金仁貴，張金會(huì)，汪青松

(1.安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051；2.安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031；3.安徽省電法勘探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031)

利用V8多功能電法儀開(kāi)展磁電法勘探方法技術(shù)研究

金仁貴1，張金會(huì)2，3，汪青松2，3

(1.安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051；2.安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031；3.安徽省電法勘探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031)

摘要：在淺覆蓋區(qū)開(kāi)展電法勘探時(shí)，由于存在供電電流易被低阻覆蓋層吸收和深部電磁信號(hào)又被屏蔽減弱，薄層金屬礦體難以識(shí)別的難題?；谕黄聘咦杌虻妥韪采w層屏蔽，獲得有效礦致信號(hào)的思路，我們開(kāi)展了磁電勘探法實(shí)驗(yàn)研究。采用V8系統(tǒng)與其他儀器設(shè)備組合，完成發(fā)射與接收工作。分別測(cè)量不同頻率的交變電磁場(chǎng)對(duì)礦體激勵(lì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電位，并計(jì)算磁頻散率和電頻散率。提取局部異常信息，對(duì)比研究識(shí)別礦體。在安徽省某金礦區(qū)薄層礦體識(shí)別取得了一定的效果，拓展了V8系統(tǒng)地質(zhì)找礦中應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：磁電勘探法；淺覆蓋區(qū)；頻散率；礦體識(shí)別；V8

1現(xiàn)狀

1.1磁電勘探法

磁電勘探法，是屬于探測(cè)磁場(chǎng)的傳導(dǎo)類電法勘探，是在一般電法中將測(cè)量地面上兩點(diǎn)間電位差，改成逐點(diǎn)觀測(cè)磁場(chǎng)的一類勘探方法[1]。磁電勘探法中的多數(shù)變種方法通過(guò)觀測(cè)磁場(chǎng)異常可以發(fā)現(xiàn)礦體。磁電勘探法主要包括磁電阻率法(MMR，MagnetometricResistivity)和磁激發(fā)極化法(MIP，MagneticInducedPolarization)。

磁電勘探法具有穿透覆蓋層的能力，由于電流的磁場(chǎng)可以穿透空間介質(zhì)，因此從地下異常電流源到地面(或地面以上空間)的測(cè)點(diǎn)之間，異常電流磁場(chǎng)可以穿透高阻或低阻層，獲得較好的磁場(chǎng)信號(hào)，這也是磁電勘探法的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)，也是本研究的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。

1.2研究現(xiàn)狀

磁電勘探法作為電法的一個(gè)分支，與一般電法相比，其理論、方法和應(yīng)用還不夠成熟。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)磁電勘探法的研究主要集中在對(duì)一次電流場(chǎng)引起的磁異常的研究，對(duì)于二次極化電流引起的磁異常的研究相對(duì)較少。至于利用磁電勘探法建立的電磁場(chǎng)結(jié)合開(kāi)展人工電場(chǎng)法的研究，尚未有先例。

國(guó)際方面，1933年Jakosky在他的一項(xiàng)專利中提出了使用磁電阻率法進(jìn)行野外勘探的概念。自二十世紀(jì)六十年代中期起，在加拿大和美國(guó)等國(guó)家進(jìn)行了試驗(yàn)研究，到70年代取得了一些進(jìn)展[2]，1974年Edwards等[3]使用了較為先進(jìn)的儀器進(jìn)行了首次磁電阻率探測(cè)野外試驗(yàn)，提出了MMR異常的概念，并指出磁電阻率法相對(duì)于傳統(tǒng)的電阻率法在良導(dǎo)覆蓋層下的異常成像方面可能具有一定的優(yōu)越性。后來(lái)Howland-rose等[4-5]證明了覆蓋層對(duì)磁場(chǎng)的屏蔽比對(duì)電場(chǎng)的屏蔽弱。在正反演方面，Edwards總結(jié)了他的研究成果，對(duì)多種地球物理模型的MMR異常進(jìn)行了推導(dǎo)。在二次極化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的研究方面，所做工作相對(duì)較少，Seigel于1974年首先提出了MIP的概念，后來(lái)Seigel和Howland-rose[6]對(duì)幾種簡(jiǎn)單的異常模型進(jìn)行了公式推導(dǎo)和試驗(yàn)研究。

國(guó)內(nèi)方面，20世紀(jì)70年代，傅良魁教授對(duì)磁電阻率法和磁激法極化法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并編寫(xiě)《磁電勘探法原理》一書(shū)，書(shū)中對(duì)一些基本模型進(jìn)行了理論推導(dǎo)并提供了3個(gè)磁電勘探法應(yīng)用實(shí)例。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)也有不少學(xué)者對(duì)磁電阻率法和磁激法極化法進(jìn)行研究。2005年，鄧靖武[7]采用有限差分?jǐn)?shù)值模擬方法實(shí)現(xiàn)了磁電阻率法和磁激法極化發(fā)的三維正演，2010年，楊從濤[8]采用有限單元法實(shí)現(xiàn)了二維地電模型的磁電法數(shù)值模擬。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)譚捍東教授等，在磁電法勘探理論和數(shù)值模擬方面發(fā)表了多篇相關(guān)文章。2010年，李建華等[9]在內(nèi)蒙古某礦區(qū)開(kāi)展了少量磁電法野外試驗(yàn)，并于2010年9月在《地震地質(zhì)》發(fā)表了《磁激電方法技術(shù)試驗(yàn)研究》論文，說(shuō)明磁激電方法具有可行性。

1.3V8系統(tǒng)介紹

在深部找礦地球物理勘查儀器設(shè)備中，加拿大產(chǎn)V8多功能電測(cè)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱V8)發(fā)射功率較大、探測(cè)深度較大、抗干擾較強(qiáng)的物探設(shè)備在金屬礦勘查中得以廣泛應(yīng)用。粗略統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)引進(jìn)V8設(shè)備超過(guò)80臺(tái)套。V8系統(tǒng)可開(kāi)展CSAMT、SIP、TEM等多種方法，V8系統(tǒng)是加拿大鳳凰公司開(kāi)發(fā)的多功能電法系統(tǒng)，是既2000和V5、V6系統(tǒng)之后，在此基礎(chǔ)上吸收了近年來(lái)通訊、微電子等最新成果開(kāi)發(fā)的第八代電測(cè)系統(tǒng)，包括輕便堅(jiān)固的采集系統(tǒng)、GPS同步系統(tǒng)以及觸摸式防水ASCLL鍵盤和可視屏幕。本研究所開(kāi)展的磁電法，從發(fā)射功率、頻率到數(shù)據(jù)采集參數(shù)和精度，V8系統(tǒng)都可以滿足要求。

鑒于本研究所設(shè)計(jì)磁電法勘探方法尚無(wú)專用設(shè)備可完成數(shù)據(jù)采集，故采用V8電法系統(tǒng)和MT方法采用的MTC-50TM磁探頭進(jìn)行組合，開(kāi)展野外數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行磁電法勘探方法實(shí)驗(yàn)研究，以期達(dá)到開(kāi)展磁電法勘探研究和拓展V8系統(tǒng)的使用范圍的目的。

2磁電法勘探理論

1984年，傅良魁教授出版的《磁電勘探法原理》中，給出了磁電法的理論依據(jù)。

磁電阻率法(MMR)和磁激發(fā)極化法(MIP)產(chǎn)生的地下磁場(chǎng)可以認(rèn)為是穩(wěn)定的電流場(chǎng)引起的，所以和傳統(tǒng)的傳導(dǎo)類電法的理論基礎(chǔ)一樣，符合麥克斯韋方程組，根據(jù)電磁場(chǎng)的特定關(guān)系，麥克斯韋方程組可以轉(zhuǎn)化為式(1)～(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

從式(1)～(4)可以看出，為了求解磁場(chǎng)H，必須先求出電場(chǎng)E，由于電場(chǎng)強(qiáng)度E的矢量特征，引入標(biāo)量電位u求解E，見(jiàn)式(5)。

(5)

我們通過(guò)求解標(biāo)量電位u求解電場(chǎng)強(qiáng)度E，進(jìn)而可以計(jì)算出磁場(chǎng)強(qiáng)度H。得到磁場(chǎng)強(qiáng)度H，可以利用磁頻散率計(jì)算公式(式(6))計(jì)算不同發(fā)射頻率的場(chǎng)源所得到的頻散率。

(6)

3V8系統(tǒng)可用性分析

20世紀(jì)80年代，傅良魁等國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了磁電勘探法的生產(chǎn)應(yīng)用，采用的測(cè)量?jī)x器是地質(zhì)科學(xué)院物探研究所和北京地質(zhì)研究所以及北京地質(zhì)局物探隊(duì)聯(lián)合研制的超低頻微伏計(jì)和6萬(wàn)匝或12萬(wàn)匝漆包線做成的感應(yīng)式探頭(接收線圈)，接收儀器精度和磁探頭靈敏度低，影響了勘探效果，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電法勘探測(cè)量?jī)x器設(shè)備有了長(zhǎng)足的發(fā)展，為磁電勘探法的再次發(fā)展提供了儀器條件。

本次研究所采用的是V8系統(tǒng)和AMTC-50高分辨率磁性探頭性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備性能參數(shù)

從表1可以看出，V8系統(tǒng)提供的性能參數(shù)完全可以滿足磁電勘探法實(shí)驗(yàn)研究的需要，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，滿足實(shí)驗(yàn)精度工作的要求。

4磁電法野外實(shí)驗(yàn)

使用30kW大功率發(fā)射機(jī)建場(chǎng)。為了減少供電時(shí)電纜產(chǎn)生的電磁信號(hào)影響，“U”字型布設(shè)供電電纜，AB連線平行礦體方向供電，開(kāi)展中梯方式面積性測(cè)量，網(wǎng)度為50m×20m，測(cè)線方向垂直AB，線距50m，點(diǎn)距20m，測(cè)量電位時(shí)電極MN平行AB，MN=20m(圖1)。試驗(yàn)參數(shù)采集工作使用主要主要儀器設(shè)備見(jiàn)表2。

圖1　磁電勘探法野外測(cè)量示意圖

參數(shù)名稱儀器設(shè)備名稱發(fā)射場(chǎng)源設(shè)備TXU-30發(fā)射機(jī);MG-40A發(fā)電機(jī)電位V8網(wǎng)絡(luò)化多功能接收機(jī);RXU-TM時(shí)鐘控制盒磁場(chǎng)垂直分量△HV8網(wǎng)絡(luò)化多功能接收機(jī);MTEM-ALMulTEMloop和AMTC-50高分辨率磁性探頭;RXU-TM時(shí)鐘控制盒

使用V8網(wǎng)絡(luò)化多功能接收機(jī)測(cè)量電位，并配高精度垂直分量磁探頭AMTC-50高分辨率磁性探頭測(cè)量磁場(chǎng)。利用GPS時(shí)鐘控制同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)間的同步連接，完成不同頻率的磁場(chǎng)和電位的測(cè)量。并利用不同頻率測(cè)量的磁場(chǎng)強(qiáng)度和電位分別計(jì)算磁頻散率和電頻散率。為了使良導(dǎo)體或磁性體產(chǎn)生更強(qiáng)感應(yīng)磁場(chǎng)信號(hào)，必要時(shí)將供電導(dǎo)線布設(shè)在AB連線上或其附近，導(dǎo)線與大地構(gòu)成最短回路，一次磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，二次磁場(chǎng)和感應(yīng)電流也增強(qiáng)，有利于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)體。

磁電法實(shí)驗(yàn)中磁頻散率、電頻散率計(jì)算。

1)電頻散率計(jì)算，利用實(shí)測(cè)不同頻率電位成果計(jì)算。頻散率是表示交流激發(fā)極化效應(yīng)的參數(shù)之一，在高低兩個(gè)頻率供電電流相等的條件下所測(cè)電場(chǎng)幅值之間相對(duì)變化率，與地層中金屬礦物含量、巖礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造有關(guān)，是地質(zhì)找礦的重要地球物理參數(shù)。電頻散率計(jì)算公式，如式(7)所示。利用實(shí)測(cè)不同頻率電位成果計(jì)算頻散率時(shí)，如需要可進(jìn)行電流歸一化處理。

(7)

式中：Ps為視頻散率；ΔUD低頻總場(chǎng)電位差；ΔUG高頻總場(chǎng)電位差。

2)磁頻散率計(jì)算，利用實(shí)測(cè)不同頻率磁場(chǎng)成果計(jì)算。當(dāng)使用高頻fG供電時(shí)，極化作用較弱，沿X方向的磁場(chǎng)剖面曲線主要反映礦體的導(dǎo)電作用；用低頻fD測(cè)量時(shí)，由于極化作用的增加，并且二次極化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與導(dǎo)電性礦體一次異常電流的磁場(chǎng)方向相反，起抵消作用，低頻總磁場(chǎng)強(qiáng)度振幅HfD會(huì)比高頻總磁場(chǎng)強(qiáng)度振幅HfG小些，HfG-HfD的差值即相當(dāng)于二次磁場(chǎng)強(qiáng)度值，因此，利用測(cè)量高低頻率磁場(chǎng)，經(jīng)計(jì)算獲得的磁頻散率即相當(dāng)于測(cè)量二次磁場(chǎng)獲得的磁極化率效果。利用測(cè)得的HfG和HfD，磁頻散率計(jì)算公式，如式(8)所示。

(8)

綜合提取信息，即利用野外觀測(cè)獲得的多種參數(shù)，進(jìn)行日變改正、化極、標(biāo)定、平差等多項(xiàng)改正處理后，采用匹配濾波法、趨勢(shì)面分析法、剩余異常法、小波變換法以及上下延拓法等綜合數(shù)據(jù)處理方式，消除背景異常特別是人工源引起的背景異常，提取供電前后的局部磁異常、電位異常和供電后頻散率異常。詳見(jiàn)表1。

圖2　磁電法不同頻率磁頻散率剖面平面圖

5磁電法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

自2012年開(kāi)始研究組就開(kāi)始針對(duì)磁電勘探法的野外實(shí)驗(yàn)和磁電法的數(shù)值模擬開(kāi)展研究。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，確定了場(chǎng)源、測(cè)量方式、發(fā)射頻率等參數(shù)。本次研究工作利用30kW大功率可控源發(fā)射機(jī)提供場(chǎng)源、V8多功能電法接收機(jī)、GPS時(shí)針控制器、低頻高性能磁探頭等組合儀器完成了野外數(shù)據(jù)采集工作。在某金礦測(cè)得了多個(gè)發(fā)射頻率的電位和磁參數(shù)，經(jīng)初步計(jì)算處理，發(fā)現(xiàn)2Hz、1/4Hz與1/16Hz的磁頻散率異常與已知礦體吻合良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法對(duì)淺覆蓋區(qū)找礦尤其是薄層礦體識(shí)別有一定的效果。

磁電法不同頻率磁頻散率剖面平面圖見(jiàn)圖2。

圖2中黑線為已知礦體位置和深度，可以看出在礦體位置頻散率有明顯異常。

6結(jié)論

V8系統(tǒng)以其良好的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)采集精度，可以開(kāi)展多種電法方法，同時(shí)也可以與不同頻率的磁探頭聯(lián)合使用，為新方法的實(shí)驗(yàn)，提供良好的實(shí)驗(yàn)參數(shù)采集，本文在新方法實(shí)驗(yàn)研究中就是利用了V8系統(tǒng)的這一優(yōu)點(diǎn)，完成了數(shù)據(jù)采集，同時(shí)也為V8系統(tǒng)拓展了新的應(yīng)用領(lǐng)域。

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Research on the method and technology of magnetic prospecting method using V8 systems

JINRen-gui1，ZHANGJin-hui2，3，WANGQing-song2，3

(1.AnhuiTechnicalCollegeofIndustryandEconomy，Hefei230051，China；2.GeologicalExplorationTechnologiesInstituteofAnhuiProvince，Hefei230031，China；3.ElectricalExplorationKeyLibraryofAnhuiProvince，Hefei230031，China)

Abstract:During the electrical prospecting on the shallowed coverage area，Due to the supply current is easily absorbed by the low resistance coverage and deep electromagnetic signals are shielded weakened，Thin layer metal ore difficult to be identified.Based on breakthrough high resistance and low resistance layer shielding cover to obtain effective ore induced signal of ideas，We carry out the magneto electric prospecting method experimental study.Using V8 system and other instruments to complete the work of launching and receiving.The magnetic field and electric potential generated by the alternating electromagnetic field of different frequency to the excitation of the ore bodies are measured respectively.Calculate the magnetic dispersion rate and the electric dispersion rate.Extracting and comparing the local anomaly information to identify the ore bodies.A certain effect has been achieved in the identification of thin ore bodies in a gold deposit in Anhui Province，Which has extended the application range of V8 system in geological prospecting.

Key words：magnetic prospecting method；shallow overburden area；frequency dispersion；thin layer ore body identification；electrical reflectivity；V8 systems

收稿日期：2015-10-09

基金項(xiàng)目：安徽省國(guó)土資源廳國(guó)土資源科技項(xiàng)目“淺覆蓋區(qū)找礦磁電勘探法新技術(shù)試驗(yàn)研究”資助(編號(hào)：2014-K-08)

作者簡(jiǎn)介：金仁貴(1962-)，男，漢族，安徽樅陽(yáng)人，1984年畢業(yè)于長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院地質(zhì)儀器專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系主任，副教授，從事電子和光電子學(xué)研究。

中圖分類號(hào)：P631.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)04-0146-04