高频大地电磁测深法在符山铁矿深部找矿中的应用

李林生,郝进喜,孙天学,鲁兴明

(五矿邯邢矿业有限公司， 河北 邯郸市 056002)

符山铁矿经过了30余年的开采，矿产资源已接近枯竭，在矿区范围深部探查新的资源迫在眉睫。根据已有的地质资料，在矿区范围内进行过高精度的磁法勘探，从磁测解释成果来看，特别是在寻找矿区范围内深部(埋深1000 m以下)隐伏矿体方面，磁异常均不明显，主要原因是磁法勘探受采空区区残留磁铁矿的磁性干扰较大，且测量深度相对较浅。在目前情况下，如果再进行补充磁法勘探，矿区地表环境条件不具备，矿山经过了30余年的开采，矿区环境遭受了不同程度的破坏，采空区上方出现不同程度的地表塌陷和大小不一的地裂缝，对操作人员有一定的安全威胁，再加上磁法勘探一般深度较浅，因而很难达到预期的目标。

高频大地电磁测深(EH-4)是近几年应用较广泛的一种物探方法，在公路、隧道、地质构造等方面有许多成功的应用实例，受到了业内人士的广泛认可。与其它物探方法相比，它具有抗干扰强、测量深度大且携带方便等特点[4]。通过对比分析，最终选取高频大地电磁测深(EH-4)来寻找地表埋深在1000 m以下的隐伏磁性矿化体。本文以其在符山铁矿深部找矿中应用为工程实例，依据物探方法选取原则，采用高频大地电磁测深技术，并利用钻探手段对新探测的异常进行了验证[2]，对指导同类型矿山进行深部找矿有一定的借鉴意义。

1 高频大地电磁测深(EH-4)工作原理

1.1 工作原理

EH-4电磁系统的设计原理是应用大地电磁探测法。大地电磁探测法是利用交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。假定电场传播的介质为均匀各向同性，其激发电源一般是利用雷电等入射到地球上的天然电磁场，其产生的平面电磁波垂直入射到大地介质中，将会产生感应的电场和磁场[4]。

在高频大地电磁测深中，有3个重要的技术参数，即：波阻抗，趋肤深度，视电阻率。

波阻抗即电场分量与磁场分量之比，其大小与介质的电阻率和电磁波频率有关：

Z(ω,z)=Ex(z)/Hy(z)=(πρμf(1-i))1/2

(1)

由方程式(1) 求得电阻率为:

(2)

式中,μ为真空磁导率，E的单位是mV/ km ，H的单位是nT，f为电磁波频率，ρ是视电阻率，单位是Ω· m ，在一般的非均匀介质中，其不是介质的真实电阻率，而是在电磁场分布范围内，介质电阻率的综合反映，故称为视电阻率。

趋肤深度(δ)是指把电磁场(E、H)在大地中传播时，其振幅衰减到初始值1/e时的深度。

(3)

由(3)式可知，趋肤深度(δ)将随电阻率(ρ)和频率(f)变化，测量是在和地下研究深度相对应的频带上进行的。一般来说，频率较高的数据反映浅部的电性特征，频率较低的数据反映较深的地层特征。因此，在一个宽频带上观测电场和磁场信息，并由此计算出视电阻率和相位。由于不同种类的岩石电阻率存在明显的差异，通过研究电阻率差异来划分地下异常体。

2 工程应用实例

2.1 地质概况

符山铁矿床地处太行台拱的武安凹断折束之西，本区为我国重要的“邯邢式”铁矿成矿带，区内构造较发育，主要有北北东向克老窑断层、木井断层及北东-南西向涉县断层。区内与成矿有关的岩浆岩为符山侵入体，其形成于燕山期，岩浆活动过程中沿克老窑断层与涉县断层的交叉处侵入而成，研究表明，岩体的岩性为酸饱和的钙碱性岩石，岩体在平面展布上呈不规则的椭圆形南北稍长，东西较短，直径约10 km，岩体中心自内向外岩性依次为下古生界寒武系的页岩等、奥陶系灰岩。在岩体的内部，许多大小不等的灰岩岩体被捕获，成为捕掳体，在赋矿的有利地段富集成矿，符山铁矿床就是在这种背景下形成的。

符山铁矿地表大部被岩石覆盖，区内已查明的地层岩性较简单，自下而上依次为寒武系页岩、灰岩，燕山期闪长岩、奥陶系灰岩和第四系黄土、粘土等。

符山铁矿已查明的矿体主要有3个，依次编号为一矿体、四矿体和六矿体，其中四矿体为主矿体。矿体均赋存于奥陶系灰岩与燕山期闪长岩接触带。顶板岩性主要为奥陶系灰岩，底板岩性主要为燕山期闪长岩。一矿体为露天开采，于1993年年底闭坑。四矿体采用地下开采，平硐开拓，于2000年一次回采结束。六矿体采用地下开采，平硐开拓，于1988年年底一次回采结束。目前，矿山主要以残矿回收为主，在回采过程中新发现多个小的独立盲矿体，均为闪长岩捕掳体，矿体规模极小。

2.2 矿区地球物理特征

在物探工作开展之前对符山矿区的岩矿石标本进行了物性参数测量。在符山矿区采集岩矿石标本150余块，其中岩矿石种类主要有灰岩、闪长岩、大理岩、矽卡岩及磁铁矿石。岩矿石标本经24 h的浸泡后，采用中南大学自主研发的SQ-3C型双频激电仪进行测量，然后对每种岩矿石的电阻率和副频率测量结果进行统计分析，分别绘制了5种岩矿石电阻率和副频率统计结果图，见图1和2。

2.3 探测成果

在符山铁矿共布设了7条测线，从南向北依次编号为-1线、0线、1线、2线、4线、6线和8线，测线长度分别为900,1300,1260,700,700,700,700 m，网度为(100～200) m×20 m。对-1线、0线、1线的数据进行了二维反演解释，各条线具体探测成果如下。

图1 五种岩矿石电阻率统计结果图

图2 五种岩矿石副频率统计结果

(1) -1线探测成果。从图3中可以看出，地层大致分为3层，上覆地层电阻率10～1000 Ω·m，推断为风化的闪长岩，风化裂隙较为发育，可能含少量的裂隙水，该层厚度约为10～420 m；中间地层电阻率变化范围20～6000 Ω·m，推断为灰岩，厚度约680～1300 m，并出露于地表。在灰岩地层中有一低阻异常体，电阻率10～200 Ω·m，异常宽约200 m，向下延伸长度约600 m，为该断面成矿条件较有利的地段，记为物探异常WT2。在桩号100～200 m之间，电阻率等值线在横向上梯度变化较大，推断有一断层通过，记为F3，倾向南西，倾角约85°。下覆地层电阻率在300～2000 Ω·m范围内变化，推断为闪长岩。

图3符山铁矿-1线高频大地电磁测深综合解释成果

图4 符山铁矿0线高频大地电磁测深综合解释成果

(2) 0线探测成果。从图4中可以看出，地层大致分为3层，上覆地层电阻率150～1000 Ω·m，推断为风化的闪长岩，风化裂隙较为发育，可能含少量的裂隙水，该层厚度约为10～400 m；中间地层电阻率变化范围200～10000 Ω·m，推断为灰岩，厚度约350～1000 m，并出露于地表。在灰岩地层中有两个低阻异常体，为该断面成矿条件较有利的地段，分别记为物探异常WT2和WT3。WT2异常电阻率约200 Ω·m，异常沿测线的延伸约500 m，厚度约150 m。WT3异常电阻率变化范围100～200 Ω·m，异常沿测线延伸约300 m，向下延伸约500 m。异常WT2和WT3的异常规模相对较大。在桩号-50～0 m之间，电阻率等值线在横向上梯度变化较大，推断有一断层通过，记为F3，倾向南西，倾角约85°。在桩号450～500 m之间，电阻率等值线在横向上梯度变化较大，推断有一断层通过，记为F4，倾向南东，倾角约85°。下腹地层电阻率在400～2000 Ω·m范围内变化，推断为闪长岩。

(3) 1线探测成果。从图5中可以看出，地层大致分为3层，上覆地层电阻率100～1600 Ω·m，推断为风化的闪长岩，风化裂隙较为发育，可能含少量的裂隙水，该层厚度约为10～660 m；中间地层电阻率变化范围300～12000 Ω·m，推断为灰岩，厚度约500～1100 m，并出露于地表。在灰岩地层中有一低阻异常体，电阻率约300 Ω·m，异常宽约100 m，向下延伸长度约400 m，为该断面成矿条件较有利的地段，记为物探异常WT3。在桩号-10～140 m之间，电阻率等值线在横向上梯度变化较大，推断有一断层通过，记为F3，南西倾向，倾角约80°。在桩号550～750 m之间，电阻率等值线在横向上梯度变化较大，推断有一断层通过，记为F4，南东倾向，倾角约80°。下腹地层电阻率在1000～5000 Ω·m范围内变化，推断为闪长岩。

根据高频大地电磁测深工作原理，在断面上，电阻率等值线密集带或横向斜率突变带，说明在该处两侧存在不同地质体，往往是不同电性地质层的分界处或断裂带。从已有的地质资料来看，符山铁矿已查明的矿体主要产于灰岩与闪长岩的接触带上，矿体产状一般较陡，在高频大地电磁测深反演剖面上一般表现为差异明显且倾角相对较大的低阻区。通过对EH-4反演断面图进行综合分析认为，在测线号-1线～1线之间，桩号-300～200 m之间，存在一连续的低阻异常，命名为WT2，顶底板埋深约200～850 m，从平面图看，该异常向南方向未封闭。在测线号0线～1线之间，存在一连续的低阻异常，命名为WT3，顶底板埋深约200～700 m。根据异常的形态和规模，并结合已有地质资料综合分析认为，异常WT2和WT3由矿化体引起的可能性较大，是矿区内成矿的有利地段。

图5符山炸药库测区1线高频大地电磁测深综合解释成果

3 EH-4与钻探成果对比分析

3.1 EH-4与钻探成果对比分析

钻探技术是获得地下蕴藏的真实地质资料和直接信息的一种技术。通过钻探可对所取得的地质和矿产资源参数作出评价[1]。为验证异常WT2和WT3，分别在地表各布设了一个钻孔，钻孔依次编号为ZK01和ZK02，钻探施工深度分别为850 m和1250 m，两钻孔均穿过了异常的中心和底板最低赋存标高。从钻探成果来看，两钻孔均未揭露矿化体，钻孔揭露出下古生界寒武系地层中的泥质灰岩和页岩厚度较大，具有一定的规模和走向，经取样化验呈低电阻特征，对于异常WT2和WT3由泥质灰岩和页岩体引起的可能性较大。因而，综合分析本次深部找矿成果认为，在符山铁矿区范围内自地表垂直向下1500 m以内存在隐伏矿化体的可能性较小。

3.2 存在的问题及建议

(1) 高频大地电磁测深法(EH-4)具有抗干扰强、测量深度大且携带方便等特点，尽管此物探方法具有很多优点，但单一的方法针对的物性单一，因而在物探方法的选取方面建议要以长补短、与其它物探方法相结合，对探测成果进行对比分析，以得出较可靠的解释成果。

(2) EH-4技术的关键还是测定各种岩石和矿物的电导率，据此区分矿岩，所以在使用此方法前，要结合矿区的标准地层，全面准确的测量统计分析各岩层的电导率。本次物探正是因为只测试矿区岩矿，忽视了古地层岩石的物理特性，所以对引起异常的解释与钻探验证存在偏差，建议在解释物探资料前,要全面收集矿区的各种岩矿石的地球物理特征和相应的地质资料，以便得出更加合理的解释成果。

(3) 对于地层中的含水岩层与磁性矿化体的电导率很接近，如何定性、准确的区分两者的地球物理学特性是今后在使用高频大地电磁测深法(EH-4)寻找磁性矿化体方面值得探讨的问题。

4 结束语

高频大地电磁测深法(EH-4)作为一种新的物探方法，其具有抗干扰强、测量深度大等特点，通过其在符山铁矿的应用，对探测数据进行二维反演解释，基本反映了符山铁矿埋深在1500 m以内地层的地球物理学特征，利用钻探对探测的低电阻体异常进行验证，其反演解释的低电阻体的规模、形态与钻探揭露基本吻合，因而，高频大地电磁测深法在探测低电阻体(含水构造、含水岩体等)方面有良好的应用前景，但如何定性解释低电阻体是由哪种介质所引起的，这是今后在应用高频大地电磁测深法(EH-4)值得探讨的问题。

参考文献：

[1]李树德,柯褔奎,洪长久.气举反循环钻探技术在复杂地层应用中的探讨[J].煤炭技术，2007(11)：137￣138.

[2]孙天学,郝进喜,牛军新,等. TRT及钻探综合地质超前预报技术在某矿山的应用[J].工程地球物理学——2013(01)：123￣126.

[3]段圣龙. EH-4高频大地电测深勘查采空区的效果分析[J].工程地球物理学报，2011(01)：24￣28.

[4]刘 剑.高频大地电测深在探测地质构造中的应用[J].西部探矿工程，2011(05)：111￣117.

[5]柳建新,刘海飞，宫江华,等.邯邢冶金矿山局危机矿山深边部找矿符山矿区物探工作报告[R].2010：3￣46.