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        AMT法在礦山勘查中的應(yīng)用

        2021-03-08 08:08:34
        世界有色金屬 2021年24期

        王 蔚

        (江西省地質(zhì)局二六六大隊,江西 南昌 330038)

        近年來,運用地球物理方法探查礦產(chǎn)的方式多種多樣,而AMT具有勘探深度大、輕便高效等特點,可用于研究大尺度、埋深較大的地質(zhì)單元的電磁感應(yīng),在深部地質(zhì)構(gòu)造探測、石油和地質(zhì)找礦等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用;該方法金屬礦找礦方面也取得顯著成果,為了提高效率,減少投資風(fēng)險,礦產(chǎn)開發(fā)前有必要進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查,而地球物理勘探是進(jìn)行礦產(chǎn)調(diào)查的重要手段之一[1-9]。

        本文采用AMT法在西藏某地區(qū)開展礦山可行性勘查研究,使用二維大地電磁處理與反演解釋及成像軟件系統(tǒng)(MTSoft2D 2.0)對野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理,確定了該工區(qū)的含礦構(gòu)造分布情況,取得了良好的應(yīng)用效果。

        1 AMT法基本原理

        AMT法是以天然交變的平面電磁波為場源,在地表接收與地下介質(zhì)電性有關(guān)的正交電場、磁場分量,應(yīng)用傅立葉變換將時間序列信號轉(zhuǎn)換為頻率域信號,通過阻抗張量計算得到不同頻率的視電阻率、阻抗相位等參數(shù)。因場源頻帶范圍很寬,依據(jù)電磁場的趨膚效應(yīng):高頻電磁場穿透淺,低頻電磁場穿透深,可知,通過研究大地對不同頻率電磁場的頻率響應(yīng),即可達(dá)到測深的目的,進(jìn)而解決地下地質(zhì)構(gòu)造等問題。

        AMT法在測量過程中可以得到Ex、Hy、Hx、Ey。通過測量相互正交的電場和磁場分量,可以確定介質(zhì)的卡尼亞電阻率值。其計算公式為:

        式中:ρ為大地的卡尼亞電阻率,單位為Ω·m,f為頻率,單位為Hz。由卡尼亞電阻率和頻率得到探測深度:

        上式中H為探測深度。假定大地背景電阻為100歐姆,如果采集有效信號最低頻率為10Hz,則有效探測深度≈1120m。

        2 工作技術(shù)方法

        本次野外工作,數(shù)據(jù)采集使用的主要儀器為加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀及2臺RXU-3ER盒子組成一個排列的方式進(jìn)行張量觀測。

        (1)AMT單點觀測時間均大于30分鐘,AMT磁道與電道距離不超過250m。

        (2)野外施工采用張量觀測方式,測量EX、EY、HX、HY四個分量。布極采用森林羅盤儀測量角度,布極方位誤差都不應(yīng)超過1°,同一測線保持方向一致。

        (3)測點選擇在開闊、平坦、土質(zhì)均勻的地方,電極一般采用標(biāo)準(zhǔn)“+”字形布設(shè),地形不利時可采用“L”或“T”型(如圖1所示)。

        圖1 電法野外布設(shè)“十”字型和“L”型示意圖

        (4)電纜采用帶絕緣層的屏蔽電纜,信號線與屏蔽層,大地的絕緣電阻率不小于2MΩ,電纜布設(shè)時全部壓實,大線可分段壓實;水平磁棒方位經(jīng)儀器實測,方位誤差小于1°,磁棒埋入地下不小于0.3m,埋設(shè)前用水平尺量水平,保持水平傾斜<1.5°。

        (5)使用固體不極化電極,兩兩配對的電極相互之間的電位差不大于2mv,且極差穩(wěn)定;不論何種地形,都應(yīng)保證接地良好,接地電阻不大于2kΩ,在沙漠、戈壁、高阻巖石露頭區(qū),采用多級并聯(lián),電極四周墊土,周圍澆水來降低電阻。

        (6)觀測時間在滿足要求的觀測時間前提下,還需確保最低頻點的疊加次數(shù)不少于三次,并要保證所測曲線銜接良好,不出現(xiàn)脫節(jié)或跳越現(xiàn)象。

        (7)遠(yuǎn)參考站的選取,常規(guī)的方法對張量阻抗的估算(最小二乘法),從信號分析的角度而言,實質(zhì)上是以磁道H作為參考信號,實行相關(guān)檢測。但由于所用的參考信號同時又是被檢測的磁道信號,關(guān)系式中出現(xiàn)自相關(guān)項,處理結(jié)果中包含了磁場噪聲和電磁相關(guān)噪聲。所以消除這些噪聲的關(guān)鍵是如何使關(guān)系式中不出現(xiàn)自相關(guān)項,而遠(yuǎn)參考技術(shù)正是基于上述認(rèn)識提出的,即兩測點相互借用磁場信號作為參考信號,進(jìn)行相關(guān)處理,以獲得真正的大地電磁響應(yīng)。常規(guī)處理結(jié)果高頻段資料出現(xiàn)不正常的下掉現(xiàn)象,曲線發(fā)生畸變,且由于干擾引起了頻率間數(shù)據(jù)的蹦跳。采用遠(yuǎn)參考處理后,使高頻段的數(shù)據(jù)恢復(fù)正常,同時改善了整條曲線的連續(xù)性,提高了資料的整體質(zhì)量。常規(guī)處理結(jié)果高頻段資料出現(xiàn)不正常的下掉現(xiàn)象,曲線發(fā)生畸變,且由于干擾引起了頻率間數(shù)據(jù)的蹦跳。采用遠(yuǎn)參考處理后,使高頻段的數(shù)據(jù)恢復(fù)正常,同時改善了整條曲線的連續(xù)性,提高了資料的整體質(zhì)量。因此項目實施前需選擇一個無干擾的、合適距離的地方建立遠(yuǎn)參考點,以改善資料的品質(zhì),遠(yuǎn)參考站應(yīng)選擇在與工區(qū)不同的噪音干擾系統(tǒng)中,需經(jīng)過反復(fù)試驗、論證確定。

        (8)操作員和測量員認(rèn)真填寫工作記錄和測點布置記錄,要求字跡清楚,符號正確,沒有涂改現(xiàn)象。

        (9)觀測裝置的鋪設(shè)。①儀器測量時采用“十”字型裝置,裝置的鋪設(shè)采用森林羅盤,水平方向的兩對測量電極分別對和兩根磁棒相交垂直布設(shè),各自方向片偏差不大于1°,水平磁棒埋設(shè)于其頂端距中心點8m~10m處。②電極的接地電阻均不大于2kΩ,布設(shè)時避開了流水、廢石堆上,極坑中無砂礫及雜物,技術(shù)人員提前向坑內(nèi)澆水以減小接地電阻;在高阻巖石露頭等特殊地質(zhì)條件下,在電極四周墊土,周圍澆水等方法來降低接地電阻。③水平磁棒買入土中均保持水平穩(wěn)定,盡量買入土中,且用水平儀校準(zhǔn)。④電極、磁棒連線在布設(shè)過程中均無懸空狀況發(fā)生,且每隔1m~2m均用土或石塊壓實,以防止因風(fēng)吹導(dǎo)致導(dǎo)線晃動產(chǎn)生電磁干擾。

        3 工區(qū)地質(zhì)概況

        工作區(qū)內(nèi)地層主要為侏羅系馬里組和第四系地層。

        (1)侏羅系馬里組一段(J2m1)。

        馬里組一段分布在工作區(qū)西南部,劃分為砂巖、灰?guī)r、灰?guī)r與砂巖互層等。由于基巖露頭不好,粉砂質(zhì)泥巖等未圈定劃出。受構(gòu)造和侵入巖影響,工作區(qū)內(nèi)馬里組地層發(fā)生了動力、熱變質(zhì)作用。

        (2)第四系。

        工作區(qū)內(nèi)大面積為第四系地層分布,以河流堆積、沼澤堆積、沖洪積堆積、殘坡積堆積、冰磧物堆積及泉華堆積為主,不同成因第四系地層特征如下。

        全新統(tǒng)沖洪積物(Q4apl):主要分布在河床,以砂礫石層為主,主要為一套沖洪積物,以砂礫石層為主,礫石成分為砂巖、花崗巖等為主,磨圓度中等,次圓狀-圓狀,礫石大小約為2cm~10cm*3cm~15cm,分選性好。沉積覆蓋于下伏地質(zhì)體之上。

        全新統(tǒng)沼澤堆積(Q4fl):主要分布在工作區(qū)中北部,面積較大,以黑褐色淤泥等為主,上覆植被發(fā)育。沼澤覆蓋于沖洪積物之上或與花崗巖呈斷層接觸。

        晚更新統(tǒng)沖洪積物(Q3apl):主要分布在河?xùn)|岸,地形上呈現(xiàn)斜坡地形,面積較大,地貌為沖洪積地貌,主要為砂礫石層,礫石成分為砂巖、花崗巖等,大小為3cm~15cm*3cm~10cm,個別礫石較大,分選性好,磨圓度中等,為次圓狀。其上植被覆蓋嚴(yán)重。沉積覆蓋于冰水堆積物、馬里組之上。

        中更新統(tǒng)沖洪積物(Q2apl):主要分布在河西側(cè)山坡,地形上為斜坡地形,地貌為沖洪積物地貌,主要為砂礫石層分布,礫石成分為砂巖、花崗巖等,大小約為3cm~10cm*3cm~15cm,分選性好,磨圓度中等,為次圓狀。其上為沼澤堆積物,覆蓋于馬里組、花崗閃長巖之上,局部為斷層接觸。

        中更新統(tǒng)冰水堆積物(Q2fgl):主要分布在工作區(qū)北西、南西一帶,地形為略微平坦地形,地貌屬于冰水堆積地貌。冰磧物成分為花崗閃長巖,大小不等,雜亂分布在地表中。其上分布沖洪積物礫石、沼澤堆積物,覆蓋于馬里組之上或局部與花崗閃長巖斷層接觸。

        中更新統(tǒng)泉華(Q2cas):主要分布在工作區(qū)中部河兩岸,地形為平坦地形或凸出地形,地貌為泉華地貌,包括泉華臺地,泉華丘等。泉華類型主要為泉膠礫巖、硅華為主,泉膠礫巖的礫石含量約占30%,成分為砂巖、花崗巖等,大小為3cm~65cm*4cm~15cm,磨圓度差,次棱角狀,膠結(jié)物類型為鈣質(zhì)、硅質(zhì)等。硅化主要成分為硅質(zhì),含量約占90%。泉華裂隙構(gòu)造十分發(fā)育,主要有4組,為地下泉水噴出的通道。泉華之上覆蓋有全新統(tǒng)沖洪積、沼澤物和晚更新統(tǒng)沖洪積,其下為冰水堆積物或馬里組地層。

        (3)巖漿巖。

        工作區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為中新世的斑巖體和始新世的花崗閃長巖體,斑巖體侵入花崗閃長巖體中。

        花崗閃長巖:工作區(qū)內(nèi)花崗閃長巖體主要分布在河西側(cè)一帶,呈巖床產(chǎn)出,西側(cè)為大的巖株花崗閃長巖體,后期侵入有斑巖體、二長花崗巖脈、石英脈及正長巖脈等。花崗閃長巖節(jié)理十分發(fā)育。與侏羅紀(jì)馬里組呈侵入接觸關(guān)系,接觸帶可見角巖化蝕變特征,接觸帶走向有NW、NE向展布,與該方向構(gòu)造關(guān)系密切。巖性為淺灰白色中細(xì)?;◢忛W長巖,呈中細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。

        斑巖體:主要呈淺層脈狀或巖株狀侵入于始新世花崗閃長巖中,主要成分為石英,長石等,石英為斑晶,石英含量約為70%,長石具有弱的高嶺土化蝕變特征。與始新世花崗閃長巖為侵入接觸關(guān)系,走向為近NS、WE向,與該方向斷層構(gòu)造關(guān)系密切。

        4 數(shù)據(jù)處理

        每天將采集好的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理,先將原始數(shù)據(jù)從V8/RXU-3ER儀器的CF卡里拷貝到電腦硬盤中;再檢查、編輯并保存每一個參數(shù)表(*.TBL)文件的測點信息;然后生成傅立葉變換;再利用參考點信息采用Robust程序再處理;接著編輯每一個頻率對應(yīng)的Crosspower來去掉結(jié)果中的低質(zhì)量數(shù)據(jù);最后將編輯后的Crosspower疊加數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成其它解釋軟件要求的標(biāo)準(zhǔn)格式。

        資料處理采用成都理工大學(xué)MTsoft2D數(shù)據(jù)處理軟件對V8數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,資料處理解釋流程如圖2所示。

        圖2 資料處理解釋流程圖

        5 成果解釋

        本次數(shù)據(jù)反演采用的是二維非線性共軛梯度(NLCG反演,該反演方法具有收斂速率高,反演擬合度好的特點),采用occam反演結(jié)果作為初始模型,極大的提高了反演的穩(wěn)定性。

        圖3為L1線AMT二維反演電阻率剖面及解譯成果圖,測線方位為90°,測線長3400m。從二維反演圖中可以看出,800m以淺呈低阻反應(yīng),電阻率值小于200Ω·m,其中0m~500m范圍內(nèi)電阻率呈層狀低阻帶,電阻率值小于80Ω·m,推測是區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層;500m~800m范圍內(nèi)電阻率呈層狀低阻帶,電阻率值小于200Ω·m,結(jié)合地質(zhì)資料推斷為侏羅系馬里組中-細(xì)粒石英粉砂巖,較破碎;800 m以深呈高阻反應(yīng),電阻率值大于300Ω·m,推測800 m以深為侵入巖體的電性反應(yīng),結(jié)合地質(zhì)資料推斷為第三系花崗閃長巖,巖體較完整。且在測線東側(cè),平距2400 m處有明顯隆起,形成八字形斷裂F1和F2,該位置對應(yīng)地表工區(qū)內(nèi)的控礦構(gòu)造。

        圖3 L1線AMT二維反演電阻率剖面及解譯成果圖

        6 結(jié)論

        本次工作通過對工區(qū)地質(zhì)資料的研究和對AMT數(shù)據(jù)反演結(jié)果,對地層劃分和斷層走向,提升了工作效率。對物探方法的選擇是行之有效的,前期階段,對礦山礦產(chǎn)的調(diào)查采用地球物理方法是非常必要的。由于物探的多解性,利用地球物理方法勘查礦山時,需要結(jié)合已知的地質(zhì)資料、地球物理特征及其他相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析,才能做出合理的判斷。綜上所述,AMT法在該地區(qū)礦產(chǎn)勘查是可行有效的。

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