EH4电导率成像系统在金属矿找矿中的应用研究

闫清华，孙鹏程，赵晓峰，张 敏，李双莹

(1.中国冶金地质总局矿产资源研究院，北京 101300；2.河北省地矿局水文工程地质勘查院，河北石家庄 050021)



EH4电导率成像系统在金属矿找矿中的应用研究

闫清华1，孙鹏程1，赵晓峰1，张 敏1，李双莹2

(1.中国冶金地质总局矿产资源研究院，北京 101300；2.河北省地矿局水文工程地质勘查院，河北石家庄 050021)

EH4电导率成像系统是音频大地电磁探测系统之一，该方法多应用于大地构造、石油、水文、地热和工程等领域，在金属矿找矿领域中应用尚不成熟。本文概述了EH4电导率成像系统的方法原理、数据采集和后期数据处理方法。用该测量系统对西藏山南和新疆阿勒泰两个铜矿区的岩性、构造、含矿地质体位置进行了解释，其结果与钻探结果基本吻合。尤其是对于新疆铜矿区规模较小的矿体赋存位置-断裂破碎带，EH4系统能够对此有很好的解释，说明EH4测量系统是金属矿找矿的一种有效的方法。

EH4音频大地电磁法 数据处理 金属找矿

20世纪60年代，Berdichevski等在大地电磁测深的基础上提出音频大地电磁法，该方法具有勘探深度大、成果反应直观、轻便高效的特点(樊占军等，2007)，可以用于研究大尺度、大埋深地质单元的电磁感应，在石油、天然气勘探、深部地质构造探测、地热和地下水资源调查、地震预测和地质灾害防治等领域的应用已经得到肯定(魏文博，2002；陈乐寿，2009；杨海亮等，2015)。近年来该方法也逐渐应用于金属矿找矿(梁光河等，2007；郭晓东等，2009；谭红艳等，2011；尹雪波等，2013；陈伟军等，2016)，但也主要是用于区分岩性、识别断裂构造，对于构造的性质及内部结构特征鉴定方面略显薄弱(王斌等，2014)，在该领域的应用多有怀疑、尚不成熟。EH4电导率成像系统是国内较为先进的电磁勘探系统之一，其配置频率为10kHz～100kHz，属于音频大地电磁范畴。本文以西藏山南和新疆阿勒泰两个铜矿床位研究对象，采用EH4音频大地电磁测深法，对矿区的岩性、构造、含矿地质体位置进行了解释，切其结果与钻探结果基本吻合。

1 EH4电导率成像系统介绍

1.1 原理

EH4电导率成像系统是美国GEOMETRICS公司和EMI公司联合研制的大地电磁系统，EH4系统利用大地电磁测量原理，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，经过傅氏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。按照趋肤深度的原理，电磁场的频率越小(周期越长)其能耗越小，穿透深度越大，因而通过研究电磁场随频率的变化，可以探测大地不同深度介质的电性信息(陈乐寿，2009)。该方法基于麦克斯韦方程，获得的电阻率为卡尼亚电阻率，其理论公式如下(刘慧鹏，2008)：

(1)

式中E、H分别为两个垂直方向的电场强度和磁场强度，ω为角频率，μ为磁导率。

1.2 野外数据采集

野外观测装置选用十字型装置(图1)，测线方向定为X方向，垂直侧向方向为Y方向。两对电极和两个磁棒分别相互垂直铺设，用罗盘仪定位确保方位角偏差小于1°。为了压制噪声，应将电极尽量深埋入地下，并压实周围覆土，保证电极与大地的良好接触；将磁棒水平埋入土中，较少微震动对其影响；电极和磁棒应远离房屋、电缆、大树，周围8m～10m范围不能有人为活动。

图1 EH4工作连接图

参数选择：电极距按经验选择20m～40m，根据实际情况在不影响数据质量的情况下可适当选择小极距；测量频率范围为10Hz～92kHz，一通道和七通道分别采集低频信号和高频信号；每个测点增益以满足信号振幅为1/2～3/4量程范围即可，且保证电磁信号振幅范围一致；考虑到数据的可信度、信噪比及工作效率，应尽量增加叠加次数，按经验可选择8次。

1.3 数据处理

音频大地电磁测深数据处理流程如图1所示：对于采集到时间序列数据，首先应进行干扰信号的剔除，再进行FFT变换，进而进行BOSTICK一维反演；二维反演时圆滑系数选择在0.05～10之间，实际工作时可选择不同的圆滑系数，比较其成果图，选择理想的一个作为最终结果；由于各个测点存在高程差，需要进行地形改正；最后可用二维成图软件Surfer或Plot生成电阻率拟断面图，在数据网格化时通常选择线性克里金插值方法，窗口应选择纵向大于横向的椭圆或长方形视窗。

图2 EH4电导率成像系统数据处理流程图

2 在金属矿找矿中的应用

目前金属找矿工作进入深部找矿阶段，EH4电导率系统勘探深度大，能够观测地下几米到1000m的电性特征。由于该系统利用的是天然场源信号，不需要人工建立场源，因此具有装备轻便、效率高、成本低的特点，因而即使在崎岖的山区、森林覆盖区等恶劣的地区该方法仍然适用(樊战军等，2004)。2009年来，中冶矿产资源研究院在辽宁、云南、内蒙、新疆、西藏等地应用EH4成像系统进行金属矿勘查，取得了较好的效果。

2.1 在斑岩型铜钼矿找矿中的应用

西藏山南某斑岩型铜钼矿区处于喜马拉雅板片与冈底斯—念青唐古拉板片复合部位。雅江结合带呈近EW向横贯全区，由于强烈的挤压造山作用，形成了一系列近EW向的复式褶皱和大规模的逆冲断裂以及NW向、近EW向张扭性次级断裂(韩逢杰，2006；闫学义等，2010；陈玉水等，2011)。

作为矿区的重要结构线，雅江结合带F1及与之大致平行的剥离断裂F2共同控制着该地区的成矿作用。矿区内地层出露简单，为第四系、第三系罗布莎群(Rlb)、白垩系比马组第五段(K1b5)及三叠系姐德秀组(T3j)。岩浆活动较为活跃，岩浆岩分布广泛，侵入岩主要以喜山期为主。出露的岩浆岩具有较典型的斑岩型蚀变分带和全岩铜钼矿化，主要为石英闪长岩、中粒二长花岗岩、中粗粒似斑状黑云角闪二长花岗岩、中粒钾长花岗岩等(韩逢杰，2006；闫学义等，2010；陈玉水，2011)。

矿区斑岩型矿床具有上铜下钼的特征。目前矿区圈定2个铜矿体、2个钼矿体、多个低品位铜矿体。铜矿体主要分布于剥离断裂带F2的上盘及破碎带中，并以钾长花岗岩、石榴石矽卡岩和破裂状石英闪长岩为其主要赋矿岩石。围岩蚀变有硅化、黄铁矿化、矽卡岩化、磁铁矿化、绢云母化等。矿石多呈碎裂状，局部具有强烈的高岭土化。矿石主要为硫化矿石或混合矿石，主要矿物有黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿、磁铁矿、孔雀石、褐铁矿等(闫学义等，2010；陈玉水等，2011；范新等，2011)。

钼矿体主要分布于F1与F2之间，罗布莎群之下，赋矿岩石、顶底板均为钾长花岗岩，矿体与围岩呈渐变关系。围岩蚀变主要有硅化、高岭土化、钾化、绢云母化等。矿石主要为硫化矿石，一般呈中细粒状他形、半自形结构，浸染状、细脉浸染状构造，主要矿物有辉钼矿、黄铜矿，少量斑铜矿、黄铁矿等(范新等，2011)。

图3 山南某矿区地质简图及EH4剖面部署

0号音频大地电磁测深剖面位于矿区中部，剖面长640m，方位0°，点距40m(图3)。电阻率断面图上看出电阻率横向和纵向变化较小，纵向上可以分为两个电性层(图4)。

海拔3300m以上为一低阻层，视电阻率小于400Ω·m。该低阻层南部较北部厚，而矿区内西北方向大面积出露似斑状二长花岗岩，北部出露有部分复成份砾岩和含铜钼的钾长花岗岩，地表推测该低阻层由断裂破碎带内的罗布莎群的复成份砾岩、比马组的含铜石榴石矽卡岩及含铜钼钾长花岗岩体引起(图4)。该处施工的4个钻孔揭露海拔3400m以上有一最大见矿厚度达297m的钼矿体，矿体南倾，倾角30°，与物探的解释结论吻合。

深部3300m以下为一高阻层，视电阻率大于1000Ω·m ～4000Ω·m。推测深部的高阻层由似斑状二长花岗岩岩体引起(图4)。该处施工的4个钻孔揭露在含铜钾长花岗岩下部为似斑状二长花岗岩，且岩性分界面与电阻层分界面较吻合，均呈现南低北高的趋势。

本次音频大地电磁测深推测出了断裂破碎带及隐伏的含矿地质体的位置、范围，并测出了钾长花岗岩与似斑状二长花岗岩的岩性分界面。本次推测的结论与地质及钻探揭露的矿体位置有很好的对应关系。

2.2 在火山热液型铜矿找矿中的应用

阿勒泰某火山热液型铜矿区是新疆阿勒泰铜多金属成矿带重要的铜矿区，矿床处于火山构造活动带中，含矿热液及成矿物质来源与火山活动相关，属于中低温火山热液型矿床。该矿区位于阿勒泰造山带南缘克兰复向斜的次级构造单元—阿勒泰复向斜的北东翼，次级构造发育，由南向北发育有小红山背斜及开尔拍依向斜(王长青，2011；郑杰等，2015)(图6)。区域内发育泥盆系康布铁堡组和阿勒泰组地层，康布铁堡组的变霏细岩、火山角砾熔岩组成小红山背斜核部，阿勒泰组的绢云黑云片岩、灰色变砂岩、大理岩等为小红山背斜的两翼(图5)。

图4 山南某矿区0号EH4电阻率二维成果图

矿区中部发育一NW向的控矿断层，该断层两侧发育数条NW向断层。区内未出露侵入岩体，火山岩见于康布铁堡组中，岩性为变霏细岩、火山角砾熔岩和石英斑岩，皆为酸性熔岩。区内石英脉和辉长岩脉较发育，多为NW向(见图6)。

图5 阿勒泰某矿区构造纲要简图

矿区的含矿地层为康布铁堡组的酸性火山岩建造，目前在矿区圈定多条铜矿体，铜主要赋存在变霏细岩中，矿体受断层构造控制，片理化发育，矿体氧化深度较深。铜矿矿物以含铜硫化物为主，其次为含铜氧化物。硫化物矿石为黄铜矿、黄铁矿、辉铜矿，多呈网脉状、细脉浸染状及条带状分布于变变霏细岩中。氧化物矿石主要为孔雀石、蓝铜矿、褐铁矿，多呈断脉、网脉状及皮壳状分布于地表的张性构造角砾岩带。脉石矿物主要为萤石、石英、钾长石。矿区沿断裂带矿化蚀变强烈，主要有硅化、黄铁矿化、黄铜矿化(地表为孔雀石化、蓝铜矿化)、萤石化及绢云母化。

矿区内各种岩矿石的电阻率差异明显，孔雀石化变霏细岩的电阻率平均值为133Ω·m，变霏细岩的电阻率为317Ω·m，绢云黑云片岩的电阻率为224Ω·m，黑色变砂岩的电阻率为375Ω·m。电阻率的差异为投入电磁法来控制矿区构造、蚀变带提供了理论依据。

图6 阿勒泰某矿区地质简图及EH4剖面部署

A号音频大地电磁测深剖面位于矿区东南部，剖面长800m，方向为28°，点距20m(图6)。从电阻率拟断面图可以看出近地表几十米范围内呈低阻电性特征，视电阻率小于400Ω·m，地表多见绢云黑云片岩，推测该低阻异常为地表覆土和强风化的绢云黑云片岩引起。海拔1000m～1200m处呈中高阻电性特征，视电阻率为400Ω·m～2000Ω·m，推测该异常为阿勒泰组微风化的绢云黑云片岩引起。海拔1000m以下呈高阻电性特征，视电阻率大于2000Ω·m，推测异常为康布铁堡组较完整的变霏细岩引起(图7)。

剖面300号点处有一低阻异常，视电阻率小于1000Ω·m，该低阻异常近直立，宽20m～100m，延深1000m。该低阻异常沿延深有两个低阻异常中心构成，上部异常中心埋深约300m，该异常中心与钻孔ZK16-1、ZK16-2揭露的铜矿体(I2)有较好的对应关系，下部低阻异常中心埋深约520m。推测该低阻异常由断裂破碎带及内部的含矿地质体引起，含矿地质体向深部延伸较大，且该含矿地质体应该为I2铜矿体往东的延伸部分(图7)。

图7 阿勒泰某矿区A号EH4电阻率二维成果图

本次音频大地电磁测深推测出了绢云黑云片岩和变霏细岩的岩性分界面；断裂破碎带及隐伏的含矿地质体的位置、范围及向深部的延伸情况；确定了铜矿体往东的延伸情况。本次推测的结论与钻探揭露的岩性及矿体位置有很好的对应关系。

3 结论

(1)EH4电导率系统具有勘探深度大、成果反应直观、分辨率高、轻便高效的特点。选取适当的数据采集装置参数、合理的数据处理及反演方法，能够对地下1000m深度范围内有电阻率差异的地质体有很好的反应。

(2)运用EH4电导率成像系统，结合区域地质情况成功地对西藏和新疆两个铜矿区的岩性、构造、含矿地质体位置进行了解释，尤其是对于新疆铜矿区规模较小的矿体赋存位置-断裂破碎带，EH4系统能够对此有很好的解释，且其解释结果与钻探结果基本吻合。可见EH4测量系统是金属矿找矿的一种行之有效的方法，值得加以推广。

(3)由于EH4电导率系统只能提供电阻率这一物性参数，且异常具有多解性，实际工作中应结合其他勘查手段，使解释成果更贴合实际地质情况。

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HebeiProvince，Shijiazhuang,Hebei050021)

Application of the EH4 Electrical Conductivity Imaging System in Metal Mineral Exploration

YAN Qing-hua1,SUN Peng-cheng1,ZHAO Xiao-feng1,ZHANG Min1,LI Shuang-ying2

(1.InstituteofMineralResourcesResearch,ChinaMetallurgicalGeologyBureau,Beijing101300;2.HydrogeologyandEngineeringGeologySurveyInstitute,GeologyandMineralExplorationBureauof

The EH4 electrical conductivity imaging system,which is one of the Audio-frequency Magnetotellurics systems,has been widely applied some fields such as geotectonic study,petroleum,hydrology,geothermal and engineering,while less in the work of metal ore search.This paper presents briefly the method principle,data acquisition and data processing method of this system.It has been applied to two cooper districts in Shannan Prefecture of Tibet and Altay Prefecture of Xinjiang to interpret their lithology,structure and locations of ore-bearing geological bodies,which are largely in accordance with drilling results.Especially for smaller copper mining area in Altay Prefecture of Xinjiang orebody occurrence location-fractured zone,EH4 system can have a good explanation.It shows that the EH4 measurement system is an effective method for metal ore prospecting.

EH4,audio-frequency magnetotelluric method,data processing,prospecting of metallic ore

2016-03-09；

2016-07-15；[责任编辑]陈伟军。

国家自然科学基金项目(412772366)和中国地质调查局地调项目(1212011220279)资助。

闫清华(1987年-)，女，助理工程师，主要从事勘查技术工作。E-mail:ytsinhua@163.com。

P319.3+1

A

0495-5331(2016)04-0695-08

Yan Qing-hua,Sun Peng-cheng,Zhao Xiao-feng,Zhang Min,Li Shuang-ying.Application of the EH4 electrical conductivity imaging system in metal mineral exploration[J].Geology and Exploration,2016,52(4):0695-0702.