地球物理学进展  2016, Vol. 31 Issue (6): 2510-2520   PDF    
多种频率域电磁法在冷水坑矿集区的应用效果对比
邓居智1,2, 郑燕青1, 陈辉1,2, 周彪华1, 吴从辉1     
1. 东华理工大学地球物理与测控技术学院, 南昌 330013
2. 东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室, 南昌 330013
摘要: 江西省冷水坑矿集区具有浅部斑岩型矿体与深部层控叠生型矿体的复杂组合.利用现代地球物理方法对矿集区地下深部结构进行了探测,对圈定地下容矿、示矿地质信息和认识地下深部成矿过程具有重要意义.本文以位于江西省贵溪市境内的冷水坑银铅锌矿田为试验研究区,开展了混场源音频大地电磁测深法(EH4)、音频大地电磁测深法(AMT)以及可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)三种不同频率域的探测试验,研究和总结了频率域方法以及不同仪器电磁法数据采集特点和应用效果,为频率域电磁法勘探提供借鉴和参考.通过对冷水坑矿集区典型勘探线上三种电磁方法的数据处理,绘制了视电阻率和相位单点测深曲线、原始拟断面及二维反演断面图.发现单点曲线形态基本一样.由于AMT在低频段受矿区工业干扰,视电阻率曲线呈45°上升;视电阻率、相位拟断面对地下电性分层结构基本一样,总体可分为三层,且分层结构较清晰;二维反演断面能够较好反映地下高低阻异常响应,但响应效果有所差异且CSAMT法效果较好.因此在干扰严重地区,建议选用人工源发射的可控源音频大地电磁测深法(CSAMT).
关键词冷水坑     频率域电磁法     EH4     AMT     CSAMT     二维反演    
Comparison of various frequency-domain electromagnetic methods for mineral exploration in Lengshuikeng ore-concentration area
DNEG Ju-zhi1,2 , ZHENG Yan-qing1 , CHEN Hui1,2 , ZHOU Biao-hua1 , WU Cong-hui1     
1. School of Geophysics and Measurement-control Technology, East China University of Technology, Nanchang 330013, China
2. Key Laboratory of Radioactive Geology and Exploration Technology Fundamental Science for National Defense, East China University of Technology, Nanchang 330013, China
Abstract: The Lengshuikeng ore deposit in jiangxi province owns a complex combination of a shallow porphyry ore body and deep stratiform ore body. The underground deep structure of ore concentration area can be probed by using modern geophysical methods, which has important guiding significance for understanding the causes of deep metallogenic, delineating the host rocks and ore geological information. In this paper, we chose the Lengshuikeng Ag-Pb-Zn ore field in Guixi city, Jiangxi province, as a trial site. The prospecting experiment of different combination methods were carried out by the method of mixed field source audio magnetotelluric (EH4) sounding, audio magnetotelluric (AMT) sounding and controlled source audio magnetotelluric(CSAMT). It can be used to analysis and research every method at different frequencies domain as well as acquisition characteristics and the application effect of electromagnetic methods of the different instruments, which can offer references to the frequency domain electromagnetic exploration method. By processing typical exploration line data of three kinds of frequency domain electromagnetic method in Lengshuikeng ore district, we draw apparent resistivity and phase sounding curves, original pseudo section and two-dimensional inversion section, this experimental study shows that a single point curve shape is almost the same. Since the AMT is easily interfered by the mining industry in the low frequency, the apparent resistivity curve was 45° rise; Apparent resistivity and phase pseudo section are basically the same for dividing the underground layers. Generally, stratigraphic texture can be divided into three layers, and the structure is clear. Two-dimensional inversion results have good effect on distinguishing the abnormal response of high and low resistance, but it has obvious difference for subsurface characterization and the inversion result of CSAMT has better effect than others. Thus we should recommend to choose CSAMT method of artificial sources in areas of severe noise.
Key words: Lengshuikeng     frequency-domain electromagnetic methods     EH4     AMT     CSAMT     2-D inversion    
0 引言

江西省贵溪市境内的冷水坑铅锌银矿,是我国重要的铅锌银矿集区,是目前我国乃至亚洲已知最大的隐伏银矿田(卢燃等,2012徐贻赣等,2013;).冷水坑地区主要存在层状富铅锌银矿体和与燕山期中酸性花岗斑岩有关的斑岩型矿体两种矿化模式(孟祥金等,2009;左立艳等,2009).该区主要进行以地球化学探测和少量钻探工程为主的勘查工作,深部地球物理勘探工作较为欠缺,只开展了少量的频谱激电(复电阻率法)工作(倪鹏,2012).

频率域电磁法(Frequency-Domain Electromagnetic method,简称FDEM)是通过观测和分析不同频率的人工场源或天然场源激发地下介质产生的二次场或总电磁场分布规律以探明地下介质电性分布特征,包括天然场源的大地电磁测深(MT)、音频大地电磁法(AMT),人工场源的可控源音频大地电磁法(CSAMT)以及混合场源的频率域电磁法等(刘国栋,2004赵国泽等,2007董树文等,2010).在国内频率域电磁法的采集仪器主要有加拿大凤凰公司V8电法工作站、德国Metrinix公司的GMS-07e系统、美国Zonge公司GDP-32多功能电法系统和美国EM-I和Geometrics公司联合推出的EH4电磁成像系统等(Li et al., 2013).这些方法具有勘探深度大,分辨率较高,工作较便捷,成本较低等优点,已经在矿产勘查和深部找矿中发挥着重要作用(Chen et al., 2010;Younis et al., 2015).Tuncer等(2006) 在Athabasca盆地不整合铀矿区开展面积性AMT勘查工作,获取了地下三维电性结构并查明深部成矿有利远景区.Patro和Harinarayana(2009) 在锡金的喜马拉雅山脉开展了宽频带MT法,结果表明变质流体可能是导致深部低阻异常的原因.Kaya(2010) 开展了MT探测方法并建立了土耳其西北部深部地壳结构模型,表层低阻,上地慢呈现高阻带.底青云等(2002) 在牛栏山水源厂及某铁矿山用V6多功能电法仪开展了CSAMT方法,对300m以浅地层界面、含水性分析以及灰岩中溶洞发育情况有比较精确反应.张作伦等(2009) 借助于EH4电导率成像系统和GDP-32多功能电法仪在内蒙新民煤田勘查区开展了EH4方法和激电测量,最终预测了煤系地层的空间分布特征.张建奎(2010) 在甘肃某铅锌矿区利用GDP-32II多功能电法仪开展了CSAMT法,结合物性资料得出:低阻及高阻异常并非矿致异常,而过渡区才是找矿的有利部位.范翠松等(2012) 在安徽某地区使用V8多功能电法仪开展了频谱激电(CR法),对实测数据进行反演成像并结合地质资料能成功圈定矿区的地质构造及矿体.肖晓等(2014) 在安徽庐枞矿集区使用V5多功能电法仪开展了MT法,获得了庐枞矿集区及其邻近10Km以浅的地电结构.冯兵等(2014) 在南岭于都-赣县矿集区使用V8多功能电法仪开展了AMT法,发现了一个隐伏岩体-柳木坑岩体和推断了3Km以浅变质岩系和沉积岩系地层分布情况.姚大为等(2015) 在九瑞矿集区使用V5多功能电法仪开展了AMT法,数据二维反演结果表明AMT法能够很好地探测地下目标地质体和划分地层.因此,针对不同矿床或地区采用不同频率域电磁法都取得良好效果,但对上述各种方法的优缺点及应用效果少有综合对比研究.匡海阳等(2012) 以泥河铁矿为例,对瞬变电磁法、AMT和混场源电磁法的深部勘探应用效果进行对比,指出整个反演断面特征基本类似,在局部会存在一定差异.张昆等(2014) 又以泥河玢岩铁矿为例,开展了音频大地电磁、可控源音频大地电磁、瞬变电磁和复电阻率法,获得了矿区地下三维电性结构模型,表明高质量的数据处理和有效的反演方式,是电磁法寻找玢岩铁矿的重要保障.

据此,本文以冷水坑矿集区为例,在代表性勘探线开展音频大地电磁测法(AMT)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)和天然源与人工源混合的电磁测深法(EH4) 综合对比试验.研究总结各方法的优缺点和应用效果.一方面从视电阻率和相位曲线,拟断面图,和二维反演结果等方面对各方法异同点及勘探效果进行综合对比和分析;另一方面结合地质和物性资料,查明深部地质结果和圈定有利成矿靶区.

1 频率域电磁法基本原理

在矿产勘查和深部找矿中,经常使用频率域电磁法主要为音频大地电磁法(AMT)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)、及混场源电磁测深法.AMT采用以天然电磁场信号为场源,通常在1~10 kHz范围内进行观测Ex、Ey、Hx、Hy和Hz(可选)五个分量,观测时间通常为30~120 min.但天然场源在2000~5000 Hz范围内为死频带,信号比较弱,难于采集高质量数据.该方法采集仪器主要为GDP-32、V8和V5系列等.为了解决这一问题,地球物理学家提出两种不同思路解决方案.其中一种是混场源电磁测深法,通过便携式低功率发射系统发射高频(1~100 kHz)人工电磁信号来补偿天然信号的不足,低频段(10~1000 Hz)仍然采用天然场源,观测Ex、Ey、Hx、Hy四个分量.该方法采集仪器主要为EH4,采集时间几分种到几十分钟之间.另外一种为可控源音频大地电磁法,采用大功率发射机发射全频段(1~10000 kHz)的信号源为人工场源,克服天然场源能量微弱的缺点,在远区观测相互正交的电场(Ex)、磁场(Hy)分量(图 1a),通常多个电场分量共用一个磁场分量.采集仪器主要为V8、GDP-32、GMS-07e等,采集时间通常为30~60 min.

图 1 CSAMT(a)、AMT(b)和EH4野外工作装置布置图 Figure 1 CSAMT(a)、AMT(b)and EH4(c)equipments in field operation

频率域电磁法场源都近似为看成平面波,根据卡尼亚电阻率定义公式将相互正交的电磁场转化为视电阻率和相位,其卡尼亚视电阻率和阻抗相位公式定义为

(1)
(2)

式中:ω为角频率,μ0是真空中的磁导率,其值为4π×10-7H/m,Ex是电场分量,Hy是磁场分量,φEx为电场相位,φHy为磁场相位.

另外根据电磁波的趋肤效应理论,可以估算有效探测深度,其公式为

(3)

式中:h为勘探深度,ρ代表介质的电阻率,f代表频率.

表 1 几种方法比较结果 Table 1 The comparison result of several method
2 研究区概况 2.1 区域地质背景

研究区地处扬子板块与华南板块拼接带南侧,华南板块的北东缘,中国东部环太平洋成矿带的内带,武夷银多金属成矿带北段.区域构造上受北东向鹰潭—安远大断裂和东西向广丰—萍乡深断裂控制.震旦系变质岩组成褶皱基底,盖层主要是侏罗系上统陆相火山杂岩,构成了月凤山和天台山两个火山断陷盆地,局部分布石炭系及第四系.区内地质构造复杂,以断裂构造为主,可分为北北东—北东向、北西向、近东西向和近南北向断裂系统,其中以北北东—北东向断裂系统最为发育.岩浆活动强烈,岩浆岩分布广泛,主要为加里东晚期和燕山中期、晚期中酸性—酸性岩类.区域内矿产资源非常丰富,矿种有银、铅、锌、铁、锰、铜、金、硫等,矿床规模有的达到大型或特大型,矿区隶属于著名的江西省冷水坑银铅锌矿田,矿田内还有鲍家银铅锌矿、下鲍银铅锌矿等矿区①.

① 东华理工大学.2011.《东部铁铜铅锌重要矿集区深部资源勘查技术与示范》成果报告.

冷水坑矿区地层主要有震旦系(Z)上统老虎塘组、侏罗系(J)的打鼓顶组和鹅湖岭组以及第四系(Q).震旦系岩性主要为云母石英片岩、石英云母片岩、黑云斜长片麻岩等变质岩.侏罗系(J)的岩性为一套钙碱性—碱性序列的陆相火山岩,该套岩系中夹多层碳酸盐、硅质岩(铁锰碳酸盐岩)等水下沉积物,经后期成矿叠加可形成银铅锌(铁锰)工业矿层(体).侏罗系(J)的岩性包括了打鼓顶组浅灰色和紫红色流纹质玻屑熔结凝灰岩、肉红色流纹岩、玻屑凝灰岩、砂砾岩、流纹质熔结凝灰岩、杏仁状安山岩、粗安岩、碱玄岩等.鹅湖岭组岩性主要由流纹质熔结凝灰岩、晶屑凝灰岩、流纹岩等组成.侏罗系(J)打鼓顶组和鹅湖岭组两大旋回的铁锰碳酸盐角砾岩夹层是冷水坑银铅锌矿床直接赋矿岩石.第四系(Q)岩性主要由岩块、碎石、砂土(亚砂土)、粘土(亚粘土)等组成.矿区构造主要由褶皱构造、断裂构造、裂隙及层间断裂破碎带组成.矿区褶皱构造不很发育,侏罗系(J)上统火山岩组成一走向北东,倾向南东,倾角10°~30°的缓倾单斜构造,局部产状较陡;另外在震旦系(Z)还可见规模不大、褶皱轴向为北东—北北东向的褶皱.矿区断裂构造很发育,以北东向F1、F2断裂构造为主.其中F1在矿区内未出露,分布在矿田的南东面,是区域性湖石断裂的中段部分.它控制了区域火山构造的边界.断裂性质为压性-压扭性,表现为逆断层,是冷水坑矿田重要的导岩导矿构造.F2断裂为一推覆构造,分布于冷水矿田-小源-燕山一带且形成于晚侏罗世鹅湖岭喷发旋回以后,花岗斑岩入侵前,成岩时和成矿前.F2断裂及其派生断裂是本区重要控岩控矿构造,层控叠生型银铅锌矿产于F2断裂下盘的上侏罗统火山岩中.

矿区内岩浆岩主要为加里东中晚期、燕山中期和燕山晚期产物,以燕山中期岩浆活动更为强烈.加里东中晚期岩浆岩主要为混合花岗岩、花岗伟晶岩等,为原地型或半原地型花岗岩,冷水坑矿区地质略图如图 2所示.

图 2 冷水坑矿床地质略图(据孙建东等,2014改绘) 1—第四系;2—上侏罗打鼓顶组;3—上侏罗鹅湖岭组;4—下石炭统梓山组;5—震旦系老虎塘组;6—燕山晚期流纹斑岩;7—燕山晚期钾长花岗斑岩;8—燕山晚期石英正长斑岩;9—燕山晚期含花岗斑岩;10—隐爆角砾岩;11—地层不整合接线;12—实测、推测断层及编号;13—斑岩型矿段名称. Figure 2 Geological sketch map of the Lengshuikeng deposit(modified from Sun Jiandong et al., 2014) 1—Quaternary; 2—Upper Jurassic Daguding Formation; 3—Upper Jurassic Ehuling Formation; 4—Lower Carboniferous Zishan Formation; 5—Sinian Laohutang Formation; 6—Late Yanshanian rhyolite porphyry; 7—Late Yanshannian moyite porphyry;8—Late-Yanshannian quartz syenite porphyry; 9—Late-Yanshannian ore-bearing granite porphyry; 10—Cryptoexplosion breccia;11—Unconformity; 12—Measured and inferred faults; 13—Porphyry ore block.
2.2 电阻率特征

研究区地处区域地球物理重力的梯度带,负的航磁异常区及Ag、Pb、Zn、Mn等元素的地球化学高背景区.矿区详查前期,矿田内通过11万地面高精度磁测及土壤金属量测量,初步查明了区内地球物理的一般特征.共圈出阳泗坂、银坑、营林、麻地、碧溪等地磁低缓正异常(Δz)五处,银路岭、陈家墩、麻地、碧山等土壤地球物理综合异常四处.为了了解区内电阻率特征,采集了区内36个钻孔429块典型岩石的岩芯标本并进行了电阻率测试,其统计结果见表 2.

表 2 冷水坑矿集区岩石电阻率统计 Table 2 Rock resistivity in Lengshuikeng deposit

由表可知,研究区熔结凝灰岩电阻率最大,其常见值为5975 Ω·m,含矿火山角砾岩电阻率常见值最小,其值为227 Ω·m.从地层分布分析来看,地表的震旦系变质岩电阻率为902~2150 Ω·m,混合花岗岩电阻率大约为1234 Ω·m,两者之间差异不大,用电性测量方式较难区分;穿插于侏罗系打鼓顶组地层的花岗斑岩电阻率大约为540 Ω·m,与含矿晶屑凝灰岩常见电阻率值差异不是太大,很难通过电阻率差异进行区分.但浅地表地层与下覆地层有明显电性差异,可以用电性测量方式划分.

2.3 测线布置

为了探明冷水坑矿集区地下深部矿床特征,本文在重点区域布置多条勘探测线,查明F2构造和地层的分布情况.在L147线开展了AMT、CSAMT和混场源电磁法对比试验,测线布置如图 3所示.本次试验分两次开展,分别采用EH4电导率成像系统进行混场源电磁法测量,利用V8多功能电法工作站进行CSAMT测量.其中第一次布置测线点距为20 m,CSAMT1、EH4测线长分别为1040 m和840 m,CSAMT发射源长度为1.2 km,收发距为8 km.第二次布置测线点距40 m,AMT、CSAMT2测线长分别为1720 m和1600 m.利用V8多功能电法工作站分布进行AMT和CSAMT测量.其中AMT偶极矩40 m.CSAMT发射源导线长度为2 km,收发距8 km.

图 3 冷水坑矿区地质图及测线布置 1—侏罗系上统鹅湖岭组;2—第四系;3—加里东期混合花岗岩;4—震旦系老虎塘组;5—燕山中期花岗斑岩;6—实(推)测推覆断层及编号;7—水系. Figure 3 Geological map and measurement lines in Lengshuikeng deposit 1—Upper Jurassic Ehuling Formation;2—Quaternary; 3— Mixed granite in Caledonian period;4—Sinian Laohutang Formation; 5—Middle Yanshannian granite porphyry; 6—Measured and inferred faults;7—water system.
3 数据处理与分析对比

为全面对比和分析多种频率域电磁法的应用效果,本文从视电阻率和相位的单点测深曲线、视电阻率与相位拟断面以及二维反演解释等各方面进行全面对比.反演过程所有数据均采用非线性共轭梯度法(NLCG)进行二维反演.

3.1 数据处理

一般说来,通常情况下由于噪声的影响视电阻率和相位的散点图会出现畸变,若要得到一条近似的平滑曲线,必须进行数据校正.

本次EH4和AMT采集到数据是测点上4个电磁场分量的时间序列,通过傅里叶变换可得到测点的频率响应.对EH4数据来说在现场可进行一维Bostic反演,对数据质量不可靠的点,可以采取增加对各频段的增益以及叠加次数等措施来改善数据质量;对采集到的AMT和EH4数据在室内通过人工挑选、校正数据,由于测点所受噪声干扰较大或环境相当恶劣,视电阻率和相位曲线畸变过大,数据质量太差无法使用,只能选择剔除;若测点缺少大部分频段,无法得到测点地下不同深度的电阻率特征,也应该选择剔除;如果测点所受噪声干扰较小,视电阻率和相位曲线单个或几个频点突跳以及视电阻率和相位曲线部分频段缺失,大部分频点较为完整,曲线形态明显,对于这类情况可以通过人工校正对频点进行编辑.

在室内对野外采集到的CSAMT数据进行了畸变数据剔除以及多组观测数据的对比分析、多组数据的平均计算和电阻率转换计算.由于CSAMT法采用人工场源进行发射,会产生场源效应,主要是因为场源位置不同,或者场源下方、场源和接收点之间存在局部电性不均匀地质体,最后会引起视电阻率和阻抗相位曲线的畸变,通过分析视电阻率与相位的近区(低频段)、过渡区及远区数据(高频段),一般情况下近场数据存在两个明显特征:视电阻率在低频端有近45°的拐点,低频数据几乎呈直线上升,相应的相位曲线趋于0.目前对近场源效应校正没有较好的方法,本次在进行CSAMT数据反演时选择删除近区数据,因为本次探测试验研究深度所用最低频率不在近区范围内.

由于在地表或近地表存在局部电性不均匀地质体,不均匀体的表面会形成形成积累电荷,它能够使电场数据向上或向下移动一个数值;本次试验为了压制静态效应引起的电场数据畸变,综合分析得出不受静态偏移的背景电性参数,然后利用曲线平移法对3种电磁方法数据进行了静态效应压制,影响的曲线能够很好的归位.在消除静态效应之后,再进行后续数据处理,3种电磁方法均采用带地形的2D反演程序进行,国内有同行已做过相关试验,证明带地形的2D反演能够较好地压制地形影响.

3.2 视电阻率和相位对比

因为AMT的16号测点、EH4的10号测点、CSAMT1的13号测点及CSAMT2的18号测点位置在147号测线上相邻,可看成I号测点;分别对I号测点的视电阻率和相位进行分析(图 4).三种方法数据采集频段不同,EH4的采集频段范围为1.58×101 Hz~1×105 Hz,共38个频点;AMT的采集频段范围为3.5×10-1 Hz~1.04×104 Hz,共60个频点;CSAMT1的采集频段范围为1 Hz~7.68×103 Hz,共34个频点;CSAMT2的采集频段范围为1.67×101 Hz~7.68×103 Hz,共68个频点.

图 4 单个测点的视电阻率和相位 (a)Ⅰ号测点的视电阻率;(b)Ⅰ号测点的相位. Figure 4 The apparent resistivity(a)and phase(b)for one site

图 4ab给出了冷水坑矿集区147线不同方法电磁测深剖面所经过的区域实测的视电阻率和相位频率响应曲线.根据视电阻率与相位曲线类型图,可以对测点所在的主要构造单元的地下介质的基本电性结构特征进行分析.据图 4可知,3种方法的视电阻率曲线和相位曲线的起伏趋势相似,测点位于小沅附近,处在F2推覆断裂带上,地层出露为第四系地层(Q),呈现中低阻特征,根据曲线形态推测,测点地下电阻率随深度增大逐渐变大.由于CSAMT与AMT采用的接收极距大小、采集仪器不同;加之非均匀体表面上存在积累电荷(称为静态效应)会造成视电阻率值整体抬升或下降,所以图 4中CSAMT与AMT视电阻率值在高频段部分会有所差异;然而,相位曲线基本不受影响.

综上所述,测点的视电阻率频率响应曲线反映的结果基本与实际地质情况吻合.

3.3 拟断面图对比

图 5ab分别为未经过反演的147号测线的EH4、AMT、CSAMT1和CSAMT2视电阻率和相位的拟断面图.

图 5 频率域电磁法视电阻率和相位拟断面图对比 (a)视电阻率拟断面图;(b)相位拟断面图. Figure 5 The pseudosections of the apparent resistivity(a)and phase (b)for various Frequency-domain electromagnetic methods

据视电阻率拟断图上可知,AMT、EH4、CSAMT1和CSAMT2方法对地下电性分层结构基本一致,总体可分为三层,且分层结构较清晰,低电阻率范围很小,浅部表现为中低电阻率,横向上电阻率有所变化;中部整体表现为中阻,局部存在低电阻率;深部为高电阻率.但由于选择的方法和仪器不同、浅层不均匀地质体以及人为干扰的原因,电阻率的分层情况会有所差异.特别地,EH4在浅部有局部的高电阻率区域;由于静场源效应的存在,CSAMT1和CSAMT2在深部的横向视电阻率上出现了不连续性,视电阻率值相对其他两种方法较低.

从相位拟断面图上可知,每种方法的相位拟断面图的电性分层结构大致可分为3层.总的来说,大体上能够满足高电阻率对应低相位、低电阻率对应高相位这样一个规律.其分层结构与视电阻率拟断面图基本一致.同时由于静场源效应以及局部异常体的存在,相位值会产生急剧的变化.

4 试验结果及解译

通过对冷水坑矿集区147号测线的4种数据进行二维非线性共轭梯度反演(NLCG),极化模式和拉格朗日乘子选择对反演效果起到关键作用.在进行反演之前,对利用不同极化模式数据和拉格朗日乘子的二维反演效果进行了对比,并结合地质和钻孔资料,选用一种与实际地下情况最为符合的模式进行反演.最终得出当拉格朗日乘子为3时候,CSAMT数据选择TM模式而AMT与EH4数据选择TE和TM模式联合反演更能反映地下地质情况.

从反演剖面图上来看,3种方法反演结果所表现出的电性特征基本一致.依据冷水坑矿集区钻麻地溪到陈家墩地质剖面图(图 6)、物性资料对三种电磁反演剖面进行解释.EH4测线剖面长840 m,反演图(图 7a)自上而下可划分为二个电性层:第一层位于断面的上部,该层上界至自然地表,下界为F2构造接触,平均深度在标高-100 m左右.本剖面范围内地表大面积出露加里东期(γm3)混合花岗岩与震旦系老虎塘组(Z2l),推断此异常为γm3与Z2l综合反映.此外,地表有小范围的第四系地层(Q)出露;认为F2断裂处在第一层与第二层异常之过渡梯级带部位;第二层位于断面之下,由于推覆断裂(F2)的逆掩推覆,在震旦系变质岩之下,深部也有打鼓顶组(J3d)和鹅湖岭组(J3e),依据本区的地层岩性特征,认为此异常为侏罗系鹅湖岭组(J3e)和打鼓顶组(J3d)共同引起.期间的高阻体为打鼓顶组熔结凝灰岩.CSAMT1测线剖面长1040 m,反演图(图 7b)自上而下可划分为两个电性层:第一层位于断面图之上,上界至自然地表,下界为F2构造接触,平均深度在标高0 m左右.本剖面与EH4剖面第一层电性结构一样,地表大面积出露加里东混合花岗岩与震旦系老虎塘组,推断此异常带为γm3与Z2l综合反映,横向上分布不均匀,厚度在n×10~300 m,波状起伏,变化较大.地表也有小范围第四系地层(Q)出露;认为F2断裂处在第一层与第二层异常过度梯级带部位.第二层位于断面之下,依据本区岩性特征,认为此异常为侏罗系打鼓顶组(J3d)和鹅湖岭组(J3e)火山沉积建造,沿剖面的厚度变化在150m左右.期间的高阻体为打鼓顶组熔结凝灰岩.CSAMT2测线长度1600 m,反演图(图 7c)自上而下可划分为两个电性层:第一层岩性与CSAMT1划分一样,唯一的区别是F2断裂在点号1400 m处出露,F2断裂向右出露加里东期(γm3)混合花岗岩与第四系(Q)地层.第二层位于断面之下,岩性与CSAMT1划分一样.AMT测线长度1720 m,反演剖面(图 7d)自上而下可划分为两个电性层:第一、二层岩性划分与 CSAMT2一样.

图 6 冷水坑矿集区地质剖面示意图 Figure 6 The map of geological cross section in Lengshuikeng deposit

图 7 冷水坑矿区147线反演结果 (a)EH4数据二维反演结果;(b)CSAMT第一次采集数据二维反演结果;(c)CSAMT第二次采集数据二维反演结果;(d)AMT数据二维反演结果. Figure 7 Inversion results of the line 147 in Lengshuikeng deposit (a)The inversion result of EH4 data;(b)The inversion result of The first CSAMT data;(c)The inversion result of The second CSAMT data;(d)The inversion result of AMT data.

综上,矿体位于第二层内,上下均有低阻体存在,低阻体次级构造裂隙水引起,矿体产于次级条带状高阻之间.

5 结论

在深部控矿构造探测实验中,本文借助于冷水坑矿集区开展了AMT、EH4和CSAMT等电磁测深技术,实验结果表明:

(1) 反演结果的差异体现了各方法自身的特点(如反演方法及假设条件、仪器抗干扰能力等)、数据处理和反演过程中的人为因素等的综合影响.

(2) AMT反演结果显示出明显的浅层电性变化,反演结果对低阻体反映较为灵敏,解析度与其他两种方法相比稍高.但当人文活动频繁,输电线、通讯线交织,AMT天然场信号弱的特点,原始数据噪声超过有效信号,特别是低频段信号出现大范围跳动甚至没有有效数据,使得反演结果出现假异常.

(3) 通过对比,我们可以看出,3种电磁法反演结果均能较好地区分出高阻异常和低阻异常,采用二维反演的AMT和CSAMT2对异常的形态和位置收敛能力较高,并且异常反应灵敏.在浅部几百米处,3种方法的反演对高阻体都有明显的响应,体现了这3种电磁法的测深能力和可靠性.

致谢 向给予本文宝贵修改意见的审稿专家和编辑表示感谢,谢谢他们耐心的指导!
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