天然場音頻大地電磁法(AMT)在陜西某礦山工程勘查中的應用

袁宏亮，楊 帥

（1.中陜核工業集團二一一大隊有限公司，陜西 西安 710024；2.陜西地礦物化探隊有限公司，陜西 西安 710043）

隨著礦山工程勘查設計標準的提高，物探方法在復雜地形條件下的勘查工作要求也在不斷提高，既要滿足儀器設備輕便達到快速勘探的目的，又要達到有效的勘探深度和分辨率。通常礦山工程施工中會遇到礦石破碎帶、地層發育區、富水區等。常規直流電法勘探深度淺、受地形等多種因素干擾工作效率低，很難滿足勘探要求。目前天然場音頻大地電磁測深法（AMT）在礦山工程勘查中成為主流方法。AMT接收天然場信號，儀器輕便，勘探深度大，不受高阻屏蔽，對低阻異常有較高的分辨率，工作效率高。

本次勘查目的是探測任務范圍內的斷層（部分地段隱伏）的空間形態：包括斷層走向、傾向、傾角及斷層破碎帶的寬度、物質成分和水文地質條件等。

1 勘查區域的地質概況

勘查區處于低中山區，多呈溝壑縱橫的塬、梁、峁發育的黃土地貌，地勢中部高兩端低，坡形北段較緩，南段地形切割較大，相對高差在100m～300m之間，測線范圍內地面高程在800m～1100m之間。研究區域主要分布有新生界第四系沉積巖及中生界細粒石英砂巖、泥巖及長石石英砂巖，河流及溝谷地帶零星出露有奧陶系灰巖。

2 地球物理特征

AMT法是以電阻率的差異來劃分地層特性及地質構造、并根據電阻率值的大小以及展布形態來判釋地下地質體空間分布的一種物探方法。影響電阻率的主要因素有礦物成分、礦石的結構、構造及含水情況等。根據經驗統計和工區地球物理反演結果分析，得出各類礦體的反演電阻率值（見表1）。

由表1可知，不同礦物特性之間，較完整礦體與斷層破碎帶以及破碎、軟弱或含水地層之間存在一定的電性差異，因此工區具備開展AMT法的地球物理勘探前提條件。

3 基本原理及方法技術

3.1 AMT基本原理

天然場音頻大地電磁法（Audio-frequency Magnetotellurics，AMT）是利用天然電磁場中的10-1～104Hz頻率范圍內的信號作為場源，通過測量電場水平分量Ex來分析研究礦石物理性質、地電斷面的變化情況。

3.2 方法技術

工作區近地表電阻率一般在100Ω·m左右，按工程施工區域50米探測深度的要求，最低頻率為10Hz。因此儀器滿足勘探要求。

四個電極測量，即兩個電極組成一對電偶極子MN（長度30m），其中，南北向布設的MN(X-Dipole電偶極子)測量電位差并計算得到電場水平分量Ex；東西向布設的MN(Y-Dipole電偶極子)測量電位差并計算得到Ey。Hx磁探頭和Hy磁探頭相互垂直。電極布極方式主要為“＋”字形，在地形條件較差情況下，部分測點采用“L”形或“T”形的布極方式。其野外測量布置如圖1。

4 資料處理和解釋

4.1 資料處理

音頻大地電磁測深法（AMT）的理論是基于頻率域的，但野外數據采集使用的是V5電磁儀器采集的信號是時間域的，因此原始數據是不能直接進行計算，需要進行數據變換。首先使用鳳凰公司的SSMT2000處理系統對數據進行預處理，然后再使用MTeditor對功率譜數據進行編輯，對測點的高頻畸變和飛點借助進行恢復，刪除部分不能恢復的飛點，以獲得高質量的數據資料。

4.2 實測資料二維反演及解釋

在資料解釋中，把反演電阻率斷面圖作為資料解釋的基本圖件和主要依據（圖2）。

圖2 礦山工程施工區域二維反演電阻率剖面與地質解釋

對資料進行解釋如下。

根據地質調查所確立的地層關系，上伏為第四系上更新統風積黏質黃土，下伏地層主要為奧陶系中統灰巖；結合地質資料，分析縱斷面電性與地質體的對應關系。反演電阻率斷面圖上部為相對低阻帶，對應了第四系風積黏質黃土的電性特征，下部反演電阻率值逐漸上升，對應了基巖電阻率的電性特征。結合地質資料，對資料詳細解釋如下：

（1）施工里程CK105+250～CK107+050段，該段上部存在一相對低阻帶，結合現場地質情況，對應了第四系上更新統風積黏質黃土，下部電阻率逐漸上升，在物性斷面圖上存在一明顯異常梯度帶，推斷該梯度帶為第四系上更新統風積黏質黃土與下伏基巖的地層分界面，將電阻率值為50Ω·m～125Ω·m范圍，劃分為第四系上更新統風積黏質黃土；將電阻率值為125Ω·m～250Ω·m范圍，劃分為奧陶系中統灰巖，礦體較破碎，弱富水；將電阻率值為250Ω·m～1050Ω·m范圍，劃分為奧陶系中統灰巖，礦體較完整。

其中在施工里程CK105+250～CK106+550段，位于奧陶系中統灰巖地層，巖體較完整，電阻率值為250Ω·m～1050Ω·m；在洞身里程CK106+575～CK107+050段，位于奧陶系中統灰巖地層，巖體較破碎，弱富水，電阻率值為125Ω·m～250Ω·m。

（2）施工里程CK107+075～CK108+025段，該段上部存在一相對低阻帶，結合現場地質情況，對應了第四系上更新統風積黏質黃土，下部電阻率逐漸上升，在物性斷面圖上存在一明顯異常梯度帶，推斷該梯度帶為第四系上更新統風積黏質黃土與下伏基巖的地層分界面，將電阻率值為50Ω·m～125Ω·m范圍，劃分為第四系上更新統風積黏質黃土，將電阻率值為125Ω·m～1050Ω·m范圍，劃分為奧陶系中統灰巖，礦體較完整。其中在施工里程CK107+075～CK107+275段，位于奧陶系中統灰巖地層，礦體較完整；在施工里程CK107+300～CK107+675段位于第四系上更新統黏質黃土地層；在洞身里程CK107+700～CK108+025段，位于奧陶系中統灰巖地層，礦體較完整。

5 結論

依據勘查區域地表出露的地層情況，結合灰巖電阻率、變質巖電阻率與斷裂及含水性的關系，電阻率的降低與斷裂及富水性密切相關。

依據本次天然場音頻大地電磁測深法（AMT）判釋了土石分界面，礦體的完整性，為陜西某礦山工程勘查提供了基礎資料。