可控源音频大地电磁法在南岳衡山矿山勘查中的应用

何志勇

（贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州 遵义 563000）

传统的大地电磁法(MT)和音频大地电磁法(AMT)场源信号微弱、易受周边环境影响，难以有效的对矿山资源进行勘查。可控源音频大地电磁法(CSAMT)是一种通过测量卡尼亚电阻率和相位的电磁探测技术，具有探测深度大、抗干扰性强等优势。本文以湖南省南岳传奇小镇矿山资源勘查为例，论述该方法在矿山地质勘查中的应用。

1 方法原理

CSAMT法是一种通过使用人工控制场源以获得更佳探测效果的电磁测深法。该方法通过改变发射源的发射频率进行测深，通过测量相互正交的电场和磁场分量计算卡尼亚视电阻率。

CSAMT法所使用的人工场源分为磁性源和电性源。其中磁性源是在不接地回线或线框中，供以音频（n×10-1～n×10-3Hz)电流，产生相应频率的电磁场。电性源是在有限长(1km～3km)的接地导线中供以音频电流，产生相应频率的电磁场，通常称为电偶极。电性源的收发距离可达十几公里，探测深度大。

CSAMT法常采用电偶源，旁侧观测装置。一般要求场源和测深点之间的距离要达到3～5倍的趋肤深度，（，其中δ为趋肤深度、ρ为探区内预期的平均电阻率，f为工作频率)。在平行于场源中垂线两边张角各30°的扇形区域内逐点观测电场分量EX和与之正交的水平磁场分HY振幅和相位，进而计算卡尼亚视电阻率和阻抗相位。

2 野外测量

2.1 测量方法及测线布置

主要仪器为V8多功能电法工作站，采用装置为TM标量测量模式。测量前依测线方向面共设2个发射电偶极子。其中A1B1(2—2线、4—4线)布设于测区东南面约13.5km范围内。电偶极子方向与测线方向相同（44°）；A2B2(6—6线用)布设于测区东北面约15.0km范围内，电偶极子方向与测线方向相同（122°）。测量参数如下：收发距r=13.4、13.8、15.1km；发射偶极距A1B1=1240m、A2B2=1300m；接收偶极距MN=50m；测点距=25m；最低工作频率1Hz；最高工作频率9600Hz；发射电流为5A～16A。

2.2 数据处理

采用CMT PRO数据预处理软件读入野外采集数据，生成视电阻率、阻抗相位。根据预处理数据得出背景模型断面，选定适宜的反演拟合参数进行多次叠代，最终得出不同深度的拟电阻率断面模型。

3 地质概况

3.1 地形、地貌

勘查区域地势平缓，西北高、东南低，平均海拔为100m，岗丘间地段多因切割冲刷而形成小溪谷。衡山东南坡溪流发育良好，地表径流稳定，多为丘陵地貌。

3.2 矿层岩性

勘查区域附近出露矿层主要为第四系（Q）和衡山花岗岩体（νξγ52-a）。其中花岗岩体周边出露有白垩系上统戴家坪组（K2d）、青白口系冷家溪组二段（Pt1n2）。通过分析周边现有地层分布，推断衡山花岗岩体侵入矿层为侏罗系至青白口系之间。

3.3 地质构造

此次勘查区域处于北东向衡阳至株洲断裂带内。花岗岩体在形成及后期受构造过程中，矿层应力发生变化，产生断层、节理裂隙等构造。结合区域调查资料和勘查结果，区域内外北西—南东走向发育有节理裂隙和断层，东北侧山麓等地段均见矿山断层痕迹。

图1 卡尼亚电阻率等值线断面图

图2 一维反演拟电阻率断面图

4 结果分析

4.1 异常划分原则

根据电性特征及实测数据和反演结果，将反演拟电阻率断面图划分为低阻区和高阻区。测量结果分析如下。

（1）卡尼亚电阻率。由图1可知，测区三条测线均布设在花岗岩体上，未跨过电阻率存在明显变化的高低阻地层，矿层及矿层电阻率稳定，电阻率在破碎花岗岩段有所降低。卡尼亚电阻率等值线断面图沿剖面方向变化较小。3条测线在进入近区（约128Hz）前均呈高、低相间条带状分布，无明显分段特征。

（2）一维反演。由图2可知，本测区北东向2—2线、4-4线于垂直方向上呈高—低—高三层电性层，南东向6—6线垂向上分层特征不明显，由浅至深电阻率逐渐增加。三条测线沿剖面方向存在陡倾斜的脉状低阻异常。

（3）二维反演。因近地表花岗岩体电阻率和实测卡尼亚电阻率较高，使得截止频率为1Hz的二维反演结果影响了浅部电阻率变化。因此另选取了近区前截止频率为256Hz的二维反演结果作为对比。256Hz的二维反演电阻率结果有所偏低，但浅部异常得到突出。垂向上，三条剖面在标高-400m～-800m范围内均存在近水平层状低阻异常；剖面方向上各脉状低阻异常明显。分析过程中以256Hz二维反演结果为准，对比一维反演结果、1Hz二维反演结果，综合确定异常位置。

4.2 综合分析

（1）节理裂隙发育方向。物探区内断裂隙构造（衡阳—株洲大断裂）走向沿南西—北东向发育。花岗岩质硬性脆，应力作用下节理裂隙发育存在与主构造走向方向相交的一组。物探依据3条测线脉状低阻异常分布，推测出3条主要节理裂隙带（J1、J2、J3）,方向为北西—南东向，倾角较陡。其中4—4线41号点北约60m取水钻孔（ZK1）验证了J2节理裂隙带。

（2）反演异常特征及推断。含水节理裂隙带和断层破碎带均反映为脉状低阻异常。2—2线57号点、4—4线65号点的脉状低阻异常较明显。

5 结语

（1）比对两次反演结果可以推定：第一次观测原始数据（卡尼亚电阻率）与本次相近，两次观测数据质量均可靠，在异常形态上存在一定差异。第一次反演结果与本次一维反演结果相类似（低阻异常的位置、形态大致相同）。

（2）推测地层结构为：上部花岗岩厚度在500m左右，下部标高-400m～-800m间低阻层为青白口系中某一电阻率较低变质岩，平均厚度为400m，其下仍为电阻率较高的青白口系变质岩。工作区内花岗岩在岩珠外围呈岩脉侵入到青白口系变质岩中。

（3）本次物探显示3条裂隙（J1、J2、J3）发育标高多在-400m以上；断层（F1）规模相对最大、发育深度最深。推测可能穿过标高-400m～-800m间的低阻层，倾向北东，倾角约81°。