李松柏 王亮 唐喜 朱廣飛

（云南省核工業(yè)二〇九地質(zhì)大隊(duì)）

石墨作為國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，被廣泛運(yùn)用在冶金化工、機(jī)械電子、國防軍工、核工業(yè)等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中占有重要地位。近年來，在找礦過程中提倡綠色勘查，物探方法以具有對自然環(huán)境破壞小、污染少，成本低、探測效率高等特點(diǎn)，可指導(dǎo)并減少探槽、鉆探等工程的布置，已成為礦體勘查的重要手段。

對于不同的勘查區(qū)，物探方法的選取應(yīng)通過方法試驗(yàn)決定。戌街石墨礦賦礦層位穩(wěn)定，地表變化平穩(wěn)，由礦體淺到深厚度變化較大，石墨礦體較圍巖具有低電阻率特征，在礦區(qū)適合進(jìn)行電法勘探，常用方法有激發(fā)極化法、大地電磁測深法等［1-8］。礦區(qū)屬云南山地，地形起伏大，會造成激電方法測量過程供電效果差、工作效率低等不利影響，屬于大地電磁測深法（MT）分支的音頻大地電磁測深法（AMT），測量時對低阻體反應(yīng)靈敏，相比激電方法具有測量速度快、探測深度深、野外工作受地形影響小等優(yōu)勢，但易受人為干擾影響。根據(jù)礦區(qū)實(shí)際情況和AMT工作特點(diǎn)，在弱干擾區(qū)布置2條試驗(yàn)剖面對石墨礦體深部形態(tài)進(jìn)行探測，通過數(shù)據(jù)處理與地質(zhì)解釋，分析AMT方法在石墨礦體勘查中的適用性和有效性，并對數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)行對比研究。

1 礦區(qū)地質(zhì)

1.1 地質(zhì)概況

戌街石墨礦位于云南省牟定縣戌街鄉(xiāng)，礦區(qū)出露地層主要為元古界苴林群普登組（圖1），分為一段（Ptp1）和二段（Ptp2），其中普登組二段（Ptp2）為含礦地層［9］，各地層特征簡述如下。

（1）普登組二段（Ptp2）。巖性主要為白云斜長片巖、二云斜長片巖、二云石英片巖、白云石英片巖、斜長白云片巖、斜長二云片巖、斜長石英片巖、電氣石英片巖、斜長角閃片巖。

（2）普登組一段（Ptp1）。巖性主要為黑云二長片麻巖，間夾黑云片巖。

1.2 礦體特征

礦區(qū)石墨礦體按風(fēng)化程度不同劃分為風(fēng)化帶礦體和原生礦體，兩礦帶之間連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)出，埋深50 m至地表為風(fēng)化礦，風(fēng)化礦以下為原生礦。按礦物含量差別，礦石分為白云母石墨片巖、石墨電氣石英片巖2 種；按結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不同，礦石劃分為片狀構(gòu)造礦石、角礫狀礦石、致密狀礦石3種。空間位置上，礦體在垂向上順層平行產(chǎn)出，在平面上表現(xiàn)為一厚層狀礦體。

1.3 地球物理特征

根據(jù)巖石的電阻率差異，AMT 方法可以了解不同地質(zhì)體的空間形態(tài)并進(jìn)行地層劃分、構(gòu)造判別。當(dāng)巖石中良導(dǎo)性礦物的體積含量高時，其電阻率通常較低［10］。礦區(qū)性參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1，石墨作為良導(dǎo)體，使得石墨礦體較其頂?shù)装鍑鷰r的電阻率要低。石墨礦在含礦地層中的低阻特征，為AMT 方法在地層中判別石墨礦的形態(tài)位置提供了前提條件。

2 方法技術(shù)

2.1 儀器介紹

測量儀器使用EH-4 電磁成像系統(tǒng)，在地質(zhì)勘查、找水探礦等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。EH-4 系統(tǒng)包括低頻（0.1～1 000 Hz）模塊和高頻（10～92 000 Hz）模塊，采集信號范圍覆蓋了天然場音頻大地電磁測深的測量范圍（0.1～50 000 Hz）［11］，儀器輕便耐用，能適應(yīng)山區(qū)地形及氣候惡劣的工作條件，采集軟件具有實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量并快速反演成圖的功能，野外測量布極簡便，探測效率高。

2.2 工作方法

根據(jù)勘探深度需要，本次試驗(yàn)僅使用高頻模塊進(jìn)行野外測量工作，其有效探測深度在500 m～600 m，工作流程主要包含測線布設(shè)、干擾調(diào)查、儀器系統(tǒng)檢查、測量系統(tǒng)野外布置以及數(shù)據(jù)采集。

（1）根據(jù)勘探目的和地質(zhì)情況布設(shè)測線，測線走向盡量與目標(biāo)體走向相互垂直，測線長度以能反映出目標(biāo)體傾向、深部延展寬度為準(zhǔn)。

（2）對測線穿越區(qū)域進(jìn)行干擾調(diào)查，包括隨機(jī)干擾（人員走動、行駛汽車、大風(fēng)天氣等）、電磁干擾（輸電線、通信電纜、風(fēng)電機(jī)組等）、障礙物（農(nóng)田、水域、建筑物、深溝陡坎等），了解干擾的位置及時間，對測線、測點(diǎn)位置及野外工作時間進(jìn)行合理調(diào)整，減少干擾對測量數(shù)據(jù)的影響。

（3）測量工作開始前對儀器系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確認(rèn)電纜線、電極、磁棒、主機(jī)等零件的完整性，確保信號線與屏蔽層、信號線與大地絕緣，在無干擾的開闊平坦地面做平行試驗(yàn)以驗(yàn)證儀器正常性（圖2a）。

（4）野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的布置以張量觀測模式進(jìn)行（圖2b）。采用“十”字形布設(shè)電極，在特殊情況下使用“T”或“L”型布極，確保Ex與Ey相互垂直。電極距設(shè)為25 m，使用RTK 確定Ex1、Ex0、Ey1、Ey04 個接地電極的位置并控制極距誤差小于1%。磁棒埋入地下，離前置放大器8 m 以上距離，用羅盤儀定向使Hx、Hy2 磁棒相互垂直，誤差控制在±2°，并用水平儀校準(zhǔn)。最后確保Ex與Hy、Ey與Hx相互垂直，方位偏差小于1%。電纜線布置過程中用泥土或石塊壓住以防晃動產(chǎn)生干擾。

（5）儀器系統(tǒng)布置完成后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集流程，人員立即遠(yuǎn)離磁棒和電極，主機(jī)放置在便于觀察測站的位置并使其距前置放大器10 m 以上。數(shù)據(jù)采集過程中測量員要觀察測站狀態(tài)，防止人員或動物進(jìn)入測站布設(shè)區(qū)域，要時刻注意時間序列，并對隨機(jī)干擾進(jìn)行及時記錄。

3 數(shù)據(jù)處理與成圖

數(shù)據(jù)處理及反演使用IMAGEM、MT-Pioneer 軟件。

3.1 IMAGEM 軟件

IMAGEM 為EH-4 系統(tǒng)自帶軟件，具有野外數(shù)據(jù)采集和室內(nèi)數(shù)據(jù)處理功能，可對原始數(shù)據(jù)的時間序列進(jìn)行編輯處理，對視電阻率曲線畸變點(diǎn)可進(jìn)行刪除操作，可選用不同的圓滑系數(shù)進(jìn)行Bostick 反演成圖，但缺少地形校正功能。IMAGEM可數(shù)據(jù)處理與反演成圖流程如下：

（1）校核@文件中的文件序號、點(diǎn)位坐標(biāo)、極距參數(shù)、增益等信息，確認(rèn)無誤后進(jìn)行單點(diǎn)數(shù)據(jù)處理。

（2）查看電磁場振幅譜以獲取測點(diǎn)的信號強(qiáng)度及干擾情況，分析時間序列形態(tài)，判別并消除隨機(jī)干擾，編輯時序后重新生成互功率譜文件、視電阻率及相位曲線。

（3）使用1-D 功能分析視電阻率及相位曲線形態(tài)，剔除畸變頻點(diǎn)，質(zhì)量不合格的測點(diǎn)通過編輯@文件進(jìn)行刪除。

（4）完成數(shù)據(jù)編輯后，使用2-D 功能選定反演起始點(diǎn)號，圓滑系數(shù)取0.3并反演成圖，輸出“*.dat”格式數(shù)據(jù)并運(yùn)用Surfer等軟件進(jìn)行插值成圖。

3.2 MT-Pioneer軟件

MT-Pioneer 軟件為中國地震局地質(zhì)研究所研發(fā)，是一款功能強(qiáng)大的MT/AMT/CSAMT 資料處理與解釋的可視化集成系統(tǒng)，可處理多種格式數(shù)據(jù)，可進(jìn)行Bostick、曲線對比法、RouPlus、OCCAM、自適應(yīng)正則化（ARIA）一維反演和非線性共軛梯度法（NLGG）二維反演，具有測點(diǎn)數(shù)據(jù)信息可視化、測點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入與轉(zhuǎn)換、阻抗和傾子數(shù)據(jù)處理、視電阻率和相位數(shù)據(jù)處理、帶地形二維反演并列計(jì)算等功能。MT-Pioneer對數(shù)據(jù)的處理與反演成圖流程如下：

（1）建立數(shù)據(jù)工程后導(dǎo)入EH-4譜文件（X文件），導(dǎo)入時選取10～30 000 Hz頻點(diǎn)數(shù)據(jù)，頻點(diǎn)取60個。

（2）數(shù)據(jù)導(dǎo)入成功后輸入測點(diǎn)坐標(biāo)并擬合測線方位，確定測線的起始點(diǎn)號，分析測點(diǎn)數(shù)據(jù)質(zhì)量并刪除不合格的測點(diǎn)；

（3）分析阻抗數(shù)據(jù)并進(jìn)行必要的阻抗旋轉(zhuǎn)、阻抗張量分解等，對視電阻率和相位數(shù)據(jù)曲線的編輯以刪除畸變頻點(diǎn)為主，減少頻點(diǎn)的移動操作以防止引入假異常。

（4）數(shù)據(jù)編輯完成后進(jìn)行反演，為便于對比，反演時先做一維Bostick 反演，再以Bostick 反演結(jié)果作為初始模型進(jìn)行帶地形的NLGG二維反演，最后導(dǎo)出反演數(shù)據(jù)并運(yùn)用Surfer等軟件進(jìn)行插值成圖。

4 資料解釋與成果對比

測線垂直于礦體布置，走向均為150°，24 線長400 m，28 線長500 m，基本點(diǎn)距50 m，重點(diǎn)地段加密為25 m。根據(jù)電性參數(shù)差異及地表礦體位置，以低阻區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)圈定石墨礦體的產(chǎn)出位置。2 條測線一維（圖3（a）、（b））與二維（圖3（c）、（d））電阻率反演斷面圖中間區(qū)域均出現(xiàn)了條帶狀低阻異常，推測該異常為石墨礦體的反映。

24線地表礦體寬度約40 m，在測線180 m附近有一斷層通過。該測線一維反演斷面圖的低阻條帶電阻率小于600 Ω·m，呈陡傾狀，從淺往深寬度變化不大（寬約130 m）；二維反演斷面圖的低阻條帶電阻率小于120 Ω·m，傾向南東，從淺往深逐漸變寬。與鉆孔ZK2401、ZK2402、ZK2403做對比，其一維反演結(jié)果的低阻條帶邊界與鉆孔揭露的石墨礦體邊界有一定的偏差，二維反演結(jié)果的低阻條帶的傾向及深部變化趨勢均與鉆孔揭露的礦體形態(tài)基本一致，二維較一維能更好反映出斷層特征。

28 線地表礦體寬度約60 m（含夾層）。該測線一維反演斷面圖的低阻條帶電阻率小于500 Ω·m，呈陡傾狀，從淺往深寬度變化不大（寬約170 m）；二維反演斷面圖的低阻條帶電阻率小于120 Ω·m，傾向南東，從淺往深逐漸變寬。與鉆孔ZK2801、ZK2802、ZK2803 做對比，其一維反演結(jié)果的低阻條帶邊界與鉆孔揭露的石墨礦體邊界有一定的偏差，二維反演結(jié)果的低阻條帶的傾向及深部變化趨勢均與鉆孔揭露的礦體形態(tài)基本一致。

從鉆孔工程的對比結(jié)果上看，二維反演結(jié)果與礦體的空間形態(tài)對應(yīng)更好，2 條測線反演斷面圖的低阻條帶寬度（大于100 m）均較實(shí)際的礦體寬度（約50 m）要大。由于測量系統(tǒng)淺部信號微弱，一維反演結(jié)果對淺部區(qū)域（深度50 m 以淺）的分辨率較差（基本為低阻），二維反演可豐富淺部信息并體現(xiàn)出淺地表巖石（干燥碎石）的高電阻率特征，整個斷面圖中二維反演結(jié)果較一維表現(xiàn)出的電阻率差異更大。

5 結(jié)論

AMT 方法可通過探測低阻體來識別石墨礦體的空間展布形態(tài)，對礦體有較好分辨率能力，測量效率高、探測深度深，適用于石墨礦體的勘查。數(shù)據(jù)處理軟件IMAGEM 較MT-Pioneer 的操作流程更簡單，兩者的反演結(jié)果對礦體均有不同程度的反映，其中二維反演結(jié)果較一維反演結(jié)果對石墨礦體的傾向、深部變化趨勢、淺部形態(tài)反映更好。在礦區(qū)下一步勘探過程中，可使用AMT 方法對石墨礦的深部進(jìn)行探測，但應(yīng)選擇在電磁干擾小的區(qū)域進(jìn)行。AMT 數(shù)據(jù)同時進(jìn)行一維與二維反演并做對比，結(jié)果表明，使用二維反演進(jìn)行資料解釋結(jié)果較為合適。