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        天然場音頻大地電磁法(AMT)在陜西某礦山工程勘查中的應(yīng)用

        2021-11-21 09:44:04袁宏亮
        世界有色金屬 2021年15期

        袁宏亮,楊 帥

        (1.中陜核工業(yè)集團(tuán)二一一大隊(duì)有限公司,陜西 西安 710024;2.陜西地礦物化探隊(duì)有限公司,陜西 西安 710043)

        隨著礦山工程勘查設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的提高,物探方法在復(fù)雜地形條件下的勘查工作要求也在不斷提高,既要滿足儀器設(shè)備輕便達(dá)到快速勘探的目的,又要達(dá)到有效的勘探深度和分辨率。通常礦山工程施工中會遇到礦石破碎帶、地層發(fā)育區(qū)、富水區(qū)等。常規(guī)直流電法勘探深度淺、受地形等多種因素干擾工作效率低,很難滿足勘探要求。目前天然場音頻大地電磁測深法(AMT)在礦山工程勘查中成為主流方法。AMT接收天然場信號,儀器輕便,勘探深度大,不受高阻屏蔽,對低阻異常有較高的分辨率,工作效率高。

        本次勘查目的是探測任務(wù)范圍內(nèi)的斷層(部分地段隱伏)的空間形態(tài):包括斷層走向、傾向、傾角及斷層破碎帶的寬度、物質(zhì)成分和水文地質(zhì)條件等。

        1 勘查區(qū)域的地質(zhì)概況

        勘查區(qū)處于低中山區(qū),多呈溝壑縱橫的塬、梁、峁發(fā)育的黃土地貌,地勢中部高兩端低,坡形北段較緩,南段地形切割較大,相對高差在100m~300m之間,測線范圍內(nèi)地面高程在800m~1100m之間。研究區(qū)域主要分布有新生界第四系沉積巖及中生界細(xì)粒石英砂巖、泥巖及長石石英砂巖,河流及溝谷地帶零星出露有奧陶系灰?guī)r。

        2 地球物理特征

        AMT法是以電阻率的差異來劃分地層特性及地質(zhì)構(gòu)造、并根據(jù)電阻率值的大小以及展布形態(tài)來判釋地下地質(zhì)體空間分布的一種物探方法。影響電阻率的主要因素有礦物成分、礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及含水情況等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和工區(qū)地球物理反演結(jié)果分析,得出各類礦體的反演電阻率值(見表1)。

        由表1可知,不同礦物特性之間,較完整礦體與斷層破碎帶以及破碎、軟弱或含水地層之間存在一定的電性差異,因此工區(qū)具備開展AMT法的地球物理勘探前提條件。

        3 基本原理及方法技術(shù)

        3.1 AMT基本原理

        天然場音頻大地電磁法(Audio-frequency Magnetotellurics,AMT)是利用天然電磁場中的10-1~104Hz頻率范圍內(nèi)的信號作為場源,通過測量電場水平分量Ex來分析研究礦石物理性質(zhì)、地電斷面的變化情況。

        3.2 方法技術(shù)

        工作區(qū)近地表電阻率一般在100Ω·m左右,按工程施工區(qū)域50米探測深度的要求,最低頻率為10Hz。因此儀器滿足勘探要求。

        四個(gè)電極測量,即兩個(gè)電極組成一對電偶極子MN(長度30m),其中,南北向布設(shè)的MN(X-Dipole電偶極子)測量電位差并計(jì)算得到電場水平分量Ex;東西向布設(shè)的MN(Y-Dipole電偶極子)測量電位差并計(jì)算得到Ey。Hx磁探頭和Hy磁探頭相互垂直。電極布極方式主要為“+”字形,在地形條件較差情況下,部分測點(diǎn)采用“L”形或“T”形的布極方式。其野外測量布置如圖1。

        4 資料處理和解釋

        4.1 資料處理

        音頻大地電磁測深法(AMT)的理論是基于頻率域的,但野外數(shù)據(jù)采集使用的是V5電磁儀器采集的信號是時(shí)間域的,因此原始數(shù)據(jù)是不能直接進(jìn)行計(jì)算,需要進(jìn)行數(shù)據(jù)變換。首先使用鳳凰公司的SSMT2000處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,然后再使用MTeditor對功率譜數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯,對測點(diǎn)的高頻畸變和飛點(diǎn)借助進(jìn)行恢復(fù),刪除部分不能恢復(fù)的飛點(diǎn),以獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)資料。

        4.2 實(shí)測資料二維反演及解釋

        在資料解釋中,把反演電阻率斷面圖作為資料解釋的基本圖件和主要依據(jù)(圖2)。

        圖2 礦山工程施工區(qū)域二維反演電阻率剖面與地質(zhì)解釋

        對資料進(jìn)行解釋如下。

        根據(jù)地質(zhì)調(diào)查所確立的地層關(guān)系,上伏為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土,下伏地層主要為奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r;結(jié)合地質(zhì)資料,分析縱斷面電性與地質(zhì)體的對應(yīng)關(guān)系。反演電阻率斷面圖上部為相對低阻帶,對應(yīng)了第四系風(fēng)積黏質(zhì)黃土的電性特征,下部反演電阻率值逐漸上升,對應(yīng)了基巖電阻率的電性特征。結(jié)合地質(zhì)資料,對資料詳細(xì)解釋如下:

        (1)施工里程CK105+250~CK107+050段,該段上部存在一相對低阻帶,結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況,對應(yīng)了第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土,下部電阻率逐漸上升,在物性斷面圖上存在一明顯異常梯度帶,推斷該梯度帶為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土與下伏基巖的地層分界面,將電阻率值為50Ω·m~125Ω·m范圍,劃分為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土;將電阻率值為125Ω·m~250Ω·m范圍,劃分為奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r,礦體較破碎,弱富水;將電阻率值為250Ω·m~1050Ω·m范圍,劃分為奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r,礦體較完整。

        其中在施工里程CK105+250~CK106+550段,位于奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r地層,巖體較完整,電阻率值為250Ω·m~1050Ω·m;在洞身里程CK106+575~CK107+050段,位于奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r地層,巖體較破碎,弱富水,電阻率值為125Ω·m~250Ω·m。

        (2)施工里程CK107+075~CK108+025段,該段上部存在一相對低阻帶,結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況,對應(yīng)了第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土,下部電阻率逐漸上升,在物性斷面圖上存在一明顯異常梯度帶,推斷該梯度帶為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土與下伏基巖的地層分界面,將電阻率值為50Ω·m~125Ω·m范圍,劃分為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土,將電阻率值為125Ω·m~1050Ω·m范圍,劃分為奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r,礦體較完整。其中在施工里程CK107+075~CK107+275段,位于奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r地層,礦體較完整;在施工里程CK107+300~CK107+675段位于第四系上更新統(tǒng)黏質(zhì)黃土地層;在洞身里程CK107+700~CK108+025段,位于奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r地層,礦體較完整。

        5 結(jié)論

        依據(jù)勘查區(qū)域地表出露的地層情況,結(jié)合灰?guī)r電阻率、變質(zhì)巖電阻率與斷裂及含水性的關(guān)系,電阻率的降低與斷裂及富水性密切相關(guān)。

        依據(jù)本次天然場音頻大地電磁測深法(AMT)判釋了土石分界面,礦體的完整性,為陜西某礦山工程勘查提供了基礎(chǔ)資料。

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