王 森

（新疆地礦局第二區(qū)域地質調查大隊，新疆 昌吉 831100）

在銅鋅礦中，斷層構造是影響金屬礦開采挖掘銜接和安全生產(chǎn)的重要因素。在昆侖山銅鋅礦的成礦時期，其地質條件復雜，金屬礦中夾雜了不同規(guī)模的斷層地質構造，在開采過程中，如果在沒有計劃的前提下，將斷層構造進行揭露，會發(fā)生一系列的冒頂?shù)V難事故，威脅礦產(chǎn)開采人員的生命安全，帶來巨大的經(jīng)濟損失[1]。因此對于昆侖山某銅鋅礦的斷層構造要準確勘查和預報，這對于銅鋅礦礦井的安全生產(chǎn)至關重要。傳統(tǒng)的地面三維地震勘探等方法對于施工條件的要求較高，地面地形的差距較大時，由于存在一定的盲區(qū)，導致反演的成果準確率偏低，因此本文將瞬變電磁法應用在銅鋅礦斷層的探測工作中，并對其探測準確度進行分析。

1 基于瞬變電磁法的昆侖山某銅鋅礦斷層探測

1.1 測線布置

瞬變電磁法是一種以電磁感應原理為基礎的人工源電磁探測方法，使用瞬變電磁儀來進行探測，瞬變電磁儀主要由發(fā)射回線以及接收回線兩部分組成，主要是利用不接地的回線或接地的線源

來向地下發(fā)射一次性的脈沖磁場，在該磁場的間歇期間，利用階躍電磁脈沖激發(fā)包含豐富地電信息的感應二次場，并使用線圈和接地電極對其進行觀測，根據(jù)提取出來的信息能夠達到對銅鋅礦斷層進行探測的目的。其工作方式如下圖所示：

圖1 瞬變電磁法工作過程

上圖中，發(fā)射線圈的發(fā)射回線周圍產(chǎn)生一次場在早期的電磁場中高頻率成分的衰減比較快，在金屬礦中主要應用的是地面瞬變電磁系統(tǒng)，當電流遇到銅鋅礦的斷層之后，電流無法繼續(xù)傳輸而導致斷開，地表首先出現(xiàn)最初激發(fā)的感應電流，隨著時間的推移，感應電流開始向地下逐漸傳播和擴散[2]。由于探測過程都是在礦井下完成的，因此感應電流的傳播是按照兩個方向進行的。

基于上述的工作過程，在對斷面進行探測之前，應提前對測區(qū)的地質資料進行采集和實際的勘察，估計并了解被測目標體相關的空間尺寸、走向等信息。本文的瞬變電磁法在探測昆侖山某礦區(qū)時，選擇合適的回線邊長，布置的測線時應保證2 條及2 條以上，且選擇的測線之間要盡量垂直，保證異常體的走向為上穿越。根據(jù)上述選擇原則，選擇測區(qū)的4 線，27 線及114 線來開展瞬變電磁探測。回線邊長應隨目標體尺寸增大而放大，結合該礦區(qū)的地質資料可知，電阻率剖面在小號線的方向的電阻率比較高，一米的電阻率在4000～8000 歐姆之間。因此在該地區(qū)布置4 線和27 線來展開探測工作，測線方向的精準度數(shù)為134°26'23.14''。在此基礎上，選擇合理的測線和步距，點與點之間的間距為18m。4 線的起點坐標為（325145.1,343382.5），終點坐標為（325431.5，343163.5），總長度約1000m，27 線的起點坐標為（325453.5,343457.3），終點坐標為（326473.1,343578.5），總長約為920m，并在該范圍內布設一條剖面，設置為114 線，測線與測點的具體情況如下表所示：

表1 測線和測點分布情況

基于銅鋅礦斷層的地質體空間尺寸一般較小和不遺漏準則，應在合理范圍內加大測網(wǎng)密度，確保不遺漏測區(qū)異常以提高探查精度。在上述的測線布控中，針對該片的礦區(qū)進行探測。

1.2 數(shù)據(jù)采集與修正

根據(jù)上文所述的勘測任務和布線可知，部署的瞬變電磁測點網(wǎng)為20m×20m，在得到探測數(shù)據(jù)后，要對外業(yè)采集到的瞬變電磁數(shù)據(jù)進行初步校驗、預處理和電阻率的計算。對于儀器采集得到的數(shù)據(jù)進行格式轉換，通過surfer8.0 可視化處理得全程視電阻率等值線擬斷面，若兩者之間的等值線擬剖面特征整體一致，說明剖面圖對局部細節(jié)和整體特征響應效果均理想[3]。在電磁場的基本理論中，使用Maxwell 微分形式來計算電磁：

上式中，E 代表電場強度，單位為V/m，B 代表磁感應強度單位為Wb/m 2，由于矢量旋度的散度恒等于零，為了簡化分析，在研究地學中大多數(shù)基本電磁問題時，需要將介質視為線性和均勻各項同性的，且時間、溫度和壓強不會影響介質的電磁學性質，在介質中，可以將磁導率視作與自由空間磁導率的值相同。且在正常狀態(tài)下，在導電介質中，由于電荷密度自身具有的特征，不可能聚集在介質當中的某一處，而是會隨著時間的推移而快速地通過介質的導電性質將電荷導走而消失在介質中。根據(jù)最后的計算結果，完成斷層探測的最終計算結果。

2 實例分析

2.1 實驗區(qū)概況

為了驗證本文設計的瞬變電磁法探測昆侖山某銅鋅礦斷層具有一定的有效性，在實驗中選擇昆侖山脈中的某銅鋅礦區(qū)進行測試。選擇的礦區(qū)地層為下石炭統(tǒng)托庫孜達坂群的一套由凝灰質砂巖、灰?guī)r、泥巖與石英砂巖互層組成的濱淺海相沉積建造，整體位于托庫孜達坂復向斜北翼，呈南東-北西走向，多為陡南傾，根據(jù)其巖性可分為上、中、下三套巖性段，具體如下圖所示。

圖2 實驗礦區(qū)地質圖

詳查該礦區(qū)有五條較明顯的斷層：F1 斷層位于礦區(qū)中部，在五條斷層中規(guī)模最大，走向延長超過5800m，破碎帶寬3m～10m，從VII 號銅鋅礦體的南側通過，為一逆斷層。F2 斷層斷層面呈舒緩波狀，傾向角為175°～160。F3 斷層帶內巖石十分破碎，屬成礦后斷裂，F(xiàn)3 的北側受其作用影響形成的次級小斷層對礦層具有破壞作用導致延時破碎。F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3 斷層位于礦體附近，在一定程度上影響著含礦層的分布及完整性。F4，F(xiàn)5均為成礦期后斷裂，且在地理位置上相對離礦體較遠，基本上對含礦層的影響可以忽略不計。

在以上礦區(qū)條件下，為了使地電信號強度滿足要求，達到最佳的斷層探測效果，垂直于地質構造布置瞬變電磁勘探線，采用觀測效果良好的大定源回線觀測方式，該礦井口高程為+348.7m，最深開采水平為-270m，根據(jù)探測深度的需要設計20m× 20m 線框10 個，相關測點信息如下表所示。

表2 測點信息

在上述實驗條件下，分別使用本文設計的方法與傳統(tǒng)的方法對該礦區(qū)的斷層進行探測，并對得到的結果進行分析。

2.2 實驗結果分析

兩種方法得到的探測結果如下圖所示：

圖3 兩種方法探測結果比較

上圖中，圖（1）表示本文方法得到的探測結果，圖（2）表示傳統(tǒng)方法得到的探測結果。上圖中的紅色線段表示探測到的斷層，將探測結果和數(shù)據(jù)與實際的礦區(qū)斷層信息進行對比，本文的探測結果更加接近實際情況，說明本文設計的探測方法具有更高的準確度。

3 結束語

本文通過對銅鋅礦斷層探測方法進行研究，將瞬變電磁法應用在探測過程中，不需要較高施工條件要求，不會猶豫地形差距較大而存在盲區(qū)影響探測精度。但是本文的研究中仍然有一些不足之處，在未來的研究中應加強對瞬變電磁響應的特征規(guī)律及效果進行研究，減少在銅鋅礦區(qū)低阻覆蓋層對其下部目標體探測干擾屏蔽現(xiàn)象。