电磁法在深部找矿中的应用现状及展望

232电磁法在深部找矿中的应用现状及展望
胡斌辉
（江西省地质局有色地质大队，江西　赣州　３４１０００）
摘 要：
在现代矿山开采中，电磁法的应用价值优势愈发突出，如何采取科学合理的方法举措，优化电磁法应用成效，保证深部找矿工作质效，成为业内关注焦点。

基于此，本文首先介绍了电磁法的应用价值，分析了电磁法应用中的数据处理分析问题。

在探讨基于电磁法的深部找矿野外工作方法技术的基础上，结合相关实践经验，分别从电性特征、物探方法与校正试验等方面，探讨了电磁法在深部找矿中的应用路径，望对找矿工作实践有所裨益。

关键词：
探矿找矿；电磁法；价值分析；应用路径中图分类号：Ｐ６３１．３２５　文献标识码：Ａ 文章编号：
１００２－５０６５（２０２３）１８－０２３２－３The Application Status and Prospects of Electromagnetic Method in Deep Mineral Exploration
HU Bin-hui
（Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　Ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｂｒｉｇａｄｅ，Ｇａｎｚｈｏｕ　３４１０００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｉｎ　ｍｏｄｅｒｎ　ｍｉｎｉｎｇ，　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｂｅｃｏｍｉｎｇ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　
ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ．　Ｈｏｗ　ｔｏ　ａｄｏｐｔ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｏｒｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｗｏｒｋ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｆｏｃｕｓ　ｏｆ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｉｓ，　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｆｉｒｓｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｗｏｒｋ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｏｒｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ，　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐａｔｈ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｏｒｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，　ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ，　ａｎｄ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔｓ，　ｈｏｐｉｎｇ　ｔｏ　ｂｅ　ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ　ｆｏｒ　ｏｒｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．Keywords: ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ；　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ；　Ｖａｌｕｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ；　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｐａｔｈ
收稿日期：
２０２３－０７作者简介：
胡斌辉，男，生于１９９０年，汉族，江西抚州人，本科，中级工程师，研究方向：地球物理电磁法等。

随着经济社会的快速发展，矿产资源需求更加旺盛，对传统找矿探矿技术方法提出了更高要求，使固化的找矿技术方法面临考验。

当前形势下，技术人员有必要立足深部找矿工作需求，创新电磁法应用方式方法，拓展丰富电磁法应用路径，提升找矿工作质效。

1 电磁法的应用价值
1.1 基本原理
电磁法以岩石导电性的差异为基础，通过特定仪器设备，向被探测对象发出电磁波，在介质有限空间范围内构造形成涡流，并随时间衰减成为二次磁场。

在探测地下介质过程中，电磁法可利用不接地回线向被测对象发送脉冲场，当二次磁场衰减后，可判断其随时间的变化规律，进而判断地下各种地质体的分布状态。

通常情况下，电磁法可在介质范围内感应出存在显著差异性的涡流，通过分析半空间电导率等数据信息，可提升对地质体分布状态判断的精准度[1]。

1.2 影响因素
一方面，电磁法的应用受电磁噪声影响。

在当前技术条件下，电磁噪声的来源多种多样，其干扰强度随着噪声强度而不断增大，容易造成电磁法某些探测数据片段缺失。

另一方面，电磁法的应用受功能和灵敏度影响。

部分应用于找矿实践的仪器设备灵敏度不足，发送磁矩的能力相对不足，难
以在有效时窗范围内传递电磁信号，势必会影响最终探测效果。

此外，电磁法的应用效果还与地质噪声和回线边长具有直接影响，需要结合深部找矿实际予以综合控制。

1.3 应用现状
近年来，国家相关部门高度重视电磁法技术应用方法的创新，在数据分析、勘探标准与噪声控制等方面制定并实施了诸多具有导向性的标准规范，为新时期电磁法价值的凸显提供了基础遵循。

同时，广大技术人员同样在破解电磁法应用难题，获取更加可靠的勘探数据信息等方面进行了卓有成效的研究与探索，初步构建形成了基于全要素的电磁法技术方法体系，成效突出。

尽管如此，与高标准、高要求的深部找矿工作相比，当前电磁法的应用实践依然存在诸多不足，应予以创新改进。

2 电磁法应用中的数据处理分析
2.1 原始数据整理
原始数据处理是电磁法应用中的关键阶段，对于深部找矿结果的准确度具有直接影响。

在该环节，应将所采集到的原始数据信息进行分类整理，采用时频变换或功率谱估算等方式，剔除存在明显偏差的数据信息，以便于对每个点位的信息进行深度处理。

定义时间序列文件，根据原始数据信息获取时间等，使其能够准确反映某一时段测点信息，采用随机信号过滤方式，估计功率谱密度函数等。

原始数据整理初步完成后，应结合深部找矿工作要求，对数据空白区域进行补充处理，以保证所有数据信息符合介质现状[2]。

2.2 数据处理
电磁法数据处理的过程同时也是对数据进行再度加工，
实现数据价值转化的过程，该过程可将探测到的数据信息成为反映地质状态的最终成果。

数据处理方法多种多样，比如多点圆滑处理法、递变处理法与静态位移校正法等，这些不同的处理方法在使用范围、处理过程与技术要求等方面存在明显不同，应参照相应技术规范与找矿要求等予以则定。

对采集到的数据进行平滑处理，使跳变的数据满足曲线形态规律要求，参考相位观测结果，然后分析图件。

通过一维数据编辑和二维数据处理等，得到反演色谱图。

2.3 图件生成与分析
现代软件技术的快速发展与实践应用，为新时期电磁法的优化运用提供了专业技术载体，使传统技术条件下难以实现的图件生成与处理效果更具实现可能。

对此，在图件生成与分析中，可采用软件技术提取数据信息，并将其转换为地质信息，通过判断高阻或低阻异常等状况，保证图件的电性响应特征。

为精准客观描述深部地层范围内的介质状态，可选择多类型的图件资料，准确圈定和确认介质信息，绘制形成测线断面图和深度剖面图等。

在全区资料分析中，可对所有观测点数据进行数理统计，根据异常标准排除异常阈值等条件干扰。

3 基于电磁法的深部找矿野外工作方法技术
3.1 回线装置与回线的选择
3.1.1 回线装置的类型
可用于电磁法找矿野外工作的回线装置类型包括单线框装置、共线框装置、环式线框装置、分离式线框装置以及双线框装置等。

其中，单线框装置的应用过程相对简便，可将发生器和接收器纳入到同一线框范围内，并可根据找矿环境条件设定线框形状；共线框装置是两重单线框的叠加，其构造方式更加灵活，可在更短时间内完成更多数量的数据信息采集任务，满足连续性找矿作业要求；环式线框装置和分离式线框装置相对应，具备偶极接收器，具有较强抗干扰能力，对外界影响因素的敏感度相对较低。

3.1.2 不同回线装置瞬变曲线特征
纵观以往回线装置应用实际，不同找矿环境与数据处理方法等均会形成不同结果，这就需要判断瞬变曲线特征，实现电磁法各类技术要素的衔接匹配。

以单线框、共线框和环式线框装置为例，其在观测数据的影响下可形成双峰正异常状态，波谷位置明显，能够更加完整地获取岩脉顶部与底部介质信息。

通常情况下，磁场垂直分量曲线特征越明显，正异常和负异常状态则越清晰。

在磁场水平分量曲线作用下，判断观测数据信号最强区域，以有效区别不同介质的客观状况。

3.1.3 回线的选择
电磁法找矿中回线装置的选择应综合考量多种因素。

首先，要根据勘察目的而定，若探测范围或深度较大，且对探测结果的分辨率要求较高，则应尽量选择同点装置；若测区地形复杂或存在诸多地理障碍，则可选择大回线定源装置。

其次，应根据施工条件而定，通过科学设定发射回线和接收回线长度等，保证纵向和横向分辨率，在更加稳定的状态下加大探测深度。

再次，应根据不同类型哦装置特点而定，结合地形起伏、信号强弱、测量方法等条件，降低浅层环境因素干扰，防止干扰[3]。

3.2 野外工作方法
3.2.1 测网设计
在当前技术条件下，如何在深部找矿探测范围内科学高效设计测网，准确确定测线方向和线距等，成为野外工作方法的难点。

对此，测线方向可与预测地质体走向保持垂直状态，以便于数据信息接收装置高效接收信息，并准确记录异常点数据，将点矩大小与数量偏差控制在技术允许范围内。

采用不重叠测网设计方法，合理分配与布局测点点位密度，在保证充分覆盖测区区域的同时，选择测网类型。

在回线边长确定中，应根据地址对象客观条件，合理则定边长长度，做到经济实用，以构造完整的工作测网。

3.2.2 工作步骤
野外工作方法的工作步骤可分为测地工作和野外工作两部分。

对于测地工作，应结合深部找矿的具体工作任务，构造点矩符合要求的测网，并采用大比例尺进行定点，使控制点、异常点和测量点等能够保持相对一致。

对于野外工作，应实现对各类使用到的仪器设备进行验收，确保性能稳定、配件齐全。

按照测定范围进行布线，合理构造布线形状，避开导体，避免探测时形成感应场。

进行干扰电平观测，对比实际观测数值与目标数值之间的差异，将离差范围线标注出来，以提高观测速度。

4 电磁法在深部找矿中的应用路径分析
4.1 找矿范围电性特征分析
根据深部找矿工作要求，深入分析找矿范围内的介质电性特征，选择具有代表性的特性评价参数，对目标范围内的电性特性进行准确评价，以清晰直观地展现找矿环境条件。

根据被测区域断面变形，结合电性特征差异，将整个区域细化分为冒落带、裂隙带和弯曲带等，然后运用电磁法判断地表塌陷及波动状况等。

通常情况下，电磁法所获取到的数据信息会随岩层介质差异而出现明显不同，孔隙和裂隙的存在会改变介质物理特性，这需要控制电阻率值。

优化电磁法找矿电性特征判断规则，为每个探测点位的具体电性条件作出深度分析，确保探测准确度。

4.2 找矿探测的试验研究
4.2.1 低阻区探测试验研究
基于电磁法的深部找矿应区分低阻区和高阻区的差异，分别采用不同类型的试验方法排除潜在干扰因素影响，避免探测数据信息出现明显偏差。

在低阻区探测试验中，应根据其高电位、低电阻率的电性特征，分门别类对不同地层及岩性进行试验，然后结合反馈电磁波数据信息，得出地层厚度变化规律。

设定探测试验仪器的功率、电压、电流等指标，选择具有差异化的探测试验数据，配置重叠回线装置，构建层次化的电磁探测数据模型，清晰描述探测试验结果，绘制形成低阻区探测试验曲线[4]。

4.2.2 高阻区探测试验研究
针对高阻区的探测数据，应考虑岩层间是否存在空隙，
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且岩体介质是否完整连续等。

实践表明，部分深部找矿中高阻区的出现与介质局部特性具有直接关联，应根据不同地层条件等，进行区别化处理分析。

在数据层面，高阻区探测试验方法所形成的电磁波信号更具起伏波动特征，所形成的曲线波峰和波谷等也更加清晰明显，符合常见找矿表现。

优化设置试验线，根据粗砂岩、中砂岩和黄色亚砂土等不同，合理选择发射频率、发射圈数量、天线延时和采样间隔等技术参数。

在形成试验曲线后，可根据曲线特征判断介质深度和电阻率的关联关系，以测定找矿测区面积范围。

4.3 校正试验
4.3.1 人工地形校正试验
与其他电法勘探技术相比，电磁法的精准度相对较高，受地形影响相对弱化，但受电磁干扰更加显著，对探测数据具有直接影响，需要通过校正试验方法，消除潜在影响。

在人工地形校正试验中，需要首先布置试验，在特定测区范围内设置地址信息采集点，将接收线圈进行平移处理，并利用软件绘制测区范围等线图。

通过观察人工地形校正试验前后的断面图可见，探测区域范围越深，相应的电阻率异常状态越明显，这说明矿体介质存在区域性起伏，埋藏条件相对复杂。

该校正试验方法同时应排除人为主观干预，保证资料数据准确。

4.3.2 公式地形校正试验
与人工地形校正试验不同，公式地形校正试验更加侧重于客观性方法。

首先，根据电磁法的基本操作要求，在获取到部分探测介质数据后，推导地形校正公式，满足电磁场强度变化规律要求，确定磁力线方向，确保相对空间范围内的介质能够激发产生电流。

其次，应在准确记录供电回路中心点的基础上，确定过回线中心点主剖面上的距离，设定回线边长、电动势、磁导率、电阻率、视电阻率和测道中心时间等参数。

再次，将事先确定的各项参数代入平面地形校正公式，形成基于电阻率差异数值的等值线图。

4.4 重叠回线与偶极装置的应用
在重叠回线方面，为提高地层介质解释能力和可靠性等，应在围岩导电条件下设定多层次重叠回路，使各个探测环节均可保持良好状态，降低超顺磁张效应及感应激发效应等影响。

对于重叠回线中出现的异常响应，则需按照二次磁场环境条件，改进其与导体之间的耦合状态，以减少有效异常。

在偶极装置方面，则需设定装置配置条件，在正式探测前对所需用到的仪器设备进行检验，排除干扰因素影响，避免因其工况状态不佳而造成的探测中断。

在电磁环境下，偶极装置的高效合理运用能够避免围岩电性的不均匀影响。

5 电磁法条件下的不同地层模型及响应分析
5.1 均匀地层
使用计算机软件对电磁法探测获取到的数据进行建模，考虑探测介质上方区域和下方区域的差异，设置三根金属套管，分别完成信号发射、信号回收与信号接地等功能。

设置固定的角频率和幅度值，对均匀地层下的电势响应进行模拟，得出电磁法环境下的均匀地层模型，使等势线疏密程度保持在合理状态。

制定完善可行的均匀地层模型构造流程，在垂直方向上观察电势随探测深度的变化情况，若变化规律，则说明均匀地层介质的连续性强；反之，则表明介质埋藏分散。

通过判断均匀地层模型，可结合其响应特性等，与异常体地层进行纵向对比。

5.2 分层地层
与均匀地层不同，分层地层的模型可细化分为多个子模型，可通过优化衔接各个子模型之间的逻辑关系，获得该类型地层的整体模型。

对此，应优化配置模型衔接条件，将不同电磁率的地层进行分解，分为上下两层，然后分别向其区域范围发射电磁信号，在发射管和接收管之间形成电势。

部分情况下，分层地层在分界面上会形成明显偏折，电磁波从低电导率到高电导率转变后，会变得稀疏，这直接影响着地层模型状态。

不同电导率值和接受套管电势值之间存在正相关关系，更多情况下电磁环境下的内部电势呈平滑分布状态。

5.3 有异常体地层
从实践来看，瞬变电场的激励场可分为两种不同类型，即截流线圈和接地电极，二者共同构造均匀大地环境下的瞬变电磁性响应过程。

而对于有异常体地层而言，上述响应过程则会被打破。

由于异常体的存在，电势线会在此处出现明显偏折并变稀疏，感应电流迅速衰减，由电磁波影响形成的磁场同样随之衰减。

在同点装置下，有异常体地层可通过域的转换方法，使频域结果向时间域结果转变，更加清晰完成地描述地层中异常体带来的电磁感应变化。

为异常体状态，可忽略位移电流影响，优化线圈数量，将电磁波弧长数值设定为最小[5]。

6 结语
综上所述，电磁法的应用价值决定了其在深部找矿工作实践中的关键地位。

因此，技术人员应摒弃传统陈旧找矿工作模式的束缚，精准把握电磁法在深部找矿中的关键技术要点，宏观审视电磁法的应用对提升找矿质效的价值意义，建立健全基于全流程的电磁法应用规范，优化配置先进精密仪器，深入分析处理找矿数据信息，有效引入信息化技术方法，为全面彰显电磁法的实践价值奠定基础，为促进深部找矿工作高质量发展贡献力量。

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