系统野外布置以及数据采集。

（1）根据勘探目的和地质情况布设测线，测线走向尽量与目标体走向相互垂直，测线长度以能反映出目标体倾向、深部延展宽度为准。

（2）对测线穿越区域进行干扰调查，包括随机干扰（人员走动、行驶汽车、大风天气等）、电磁干扰（输电线、通信电缆、风电机组等）、障碍物（农田、水域、建筑物、深沟陡坎等），了解干扰的位置及时间，对测线、测点位置及野外工作时间进行合理调整，减少干扰对测量数据的影响。

（3）测量工作开始前对仪器系统进行检查，确认电缆线、电极、磁棒、主机等零件的完整性，确保信号线与屏蔽层、信号线与大地绝缘，在无干扰的开阔平坦地面做平行试验以验证仪器正常性（图2a）。

（4）野外数据采集系统的布置以张量观测模式进行（图2b）。采用“十”字形布设电极，在特殊情况下使用“T”或“L”型布极，确保Ex与Ey相互垂直。电极距设为25 m，使用RTK 确定Ex1、Ex0、Ey1、Ey04 个接地电极的位置并控制极距误差小于1%。磁棒埋入地下，离前置放大器8 m 以上距离，用罗盘仪定向使Hx、Hy2 磁棒相互垂直，误差控制在±2°，并用水平仪校准。最后确保Ex与Hy、Ey与Hx相互垂直，方位偏差小于1%。电缆线布置过程中用泥土或石块压住以防晃动产生干扰。

（5）仪器系统布置完成后进入数据采集流程，人员立即远离磁棒和电极，主机放置在便于观察测站的位置并使其距前置放大器10 m 以上。数据采集过程中测量员要观察测站状态，防止人员或动物进入测站布设区域，要时刻注意时间序列，并对随机干扰进行及时记录。

3 数据处理与成图

数据处理及反演使用IMAGEM、MT-Pioneer 软件。

3.1 IMAGEM 软件

IMAGEM 为EH-4 系统自带软件，具有野外数据采集和室内数据处理功能，可对原始数据的时间序列进行编辑处理，对视电阻率曲线畸变点可进行删除操作，可选用不同的圆滑系数进行Bostick 反演成图，但缺少地形校正功能。IMAGEM可数据处理与反演成图流程如下：

（1）校核@文件中的文件序号、点位坐标、极距参数、增益等信息，确认无误后进行单点数据处理。

（2）查看电磁场振幅谱以获取测点的信号强度及干扰情况，分析时间序列形态，判别并消除随机干扰，编辑时序后重新生成互功率谱文件、视电阻率及相位曲线。

（3）使用1-D 功能分析视电阻率及相位曲线形态，剔除畸变频点，质量不合格的测点通过编辑@文件进行删除。

（4）完成数据编辑后，使用2-D 功能选定反演起始点号，圆滑系数取0.3并反演成图，输出“*.dat”格式数据并运用Surfer等软件进行插值成图。

3.2 MT-Pioneer软件

MT-Pioneer 软件为中国地震局地质研究所研发，是一款功能强大的MT/AMT/CSAMT 资料处理与解释的可视化集成系统，可处理多种格式数据，可进行Bostick、曲线对比法、RouPlus、OCCAM、自适应正则化（ARIA）一维反演和非线性共轭梯度法（NLGG）二维反演，具有测点数据信息可视化、测点坐标导入与转换、阻抗和倾子数据处理、视电阻率和相位数据处理、带地形二维反演并列计算等功能。MT-Pioneer对数据的处理与反演成图流程如下：

（1）建立数据工程后导入EH-4谱文件（X文件），导入时选取10～30 000 Hz频点数据，频点取60个。

（2）数据导入成功后输入测点坐标并拟合测线方位，确定测线的起始点号，分析测点数据质量并删除不合格的测点；

（3）分析阻抗数据并进行必要的阻抗旋转、阻抗张量分解等，对视电阻率和相位数据曲线的编辑以删除畸变频点为主，减少频点的移动操作以防止引入假异常。

（4）数据编辑完成后进行反演，为便于对比，反演时先做一维Bostick 反演，再以Bostick 反演结果作为初始模型进行带地形的NLGG二维反演，最后导出反演数据并运用Surfer等软件进行插值成图。

4 资料解释与成果对比

测线垂直于矿体布置，走向均为150°，24 线长400 m，28 线长500 m，基本点距50 m，重点地段加密为25 m。根据电性参数差异及地表矿体位置，以低阻区域为目标圈定石墨矿体的产出位置。2 条测线一维（图3（a）、（b））与二维（图3（c）、（d））电阻率反演断面图中间区域均出现了条带状低阻异常，推测该异常为石墨矿体的反映。

24线地表矿体宽度约40 m，在测线180 m附近有一断层通过。该测线一维反演断面图的低阻条带电阻率小于600 Ω·m，呈陡倾状，从浅往深宽度变化不大（宽约130 m）；二维反演断面图的低阻条带电阻率小于120 Ω·m，倾向南东，从浅往深逐渐变宽。与钻孔ZK2401、ZK2402、ZK2403做对比，其一维反演结果的低阻条带边界与钻孔揭露的石墨矿体边界有一定的偏差，二维反演结果的低阻条带的倾向及深部变化趋势均与钻孔揭露的矿体形态基本一致，二维较一维能更好反映出断层特征。

28 线地表矿体宽度约60 m（含夹层）。该测线一维反演断面图的低阻条带电阻率小于500 Ω·m，呈陡倾状，从浅往深宽度变化不大（宽约170 m）；二维反演断面图的低阻条带电阻率小于120 Ω·m，倾向南东，从浅往深逐渐变宽。与钻孔ZK2801、ZK2802、ZK2803 做对比，其一维反演结果的低阻条带边界与钻孔揭露的石墨矿体边界有一定的偏差，二维反演结果的低阻条带的倾向及深部变化趋势均与钻孔揭露的矿体形态基本一致。

从钻孔工程的对比结果上看，二维反演结果与矿体的空间形态对应更好，2 条测线反演断面图的低阻条带宽度（大于100 m）均较实际的矿体宽度（约50 m）要大。由于测量系统浅部信号微弱，一维反演结果对浅部区域（深度50 m 以浅）的分辨率较差（基本为低阻），二维反演可丰富浅部信息并体现出浅地表岩石（干燥碎石）的高电阻率特征，整个断面图中二维反演结果较一维表现出的电阻率差异更大。

5 结论

AMT 方法可通过探测低阻体来识别石墨矿体的空间展布形态，对矿体有较好分辨率能力，测量效率高、探测深度深，适用于石墨矿体的勘查。数据处理软件IMAGEM 较MT-Pioneer 的操作流程更简单，两者的反演结果对矿体均有不同程度的反映，其中二维反演结果较一维反演结果对石墨矿体的倾向、深部变化趋势、浅部形态反映更好。在矿区下一步勘探过程中，可使用AMT 方法对石墨矿的深部进行探测，但应选择在电磁干扰小的区域进行。AMT 数据同时进行一维与二维反演并做对比，结果表明，使用二维反演进行资料解释结果较为合适。