天然场音频大地电磁法(AMT)在陕西某矿山工程勘查中的应用

2021-11-21袁宏亮

世界有色金属 2021年15期

袁宏亮，杨帅

（1.中陕核工业集团二一一大队有限公司，陕西西安 710024；2.陕西地矿物化探队有限公司，陕西西安 710043）

随着矿山工程勘查设计标准的提高，物探方法在复杂地形条件下的勘查工作要求也在不断提高，既要满足仪器设备轻便达到快速勘探的目的，又要达到有效的勘探深度和分辨率。通常矿山工程施工中会遇到矿石破碎带、地层发育区、富水区等。常规直流电法勘探深度浅、受地形等多种因素干扰工作效率低，很难满足勘探要求。目前天然场音频大地电磁测深法（AMT）在矿山工程勘查中成为主流方法。AMT接收天然场信号，仪器轻便，勘探深度大，不受高阻屏蔽，对低阻异常有较高的分辨率，工作效率高。

本次勘查目的是探测任务范围内的断层（部分地段隐伏）的空间形态：包括断层走向、倾向、倾角及断层破碎带的宽度、物质成分和水文地质条件等。

1 勘查区域的地质概况

勘查区处于低中山区，多呈沟壑纵横的塬、梁、峁发育的黄土地貌，地势中部高两端低，坡形北段较缓，南段地形切割较大，相对高差在100m～300m之间，测线范围内地面高程在800m～1100m之间。研究区域主要分布有新生界第四系沉积岩及中生界细粒石英砂岩、泥岩及长石石英砂岩，河流及沟谷地带零星出露有奥陶系灰岩。

2 地球物理特征

AMT法是以电阻率的差异来划分地层特性及地质构造、并根据电阻率值的大小以及展布形态来判释地下地质体空间分布的一种物探方法。影响电阻率的主要因素有矿物成分、矿石的结构、构造及含水情况等。根据经验统计和工区地球物理反演结果分析，得出各类矿体的反演电阻率值（见表1）。

由表1可知，不同矿物特性之间，较完整矿体与断层破碎带以及破碎、软弱或含水地层之间存在一定的电性差异，因此工区具备开展AMT法的地球物理勘探前提条件。

3 基本原理及方法技术

3.1 AMT基本原理

天然场音频大地电磁法（Audio-frequency Magnetotellurics，AMT）是利用天然电磁场中的10-1～104Hz频率范围内的信号作为场源，通过测量电场水平分量Ex来分析研究矿石物理性质、地电断面的变化情况。

3.2 方法技术

工作区近地表电阻率一般在100Ω·m左右，按工程施工区域50米探测深度的要求，最低频率为10Hz。因此仪器满足勘探要求。

四个电极测量，即两个电极组成一对电偶极子MN（长度30m），其中，南北向布设的MN(X-Dipole电偶极子)测量电位差并计算得到电场水平分量Ex；东西向布设的MN(Y-Dipole电偶极子)测量电位差并计算得到Ey。Hx磁探头和Hy磁探头相互垂直。电极布极方式主要为“＋”字形，在地形条件较差情况下，部分测点采用“L”形或“T”形的布极方式。其野外测量布置如图1。

4 资料处理和解释

4.1 资料处理

音频大地电磁测深法（AMT）的理论是基于频率域的，但野外数据采集使用的是V5电磁仪器采集的信号是时间域的，因此原始数据是不能直接进行计算，需要进行数据变换。首先使用凤凰公司的SSMT2000处理系统对数据进行预处理，然后再使用MTeditor对功率谱数据进行编辑，对测点的高频畸变和飞点借助进行恢复，删除部分不能恢复的飞点，以获得高质量的数据资料。

4.2 实测资料二维反演及解释

在资料解释中，把反演电阻率断面图作为资料解释的基本图件和主要依据（图2）。

图2 矿山工程施工区域二维反演电阻率剖面与地质解释

对资料进行解释如下。

根据地质调查所确立的地层关系，上伏为第四系上更新统风积黏质黄土，下伏地层主要为奥陶系中统灰岩；结合地质资料，分析纵断面电性与地质体的对应关系。反演电阻率断面图上部为相对低阻带，对应了第四系风积黏质黄土的电性特征，下部反演电阻率值逐渐上升，对应了基岩电阻率的电性特征。结合地质资料，对资料详细解释如下：

（1）施工里程CK105+250～CK107+050段，该段上部存在一相对低阻带，结合现场地质情况，对应了第四系上更新统风积黏质黄土，下部电阻率逐渐上升，在物性断面图上存在一明显异常梯度带，推断该梯度带为第四系上更新统风积黏质黄土与下伏基岩的地层分界面，将电阻率值为50Ω·m～125Ω·m范围，划分为第四系上更新统风积黏质黄土；将电阻率值为125Ω·m～250Ω·m范围，划分为奥陶系中统灰岩，矿体较破碎，弱富水；将电阻率值为250Ω·m～1050Ω·m范围，划分为奥陶系中统灰岩，矿体较完整。

其中在施工里程CK105+250～CK106+550段，位于奥陶系中统灰岩地层，岩体较完整，电阻率值为250Ω·m～1050Ω·m；在洞身里程CK106+575～CK107+050段，位于奥陶系中统灰岩地层，岩体较破碎，弱富水，电阻率值为125Ω·m～250Ω·m。

（2）施工里程CK107+075～CK108+025段，该段上部存在一相对低阻带，结合现场地质情况，对应了第四系上更新统风积黏质黄土，下部电阻率逐渐上升，在物性断面图上存在一明显异常梯度带，推断该梯度带为第四系上更新统风积黏质黄土与下伏基岩的地层分界面，将电阻率值为50Ω·m～125Ω·m范围，划分为第四系上更新统风积黏质黄土，将电阻率值为125Ω·m～1050Ω·m范围，划分为奥陶系中统灰岩，矿体较完整。其中在施工里程CK107+075～CK107+275段，位于奥陶系中统灰岩地层，矿体较完整；在施工里程CK107+300～CK107+675段位于第四系上更新统黏质黄土地层；在洞身里程CK107+700～CK108+025段，位于奥陶系中统灰岩地层，矿体较完整。