CSAMT在青海锡铁山隐伏铅锌矿中的应用.PDF

第 5卷 第 3期 2 0 0 8年 6月 工程 球物理学 赧 CHI NES E J OURNAL OF ENGI NEE RI NG GE 0PHYS I CS Vo 1 ． 5。 NO． 3 J u n ． ，2 0 0 8 文章 编 号 1 6 7 2 7 9 4 0 2 0 0 8 0 3 0 2 7 4 0 5 C S AMT在 青海锡铁 山隐伏铅锌矿 中的应 用 柳建新 ， 王 浩 ， 程云涛 ， 童孝 忠 中南大学 信息物理工程学 院，长沙 4 1 0 0 8 3 摘 要 本测区地貌极为特殊， 位于西部地质条件复杂的锡铁山老矿区， 其浅部已知矿开采殆尽， 我们的研 究任务是在 矿 山 深边 部 找 到 隐伏 矿 。 由于 测 区地 形 复 杂 ， 周边 的 电磁 干扰 较 为 严 重 ， 因此 我们 选 用 了 C s A MT法 ， 它具 有勘探深度大 ， 横向分辨率高 ， 抗干 扰能力强的特点 ， 可 以很好 地解决 问题 。首先 ， 我们根据 测 区地质条件和岩矿石物性 ， 布置 了 1 8条测线 开展 C S AMT方法 的探测研 究 ， 接着 通过原 始数 据反 演和分 析 ， 发 现了两个 较大 的低阻异常 区， 并推断了两个低 阻异常 间的关 系 ， 最 后经推 断解释 认为 2号低 阻异常 应 为成矿有利 区域 。 关 键词 可控源音频大地电磁测深； 二维反演 ； 锡铁山 中图分 类号 P 6 3 1 ． 3 文献标 识码 A 收稿 日期 2 。 。 8 一o 3 一o 4 App l i c a t i o n o f CS AM T t o t h e Hi d d e n Le a d Zi ne Mi n e i n Xi t i e M o u n t a i n o f Qi n h a i L i u J i a n x i n， W a n g Ha o， Ch e n g Yu n t a o， Z h a n g Xi a o z h o n g S c h o o l o f I n fo p h y s i c s a n d Ge o ma t i c s ，En gi n e e r i n gCe n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y ， C h a n gs h a 4 1 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Be c a us e of t he c o m p l e x t o po gr a p hi e s a n d s t r o ng e l e c t r o ma gn e t i c i nt e r f e r e nc e，we c ho os e CSAM T me t h od f or t he pu r po s e o f l o c a t i ng hi dd e n m i ne b od y i n t he d e e p a nd ou t s i d e d e p os i t ．Th i s m e t ho d h a s t he c ha r a c t e r i s t i c s o f d e e p d e t e c t i on，hi gh e r 1 a t e r a 1 r e s o l ut i o n a n d s t r o ng e r a nt i i nt e r f e r i n g a b i l i t y ． I n t hi s p a pe r，we f i r s t l y l a y ou t 1 8 s u r v e y i n g l i n e s a e c o r d i n g t o t k e g e o l o g i c a l a n d mi n e r a l i z i n g c o n d i t i o n s i n mi n e f i e l d s ．An d t h e n b v i n v e r s e l v p r oc e s s i n g a nd a n a l yz i n g t h e or i g i na l d a t a，we f i nd o ut t wo u nus ua l z o ne s wi t h 1 o w r e s i s t a nc e a nd i n f e r t h e r e l a t i o ns h i p o f t he t wo l ow r e s i s t a n c e s ．Fi na l l y we ma ke a c o n c l us i o n t ha t t he s e c o nd u nus ua 1 z one wi t h 1 o w r e s i s t a nc e i s a n i de a 1 z o ne f o r mi n e ． Ke y wo r d s CSAM T ；t wo d i me ns i o na 1 i nv e r s i o n；Xi t i e M ou nt a i n 1 引 言 C S AMT 法是 采 用可 控制 的人工 场源 的一种 电磁 法Ⅲ ， 是一 种勘 探地 下金 属 、 非金 属矿 产 的最 有效方法之一。该法 白上世纪从 国外引进 ， 在进 入 中 国的 2 0多年 来 ， 为我 国的找矿 事业做 出了 巨 大 的贡 献 ， 不 仅找 到 了大量 的铜 、 铅 、 锌 、 钼等 各类 有 色金 属 矿 床 ， 而且 在寻 找 贵金 属 、 黑色 金 属 、 稀 有金 属 等矿床 方 面 ， 也发 挥 了重 要作 用 。 随着我国经济的不断发展 ， 国家对矿产需求 量在进一步加大。目前老矿山浅部矿产已经开采 殆尽 ， 为了满足生产矿山的资源需求 ， 稳定矿山队 伍 ， 最好的办法是在其深边部及 近外 围发现新的 作者简介 柳建新 1 9 6 2 一 ， 男 ， 教授 ， 博 士生导 师， 主要从事大地 电磁理论与应用研究工作 。E --ma i l l j x 6 6 6 6 1 2 6 ．corn 维普资讯 第 3期 柳建 新等 C S AMT在 青海锡铁 山隐伏铅 锌矿 中的应用 2 7 5 矿体 ] 。随着探测深度 的不断加大和老矿山人文 干扰的不断加剧 ， 传统的测深激 电装置 已经不能 适 应 野外工 作要 求 。 可控源 音频 大地 电磁 法 C S AMT是在 大 地 电磁法的基础上 ， 为克服后者观测信号弱而发展 成 的一种 人工 源 电磁 测 深 方 法口 ] ， 具 有 勘 探 深 度 大 、 分 辨 率 强 、 观 测效 率 高 等 特 点 ， 随着 复 杂 地形 条 件 下二 维 反 演 技 术 的不 断 成 熟 ， C S AMT越 来 越 成 熟地 应 用 于 各 种 特 殊 地 貌 下 的找 矿 工 作 中 来 ， 并 取得 了 良好 的找 矿效果 。 本次 我 们 在 青海 锡 铁 山铅 锌 矿 外 围开 展 C S AMT研 究工 作 ， 就 是 来论 述 C S AMT 法 在 深 部发 以及外围找矿 的有效性 。 2 地质和地球物理特征 锡铁 山铅锌矿产于柴达木盆地北缘的锡铁山 一 绿 梁 山 一 赛 什 腾 山晚 奥 陶世 绿 岩 带 中 。铅 锌 黄 铁或 含 黄铁 矿 石 电 阻率 最 低 0 ． 2 ～ 5 0 0 0 , m 、 频散 率 可达 6 5 左 右 ， 并 有 明显 的 自然 电位 跳跃 。近矿 围岩 的电阻率 较高 1 0 0 0 12 m 、 频 散率 一般 小 于 3 ， 对 应 有 微 弱 的 自电 跳 跃 。上 述显著的物性差异是该 区开展工作并获得明显异 常 的物性 条件 。 区内三大岩性滩 问山群绿片岩系、 达肯 大 阪群 片麻 岩 系 、 泥 盆 系 紫 色 砂 砾 岩 系 。泥 盆 系 紫 色砂 砾岩 系 的 电阻率较 高 ， 频 散 率较低 。 对 全 区标 本 物性 进行 统计 ， 初 步得 出 滩 间 山 群绿 片 岩系 岩性 p 一1 7 2 0 12 m； 达 肯大 阪 群 片麻 岩 系岩性 J0 1 6 7 0 12 m； 上 泥 盆 系紫 色 砂 砾 岩岩 性 J0 1 3 5 0 12 m。由此 可见 ， 区 内主 要 地 层岩 系 的基 本 电性 特 征 相 似 。相 对 来说 ， 上 泥 盆 统及 下 石炭 统 岩石 电性 特 征 比较 稳 定 ， 故 可认 为 是基 本 正 常场 。 表 1 工作区岩矿石电性参数统计 Ta b l e 1 S t a t i s t i c s o f e l e c t r i c a l p a r a me t e r o f t h e r o c k s a mp l e s 岩矿石名称 滩 问山群绿片岩 达肯大 阪群片麻岩 上泥盆 系紫色砂砾岩 0{ n m 1 7 2 0 l 6 7 0 l 3 5 0 除上述几 种 岩 矿 石 以外 ， 其 它 大部 分 岩 矿 石 频散率 较低 ≤3 ％ ， 电阻率 相对 较高 ≥ 1 0 0 0 1 2 m ， 而矿化水 、 金属硫化物氧化带及氧化矿石 的电 阻 率 较 低 1 0 0 12 m ， 频 散 率 亦 低 ≤ 3 ， 不能 引起激 电异 常 。 综 上所述 ， 本 区矿 石 与非矿 石之 间 ， 亦 即矿体 与 围岩 之 间存在 明显 的物 性 差 异 ， 岩 体 与 围 岩之 间同样存 在 明显 的差 异 ， 在 本 区开 展 C S AMT法 具有 良好 的物性 前提 。 3 C S AMT方 法 原 理 及数 据处 理方法 3 ． 1 方 法原 理 如将 大地看 作 水 平 介 质 、 大 地 电磁 场 是垂 直 入射到地下的平面 电磁波 ， 它基于电磁波传播理 论 和麦 克斯 韦方 程组 。 r O t E 一～ 1 r O t HJ 2 d i v D q 3 d i v B一 0 4 其中， D一￡ E， 口一 ， J E 为 电场 强度 矢量 ， D为 电磁 感 应强 度 矢量 ， e为介质的介 电常数 ， H 为磁场强度矢量 ， B为磁 感应 强 度矢 量 ， 为介 质 的导 磁 率 ， I，为 电流 密 度 矢量 ， 为介质的导电率 。 由于供 电 电流 为谐 变 电流 ， 所 以我 们 可 以 由 1 、 2 、 3 、 4 为 基础 导 出它在 均匀 的大 地 导 电介质中传播方程 E 尼 E一 0 5 。H 尼 。 H 一 0 6 是 。 一 叫 ／ o -ff o， 为波 数 的平 方 。 在 直角坐 标 系下我 们 可 以得 到 E 一 2 7 c o - r3 3 c o s z 一 2 7 H 1 √ 3 co sZ8 8 导出了电场 E ，磁场 H 与 电阻率 I。 。 的关 系式 _ 4 ] 1 E ． ， I 9 式中 为电阻率， 单位为 Q m； f为频率 ， 单位 为 Hz ； E 为水平电场分量 ， 单位为 V ／ m； H 水平 磁场 分量 ， 单位 为 A m； p 称之 为卡 尼亚 电阻 率 。 又根 据 电磁 波 的趋 肤 效 应 理论 ， 导 出 趋 肤 深 维普资讯 2 7 6 工 程 地 球 物 理 学 报 C h i n e s e J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g G e o p h y s i c s 第 5 卷 度公 式[ 5 ] h≈ 3 6 5 1 o 式 中 矗为深 度 ， 单位 为 m。 3 ． 2野外 数 据采集 3 ． 2 ． 1 测 网布 置 、 电极距 及测 量参 数 选择 本 测 区测 网布置 采用 2 0 0 m2 0 m， 共 布 置 了 1 8 条 测线 。发送机 通 过 接 地 电极 A、 B 向地 下供 以交变 电流 ， 电流 的频率 可在 一定 范 围 内变 化 ， 通 常从 2 ～2 Hz 按 2 进制递变 ， 在接地十分 困难 的地方 可用 不接 地 的 回线 作垂 直磁 偶极 子来 发 送 电磁 场 。 本次 可控 源音 频大 地 电磁法 要求 勘探 深 度为 1 ． 5 k m， 通过 野外 踏勘 ， 决 定采 用 接 地 电偶极 子场 源进 行 供 电 ， 供 电偶 极 子 长度 AB约 1 ～ 1 ． 5 k in， 电流 一 8 -- 1 0 A， 中心距 偏移 最大 约 6 。 。测 点点 距 2 0 m， 测 量偶 极 子 长 度 亦 为 2 0 m。每 站测 量 1 ～ 5 个 测点 。 数 据采集 时 ， 根 据 不 同频 率 和 现场 数 据 质 量 设 置 叠 加 次 数 ， 并 设 置 5 0 Hz 、 1 5 0 Hz 、 2 5 0 Hz陷 波 。根 据本 区 以往 物 探 工 作 的 经 验 ， 考 虑 到需 要 保 证一 定 的数据 密 度 ， 尽 量 保 证 划 分 的局 部 岩 层 分 界线 的准 确 性 ， 工 作 中 采 用 标 量 C S AMT 法 ， 根 据本 区各 种岩 矿 石 的 电性 特 征 ， 最终 选 择 的工 作 频率 为 1 Hz -- 4 0 9 6 Hz ， 测 量 电场 的 z分 量 E 和 磁场 的 分 量 H 。 3 ． 2 ． 2野 外观测 采取 的 必要措 施 由于本 次勘 探 区 大 多在 戈 壁 ， 为确 保 发 射 机 供 电 电流 足够 大 和 接 收 数 据 的质 量 ， 野外 工 作 人 员在采取深挖供电极坑 、 添加大量盐水、 降低供电 线 内阻 等措 施 下 ， 尽 量 保 证 电 流在 1 0 A 以上 ， 以 保 证 数据 质量 。 在数 据采 集 时 为 了提 高 工 作 质 量 ， 我 们 还 采 取 了增加 叠加 次数 压制 长周 期干 扰信 号 和实 时监 控数 据标 准离 差等 办法 ， 一 般 数据 叠 加 次 数 为 3 2 ～ 1 6 3 8 4次 ， 数据 离差 小 于 2 O 。 3 ． 3数据 处理 3 ． 3 ． 1静 效 正 静 效 正有许 多 方 法 来 做 ， 比如 曲线 平 移 、 数 值分析 法 、 联合 反 演 法 、 直 接 反 演 法 等E r 3 ， 这 里 我 们采用 曲线平移法， 主要是通 过我们 自己编的可 视化专 用 软件来 做 ， 如 图 1 所 示 选 择 一条侧 线 上 附近 两 个 点 ， 从 可 视 化 静 态 改正 图 ， 可 以看 出虽 然两 点视 电阻率差 距很 大 ， 但 是 曲线 形 态一 致 ， 这 说 明它们 反 映 的地 下 构 造 是 F r e q u e n c y／ Hz 图1 静态改正示例 Fi g ． 1 S t a t i c c o r r e c t i o n d i a g r a m 一 致 的 ， 故 平移后 两 条测 线将 完全 一样 。 3 ． 3 ． 2 数 据反 演 以及 解释 C S AMT数 据反 演 的方 法 比较 多 ， 比如 直 接 反演 法 、 OC C AM 反 演 ] 、 快 速 松 弛 法 R RI 、 共 轭梯 度法 _ g ] 。O C C AM 二维 反演 是一 种 比较 理 想 的反演 方 法 ， 因为 它 同时 考 虑 了横 向和 垂 向的 光 滑问题 ， 定 义 了粗 度 矩 阵_ 1 R 一l l a m l{ 。 l l a m l l 。， 为垂 直走 向方 向， 为垂直 向下 方 向 。 我们 对测 区原 始数 据进 行 了一维 反演 和光 滑 二维 反演 ， 同时用 测 区平 均 视 电 阻率 计 算 各个 频 率 的对应 深度 ， 绘 制 了各 测线 原 始 观 测 视 电阻 率 剖 面图 。 以上 为某 测线 一维 图 2 和二 维 图 3 电 阻 率反 演剖 面 图 。从 图 2和 图 3可 知 ， 在 0 ～ 1 2 0 0 号测 点 的中 、 深 部均 存在 一个 低 电阻率 异常 ， 该异 常形 态 明显 ， 范 围很 广 ， 低 阻 异 常 在 小 号 没 有 封 闭 ， 在 深部 没有 尖 灭 ， 主 体异 常 在 0 ～ 3 0 0号测 点 的 2 5 0 0 --2 1 0 0 m 高程 之 间 ， 异 常 电 阻率 值 与上 一 条 测线 的低 阻异 常对 应 ， 但 主体 低 阻 异 常范 围 比 上 一条测 线 有所 减少 。 一 维 反 演 图的高 阻异 常 和低阻异 常不如 光滑 二 维反 演后 的异 常 那 样 连 贯 ， 二 维 反演 后 的低 阻 异常和高阻异常都 比较连贯， 能清晰的反 映出深 部 地层 界线 和异 常特 征 。 3 ． 4综合 异 常分析 和成 矿预 测 通过 上述 对各 条测 线 的异 常 分 析 ， 我 们 判 断 在勘探区内存在 2个较大 的低阻异 常 ， 分别 以 1 号 、 2号命名， 其中 2号低阻异常体为 1号低阻异 常体 的主体 低阻异 常 所组成 。 1号低阻异常位于勘探 区内所有测线 中， 该 异 常体 的划分 是 以 电阻率 为 1 O O Q m 为依据 ， 该 O O O O O O O O O O 毫 ． a＼ 吾 I ∞ 【 s 廿 l u 廿 q q 维普资讯 第 3期 柳建新等 C S AMT在青海锡铁山隐伏铅锌矿 中的应用 2 7 7 32 0 0 31 0 O 30 0 0 29 0 0 28 0 0 27 O 0 26 0 0 吕 25 O 0 2 40 0 23 O 0 22 O O 21 0 0 20 0 0 1 9 0 0 1 8 O 0 l 7 0 0 1 6 0 0 l 5 0 O 3 2 2 { 2 袒 2 2 偏 移距／ m 0 1 O 0 2 0 0 3 O0 40 0 5 O 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 l 1 0 0 1 2 0 0 1 3 0 0l 4 0 O 1 5 0 0 1 6 0 01 7 0 0 图2 某剖面一维反演 F i g ． 2 On e d i me n s i o n a l i n v e r s i o n o f a p r o f i l e 偏移F E ／ m 3 20 0 31 0O 3 00 0 2 90 0 28 00 2 70 0 26 00 2 5O 0 0 2 00 4 0 0 60 0 8 0 0 1 0 00 1 20 0 1 40 0 1 6 00 图3 某剖面二维反演结果 Fi g ． 3 TWO m d i me n s i o n a l i n v e r s i o n o f a p r o f i l e 32 0 0 30 0 0 28 0 0 2 60 0 2 40 0 2 20 0 2 00 0 l 8 00 1 6 00 电阻率／ Q m 啪㈣ 删 猢 ㈣鲫 ∞如 帅如 如”加 。 维普资讯 2 7 8 工 程 地 球 物 理 学 报 C h i n e s e J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g G e o p h y s i c s 第 5卷 异 常体 的范 围很 广 ， 且 延 伸 到 深 部 也未 出现 尖 灭 现象， 在小号测点上也未出现封 闭现象 。该低 阻 异常估计为某一地层 的总体反 映， 从其规模和 出 现 的地段 看应 为非 矿致 异 常 。 2号低阻异常为 1号低阻异常体 的主体低 阻 异 常所组 成 ， 该 异 常 体 的 划分 是 以 电 阻率 为 1 O Q m 为依 据 ， 该 异 常 体 在 1 0 7 、 l 1 5等测 线 上 均 有 反 映 ， 异 常 明 显 ， 且 可靠 。但 该 异 常 体 的形 态 复 杂 ， 且该 异 常体完 全包 围在 1号低 阻异 常体 中 ， 虽 然 尚无法 确定 该异 常是 否 为某个 地层 中的矿致 异 常或炭质异常体 ， 但该异常应为成矿有利区域， 我 们 推 断为 深部铅 锌 矿 所 引 起 的异 常 ， 建 议 矿 区 地 质 人员 结合 相关 的地 质 、 化 探 及 其 他 物 探方 法 等 资料对其做进一步的研究工作 ， 以确定其性质， 并 布置钻 孔进 行验 证 。 4 结 论 1 通过 这次 研 究 ， 更 加 证 实 了 C S AMT法 对 于复杂 地形 下深 部 隐伏 矿 体 探测 的有 效 性 ， 其 勘 探深度大 、 分辨率高、 抗干扰能力强 的特点 ， 使得 C S AMT成为解决老矿山资源危机 的最有效的手 段 之一 。 2 2号异 常 完 全 包 含 在 1号 异 常 体 中， 通 过 当地地 质条件 以及 成 矿 背 景分 析 ， 认 为 2号异 常 应 为成矿 有利 区域 ， 该 异 常 应 为 深 部铅 锌 矿 所 引 起 。 3 随着勘探深度的增加 ， 大功率 的勘察技术 越来越受到重视和应用， 本次研究采用大功率 的 C S AMT， 在 地 下 2 1 0 0 m左 右 发现低 阻异 常 ， 可见 效 果 良好 ， 也证 明 了在 老 矿 山深 边 部 找 矿 理念 的 正确性， 建议继续开展进一步工作 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