高频大地电磁法在云南某铜矿区坑道中的试验

张 登，李文尧，孙 暄，陶 伟

(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2. 昆明鑫地地质勘探有限公司，云南 昆明 650000)



高频大地电磁法在云南某铜矿区坑道中的试验

张 登1，李文尧1，孙 暄2，陶 伟1

(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2. 昆明鑫地地质勘探有限公司，云南 昆明 650000)

高频大地电磁法是寻找低阻铜矿的有效方法，已广泛应用于地表勘查工作，并取得了明显的效果。但是坑道EH4铜矿找矿工作尚未见到报道。为了解坑道EH4方法的有效性，选择了一个停产无电磁干扰状态的云南某铜矿区进行了坑道EH4试验研究，经数据处理，异常圈定，推断解释，结果在已知铜矿体获得了明显的低视电阻率异常，试验证明坑道EH4方法有效，值得推广应用。

高频大地电磁法；铜矿；坑道

高频大地电磁法(EH4)最早是在1996年由美国以研制大地电磁仪器而著名的EMI公司和以制造高分辨率地震仪器而著称的Geometrics公司联合研制而成，并不断的得到完善与发展。它采用特殊的人工电磁波发射器和新型低噪磁性组件，是CSAMT与MT的结合体，实现了天然电磁场与人工电磁场信号的数据采集与处理。因此他具有CSAMT的稳定性和MT的轻便灵活性，而且探测深度大，速度快、分辨率高、受地形影响相对较小[1-4]等特点，能够探测并查明在1 000 m深度范围内的地质体。目前在地面应用相对来说已经比较成熟，并在我国矿产勘查、工程勘查、水资源、岩溶[5-8]等方面取得了一些显著的效果。然而目前尚未见EH4在坑道找矿方面的应用报导，因此有必要进行坑道找矿试验研究。

1 矿区地质概况

矿区地处中咱微陆块西侧边缘，夹持于金沙江结合带和乡城—中甸岛弧带[5-6]之间。

矿区内出露的地层为古生界泥盆系中、下统，地层走向近南北向，倾向东，倾角40(°)～55(°)(见图1)。泥盆系中统(D2)分布于矿区中东部，按岩性组成分为上段(D22)与下段 (D21)。上段(D22)位于矿区东部，主要岩性为灰白色、薄至中层状变质细粒石英砂岩；灰白色局部为肉红色厚层—块状粉晶白云岩，局部含燧石英团块、条带；灰白、浅肉红色粉晶白云岩等，该段厚度大于250 m；下段(D21)位于矿区中部。其下部为灰至深灰色薄—中层状砂泥质白云岩，粉晶白云岩，局部见含铁泥质结核，燧石团块及条带。中上部为灰、深灰色薄—中厚层状粉晶白云岩、砂泥质白云岩、炭泥质白云岩，顶部为夹薄层状泥砂质白云质岩，该段厚30～70 m，是主要的含矿层位。泥盆系下统(D1)分布于矿区西侧，按岩性组成分为上段(D12)与下段(D11)。矿区内出露的泥盆系下统上段(D12)，位于矿区西部，为灰褐色、灰绿色变质石英砂岩夹石英微晶片岩、绿泥石英微晶片岩、绿泥绢云板岩、夹千枚岩；下段(D11)为浅灰、浅绿灰色绢云(石英)微晶片岩夹变质石英砂岩，与灰白色中至厚层状(大理岩化)粉晶白云岩呈巨厚线层产出。

1 下泥盆统中段；2 中泥盆统下段；3 中泥盆统中段；4 铜矿体；

矿区为一倾向东的单斜构造，褶皱构造不发育。

区域内岩浆活动不强，仅少部分地区有小煌斑岩脉分布，在南一号坑道内可见揭露的煌斑岩岩脉，岩脉厚度约为1 m。

铜矿体位于中泥盆统下段(D21)灰黑色白云岩中，受层位及岩性控制。铜矿体呈层状或似层状产出，产状与岩层产状基本一致。目前已发现铜矿体6个，KT1矿体为区内主要矿体(见图1)，呈似层状，赋存于中泥盆统下段(D21)上部，含矿岩石为灰—深灰厚层块状白云岩、碎裂白云岩、鲕粒状白云岩。顶板为薄层状含砂泥质条带白云岩、粉晶白云岩；底板为粉晶白云岩。铜矿体呈近南北向展布，倾向东，倾角40(°)～50(°)，矿体南北长约3 km，东西长约几百米，矿体厚度约1～10 m，铜的品位在1%左右。

矿区内主要的矿石矿物为黄铜矿、黄铁矿、方铅矿；矿石构造多为团块状、脉状、网脉状，少部分为浸染状；脉石矿物主要为白云岩、方解石以及石英等。矿区围岩蚀变较普遍，主要为黄铁矿化、硅化、碳酸盐化、褐铁矿化、重晶石化等，这些蚀变均与铜矿化关系密切。矿区矿床成因属于沉积—改造型铜矿床[7]。

2 地球物理特征

本次标本测量总计165件，其中：变质石英砂岩12件，白云岩13件，紫红色石英砂岩6件，铜矿石37件，灰黑色白云岩38件，黄铁矿化灰黑色变质石英砂岩8件，黄铁矿化变质石英砂岩1件，黄铁矿化灰黑色白云岩3件，变质石英砂岩夹黄铁矿化黑色炭质层16件，黄铁矿化片岩1件，片岩25件，煌斑岩5件，这其中又包含有99件岩芯标本。各类岩矿石标本电参数统计结果见表1。

由表1可以看出：该矿区变质石英砂岩的平均电阻率是最大的，达到13 231 Ω·m；其次为白云岩，其电阻率为6 265 Ω·m；黄铁矿化灰黑色白云岩、黄铁矿化变质石英砂岩及含矿层灰黑色白云岩的电阻率在3 000～5 000 Ω·m间，依次为4 886，4 014，3 283 Ω·m；变质石英砂岩夹黄铁矿化黑色炭质层、片岩、黄铁矿化黑色变质石英砂岩3种标本的电阻率介于900～1 800 Ω·m间，分别为1 744，1 531，922 Ω·m；煌斑岩及紫红色石英砂岩的电阻率平均为670 Ω·m及481 Ω·m；而黄铁矿化片岩的电阻率只有386 Ω·m；铜矿石的电阻率更低至8 Ω·m。

表1 矿区岩矿石标本电阻率特征

铜矿石主要呈团块状、脉状、网脉状，少部分为浸染状，由表1可见铜矿石电阻率比围岩低50倍以上，电阻率差异显著，具备开展高频大地电磁法工作的电性前提条件。

3 坑道EH4试验

测区位于云南某铜矿区，根据地质及场地条件确定测线，坑道高频大地电磁测量主要布设于南一号硐的穿脉坑道中，受坑道宽度的限制，本次布设测线仅沿坑道走向开展，测线长为500 m，点距20 m。试验目的是了解EH4方法在坑道试验的有效性。

3.1试验方法技术

EH4方法采用的是Stratagem系统，这套系统是由一个接受机和一个发射机构成。通过这套仪器进行野外数据采集，选择高频段测量，频率范围为10～100 kHz，电极距20 m，叠加次数16次。由于EH4方法原理与AMT方法一样，都是通过在地面观测相互正交的电磁场分量Ex、Hy、Hx、Ey，然后通过卡尼亚电阻率计算公式，计算得到不同频率的视电阻率，其计算公式为:

(1)

(2)

其中ρxy为电场平行极化模式(TE模式)视电阻率，ρyx为磁场平行极化模式(TM模式)视电阻率。在麦克斯韦电磁理论中，电磁波(E、H)在大地中传播时，其振幅衰减到初始值1/e(约37%)时的深度，定义为穿透深度或趋肤深度δ[12]：

(3)

由式(3)可知，穿透深度δ将随电阻率ρ和频率f变化。一般而言，频率高的数据会反映浅部的电性特征，频率低的数据会反映较深的电性特征。由(1)、(2)、(3)式可知，观测不同频率的电磁信号，可以获得不同深度的视电阻率信息，结合已知的地质资料，便可对目的层地质特征进行解译。

3.2数据处理

将野外采集到的EH4数据传入计算机后，首先利用软件对原始数据进行编辑，剔除那些明显的干扰点，对存在静态影响的数据进行空间滤波，得出频率—视电阻率等值线图；再通过随机软件(Imagem)对X方向做Bostic反演，圆滑系数采用0、0.1、0.3、0.5、0.7、1，用suffer软件成图。最后结合地质情况，选择一种圆滑系数反演结果进行解释推断。

3.3推断解释

根据电阻率统计结果，铜矿石电阻率平均为8 Ω·m，方差为19 Ω·m，平均值加三倍方差为65 Ω·m。结合地表探槽、坑道、钻探控制的已知铜矿体的特征，以100 Ω·m为异常上限。异常等值线按100，50，30 Ω·m进行圈定，获得3个EH4低视电阻率异常，编号为E1、E2、E3，见图2。

图2 坑道EH4异常剖面

E1异常，位于122号与140号点，高程位于2 100～2 230 m之间，条带状分布，异常未封闭，异常强度6～100 Ω·m。推断异常为已知铜矿体引起，依据为：

1) 电参数测量结果，铜矿石电阻率为8 Ω·m；

2) 铜矿石主要呈团块状、脉状、网脉状，少部分为浸染状，从矿石构造方面分析可知，铜矿石为低电阻体；

3) 由图3可见，已知铜矿体由地表探槽、南一号硐及钻孔ZK501控制，异常对应已知铜矿体；

图3 坑道EH4剖面成果

4) 开展EH4工作过程中，矿区处于停产状态，无任何干扰。南一号硐见矿，而钻孔ZK501未见矿，南一号硐与钻孔ZK501之间的铜矿体向下延伸有多深、产状如何在开展EH4工作前是不清楚的，通过坑道EH4工作，解决了铜矿体的下延及产状问题，取得了较好的效果。

E2异常，位于136号点与142号点，高程位于2 180～2 230 m之间，条带状分布，异常未封闭，异常强度10～100 Ω·m。异常部位对应于铅矿化体，推断为铅矿化体引起。

E3异常，位于146号与172号点，高程位于2 150～2 230 m之间，半圆状分布，异常未封闭，异常强度12～100 Ω·m。异常部位对应于破碎岩石含水地段，推断为岩石破碎含水引起。

4 结 语

通过野外实地勘查，并结合本次岩样的视电阻率测定成果，采用EH4方法在南一号硐进行试验，最终解决了铜矿体的下延及产状问题，取得了良好的效果。因此，采用EH4寻找坑道周围的低阻盲矿体的方法是有效的，建议推广应用坑道EH4方法。

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TheExperimentofEH4inaTunnelofCopperMineinYunnan

ZHANG Deng1, LI Wenyao1, SUN Xuan2, TAO Wei1

(1.DepartmentofEarthSciencesofKunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China; 2.KunmingXindigeologicalexplorationCo.,Ltd.,Kunming,Yunnan650000,China)

High frequency electromagnetic method (EH4) is an effective method to find low resistivity copper mine, which has been widely used in surface exploration work. It has achieved remarkable results. But the tunnel EH4 copper ore prospecting work has not been reported. To understand the effectiveness of tunnel EH4 method, we choose a cut-off electromagnetic interference state of a copper mine in Yunnan area to watch EH4 tunnel. The data processing, including anomaly delineation, inference and interpretation of results, the low resistivity anomalies is known in copper orebody. EH4 tunnel test in the method is effective and worthy of popularization and application.

High frequency magnetotelluric method; Copper mine; Tunnel

2016-08-11

中国地质调查项目(12120115036001)

张登(1986-)，男，湖北荆州人，在读硕士研究生，研究方向：物探数据处理与解释，手机：18487132260，E-mail：329900954@qq.com；通讯作者：李文尧(1961-)，男，广东韶关人，教授，研究方向：物探生产、科研及教学，E-mail:2943782339@qq.com.

P631.3+25

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.044