閆清華，孫鵬程，趙曉峰，張 敏，李雙瑩

(1.中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 101300；2.河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院，河北石家莊 050021)

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EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)在金屬礦找礦中的應(yīng)用研究

閆清華1，孫鵬程1，趙曉峰1，張 敏1，李雙瑩2

(1.中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 101300；2.河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院，河北石家莊 050021)

EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)是音頻大地電磁探測系統(tǒng)之一，該方法多應(yīng)用于大地構(gòu)造、石油、水文、地?zé)岷凸こ痰阮I(lǐng)域，在金屬礦找礦領(lǐng)域中應(yīng)用尚不成熟。本文概述了EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)的方法原理、數(shù)據(jù)采集和后期數(shù)據(jù)處理方法。用該測量系統(tǒng)對西藏山南和新疆阿勒泰兩個(gè)銅礦區(qū)的巖性、構(gòu)造、含礦地質(zhì)體位置進(jìn)行了解釋，其結(jié)果與鉆探結(jié)果基本吻合。尤其是對于新疆銅礦區(qū)規(guī)模較小的礦體賦存位置-斷裂破碎帶，EH4系統(tǒng)能夠?qū)Υ擞泻芎玫慕忉?，說明EH4測量系統(tǒng)是金屬礦找礦的一種有效的方法。

EH4音頻大地電磁法 數(shù)據(jù)處理 金屬找礦

20世紀(jì)60年代，Berdichevski等在大地電磁測深的基礎(chǔ)上提出音頻大地電磁法，該方法具有勘探深度大、成果反應(yīng)直觀、輕便高效的特點(diǎn)(樊占軍等，2007)，可以用于研究大尺度、大埋深地質(zhì)單元的電磁感應(yīng)，在石油、天然氣勘探、深部地質(zhì)構(gòu)造探測、地?zé)岷偷叵滤Y源調(diào)查、地震預(yù)測和地質(zhì)災(zāi)害防治等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到肯定(魏文博，2002；陳樂壽，2009；楊海亮等，2015)。近年來該方法也逐漸應(yīng)用于金屬礦找礦(梁光河等，2007；郭曉東等，2009；譚紅艷等，2011；尹雪波等，2013；陳偉軍等，2016)，但也主要是用于區(qū)分巖性、識別斷裂構(gòu)造，對于構(gòu)造的性質(zhì)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征鑒定方面略顯薄弱(王斌等，2014)，在該領(lǐng)域的應(yīng)用多有懷疑、尚不成熟。EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)是國內(nèi)較為先進(jìn)的電磁勘探系統(tǒng)之一，其配置頻率為10kHz～100kHz，屬于音頻大地電磁范疇。本文以西藏山南和新疆阿勒泰兩個(gè)銅礦床位研究對象，采用EH4音頻大地電磁測深法，對礦區(qū)的巖性、構(gòu)造、含礦地質(zhì)體位置進(jìn)行了解釋，切其結(jié)果與鉆探結(jié)果基本吻合。

1 EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)介紹

1.1 原理

EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)是美國GEOMETRICS公司和EMI公司聯(lián)合研制的大地電磁系統(tǒng)，EH4系統(tǒng)利用大地電磁測量原理，同時(shí)觀測地表交變電磁場X、Y兩個(gè)方向的電場和磁場水平分量的時(shí)間序列，經(jīng)過傅氏變換獲得電磁場的功率譜，從而計(jì)算出大地電磁場頻率響應(yīng)。按照趨膚深度的原理，電磁場的頻率越小(周期越長)其能耗越小，穿透深度越大，因而通過研究電磁場隨頻率的變化，可以探測大地不同深度介質(zhì)的電性信息(陳樂壽，2009)。該方法基于麥克斯韋方程，獲得的電阻率為卡尼亞電阻率，其理論公式如下(劉慧鵬，2008)：

(1)

式中E、H分別為兩個(gè)垂直方向的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度，ω為角頻率，μ為磁導(dǎo)率。

1.2 野外數(shù)據(jù)采集

野外觀測裝置選用十字型裝置(圖1)，測線方向定為X方向，垂直側(cè)向方向?yàn)閅方向。兩對電極和兩個(gè)磁棒分別相互垂直鋪設(shè)，用羅盤儀定位確保方位角偏差小于1°。為了壓制噪聲，應(yīng)將電極盡量深埋入地下，并壓實(shí)周圍覆土，保證電極與大地的良好接觸；將磁棒水平埋入土中，較少微震動(dòng)對其影響；電極和磁棒應(yīng)遠(yuǎn)離房屋、電纜、大樹，周圍8m～10m范圍不能有人為活動(dòng)。

圖1 EH4工作連接圖

參數(shù)選擇：電極距按經(jīng)驗(yàn)選擇20m～40m，根據(jù)實(shí)際情況在不影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的情況下可適當(dāng)選擇小極距；測量頻率范圍為10Hz～92kHz，一通道和七通道分別采集低頻信號和高頻信號；每個(gè)測點(diǎn)增益以滿足信號振幅為1/2～3/4量程范圍即可，且保證電磁信號振幅范圍一致；考慮到數(shù)據(jù)的可信度、信噪比及工作效率，應(yīng)盡量增加疊加次數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)可選擇8次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

音頻大地電磁測深數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示：對于采集到時(shí)間序列數(shù)據(jù)，首先應(yīng)進(jìn)行干擾信號的剔除，再進(jìn)行FFT變換，進(jìn)而進(jìn)行BOSTICK一維反演；二維反演時(shí)圓滑系數(shù)選擇在0.05～10之間，實(shí)際工作時(shí)可選擇不同的圓滑系數(shù)，比較其成果圖，選擇理想的一個(gè)作為最終結(jié)果；由于各個(gè)測點(diǎn)存在高程差，需要進(jìn)行地形改正；最后可用二維成圖軟件Surfer或Plot生成電阻率擬斷面圖，在數(shù)據(jù)網(wǎng)格化時(shí)通常選擇線性克里金插值方法，窗口應(yīng)選擇縱向大于橫向的橢圓或長方形視窗。

圖2 EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程圖

2 在金屬礦找礦中的應(yīng)用

目前金屬找礦工作進(jìn)入深部找礦階段，EH4電導(dǎo)率系統(tǒng)勘探深度大，能夠觀測地下幾米到1000m的電性特征。由于該系統(tǒng)利用的是天然場源信號，不需要人工建立場源，因此具有裝備輕便、效率高、成本低的特點(diǎn)，因而即使在崎嶇的山區(qū)、森林覆蓋區(qū)等惡劣的地區(qū)該方法仍然適用(樊戰(zhàn)軍等，2004)。2009年來，中冶礦產(chǎn)資源研究院在遼寧、云南、內(nèi)蒙、新疆、西藏等地應(yīng)用EH4成像系統(tǒng)進(jìn)行金屬礦勘查，取得了較好的效果。

2.1 在斑巖型銅鉬礦找礦中的應(yīng)用

西藏山南某斑巖型銅鉬礦區(qū)處于喜馬拉雅板片與岡底斯—念青唐古拉板片復(fù)合部位。雅江結(jié)合帶呈近EW向橫貫全區(qū)，由于強(qiáng)烈的擠壓造山作用，形成了一系列近EW向的復(fù)式褶皺和大規(guī)模的逆沖斷裂以及NW向、近EW向張扭性次級斷裂(韓逢杰，2006；閆學(xué)義等，2010；陳玉水等，2011)。

作為礦區(qū)的重要結(jié)構(gòu)線，雅江結(jié)合帶F1及與之大致平行的剝離斷裂F2共同控制著該地區(qū)的成礦作用。礦區(qū)內(nèi)地層出露簡單，為第四系、第三系羅布莎群(Rlb)、白堊系比馬組第五段(K1b5)及三疊系姐德秀組(T3j)。巖漿活動(dòng)較為活躍，巖漿巖分布廣泛，侵入巖主要以喜山期為主。出露的巖漿巖具有較典型的斑巖型蝕變分帶和全巖銅鉬礦化，主要為石英閃長巖、中粒二長花崗巖、中粗粒似斑狀黑云角閃二長花崗巖、中粒鉀長花崗巖等(韓逢杰，2006；閆學(xué)義等，2010；陳玉水，2011)。

礦區(qū)斑巖型礦床具有上銅下鉬的特征。目前礦區(qū)圈定2個(gè)銅礦體、2個(gè)鉬礦體、多個(gè)低品位銅礦體。銅礦體主要分布于剝離斷裂帶F2的上盤及破碎帶中，并以鉀長花崗巖、石榴石矽卡巖和破裂狀石英閃長巖為其主要賦礦巖石。圍巖蝕變有硅化、黃鐵礦化、矽卡巖化、磁鐵礦化、絹云母化等。礦石多呈碎裂狀，局部具有強(qiáng)烈的高嶺土化。礦石主要為硫化礦石或混合礦石，主要礦物有黃銅礦、斑銅礦、黝銅礦、磁鐵礦、孔雀石、褐鐵礦等(閆學(xué)義等，2010；陳玉水等，2011；范新等，2011)。

鉬礦體主要分布于F1與F2之間，羅布莎群之下，賦礦巖石、頂?shù)装寰鶠殁涢L花崗巖，礦體與圍巖呈漸變關(guān)系。圍巖蝕變主要有硅化、高嶺土化、鉀化、絹云母化等。礦石主要為硫化礦石，一般呈中細(xì)粒狀他形、半自形結(jié)構(gòu)，浸染狀、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造，主要礦物有輝鉬礦、黃銅礦，少量斑銅礦、黃鐵礦等(范新等，2011)。

圖3 山南某礦區(qū)地質(zhì)簡圖及EH4剖面部署

0號音頻大地電磁測深剖面位于礦區(qū)中部，剖面長640m，方位0°，點(diǎn)距40m(圖3)。電阻率斷面圖上看出電阻率橫向和縱向變化較小，縱向上可以分為兩個(gè)電性層(圖4)。

海拔3300m以上為一低阻層，視電阻率小于400Ω·m。該低阻層南部較北部厚，而礦區(qū)內(nèi)西北方向大面積出露似斑狀二長花崗巖，北部出露有部分復(fù)成份礫巖和含銅鉬的鉀長花崗巖，地表推測該低阻層由斷裂破碎帶內(nèi)的羅布莎群的復(fù)成份礫巖、比馬組的含銅石榴石矽卡巖及含銅鉬鉀長花崗巖體引起(圖4)。該處施工的4個(gè)鉆孔揭露海拔3400m以上有一最大見礦厚度達(dá)297m的鉬礦體，礦體南傾，傾角30°，與物探的解釋結(jié)論吻合。

深部3300m以下為一高阻層，視電阻率大于1000Ω·m ～4000Ω·m。推測深部的高阻層由似斑狀二長花崗巖巖體引起(圖4)。該處施工的4個(gè)鉆孔揭露在含銅鉀長花崗巖下部為似斑狀二長花崗巖，且?guī)r性分界面與電阻層分界面較吻合，均呈現(xiàn)南低北高的趨勢。

本次音頻大地電磁測深推測出了斷裂破碎帶及隱伏的含礦地質(zhì)體的位置、范圍，并測出了鉀長花崗巖與似斑狀二長花崗巖的巖性分界面。本次推測的結(jié)論與地質(zhì)及鉆探揭露的礦體位置有很好的對應(yīng)關(guān)系。

2.2 在火山熱液型銅礦找礦中的應(yīng)用

阿勒泰某火山熱液型銅礦區(qū)是新疆阿勒泰銅多金屬成礦帶重要的銅礦區(qū)，礦床處于火山構(gòu)造活動(dòng)帶中，含礦熱液及成礦物質(zhì)來源與火山活動(dòng)相關(guān)，屬于中低溫火山熱液型礦床。該礦區(qū)位于阿勒泰造山帶南緣克蘭復(fù)向斜的次級構(gòu)造單元—阿勒泰復(fù)向斜的北東翼，次級構(gòu)造發(fā)育，由南向北發(fā)育有小紅山背斜及開爾拍依向斜(王長青，2011；鄭杰等，2015)(圖6)。區(qū)域內(nèi)發(fā)育泥盆系康布鐵堡組和阿勒泰組地層，康布鐵堡組的變霏細(xì)巖、火山角礫熔巖組成小紅山背斜核部，阿勒泰組的絹云黑云片巖、灰色變砂巖、大理巖等為小紅山背斜的兩翼(圖5)。

圖4 山南某礦區(qū)0號EH4電阻率二維成果圖

礦區(qū)中部發(fā)育一NW向的控礦斷層，該斷層兩側(cè)發(fā)育數(shù)條NW向斷層。區(qū)內(nèi)未出露侵入巖體，火山巖見于康布鐵堡組中，巖性為變霏細(xì)巖、火山角礫熔巖和石英斑巖，皆為酸性熔巖。區(qū)內(nèi)石英脈和輝長巖脈較發(fā)育，多為NW向(見圖6)。

圖5 阿勒泰某礦區(qū)構(gòu)造綱要簡圖

礦區(qū)的含礦地層為康布鐵堡組的酸性火山巖建造，目前在礦區(qū)圈定多條銅礦體，銅主要賦存在變霏細(xì)巖中，礦體受斷層構(gòu)造控制，片理化發(fā)育，礦體氧化深度較深。銅礦礦物以含銅硫化物為主，其次為含銅氧化物。硫化物礦石為黃銅礦、黃鐵礦、輝銅礦，多呈網(wǎng)脈狀、細(xì)脈浸染狀及條帶狀分布于變變霏細(xì)巖中。氧化物礦石主要為孔雀石、藍(lán)銅礦、褐鐵礦，多呈斷脈、網(wǎng)脈狀及皮殼狀分布于地表的張性構(gòu)造角礫巖帶。脈石礦物主要為螢石、石英、鉀長石。礦區(qū)沿?cái)嗔褞УV化蝕變強(qiáng)烈，主要有硅化、黃鐵礦化、黃銅礦化(地表為孔雀石化、藍(lán)銅礦化)、螢石化及絹云母化。

礦區(qū)內(nèi)各種巖礦石的電阻率差異明顯，孔雀石化變霏細(xì)巖的電阻率平均值為133Ω·m，變霏細(xì)巖的電阻率為317Ω·m，絹云黑云片巖的電阻率為224Ω·m，黑色變砂巖的電阻率為375Ω·m。電阻率的差異為投入電磁法來控制礦區(qū)構(gòu)造、蝕變帶提供了理論依據(jù)。

圖6 阿勒泰某礦區(qū)地質(zhì)簡圖及EH4剖面部署

A號音頻大地電磁測深剖面位于礦區(qū)東南部，剖面長800m，方向?yàn)?8°，點(diǎn)距20m(圖6)。從電阻率擬斷面圖可以看出近地表幾十米范圍內(nèi)呈低阻電性特征，視電阻率小于400Ω·m，地表多見絹云黑云片巖，推測該低阻異常為地表覆土和強(qiáng)風(fēng)化的絹云黑云片巖引起。海拔1000m～1200m處呈中高阻電性特征，視電阻率為400Ω·m～2000Ω·m，推測該異常為阿勒泰組微風(fēng)化的絹云黑云片巖引起。海拔1000m以下呈高阻電性特征，視電阻率大于2000Ω·m，推測異常為康布鐵堡組較完整的變霏細(xì)巖引起(圖7)。

剖面300號點(diǎn)處有一低阻異常，視電阻率小于1000Ω·m，該低阻異常近直立，寬20m～100m，延深1000m。該低阻異常沿延深有兩個(gè)低阻異常中心構(gòu)成，上部異常中心埋深約300m，該異常中心與鉆孔ZK16-1、ZK16-2揭露的銅礦體(I2)有較好的對應(yīng)關(guān)系，下部低阻異常中心埋深約520m。推測該低阻異常由斷裂破碎帶及內(nèi)部的含礦地質(zhì)體引起，含礦地質(zhì)體向深部延伸較大，且該含礦地質(zhì)體應(yīng)該為I2銅礦體往東的延伸部分(圖7)。

圖7 阿勒泰某礦區(qū)A號EH4電阻率二維成果圖

本次音頻大地電磁測深推測出了絹云黑云片巖和變霏細(xì)巖的巖性分界面；斷裂破碎帶及隱伏的含礦地質(zhì)體的位置、范圍及向深部的延伸情況；確定了銅礦體往東的延伸情況。本次推測的結(jié)論與鉆探揭露的巖性及礦體位置有很好的對應(yīng)關(guān)系。

3 結(jié)論

(1)EH4電導(dǎo)率系統(tǒng)具有勘探深度大、成果反應(yīng)直觀、分辨率高、輕便高效的特點(diǎn)。選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)采集裝置參數(shù)、合理的數(shù)據(jù)處理及反演方法，能夠?qū)Φ叵?000m深度范圍內(nèi)有電阻率差異的地質(zhì)體有很好的反應(yīng)。

(2)運(yùn)用EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況成功地對西藏和新疆兩個(gè)銅礦區(qū)的巖性、構(gòu)造、含礦地質(zhì)體位置進(jìn)行了解釋，尤其是對于新疆銅礦區(qū)規(guī)模較小的礦體賦存位置-斷裂破碎帶，EH4系統(tǒng)能夠?qū)Υ擞泻芎玫慕忉?，且其解釋結(jié)果與鉆探結(jié)果基本吻合?？梢奅H4測量系統(tǒng)是金屬礦找礦的一種行之有效的方法，值得加以推廣。

(3)由于EH4電導(dǎo)率系統(tǒng)只能提供電阻率這一物性參數(shù)，且異常具有多解性，實(shí)際工作中應(yīng)結(jié)合其他勘查手段，使解釋成果更貼合實(shí)際地質(zhì)情況。

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HebeiProvince，Shijiazhuang,Hebei050021)

Application of the EH4 Electrical Conductivity Imaging System in Metal Mineral Exploration

YAN Qing-hua1,SUN Peng-cheng1,ZHAO Xiao-feng1,ZHANG Min1,LI Shuang-ying2

(1.InstituteofMineralResourcesResearch,ChinaMetallurgicalGeologyBureau,Beijing101300;2.HydrogeologyandEngineeringGeologySurveyInstitute,GeologyandMineralExplorationBureauof

The EH4 electrical conductivity imaging system,which is one of the Audio-frequency Magnetotellurics systems,has been widely applied some fields such as geotectonic study,petroleum,hydrology,geothermal and engineering,while less in the work of metal ore search.This paper presents briefly the method principle,data acquisition and data processing method of this system.It has been applied to two cooper districts in Shannan Prefecture of Tibet and Altay Prefecture of Xinjiang to interpret their lithology,structure and locations of ore-bearing geological bodies,which are largely in accordance with drilling results.Especially for smaller copper mining area in Altay Prefecture of Xinjiang orebody occurrence location-fractured zone,EH4 system can have a good explanation.It shows that the EH4 measurement system is an effective method for metal ore prospecting.

EH4,audio-frequency magnetotelluric method,data processing,prospecting of metallic ore

2016-03-09；

2016-07-15；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(412772366)和中國地質(zhì)調(diào)查局地調(diào)項(xiàng)目(1212011220279)資助。

閆清華(1987年-)，女，助理工程師，主要從事勘查技術(shù)工作。E-mail:ytsinhua@163.com。

P319.3+1

A

0495-5331(2016)04-0695-08

Yan Qing-hua,Sun Peng-cheng,Zhao Xiao-feng,Zhang Min,Li Shuang-ying.Application of the EH4 electrical conductivity imaging system in metal mineral exploration[J].Geology and Exploration,2016,52(4):0695-0702.