试论可控源音频大地电磁法在深部找矿中的应用

孟涛涛，朱小朋

社会各行业对于矿产资源的需求量逐年增长，给企业的未来发展带来了机遇和挑战，随着矿产资源开采工作的快速推进，浅部找矿工作已经无法满足当前资源需求状况，找矿的深度不断拓展，工作中遇到的困境也在增大。传统工作方法会对找矿工作的整体成效造成影响，不仅会限制工作效率的提升，给找矿人员造成巨大负担，而且容易受到周围环境因素的干扰。可控源音频大地电磁法的融合应用，符合深部找矿的工作特点，可以对断裂构造和地层关系、水文条件等实施全面分析，帮助工作人员在获取矿区地质信息的基础上，制定切实可行的深部找矿方案，以满足资源开发的要求。

由于不同物体的导电性和导磁性具有一定差异，因此在电磁感应原理下可以运用电磁法获取物体的基本信息，帮助工作人员以更加直观的方式观察电磁场变化状况，获取全面的地质特征信息。大地电磁法出现在上世纪50年代，应用该方法进行探测时，能够有效拓展宽度范围，为工作人员分析地质构造状况提供可靠保障。大地电磁法的应用真正解决了传统模式下成本过高和人工场源繁琐性等问题，可以提高工作的便捷性，分辨率也能够得到有效改善。但是，该方法也存在一定的局限性，尤其是低频较多会影响数据采集的效率。音频大地电磁法就是在该方法的基础上而诞生的新型探测方法，改善了其工作效率低下的问题，但是也会受到外界因素的干扰。可控源音频大地电磁法可以有效降低干扰源的影响，实现了上述两种方法的有效融合，可以发挥AMT技术和MT 技术的优势，由于采用了人工场源，因此在探测工作中的可控性更强，频率最高达到8192Hz，可以结合实际工作要求对场源实施调整，以达到最佳观测效果。测站和场源是应用可控源音频大地电磁法时的主要野外装置，在地面设置一单一偶极源，并且要确保偶极源长度的合理性，避免对工作效率产生影响，控制在2000m ～3000m 左右。通过浇灌的方式可以改善土壤的湿润性，增强电耦合效果，电偶极子在平行电场和垂直磁场的测量中应用较多，能够获取磁场当中的感应电动势。

首先，应用该方法可以有效提高工作效率。发射偶极子的应用，可以完成扇形区域的测量任务，面积相对较大，因此可以确保测量点均为测深点。当勘察现场遇到特殊情况时，不会对可控源音频大地电磁法的应用造成较大影响，通过确定接收机的不同点位，可以快速获取相关区域内的测量值。其次，应用该方法能够拓展勘测深度。地电构造和噪声等是影响可控源音频大地电磁法的主要因素，同时也会受到设备仪器自身性能的影响，包括了灵敏性和功率等。发送偶极子对于勘测深度的影响不大，因此以现有技术而言，可以最高达到2000m ～3000m 的勘测深度。最后，应用该方法可以提高分辨能力。收发距不会对水平方向分辨能力产生影响，因此随着收发距的增大也可以获取良好的数据，降低结果误差。

3.1 工作方法

在采用可控源音频大地电磁法时，为了获取更加可靠的勘测数据，还应该引入对称四级测深装置。采用赤道偶极装置开展布极工作，这是应用可控源音频大地电磁法的关键，针对电场分量的电极MN 水平实施全面测量，与供电极保持平行。合理设置收发距离是改善测量结果准确性的关键，一般在5km ～7km 左右。采用对称四极测深装置时可以发挥激发极化法的作用，可以对电极中点实施可靠性测量，随着极距的增大，获取相应的视充电阻率和视电阻率值，帮助工作人员对不同深度下的地质状况进行评估。尤其是在深部找矿工作当中，应该保障极距的合理性，以最大限度获取断面状况。合理确定测深点的数量，以针对矿产资源的具体分布特点实施评估。

3.2 仪器设备及其试验

GDP-32 Ⅱ型多功能电法仪在可控源音频大地电磁法深部找矿中的应用较多，不仅能够有效拓展找矿的范围，而且能够降低外界因素的干扰，最大限度保障勘察结果的可靠性，而且适用性较强，能够在多种环境下实施勘探。此外，该设备相较于其他设备而言更具灵敏性，可以保障良好的发射电流，在电磁法测量和电法测量中的应用十分广泛，可以满足瞬变电磁法、时间域激电法、可控源音频大地电磁法、频率域激电法、大地电磁测深法等相关技术方法的使用要求。该设备的标准频率在0.01kHz ～8kHz 之间，动态范围和通道数分别为120dB 和8 道，自电补偿和最小检测信号分别为±2.5V 和0.05μV，可以在-40℃～45℃的环境下工作，具有良好的适用性。稳流发射机的功率较大，额定输出功率在30KW，电流稳定性较好。此外，在采用可控源音频大地电磁法时还会用到磁探头、不极化电极、发射机、变频发电机和手持GPS 定位仪等等。

为了充分发挥可控源音频大地电磁法的优势及作用，应该针对各类设备和仪器的性能开展试验。选择具体的试验位置，确保能够获取可靠的收发距变化状况，同时降低地形的起伏，防止受到地电因素的影响，避免野外数据的失真。试验项目主要包括了收发距、发射源和最低频点、电流等等，选择合适的试验点，其中收发距分别为6km、7km 和9km，电流分别为8A、12A和16A。仪器的稳定性是决定最终测量效果的关键，因此应该以RPIP 模块系统为依托实施检测，频率控制在0.125Hz ～8192Hz之间，分析是否存在异常数据。当收发距分别为6km 和7km 时，信号强度较高，而随着收发距的增大，信号强度则会受到影响，难以获取可靠的数据信息。为此，可以将收发距控制在6.5km 左右。发射源在试验中选择三个，包括了1.0km、1.2km 和1.5km，对电压值进行分析。当距离值为1.0km 时，各个点的电压平均值分别为0.4268V、0.3045V、0.6174V；
而当距离为1.2km 时，各个点的电压平均值分别为0.5342V、0.6202V、0.6988V；
而当距离为1.5km 时，各个点的电压平均值分别为0.719V、0.2028V、0.8451V。虽然不同的距离都可以满足实际需求，但是在1.2km的情况下可以获得更好的信噪比状况，因此可以确定发射源距离为1.2km。

3.3 数据采集

数据采集工作主要包括了仪器校准、系统检查、采集初参设定、分频段数据采集、数据存储和数据输出等环节。赤道偶极普查式标量装置的测量效果较好，但是在实际工作中容易受到人为电磁干扰的影响，会导致采集的数据难以反映区域内的矿产资源状况，因此要实施叠加处理，在读数时剔除其中的异常数据。为了确保获取的数据达到工作标准，应该及时开展数据质量评价工作。对电偶极的极差进行分析，一般不超过2mV。为了确保电流值符合可控源音频大地电磁法的应用要求，提高信号的传输质量，应该确保盐水浇灌的充足性，改善测量电极和供电电极的应用条件。为了降低外界因素对信号传输和接收的影响，因此严格检查磁探头的埋设情况。做好各类仪器的同步处理工作，防止数据稳定性及可靠性受到影响。工作人员应该注重关注各类突变点、可疑点和异常点等，通过二次观测的方式获取更可靠的数据。在实践工作中，可控源音频大地电磁法原理检测点在8%左右，误差控制在4.38%以内。视充电率和视电阻率平均均方相对误差分别在4.86%和4.92%左右，能够达到测量工作要求。

3.4 数据处理

在完成数据的采集工作后应该及时开展数据处理工作，主要分为预处理和反演处理两项主要内容。在数据采集中可能存在异常数据，对于偏差较大的数据进行剔除处理，防止对最终的勘测结果产生严重干扰。原始数据的反演处理主要分为一级和二级处理，需要发挥GDP-32 Ⅱ型多功能电法仪的作用，了解SCS2D 反演处理软件的性能特点，以提高反演处理工作质量。为了提高图件绘制的工作效率，保障图件分辨率达到使用要求，还应该运用Excel 软件等。处理近场数据是该环节的主要内容之一，随着勘探深度的拓展，对于信噪比的要求也更高，因此在应用可控源音频大地电磁法时需要保障电流的充足性，满足发射端和接收端的工作需求。低频段处于近场区域当中时，畸变状况会对视电阻率产生影响，呈现出45°上升的特点。如果没有对其进行有效处理就实施反演计算，会导致数据处理结果的精确性受到影响，而且也会加大工作人员的负担。因此，为了获得良好的测量结果，需要引入测量频率参数，为后期反演计算奠定良好的保障。通过观察频率-卡尼亚电阻率曲线图，可以看到在频率处于128Hz 左右时，曲线会发生明显的改变，尤其是在不超过128Hz 时呈现出45°上升的情况，可以根据上述现象确定近场数据。为了提高工作效率与质量，因此应该选择128Hz ～8192Hz 频率段，可以为数据筛选奠定基础。地形校正也是数据处理环节的主要内容，视电阻率会受到地形因素的影响，这也是引发畸变的主要因素，通过校正的方式可以为后续反演计算提供可靠的信息。*.stn 文件的应用，可以提高二维反演有限元网格剖分的效果，对于地形因素的控制左右十分显著。除此之外，还应该实施静态校正，以降低静态效应的影响，防止电荷累积而影响最终的测量效果，降低反演模型的误差，使解释结果更具可靠性。自适应移动平均滤波器、修剪式移动平均滤波器和固定长度移动平均过滤器等，在静态校正中的应用较多，其中修剪式移动平均滤波器的效果更好，可以与Astatic 软件融合应用，修正存在较大差异的数据。当出现静态效应时，会导致视电阻率等值线密集区出现在断面图当中，无法帮助工作人员分析矿区中的地质构造特点，解释结果的偏差增大。通过校正处理，可以改善等值线的光滑性和连续性，最终获得的断面图质量更高。

在某次测量工作中，收发距离为7km，频率范围和电流大小分别为64Hz ～8192Hz、6A。电阻率呈现出相位滞后的现象，影响异常体的分析。采取数据校正处理得到反演卡尼亚电阻率断面图，可以更加准确地评估埋深状况，相较于静态校正前获得数据而言更具可靠性。孔深在176m 左右，第四系残积层深度、石英闪长玢岩的深度分别为13.5m 和13.5m ～105.6m，对比已有的钻孔资料，可以对测量结果实施验证，运用可控源音频大地电磁法能够获得可靠的断面图，帮助工作人员分析电性结构，具有较强的准确性特点。

3.5 资料解释依据

可控源音频大地电磁法具有较强的可控性特点，能够充分发挥人工源的优势，在观测时依据正交电磁场分量，矿石的电磁特性会对最终的输出结果产生直接影响，该方法能够提高数据处理效率，而且视电阻率更具可视化特征，便于工作人员的直观分析和评估。勘察地质体电性特征，可以获取纵向地电断面相关资料。地质应力会对地层产生不同程度的影响，出现断裂情况时会出现较多的地下水，因此电性特征也会出现改变，通过分析电磁特性则能够分析地质状况的变化特点。工作人员在分析破碎带空间分布特点和断裂构造带等信息时，依据视电阻率断面图可以快速获取相关信息，满足勘察工作的实际要求，为深部找矿工作创造了良好的条件。可控源音频大地电磁法的敏感性较强，地质体电磁差异可以被快速获取，在应用该方法时，需要确保在矿区中的地球物理特性符合勘察工作的特点。地质应力会对岩层产生不同程度的影响，容易出现破坏和错断的情况，这是导致断裂构造的主要因素，因此地质体不再具备连续性，存在较多的泥质、碎石等等，电阻率也会发生改变。应用可控源音频大地电磁法可以分析电磁场的连续性特征，明确电位场的分布特点，找到低阻异常情况，而且含水量会对最终的勘察结果产生影响。运用视电阻等值线剖面图可以实现可视化分析和判断，找到存在形变、错动和扭曲的位置，以此为依据确定断裂构造情况。在地质解释工作当中，应该考虑到温度、富水状况的影响，防止电阻率出现较大的偏差。

3.6 异常体推断解释

在某次勘察工作中应用可控源音频大地电磁法，分析反演卡尼亚电阻率断面图，能够找到出现严重畸变的位置，具有同步扭曲的特点，这是逆断层所导致。在部分区域的视电阻率呈现出混乱性的状况，而且曲线十分密集，主要是高阻岩体所导致。视电阻率在1500Ω·m 以内，通过分析矿石电性可以找到目标层，了解矿体的赋存状况。运用激电测深技术实施研究，在某点附近出现等值线扭曲的情况，而且对照可控源音频大地电磁法中的结果，发现两者一致。在部分区域当中，视充电率相对较高，而视电阻率相对较低，主要是由于矿化所导致，可以根据这一特征为深部找矿提供依据。

而在某次勘察工作当中，运用可控源音频大地电磁法可以在高频位置获取第1 电性层的高阻异常状况，呈现出不连续“串珠”的情况，真实地层和浅部高阻电性层的对应关系不明确，因此确定为假层，应该划归第2 电性层。千枚岩在可控源音频大地电磁法应用中的露出数量较多，下层高阻存在较多碳酸盐类物质，铅锌矿体处于第2 层低阻电性层，因此在采用可控源音频大地电磁法时，无法根据铅锌矿体的视电阻率状况进行判断。

在深部找矿工作中，可控源音频大地电磁法的应用逐渐增多，可以有效提高找矿工作效率，而且拓展了勘探的深度，垂直及水平分辩能力更强，受外界因素的影响较小，可以最大限度保障勘探结果的可靠性。在应用可控源音频大地电磁法时，应该掌握具体的工作方法，明确仪器设备类型及特点，做好试验工作，确保其良好的工作性能。同时，控制数据采集和数据处理环节的要点，获取资料解释依据，做好异常体推断解释工作，为后期矿产资源开采工作创造良好条件。