高密度电法和等值反磁通瞬变电磁法在某矿区勘探中的应用

何 禹

（湖南省地质调查院，湖南 长沙 410000）

矿山开采过程中出现的坑道涌水会威胁矿企生产安全，矿山水文地质调查是矿山地质勘探工作中的一项重要任务，目前应用与水文地质工作勘探的方法较多主要有电测深、可控源音频大地电磁法、高密度电法、EH-4、瞬变电磁法等等。

1 矿区水文地质概况

1.1 地形地貌

研究矿区地形为东、西部高，中间低，属于丘陵谷地地形，地貌成因则主要为剥蚀构造地貌类型。

分布于矿区大部分的花岗岩丘陵地形，由中三叠世第三侵入次花岗岩（ηγT23）正长黑云母斑状花岗岩和斜长黑云母斑状花岗岩组成的丘陵地形，标高90-150m，最高雷祖寨242.1m，切深40-60m，地形平缓，丘顶呈圆球状，坡度小于25°。分布于矿区西部的浅变质岩丘陵地形，由奥陶系、寒武系浅变质岩受强烈风化剥蚀作用形成的丘陵地形，起伏较大，沟谷深切，地形坡度大于30°，标高150-250m，切深50-100m。

1.2 岩浆岩

区域内部水文地质勘探的主要方向为花岗岩中的风化裂隙水。中三叠世第三侵入次花岗岩（ηγT23），岩性为正长黑云母斑状花岗岩和斜长黑云母斑状花岗岩，分布于矿山大部分区域。

正长黑云母斑状花岗岩：肉红色，成份由正长石、条纹长石、石英、少量黑云母及微量的电气石、锆石、绢云母等组成，块状构造，具明显的斑状结构斑晶由长石、石英组成。长石斑晶一般为0.5～1cm，大者1.5～4cm，板状或柱状，斑晶内常有石英包裹体，分布均匀，呈油脂光泽，直径0.4～0.5cm，呈他型晶，黑云母呈鳞片状，直径0.2cm左右，结晶完好。

斜长黑云母斑状花岗岩：灰、灰白色。成份主要为斜长石、石英，少量正长石和黑云母、角闪石及微量绿泥石、绿帘石等组成，块状构造，具明显的斑状结构，斑晶为白色斜长石，斑晶大小一般为2cm左右，最大可达6cm以上，板条状晶形，定向排列甚为清楚，显示流线构造，石英呈不规则粒状，半透明，油脂光泽，他型结构。黑云母结晶完好，呈六边形片状集合体，直径0.2～0.5cm，大者1～7cm，分布均匀。

1.3 地质构造

矿区构造位置位于印支期花岗岩侵入前志留纪地层的接触带上。矿区内断裂发育，断裂走向主要为北北东向，倾向北或北北西，倾角一般在60°以上，延伸长度为5-30公里，断裂带具有强烈的硅化破碎现象。

1.4 水文地质条件

据现场调查及区域水文地质资料，勘查矿区水文地质类型主要为松散岩类孔隙和基岩裂隙。松散岩类赋存于第四系更新统（Qp）地层，主要由粉质粘土、粉土、碎石组成。中三叠世第三侵入次花岗岩（ηγT23），矿物特性主要为正长黑云母斑状花岗岩和斜长黑云母斑状花岗岩。区内花岗岩风化裂隙较发育，无泉点出露。

2 在研究区找矿中的应用

2.1 方法、技术

找矿的常规方法较多，常规方法包括的主要有激电法、视电阻率法、放射法、甚低频法等。在找矿领域内也出现了一些新技术新方法，包换高密度电法、等值反磁通瞬变电磁法、广域电磁法、高分辨浅层地震方法等。在此矿区受场地及周边干扰的影响，主要采用高密度电法和等值反磁瞬变电磁法进行勘探。

（1）高密度电法。高密度电法（electrical resistivity imaging,简称ERI）起源于20世纪70年代末期的陈列电法探测思想，英国学者Johansson博士设计的电测深系统实际上就是高密度是最初模式[1]。现阶段国内高密度电法仪电极转换开关已向电子式，分布智能式，多道并行分布式高密度电法系统不断发展。

高密度电法与常规电法的地球物理前提（地下介质导电性的差异）是一样，通过在AB电极间向地下供电，建立地下人工电场，而后在地面的MN电极测量电位差，并求得各记录点的视电阻率值。野外采集到的视电阻率值，经过计算处理分析、结合实际地质情况进行解释，最终获得地层的划分和地质异常体等信息。本次高密度电法采用的的电极距为5m的温纳装置进行测量。

（2）等值反磁通瞬变电磁法。目前瞬变电磁法大多采用的是单扎或多扎感应线圈测量磁场的变化率，在发射电流关断时，接收线圈本身产生感应电动势，使得一次场磁通量不为零，并叠加在地下涡流场产生的感应电动势之上，因而造成瞬变电磁实测早期信号失真，从而影响浅部勘探的精度 ，形成探测盲区。等值反磁通瞬变电磁法（OCTEM）就是基于怎么消除关断前后接收线圈中的一次场磁通量中本身产生的感应电动势这一思路提出来的。

等值反磁通瞬变电磁法与传统瞬变电磁法原理相同，与传统瞬变电磁法的装置不同是是，OCTEM以2个相同线圈通以反向电流时产生等值反向磁通的规律为理论依据，采用上、下2个大小相同，平行共轴的线圈，分别向其通以大小相等、方向相反的电流作为发射源，在双线圈合成的一次场零磁通的平面上接收地下二次场，测量对地中收耦合的纯二次场。从而可根据接收到的二次磁场随时间的衰减规律获得地下介质地电信息[2]。本次数据采集参数为：电源电压12V，发送机电流8.5A，发送频率6.25Hz，关断时间0.04ms，叠加周期为400次。

2.2 找矿效果分析

在矿内沿冲沟布置了3条高密度测线，其中2条垂直布置，以探测两冲沟交汇处隐伏次级小断裂情况，高密度反演断面图分层明显，无明显含矿物构造异常；其中1条沿狭小冲沟布置，高密度反演断面图如下图1所示。

图1 300线高密度反演断面图

通过分析300线反演断面图，发现在测线100-200m区间，在0-30m深度，存在一向下凹陷的低阻异常。

为了确定最终的钻孔位置，我们进一步采用了点距为5m的等值反磁通电磁法对300线进行了重复测量。采用“HPYEM-18”系统自带数据处理软件中瞬态驰豫反演法对采集的数据进行反演，得到300线瞬变电磁视电阻率等值线反演断面图（图2）。

300线瞬变电磁视电阻率等值线反演断面图显示，地表0-30m显示为低阻，视电阻率值在200Ω·m以下，为冲沟花岗岩全风化、强风化层，含有丰富矿产资源。

图2 300线瞬变电磁视电阻率等值线反演断面图

最终钻探显示在300线155m处，0-30m岩芯呈全风化、强风化；30-70m岩芯裂隙发育，岩芯较破碎，其中含有一定的锡多金属矿。

3 结论

高密度电法在地质勘探中有一定效果，能够初步确定找找矿方向，但是横向分辨率较差，异常放大较明显，对于精准定位效果较差；等值反磁通瞬变电磁法作为一种新的技术方法，具有较强的抗干扰能力、纵向分辨率较高、灵敏度、信噪比。