加拿大Albany项目地球物理勘探数据处理

地球物理勘探流程探讨——加拿大Albany勘探项目目录案例简介： (1)目标与背景： (1)项目概况 (1)地质背景 (2)物理性质 (3)方案设计和数据 (4)航空TDEM-磁法勘探 (4)地面TDEM勘探 (5)解释 (5)航空电磁-磁法数据 (5)地面TDEM数据 (7)结论与建议 (9)地面TDEM (9)三维航空电磁与地面电磁联合反演 (9)案例经验 (10)案例简介：本案例主要介绍利用航空和地面时间域电磁法数据，实现加拿大安大略省Albany地区石墨找矿发现的过程，截止2015年1月26日，该项目石墨矿床资源量共计141.3万吨。

2012年1月19日，Zenyatta公司宣布在其Albany项目中发现了一种非常稀有的热液石墨矿床。

该发现基于2010年Geotech公司的航空电磁工作（VTEM MAX 时间域电磁系统）确认的异常，并已经过钻孔验证。

Crone公司在2013年2月到3月之间在Zenyatta项目上进行了大量的地面时间域电磁勘探（TDEM）,使用了回线装置识别到经钻孔验证的东部和西部石墨角砾岩通道，成功地描绘出其埋深、陡峭倾斜边缘和横向范围。

目标与背景：项目概况Albany石墨项目位于靠近赫斯特安大略省横穿加拿大的公路以北30km处（图1），Zenyatta公司于2011年在该项目处发现了一种非常稀有的热液型石墨矿床。

Albany项目区过去有大片未探索的区域，勘探人员已知该地区存在着沼泽湿地和年轻的显生宙（460-360Ma）岩层，层厚大约200m，有可能覆盖着太古宙岩层。

然而，航空电磁技术的最新突破可以帮助勘探人员利用更大的穿透深度和分辨率在太古宙下层的缺铁浅海碳酸盐/碎屑状沉积物中定位到感兴趣的地质构造。

图1 Albany石墨项目位置图本案例描述了从2010年的项目发现开始到后来2013年地表TDEM的精细化解释这段时间内的航空时间域电磁法（TDEM）和磁法勘探的结果。

地质背景Albany石墨矿床位于加拿大地盾的苏必利尔省，处于Quetico亚区北部和Marmion亚区南部之间的岩层边界上。

勘探区的地层由前寒武纪副片麻花岗岩和南部的混合变质沉积物以及北部的变质英云闪长岩和花岗闪长岩层组成。

这些岩层均被一块年轻的强碱性的混合侵入体侵入。

图2 Albany石墨项目区的地质基底及VTEM测线和电磁异常基底岩层被一层相对15m薄，至多50m厚的水平展布的古生代石灰岩、页岩、白云岩和粉砂岩地层覆盖。

Albany石墨矿床主要赋存在年代较新的无片理片麻岩，强碱性正长岩，花岗岩，闪长岩和二长岩侵入混合体中（图2），这一侵入体被年代较新的岩墙切割，组分上从长英矿物至铁镁质变化。

在2012年前，Albany项目区域被至少八家公司勘探过，最早可追溯至1959年，由于古生代石灰岩的覆盖和冰碛物的存在，勘探区域并不广泛。

在航空磁测和地面电磁法的辅助下，已经确认了1964年稀土元素出现在矿区的两根钻孔之间，并于1978年在一根钻孔内发现了石墨质角砾岩。

由安大略省地质调查局制作的区域航空磁力覆盖观测和之后的解释图进一步指明了矿床内Albany强碱性杂岩和Nagagami强碱性杂岩的成矿潜力。

因为这些已存在的证据，Zenyatta地区勘探镍、铜和铂族金属的工作非常活跃，这也促进了2010年的VTEM勘探和2011年1月Albany项目公布的大型石墨矿化带的发现。

Albany矿床是一个独特的外成石墨矿床，在火成主岩中具有大量高度结晶，流体成矿型的石墨出现。

Albany矿床被解释为角砾岩通道，其成因是由Albany 强碱性杂岩内的高压脱气正长岩产生的富集CH4-CO2的流体演化而来。

石墨出现在浸染状晶体的基质、矿脉、晶体边界沿线中，作为角砾岩碎片中的细小矿脉出现。

Zenyatta从2011年起在矿区施工了63口钻井，共计超过26000m，在井芯取样结果中发现了深度范围360-500m的石墨矿化体（图3）。

石墨矿化带与两个分离的石墨角砾岩通道相关（图3中的西通道和东通道），被叠加的正长岩包围。

Albany矿产共计包含25.1Mt的资源量，3.89%的石墨碳（Cg），储量977000吨。

图3 被钻孔约束的Albany石墨矿床东西通道三维模型物理性质本案例中观测的物理属性是电导率和磁化率。

根据之前的工作，矿区主体岩石表现高阻和高磁化性质。

与之相反，目标矿体（石墨角砾岩通道）表现出高导和不易磁化的性质（表1）。

表1 常见地热资源系统的两个例子方案设计和数据航空TDEM-磁法勘探Zenyatta公司在Albany项目区开展的航空电磁-磁法勘探工作由超过10000km测线的直升机时间域电磁法（TDEM）和多于28块多区磁法勘探构成。

工作时间大致从2010年3月17日至5月19日。

勘探使用了大功率的VTEM（多功能时间域电磁法）样机，包含一个直径35m长的大回线圈和较高的偶极极距（0.84），该样机在后来进一步发展为著名的VTEM MAX系统。

航空勘探飞行南北向测线的间隔大约是150m，东西向控制测线的间隔约为700—1500m。

Albany石墨勘探共计有1181km测线，覆盖了206km2的区域（图4），航空电磁传感器飞行的平均高度为53m，航磁传感器间距75m。

图4 VTEM测线布置和电磁异常地面TDEM勘探Albany项目的地面电磁勘探共计有12条测线，勘探中的设备为Crone公司的时间域脉冲电磁系统，装置为双回线圈，时基50ms，使用Crone公司的地表感应线圈进行轴向测量，采集垂直分量。

由于目标矿体在之前航空TDEM结果中被描述为了类似通道的结构，因此可以预料到地表TDEM勘探会受到管道顶部和管道平整边缘处，以及垂直表面的影响。

勘探设计工作都包含在线圈Loop1内，以耦合顶部、平台和矿体的边缘，补偿线圈Loop2用于耦合陡立倾斜的边缘。

Loop1在勘探中使用了一个1200*1500m的线圈进行了圈内测量，最大电流11A，覆盖十一条测线，长度从1000m-1100m不等。

线圈内的间距是100m，观测台站的间距从25m至50m不等。

使用Loop2线圈对相同的测线重新进行了勘查，最大电流12A，使用的是Loop1北部500*1500m的部分线圈。

解释航空电磁-磁法数据VTEM电磁数据和磁法勘探确认了两个电磁和磁力目标体的异常信号（图5）。

它们位于临近一个独特的指环状的磁力异常的地方，覆盖在东北部的Nagagami 强碱性杂岩之上。

中西部区域发现的一个更加精细的磁力异常区，可能与Albany 强碱性杂岩有关。

图5 Albany石墨矿区磁异常图Albany石墨矿床的电磁异常可以沿着多条测线观测得到两个相对分离的高时间常数异常（1-3ms）区，同时表现出高电导性质（图6）。

VTEM数据生成的电阻率深度成像证明了该高电导区域（1400m*800m）与石灰岩覆盖下方的矿化基岩来源是一致的。

两块VTEM异常的三维正演模拟表明测区西部有一块大型的板状体（东西270m，南北400m），电导率约为83S/m，在东部有一块较小的板状体（东西200m，南北280m），电导率约为112S/m。

两个块体均向南倾且埋藏较浅，大约埋深为150-160m。

图7展示了电阻率深部成像图和东部块体的电磁模型。

图6 VTEM晚期道时间常数与磁力梯度异常图7 L26180VTEM块体模拟结果：A)Z分量的dB/dt观测值和模拟值剖面；B)X分类的观测值和模拟值剖面；C)磁力剖面；D)电阻率深度成像和东部块体的模型参数。

然而，Albany石墨电磁异常也可以和弱磁响应区分开来，这与磁化的磁铁矿、磁黄铁矿或者是反磁性体石墨的地球物理性质的差异一致。

Z11-4F1钻孔验证了Uniform VTEM异常中的镍铜目标体。

地面TDEM数据从Loop 1和Loop 2电磁法结果可以确定两个分离的电导率异常，经推断，解释人员认定该异常为类通道构造（图8和图9）。

西部异常形态上类似一个粗糙的环状结构，深度大约在100-120m，时间常数逼近12ms。

东部的异常呈椭圆形，其长轴方向为北北西-南南东方向（图8），该异常电导率稍高，表现出较高的时间常数（15ms）。

对Loop 1简单的模拟研究数据表明两个区域的响应主要是受良导体顶部边缘控制。

解释人员利用厚度可调的多个块体来拟合实测数据，考虑到模型拟合中可忽略的差别，电磁异常响应仍主要受构造相对水平的异常体顶部的控制。

图8 晚期时间道Loop 1线圈的总场分布（黑实线代表模拟块体，白实线代表地表矿体）图9 晚期时间道Loop 2线圈的总场分布（黑实线代表模拟块体，白实线代表地表矿体）Loop 2线圈的模拟结果（图9）揭示了西部和东部的异常均有向深部延伸的潜力。

西部异常的模拟结果与实测数据拟合较好，最佳厚度在50-100m之间。

东部异常拟合结果为：最佳厚度150m左右，低于100m时将会得到较差的拟合结果。

结论与建议地面TDEMLoop 2线圈的结果证明其对北部异常的边缘最为敏感，但是解释的难点是南部异常体边缘的确定。

因此尽管Loop 1的模型是比较粗糙的拟合，解释人员仍使用它作为南部边界确定的依据。

总之，Loop 1和Loop 2线圈模拟的地下块状体为目标体的勘探提供了有力的佐证。

在进行了少量钻孔验证之后，Zenyatta公司得出结果，证明Loop 1的22道电磁总场数据等值线结果与经钻孔验证的角砾岩通道的轮廓具有高度的一致性（图10）。

图10 Loop 1总场地表等值线图与矿床模型的三维视角图三维航空电磁与地面电磁联合反演三维航空电磁反演是基于Albany项目VTEM和地面TEM的结果，使用UBC-GIF H3DTDinv系列反演程序。

对于矿体上覆的六条VTEM测线，垂向Z分量被转换为六类延迟时间在145微秒至580微秒间的关断时间道。

模型结果显示两块大型的良导和近环状的异常与矿床内100m的顶部区域有极强的关联性。

从两个固定线圈中收集得到的数据在之后经反演处理成功地构建出了一定深度的角砾岩管道的图像。

dB/dt的X和Z分量电磁场被用于进行五个关断时间道（关断时间介于1.312ms和22.735ms）的反演。

反演过程中，解释人员还使用了收发线圈之间距离加权的方法以更好地恢复一定深度内的电导率模型。

初始背景电导率模型是使用之前通过VTEM三维模型确定得到的一个有良导覆盖层的模型。

图11中的A图展示了带有已验证矿体线框图的三维反演模型的良导体，并且说明了角砾岩管道在深度200-250m的范围内如何形成一个良导体。

B图比较了三维反演良导体的表面和Crone公司的块体模型，证明二者之间存在良好的对应关系。

航空电磁和电磁法三维反演为目标体的勘探工作提供了足够精确有效的模型，帮助勘探工作者更好地理解已知矿体之外的矿床延伸情况。