高频大地电磁法在黔北某铝土矿勘查中的应用
时间：2023-02-27 18:20:07 来源：千叶帆 本文已影响人
张德实，何 帅，3，杨炳南，3，沈小庆，韩姚飞
(1.贵州省地矿局103地质大队，贵州 铜仁 554300；
2.自然资源部基岩区矿产资源勘查工程技术创新中心，贵州 贵阳 550081；
3.贵州省锰矿资源预测评价科技创新人才团队，贵州 铜仁 554300)
贵州铝土矿多为隐伏型沉积性矿(刘平 等，2014)，勘探方法多为传统的基础地质、矿产地质调查，近年来随着浅地表铝土矿逐渐被探明和开采利用，加大勘查深度寻找中深部隐伏矿床成为趋势(黄明景 等，2017)，地球物理手段应用于铝土矿勘查日益兴起。现有资料表明：①目前还没有比较有效的物探方法能达到直接寻找隐伏铝土矿的目的，矿层埋深超过150 m时，通过电磁测深法大致确定含矿层的空间分布辅助找矿是不多选择之一(李华 等，2013)；
②高频大地电磁法能够较清晰地划分出碳酸盐岩、碎屑岩间地层界面(张西君 等，2015)；
③通过浅层地震或直流电法等对比、验证电磁测深法异常，可提高资料可信度(王桥 等，2013)。黔北铝土矿上覆地层为富水性较强的碳酸盐岩地层，勘查矿山范围内隐伏岩溶、构造等水文地质因素，是维护矿山安全生产的重要需求之一。地球物理手段在中深部矿产勘查和矿山生产水患防治中将会扮演越来越重要的角色已成为行业共识(李华 等，2013)。笔者以黔北某铝土矿区开展的音频大地电磁测量工作为例，试探讨该方法在铝土矿攻深找盲及矿山防治水中的应用效果。
图1 研究区地层电性特征示意图Fig.1 Electrical property features of the stratum in the studying area
2.1 方法原理
高频大地电磁法遵循大地电磁测深(MT)的基本原理，支持音频大地电磁测深(AMT)和可控源音频大地电磁测深(CSAMT)，属于部分可控源与天然场源相结合的一种大地电磁测深系统。通过同时观测地表交变电磁场X、Y两个方向的电场和磁场水平分量的时间序列，经过傅式变换获得电磁场的功率谱，从而计算出大地电磁场频率响应，并由此计算出视电阻率和相位，可确定出大地的地电特征，进而达到勘查构造、矿床等目的(谭红艳 等，2011；
闫清华 等，2016)。
2.2 数据采集及处理
图2 物探剖面布置图Fig.2 Layout plan of geophysical prospecting section1—二叠系吴家坪组+长兴组；
2—二叠系栖霞组+茅口组；
3—二叠系梁山组；
4—石炭系黄龙组；
5—志留系韩家店组；
6—志留系秀山组；
7—向斜；
8—地层界线；
9—分水岭；
10—地层产状；
11—岩溶洼地；
12—岩溶漏斗；
13—泉点；
14—地下水流向；
15—物探剖面
图3 装置布置(A)及数据处理流程(B)图Fig.3 Device layout (A) and data processing flow (B) diagram
数据处理采用成都理工大学研制的SOFT-2D软件进行数据处理及反演，经编辑圆滑、测点处理、静态校正，空间滤波后，再做反演解释，并尝试一维均匀半空间+二维TE、一维TM+二维TE、一维TE&TM均值+二维TE等多种反演组合，分别与地质、钻孔资料对比研究，总结其规律(图3B)。
3.1 建模正演分析
图4 模型及正演效果图Fig.4 Model and forward renderingA—TE模式视电阻率；
B—TM模式视电阻率；
C—TE模式相位；
D—TM模式相位；
E—模型1—含矿岩系上覆地层；
2—断裂；
3—含矿岩系；
4—含矿岩系下伏地层；
5—含水岩溶
3.2 建模反演分析
模型反演效果图显示：四种反演方法的选择均能显示从地表往深部的“高-中-低”电阻率递减规律以及左倾的地层起伏趋势，以一维TE+二维TM组合反演模式最为清晰(图5C)；
四种反演方法的选择均能显示模拟断裂的位置、宽度及倾向，在断裂位置均表现出电阻率横向不连续特征，以一维TM+二维TE组合反演模式最为清晰(图5B)；
四种反演方法对模拟含水岩溶的反映除一维TE+二维TM组合反演模式(图5C)程度较轻外，另三种均反映明显，且具有岩溶顶部出现对称“八字”型高阻异常的相同特征，以一维TM+二维TE(图5B)及一维TE、TM均值+二维TE组合反演模式最为清晰(图5D)。
图5 模型NLCG反演效果图Fig.5 Model NLCG inversion renderings1—断裂；
2—含水岩溶；
3—含矿岩系；
A一一维均匀半空间+二维TE&TMB—一维TM+二维TE；
C—一维TE+二维TM；
D一维TE、TM均值+二维TE
本次物探勘查共布设了5条剖面，通过一维TM模式+二维TE模式带地形反演得到反演电阻率剖面(图6A)，选取与物探测线同位置、等长度的地质勘探剖面(图6B)，主要分析研究识别含矿岩系(及矿体)及识别地下岩溶(及地下水)两方面的勘查应用效果。
图6 实测剖面反演(A)与地质剖面(B)图Fig.6 Inversion of measured profile (A) and geological profile (B)1—二叠系栖霞组+茅口组；
2—二叠系梁山组；
3—志留系韩家店组；
4—灰岩；
5—含生物屑灰岩；
6—泥岩；
7—炭质泥岩；
8—硅质白云岩；
9—硅质岩；
10—地层界线；
11—铝土矿矿体；
12—已施工钻孔；
13—钻孔揭露岩溶；
14—推测岩溶异常；
15—推测断裂异常
4.1 含矿岩系及矿体勘查效果
(2)若以实测含矿岩系497±20 Ω·m电阻率范围圈定含矿岩系，则含矿岩系界面西低东高，与地层倾向西的产状对应。
(3)根据电阻率判别含矿岩系但不能确定有矿体赋存，区内含矿岩系自身电阻率较低，矿体较薄且不稳定，需要钻孔约束来推定矿层或矿体信息。
4.2 地下岩溶及地下水勘查效果
(2)46号点及附近，剖面图上电阻率等值线呈相对低阻圈闭异常，电阻率明显低于围岩，约为400 Ω·m，中心标高约+1 410 m，宽约30 m，高约35 m，推测为充填泥砂型岩溶异常，具含水性，处于含矿岩系上覆二叠系栖霞、茅口组地层中，编号K2，与钻孔ZK02揭露岩溶纵向位置和规模吻合；
遵循相似原则推测12号点及附近，中心标高约+1 330 m发育充填型岩溶异常K1，宽约20 m，高约10 m，具含水性，处于含矿岩系上覆二叠系茅口组地层中。K1、K2异常在断面上均表现出顶部“八字”型对称高阻，底部电阻较顶部小的特征，与建模反演含水岩溶电阻响应特征(图5B、D)吻合。地质勘探线上ZKO3钻孔浅部所揭露岩溶在物探剖面上无明显特征，推测岩溶因纵向规模小，无充填，电阻率特征与高阻围岩差异较小，超出该方法在研究区布置测网所能识别的分辨率，亦可能为该频段信号处于易受干扰的“死频带”中，原始采集信号失真所致。
4.3 思考与讨论
通过建立模型正反演分析及对高频大地电磁法在该研究区测量成果的分析研究，总结如下：
(1)根据物性参数和已知地质条件建立模型进行正、反演分析，分析各种地质体的电性响应特征，可初步论证物探方法的有效性及优选出适合研究区的数据处理(反演)方法。
(2)实测反演电性剖面较清晰地划分出了二叠系栖霞组+茅口组灰岩、梁山组含矿岩系、志留系韩家店组泥页岩之间地层界面，与地质剖面对应较好。黔北铝土矿位于上覆灰岩地层与下伏泥页岩地层之间，依据物探手段追溯含矿层位，类比钻孔约束可推测由浅及深区域的矿层，此为物探手段配合地质实现攻深找盲矿的思路。
(3)物探手段表现出在圈定岩溶和构造的有效性，表明在服务于生产矿山防治水等方面具有较大应用前景。
致谢：感谢贵州省地矿局102地质大队提供的宝贵地质和钻孔资料以及在工作过程中给予的支持。
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