可控源音频大地电磁法原理及应用

可控源音频大地电磁法原理及应用
摘要：可控源音频大地电磁法（CSAMT）在构造判定和地层划分方面具有独特优势，近年来已广泛应用于矿山资源勘查中。

本文采用控源音频大地电磁法，对衡
山市南岳城区东南部进行矿山资源勘查，利用法卡尼亚电阻率及相应反演结果确
定电性层分布并推测工作区地层、断裂构造分布，验证断层（节理裂隙）位置及
地层分布特征，为可控源音频大地电磁法在今后地质勘查工作中的合理运用提供
参考依据。

关键词：可控源音频大地电磁法；地质勘查；断裂构造
1前言
传统的大地电磁法（MT）和音频大地电磁法（AMT）场源信号微弱、易受周
边环境影响，难以有效的对矿山资源进行勘查。

可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种通过测量卡尼亚电阻率和相位的电磁探测技术，具有探测深度大、抗干扰
性强等优势。

本文以某省南岳传奇小镇矿山资源勘查为例，论述该方法在矿山地
质勘查中的应用。

2方法原理
CSAMT法是一种通过使用人工控制场源以获得更佳探测效果的电磁测深法。

该方法通过改变发射源的发射频率进行测深，通过测量相互正交的电场和磁场分
量计算卡尼亚视电阻率。

式中：。

CSAMT法所使用的人工场源分为磁性源和电性源。

其中磁性源是在
不接地回线或线框中，供以音频（n×10-1～n×10-3Hz）电流，产生相应频率的电
磁场。

电性源是在有限长（1km～3km）的接地导线中供以音频电流，产生相应
频率的电磁场，通常称为电偶极。

电性源的收发距离可达十几公里，探测深度大。

CSAMT法常采用电偶源，旁侧观测装置。

一般要求场源和测深点之间的距离
要达到3～5倍的趋肤深度，（503fρδ=，其中δ为趋肤深度、ρ为探区内预期的
平均电阻率，f为工作频率）。

在平行于场源中垂线两边张角各30°的扇形区域内
逐点观测电场分量EX和与之正交的水平磁场分HY振幅和相位，进而计算卡尼亚
视电阻率和阻抗相位。

3野外测量
3.1测量方法及测线布置
主要仪器为V8多功能电法工作站，采用装置为TM标量测量模式。

测量前依
测线方向面共设2个发射电偶极子。

其中A1B1（2—2线、4—4线）布设于测区
东南面约13.5km范围内。

电偶极子方向与测线方向相同（44°）；A2B2（6—6线用）布设于测区东北面约15.0km范围内，电偶极子方向与测线方向相同（122°）。

测量参数如下：收发距r=13.4、13.8、15.1km；发射偶极距A1B1=1240m、
A2B2=1300m；接收偶极距MN=50m；测点距=25m；最低工作频率1Hz；最高工
作频率9600Hz；发射电流为5A～16A。

3.2数据处理
采用CMTPRO数据预处理软件读入野外采集数据，生成视电阻率、阻抗相位。

根据预处理数据得出背景模型断面，选定适宜的反演拟合参数进行多次叠代，最
终得出不同深度的拟电阻率断面模型。

4地质概况
4.1地形、地貌
勘查区域地势平缓，西北高、东南低，平均海拔为100m，岗丘间地段多因切割冲刷而形成小溪谷。

衡山东南坡溪流发育良好，地表径流稳定，多为丘陵地貌。

4.2矿层岩性
勘查区域附近出露矿层主要为第四系（Q）和衡山花岗岩体（νξγ52-a）。

其
中花岗岩体周边出露有白垩系上统戴家坪组（K2d）、青白口系冷家溪组二段
（Pt1n2）。

通过分析周边现有地层分布，推断衡山花岗岩体侵入矿层为侏罗系至青白口系之间。

4.3地质构造
此次勘查区域处于北东向衡阳至株洲断裂带内。

花岗岩体在形成及后期受构
造过程中，矿层应力发生变化，产生断层、节理裂隙等构造。

结合区域调查资料
和勘查结果，区域内外北西—南东走向发育有节理裂隙和断层，东北侧山麓等地
段均见矿山断层痕迹。

5可控源音频大地电磁法（CSAMT）工作方法
（1）工作原理。

可控源音频大地电磁法是利用人工偶极频域电场向地下发送，电磁场在地下介质中产生各种效应并不断向远处传播，在一定范围内通过对不同
频率信号的接收，来反映地下不同深度情况介质性质的方法。

供电电极采用30
根铜电极，以增大接地面积，减少接地电阻，增大供电电流，提高观测精度。

（2）仪器设备及工作方法。

采用美国GDP-32多功能电法仪，配大功率
30KW发射机，仪器性能良好。

在50线试验效果好并经上一次监审确认后，展开
面上工作。

标量测量、赤道装置，收发距为5.3km，AB=1026m，1024Hz以下供
电电流不小于13A，频率1-8192Hz（21/2加密），计21个频点，5电道、1磁道。

质检两个测线段9个测点（171个数据），质检率为3.56%，均方相对误差
=±9.9%，超设计（±5%）要求，但均方相对误差众值很小，说明是少数点（且是
反映浅部的频点，最高频2个8192、5765Hz）超差，资料经处理，可满足区内工作需求。

6可控源音频大地电磁法（CSAMT）应用
（1）断裂构造的推断。

从本区CSAMT二维反演的电阻率断面和经过静态二
维反演的电阻率图比较可看出，没经过静态位移改正对局部异常反映比较明显。

据此将采用没经过二维反演的电阻率断面图对电阻率差异特征可总结出推断本区
断裂构造标志如下：
①岩体中断裂构造标志：从CSAMT电阻率等值线断面图上可见，在视电阻
率等值线低阻同步下凹呈“V”字型或成串珠状低阻局部异常带。

周围电阻率值大于1000Ω.m以上，带宽较窄约在20m左右，延伸长。

这些局部有规律的电阻率低阻下凹或串珠状局部低阻异常往往就是断层引起。

②地层中断裂构造标志：从CSAMT电阻率等值线断面图上可见，在电阻率等值线图上存在一些高低电阻率过
渡带。

电阻率值变化在n×10Ω.m～n×1000Ω.m间变化。

过渡带往往以梯级带形式
过渡，梯级带经过地方往往对应于断层的位置。

矿体空间分布特征推断。

根据不同埋深上电阻率分布规律，结合地质及钻探
见矿情况，推断本区多金属矿位于测区北部，地表矿体分布范围较大，约占测区
三分之二多，逐渐从800m高程向北东延深达100m高程以下。

矿体延深较大比
较乱，由于浅部地层位于地下水位以上，地层岩石含有金属矿品位以及湿度不一致，同一岩性具有不同电阻率，部分地段分布有高阻氧化铁帽。

因此在浅层电性
规律性差。

但总体上可划分出三个电性特征区：北部低阻异常区对应于赋存厚大
的钼矿区；中部高阻异常区对应于浅部钼矿变薄区；南部相对低阻异常区对应于
含煤的侏罗系地层区。

7结果分析
7.1异常划分原则
根据电性特征及实测数据和反演结果，将反演拟电阻率断面图划分为低阻区
和高阻区。

测量结果分析如下。

（1）卡尼亚电阻率。

测区三条测线均布设在花岗岩体上，未跨过电阻率存在
明显变化的高低阻地层，矿层及矿层电阻率稳定，电阻率在破碎花岗岩段有所降低。

卡尼亚电阻率等值线断面图沿剖面方向变化较小。

3条测线在进入近区（约128Hz）前均呈高、低相间条带状分布，无明显分段特征。

（2）一维反演。

本测区北东向2—2线、4-4线于垂直方向上呈高—低—高三
层电性层，南东向6—6线垂向上分层特征不明显，由浅至深电阻率逐渐增加。

三条测线沿剖面方向存在陡倾斜的脉状低阻异常。

5.2综合分析
（1）节理裂隙发育方向。

物探区内断裂隙构造走向沿南西—北东向发育。

花
岗岩质硬性脆，应力作用下节理裂隙发育存在与主构造走向方向相交的一组。

物
探依据3条测线脉状低阻异常分布，推测出3条主要节理裂隙带（J1、J2、J3），方向为北西—南东向，倾角较陡。

其中4—4线41号点北约60m取水钻孔（ZK1）验证了J2节理裂隙带。

参考文献：
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