瞬变电磁法在国内使用得较多的是中心回线装置(薛国强等，2007)，因为回线中心一次场可视为均匀场，解释相对简单(薛国强等，2004；石显新等，2009).中心回线装置探测深度可达500～800 m(Spies，1989；闫述等，2009).要加大探测深度，需要增加发射线框的边长.在山区要进行深部探测，布设一个大的水平的发射线框非常困难，甚至不可能，从而局限了中心回线装置的应用.电偶源装置，前苏联称为远区建场法，西方称为长偏移距法(LOTEM)，可同时测量电场和磁场，也可测量其中之一，探测深度大，主要用于石油勘探(牛之琏，1987;Strack et al., 1990).由于收发距较大，信号强度低，为了得到较高的信噪比，功率要求较大，因此设备非常笨重，难于在山区实现.线源瞬变电磁测深，也称为接地源短偏移距瞬变电磁法(简称SOTEM(薛国强等，2013))，是近年来越来受重视的一项新技术(Cuevas and Alumbaugh；2011，Um et al., 2012；薛国强等，2014)，在美国已取得专利技术(Ziolkowski，2010).它采用近区观测，信噪比高，设备较轻便，探测深度大(李冰等，2013)，为深部找矿提供了新的手段(薛国强等，2013).因此线源瞬变电磁测深是山区深部探矿瞬变电磁法发展的方向.

线源瞬变电磁法由于发射磁矩大，分辨率高，探测深度深，在岩溶、煤采空区等中(薛国强等，2013；陈卫营和薛国强，2013)得到应用.本次研究将线源瞬变电磁法应用于有色金属勘查领域，取得了较为满意的地质效果. 1 线源瞬变电磁法的基本原理

线源瞬变电磁法是利用接地电极，通以脉冲电流而在地下建立起一次脉冲磁场，当接地电极中脉冲电流突然断开时，磁场随时间变化很大，激励地下导体中产生涡流，此感应涡流不能立即消失，而有一个渐变的过渡过程.导体体积越大和导电性越好，涡流的热损耗越小，涡流消失或衰减的越慢.此涡流便在周围空间形成二次场.在瞬变过程的早期阶段，在频谱中高频谐波占主导地位，由于高频的趋肤效应，涡旋电流主要集中在导电介质的地表层附近且阻碍电磁场向深部传播，所以早期阶段主要反映地电断面上部的地质信息.在瞬变过程的晚期阶段，高频成分被导电介质吸收，在频谱中低频谐波占主导地位，所以晚期阶段主要反映地电断面深部的地质信息.因此可以达到测深的目的(朴化荣，1990；闫述等，2012；薛国强等，2014). 2 线源瞬变电磁法的工作装置及参数的影响

线源瞬变电磁法装置与电偶源瞬变电磁法装置均为接地源瞬变电磁法装置，它们的区别是线源瞬变电磁法装置在近区观测，即收发距小于目标物埋深3倍距离.此时供电线源不能再简单的视为偶极子，须要考虑线源长度(AB)的影响.

线源瞬变电磁法装置型式见图 1.

图 1

Fig. 1

图 1 线源瞬变电磁法装置图 1—线源AB；2—测线及编号；3—测点.Fig. 1 The map of ground TEM device 1—Ground source AB; 2—Survey line; 3—Station.

由图 1可见，测量剖面平行于线源AB布置于供电线源的一侧或两侧，可以进行剖面测量，也可以进行面积测量.线源瞬变电磁法的装置主要参数有偏离距R，供电极距AB的长度及测点位置.偏离距R为测线到线源AB的垂直距离；供电极距AB的长度为接地电极A到接地电极B的水平距离；测点位置用测点到线源AB中垂线的的距离(图 1中的X)表示.如果改变它们，将影响感应的二次电位的大小.这一点可从电偶源在均匀半空间二次磁场对时间偏导数公式(1)(陈明生和解海军，1999)中看出.从(1)式还可看到，θ的角度小于45°会使二次磁场对时间偏导数大幅降低，因而要限制θ的角度大于45°，以保证观测数据在规定时长内的精度和可靠性.

当供电线源AB不能视为电偶源时，AB称为线源.这时可以将AB等分为有限多个偶极子的叠加(李建平等，2007).

偏移距R是影响线源能否视为偶极子的最重要因素.理论计算表明在均匀半空间中，如果R/AB≥3时，把线源AB视为电偶源的影响不超过1%.在一般情况下，实践表明只要偏移距R/AB≥(6-8)h(h为探测目标埋深)，就可以把线源AB视为电偶源.

线源供电时，均匀半空间瞬变电磁法的瞬变曲线，可以通过(2)式进行计算.理论计算(陈卫营等，2011)表明：在均匀半空间中，供电电流越大或供电极距越大，二次感应电位越高；而偏移距与二次感应电位的关系比较复杂，当偏移距R变小时，磁场偏导数首支段幅值大，持续的时间短；中段曲线衰减加快，进入中后期段磁场偏导数幅值反而较偏移距大时小(见图 2).

图 2

Fig. 2

图 2 不同偏移距时中心点线源瞬变电磁场衰减曲线Fig. 2 The TEM curve of the different offset at center

另外据(2)式可仿照电偶源法定义(陈明生和解海军，1999)线源的早期视电阻率公式为

线源的早期视电阻率与电偶源的早期视电阻率相比，公式差别较大，线源的早期视电阻率受线源非偶极子(薛国强等，2011)影响较大；而线源晚期电阻率公式与电偶源的晚期电阻率公式完全相同，不受线源非偶极子影响，另外从(4)式可看到晚期电阻率如果保持偏移距不变，可使电阻率公式简单.这也是测线与供电线源平行的原因. 3 线源瞬变电磁法在熊耳山典型矿区的应用研究 3.1 龙门店铅锌银矿区的地质概况

龙门店矿区行政隶属河南省洛宁县.区域上位于华北地块南缘，熊耳山长垣状变质核杂岩的西段南侧.变质核杂岩由新太古界太华群片麻岩系和混合岩组成.盖层主要由中元古界熊耳群火山岩系组成，此外还有中元古界官道口群碎屑岩一碳酸盐岩建造和第三系含砾砂岩(赵定生，2011).矿区出露地层有：新太古界太华群龙潭沟组和段沟组，其岩性为片麻岩系和混合岩，分布于矿区北侧，是矿体的围岩，电阻率变化范围为1128～124887 Ω · m，众数为8591 Ω · m.中元古界 熊耳群下段，与太华群地层以滑脱拆离断层接触，岩性为安山岩，分布于矿区东南测，电阻率变化范围为 1230～84255 Ω · m，众数为11321 Ω · m.少量第四系，分布于沟谷中，电阻率为30～120 Ω · m(见图 3).区内构造主要为滑脱拆离断层及其次生的北东向断裂，褶皱不发育.地层呈单斜形态，总体倾向南，倾角15°～ 40°.滑脱拆离断层带走向北东，倾角20°～35°.北东向断裂一般表现为构造蚀变带，破碎带内构造岩主要为蚀变碎裂岩，偶有构造角砾岩或糜棱岩.常见蚀变类型有硅化、绢云母化、绿泥石化、钾化、碳酸盐化、黄铁矿化、褐铁矿化、方铅矿化、黄铜矿化、孔雀石化、高岭土化等.断裂多呈舒缓波状延伸，有分支复合和膨缩现象，总体以NE-NNE走向为主，倾向NW，倾角20°～80°，变化范围较大.出露长度一般500～1500 m，最长已有2400 m，厚度1～8 m，局部可达20余米.矿体严格受构造控制，目前发现的含矿破碎带主要有k1、k2、k3、k4、k6、k9等.

图 3

Fig. 3

图 3 龙门店铅锌银矿区地质及TEM工作布置图 1—第四系;2—熊耳群;3—太华群龙潭沟组;4—太华群段沟组;5—辉绿岩; 6超美铁质岩; 7—地质界线;8—矿脉;9—线源瞬变电磁法剖面及编号;10—电极点及编号. Fig. 3 The geological map of Longmendian Pb-Zn-Ag deposit and having TEM profile 1—Quaternare sediments；2—Middle Proterozoic Xiong’er Group; 3—Longtan’gou Team of Archean Taihua Group; 4—Duangou Team of Archean Taihua Group; 5—Diabase; 6—Ultramafic rock; 7—Geological boundary; 8—Ore Vern; 9—Ground TEM profile and No. 10—Ground electrode and No.

k9号矿脉位于矿区东南部，太华群与熊耳群不整合面拆离断层附近，产于太华群片麻岩中.控制长度约700 m，呈脉状、豆荚状产出，具舒缓波状变化，厚度1～2.38 m，倾向275°～330°，倾角60°～84°.蚀变带中构造岩表现为强硅化蚀变岩、蚀变糜棱岩及蚀变糜棱岩化黑云角闪斜长片麻岩.破碎带中间一般为强硅化体，大部以石英脉形式出现，矿物成份主要为石英，少量长石等.矿化主要为黄铁矿(褐铁矿)化、方铅矿化、黄铜矿化、孔雀石化等.局部地段岩石为硅质胶结的糜棱岩，保留了部分糜棱岩成份.

K9矿体由08线～07线钻探工程控制，为银铅矿，呈脉状产出.矿体赋存标高810~1043 m，分布在00线、03线，沿走向控制长度80 m，厚度2.10 m，倾向325°，倾角70°.银品位最高2542×10^-6、最低40.3×10^-6、银平均品位302.81×10^-6；铅品位最高12.55%、最低0.11%、铅平均品位0.67%.主要矿化有方铅矿化、硅化，矿石类型主要为蚀变岩型.估算矿石量97945 t，银金属量29.32 t，铅金属量695.41 t.

矿石的成分和结构构造决定了矿石的电学性质.当矿石为块状方铅矿化时，电阻率较低，电阻率变化范围为11～1550 Ω · m，众数为164 Ω · m.当矿石为细脉状侵染状时，电阻率较高，电阻率变化范围为5848～1227572 Ω · m，众数为89147 Ω · m，其原因为石英或方解石为矿石的主要成分，金属矿物颗粒联通性差.构造蚀变带岩石破碎程度大，为矿区地表水的排水通道，其在潜水面下时，含水量大，水矿化度高，电阻率低，一般为100～2000 Ω · m.

因而深部的探测目标物构造控制的矿体，一般表现为低阻异常特征，矿化岩石和围岩太古宇片麻岩和混合岩一般表现为高阻异常特征. 3.2 线源瞬变电磁法的应用研究

线源瞬变电磁法的应用研究在龙门店矿区 K9矿脉上进行.

在K9矿脉上布置5条测线，使测线与矿脉走向大致垂直，编号7、3、0、4、8与地质勘探线一致.线距为80 m，点距为10 m(见图 3)，其中0线为试验剖面.目的是研究K9矿脉深部构造延伸情况和深部矿化信息.

研究使用的仪器为V8 System 2000.net 地球物理采集系统，它由V8TM多功能盒子、RXU-TMRTM发射监控盒子和TXU-30发射机组成.配套的设备为30 kW发电机、MTEM-AL线圈.工作前对仪器进行标定，保证仪器工作正常.为能够提供较大的供电电流，保证研究工作的顺利进行，A、B供电电极用8块铝电极板挖坑处理布设，供电导线使用6 mm²耐压2000 V以上的导线.供电电流可以达到10 A，频率使用5 Hz.瞬变衰减曲线的数据观测沿剖面按点距逐点进行，要求衰减曲线起点正常，曲线圆滑平顺，对受干扰的点重复观测，对人文干扰注意避开. 3.2.1 方法试验

方法试验K9矿脉的0线进行.偏离距对瞬变曲线的影响较为复杂，因而主要试验了不同偏离距的情况.

当偏离距R=500 m时，发现了测线上大部分测点出现激发极化干扰，激发极化效应使瞬变衰减曲线下拉甚至变负(徐凯军等，2010)(图 4).因目前还不能分离激发极化干扰， 导致瞬变衰减曲线无法解释.

图 4

Fig. 4

图 4 偏移距R=500 m时，激电干扰的线源瞬变衰减曲线Fig. 4 The TEM curve of having IP disturbance on the offset distance R=500m

当偏离距R=1000 m时，所有测点均无强激发极化效应，瞬变衰减曲线光滑正常(见图 5).在8线实测时，也没发现激发极化干扰，8线偏离距R=840 m.说明偏离距增大可有效压制激发极化对瞬变衰减曲线的干扰.具体在测量时，偏离距应通过试验决定.

图 5

Fig. 5

图 5 偏移距R=1000 m时，激电干扰的线源瞬变衰减曲线Fig. 5 The TEM curve on the offset distance R=1000 m

对于无干扰正常的瞬变衰减曲线，把曲线分为首支、中段、尾支.曲线的首支感应磁场随时间变化平缓，属瞬变场早期阶段，反映浅部某一深度的平均电阻率，但不能反映该深度电阻率的变化.曲线的中段感应磁场随时间快速衰减，属瞬变场中晚期阶段，该段反映地下电阻率随深度变化的信息.尾支一般界定为干扰电平或仪器灵敏度电平区，该段仪器不能识别或被噪声淹没.因而反映地下电阻率随深度变化最有意义的时间段为中段，反演时也取该段的数据进行反演.

由于瞬变曲线的首支因不能反映浅部电阻率的变化，所以可视为线源瞬变电磁法的盲区(嵇艳鞠等，2006).研究发现盲区范围随偏离距增大和地下电阻率的减小而变大.

取瞬变衰减曲线的中段，利用商业的IX1D瞬变电磁软件进行反演，反演结果见图 6.从00线反演断面图可以看到：深部-200 m标高至0 m标高有两个明显低阻异常(红线)，它们等值线形状具明显的方向性，把它们分别与钻孔控制的K9和K9-1矿化蚀变带相连，能够反映K9和K9-1矿化蚀变带在08线断面上的展布(图中黑线).由于K9矿化蚀变带是含矿蚀变带；K9-1破碎带不含矿，判定左边(小号点侧)低阻异常为矿致异常，右边(小号点侧)低阻异常为破碎带中局部积水异常.

图 6

Fig. 6

图 6 龙门店矿区k9矿脉00线线源瞬变 电磁法反演电阻率断面图 1—斜长角闪片麻岩；2—矿体及编号；3—破碎带及编号；4—钻孔；5—电阻率等值线；6—推断断层；7—推断矿体.Fig. 6 The inverse resistivity section of Ground TEM at 00 profile K9 ore vern 1—Amphibolite gneiss; 2—Ore & NO.; 3—Crushed zone; 4—Borehole; 5—Resistivity contour; 6—inferred fault； 7—inferred ore.

0 8、04、03、07剖面偏离距分别为840 m、920 m、1080 m、1160 m，瞬变衰减曲线光滑无激电干扰，剖面数据反演使用IX1D软件进行反演.反演结果可整理成剖面断面图(如图 6)、不同高程切面图、断面并列图等形式.如图 7为08～07线断面并列图.

从图 7低阻异常的相对位置，结合矿区矿体的分布规律可以推断，03线K9含矿矿化蚀变带上部的低阻异常与07线K9含矿矿化蚀变带的低阻异常相连可推断为一个矿体(图中粗线)，03线K9含矿矿化蚀变带下部的低阻异常与00线K9含矿矿化蚀变带的低阻异常相连可推断为另一个矿体(图中粗线).04线K9含矿矿化蚀变带的低阻异常为一个孤立的小矿体.到08线k9含矿矿化蚀变带中无低阻异常，矿体已尖灭.

图 7

Fig. 7

图 7 龙门店矿区k9矿脉08～07线反演电阻率断面并列图(图例见图 6)Fig. 7 The picture of ranging the inverse insistuvity section of 08～07 profile(legend seeing fig.6)

通过理论计算和野外试验及应用可以得到如下结果：
(1)线源瞬变电磁法装置测线应与线源接地电极A、B连线平行布设.测线端点应在由线源AB中点引出的两条直线范围内，这两条直线与线源AB成45°的夹角.

(2)线源瞬变电磁法的偏离距应使瞬变曲线中段有足够的长度，在有激发极化干扰的地区，偏离距应通过试验选择，可通过增加偏离距压制激发极化场干扰.

(3)线源AB长度一般取1000～3000 m，信噪比高时，取小值.电流应大于5A，频率应不大于5 Hz.其他野外要求按相关瞬变电磁法规程执行.

(4)线源瞬变电磁法在洛宁县龙门店银矿应用表明，K9矿脉的深部存在明显的低阻异常，有较好的找矿潜力.

4.2 结 论

(1)线源瞬变电磁法装置轻便，能多台接收机同时工作，工作效率高，适宜山区等恶劣地形.

(2)线源瞬变电磁法探测深度大，深部分辨率高，但浅部存在盲区，与其他浅部探测方法配合使用，效果更佳.