电流磁场法在厚覆盖区探测陡倾斜金矿的试验效果
汪青松1，张金会1，尤淼1，薛国强2*，周舟2， 张阳阳1，许传健1
1 自然资源部覆盖区深部资源勘查工程技术创新中心，安徽省勘查技术院2 中国科学院矿产资源研究重点实验室，中国科学院地质与地球物理研究所第一作者：汪青松，男，正高二级，长期从事地质矿产和地球物理勘查工作。通讯作者：薛国强，男，研究员，主要从事电磁法理论与应用研究。
导读：
众所周知，覆盖区寻找难度大，尤以寻找低阻厚覆盖层下陡倾斜脉状无磁性金属矿难度更大。如果解决了低阻厚覆盖层下隐伏无磁性矿体的精准定位难题，将会极大的提高覆盖区找矿效果。笔者在华北平原南部第四系厚覆盖区开展了电流磁场法穿透低阻厚覆盖层精准探测金矿体的找矿方法试验。在陡倾斜薄层脉状金矿体上方发现了极具意义的“笋状”多频电流磁场组合异常，清楚显示了矿体准确位置。并在推测矿化带上发现了带状异常并得到了钻探验证由金矿矿体引起，试验取得了很好的找矿效果。研究厚覆盖层找矿方法，电流磁场法是穿透厚覆盖层找矿方法研究的重要方向。本文还对该类找矿方法试验和物探仪器研发提出了建议，对参与试验者还可提供项目资金资助。
内容提纲：
1. 电流磁场法与低阻厚覆盖区寻找陡倾斜薄层矿体思路
电流磁场法是属于测量磁场变化的电法勘探，是在地面、井中或者坑道中，利用低频交变电场对矿体或者矿化带进行激发，在地面或者地下进行观测磁场各分量，从而发现地下矿化目标体。电流磁场法类似于流场法，其特点是将一般电法中测量地面上两点间的电位差改成逐点观测磁场的一类找矿方法。由于观测磁场参数，受地形影响较小。磁电法中观测的磁异常主要取决于地质目标体的导电性、导磁性和电化学作用。由安培定则和毕奥-萨伐尔定律可知，矿体周围产生的电流磁场强度与供电电流大小正相关，如果矿体上部存在低阻覆盖层时，地下电流分布存在趋胅效应，进入矿体的电流大小还与供电频率有关。低阻覆盖层具有屏蔽电流作用，而低频电流具有一定的穿透低阻覆盖层能力，频率越低穿透覆盖层进入矿体的电流越多，磁场越强。如果在地面沿平行矿体走向方向供电时（图1a），电流源A、B发射的电流在地下沿电阻小的岩矿石中聚集流动，当遇到待预测矿化带位置时，并且矿化带及矿体电阻率低至一定程度时，电流大量聚集在矿体上，以此特征可以预测出矿体的位置。
图1 电流磁场法平行矿体供电方法原理示意图
2. 试验区地质地球物理特征
试验区位于皖东北淮河中下游，横跨淮河两岸，为平原和低丘地貌，地表大部分被第四系松散层覆盖，厚度80-160m，充水电阻率低，属于典型低阻厚覆盖区。前人在五河地区做了大量地质矿产勘查和科研工作，但未取得重大突破，原因主要为该区大面积被第四系低阻松散层覆盖，屏蔽电法勘探信号，缺少有效的找矿方法。电流磁场法试验在某金矿Ⅰ号矿体上开展，该处为淮河漫滩，地形平坦。基岩为上太古界-下元古界五河岩群西堌堆岩组（Ar3-Pt1x）主要岩性为角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩，角闪岩、条痕状混合岩，穿插有闪长玢岩、花岗斑岩等多种脉岩。覆盖层为新生代第四系（Q），厚度98m，主要为亚粘土、粘土和砂土，含钙质砂礓和铁锰结核。Ⅰ号矿体10号勘探线Ⅰ号矿体如图2所示。埋藏深度98m-390m，上端与与第四系接触，倾角65°，倾向东南。矿化蚀变带厚度10-15m，其中矿体厚度1.25-3.35m，矿石自然类型为黄铁矿-多金属硫化物-石英脉型、黄铁矿-石英脉型、蚀变岩型，主要金属矿物为自然金、银金矿、方铅矿、黄铜矿、黄铁矿，脉石矿物主要为石英、云母长石、方解石等，金含量5.17-31.8g/t，铅含量0.79-2.27%，围岩为五河岩群西堌堆岩组变质岩。
图2 Ⅰ号矿体10号勘探线地质剖面
该矿区岩矿石中斜长角闪麻岩、混合岩电阻率最高，约4000～6000Ω·m；其次是角闪岩类、斜长片麻岩、变粒岩、闪长岩等，约2000Ω·m；多金属硫化物矿石电阻率最低，约n×10-1×102Ω·m；构造蚀变岩电阻率高于多金属硫化物矿石，较完整围岩低很多，第四系电阻率20～100Ω·m。主要岩矿石电性特征参见表1。
表1 五河金矿整装勘查区主要岩矿石电性特征表
由表1可知，矿体和矿化蚀变带电阻率低，斜长角闪麻岩、混合岩的电阻率高，矿体和矿化蚀变带相对于围岩属于低阻良导体，具备开展电流磁场法地球物理条件。
3. 野外工作方法、仪器设备与试验成果
采用类似直流电法中梯装置观测方式。但是，供电AB平行Ⅰ号矿体预测矿化带走向布设，测线垂直矿化带，线距50m，点距20m。在1／3AB区间范围内测量。共完成10条平行测线，每条测线25个磁测点，参见图3。
图3 电流磁场法试验磁场测点分布图
电流磁场法观测系统由发射机、接收机和磁传感器组成，使用加拿大凤凰公司V8多功能电法勘探系统及有关磁探头，发射功率大、接收灵敏度高、抗干扰能力强。TXU30发射机的频率范围0.0039～10000Hz；V8-RXU接收机的频率范围10000～0.00005Hz；MTC－50H接收磁探头的频率范围400～1/50000Hz；玉柴KW-30GF发电机功率为30Kw，频率为50Hz。采用类似于可控源音频大地电磁法（CSAMT法）的场源信号发射方式，供电导线矩形布设，边长为1500m×750m。供电电极AB位于一条长边两端，发射机、发电机位于另一条长边中间位置，观测装置系统参见图4。
图4 电流磁场法仪器设备观测装置示意图
测量时，发射电流固定为20A，磁探头垂直放置，同一测点分别测量20Hz、2-1Hz、2-2Hz、2-3Hz、2-4Hz、2-5Hz、2-6Hz磁场振幅垂直分量△H。（1）在矿体上方“笋状”多频组合电流磁场异常，如图5。高频部分磁场振幅曲线基本平直，如同地下水平竹根，无明显异常显示；低频部分则随着频率的降低，磁场振幅曲线逐渐凸起，异常强度逐渐增大，如同竹笋节节高升，故名“笋状”异常。
图5 10线多频组合电流磁场振幅（△H）曲线图
（2）在Ⅰ号矿体预测矿化带上发现了带状电流磁场异常，如图6。图6（a）供电频率1Hz，无明显带状异常存在；图6（b）供电频率1/4Hz；在推测Ⅰ号矿化带上有一条弱负磁异常带显示；图6（c）供电频率1/16Hz，在推测Ⅰ号矿化带上出现了串珠状正磁异常呈带状分布；图6（d）供电频率1/64Hz，在推测Ⅰ号矿化带上呈现明显带状正磁异常。随着频率的降低，带状磁场异常愈来愈明显。
图6不同频率电流磁场振幅（△H）平面等值线图
4．讨论
电流磁场法穿透厚覆盖层野外试验工作完成于2013年。Ⅰ号矿体预测矿化带，后经矿区普查，得到钻孔验证，2016年矿区提交了皖东北地区第一份中型金矿普查报告。证实带状电流磁场异常由Ⅰ号矿化带引起。电流磁场法寻找陡倾斜薄层金矿频率越低异常越明显。不同频率间磁场强度差值也增大，剩余磁场异常更明显（如图7）。
图7 Ⅰ号矿体电流磁场振幅（△H）剩余异常
频率为20Hz、2-1Hz、2-2Hz、2-3Hz的相对较高频率的电流磁场，在矿体上方异常不明显。频率为2-4Hz、2-5Hz、2-6Hz的低频电流磁场矿体上方异常明显突出，说明频率低于2-4Hz的低频电流磁场法可以穿透厚度为100米左右的低阻覆盖层，具有寻找低阻良导金属矿体的能力。在本次电流磁场法试验之前，开展了同比例尺激电中梯和地面高精度磁测等常规物探方法测量工作，Ⅰ号矿体上方均不具有类似异常（相关附图请参考原文）。(1)为厚覆盖区找矿提供了一种有效的方法和研究方向。可以利用大功率场源发射系统，向地下发射不同频率电流，同时利用接收仪器在场源附近分别测量不同频率供电(或供电前后)时矿体上方磁场强度，根据磁场变化情况，判断金属矿体存在与否及其位置。电流磁场法在厚覆盖区寻找陡倾斜脉状金属矿具有理论优势，避免了偶极测量电法勘探的体积效应，异常容易解释，定位效果好。(2)为电磁法勘探设计和异常解释提供了“笋状”异常标志。本次试验之前，为了观测参数设计和预估试验成果，进行了数值模拟。在低阻覆盖区进行电磁法勘探，需要设计出合理的供电频率，才能确保供电电流能够穿透低阻覆盖层到达基岩矿体中。供电频率是方法设计的最大难题，在开展类似的覆盖区找矿工作时，可首先开展已知矿区由高频到低频依次测量多频率供电电流磁场试验工作，以便获得完整的电流磁场“笋状”异常，以此作为面上工作参数设计和质量评价的依据。本次试验只测量了磁场垂直分量，没有进行三分量电流磁场测量，缺少寻找平缓产状矿体试验成果，需要同行们对该方法进行深入研究和更多矿床类型更多地区的推广试验，不断积累经验。(2) 建议研究轻便化和多通道（含直流供电模式）专用仪器设备。2013年，只能基于当时仪器装备组合，开展了电流磁场法数据采集工作，节约了仪器设备资金，但是野外数据采集成本高，生产效率低。近年来国产仪器研究取得了重要进展，建议研究更轻便化和更多通道专用仪器设备，开发直流场源发射系统，开展直流供电模式电流磁场法探测技术研究，进一步降低生产成本，提高工作效率。安徽省电法勘探重点实验室拟设开放课题，资助电流磁场法覆盖区找矿试验研究工作：有意者请联系张金会（495234144@qq.com）。
来源：
汪青松，张金会，尤淼，等．2021．电流磁场法在厚覆盖区探测陡倾斜金矿的试验效果．地球物理学进展，36(1):0281-0289，doi:10．6038/pg2021EE0083。
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