AMT法指导铜矿深部勘查的可行性

郝书东,王先超,杜文龙,陈业斗

(1.山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000；2.山东泰山地质勘查公司,山东 泰安 271000)



AMT法指导铜矿深部勘查的可行性

郝书东1,王先超2,杜文龙2,陈业斗2

(1.山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000；2.山东泰山地质勘查公司,山东 泰安 271000)

AMT法是通过观测由地表不同频率电磁波信号以确定地下的电阻率值的方法, 具有对低阻体分辨率较好的优点, 高效，成本低，适于资源勘探, 是重要的地球物理勘探手段。音频大地电磁法(AMT)是资源勘探中一种重要的地球物理方法，对于低阻体有较好的分辨效果。AMT法尽管具有对低阻体分辨率较好且探测深度大的优点, 并有高效、成本低，受地形条件影响小的优点；其缺点是场源不可控制且信号微弱, 易受自然及人为环境的影响, 尤其是人为干扰严重的地区。在人为干扰严重的地区可采用CSAMT法，即可控源音频大地电磁测深法。笔者介绍了AMT法在甘肃某区铜矿勘探中的应用。矿化蚀变带(矿体)一般沿裂隙或岩性接触带发育，在视电阻率断面图中表现为梯度变化带。AMT法能较准确的反应铜矿体的分布情况，对下步的地质工作具有较好的指导意义。

AMT；铜矿；矿体

音频大地电磁法( AMT)主要用于金属矿、地热田、工程和埋藏不深的油气田勘探。20 世纪60 年代初，STRANGWAY等提出LE音频大地电磁法(王家映,1992)。在20 世纪70 年代，STRANGWAY等在应用音频大地电磁法寻找金属硫化矿床方面做了大量工作, 取得了有意义的成果(严良俊等,2001)。AMT是通过观测由地表不同频率电磁波信号以确定地下的电阻率值的方法, 具有对低阻体分辨率较好的优点, 高效，成本低，适于资源勘探, 是重要的地球物理勘探手段。但AMT场源不可控制且信号微弱, 易受自然及人为环境的影响, 尤其是人为干扰严重的地区很难开展工作。

1 区域概况

1.1 自然地理

勘查区位于马鬃山山系，比高多在150 m以下，个别可达500 m。马鬃山山势陡峻，切割强烈、沟壑发育；部分地段由于断层发育，常呈壁状山坡，地形十分陡峭。地区属温带荒漠气候，干旱少雨，基岩出露较多，接地电阻较大，人为干扰较小。

1.2 地质概况

勘查区内地层除第四系外均属非史密斯岩石地层单位，主要分布于勘查区中部，可归入寒武纪马鬃山混杂岩和奥陶纪窑洞努如岩片2个地层单位(中国地质大学(武汉),甘肃省地调院，2000)。马鬃山混杂岩岩性以灰绿色块状变质玄武岩(辉绿岩)为主，夹灰绿色绢英片岩、绢云绿泥千枚岩、云英片岩，岩石大部强劈理化、片理化。窑洞努如岩片包括灰绿色-浅灰色安山岩、灰色-深灰色玄武岩和辉绿岩、灰色-灰绿色-浅灰绿色玄武安山岩等3种岩性。

区域侵入岩发育，种类较多。主要为震旦—寒武纪灰绿黑色粗粒橄榄辉石岩，寒武—奥陶纪石英闪长岩和花岗闪长岩，志留—泥盆纪辉长辉绿岩、闪长岩、石英闪长岩等，中泥盆正长花岗岩和二长花岗岩，石炭纪花岗闪长岩、石英二长岩和二长花岗岩。

勘查区内构造较复杂，断裂和韧性剪切带特别发育。断裂发育北西向、北东向及近南北向等3组，其中北西向断裂与铜矿关系密切。

2 音频大地电磁法(AMT)工作原理及工作布置

2.1 AMT法基本原理

AMT法是以天然电磁场为场源来研究地球内部电性构造的一种重要的地球物理手段。其基本原理是依据不同频率的电磁波在导体中具有不同趋肤深度的原理，在地表测量由高频至低频的地球电磁响应序列，经过相关的数据处理和分析来获得大地由浅至深的电性结构。

2.2 AMT法工作方法与技术

通过音频大地电磁测深的野外工作，首先必须根据所要研究的地质、地球探测问题和任务进行施工设计；然后根据设计，正确的进行观测布极，资料采集时要求观测资料必须包含有足够的频率成分，足够的记录长度并满足一定的质量指标。最后对观测资料进行自评。

本次AMT法施工的布极方式主要为“+”字形，在地形条件较差的情况下，部分测点采用了“L”形或“T”形的布极方式，接地采用饱和盐水，偶极长度为30 m，采集时间20 min。

2.3 AMT法野外工作工程布置

本次AMT法共布设6条测线，分布在地表的有孔雀石化的位置，测线方位大部分为45°，垂直于矿脉走向，与原勘探线基本重合(图1)。测点点距为20～50 m。

3 音频大地电磁法(AMT)应用效果分析

3.1 岩矿石电性特征

选择见矿良好的6线进行探测，根据探测结果与已知钻孔的揭露情况，确定了本区的岩矿石的电性特征(图2)。

地层纵向上整体呈现低-高-低的电性特征。浅部岩性主要为裂隙较为发育的石英片岩，视电阻率断面图中表现为不均匀分布的相对低阻，一般小于1 500 Ω·m；中部为石英岩、硅化碎裂岩，视电阻率呈现相对高阻，一般大于1 500 Ω·m；深部岩性多为石英片岩、花岗岩、石英岩，其中石英片岩、花岗岩在视电阻率断面图中表现为相对低阻，电阻率一般为500～1 500 Ω·m，石英岩表现为相对高阻，电阻率一般为1 500～5 000 Ω·m。

图1 矿体展布及AMT测线布置图Fig.1 Distribution of ore bodies and layout of AMT survey line

矿化蚀变带(矿体)一般沿裂隙或岩性接触带发育(图2)，在视电阻率断面图中表现为梯度变化带。

图2 6线AMT法二维反演(视)电阻率断面图Fig.2 2D inversion (apparent) resistivity section of 6 line AMT method

3.2 断面分析

测区共布置6条测线，分别为1～6线，控制矿区内的①号、②号、③号、④号、11号矿体。矿区各测线视电阻率断面图均分为TM模式、TE模式2种。其中，TM模式为供电电极、接收电极和测线方向均垂直于构造走向，即45°，更易于区分地层、构造及矿体的信息。可控源音频大地电磁法技术规程DZ/T0280-2015中对TM、TE模式的规定为：供电电极、接收电极和测线方向垂直于二维地质构造走向布设为TM模式，平行的为TE模式。本次工作TE模式剖面方位仍为45°，但接收电极为315°，不是严格意义的TE模式，仅是对TM模式的信息补充。因此，地层、构造及矿体解释主要依据TM模式的视电阻率断面图，TE模式辅助解释。根据探槽、钻孔的揭露情况与5线断面图(图3)的电性特征，对5线的解释如下。

AMT法5线视电阻率断面图，该剖面长度为450 m，方位为NE45°。桩号1 090～1 160 m、1 230 m、1 310 m处地表存在孔雀石化现象，桩号1 160 m附近有钻孔ZK2。

图3 5线AMT法二维反演(视)电阻率断面图Fig.3 2D inversion (apparent) resistivity section of 5 line AMT method

标高1 980 m以浅，视电阻率一般小于1 500 Ω·m，呈现相对低阻，电阻率分布不均，推断该相对低阻为裂隙较为发育的石英片岩；在标高1 800～2 080 m，视电阻率大于1 500 Ω·m，呈现相对高阻，为石英岩的电性反映；标高2 000 m以下，视电阻率由桩号1 090～1 140 m、1 290～1 340 m处的2个梯度带分成3个电性区。其中桩号较小的低阻区，视电阻率小于2 000 Ω·m，为石英片岩的电性反映；中间的高阻区，视电阻率值大于2 000 Ω·m，为石英岩的电性反映；桩号较大的低阻区，视电阻率小于2 000 Ω·m，推断为花岗岩的电性反映。

在桩号1 080～1 110 m，存在一视电阻率梯度变化带，由地表延伸至标高1 320 m，根据其他测线推测该梯度带为矿化蚀变带，对应①号矿体；标高2 040 m以深，视电阻率梯度变化较大，推断矿体沿石英岩裂隙充填，矿化程度相对较好；标高1 970～2 040 m，视电阻率梯度变化较小，推断矿体受石英热液影响，矿化程度相对较差；标高1 970 m以下 ，视电阻率梯度变化较大，该处梯度变化带为石英片岩与石英岩的岩性接触带，矿化程度相对较好。

3.3 矿体分析

3.3.1 ①号矿体

①号矿体呈脉状，总体走向316°，矿体走向长433 m，由2线、3线、4线、5线、6线5条测线穿过。

矿体在视电阻率断面图中表现为梯度变化带，围岩为石英片岩、石英岩。视电阻率断面叠合图(图4)显示矿体两侧延深较浅，中部延深较大，矿体深部有变薄趋势。

3.3.2 ③号矿体

③号矿体呈脉状，总体走向316°左右，倾向南西，倾角52°～86°，矿体上部倾角陡，向深部逐渐变缓，沿走向长564 m。矿体由4条AMT法测线通过，分别为3线、4线、5线、6线。

矿体在视电阻率断面图中表现为梯度变化带，围岩为石英片岩、石英岩。视电阻率断面叠合图(图5)显示矿体在向下延深较浅，最深约为650 m。系矿体厚度稳定程度较稳定型矿体。矿体厚度南东有变厚趋势。

图4 视电阻率断面叠合图及①号蚀变带空间分布图Fig.4 The diagram of apparent resistivity section and the spatial distribution of the alteration zone ①

图5 视电阻率断面叠合图及③号蚀变带空间分布图Fig.5 The diagram of apparent resistivity section and the spatial distribution of the alteration zone③

4 结论

(1)AMT法优缺点：根据AMT勘探结果，测区内矿体主要分布在梯度变化带所在的岩性接触带上，浅部主要沿石英片岩、石英岩岩性接触带，深部主要沿石英片岩、花岗岩的岩性接触带，与钻孔揭露情况基本吻合。该测区依据地质工程揭露和AMT法推断，大致查明了矿脉的空间分布情况。

AMT法在勘查中的显著优点是其探测深度，其有效探测可达数千米。这一点是常规视电阻率测深法(探测深度数百米)难以比拟的，即便瞬变电磁法一般认为其有效探测深度也仅为千米左右。

AMT法尽管具有对低阻体分辨率较好且探测深度大的优点, 并有高效、成本低，受地形条件影响小的优点；其缺点是场源不可控制且信号微弱, 易受自然及人为环境的影响, 尤其是人为干扰严重的地区。在人为干扰严重的地区可采用CSAMT法，即可控源音频大地电磁测深法。

(2)AMT法可能的适用条件：本次工作测区处著名的甘肃北山成矿带，矿体一般沿裂隙或岩性接触带发育，在视电阻率断面图中表现为梯度变化带。测区北距公婆泉斑岩型铜矿(王大为等，1995；郭小宝等，2015)30 km，著名的狼娃山铁矿70km。据许荣科等(2010)研究，公婆泉斑岩型铜矿其矿脉多沿北东向、北西向或近东西向裂隙展布；狼娃山铁矿矿脉也受控于北西西向断裂(王卫伟等，2015)；向西再远一些的土屋-延东斑岩型铜矿床矿体是斜长花岗斑岩以细脉状侵位于闪长玢岩体中形成的，视电阻率特征上表现为斑岩体侵位于高、低阻接触带(张征等，2010)。这一点与本测区一致。既然矿体展布与断裂裂隙有关，势必在其视电阻率特征上有所反映，找出测区矿体的规律性反映就不难为深部勘查提供依据。因此AMT法的适用条件是无人为干扰地区，尤其是西部人烟稀少的广大地区。

综上所述，AMT法在深部探测中能较准确的反映铜矿体的分布情况。可以预测在其他金属矿深部勘探中可能也有较好的前景。

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Feasibility Analysis of Audio Magnetotelluric Method for Guiding the Copper Prospecting in Depth

HAO Shudong1, WANG Xianchao2, DU Wenlong2, CHEN Yedou2

(1. No. 4 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province,Tai’an 271000, Shandong, China; 2. Shandong Taishan Geology Exploration Co., LTD, Tai’an 271000, Shandong, China)

AMT is different from the surface by observing the frequency of the electromagnetic signal to determine the value of underground resistivity method has low resistivity body, the advantage of better resolution, high efficiency, low cost, suitable for resource exploration, geophysical exploration is an important means. Audio magnetotelluric method (AMT) is an important resource exploration geophysical methods for low resistivity body it has better resolving effect. AMT law despite having low resistivity body better resolution and depth of great advantage, and has high efficiency, low cost, terrain conditions on small advantages; the drawback is uncontrollable and field source signal is weak, vulnerable to natural and man-made environmental impact, especially in areas of severe human disturbance. Disturbance-hit areas can CSAMT method, you can control the source audio magnetotelluric sounding method.This article describes the application of AMT law in a district of Gansu Copper Exploration. Mineralized alteration zones (ore) generally along fractures or lithological contact zone development, the performance of gradient zone in apparent resistivity section in FIG. AMT method can more accurately reflect the distribution of the ore body, it has good guidance for further geological work.

AMT; copper; ore body

2016-06-19；

2016-07-28

山东省地质勘查项目“甘肃省肃北县公婆泉二区铜矿普查(续作)”[鲁勘字(2013)133号]

郝书东(1966-)，男，就业于山东省第五地质矿产勘查院，目前从事地质勘查与评价工作。E-mail:haosh12345@163m.com

P631.325;P618.

A

1009-6248(2016)04-0165-07