褚志遠(yuǎn)，王樹星，付帥

(1.山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276006；2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250014；3.濟(jì)寧市國土資源局不動產(chǎn)登記中心，山東 濟(jì)寧 272017)

0 引言

可控源音頻大地電磁法是在大地電磁測深法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種人工源電磁測深法[1]，它最早由加拿大多倫多大學(xué)的D.W.Strangway和他的研究生于1971年提出的[2- 3]。

CSAMT法是利用水平電偶源為人工信號源發(fā)射不同頻率的電磁波達(dá)到測深目的[4]。與常規(guī)電法相比，可控源音頻大地電磁測深法具有探測深度大、設(shè)備使用相對輕便和橫向分辨率高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于勘探石油、天然氣、地?zé)帷⒔饘俚V產(chǎn)、水文、環(huán)境等領(lǐng)域，并取得了令人滿意的實(shí)際效果[5- 14]。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

山東省蒙陰縣西峪金剛石礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ)、魯中隆起(Ⅲ)、新甫山- 萊蕪斷隆(Ⅳ)、新甫山凸起(Ⅴ)的東南部[15]。

礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為新生代第四紀(jì)臨沂組、山前組、沂河組。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，主要為NNE向、NE向和NW向斷裂。NNE向的F1,F8,F10為礦區(qū)內(nèi)導(dǎo)礦構(gòu)造;NE向的F2,F5,F15為礦區(qū)內(nèi)隔礦構(gòu)造;NW向的F7,F24,F26,F30為礦區(qū)內(nèi)儲礦構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖主要出露有新太古代泰山序列英云閃長質(zhì)片麻巖、南澇坡序列斜長角閃巖、嶧山序列片麻狀含黑云花崗閃長巖，傲徠山序列二長花崗巖，中元古代牛嵐單元輝綠巖，古生代常馬莊單元金伯利巖。

2 巖(礦)石電性特征

金伯利巖在導(dǎo)電性上表現(xiàn)為低阻特征[15- 17]，金伯利巖與圍巖物化性質(zhì)差異顯著，這也為應(yīng)用可控源音頻大地電磁測深法提供了良好的地球物理前提。

從表1可以看出，各種金伯利巖的電阻率在24～893Ω·m之間，二長花崗巖、灰?guī)r的電阻率一般在幾百歐米至幾萬歐米之間，金伯利巖電阻率與圍巖(二長花崗巖、灰?guī)r)的電阻率具有明顯的差異，表現(xiàn)為金伯利巖的低阻特征，金伯利巖存在且具有一定的規(guī)模，它與圍巖的電阻率差異將有可能在地表被觀測到，因此西峪巖管布設(shè)可控源大地電磁測深剖面進(jìn)行深部找礦有充分的地球物理前提。

表1 蒙陰金伯利巖及其圍巖巖石視電阻率統(tǒng)計(jì)[17]

3 可控源音頻大地電磁測深

3.1 工作方法

為了解巖管深部巖石電性變化，大致推測巖管群深部位置，指導(dǎo)深部鉆孔施工，在西峪巖管群布置了7條可控源音頻大地電磁測深剖面，線距80m，點(diǎn)距20m(圖1)。該次工作使用加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8電法工作站，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和GPS同步系統(tǒng)。工作前先標(biāo)定盒子和探頭，標(biāo)定盒子大約耗時(shí)10min，用V8標(biāo)定磁探頭耗時(shí)1h。野外工作測線布置在以AB為邊的矩形面積內(nèi)，最大限度的提高發(fā)射場的信號強(qiáng)度。AB發(fā)射偶極的長度為1500m，收發(fā)距受各剖面的地理環(huán)境影響采用8～10km，供電電流12A，頻率為1～7680Hz，按對數(shù)排列。

1—臨沂組；2—山前組；3—沂河組；4—常馬莊單元金伯利巖；5—傲徠山序列二長花崗巖；6—嶧山序列花崗閃長巖；7—南澇坡序列斜長角閃巖；8—泰山序列英云閃長質(zhì)片麻巖；9—實(shí)測及推測斷層；10—可控源音頻大地電磁測深剖面位置圖1 可控源音頻大地電磁測深剖面實(shí)際材料圖

3.2 資料整理

野外工作結(jié)束后進(jìn)行了資料整理及數(shù)據(jù)反演處理解釋，主要工作如下：

(1)用SSMT2000軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換，將時(shí)間域的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻率域，魯棒算法計(jì)算了TM模式電阻率。

(2)預(yù)處理中剔除了個別干擾嚴(yán)重的畸變頻點(diǎn)。

(3)預(yù)處理的數(shù)據(jù)，采用SSMT2000解釋軟件，根據(jù)相位曲線和電阻率曲線的變化形態(tài)，分析受靜態(tài)位于影響嚴(yán)重的測點(diǎn)，對單點(diǎn)測深數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)校正、單頻點(diǎn)刪除、相位反相處理，再進(jìn)行單點(diǎn)曲線的平滑，一點(diǎn)五維非線性共軛梯度聯(lián)合反演。

(4)對解釋處理后的單點(diǎn)數(shù)據(jù)，用剖面線連接，得到各剖面反演后的視電阻率剖面圖。

3.3 CSAMT資料分析與解釋

3.3.1 對C1線綜合剖面圖的解釋

由圖2可見，在1770點(diǎn)左右電性層分界明顯，近乎直立，南側(cè)為低阻電性層，電阻率值約為500Ω·m，深部呈“V”形低阻反映；北側(cè)為高阻電性層，電阻率最高值約為2600Ω·m。結(jié)合地質(zhì)資料，南側(cè)低阻電性層為構(gòu)造破碎帶(F1，F(xiàn)5)，金伯利巖電阻率大部分為400～1500Ω·m，位于低阻與高阻梯度帶上，北側(cè)高阻電性層為傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖。

1—松山單元中粒二長花崗巖；2—常馬莊單元金伯利巖；3—構(gòu)造破碎帶；4—金伯利巖管位置及編號圖2 C1測線綜合剖面圖

3.3.2 對C2線綜合剖面圖的解釋

由圖3可見，在1750點(diǎn)左右電性層分界明顯，南側(cè)為低阻電性層，電阻率值約為500Ω·m，呈“U”形低阻反映；北側(cè)為高阻電性層，電阻率最高值約為2300Ω·m。經(jīng)鉆孔ZK0201驗(yàn)證，南側(cè)低阻電性層為構(gòu)造破碎帶(F1,F5,F7)引起，深度可達(dá)600m，北側(cè)高阻電性層為傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖引起，金伯利巖體大部分位于高阻與低阻梯度帶上。

1—松山單元中粒二長花崗巖；2—常馬莊單元金伯利巖；3—構(gòu)造破碎帶；4—金伯利巖管位置及編號；5—鉆孔位置及編號圖3 C2測線綜合剖面圖

3.3.3 對C3綜合剖面圖的解釋

由圖4可見，在1690點(diǎn)左右電性層分界明顯，推斷該處為構(gòu)造分界面，傾向NW，傾角85°。南側(cè)為低阻電性層，電阻率值約為500Ω·m，淺部呈“V”形低阻反映；北側(cè)為高阻電性層，電阻率最高值約為1400Ω·m。結(jié)合地質(zhì)資料，南側(cè)低阻電性層為構(gòu)造破碎帶(F2,F5,F30)引起，北側(cè)高阻電性層為傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖引起，金伯利巖位于高阻與低阻之間的梯度帶上，電阻率值400～1100Ω·m。

1—松山單元中粒二長花崗巖；2—常馬莊單元金伯利巖；3—構(gòu)造破碎帶；4—金伯利巖管位置及編號圖4 C3測線綜合剖面圖

1—松山單元中粒二長花崗巖；2—常馬莊單元金伯利巖；3—構(gòu)造破碎帶；4—金伯利巖管位置及編號；5—鉆孔位置及編號圖5 C4測線綜合剖面圖

3.3.4 對C4線綜合剖面圖的解釋

由圖5可見，在1870點(diǎn)左右電性層分界明顯，推斷該處為構(gòu)造分界面，傾向NW，傾角80°,由地質(zhì)資料可知該處為斷層F1。南側(cè)為低阻電性層，電阻率值約為500Ω·m，淺部呈“V”形低阻反映；北側(cè)為高阻電性層，電阻率最高值約為1100Ω·m。結(jié)合地質(zhì)資料，南側(cè)低阻電性層為構(gòu)造破碎帶(F2,F5,F30)引起，北側(cè)高阻電性層為傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖引起。金伯利巖電阻率值在500～700Ω·m。

為直觀地表現(xiàn)低阻地質(zhì)體在空間分布特征，做了9個深度水平切面電阻率等值線圖(圖6)。自地表至900m以深的低阻異常體有清晰連續(xù)的顯示，由上而下低阻異常區(qū)的面積逐漸減小，與礦體面積向下逐漸減小趨勢相符。電阻率異常為破碎帶與礦體的綜合反映，自地表至700m垂深低阻異常表現(xiàn)為NE向與NW向十字相交的異常帶，這與礦區(qū)控礦的NE向、NW向斷裂相吻合，礦體在450m垂深合并后為兩向延長的十字形礦帶。800m以深礦體EW向向中心收縮，展現(xiàn)出近SN向延長的特點(diǎn)，與700m以深低阻異常逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镾N向單向異常一致。總體來說礦體實(shí)際較窄，破碎帶較寬，所以可控源音頻大地電磁測深反應(yīng)的低阻體范圍比礦體實(shí)際范圍偏大，兩者吻合性稍差，但低阻異常也能總體反應(yīng)礦體的變化趨勢。

圖6 各深度水平切面電阻率等值線圖

由西峪礦區(qū)金伯利巖管群上C1,C2,C3,C4測線反演電阻率斷面圖可知：含金伯利巖構(gòu)造破碎帶在電阻率斷面圖上表現(xiàn)為“U”形或“V”形低阻，電阻率值多在0～500Ω·m；金伯利巖的圍巖二長花崗巖在電阻率斷面圖上表現(xiàn)為高阻的特點(diǎn)，電阻率值多大于1000Ω·m，最高達(dá)上萬歐米；金伯利巖在電阻率斷面圖上為低阻與高阻之間的梯度帶，電阻率值多在400～1200Ω·m；總體上圍巖(二長花崗巖)電阻率>金伯利巖電阻率>充水強(qiáng)構(gòu)造破碎帶電阻率。對于電阻率斷面圖電阻率值大于1200Ω·m的“U”形或“V”形低阻，應(yīng)為破碎程度較弱的斷裂構(gòu)造引起的低阻異常。

3.4 結(jié)果驗(yàn)證

該次在C2線布設(shè)鉆孔ZK0201、C4線布設(shè)鉆孔ZK0401進(jìn)行驗(yàn)證。鉆孔ZK0201在326.38～351.11m,361.82～389.14m,410.15～456.28m,572.85～574.75m,584.35～589.86m,603.37～1012.41m見6層金伯利巖，厚514.63m；鉆孔ZK0401在402.73～451.0m,455.6～479.95m,529.66～531.02m見3層金伯利巖，厚73.98m，由綜合剖面圖可見，鉆探結(jié)果和可控源音頻大地電磁測探法異常推測結(jié)果大致相吻合，即驗(yàn)證了可控源音頻大地電磁測探法在金剛石原生礦找礦中的可行性。

4 結(jié)語

在西峪巖管群深部及外圍選擇磁異常較好的點(diǎn)進(jìn)行可控源音頻大地電磁測深工作，進(jìn)行鉆探工程驗(yàn)證。通過可控源音頻大地電磁測深方法，在西峪巖管群外圍新發(fā)現(xiàn)紅旗15- 1號巖脈，總體走向12°，傾向102°，傾角82°，礦體長約70m，寬0.2m；探求西峪巖管群- 205m標(biāo)高以下(333)+(334)類別資源量389.6萬ct?？煽卦匆纛l大地電磁測深解譯結(jié)果與鉆探成果相吻合，這進(jìn)一步證明了其資料的準(zhǔn)確性，說明可控源音頻大地電磁法在地質(zhì)結(jié)構(gòu)的探測中是一種行之有效的地球物理勘探方法。

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[1] 何繼善．可控源音頻大地電磁法CSAMT[M]．長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1990：1- 15．

[2] Goldstein M A，Strangway D W. Audio- frequency magnetotellurics witha grounded electric dipole source[J]．Geophysics，1975，40(4):669- 683．

[3] 陳?。畬掝l帶時(shí)頻電磁接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]．長春：吉林大學(xué)，2012：1- 35．

[4] 傅良魁．電法勘探教程[M]．北京:地質(zhì)出版社，1983：10- 35．

[5] 趙秀芳，禇志遠(yuǎn)．山東省蒙陰縣常馬礦區(qū)金剛石原生礦深部綜合找礦模型[J]．山東國土資源，2016，32(9)：8- 15．

[6] 李勃，李鳳芝，閆志勇,等．可控源音頻大地電磁法在肖家營子鉬礦普查中的應(yīng)用[J]．甘肅冶金，2010，32(2)：64- 66.

[7] 孟紅星，花育才．可控源音頻大地電磁法在探測鋁土礦中的應(yīng)用[J]．中國煤田地質(zhì)，2006，18(S1):66- 67．

[8] 黃力軍，陸桂福，劉瑞德,等．可控源音頻大地電磁測深法應(yīng)用實(shí)例[J]．物探化探計(jì)算技術(shù)，2006，28(4):337- 341．

[9] 董澤義，湯吉，周志明,等．可控源音頻大地電磁測深法在隱伏活動斷裂探測中的應(yīng)用[J].地震地質(zhì)，2010，32(3)：442- 452．

[10] 黃力軍，張威，劉瑞德,等．可控源音頻大地電磁測深法尋找隱伏金屬礦的作用[J]．物探化探計(jì)算技術(shù)，2007，29：55- 59．

[11] 黃力軍，劉瑞德，陸桂福,等．電法在尋找隱伏金屬礦方面的定位預(yù)測作用[J]．物探與化探，2004，28(1)：49- 52．

[12] 黃力軍，劉瑞德，陸桂福,等．烏奴格土山銅礦物化探異常特征及外圍找礦[J]．物探與化探，2004，28(5)：418- 424．

[13] 黃力軍，劉瑞德，陸桂福,等．相位激電測深在有色金屬礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用[J]．物探與化探計(jì)算技術(shù)，2006，28(1)：22- 26．

[14] 王興昌．物化探找礦模式在山東金剛石原生礦遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測中的應(yīng)用[J]．地質(zhì)科技情報(bào)，1993，12:95- 104．

[15] 張?jiān)銎?，張成基，王世進(jìn)，等.山東省地層侵入巖構(gòu)造單元劃分對比意見[J].山東國土資源，2014，30(3)：1- 23.

[16] 潘玉玲，魏文博，李振宇,等.利用電法勘探實(shí)現(xiàn)金伯利巖立體勘查模式初探[J]．地質(zhì)科技情報(bào)，1993，12：67- 71．

[17] Saraev A K，Pertel M I，Larionov K A．音頻大地電磁測深在金伯利巖勘探中的應(yīng)用[J]．石油地球物理勘探，2004，39(增刊)：144- 145．

[18] 羅聲宣，任喜榮，朱源,等．山東金剛石地質(zhì)[M]．濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社，1999：1- 35．