電磁頻譜技術在不良地質金礦床定位預測研究

陳亞萍 陳 剛

（蘭州資源環境職業技術大學，甘肅 蘭州 730022）

0 引言

電磁頻譜技術是以電磁感應理論為基礎，以功率較大的天然電磁場為場源，探索地面和地殼的能源規律，進而認識地球結構的技術，電磁頻譜技術已經發展了幾十年，具有非常深的勘探深度、很少受到高阻層的干擾、很強的識別功能、等值區域范圍窄以及成本低的特點，在地質勘查方面非常受歡迎。

電磁頻率的主要主場來源是太陽、大日黑子運動和電閃式雷擊，由于太陽電離輻照而產生了強大的粒子電流，當其突破了圍繞地面的電離層后，再轉化為波，電離層層避開了地表，而不斷向巖石地層里輸送電能，因此應該認為是在地表上垂直入射光的，而平面波地下各類巖石之間也存在截然不同的巖性狀態，筆者一般都將其視作水平層狀介質，因為它們巖性之間都存在截然不同的物理學特征，所以有不同的波界面產生。電磁波在通過波阻力頁面時形成的反映，通過在巖層收集和研究從不同波阻力頁面反映的電磁波，就能夠獲得巖層阻力率，它能夠結合地貌，通過波阻力深淺變化對土層的巖性、磁性等進行多方面分析。

1 基于電磁頻譜技術的不良地質金礦床定位預測方法設計

礦產資源的定量預報是一項在不確定條件下做出最優投資決策的工作流程，它是一個比較復雜的工程，需要學者有扎實的地質學理論基礎，并以現代成礦學說和傳統地質勘探勘探的評估理論為指導，綜合應用各種設施先進的勘探技巧、數據處理技術與方法，也就是GIS方法。

1.1 不良地質金礦的初步預測

金礦預測，需要勘查金礦預測的圖表，金礦預測圖是通過整理靶區層及分布后得到的成果圖來獲得的。靶區礦床模型可以幫助靶區圈定，進而預測單元的各種金礦分布，然后預測要素與實際模式契合程度，以GIS平臺為數據驅動平臺，用數據驅動理的依據，采用以專家主導作為行為模式，對各個靶區進行人機呼喚式地選擇和歸類。

無磁力的平衡導線是GIS定量估計方法，當電磁性波發送到地面以下時，麥克斯韋方程式組就可簡化為亥姆霍茨方程式組。假定介質是同性質的，通過電場技術能夠沿軸移動，那么對亥姆霍茨方程組就可進行簡化處理，得出公式（1）和公式（2）。

式中：為穿透深度，為地層電阻率，為電磁波在地殼中的傳播頻數，是系數。

式中：E為水平軸電場強度大小；H為豎直軸磁場強度；為電磁的角頻率；為絕對導磁率；為波阻止界面的電阻率。

按照亥姆霍茨方程，如果地殼深度不變，巖層電阻率就不會變，所以對從這個深度出發的地殼，可將電阻率與深度看作存在必然的關聯，如公式（3）所示。

經過坐標平移變換并整理后，式（1）可變為式（4）。

式中：為地層深度，可由實際測得，實現不良地質金礦的初步定位。

1.2 不良地質下金礦位置預測

在水平均勻的介質中，根據式（3）和式（4），可以求得第層介質的明面上的阻止值。

式中：ρ、h、k分別為第層介質的電阻率、厚度和波的頻數，為地面上的阻止系數，（）為第層介質的對抗。

對3層斷面，式（5）可寫為式（6）。

式中：當ρ＞ρ時，代表雙曲余切函數，如果結果相反，就會使用雙曲正切函數。根據式（4），得到相對電阻率公式，如公式（7）所示。

設定、、的值，給出已知頻數，結合式（4），就可以獲得多層的正切曲線。由于所測得的電阻率曲線隨深度而改變，與已知鉆取的電阻率曲線相同的其他地質分層資料進行對比，得到了采樣間隔參數。，如公式（8）所示。

各種預計的金礦位置計算出來后，就需要劃分為采礦有利位置和成礦不利位置，需要確認預計位置。但也只能對金礦位置超過統計量的預測才有機會進入預測位置，只有這樣，才能確定不良金礦的位置。

采用頻率分布法預測時，根據有礦與無礦的不同的單位分布，在單元特征向量看出其分布圖，如圖1所示，曲線的第一個波谷讀取的數值是1.3，所以臨界值就是1.3。

當用概率分布法預測時，由于優秀的礦與不良的礦是混合在一起分布的，應該在概率圖紙上制作成礦位置的分布曲線，其拐點的橫坐標即為閾值；也可以將成礦位置的單元頻數用2條直線畫出來，它們的交點的橫坐標稱為閾值。根據兩條直線的交點確定概率分布曲線的臨界值為1.3，如圖1所示。

圖1 金礦分布預測圖

2 試驗

2.1 試驗模型準備

為了大型、超大型金礦床的GIS預報模型準備，往往需要深入研究大型、超大型銅礦床和小型金礦床之間的關聯，并且將金礦床密集地區的形態與分布作為客觀的有機整體。重點是在采用GIS定量預測方法時，如果自動篩選，選出的預測單元很可能出現不真實的預測單元。在選擇和評價時，就得根據重砂異常、礦化信息等預測要素，進一步挑選預測單元，去掉不真實的預測單元，只有這樣，才能給出正確的地質評價。

不良地質金礦床定位預測具體過程如下：1）選取不良地質可能賦存區段。2）獲取圍巖的元素與礦物成分含量信息。3）不良地質異常信息的提取，在步驟（2）執行過程中，根據采集礦物數據確定元素和礦物異常界限值。4）對異常信息進行合并分析，對可能存在的金礦床進行位置預測。

2.2 試驗模型的運行

預測模型包括預測變量的提取和研究，然后總結出來金礦位置規律的試驗，在電腦上表達GIS技術的過程，只有用GIS技術，才能實現特點分析方法的定量預測。為了研究GIS平臺的金礦成礦的分布情況和質量，要提取可能與礦化作用有關系的所有數據。

本次預測中基礎地質信息主要為實體圖層，包括各種點、線、面的空間，此外，還有空間屬性數據庫。化探信息和物探重力磁法信息由GIS數據提供，化探的異常是將化探數據處理后形成的化探數據庫，空間實體圖是由空中衛星的影像數據組成的，將數據破譯后，就會形成線環構造、蝕變和地層等各種推斷的空間實體圖層以及空間數據庫。為了獲取地質金礦床定位信息，需要對巖礦地層情況與巖礦地層斷裂構造進行定量化分析，以下為具體操作。

把成礦地層玄武巖圖層與網格單位圖層相互對比，如果網格單位圖層出現異常，則把空間數據庫金礦的地層字段用1來賦值，否則就用0來賦值。

斷裂的特點非常多，例如方向、位置、性質以及密度等均有特點。本次預測的斷裂位置比較集中，主要為級別較低的斷裂構造，為此需要有很多遙感線性斷裂信息要補充，否則，就無法進行密度計算。因為大多數區域斷裂得不嚴重，而且現在礦床的屬性可能已經與成礦時期的屬性截然不同，所以對沒必要對斷裂位置進行提取。這次試驗的斷裂按照預測模型，提供的斷裂信息是方向不同的，然后提取主要的斷裂位置，用來控制其影響的范圍。為此，需要對斷裂方向進行篩選，然后對其進行整理，最后才能重新構造圖層。

對每組斷裂結果進行分析，分析的結果會統計其影響成礦的域的大小，并以此來設置緩沖區，來確定此組斷裂的緩沖區面圖層位置。檢驗斷裂方向信息，一般采用將斷裂圖層按照其斷裂走向，將它們分別記入數據庫里，然后按照走向角度的22.5度為基準，劃分為NWW、NW、NNW、NS、NNE、NENEE以及EW等8個方向組，每組角度區間長為22.5，分別形成單獨的斷裂線圖層。

根據金礦床的斷裂特征、方向的不同，將不同的方向與原始金礦床對比后，得到結果為NS，NNE， NNW和NW向斷裂與原始的成礦最有關系。計算方向組斷裂位置到已知金礦的距離，會得到一個分布統計表或者統計分布曲線，進而獲得其成礦影響的范圍，如圖2所示。

根據圖2的斷裂與金礦的地點的距離，確定各個方與斷裂緩沖區的距離數據：NS向斷裂1 km， NN向斷裂1 km，NNW向斷裂1.5 km， NW向斷裂0.5 km。按照不同的距離，設置了不同的斷裂緩沖區，然后對比圖層與網格單元圖層是否不一致，如果不一致，則其斷裂方向的賦值為1，否則賦值為0。

圖2 斷裂與礦點距離統計圖

數據處理完畢后，會形成3個不同的異常等級，由于較低的化探異常也可能有金礦分布，所以所有級別異常都作為可以進行化探的地方，不要區分它們。把該圖層與網格單元圖層相交，如果出現了相交的情況，則其空間數據庫對應元素化探異常的賦值為1，否則賦值為0。

2.3 試驗結果

通過收集不良地質金礦預測的地質、物化探、遙感、重砂及部分圖表和資料，用 GIS 技術將數據實實施監測后，運用特征分析法，給出了定量金礦分布的預測結論。通過上述試驗的運行，得到以下結果：1）研究區的金礦是卡林型的，主要受中、后世代福源‐彌勒基底斷層構造‐巖漿‐流體及沉積蓋層的逆沖推覆褶皺‐斷層的影響，礦體均在玄武巖的共同接觸面上的上沉火山灰巖層中。2）將物化遙重砂的標記信息與已知金礦點進行對比，經GIS方式進行計算，玄武巖的不融合面、NS向斷層1km區、NNE向斷層1km區、NNW向斷層1.5km區、NW向斷層0.5km區、金元素反常、汞元素異常、是重要的控礦因素，利用這些控礦因素可以進行定位礦標記，該標記可選為本區的預測變量。3）預測工作最終提出了A、B、C三類，共18處的礦業資源普查靶區，選取中4處A類靶區的預期證據充足，且與已有金礦配合程高，可以率先進行金礦定位工作。B級靶區次之，重要成礦要素基本都齊全，且成礦條件滿足地質學成礦的條件的80%，可以把它作為重點定位預測區域。C類靶區則根據目前資料認為資源潛力較小，且預測依據與成礦條件匹配程度均不高，因此沒必要做太多的地質勘探工作。

3 結論

綜上所述，不良地質金礦現象產生的前提條件是由于具有巨大礦山水害資源以及政府對礦井的水害資源管理政策失控，從而導致礦山內意外充水，進而造成了礦山水害事件。因此，必須在適當的環境條件下，通過采用多頻率域電磁法勘探技術等物探方面的手段，及早預測了礦山水害源，然后再有的放矢地輔以勘探手段，精確監測礦山水害資源，才能制定切實可行的防水保護措施，以便于有效防止礦山事件發生。