瞬变电磁法在金属矿产勘查上的应用效果研究

2020-03-19周小锋

中国金属通报 2020年24期

周小锋

（广西壮族自治区第七地质队，广西柳州 545100）

1 瞬变电磁法的基本工作原理

瞬变电磁法拥有多种类型，最为普遍的方式为高空电磁法，其运用的主要过程为技术人员发射脉冲电波，其正确顺序为由高空到地面，若回线电流遭到切断，可在其导线周围产生一次场，其一次场会由空气传输到相应的勘察区域内，勘察区域内的介质感应将生成二次场信号，该信号的主要来源为贮藏在良导体中的感应电流，通过对该区域衰减规律的研究，有效解决地质勘察中的问题，从而达到实时勘察金属矿产的目的。

2 参数与数据的计算过程

在处理瞬变电磁数据的过程中，试验人员应遵照合理的顺序，一方面，要修正、调平、预处理相关数据；另一方面，则要根据处理后的数据来处理相应的磁数据、电数据等，在处理磁数据期间要计算出磁总场、磁位场转换与视磁化率等，而若想获得适宜的电数据，则要高效计算出时间常数、视电阻率与视电阻率成像等。此外，在完成磁数据与电数据的处理后，要获得合理的、科学的低阻异常体的详细信息，继而准确判断出低阻异常体的分布、大小、形态与空间。

2.1 科学处理电数据

在处理电数据期间，其处理的主要过程都集中在野外的测线数据，其计算的主要内容为去除背场景、去除与叠加运动噪声、测算电动势、电磁场磁内分量、抽道等。通过相关公式，试验人员可了解到总磁场强度与水平分量磁场强度的关系，借助高斯系数与地理经纬度能有效获取电数据值[1]。

具体来说，电数据的主要处理流程可分成三步，其一，试验人员应借助相关仪器来会回放有关数据，在开展数据预处理的过程中，要适时去除背场景、修正运动噪声与天电噪声，其去除、修正过程要经过合理的质量监控，才能将处理后的数据放置到下一环节。其二，数据信息在完成初步的处理后，试验人员应通过相应仪器进行叠加、抽道集，并计算出精准的时间常数、校正记录点的位置，从而将各类数据调平。其三，通过多项数据的调平，试验人员可同时开展异常现象的模拟、时间常数的测算、电阻率的成像，三者经过有效融合后可完成出图工序，继而准确完成了电数据的处理。

2.2 合理测算磁数据

在处理与测算磁数据的过程中，试验人员需了解磁数据内部的主要处理内容，其包含水平梯度的针对性内容、磁位场的处理与转换、磁数据的调平与修正等，在计算磁数据时，多用到视磁化率的运算、磁数据的调平与修正等。

在修正磁数据期间，试验人员应及时修正磁数据内部的高度、磁日变与水平梯度等，正常的磁场修正为水平梯度修正，其修正方式较为简便；而磁日变修正则稍显复杂，其内部参数会根据时间的改变而发生变化，修正此类数据的主要目的为降低地磁场的影响，避免在勘察金属矿产时出现人为干扰，其主要处理方式为处理滑动中的平均滤波，并去除磁场基值，从而顺利获取磁日变的修正值，试验人员可将T 看作磁日变的观测值，Tn则为处理后的日变值，则Tn-T 为磁日变的变化值。

2.3 预处理资料

瞬变电磁法在运用期间会受到多重要素影响，如地质噪声、仪器噪声、电磁噪声等，当前与瞬变电磁法有关的仪器在处理噪声时已带有较好效果，比如，当勘察金属矿产的过程中出现了随机干扰，试验人员可运用多次叠加技术；针对勘察期间的突发性状况，技术人员借助数据处理中的剔除法可有效改善当前状况；若金属矿产中存有规则干扰，可利用正负半周期的供电来抵抗此项干扰，继而缺失增强了弱信号观测的水平与能力。

在开展资料的预处理时，由于瞬变电磁法中相关仪器的接收方式为宽频带式，其难以测算或压制相关范围中的所有干扰信号，严重影响数据测算的准确性。在处理野外数据前，试验人员应切实浏览其实测曲线，掌握可能产生干扰的点，并适时圈定范围，通过对“噪声电平”的掌握来了解“可靠时窗”的基本范围，继而将整个范围划分到试验区内，若开展试验的区域较大，技术人员还可依照不同区域的地质状况来设置成多个不同的段落，从而增进数据测算的准确性。

此外，在预处理或计算相关数据的过程中，试验人员应严格遵守理论规律，及时发现测算期间的畸变点与突变点，加强观测期间的精度，适时纠正已测算完成但准确度较差的数据，借助信息系统内部的储存功能，完成各类数据信息的保存，给此后的金属矿产勘察工作奠定较好基础[2]。

3 金属矿产勘查应用瞬变电磁法的主要流程

3.1 试验项目的主要特征

为增进金属矿产的勘察效果，工程项目管理人员运用瞬变电磁法对该勘察工作进行详细研究。

具体来说，试验人员发现了4 种铜矿床，且在其周遭还带有凝灰岩，通过瞬变电磁法可有效查看其各项参数值，如电阻率、极化率与磁化率等。

在观察黄铁矿类的凝灰岩时，工作人员收集了35 种样品，经测算其电阻率为1.159Ωm、极化率在58%左右、磁化率为1.48SI；而弱蚀变安山岩的采样数则有所减少，29 种样品测出的电阻率、极化率、磁化率分别为1.19Ωm、87%、1.65SI。同时，工作人员还测算出了铜锌矿体与块状硫化物的各项数值，此两类的数值，如表1 所示。

表1 试验区内的参数

借助表1 工作人员可看出四种铜矿床的各项区别，了解其内部的多种参数，从而在选择试验地点时更为明确。

3.2 布置瞬变电磁法的内部测线

通过对4 类金属矿区的实地考察，试验人员已掌握该区域的地形特点与矿床分布，在开展试验的过程中，其可布置7条测线，方向为由南至北，该测线的总长度达33km，每个测线的距离都保持在100m 左右，由东向西可为其依次编号，即L1080、L1090、L1100、L1110、L1120、L1130 与L1140 等。在开展相关试验前，工作人员应掌握电磁系统内各项设备参数，如发射线圈、磁力仪、接收线圈、雷达高度计与定位系统等[3]。

具体来说，在设计发射线圈的过程中，其直径需在26m 左右，依照有关数据，线圈与地面的距离要保持在40m 左右，通常来讲，其峰值会在390nlA 左右，该线圈呈双向梯形，且发射基频达到25Hz、最大电流值为184A、脉冲的整体宽度在8.35ms 上下。在完成线圈的设计后，工作人员需开展发射活动，其面积可达2123.7m2，主要匝数为4。

针对磁力仪的研究，试验人员在收集有关数据时，要保证各采集数据的时间间隔，其间隔最好保持在0.1s 左右，其灵敏度在0.02nT。当试验人员完成了线圈发射后，经过一段时间后要开展线圈接收工作。相较于发射类线圈，接收线圈的接收面积则适时缩减，其有效面积仅为113.04m2，而匝数却到达100 左右，当其直径在1.2m时，该有效面积可达到19.69m2，其匝数则上升到245。

对于雷达高度计而言，在收集相关数据的过程中，为加强数据采集的有效性、准确性，也要进行一定的时间间隔，相比于磁力仪，该间隔时间要更长，最高的间隔时间要达到0.3s。在开展金属矿产勘察试验时，项目管理者对数据的精准度要求较高，因而要挑选出合适的雷达高度计，一般来讲，可选择Terra T R A 3000/T R I 型号。为找出金属矿产的实际位置，试验人员还需采用GPS 系统，其采样间隔的时间与雷达高度计相似，在0.2s 或0.3s，可选用Novatel 型号的GPS 定位系统。在完成了各项参数的设计后，试验人员可开展正式的金属矿产勘察工作。

3.3 研究电异常现象

在进行金属矿产的勘察时，试验人员需明确其勘察的主要目标，即了解电异常的解析过程，由于该试验区内带有明显的物理性特征，在进行分析的过程中要高效融合该区域的地质环境、异常形态与异常产出产态等，在分成相关分析可有效获取该低阻体内的位置、产状、规模、形态与埋深等要素数值。

试验人员在分析电异常现象的过程中，其依照试验区内的实际位置，将其分成了4 部分，针对每一部分的具体情况进行针对性分析。当试验区处在西北部时，该环境内的电阻率为15Ωm ～45Ωm，其内部短轴出现了异常分布，且时间常数大约为0.7ms ～1.8ms 左右；当试验区为东部时，相较于西北部，电阻率出现短暂下降，其数值在5Ωm ～25Ωm，其异常分布的形态为不规则、不完整的块状，0.6ms ～1.8ms 为其时间常数；西南角的试验区也出现异常分布，其主要原因在于人为干扰，由于人为干扰会受到多种因素影响，再加上变量的控制较难，因而此类数据将难以作为分析电异常现象的数据；南部试验区的电异常现象则呈现轴状分布，其时间常数在0.6ms ～2.0ms 左右，分布规律则为由西向东，电阻率则保持在5Ωm ～25Ωm 之间[4]。

在勘察出4 个异常区域的实际数值后，除了受人为干扰的西南试验区外，试验人员可详细分析3组数值，透过电阻率的影像，当区域深度增加时，低阻异常的范围正逐渐扩大；而在增加幅度适时缩减后，当其处在400m 的具体位置时，其异常仍较为明显，因而，试验人员通过瞬变电磁法的试验可看出不同区域环境下低阻体的电异常。

3.4 适时区分异常形态

在勘察金属矿产的过程中试验人员会发现多种异常形态，为增强该勘察工作的精准性、科学性，其要用合理的方式来区分不同区域的异常形态。

第一，若异常形态体现在水平圆柱体中，可将此类异常形态成为柱顶单峰，试验人员在勘察期间当其球体上方也呈现单峰异常时，如果两个球体的半径相同，相较于圆柱体，球体的衰减程度与速度更快，其异常范围也会逐渐缩减，因而要通过观察金属矿产的形态来找出异常规律。

第二，薄板类的导体也会出现异常形态，其整体的变化幅度大多与其倾斜角度有关，当倾斜角度T 为0°时，其异常的状态会表现在单峰中；若倾斜角度T 值为90°，其导体顶部会呈现双峰，异常形式将带有对称性；而倾斜角度T 为0°～90°之间时，其整体形态既没有单峰也没有双峰，该导体会倾向在角度较大的位置处。

第三，针对厚板状导体中的异常形态而言，当其顶板中心出现单峰异常时，其大多处在早期测道中，在测道时间逐渐增加后，可愈发呈现出双峰异常的状态，对于其与倾斜角度的关系，试验人员可参照薄板导体异常形态的预估方式。当导电的水平剖面、导电覆盖层存有异常形态时，其会适时抬高金属矿产的区域背景，其剖面曲线也会呈现间隔分布。

在了解了多种异常形态的演示方式后，工作人员在金属矿产的实际勘察中要精准发现不同异常形态的展现方式，借用瞬变电磁法开展针对性检测，从而提升金属矿产勘察工作的实际效果，逐渐提升勘察质量。例如，某地质勘察队为勘察该区域的金属矿产，采用了瞬变电磁法，试验人员依照该区域的实际情况测算出了与该模式有关的多项数值，通过对不同异常形态的分析，有效增强了勘察数据的准确性，保证了勘测效果。