低緯度地區應用EH－4找礦

王鳳剛，顧 衛

（1．首鋼地質勘查院地質研究所，北京100144；2．重慶地質儀器廠，重慶400033）

1 概述

近年來隨著鐵礦石價格的不斷升溫，找礦熱已經從國內擴大到周邊國家和地區。并且隨著近年來冶煉技術的提高，鐵礦石原料由原來主要的磁鐵礦，向現在的黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、鏡鐵礦等多種弱磁性、無磁性礦石發展。本次工作就是對柬埔寨奧多棉芷省安隆汶地區一處礦點進行勘查。在經過實地踏勘后認為該地區礦體為鏡鐵礦，礦石質量較好，但是由于礦體沒有磁性，故選擇操作簡便的EH－4做大地電磁測深勘查并結合高精度磁法測量的方式，對該區內礦體規模及前景等進行評價。

2 儀器原理及方法介紹

2．1 高精度磁法觀測

在本工作區我們選用高精度磁法與大地電磁相結合的方法，綜合解釋該區域內礦體規模及前景。

首先選用HC－95手持式氦（He4）光泵磁力儀做高精度磁法剖面。HC－95手持式氦（He4）光泵磁力儀是為地面地磁測量而設計的。它是利用被激發的氦元素在磁場中產生塞曼能級分裂，從而發生頻率躍遷，其躍遷的共振頻率正比于外磁場強度，其比值為：28．02356 Hz／n T。HC－95就是測量這躍遷共振頻率來指示磁場值的。其精度可達到0．01n T，該儀器被稱為我國地面磁力儀更新換代產品。

為了準確而自動地測量出躍遷共振頻率，儀器利用自動控制原理，設計成自動鎖定閉環系統。其方框圖見圖1。

圖1 HC－95自動鎖定閉環系統方框圖

磁場中產生的躍遷頻率為f1，由環路中的壓控振蕩器產生的頻率為f2。閉環系統一方面將這頻率f2返回到探頭與探頭產生的共振頻率f1進行比較，另一方面將這頻率f2送磁場值計數器。當f2等于f1時，探頭頻率比較器輸出的誤差信號為零，由于誤差信號為零，壓控振蕩器得不到控制電壓而保持頻率不變。又f1為外磁場對應的頻率，可見由磁場值計數器輸出的結果就為外磁場值。

當外磁場發生微弱變化時，f1也隨之發生變化。假設f1升高，這時探頭比較器將產生一誤差信號，這誤差信號通過放大，并迫使環路中的壓控振蕩器的頻率也升高，即f2升高。當f2升高到與f1相等時，探頭進行比較后的誤差又為零，壓控振蕩器的頻率不再受誤差信號作用而保持不變，反之亦然。可見，這個閉環系統中壓控振蕩器產生的頻率f2始終跟隨探頭產生的頻率f1而變化。即儀器進入鎖定狀態。所以壓控振蕩器輸出的頻率始終表示外磁場值。可見，HC－95是一種連續測量的儀器。實際上，儀器設計成每0．5秒測量一次并輸出測量結果值。

2．2 EH－4大地電磁測深

Stratagem這套儀器是一種用來測量地下幾米到一公里多深的地球電阻率的特殊大地電磁測深（MT）儀器。這套儀器既可以使用天然場源的大地電磁信號，又可以使用人工場源的電磁信號，以此來獲得測量點下的電性結構。大地電磁測深（MT）儀器是通過同時對一系列當地電場和磁場波動的測量來獲得地表的電阻抗。這些野外測量要經過幾分鐘；傅立葉變換以后以能譜存儲起來。這些通過能譜值計算出來的表面阻抗是一個復雜的頻率函數，在這個頻率函數中，高頻數據受到淺部或附近的地質體的影響，而低頻數據受到深部或遠處地質體的影響。一個大地電磁（MT）測量給出了測量點以下垂直電阻率的估計值，同時也表明了在測量點的地電復雜性。在那些點到點電阻率分布變化不快的地方，電阻率的探測是一個對測量點下地電分層的一個合理估計。Stratagem這套系統是由兩個基本組件構成：一個接收機，一個發射機。在高頻段，天然信號通常比較微弱，使用發射機能夠提高數據的質量；對于某些應用或某些情況下，由發射機提供的額外的高頻信號我們可以不必使用。Stratagem這套儀器可以有效的用于地下水調查、環境的地下特征調查、礦產與地熱勘探及工程研究。因為該儀器的供電電池既靈巧致密又便攜，所以即使在崎嶇的山區和惡劣的地區也能順利的操作和工作，Stratagem系統的快速采集速度和便攜性為我們的勘察設計提供了靈活性。表面阻抗可以很快的以電阻率的形式顯示出來，也可以一組組處理，并實時在剖面中呈現出來，這種實時顯現的靈活多樣性能夠讓調查者根據對初步處理和測量結果的分析而改變測量設計。

而本次勘探主要基于淺部礦體的預測及評價，故我們應用人工發射信號補償天然信號的不足，來獲得更好的效果。

EH－4采集數據裝置的連接（見圖2），EH－4系統野外數據采集測線布置（見圖3）。

（1）原理概述

圖2 EH－4數據采集裝置示意圖

圖3 EH－4系統野外數據采集測線布置

EH－4是通過觀測記錄電磁場信號，然后通過傅立葉變化將時間域的電磁信號變成頻譜信號，得到Ex、Ey、Hx、Hy，最后計算地下電阻率。

（2）測量方法

工區采用EMAP測量方式，所謂EMAP測量是指電極距等于點距，即首尾相連的測量方式。這樣可以消除部分靜態效應所造成的畸變。

EH4通過觀測中對以下4個方面進行監控，確保觀測質量：

① 相干度；

② 訊號相對干擾背景的強度；

③ 相位關系；

④ 頻率范圍。

訊號的相關性好，相干度高；Hy和Ex脈沖的電、磁道相關性好；電磁道的相對強度都超過0．10，即振幅A在范圍0．10＜A＜10之間，屬于信號，否則很可能為噪音。因為在真空中電場和磁場有90°相位差。而在均勻地下介質中，則為45°，因此，地下電場與磁場的相位曲線不會超出45°，我們所有觀測點在觀測中都盡量保證在此范圍。若觀測點達不到以上要求，則要采取重復觀測和增加疊加次數的方法，來盡可能的滿足。

3 工區布置與測量

3．1 工區布置

本工作區范圍約1km2，范圍不大，故采用大比例尺同時進行大地電磁測深和高精度磁法測量工作。以鏡鐵礦露頭為中心位置，南北向為測線方向，設置為0線，東西以100m為間距，布測工作。本次測量工作采用動態GPS進行放點測量，儀器精度：RTK平面精度2cm＋1ppm；RTK高程精度3cm＋1ppm，在測量過程中，點位偏線控制在0．4m以內，點間距離控制在0．4m以內，滿足圖上1．25mm和12．5%的精度要求，為剖面解釋提供真實可靠的測量信息。

3．2 高精度磁測剖面測量（圖4）

高精度磁測設計點距5m，線距100m，從磁測結果中不難看出磁異常幅值在－200～200n T之間，曲線呈無規律性變化，該區域基本屬于無磁性區，說明該區內不存在磁性礦體，再繼續做磁法面積性工作意義不大，只查明該區域內鏡鐵礦的埋深及范圍就可以完成本次工作任務。

圖4 高精度磁測剖面E100、0線、W100剖面數據圖

3．3 大地電磁測量

（1）數據采集

本次工作主要是對該區內鏡鐵礦露頭進行勘查，礦體基本處于地表，預測埋深不會太深，利用人工發射信號補強自然場，增強淺部信息。

初步設計剖面點距50m，線距100m，在完成3條剖面后，處理結果較為牽強。剖面沒有明顯異常，露頭礦體在剖面沒有很好的顯示。初步判斷礦體范圍較小，點距過大。調整設計，剖面布置為點距10m，線距50m，并且在露頭礦體上做十字剖面，追蹤礦體賦存范圍。

（2）數據處理

利用儀器自帶軟件Imagem對數據進行一維處理，包括刪除干擾嚴重的采集信號（圖5），剔除異常點（圖6）等。

圖5 數據分析中刪除干擾信號

圖6 1－D分析剔除異常點

全部數據進行初步處理后，對剖面數據進行2－D分析、空間濾波，Surfer成圖等工作。

再利用其它EH4專業軟件，做二維Bostick變換、二維快速松弛（RRI）反演等等。

（3）數據解釋

在以50m點距的剖面上，我們難以區分礦體露頭位置，整條剖面淺部都是以低阻體為主，顯示效果不明顯（圖7）。

圖7 極距50m剖面

鏡鐵礦露頭位于剖面500號點位置，而剖面圖幾乎沒有顯示，這一結果說明我們揭露的礦體規模小，埋深淺等特征，以50m間距測量漏掉了礦體。參照上述因素，布置極距10m，點距10測量十字剖面（圖8）。

圖8 極距10mEW向剖面

依圖8不難看出，調整點距，極距后，在－15號點到45號點有一個明顯低阻異常（圖9）。

依圖9不難看出，在480號點到510號點有一個明顯低阻異常。這一結果與我們在地表見到的鏡鐵礦露頭相吻合。

經過上述設計的調整，參照十字大地電磁測深剖面（EW、SN向），我們對該區內的鏡鐵礦露頭有了可靠的推斷，該鏡鐵礦露頭范圍在30m×30m的范圍，厚度約20m。據此估算該區內鏡鐵礦露頭儲量約10萬噸。達到了預期預測礦體的目的，很好的解決了該區內礦石種類，礦區評價的任務。

圖9 點距10mSN向剖面

4 結語

本次勘查采用了兩種物探手段，在磁法查明該區內無磁性礦體的情況下，再利用大地電磁法揭露露頭礦體的規模及埋深，圓滿地完成了工作任務。

隨著礦產資源的緊俏，赤鐵礦、褐鐵礦、鏡鐵礦都成為勘查對象，相對磁鐵礦，這些礦石沒有磁性，利用傳統的磁法工作查明區域內礦體種類，對于無磁性礦體，配合目前主流的電磁法可以快速，有效的獲取數據，得出結論。不僅在東南亞，在低緯度及赤道地區，無磁性鐵礦相對更多一些，采用多種物探方式，可以有效地獲取信息，解決礦床勘查問題。

［1］陳鎖成，羅維斌．EH4高頻大地電磁測深數據的時頻分析［J］．甘肅冶金，2009，31（3）．

［2］王沖，董平，孫斌，吳詠敬，蔣少涌．EH4電磁測深在江西城門山礦區深部及外圍找礦中的應用［J］．地質與勘探，2009，45（6）．