浅谈瞬变电磁物探法在矿产资源调查中的应用

本文选取甘肃省下属的一个县作为矿产资源调查的对象，该地群山连绵不断，岩石种类繁多庞杂，溪流迂回蜿蜒。境内气候冬冷夏凉，昼夜温差明显，最高气温可达35℃，最低可至-12℃，平均温度在15℃左右，具有较典型的西部气候特点。将调查区偏东段划分为重点区域，采用瞬变电磁物探法开展探测工作，主要进行物探测量、矿质资源检测、采样调研等具体工作，在基本了解调查区矿产资源分布范围与特点的基础上，归纳特征，总结规律，锁定重点开发矿区，并科学预判出矿产资源总量

。

1 瞬变电磁物探法简介

1.1 瞬变电磁法勘探原理

瞬变电磁法隶属于时间域领域，先简单介绍一下它的工作原理：地壳中的岩石皆具有突出的导磁性与导电性，根据电磁感应原理，把不接地的线圈亦或接地导线和脉冲电流相连，会激励出电磁场和二次感应电流，采用接地电极通过脉冲间隙测量出二次场的时间幅值响应曲线。由于二次场持续的时间非常短，因此得名“瞬变”。当回路中的电流降至零时，线圈周围立即产生变化的电磁场（主要研究线圈收到的磁场如何变化，电场效应可视为干扰）。瞬时快速变动的磁场构成涡流的激励源，所射出的涡流以“烟圈”形状顺着纵向地表方向传导至大地的深部及四面八方，直至涡流的能量全部衰减

。涡流在上述的传播过程中，遇到不同的地质障碍物，传播的速度、能量和路径也会相应变化。瞬变电磁物探法探测的目的是用科学的方式将磁场在地质体中的传导情况进行实时的跟踪与记录，采用专业软件加以分析整理，推测出各个纵深层的地电结构，以及电阻率等重要参数的分布规律。

1.2 瞬变电磁物探法优势与局限

瞬变电磁法不要求一次场的存在，可只观测纯二次场，因此很少出现其他物探法中遗漏异常结构的问题，能够全面反映地质和矿产资源的真实面貌。对比频率域电磁法，具有几大显著优势：

3.5 药物护理 采用以上护理措施无效者，或顽固性便秘患者需用药物治疗［15］。根据医嘱必要时指导患者口服容积性泻药如麦麸、魔芋等，能起到膳食纤维的作用使液体摄取增加，以促进肠道运动，刺激排便。正确使用开塞露、便塞停等药物辅助排便。使用微生态调节剂、双歧三联活菌胶囊和乳果糖调节肠道菌群平衡［16］。利用中医辨证施治的原则，或泻热理气通腑，或益气滋阴通腑，或养血润肠通腑等给予服用中药调节肠道推进功能，从而治疗便秘。以及选用中医针灸穴位疗法，改善症状，防治再次发作［17］。

（1）噪音大多源自人文电磁场与天电磁场，可采用提升功率—灵敏度的方式实现信噪比提高的目标，加长可用测道可扩展探测深度；

突然，他感觉一股深深的寒意从背后朝着自己席卷而来，顺着脊梁根朝心里渗，冻得心都打了个哆嗦。他猛地扭头，望向了唐玉烟。

（3）对测量地点的要求更宽泛，户外测量也更加便捷高效；

（4）瞬变电磁法的应用领域非常多，除却矿产资源调查，在水文工程探测等其他方面也有出色的表现；

常用的磨损颗粒检测法有铁谱分析法、磁塞检测法、红外光谱法、颗粒消光计数法[6].颗粒消光法利用含有颗粒的介质对激光的反射和吸收特征判断颗粒的大小和数量[7-10]，该方法测量精度高，可同时获得颗粒的尺寸和数量信息，且实现方法简单，便于便携设计，达到“在线”测试目的.

（5）对接地和环境的要求不高，甚至在沙漠、水泥路面等地均可完成探测工作。

基于以上诸多优势，瞬变电磁法非常适合用于工程探测中，但受其自身技术的局限，也有不足之处：包括测量时需要发射幅值较大的电流，电磁噪声也会造成测量数据失真，减弱了深部探测的效果等等。

2 瞬变电磁物探法技术应用研究

2.1 瞬变电磁工作参数

瞬变电磁法是采用瞬变电磁仪进行探测，首先应全面收集地质情况、外界环境等相关信息，进行深层次剖析，明晰探测目标，明确适宜运用在此地区的测量指标与设施。大定源装置是一种常用的探测设施，能够对较深地区进行探测，同时工作速度较快，更容易检测出矿体低阻体，符合矿产调查的需求。

（2）若围岩为高阻，不会产生因地势起伏产生的假象异常；低阻时，覆盖物等地质噪声可被清晰地分辨出，降低误判的概率；

大定源装置的核心参数包括：发射线圈的电阻与横截面积，发射机发出的电压和电流、频率等，这些参数共同作用，影响着大定源装置的性能

。发射线圈横截面积选择时可参照下表：

消解后的地表水水样澄清与否全凭主观判断，而是否去除浊度干扰对测定结果有明显影响，因此建议湖库等含悬浮物多的样品消解后都需过滤，以消除主观判断的误差。另外，如过滤后样品还有色度干扰，则还需进行补偿法校正，不用重新取样消解，可将过滤后溶液定容至50mL后，分装到两个25mL比色管，所有试剂加入量按GB11893要求减半进行色度补偿，减少工作量。

瞬变电磁数据的确定决定了测量的效果，在对影响电磁测试的因素分析的基础上，根据地质情况和探测目标，使用科学的举措减小其不良影响。最关键的影响要素包含电磁噪音、地质噪声、地形等等。

在瞬变电磁测量的初期，自感信号一般比有效信号多出3个数量级，导致有效信号基本被完全覆盖，较难获取浅部的测量信息。若分析引发自感信号的条件，可在测量工作中采用相应的措施加以抑制。经研究发现线圈的周长和自感信号的衰减速度有关，周长越大，延时越长；周长越小，延时越短。

发射电流是另一影响测量装备性能的关键参数。常规应用中，在低阻区多采用小电流，随着阻值升高而加大电流。实际测量时，如果可以达到信号强度标准，发射电流应当尽量保持在最小位置。

2.2 瞬变电磁法的影响因素

发射线圈的影响因素包括线圈的材质和电阻，实际应用时还需考虑当地的地质情况，保证探测的结果准确无误。

2.3 瞬变电磁法常见问题分析研究

艳阳冬日，在昆明郊野公园第四届香草节上，6万株芳香万寿菊在冬日艳阳中开放得格外灿烂，金黄的花海景致美不胜收，吸引大批游人前来赏花观景，享受阳光明媚的芬芳假日。

瞬变电磁法的探测深度通常指该法能探测到的极限深度，即最大深度，却常常忽略了最小探测深度，即为探测浅部区域时难以达到的“盲深”。无论是接受回路，还是发射回路，均有固定的传输流程，所接的信号包含本身的自感信号与地面以下的电磁感应信号。瞬变电磁法运用的早些时候，所收到的自感信号通常比电磁感应信号多，但是该信号会在短时间内快速减弱，在探测的中后期，自感信号的影响已经微乎其微，此时较容易分辨出有用信号，但早期的筛选则比较困难。基于此，提高瞬变电磁浅层地表的探测能力具有较大探究价值。下文以“盲深”为中心，做深层次的研究，可用于指导户外测量。

汾河灌区总体地势平坦，当日降水量较小时，一般不会产生地表径流，降水大都会储存在田间[14]。结合国内的研究结果发现[6]，当日降水量小于3.0 mm时，日降水量不计入有效降水量；当日降水量在3.0～50.0 mm时，日降水量作为有效降水量；当日降水量大于50.0 mm时，以日降水量的0.8倍作为有效降水量。

频率也是很重要的参数，需要仔细筛选。在新工作区正式测量前，应先做多组的频率实验，采集到的曲线，衰减部分多是噪声所致，实际测量时要求噪音越小越好，不能超过设定的范围，否则会使测量的数据失真，达不到精确测试的目的。由于外界环境复杂多变，频率试验的组数也影响着最终的测量结果；

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瞬变电磁法可应用在矿产资源调查探测中。采用瞬变电磁法发掘的矿产全部含有较高的硫化物。经过之前的不懈努力，目前瞬变电磁法的户外应用技术已逐渐成熟，也暴露了此方法的一些问题。排在首位的是“盲深”问题，出现的缘由是线圈的暂态过程导致浅部地区搜集到的信息未完整保留；其次是低阻层屏蔽，如果该层处在探测客体上端，探测同样的深度需增长探测时长。

低阻屏蔽是影响瞬变电磁物探法应用的又一大问题。实际的测量中，瞬变电磁法在岩石面、水泥面等不宜接地的工作区也能够获取精准的测量数值，体现了瞬变电磁对高阻层有突出的穿透性能。如果低阻层遮盖于探测目标上方，其的屏蔽功能会导致瞬变电磁的探测距离缩短，增长探测时长。瞬变电磁场的传播速度和介质电阻率存在密切关联，一般在阻率较高的时候传播速度较快，低阻率时则相对变慢，测量的时间也更长。但瞬变信号衰减非常快，传播时间较长会致使测试后续获取的信息不够可观，导致一些有效信息受损。在室外测量时若遇到这种情况，需要增加发射功率，并采用科学的方法降低低阻屏蔽的影响。

3 瞬变电磁物探法在矿产资源调查中的应用

瞬变电磁物探法在矿产资源调查中的测量过程是先进行视电阻率中梯测量，划定异常区域，参考地质调查的结果进行分析，推断出矿体在平面内如何分布；在该区域内应用激电中梯装置开展剖面测量，根据剖面出现的异常反映，确定矿产资源的深度及具体边界；最后环节，通过电阻率测深装置做测深测量，探测出电阻异常沿垂向的走向如何分布，并综合考虑两次的测量结果进行分析判断，推测出矿产的分布与形态

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3.1 确定矿产资源电性参数

需要做多次的试验确定激电中梯剖面的工作参数。较高的0线110点至150点之间以点距20m，MN=40m，按照不同的供电周期、采样频率、延时时间做多组试验，测量结果可分析出：8s及16s两种供电周期，视电阻率异常及视极化率异常的对比曲线的走势大致相同，且供电周期增大，参数变化的趋势也增大；延时时间变化不会对视电阻率产生较大的影响；40ms的采样频率比20ms的测量数据更稳定且波动更小；全面分析各种因素，试验区域的矿体埋藏很浅，应最大程度的增加探测的深度并能反馈出异常，最终确定供电周期16s，延时250ms，采样频率40ms作为此次中梯测量的工作参数。

3.2 测量激电中梯剖面

瞬变电磁物探法工作时，若想探测更深的深度，也需增大供电电极距的距值，不同的电极距值可探测出不同深度的矿产资源的导电性。此次的视电阻率测深试验选择三极装置，供电电极距选取了多组不同值进行测量、对比与分析，包括AB/2=5m、7.5m、10m、15m、22m、33m、50m、75m、100m、150m、220m、330m、500m、750m（ 部 分点），测量电极距MN/2分别取1m、5m、20m，替换成MN时，装置配置2个接头点。具体的测量按照行业制定的规范来操作。电阻率剖面法顾名思义，沿着电极测线方向逐点测量，目的是探测地下特定深度范围内地电断面沿水平向的分布趋势。实际应用中，采用中梯法测量时，两个供电电极AB之间的距离比较远，并不设置在一处，且放置好之后很难再移动，观测是在两个供电电极中间的某段区域进行，在地下的矿体分布均匀、各电磁场的电荷分布呈同性的前提下，该段区域可被视为均匀电场。由此可推测，若中梯法测量后、计算出的视电阻率异常，大概率是由于均匀电流场中存在着电性不均体。

3.3 探测电阻率异常特征

该测量区域内，视电阻率由南向北、由西向东方向呈低-中-高的趋势分布，整体视电阻率曲线波动较小，没有较大的突变，高低阻存在异常，变化较为剧烈。由测量区域的视电阻率等值线图可观察出，共有四处低阻异常区域，F-1位于测区西侧边沿处，沿北向东方向分布，该处异常与地质已知的结构特征相符合；F-2位于测量区南东方向靠近边缘部分；另两块低阻异常区F-3、F-4沿北向西方向延展开并将整片调查区划分为三部分。在调查区中段较低缓的一段区域内，发现一处很明显的高阻异常区，最大长度约750m，极限宽度约200m，视电阻率处于5832Ω·m～13323Ω·m之间，该异常区域的测量数据与地表显露的某些特征基本符合，理论上可判断为矿化异常所致。调查区北东部分的整体电阻率是最高的，其中有一处高阻异常区的视电阻率明显偏高，且有向东持续延伸的趋势。调查区南西角的高阻异常向南东方向继续扩展，异常区最大长度约250m，极限宽度可达80m左右，异常区的范围不大但不完整，有向南持续延展的可能。整个调查区的极化率都不高，视极化率值在0.4%～2.2%之间波动，说明异常以低极化条带状为主，主要沿北向西方向延展开来，与矿体带的大体走势基本相同，也间接证实了此处异常与构造带有直接关系。比较突出的异常主要分布在靠近南北方向和北西方向。

视电阻率高阻异常大多分布在低极化异常及其周边区域。考虑到地形地貌等影响因素加以综合分析，低极化异常与水源有着内在的某种联系。测量区内的主要电性异常都分布在构造周边，说明构造对矿化体有着直接且重大的影响。本测量区共存在三处电性异常，经过对测量参数的理论分析，可推断D-I区为矿质异常导致，可更深入地开展探测工作；D-II、D-III区域的异常不够完整，需要继续的探测与分析以作判断。调查区内的视电阻率总体上从南至北呈低—高—低的起伏状分布，异常的走向与地层方向几乎一致，与地层的关联性很是明显。中部区域存在一处明显的高阻异常，从起点沿南向东方向延展，延伸的极限长度可达1km左右，最大宽度约200m，视电阻率极值1757Ω·m，异常在东南方向未完全重合，有持续延展的走势。推测该异常区域是成矿有利位置。

该调查区的极化率变化比较平缓，视极化率（ηs）的幅值变化处于0.2%～2.7%之间，呈现南低北高的态势，并没有发现突出的异常，综合考虑视电阻率异常的情况，该区域体现了相对低极化的特征。

结合视电阻率中梯和激电中梯的测量数据，在0段线的108至136号范围内进行了激电测深测量，从探测的结果分析，电性剖面可划分为三大部分，南区集中体现了低阻低极化的特点，北区的矿体分上下两层结构，上层表现为高阻高极化特点，下层则呈现出高阻低极化特点；在两种矿种的交接段周围，出现了突出的高阻异常反应，且由浅至深延展开来，考虑到地表存在矿化现象，推断矿化是该区异常的主要原因。将几种主要测量方法所得到的测量数据加以全面的分析与研判，测量区内的显著矿质异常具有明显的高阻低极化特点，仅发现一处电性异常区段，范围较广，与接触带关联比较紧密，且在地表探测出矿化体，可在此区域进行重点深入的探测工作。

4 结语

由上述可知，采用瞬变电磁物探法可测量出调查区内的视电阻率和视极化率的分布特点与趋势。为深入持续的矿产资源调查提供理论指导与研究方向。测量区内的电阻率分布与矿产资源的深度、矿化体、地质构造都有很大的关系；极化率总体偏低，没有发现显著的异常。广泛收集与瞬变电磁物探法及矿产资源调查相关的材料，进行全面深入的分析后，确定最合适的测量装置和工作参数，掌握测量区内各矿体资源的分布特点。持续深入地完善和细化地质探测与矿产资源调查工作，对已探测到的异常区域开展持久研究，为国家的矿产资源开发贡献力量。

[1]陈毓川．从三稀资源调查扩大到关键矿产调查是战略性新兴产业发展的必然需要——推荐阅读《地质学报》“关键矿产”专辑[J]．地质论评,2019,65（04）：915-916．

[2]张小波．我国药用矿物资源调查方法的探索与建议[J]．中国现代中药,2019，21（01）：1293-1299．

[3]曾载淋．21世纪以来中国关键金属矿产找矿勘查与研究新进展[J]．矿床地质,2019,38（05）：935-969．