可控源音频大地电磁法测量在西成矿田磨沟一带铅锌矿应用

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矿产资源
M ineral resources
可控源音频大地电磁法测量在西成矿田磨沟一带
铅锌矿应用
胡家源
（甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘查院，甘肃　兰州　７３００３０）
摘 要：
西成矿田磨沟一带铅锌矿是中国西南地区重要的矿产资源之一，其勘探和开发对于促进当地经济发展具有重要意义。

可控源音频大地电磁法作为一种新型的地球物理勘探方法，具有深部探测能力强、分辨率高、数据采集效率高等优点，被广泛应用于矿产勘探领域。

本研究旨在探讨可控源音频大地电磁法在西成矿田磨沟一带铅锌矿勘探中的应用效果和局限性，为该区域的矿产勘探提供科学依据和技术支持。

关键词：
可控源音频大地电磁法；测量铅锌矿；应用中图分类号：Ｐ６３１．３２５　文献标识码：Ａ 文章编号：
１００２－５０６５（２０２３）１９－００９１－３Application of controllable source audio frequency magnetotelluric measurement
in the lead zinc mine in the Mogou area of Xicheng ore field
HU Jia-yuan
（Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇａｎｓｕ　Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００３０，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔｈｅ　ｌｅａｄ　ｚｉｎｃ　ｄｅｐｏｓｉｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｍｏｇｏｕ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｘｉｃｈｅｎｇ　ｏｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎ　ｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｃｈｉｎａ，　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｒｅ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｌｏｃａｌ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．　Ａｓ　ａ　ｎｅｗ　ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，　ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｕｄｉｏ　ｍａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｔｒｏｎｇ　ｄｅｅｐ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｂｉｌｉｔｙ，　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，　ａｎｄ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ．　Ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ａｉｍｓ　ｔｏ　ｅｘｐｌｏｒｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ａｎｄ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｕｄｉｏ　ｍａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｅａｄ－ｚｉｎｃ　ｄｅｐｏｓｉｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｍｏｇｏｕ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｘｉｃｈｅｎｇ　ｏｒｅ　ｆｉｅｌｄ，　ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｂａｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｆｏｒ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｅａ．
Keywords: ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｕｄｉｏ　ｍａｇｎｅｔｏｔｅｌｌｕｒｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ；　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｅａｄ　ｚｉｎｃ　ｏｒｅ；　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
收稿日期：
２０２３－０８作者简介：
胡家源，男，生于１９８９年，土家族，重庆黔江人，本科，物探工程师，研究方向：矿山物探。

可控源音频大地电磁法是一种地球物理勘探方法，通过在地表放置控制源产生低频电磁信号，并利用接收器记录地下介质对信号的响应。

其原理基于法拉第电磁感应定律，当电磁信号在地下传播时，遇到不同的岩石、矿石或矿体时会发生反射、折射和散射等现象，从而形成特征性的电磁响应。

通过分析和解释这些响应，可以推断出地下的地质结构和矿化信息。

可控源音频大地电磁法具有深部探测能力强、分辨率高、数据采集效率高等优势，被广泛应用于矿产勘探、地下水资源调查等领域。

1 西成矿田磨沟一带铅锌矿的地质特征
该工作区位于甘肃省秦祁昆造山系、秦岭弧盆系和中秦岭陆缘盆地构造单元，属于西成铅锌矿田东延。

该区出露地层主要为泥盆系、三叠系和新近系，地质构造复杂，包括褶皱断裂构造、岩浆岩和地球化学异常等特征，具备良好的成矿地质条件。

同时，该区域也是秦祁昆成矿域、秦岭-大别成矿省和西秦岭Pb-Zn-Cu(Fe)-Au-Hg-Sb 成矿带的重要组成部分。

这些地质特征为该区域的矿产勘探和开发提供了重要依据。

（1）地层。

位于秦岭地区的工作区主要分布在中秦岭地层分区，主要地层类型为泥盆系、新近系和三叠系。

其中，
泥盆系地层分布最广，主要包括中统安家岔组和下统吴家山
组上部层，铅锌矿主要赋存于该地层中。

金矿则主要分布在泥盆系地层和三叠系三渡水组地层中。

下统吴家山组上部层主要分布于该区域中部以西，岩性主要为云母石英片岩夹白云母长石石英岩、变石英粉砂岩、假砾岩等，东部变质深，为阳起二云斜长石英片岩，含矽线石、十字石二云石英片岩、透闪石大理岩。

顶部为碳质石英片岩、千枚岩夹硅质岩。

中统安家岔组分为上、下两层，厂坝层主要分布于大岭-石头坪-元坝子一带，呈东西向展布，主要岩性为白-灰-浅粉红色厚层，块状大理岩夹细晶白云岩，边部常见灰黑色含炭生物灰岩、不纯灰岩。

厂坝、李家沟特大-大型铅锌矿床皆产于此层，厚度30m~1230m，是本区重要的铅锌
矿含矿层位之一[1]。

三叠系三渡水组地层主要分布于该区域江洛-人土山大断裂以南，下部主要为灰色、浅灰绿色粉砂质板岩、薄层状灰岩，上部主要为灰绿色厚层砂岩夹粉砂质板岩、灰岩、硅质岩等。

该组地层与侏罗系中下统地层呈断层接触。

该地层是本区金、锑、汞等矿产的主要赋存层位，大桥金矿、崖湾锑矿、两当青咀子金矿和礼县佐家锑矿均赋存于该地层。

新近系地层主要分布于该区域东南角和西南角地段，岩性主要为浅灰绿色、白色、红色粘土质岩、泥页岩、砂砾岩、红色、棕色含砾泥岩、砂岩、砾岩、泥岩。

该组地层与三叠系三渡水组地层呈不整合接触。

第四系地层主要分布于该区内江洛镇-泥阳镇河谷地带，岩性主要为砂砾、淤泥、黄土、亚砂土、亚粘土。

（2）构造。

该区域主要由褶皱构造和断裂构造控制，这
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种构造体系对地质发展和矿产的生成与分布具有重要影响。

褶皱构造方面，区域内以吴家山复式背斜为中心，两翼次级褶皱也相对发育。

主要褶皱构造呈东西向线性分布，其中Ⅰ级褶皱开阔，Ⅱ级次之，Ⅲ级较为紧闭。

在不同区域，褶皱类型有所变化，西部以正常褶皱为主，中部以向北倒转、局部平卧乃至翻卷的褶皱为主，而东部又变为正常褶皱。

背斜对地层和矿带的展布起着主要控制作用，燕山期和印支期岩浆岩主要发育在背斜外侧，边部则发育了同生断裂。

此外，次级背斜在适宜的位置是一种重要的控矿构造，对铅锌、金矿的分布起到控制作用。

断裂构造方面，区域内发育了多条断裂，主要呈东西向，次之为北东-北北东向，再次之为北西向。

其中，人土山-江洛断裂带是岷县-宕昌-凤县深大断裂的一部分，是西成矿田的一级导矿构造，对矿田的喷流成矿作用起着控制作用。

该断裂带贯通全区，由数条大致平行的北东东-东西向断裂组成，与凤县-山阳断裂带相连，并向西伸入青海。

断裂带长期多次活动，性质复杂，周围发育了褶皱和次级断裂，伴生有多种岩浆岩侵入体和金矿、铅锌矿、锑矿等矿产。

另外，黄渚关断裂沿矿田北缘横贯全区，是西秦岭西成盆地内的一条东西向大断裂。

它呈反“S”型，与中泥盆统西汉水组与糜署岭花岗闪长岩分界断裂相关。

黄渚关断裂在区域内的展布较为明显，在洛坝以东与人土山-江洛大断裂靠拢归并[2]。

（3）岩浆岩。

该区域的侵入岩主要为印支期酸性侵入岩，其中以花岗闪长岩和花岗岩为主。

这些岩体大多沿着黄渚关断裂带分布，除少量海西期超基性岩脉外，主要为中酸性侵入体。

糜署岭花岗闪长岩基是该区域的主要岩体之一，位于工作区北侧，受东西向大断裂束控制。

晚期岩脉也较为发育，包括超基性、基性和酸性岩脉。

洛坝铅锌矿床位于西成铅锌矿田内的东段南接触带外侧，与糜署岭花岗闪长岩基有关联。

（4）变质作用。

普遍经受区域浅变质作用，为绿片岩相的绢云母-绿泥石亚相，以千枚岩类、板岩类及大理岩、变砂岩类为主。

（5）区域矿产分布。

该区域的金属矿产主要包括铅、锌、金、锑和汞等。

其中，铅锌矿主要分布于泥盆系地层中，以西成铅锌矿田为主，是秦岭泥盆系铅锌成矿带的一部分。

该矿床类型多样，包括厂坝式热水沉积-变质矿床和毕家山式热水沉积-改造矿床等，已控制金属储量超过一千二百万吨。

金、锑矿主要产于岷县鹿儿坝-两当广金坝金汞锑成矿带内，近年来在西成矿田外围三叠系中也发现了大型金矿和锑矿。

这些矿点呈带状分布，多赋存于断裂蚀变破碎带和层间破碎带中。

岩浆活动为成矿作用提供了一部分热源和物源，并使热液上升通道进一步贯通。

矿化与硅化、黄铁矿化关系密切，硅化程度越高，矿化越好[3]。

（6）工作区地球物理概况。

工作区位于南秦岭印支陆隆带北缘，主要地层为泥盆系、新近系和少量三叠系。

在航磁数据中，工作区呈现出低正值航磁ΔT异常带，异常值范围在0~50nT之间。

地磁场相对平静，异常带走向平稳延展，垂直异常带方向的异常梯度变化不大，表明该区域是一个大面积沉积地质环境。

此外，工作区也位于康县至成县的剩余重力异常梯度带上，异常带呈北东向展布，异常值在-175~-170×10-5m/s^2之间。

异常值垂直于异常带向南东增高，向北西降低，显示出南秦岭印支陆隆带西北缘造山构造带的基本特征。

2 可控源音频大地电磁法在磨沟一带铅锌矿勘探中的应用
2.1 测量方法的选择和依据
本次工作区位于洛坝-郭家沟-江口铅锌、金银等多金属成矿区东延带，地质构造较复杂，岩浆活动强烈，变质作用复杂，地球物理化学异常集中分布，具有良好的成矿地质条件。

为了更好地探测该区域深部地下结构，采用可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）进行勘查。

该方法具有穿透力强、深度范围大、分辨力高、低阻敏感性强、抗干扰能力强等优点，多用于石油、矿产、地热等较大深度的勘查领域[4]。

此外，以往在本区的洛坝、郭家沟矿床上进行的电磁法大深度隐伏矿床找矿预测均取得了良好的成果，为本次勘查提供了重要的依据和参考。

2.2 可控源音频大地电磁法测量
（1）场源布设。

在进行电法勘探时，为了保证较高的信噪比，收发距离R应尽可能大，并且需要满足R≥4Hmax，其中Hmax是探测目标的最大埋深。

此外，观测区域必须位于场源AB的垂直平分线两侧30°角度的扇形范围内，测点应该布设在该扇形区域内。

观测装置的布设应使水平电场（MN）与场源（AB）平行，而水平磁场应垂直于场源。

场源和电场接地条件应保证良好，场源方位误差不得超过±3°，水平磁天线方位误差不得超过±1°。

在粘土厚且湿度大的地点作为场源供电点时，可以采用不锈钢铁钎、金属铝板作为电极，将钢钎、铝板埋入地下深度不小于50cm，并在周围浇灌盐水后压实埋土，以保证接地条件。

本次工作的接地电阻约为70欧姆，供电最小电流强度为5A。

此次电法勘探的接发距为4800m，工作基频范围为0.25~8192Hz，中间加密1.41倍工频点，场源AB距离为1120m，电偶源中心点坐标为X=615190，Y=3753240。

（2）观测。

在观测过程中，我们选择了TM模式赤道装置标量测量，并采用电接收测量偶极距MN=40m的方式进行测量。

测点与场源之间的距离为40m，观测参数包括水平电场分量Ex、垂直于该电场的水平磁场分量Hy以及这两个分量的相位差φ。

为确保信噪比，我们采用了不极化电极，并在浇水压实后使接地电阻小于5kΩ。

同时，磁棒配备有水平尺以确保水平，方位则采用罗盘定位。

在确认各项设置正确后，我们通知发射并测量各个频点[5]。

在实时检查各个频点和测点的信号情况时，如发现异常情况，我们将采取重复观测的措施。

（3）仪器测试及校验。

在生产前，由于仪器长时间放置和大距离运输可能导致漂移，进行系统自检自校以确保仪器的准确性。

其次，每天开工前，对GDP-32接收机进行开机预热一小时，并与发射机的石英钟频率控制器进行时间同步。

使它们之间的相位差和时间差都为零，然后确保在整个工作日内不关机。

如果因为缺电而导致关机，我们会在充电后重新进行同步校正，否则将无法进行观测。

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（4）工作质量要求。

表1 工作质量精度要求
精度级别卡尼亚电阻率
均方相对误差
阻抗与相位误差
均方相对误差
（＞200mrad）
均方相对误差
（≤200mrad）
I7%10%50mrad
II15%20%50mrad
在质量检查方面，我们注重曲线形态的清晰度，并确保没有连续三个以上的畸变频点。

对于剖面重点测段，我们进行两次测量，确保其相应的视电阻率和相位曲线一致，并且对应频点的数值相近。

相对均方误差m小于5%。

对于全区卡尼亚电阻率和相位，我们要求其均方相对误差不超过±15%，并且达到规程要求的Ⅱ级精度。

这样可以保证测量结果的准确性和可靠性。

2.3 电参数测定
采用小极距电剖面装置或对称四极装置，在坑道中或地面岩石露头上测量。

观测参数为一次电位（ΔV）、电流（I）。

电阻率（ρ）为计算导出值。

计算装置系数采用半空间域公式：
K＝2π/（1/AM-1/AN-1/BM+1/BN）
ρ=K×ΔV/I
物性参数的总平均相对误差计算公式如下
：
式中：i—露头测点号（=1，2，3，…，n）；A i—第i个露头测点观测的参数值；A'i—第i个露头测点的检查观测的参数值。

2.4 工作完成情况及质量评述
根据《甘肃省西成矿田磨沟一带铅锌矿调查评价设计》，本次物探工作按照要求在2线布设了可控源音频大地电磁测深（CSAMT）剖面1条，剖面方位为24°，测点点距为40m。

总共完成了1.6km的剖面探测，共布设了41个物理点。

在质量检查方面，我们采用了基本均匀分布的检查点，并且要求异常部位必须有检查点，检查率为3%~5%。

测量过程中采用了全仪器法和三同两不同的方法进行检查，以确保数据的准确性和可靠性。

首先对于测地工作误差，我们使用科力达K98T测量系统进行外业检查，并通过GPS-RTK方式对各检查点进行重复观测。

共检查了3个点，检查率为7.3%，点位平面中误差为0.0322m，其中最大误差为0.0512m，最小误差为0.0354m，测地高程中误差为0.0356m。

所有点位均达到了设计及规范的精度要求，检测点位的合格率为100%。

对于CSAMT工作误差，我们进行了场源方位和水平磁天线方位的检查。

最大场源方位误差为0.05°，水平磁天线方位误差不大于±1°。

此外，单点曲线连续且圆滑，几乎没有出现两个以上的畸变频点。

我们对2个物理点进行了检查，检查率为4.76%，卡尼亚视电阻率均方相对误差为3.37%，相位平均均方相对误差为3.31%。

所有数据均满足了设计及规范的精度要求。

针对岩矿石电阻率参数测定误差，我们共测定了210个
露头点，并对其中30个点进行了检查，检查率为14%。

平均相对误差为8.4%，符合设计及规范的精度要求。

综上所述，本次物探工作完全符合《物化探工程测量规范》（DZ/T 0153-2014）、《可控源音频大地电磁法技术规程》（ZD-T0280-2015）、《电阻率剖面法技术规程》（DZT0073-2016）的要求。

工作质量高，获得的数据和成果可靠。

3 可控源音频大地电磁法的优势与局限性
3.1 优势
（1）深部探测能力强：CSAMT可以有效地探测地下较深的目标，对于矿产资源、地下水、油气等深部地质结构的勘探具有重要意义。

（2）分辨率高：CSAMT具有很高的空间分辨率，能够提供精细的地下介质电阻率分布信息，从而帮助识别不同岩石类型、矿化体和断裂带等地质特征。

（3）数据采集效率高：相比传统的大地电磁法，CSAMT采用了可控源技术，可以快速获取大量的数据，提高数据采集的效率和覆盖范围。

（4）非侵入性：CSAMT是一种非侵入性的勘探方法，不需要在地表打孔或进行爆破等操作，对环境影响小。

3.2 局限性
（1）受噪声和干扰影响：CSAMT对外界电磁噪声和干扰比较敏感，如电力线干扰、雷电干扰等，这些干扰会影响数据的质量和解释结果的准确性。

（2）数据解释需要专业知识：CSAMT的数据解释需要对地球物理学和地质学有一定的专业知识和经验，对于复杂的地下介质结构，需要进行综合分析和解释。

（3）成本较高：CSAMT的设备和数据处理技术相对较为复杂，所需的仪器设备和人力成本较高，对于一些预算有限的项目可能不太适用。

（4）局限于特定地质环境：CSAMT在某些地质环境下的应用效果可能受到限制，如在高电导率地区（如盐水区）和高频率电磁干扰较强的地区，其应用效果可能受到影响。

4 结语
可控源音频大地电磁法测量在西成矿田磨沟一带铅锌矿的应用表明，该方法具有高精度、高分辨率的特点，能够有效揭示地下矿体的空间分布和性质。

通过本次研究，我们获得了可靠的物理参数数据，为矿产资源勘探和评价提供了重要依据。

这对于优化资源开发策略、提高矿产资源利用率具有积极意义，并为区域经济发展做出贡献。

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