可控源音频大地电磁测深法在西峪矿区金刚石原生矿找矿中的应用

褚志远，王树星，付帅

(1.山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276006；2.山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250014；3.济宁市国土资源局不动产登记中心，山东 济宁 272017)

0 引言

可控源音频大地电磁法是在大地电磁测深法的基础上发展起来的一种人工源电磁测深法[1]，它最早由加拿大多伦多大学的D.W.Strangway和他的研究生于1971年提出的[2- 3]。

CSAMT法是利用水平电偶源为人工信号源发射不同频率的电磁波达到测深目的[4]。与常规电法相比，可控源音频大地电磁测深法具有探测深度大、设备使用相对轻便和横向分辨率高等特点，已广泛应用于勘探石油、天然气、地热、金属矿产、水文、环境等领域，并取得了令人满意的实际效果[5- 14]。

1 矿区地质概况

山东省蒙阴县西峪金刚石矿区大地构造位置处于华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起区(Ⅱ)、鲁中隆起(Ⅲ)、新甫山- 莱芜断隆(Ⅳ)、新甫山凸起(Ⅴ)的东南部[15]。

矿区内出露的地层主要为新生代第四纪临沂组、山前组、沂河组。矿区内构造以断裂为主，主要为NNE向、NE向和NW向断裂。NNE向的F1,F8,F10为矿区内导矿构造;NE向的F2,F5,F15为矿区内隔矿构造;NW向的F7,F24,F26,F30为矿区内储矿构造。矿区内岩浆岩主要出露有新太古代泰山序列英云闪长质片麻岩、南涝坡序列斜长角闪岩、峄山序列片麻状含黑云花岗闪长岩，傲徕山序列二长花岗岩，中元古代牛岚单元辉绿岩，古生代常马庄单元金伯利岩。

2 岩(矿)石电性特征

金伯利岩在导电性上表现为低阻特征[15- 17]，金伯利岩与围岩物化性质差异显著，这也为应用可控源音频大地电磁测深法提供了良好的地球物理前提。

从表1可以看出，各种金伯利岩的电阻率在24～893Ω·m之间，二长花岗岩、灰岩的电阻率一般在几百欧米至几万欧米之间，金伯利岩电阻率与围岩(二长花岗岩、灰岩)的电阻率具有明显的差异，表现为金伯利岩的低阻特征，金伯利岩存在且具有一定的规模，它与围岩的电阻率差异将有可能在地表被观测到，因此西峪岩管布设可控源大地电磁测深剖面进行深部找矿有充分的地球物理前提。

表1 蒙阴金伯利岩及其围岩岩石视电阻率统计[17]

3 可控源音频大地电磁测深

3.1 工作方法

为了解岩管深部岩石电性变化，大致推测岩管群深部位置，指导深部钻孔施工，在西峪岩管群布置了7条可控源音频大地电磁测深剖面，线距80m，点距20m(图1)。该次工作使用加拿大凤凰公司生产的V8电法工作站，包括数据采集系统和GPS同步系统。工作前先标定盒子和探头，标定盒子大约耗时10min，用V8标定磁探头耗时1h。野外工作测线布置在以AB为边的矩形面积内，最大限度的提高发射场的信号强度。AB发射偶极的长度为1500m，收发距受各剖面的地理环境影响采用8～10km，供电电流12A，频率为1～7680Hz，按对数排列。

1—临沂组；2—山前组；3—沂河组；4—常马庄单元金伯利岩；5—傲徕山序列二长花岗岩；6—峄山序列花岗闪长岩；7—南涝坡序列斜长角闪岩；8—泰山序列英云闪长质片麻岩；9—实测及推测断层；10—可控源音频大地电磁测深剖面位置图1 可控源音频大地电磁测深剖面实际材料图

3.2 资料整理

野外工作结束后进行了资料整理及数据反演处理解释，主要工作如下：

(1)用SSMT2000软件对原始数据进行傅立叶变换，将时间域的数据转换到频率域，鲁棒算法计算了TM模式电阻率。

(2)预处理中剔除了个别干扰严重的畸变频点。

(3)预处理的数据，采用SSMT2000解释软件，根据相位曲线和电阻率曲线的变化形态，分析受静态位于影响严重的测点，对单点测深数据进行静态校正、单频点删除、相位反相处理，再进行单点曲线的平滑，一点五维非线性共轭梯度联合反演。

(4)对解释处理后的单点数据，用剖面线连接，得到各剖面反演后的视电阻率剖面图。

3.3 CSAMT资料分析与解释

3.3.1 对C1线综合剖面图的解释

由图2可见，在1770点左右电性层分界明显，近乎直立，南侧为低阻电性层，电阻率值约为500Ω·m，深部呈“V”形低阻反映；北侧为高阻电性层，电阻率最高值约为2600Ω·m。结合地质资料，南侧低阻电性层为构造破碎带(F1，F5)，金伯利岩电阻率大部分为400～1500Ω·m，位于低阻与高阻梯度带上，北侧高阻电性层为傲徕山序列松山单元中粒二长花岗岩。

1—松山单元中粒二长花岗岩；2—常马庄单元金伯利岩；3—构造破碎带；4—金伯利岩管位置及编号图2 C1测线综合剖面图

3.3.2 对C2线综合剖面图的解释

由图3可见，在1750点左右电性层分界明显，南侧为低阻电性层，电阻率值约为500Ω·m，呈“U”形低阻反映；北侧为高阻电性层，电阻率最高值约为2300Ω·m。经钻孔ZK0201验证，南侧低阻电性层为构造破碎带(F1,F5,F7)引起，深度可达600m，北侧高阻电性层为傲徕山序列松山单元中粒二长花岗岩引起，金伯利岩体大部分位于高阻与低阻梯度带上。

1—松山单元中粒二长花岗岩；2—常马庄单元金伯利岩；3—构造破碎带；4—金伯利岩管位置及编号；5—钻孔位置及编号图3 C2测线综合剖面图

3.3.3 对C3综合剖面图的解释

由图4可见，在1690点左右电性层分界明显，推断该处为构造分界面，倾向NW，倾角85°。南侧为低阻电性层，电阻率值约为500Ω·m，浅部呈“V”形低阻反映；北侧为高阻电性层，电阻率最高值约为1400Ω·m。结合地质资料，南侧低阻电性层为构造破碎带(F2,F5,F30)引起，北侧高阻电性层为傲徕山序列松山单元中粒二长花岗岩引起，金伯利岩位于高阻与低阻之间的梯度带上，电阻率值400～1100Ω·m。

1—松山单元中粒二长花岗岩；2—常马庄单元金伯利岩；3—构造破碎带；4—金伯利岩管位置及编号图4 C3测线综合剖面图

1—松山单元中粒二长花岗岩；2—常马庄单元金伯利岩；3—构造破碎带；4—金伯利岩管位置及编号；5—钻孔位置及编号图5 C4测线综合剖面图

3.3.4 对C4线综合剖面图的解释

由图5可见，在1870点左右电性层分界明显，推断该处为构造分界面，倾向NW，倾角80°,由地质资料可知该处为断层F1。南侧为低阻电性层，电阻率值约为500Ω·m，浅部呈“V”形低阻反映；北侧为高阻电性层，电阻率最高值约为1100Ω·m。结合地质资料，南侧低阻电性层为构造破碎带(F2,F5,F30)引起，北侧高阻电性层为傲徕山序列松山单元中粒二长花岗岩引起。金伯利岩电阻率值在500～700Ω·m。

为直观地表现低阻地质体在空间分布特征，做了9个深度水平切面电阻率等值线图(图6)。自地表至900m以深的低阻异常体有清晰连续的显示，由上而下低阻异常区的面积逐渐减小，与矿体面积向下逐渐减小趋势相符。电阻率异常为破碎带与矿体的综合反映，自地表至700m垂深低阻异常表现为NE向与NW向十字相交的异常带，这与矿区控矿的NE向、NW向断裂相吻合，矿体在450m垂深合并后为两向延长的十字形矿带。800m以深矿体EW向向中心收缩，展现出近SN向延长的特点，与700m以深低阻异常逐渐转变为SN向单向异常一致。总体来说矿体实际较窄，破碎带较宽，所以可控源音频大地电磁测深反应的低阻体范围比矿体实际范围偏大，两者吻合性稍差，但低阻异常也能总体反应矿体的变化趋势。

图6 各深度水平切面电阻率等值线图

由西峪矿区金伯利岩管群上C1,C2,C3,C4测线反演电阻率断面图可知：含金伯利岩构造破碎带在电阻率断面图上表现为“U”形或“V”形低阻，电阻率值多在0～500Ω·m；金伯利岩的围岩二长花岗岩在电阻率断面图上表现为高阻的特点，电阻率值多大于1000Ω·m，最高达上万欧米；金伯利岩在电阻率断面图上为低阻与高阻之间的梯度带，电阻率值多在400～1200Ω·m；总体上围岩(二长花岗岩)电阻率>金伯利岩电阻率>充水强构造破碎带电阻率。对于电阻率断面图电阻率值大于1200Ω·m的“U”形或“V”形低阻，应为破碎程度较弱的断裂构造引起的低阻异常。

3.4 结果验证

该次在C2线布设钻孔ZK0201、C4线布设钻孔ZK0401进行验证。钻孔ZK0201在326.38～351.11m,361.82～389.14m,410.15～456.28m,572.85～574.75m,584.35～589.86m,603.37～1012.41m见6层金伯利岩，厚514.63m；钻孔ZK0401在402.73～451.0m,455.6～479.95m,529.66～531.02m见3层金伯利岩，厚73.98m，由综合剖面图可见，钻探结果和可控源音频大地电磁测探法异常推测结果大致相吻合，即验证了可控源音频大地电磁测探法在金刚石原生矿找矿中的可行性。

4 结语

在西峪岩管群深部及外围选择磁异常较好的点进行可控源音频大地电磁测深工作，进行钻探工程验证。通过可控源音频大地电磁测深方法，在西峪岩管群外围新发现红旗15- 1号岩脉，总体走向12°，倾向102°，倾角82°，矿体长约70m，宽0.2m；探求西峪岩管群- 205m标高以下(333)+(334)类别资源量389.6万ct。可控源音频大地电磁测深解译结果与钻探成果相吻合，这进一步证明了其资料的准确性，说明可控源音频大地电磁法在地质结构的探测中是一种行之有效的地球物理勘探方法。

:

[1] 何继善．可控源音频大地电磁法CSAMT[M]．长沙：中南工业大学出版社，1990：1- 15．

[2] Goldstein M A，Strangway D W. Audio- frequency magnetotellurics witha grounded electric dipole source[J]．Geophysics，1975，40(4):669- 683．

[3] 陈健．宽频带时频电磁接收机关键技术研究[D]．长春：吉林大学，2012：1- 35．

[4] 傅良魁．电法勘探教程[M]．北京:地质出版社，1983：10- 35．

[5] 赵秀芳，禇志远．山东省蒙阴县常马矿区金刚石原生矿深部综合找矿模型[J]．山东国土资源，2016，32(9)：8- 15．

[6] 李勃，李凤芝，闫志勇,等．可控源音频大地电磁法在肖家营子钼矿普查中的应用[J]．甘肃冶金，2010，32(2)：64- 66.

[7] 孟红星，花育才．可控源音频大地电磁法在探测铝土矿中的应用[J]．中国煤田地质，2006，18(S1):66- 67．

[8] 黄力军，陆桂福，刘瑞德,等．可控源音频大地电磁测深法应用实例[J]．物探化探计算技术，2006，28(4):337- 341．

[9] 董泽义，汤吉，周志明,等．可控源音频大地电磁测深法在隐伏活动断裂探测中的应用[J].地震地质，2010，32(3)：442- 452．

[10] 黄力军，张威，刘瑞德,等．可控源音频大地电磁测深法寻找隐伏金属矿的作用[J]．物探化探计算技术，2007，29：55- 59．

[11] 黄力军，刘瑞德，陆桂福,等．电法在寻找隐伏金属矿方面的定位预测作用[J]．物探与化探，2004，28(1)：49- 52．

[12] 黄力军，刘瑞德，陆桂福,等．乌奴格土山铜矿物化探异常特征及外围找矿[J]．物探与化探，2004，28(5)：418- 424．

[13] 黄力军，刘瑞德，陆桂福,等．相位激电测深在有色金属矿产勘查中的应用[J]．物探与化探计算技术，2006，28(1)：22- 26．

[14] 王兴昌．物化探找矿模式在山东金刚石原生矿远景区预测中的应用[J]．地质科技情报，1993，12:95- 104．

[15] 张增奇，张成基，王世进，等.山东省地层侵入岩构造单元划分对比意见[J].山东国土资源，2014，30(3)：1- 23.

[16] 潘玉玲，魏文博，李振宇,等.利用电法勘探实现金伯利岩立体勘查模式初探[J]．地质科技情报，1993，12：67- 71．

[17] Saraev A K，Pertel M I，Larionov K A．音频大地电磁测深在金伯利岩勘探中的应用[J]．石油地球物理勘探，2004，39(增刊)：144- 145．

[18] 罗声宣，任喜荣，朱源,等．山东金刚石地质[M]．济南:山东科学技术出版社，1999：1- 35．