胡启明 陈传奇 葛天兴 罗爱强
（河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，河南 信阳 464000）
【摘要】本文介绍了EH4电磁成像系统的工作原理、工作方法、特点和资料处理，通过在格尔托金矿勘查中的应用，说明该方法能够穿透较厚的覆盖层，有效探测出较深部地质体之间的电性差异，并能提取深部地质体信息，在金矿勘查中取得较好效果。具有一定的实用和借鉴意义。
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关键词 EH4电磁成像系统；地质特征；地球物理前提；格尔托金矿
EH4电导率成像系统是美国EM1和Geometrics公司联合生产的双源型大地电磁系统，采用了最新的数字讯号处理器的硬软件装置，兼具有源电磁法的稳定性和无源电磁法仪器设备的轻便性特点，是目前国际上一种先进的大地电磁测深仪，其基本配置频率（10～100kHz）的装置能测量地表以下1000米深度范围内地质体的连续视电导率值，由此来对地下地质体（矿体）进行解释。
1 地球物理前提
EH4电磁成像系统有效性取决于地质体的电性差异。一般工作地区表层为第四系风化层，电阻率值较低，ρs一般在10～100Ωm之间，下伏基岩的电阻率值随岩性的不同而变化，地层岩性之间、侵入岩、变质岩及构造等，均有不同的电性差异，另外随岩性的矿化和金属硫化物含量的增多，电阻率值呈急剧下降趋势，这种电性差异，为应用EH4电磁进行勘查提供了必要的物性前提。
2 EH4电磁成像系统工作原理
EH4电磁成像系统属于部分可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深系统。深部地质体的探测通过天然场源成像（MT），其信号源为（10Hz～1kHz）。浅部地质体的探测通过一个新型的便携式低功率发射器发射500Hz～100kHz的人工电磁讯号，补偿天然信号的不足，实现了天然信号源与人工信号源的采集和处理，可以有效地穿透不同厚度的覆盖层，高精度反演地下0～1000米的地质体的电性结构，连续测深点阵可以组成地下二维电阻率剖面。其基本假设是将大地看作水平介质，大地电磁场是垂直投射到地下的平面电磁波，则在地面上可观测到相互正交的电磁场分量为Ex，Ey，Hx，Hy。通过计算可确定介质的电阻率值。
其计算公式为：
由式（3）可知，趋肤深度（δ）将随电阻率（ρ）和频率（f）变化，测量是在与地下研究深度相对应的频带上进行的，即当工作频率高时，探测深度小；随着工作频率降低，探测深度也逐渐增大。因此，通过研究地表采集的电磁数据能够反演出地下不同深度介质电阻率分布的信息。
3 野外工作方法及数据处理
3.1 野外工作方法
EH4电磁成像系统由发射系统、接收系统和控制系统三大部分组成。野外实测时，测线方向为X轴，垂直测线方向为Y轴，在测点上沿x、y方向布置两组相互正交的高频磁探头和电极，采用“+”子形方向布极。根据地形、地物条件，各个测点的电极距为8～20米不等。测量过程中，保证各个电极接地良好并尽量避免周围环境中的不利因素的影响，如人工电场等。EH4电磁成像系统工作装置见图1。
3.2 数据处理
数据处理主要采用厂家配套的IMAGEM数据处理软件，现场进行傅立叶变换，获得电场和磁场虚实分量和相位数据，并现场进行一维反演。在一维反演的基础上，室内资料处理中采用了Robust估算方法处理时间序列资料，压制噪声影响，获得高质量的张量阻抗元素。再利用EH4系统的二维成像软件进行快速自动二维电磁成像。输入不同的圆滑系统生成相应的.dat格式的数据文件，利用Mapgis绘图软件绘制出二维电阻率剖面模型。
4 在金矿勘查中的应用
4.1 地质概况
格尔托金矿位于秦岭纬向构造带南亚带的西段，属于西倾山复背斜的南翼。处于NWW向主断裂带与近SN向断裂交汇部位。矿区金矿床严格受不同构造单元之间相接的走向逆冲断裂带控制，金矿带的展布方向与逆冲断裂带一致；金矿床、金矿体产出于大断裂带或平行、斜交大断裂带的次级断裂及裂隙中，裂隙风化明显；部分金矿床产出于脆韧性、韧性剪切带及片理化带中（图2）。
矿区内侵入岩不发育，但对矿区矿床的形成起着非常重要的作用，主要为侵位于郭家山组灰岩中的石英闪长岩脉，部分岩脉已构成矿体，后期蚀变作用强烈，多绢云母化、似碧玉岩化、褐铁矿化，岩石节理十分发育，沿着节理或裂隙发育部位有脉状矿体分布。矿区存在一个较大的隐伏闪长岩体，该隐伏岩体与岩浆热液有关的蚀变作用十分强烈，硅化、红化、碳酸盐化皆有所表现。
该矿区火成岩的存在为金矿的形成提供了物质来源，而岩浆活动、后期的热液改造和生物化学作用为金元素的形成提供了动力学因素，矿区内发育的断裂及裂隙构造为矿床的成矿空间。矿区深边部和矿床外围的找矿前景广阔。
4.2 电性特征
区内岩性电性参数标本测定的结果见表1。
从上表1中可知：①区内碳酸盐岩和硅化灰岩未受到断裂的影响，岩石完整性好，远离闪长岩体、岩脉或岩枝，可能存在热变质作用，岩石硅化，电阻率在104（Ωm）数量级，呈高电阻率电性特征，该部位不利于成矿。②闪长岩电阻率值变化较大，闪长岩体是金矿床的物质来源，但该部位缺少挥发份，金元素的富集作用差，丰度低，电阻率一般在103（Ωm）数量级，呈中等电阻率电性特征；闪长岩脉或岩枝内，在闪长岩脉或岩枝形成的过程中，岩体中岩浆与围岩（碳酸盐岩）发生化学反应产生挥发分CO2，金往往在伴随挥发份溢出时，滞留在闪长岩脉或岩枝内形成原生金矿床。由于岩石的结构构造不同，闪长岩较大理岩易于风化，岩石变松软，含水性升高，一方面使得矿床发生次生富集作用，另一方面使得电阻率变低。③断裂带内岩石破碎，节理裂隙发育，含水性好，含氧丰富，为各种地球化学作用、生物作用等矿床次生富集作用提供了有利条件，也为金矿床的赋存提供了良好空间，在电性特征上呈低电阻率的特征。
4.3 应用效果
金虽然是良导体，但它在自然界中的丰度极低，金矿床在电阻率特征上难以直接反映。根据岩（矿）体、构造的电性特征并结合地质资料，电阻率成果图可以进行构造判定、岩性划分等，然后依据矿区的成矿规律、控矿因素、成矿空间等进行分析解释和异常的圈定。
图3为500线的地质物探综合剖面图。左侧为电阻率断面图，右侧为地质物探综合断面图。在电阻率断面图中，低电阻率以红色表示，高电阻率以蓝色表示。根据上述地质地球物理模型、矿区岩石电性特征结合地表调绘和矿区地质资料，推测出断层F1、F3，闪长岩脉，并划分了岩性。闪长岩脉形成时期，一定的温度压力下，在比重较小的CO2、H2O等挥发分的作用下，处于游离的金被带到闪长岩脉的分支部位、大理岩与闪长岩接触且向大理岩一侧凹陷的部位，并赋存下来，形成原生矿床。在近地表的闪长岩脉（枝）附近，物理风化、化学风化作用变强，多裂隙，含氧、含水性变好，生物化学作用变强，有利于金的次生富集形成次生矿床。圈定金异常Au-6、Au-8、 Au-10。在断裂破碎带中，节理裂隙发育，含氧、水性好，有利于金的次生富集作用，且多以红色粘土的形式产出，圈出异常Au-14。Au-14异常上部电阻率低，为后期第四系填充，不能圈为异常。
图4为600线综合剖面图。分析解释与图3类似，推断存在断层F1、闪长岩脉（枝），划分出了岩性界限，圈定了异常Au-10、 Au-11、 Au-12、Au-14。
经钻探验证，在矿区500、600线Au-6、Au-10、Au-11、Au-12、Au-14异常内均见到金矿体，矿石最高品位达32.38×10-6，一般为1.2×10-6～7.1×10-6。可见EH4电磁成像系统在秦岭格尔托金矿的勘查中是有效的。
5 结语
通过EH4电磁成像系统在格尔托金矿勘查中应用，说明EH4电磁成像系统能够穿透较厚的覆盖层，有效探测出较深部地质体之间的电性差异，并能提取深部地质体信息，在金矿勘查中取得较好效果。
EH4电磁成像系统具有勘探深度大，能观测到离地面几米至上千米范围内的地质断面的电性变化；反映成果直观，测量结果二维电性断面的纵横向分辨率较高；采集系统轻便，野外作业效率较高。
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参考文献
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［责任编辑：汤静］