大地电磁测深法在深部矿产资源调查中的应用

ＺＫ５４１和 ＺＫ５０１孔的标定结合控矿环境分析，推测 找矿。
上述 ３处低阻异常圈闭与磁铁矿体的存在密切相 参考文献：
关，ＺＫ５２１孔未见矿也佐证了该认识。 依据反演资料成果推测，矿体埋深顶板约 １３２９
ｍ，底板约 １４１１ｍ，厚度约 ８２ｍ。钻孔验证，在记录 深度顶面 １３８２ｍ和底面 １４１６．３ｍ间发现粒状结
［７］ 朱仁学．断 层 的 大 地 电 磁 响 应 研 究 ［Ｊ］．长 春 科 技 大 学 学 报， １９９９，２９（３）．
ＴＨＥＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦＭＡＧＮＥＴＯＴＥＬＬＵＲＩＣ ＳＯＵＮＤＩＮＧ ＴＯ ＴＨＥＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＯＮＯＦＯＲＥＲＥＳＯＵＲＣＥＳＡＴＤＥＰＴＨ
ＸＵＸｉｎｘｕｅ
选择合理的 地 球 物 理 方 法，可 以 起 到 降 低 成 本、高
在 Ｌ０２线 ６、１１号和 ３号点以 １０Ω·ｍ等值线 质、高效的作用。频域大地电磁测深法以其优势在
可圈定 ３套不连续的低阻圈闭，形态与地层分布基 勘查厚层低阻覆盖区的控矿环境与构造中起着重要
本一致，沿剖面埋深自 ９００～１４００ｍ不等。依据 的作用，在特定的地质环境条件下也可应用于直接
深部矿查资源调查是相对于地表出露和浅部找 矿而言，我国过去固体矿产（特别是金属矿）的勘查 深度一般小于 ６００ｍ，多为 ３００～５００ｍ，而目前的采 矿深度至少可达 １０００ｍ，因而存在二次深部找矿空 间。２００８年 １月，国土资源部针对主要成矿区带， 提出了对地表矿体未出露的覆盖区以及现有矿区深 部及边缘隐伏矿床开展 ５００～２０００ｍ深部资源潜 力评价的战略目标，把重要固体矿产工业矿体勘查 深度推进到 １５００ｍ。在从地质角度加强成矿规律 和预测的研究过程中，探索一系列有利于深部找矿 的地球物理新技术和新方法，如可控源、高频大地电 磁、大地电磁、瞬变电磁等对于实现深部找矿有重要 意义。在低阻覆盖层较厚以及目标层超过 １０００ｍ 的特定地区，频域电磁法以其理论原理和工作方法 在地球物理方法中显示了较明显的优势。
好，海拔高程 １０００ｍ以上标志层位等值线横向不 高阻标志层，其底界成密集梯度带。结合已知矿床
连续，与断裂 Ｆ１的存在密切相关；在 ２号点附近，等 值线也出现错断和横向不连续现象，推测为近北东
和钻孔标定认识，下伏中奥陶统地层中出现的低阻 圈闭异常与热接触交代型磁铁矿床的赋存有关，并
向 Ｆ２断裂的影响，表明研究区构造走向近北东。电 性层总的趋势也是南东侧浅北西侧深，在海拔高程
构，块状构造，品位 ２０％ ～３０％的磁铁矿，矿体厚度 ３４．３ｍ，与大地电磁测深法成果推断的顶底板误差 仅为 ３．８％和 ０．５％，具有极高的吻合程度，是频域 大地电磁测深法在深部矿产勘查中的成功应用。
应用现状及进展［Ｊ］．地质调查与研究，２００４（增刊）． ［４］ 山西省地质矿 产 局．山 西 省 区 域 地 质 志 ［Ｍ］．北 京：地 质 出 版
（ＭｉｎｉｎｇＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＴｉａｎｊｉｎＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＢｕｒｅａｕ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１７０，Ｃｈｉｎａ）
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成上下 ２个接触带。在火成岩与灰岩接触带内多形 上部划为第四系覆盖层；以 －２００～－５００ｍ处密集
成矽卡岩，而矽卡岩与磁铁矿在空间上紧密共生，以 的梯度带为标志，电阻率对数值 １．５Ω·ｍ的等值
交代 碳 酸 盐 为 主。因 而 断 裂 带 为 主 要 的 控 矿 构 线来划分石炭—二叠系的底界面，该套地层岩性以
第 ３５卷第 １期 ２０１１年 ２月
物 探 与 化 探
ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．，２０１１
大地电磁测深法在深部矿产资源调查中的应用
徐 新 学
（天津华北地质勘查局 华勘矿业公司，天津 ３００１７０）
摘 要：在临汾磁铁矿资源调查中，应用大地电磁测深法，结合已知钻孔标定、控矿环境分析以及反演断面电性等值 线特征和目标层位的错动，圈定了 １４００ｍ深度磁铁矿体的顶、底板界面和控矿断裂构造的位置。验证结果表明推 断的顶、底板深度与实际深度误差分别为 ３．８％和 ０．５％，是频域电磁法在深部矿产资源勘查中应用于直接找矿比 较成功的实例。表明探测深度大、对高导层（体）反映敏感的大地电磁测深法在深部及隐伏矿勘查中也是行之有效 的。 关键词：深部找矿；大地电磁测深法；磁铁矿；资料反演 中图分类号：Ｐ６３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－８９１８（２０１１）０１－００１７－０３
部低阻层（体）与高阻层（体）的伴生，表明可能存在 等值线圈闭，与 ＺＫ５０１和 ＺＫ５４１孔已知磁铁矿体的
低阻特性的磁铁矿体，低阻等值线异常圈闭形态及 深度一致。剖面右下方高程范围 －２０００ｍ以下呈
规模与矿体的分布有密切关系。图 ２给出了 ２条测 现较明显的高阻特性，推测为岩浆侵入体的反映。
线的反演电阻率断面。
１ 方法技术
频率域电磁法是通过在地面观测随时间变化的 电磁场分量来探测地下电性结构的，其场源是太阳 活动产生 的 电 磁 波 或 人 工 发 射 的 电 磁 场［１］。 探 测
深度遵循趋肤效应公式 ｐ＝５０３槡ρａ／ｆ（ｐ为趋肤深
度，ρａ为趋肤深度范围内的视电阻率值，ｆ为电磁波 频率），从 中 可 以 看 出，随 着 供 电 频 率 从 高 到 低，勘 探深度从浅到深，因而依据记录的频率范围，勘探深 度可从地表至几公里，乃至上百公里。
在 １０、４及 ２号点附近，电阻率等值线及目标层位出
由图 ２ａ反演资料分析，地层埋深总的趋势为南 现错动现象，推测为 Ｆ１～Ｆ３的电性反映。
１期
徐新学：大地电磁测深法在深部矿产资源调查中的应用
·１９·
图 ２ Ｌ０２线（左）、Ｌ０１线（右）反演电阻率断面
图 ２ｂ上 ６号点附近，两测线交叉点资料吻合较 南东侧浅，北西侧深的趋势，石炭—二叠系地层为中
［１］ 陈乐寿，王 光 鄂．大 地 电 磁 测 深 法 ［Ｍ］．北 京：地 质 出 版 社， １９９０．
［２］ 戴世坤，徐世浙．ＭＴ二 维 和 三 维 连 续 介 质 快 速 反 演 ［Ｊ］．石 油 地球物理勘探，１９９７，３２（３）．
［３］ 徐新学，赵宪堂，王 宝 勋．大 地 电 磁 测 深 资 料 常 规 反 演 方 法 的
频率域电磁法特点是对高导层（体）反应敏感， 利于直接寻找高导矿体和控矿断裂构造，为深部找
矿提供信息。横向观测精度与点距有关，多为最小 探测目标体的二分之一；纵向分辨率与电阻率及电 性结构有 关，一 般 最 高 垂 直 分 辨 率 为 勘 探 深 度 的 ５％。在矿产资源勘查中多采用高密度的阵列电磁 法，一则可有效降低频率域电磁法中普遍存在的静 态效应，二则可提高生产效率和横向分辨率，有利于 圈定构造和岩（矿）体边界。
以 １０Ω·ｍ电阻率等值线在 ９００～１４００ｍ深度圈 定 ３处推测为磁铁矿床的电阻率异常，为钻孔设计
－３２０～－７００ｍ深度存在横向延伸超过 １．８ｋｍ向 提供了可靠依据，钻孔验证吻合程度较好。
大号点消减的大规模低阻条带，与 ＺＫ５４１正开采的
在深部矿产资源勘探中，针对矿床类型和埋深，
磁铁矿床对应一致。
２．２ 基本概况 考虑到研究区表层低阻、覆盖层厚、矿体埋深大
且干扰背景小，采用了 Ｖ８系列仪器进行天然源阵 列大地电磁测深法进行张量资料采集的方法，观测 频率 ３２０～０．０１Ｈｚ。围绕已知矿体布设交叉的 ２条 测线（图 １，Ｌ０２线 １０号点和 Ｌ０１线 ６号点重合）。 在对资料预处理的基础上采用了二维连续介质反演 方法进行建模处理，拟合误差 ０．１５％，标明模型可 靠。据已 知 资 料 分 析，在 Ｌ０２线 的 南 端 １号 点 （ＺＫ５０１）深部 ９００ｍ发现呈低阻特性的磁铁矿体， 而 ＺＫ５２１钻遇石炭系地层未见矿，ＺＫ５４１见磁铁矿 床并已开采。设计的 ＺＫ５２３孔位于测线北端磁异 常中心的北部，设计井深约 １５００ｍ，勘探的目的是 通过对已知见矿孔的追踪分析为设计井深提供资料 依据，并探讨控矿环境。
社，１９８９：１５０． ［５］ 刘俊昌，徐新学．大地电磁测深资料在思茅坳陷基底构造特征
研究中的应用［Ｊ］．物探与化探，２００７，３１（３）．
３ 结语
［６］ 王瑜．磁铁 矿 和 围 岩 的 电 性 特 征 及 解 释 方 法 ［Ｊ］．河 北 煤 炭， ２００３（４）．
研究区构造走向近北东，地层埋深总体表现出
造［６］，其两侧多赋存矿体，在电性剖面上多成层状 砂、砾岩以及炭质和砂质页岩为主，电阻率值最高近
分布，与地层产状基本一致。
１００Ω·ｍ，是区内明显的中高阻标志层；其下覆巨
２．３ 成果认识
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厚的奥陶及前奥陶系地层。在奥陶系地层中海拔高
据研究区成矿条件分析，在正常的电性层中，局 程约 －５００ｍ存在相对连续的低阻层，按 １０Ω·ｍ
图 １ 研究区测线 Ｌ０１、Ｌ０２布置示意
就成矿的地质条件而言，矿体的分布形态与火 东浅，北 西 深。在 层 位 的 划 分 上，依 据 ＺＫ５０１和
成岩的侵入有直接关系［５］，而断裂带则为岩浆上溢 ＺＫ５２１钻孔的标定，可以把高程范围 ２００～３００ｍ左
通道，在上移过程中沿中奥陶系层间薄弱带侵入，形 右横向连续的电阻率对数值约 １．４Ω·ｍ的等值线
２ 应用实例
２．１ 基本概况 研究区隶属山西临汾盆地，据钻孔揭示的情况，
该区存在的地层自上而下主要为第四系、二叠系、薄 层的石炭系、巨厚的奥陶系等，其他地层大多缺失。 第 四系岩性主要为黄土（１０～５０Ω·ｍ），见细砂黏
收稿日期：２０１０－０２－１０
·１８·
物 探 与 化 探
３５卷
土层，厚度变化较大，一般为 １００～２１０ｍ；二叠系在 区内广泛分布，电阻率约 １００Ω·ｍ为第四系所覆 盖，主要成分为砂岩、页岩、泥岩及其互层，分布厚度 约在 ５００～７００ｍ不等；钻孔揭示石炭系厚度约 ４０ ～１００ｍ，主要成分为炭质及砂质页岩；奥陶系主要 成分为石 灰 岩、泥 质 灰 岩，在 中 奥 陶 系 Ｏ２２－１段 可 见，矽卡岩、黄铁矿、磁铁矿颗粒或矿脉，由于该套地 层上部含泥质和低阻特性的矿物颗粒，故显示相对 低阻（２０～３０Ω·ｍ），推测其厚度约为 １～２ｋｍ。 从区域资料分析［４］，石灰岩、大理岩电阻率最高，石 英砂岩、岩浆岩次之，矽卡岩中等，泥岩页岩较低，而 磁铁矿、铁铜矿、铜矿等最低，具备开展地球物理工 作的物性前提。当泥质含量增高或富含水时，灰岩、 大理岩的电阻率降低，而岩浆岩随石英含量的增多 则电阻率增大。
频域电磁法按场源可分为人工源和天然源，按 观测频率范围可分为高频大地电磁测深（１００ｋＨｚ～ １Ｈｚ）、宽频带大地电磁测深（３２０～０．０１Ｈｚ）和超宽 频带大地电 磁 （４００～１０－５Ｈｚ）。 在 资 料 处 理 上，通 过对观测到的时间序列数据进行傅氏变换的方法来 获取电磁场的功率谱数据，继而对预处理后的数据 进行定性认识和二维综合信息反演建模。该领域二 维反演方法成熟，种类较多，代表性的有连续介质反 演［２，３］、快速松弛反演、共轭梯度反演等。通过反演 过程中多参数的最佳拟合，建立合理的地球物理模 型，在此基础上，依据地下介质电阻率分布规律，结 合定性、定 量 成 果 分 析 和 地 质 认 识，实 现 对 控 矿 构 造、环境及容矿空间定量的综合解释。