地面大功率激电法和瞬变电磁法的结合应用探讨

地面大功率激电法和瞬变电磁法的结合应用探讨

在固态矿产勘探工作中，地面大功率激电法和瞬变电磁法发挥着十分重要的作用。本文以某铅锌矿找矿工作为例，分析了地面大功率电磁法和瞬变电磁法在深部找矿工作中的结合应用，为该矿区深部找矿工作的有效开展提供了一定的依据。

标签：地面大功率激电法瞬变电磁法结合

1矿区地质和地球物理特征

矿区铅锌矿床地处柴达木盆地北缘的锡铁山-绿梁山-赛什腾山晚奥陶世绿岩带中。从现有的地质资料可以发现，大陆古裂谷作用的控制是柴达木盆地北缘晚奥陶世绿岩带火山岩以及锡铁山块状硫化物矿床形成的主要原因。矿区内具有非常发育的断裂构造，其中以北西向断裂和北东向断裂为主。北西向断裂构造是矿区内最主要的断裂带，其对于铅锌矿床的形成以及后裂谷阶段地质结构的演化起着十分重要的作用；而北东向断裂为横向断裂构造，该断裂构造将矿带分为多段，在成矿之后仍然对矿体及矿化带产生破坏作用。在20世纪50年代、70年代和80年代曾在矿区进行过电阻率法和小功率激电工作。对矿区的岩、矿石的典型特征进行充分的研究，具体研究结果如下：

（1）块状方铅矿、似条带状铁矿方铅矿矿石的电阻率通常在0.2～52.7Ω·m 之间，激化率高达66.4%，但是作为矿体的围岩，电阻率超过1000Ω·m，而激化率则小于3%。这充分说明了锡铁山矿区激电工作具备充足的地球物理前提。

（2）根据现有地质资料中的测量数据来看，石墨化二云母片岩的百分频率效应为56.8%，含有少量黄铁矿化的碳质绿泥片岩的激化率达到了39.6%片麻岩的激化率比矿区内的其它岩体的激化率更高，而且分布不均，不同地段的差异较大，普遍达到3.6%以上，因此，在面积较大时，会形成较高的背景场。

2大功率激电法和瞬变电磁法基本原理

瞬变电磁法（TEM）是通过不接地回线或者接地电源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇阶段，以线圈对地层响应二次涡流场进行观测的一种地质测量方法[1]。二次涡流场所激发的感应涡流一般以环带状分布，由地标向下在时间上形成早、中、晚的涡流场，随着时间的延迟逐渐向下向外扩展。在这种状态下我们可以将环状分布的涡流带看作是一系列的二次场发射线圈，对于层状大地涡流分布将局限于导电地层中。早期电流全环限制与地标上不，随着时间的推移，将逐渐向下层介质传播。如图1所示，在电导率为σ，磁导率为μ的均匀大地条件下，其等效电流i，扩散深度d以及半径a分别采用下面的公式进行表示：

上面的公式中，t表示采样时间，单位为s；μ表示空气磁导率，μ=4π×10-7H/m；

c2=8/π-2=0.546479。

在进行均匀半空间瞬变电磁响应的计算时，可以利用上面三个公式直接计算出电流环在某一时刻的电流、半径以及深度值，并以此对该时刻地表测线的响应值进行计算。通常情况下，瞬变场的观测是用线圈观测感应电压V（t）。对于重叠回线装置，在均匀半空间地电条件下，感应电压V（t）可以采用下面的公式进行计算：

上面公式中的L表示发送回线的边长；μ表示空气的磁导率；ρ表示均匀半空间电阻率。

从上面的公式可以看出，瞬变场ρ与t之间存在非常复杂的函数关系，为了更加方便的进行计算，利用等效带环的方式，借助“烟圈”理论计算出均匀大地的晚期瞬变电磁场响应，并对其扩散规律进行解释。

3大功率激电及瞬变电磁法在深部找矿中的应用

3.1大功率激电法的应用

由于工作区域的工业游散电流干扰较强加上该地区的电阻较大，导致测量极的稳定性较差。为了保证观测结果的精度，采取了如下措施：首先，在观测工作开始之前，对观测点逐一浇水，从而减小接地电阻，待水完全渗透之后，再开始测量工作；在观测过程中，应在尽量短的时间内连续完成一次观测工作，尽量避免因为观测时间过长而对观测结果产生干扰；在激电测量工作开展的同时，利用仪器监测干扰电场的变化，并将变化情况记录下来，从而根据记录情况找出测量参数的变化规律；通过多次观测，来提升观测结果的可靠性。

3.2瞬变电磁法的应用

仪器采用重叠回线装置，回线的变长为200m，以单向脉冲方式进行发射，脉冲电流为10A，供电时间为40ms，采样长度为100ms。根据瞬变电磁感应场的运动学原理，当发送电流被切断之后，下半空间所产生的感应涡流场会以等效电流环的形式按照垂直向下的方向逐渐进行扩散。在电阻率为ρ、磁导率为μ的均匀大地条件下，可以利用下面的公式计算涡流场的扩散深度h[2]：

公式中的t表示采样时间，取平均电阻率为100Ω·m，采样时间为100ms，则在该条件下的勘探深度可以达到600～800m左右。

4结束语

地面大功率激电中梯以及大功率瞬变电磁法均属于对二次涡流场的观测，观测结果基本不会因为地形条件的变化而受到影响，尤其是在利用瞬变电磁法对纯二次场进行观测的时候，可以直接通过增大功率的方式来提升勘探深度。通过将地面大功率激电法和瞬变电磁法的结合应用，可以同时发挥出两种方法的优势，

使得对异常源的性质鉴别更加容易实现。在找矿的过程中，激电异常在排除与含炭质岩石的关系之后，通常与导电类的金属矿物存在一定的联系。但是对于浸染状的矿体，其整体导电性与围岩之间的电性差异较小，在该条件下，通常不会产生瞬变电磁异常，而会产生激电异常。而一般不含碳质或金属矿物的良导体则刚好相反，此时，通过两种物探方法之间的相互配合相互验证，可以为深部找矿提供重要的依据。