地球物理勘探的应用前提及适用范围培训材料w

物物探探培培训训教教材材 广西地球物理勘察院广西地球物理勘察院 2011 年年 3 月月 目目 录录 第一部分第一部分 几种常用的地球物理勘探方法适用范围及其资料的解释几种常用的地球物理勘探方法适用范围及其资料的解释 一 重力一 重力 1 一 重力勘探的应用 1 二 重力资料处理和解释 2 二 磁测二 磁测 8 一 磁法勘探的应用 8 二 矿产普查中的磁测资料解释与地质构造推断 9 三 电法三 电法 13 一 激发极化法 13 二 充电法 15 三 自然电场法 17 四 可控源音频大地电磁法 17 五 瞬变电磁法 20 四 四 地下物探技术的应用地下物探技术的应用 27 第二部分第二部分 广西区域地球物理特征分析广西区域地球物理特征分析 一 岩石物理性质一 岩石物理性质 32 二 区域重力场二 区域重力场 38 三 区域磁场三 区域磁场 42 四 区域深部地质构造分区四 区域深部地质构造分区 47 3 第第一一部部份份 几种常用的地球物理勘探方法几种常用的地球物理勘探方法 适用范围及其资料的解释适用范围及其资料的解释 4 一 重力一 重力 一 重力勘探的应用一 重力勘探的应用 重力勘探是观测地球表面重力场的变化 借以查明地质构造和矿产分布的物探方法 地球的重力场是一种天然场 组成地壳的各种岩 矿 石之间具有密度差异 这种差异 会使地球的重力场发生局部变化 从而引起重力异常 当我们在某一地区进行观测并发 现重力异常时 对异常进行分析计算 就能推断引起该重力异常的地下物质的分布情况 从而达到地质勘探的目的 重力勘探所观测 研究的是天然的地球重力场 引起重力场变化的因素包括从地表 附近直至地球深处的物质密度分布的不均匀 又因为野外测量中使用的重力仪轻便 观 测简单 采集数据方便 所以重力勘探相对来说具有经济 勘探深度大以及快速获得面 积上信息的几个优点 因而获得了比较广泛的应用 现在 重力勘探能够解决下列几个方面的地质问题 1 研究地球深部构造 例如 地壳厚度的变化 莫霍面的起伏 深大断裂的可能 部位及延伸情况 上地幔密度的不均匀性以及研究地壳的均衡状态等 2 研究大地及区域地质构造 划分构造单元 研究结晶基底的起伏及其内部成分 和构造 圈定沉积盆地范围 以及研究沉积岩系各密度界面的起伏和内部构造 3 探测 圈定与围岩有明显密度差异的隐伏岩体或岩层 追索两侧岩石密度有明 显差异的断裂 进行覆盖区的基岩地质 构造填图 4 根据区域地质 构造及矿产分布规律 为划分成矿远景区提供重力场信息 5 寻找石油 天然气或煤等有远景的盆地 在圈定的盆地内研究沉积层的厚度及 内部构造 寻找有利于储存油气或煤的各种局部构造 条件有利时可以研究非构造油气 藏 如岩性变化 地层的推覆及生物礁块储油等 并直接探测与储油气层有关的低密 度体 6 与其他物探方法配合 固定金属及非金属矿产成矿带 在条件有利时 可以探 测并描述控矿构造 或圈定成矿岩体 或者直接发现埋藏较浅 休积较大的矿休或对已 知矿体进行追踪等 5 7 在水文及工程地质方面 可以研究浮土下基岩面的起伏和有无隐伏断裂 空洞 以确保厂房或大坝等工程的安全 寻找水源 如寻找利于储水的地下溶洞 破碎带 地 下河道等 危岩 滑坡体的监测 地面沉降研究 在地热田的勘测开发过程中 发现热 源岩体 腔测地下水的升降以及水蒸气的补给情况 以便合理 持久地开发地热田等 8 在天然地震方面 通过观测重力随时间的变化 为地震预测研究提供依据 应用重力勘探的必要条件是勘探目标与围岩之间必须具有能够引起可观测异常的密 度差 有利条件是这个密度差要比较大 围岩本身的密度没有明显的变化 勘探目标的 埋藏深度要比较浅 重力测区内非研究对象引起的重力变化小 地表地形比较平坦等 由于重力法依据的是物质之间的密度差异 所以重力观测值中包含了其他地球物理观测 值不能比拟的丰富的信息 但是伴随这个优点的是重力资料解释中的重大困难 即不易 分离出由不同地质体引起的异常 然而 重力测量仪器精度及稳定性的提高以及新的先进仪器的出现 观测手段的改 进 数据处理及解释水平的提高 重力勘探法必将开辟出新的应用领域 二 重力资料处理和解释二 重力资料处理和解释 重力资料解释的基本步骤 场的分析 数据处理 地球物理解释 定性和定量解释 地质解释和推断 地球物理解释和地质解释要穿插进行 使解释深化 1 数据处理目的及方法 数据处理的目的是在消除各类误差的基础上从叠加场中分离或突出某些目标物的场 并使其信息形式 或信息结构 更易于识别 反演和解释 其处理软件主要采用 RGIS2 0 中的相应功能模块进行数据的网格化及各种处理计算 数据处理方法主要有以 下几种 1 对布格重力异常作窗口滑动平均 采用正方形窗口滑动平均 窗口边长将根据实际情况视试验效果而定 根据窗口 滑动平均异常分别编制反映不同界面深度的区域异常和剩余异常图 2 对布格重力异常作向上延拓 其目的是压制浅而小的地质体的场 突出浅部或深部大地质体的场 合适的延拓高 6 度由试验确定 以能否达到压制和突出有关信息为准 根据延拓结果编制相应上延高度 的异常平面图 3 对布格重力异常求垂向二次导数 垂向导数主要用于突出局部异常 有利于研究岩体 局部凸起 火山机构 小的 断陷盆地 矿化蚀变带等局部地质体 其效果与剩余异常相当 计算公式选用罗森巴赫 式 半径通过试验来确定 据计算结果编制相应的垂向二次导数重力异常平面图 4 对布格重力异常求水平方向一次导数 其目的主要用于突出走向垂直于求导方向的断裂及其大致位置 岩脉的位置 宽大 地质体的边界线以及确定地质体的走向等 根据研究区内主要的构造线方向大致为北东向 北西向和近东西向 将分别选择了 沿 135 45 90 0 方向求导 以便推断区内线性构造 5 对布格重力异常进行小波变换处理 由于重力异常包含了深部 浅部构造层 岩性以及地壳中密度不均匀体等因素的叠 加效应 而小波变换通过不同阶次的计算可以分别得到对应不同深度场源的异常平面图 因此 利用小波变换可以探讨不同深度场源体的空间分布形态 2 资料解释思路 在充分挖掘 分析研究重力异常信息的基础上 结合其它物 化 遥 地质资料进 行区内构造单元划分及断裂构造划分 对剩余异常进行定性解释 通过异常数据正反演 拟合计算 就部分重点异常对其位置 产状等空间展布形态作定量分析研究 通过异常 与成矿作用的相关分析 结合岩浆活动 构造活动规律 提出有找矿意义的地段 1 定性解释 首先通过重力场的分离 分析深部 浅部异常的展布特征 研究其重力场展布规 律 结合地质 物 化遥等信息作出对深部地质构造和浅部密度不均匀地质体进行定性 解释 按重力场的异常分区特征研究地质构造分区 通过分离的局部异常对浅部局部密 度不均匀地质体的空间形态进行探讨 建立定量解释的初始地质模型 通过异常展布特征的规律探讨按不同的异常强度 展布方向 形态等特征规律 进行异常分区 根据地质和物性资料建立建全目标物的地质 地球物理概念模型的标志 7 研究不同的地质起因 划分地质构造单元 根据重力异常的线性展布特征研究地质线性构造 建立区域地质构造格架 推断 区域断裂的分布 利用局部异常的展布特征 对浅部的局部密度不均匀体进行圈定 结合地质 物 化遥等地质成果进行地质解释 2 定量解释 定量解释的任务是运用各种定量反演方法求取有关场源 拟探测目标物或目标层 的几何参数和物性参数 定量解释的重力数据一般应是经过数据处理 分离出目标物 含目标层 的重力场 并且是在定性解释所建立的地质 地球物理概念模型的基础上 进行的 定量解释工作主要选择区内有相应已知条件的异常进行 在定性解释的前提下 为 了进一步对深部构造层以及岩体 盆地 断裂等所引起的有一定地质找矿意义的异常深 入地研究探讨 尽可能利用区内实测的物性参数和已知的边界条件来进行定量或半定量 解释 尽量减少多解性的出现 在解释的过程中 尽可能做到平面解释与剖面解释相结合 互为补充 借鉴和约束 这对于某些地质体边界的确定 某些界面起伏和埋深的研究是十分必要的 同时 其成 果也更为可信 依据更为充分 3 地质解释和推断 地质解释的任务是在定性和定量解释基础上 根据各种地质体的地质 地球物理模 型的特征 结合工作区的地质情况 运用地质学的基本原理将这些解释成果转变为推断 的地质体或现象 并进而对它们从空间和时间上做出合乎地质学原理的地质解释和推断 总结重力异常的找矿信息 根据重力异常与已知矿点分布的相关关系 结合其他地 化 遥资料 综合重磁场反映的构造 岩浆岩展布规律 开展区域内成矿远景区划和圈 定找矿靶区 根据定性和定量解释 平面和剖面解释的结果 按照地质学的基本原理编制推断成 果图 主要包括推断的构造图 岩浆岩分布图 莫氏面深度图 结晶基底深度图以及成 矿预测图等 同时建立局部异常登记卡 充分挖掘和展现区域重力调查所取得的成果 8 4 重力异常分区的基本原则及基本方法 异常分区基本原则 重力异常解释一般从场的分区入手 首先要将研究区的场置于更大范围场的背景中 加以研究 并与邻区对比 按重力场的各种特征如异常群的强度 形态 梯度 走向 多寡及展布特点等项标志及其组合特征进行场的分区 对研究区进行场的分区 在此基 础上还可进一步划分具有不同特征场的小区 异常分区基本方法 a 在区域重力异常图上 根据区域场的强度 范围等标志进行区域场的分区 b 在布格重力异常图及剩余重力异常图上 根据异常群的强度 形态 梯度 走向 多寡及展布特点等项标志的组合特征进行场的分区 c 通过与地质构造图件的对应分析 初步研究场的分区与已知不同级别构造单元的 关系 推断各区域异常的地质起因 d 在对重力场进行分区和定性解释的基础上 可对地质构造进行初步划分 为进一 步研究区内其它地质问题提供地质构造背景 在全面地质解释后 还应根据其它解释成 果修改 调整地质构造的分区 使其更为合理 e 研究异常分区与不同级别大地构造单元的关系 若这种关系确立时 分区应与不 同级别的大地构造单元相对应 当异常分区与已知大地构造分区不完全一致时 可依据 异常分区提出大地构造分区的修改建议 特别是在大片覆盖地区 f 条件允许时 采用与预测区级别相对应的分区级别 5 断裂与构造单元界线划分依据 断裂在重力异常图上的一般表现 a 不同特征场区的分界线 往往反映构造单元分区的界线 b 具有明显走向和一定长度的重力异常梯度带 包括线性梯度带 串珠状异常带和 梯度带的线性排列 由垂向断裂直接引起的线性异常呈台阶状 断裂顶线大致位于垂直 断裂方向剖面上的异常拐点处 或异常水平导数的极值处 非台阶状线性异常 可由宽 度不大 走向长度大的地质体引起 若这种地质体为断裂充填物 可作为断裂的识别标 志 串珠状异常往往反映断裂内断续有充填侵入岩脉的情况 9 c 线状重力异常或线性延展重力等值线的错断 扭曲 交叉 切割及突变等 指沿 异常走向的水平错动 沿异常走向的水平方向上重力异常强度的突然大幅度升高或降低 等 依据断裂之间的错动关系 可判断断裂的生成顺序 6 各类侵入岩体的异常特征 基性与超基性岩体 一般显示重力高 异常强度和规模通常较大 规模也有较小的 中性岩体 一般显示为弱的重力高异常 酸性岩体 一般显示重力低异常 异常规模通常巨大 也有较小的 7 火山岩识别 以重力资料为主 配合其它地质 地球物理资料可有效识别火山岩体 在老基底出 露或隐伏区 或在侵入岩分布区以中酸性为主火山岩往往表现为重力低 依据该重力异 常特征能够反演火山岩的埋藏深度与厚度 并可据火山岩和次火山岩体的组合标志 判 断火山机构 8 特殊地层 老地层与推覆构造 识别 使用重力资料 可从火成岩或中新生界正常沉积岩 火山岩中识别有密度差异的地 层 如前寒武纪老地层 下古生界海相地层等 在隐伏与半隐伏地区 这种识别对内生 金属矿产具有重要意义 深入分析岩石物性特征 综合应用重力与其它地球物理资料 会提高这种识别的成功率 老地层一般的重力场特征是地层分布区域出现条带状重力高 异常 推覆体则表现为沿构造单元界线出现一条或多条两侧梯度不同的重力高异常带 或高 低相间的多条异常带 条件有利时 可以利用重力资料划分变质相带 如在黑龙 江太平沟与萝北地区 使用重力资料从黑龙江群中划分出角闪岩相带 绿片岩相带和混 合岩相带 这对于研究与老地层有关的矿产是有意义的 9 盆地构造识别 中新生代盆地一般显示为明显的重力低 综合应用重力和其他物探资料并结合钻探 资料能够判别盆地的盖层性质 区分正常沉积盆地 火山沉积盆地 正常沉积与火山沉 积复合盆地 为使资料在盐 煤 油气等矿产资源的选区研究和勘查评价时发挥更好的 作用 可以对较为完整的中 新生代盆地 或中 新生代盖层 进行一些剖析研究 如 10 编制反映底界面深度起伏状况的平面图或剖面图等 10 矿床位置信息识别 按构造控矿 边缘 岩体 老地层 火山岩 控矿的成矿理论 重力资料地质解释 能够提供可能与成矿有关的构造有利部位或不同地质体接触带的平面与空间分布 其在 重力异常图中表现为 大型重力异常梯度高值带 重力场不同特征场区分界线 重力异 常或等值线轴向突然扭动等 这是利用重力场研究矿产预测的定性或半定量有利标志 其中重力异常水平梯度图中的高值带圈闭范围可以作为使用重力资料圈定成矿有利区带 的二次标志 在成矿远景预测区工作时 要重视应用重力资料研究与成矿作用有关的老地块 大 型侵入岩体或火山岩分布范围 为成矿预测提供间接找矿线索 重视高密度矿 化 体 引起的异常 条件有利时能够提供直接找矿线索 识别矿化信息时 应重视利用地质 地球物理 地球化学找矿模型 应重视以往尚 未解释的 性质不明 异常的找矿意义 一般较大规模的铬铁矿 铁矿及其他类型较大规模的矿床 都会引起明显的重力异 常 11 二 磁测二 磁测 一 磁法勘探的应用一 磁法勘探的应用 利用磁力仅观测由岩石的磁性差异引起的磁场变化的一种物探方法 称为磁法勘探 也称为磁力测量或磁测 按其观测的空间位置不同 可分为地面磁测 航空磁测及海洋 磁测 地面高精度磁测应用范围地面高精度磁测应用范围 地 质 任 务磁法可解决的问题 1 配合地质填图 确定不同磁性岩 石的边界 不仅可确定强磁性岩石边界 而且还能确定某些沉积岩和其它极 弱磁性 磁化率 K 二 10 15 10 6SI 岩石边界 甚至还能把两种具有 相同 K 而它们间的剩磁方向不同或它们的不均匀性各有特点 只要不 均匀性能引起 1 nT 的弱异常 的岩石分开 2 配合地质填图 确定或追踪断层 通过各种弱磁性地层 岩体 的错动或充填的磁性岩脉 研究和 追踪断裂 性质 走向 深度 3 普查沉积矿床 当围岩磁性微弱时 用高精度磁测探测有弱磁性的沉积矿床 铝 土矿 锰矿 揭铁矿 赤铁矿 磷矿等及填充有沉积岩的卡斯特带或 贫中找富 4 普查砂矿床 当重砂中含有铁磁性矿物时 寻找与之共生的砂矿 如金 锡 铂 稀有矿及放射性元素 5 配合地质填图 圈定控矿因素 如圈定基性 超基性母岩以寻找铬 镍 钒 钴 铜等 圈定 火山颈以寻找金刚石 圈出热液蚀变带 矽卡岩带 或其它被改造了 的岩石 发育有接触交代现象的地段 变质作用的地段 以寻找矽卡岩 型矿床 热液矿床 6 在典型的成矿区直接普查弱磁性 矿床 某些多金属矿或其它非磁性矿床 如铅 锌 铜 锡等 当其中含 有铁磁性矿物即磁黄铁矿 磁铁矿时 随着磁测精度的提高 发现这 类矿体的数目也将随之增加 7 直接普查强磁性盲矿 现代高精度磁测可以普查深部矿 并有助于区分矿与非矿 人工 磁化法 磁变法 异常 使得能更可靠地解释所发现的异常和详 细查明矿体构造 在中 强磁异常区还可用多参量磁测 磁梯度测量 去分解复杂磁 异常 即梯度测量的横向分辨率高且垂向 滤波作用 强 磁梯度测 量能进一步区分大小与形状不同的磁性体产生的磁异常 梯度测量能 更准确地圈出隐伏磁性体的 矿头 地表投影位置 8 普查煤田 油气藏 高精度航空磁测能较大地增加有关基底起伏和基底内破碎带的信 息 有些油气田上方还有明显的磁异常显示 在煤田构造普查中 有 时沿勘探线为推断解释而布置的剖面 在研究煤层自燃范围 称为烧 顶 已有成功的实例 12 9 其它 高精度磁测还可用于考古工作 寻找地下金属管道等工作 在地 震预报研究中也用到 高精度磁梯度测量还能在医学上 对某些肺部职业病 铁尘肺 进 行诊断 工程地质 探寻隐伏爆炸物 公安工作 检查危险品 二 矿产普查中的磁测资料解释与地质构造推断二 矿产普查中的磁测资料解释与地质构造推断 地质构造包括 断裂构造 火山构造 褶皱构造 沉积盆地 侵入岩体 磁性地层 以及磁性蚀变带等 均可引起磁异常 在矿产普查中 上述构造均可能与矿产有关 它们可以作为找矿的间接标志 见下 表 地质构造与矿床类型的关系一览表地质构造与矿床类型的关系一览表 地质构造地质构造间接找矿标志间接找矿标志与矿床的关系与矿床的关系 断裂走向 规模等 金矿 热液脉型银矿 钨矿及其他多金属矿 的控矿构造 超基性岩体铬铁矿 基性杂岩体铜镍矿 基性 超基性岩体金矿 中酸性侵入岩和碳酸盐类岩石的内外 接触带 夕卡岩型铜矿 铅锌矿 斑岩体及其周围岩层斑岩型铜矿及金 银 铅锌矿 花岗岩体内及接触带金矿 岩浆岩体 酸性岩体钨矿 火山构造火山机构控矿构造 褶皱构造背斜 向斜控矿构造 磁性地层磁性沉积岩 变质岩 火山岩沉积变质型矿床 火山岩型矿床 磁性蚀变带磁性蚀变带各种多金属矿 沉积盆地中新生代沉积盆地煤 1 断裂构造在磁场上的特征主要表现为以下八种类型 a 不同磁场区的分界线 b 磁异常梯度带 c 串珠状磁异常带 d 线性异常带 e 磁异常突变带 f 异常错动带 g 雁行状异常带 h 放射状的异常带组 2 火山构造圈定依据及方法 火山通常分为裂隙式火山和中心式火山两种 裂隙式喷发的火山在空间上多呈带状 分布 中心式喷发的火山多呈群展布 火山机构的地质结构虽多种多样 但所产生的磁 13 异常形态 强度和符号却大致相同 通常火山喷口相的岩石往往具有较高的剩磁 在火 山口周围形成强度较大 具有一定分布规律的环状且有正负局部磁异常伴生的正磁场区 或负磁场区 在磁场平面等值线磁场图中多表现为圆形或椭圆形 当其熔岩未喷出地表 在火山颈形成玢岩 如具有很强的剩磁 则往往形成孤立分布的负磁异常或以负异常为 主的磁异常 否则也可能形成正异常 复式火山构造由多期火山喷发导致形成 在磁场 图中多呈环中有环的嵌套式环状磁场特征 裂隙式喷发的火山构造 根据磁场等値线平面图上异常梯度带来圈定 圆形 椭圆形或复式中心式喷发火山构造 根据磁场等値线平面图上圆环状磁异常 群外围异常的外侧梯度带圈定 孤立分布的负磁异常或以负异常为主的磁异常反映的火 山构造 可能为火山角砾岩筒 根据磁场等値线平面图上磁异常梯度带来圈定 3 褶皱构造圈定依据及方法 岩石受力发生弯曲称为褶皱 它有两种基本类型 即背斜和向斜 不论是背斜还是 向斜 只有当发生褶皱的岩石中有明显的磁性标志层时 才能用磁法直接研究它们 否 则 只能通过磁性基岩的起伏间接地研究盖层沉积构造 含有磁性标志层的背斜 当背斜转折端磁性标志层完整 穹隆构造 时 在其枢轴 上方可能观测到升高的正异常 当其转折端磁性标志层被剥蚀掉而不完整时 可观测到 两个峰值的升高异常 但与向斜构造不同的是 两翼外侧的磁异常梯度较缓 而向外不 出现负磁场 这仅是一个粗略概念 对具体情况 如覆盖厚度 磁化方向 磁性层的磁 性等应具体分析 用航磁划分这类背斜构造 只能圈定背斜构造的核部 以磁异常零値 线或背景值线 叠加异常时 作为磁法推断背斜构造的核部边界 含有磁性标志层的向斜 在向斜构造的两翼均有板状体磁异常 而且磁异常在两个 翼端上方强度大 在两翼端间的转折部位 向斜构造轴部 上方出现较高的 变化较缓 的场值 两翼外侧的磁异常梯度变大 而向外出现负磁场 用航磁划分这类向斜构造 只能以磁性标志层为界 通常以磁异常外侧梯度陡变带作为磁法推断向斜构造边界 4 褶皱构造圈定依据及方法 沉积盆地在磁场上通常表现为相对周边呈低缓的弱磁场区 高背景场中的宽缓异常 场 或负磁场区 14 为圈定沉积盆地 首先要根据地质资料判断沉积盆地是否存在磁性基底 如有磁性 基底 则先计算磁性基岩埋藏深度 然后结合磁场特征和地质构造特征 编制磁性基岩 埋藏深度图 磁性基岩埋藏深度计算方法一般采用外奎尔法或切线法 根据编制的磁性 基岩埋藏深度图 圈定盆地范围及深度 否则 如无磁性基底 则不能利用磁测资料来圈定该盆地 5 侵入岩体圈定依据及方法 除侵入岩能引起磁异常外 火山岩 变质岩等也能引起磁异常 如何判断磁异常为 侵入岩 通常从两个途径来考虑 其一是磁异常所处的地质环境 根据地质构造环境进 行研究 其二是根据磁异常的特点进行判断 其三是根据物化遥综合信息进行研究 如 重力图上 花岗岩通常表现为重力低 侵入岩往往成群成带分布 因此往往形成磁异常群或磁异常带 但就单个岩体来说 特别是中酸性岩体的顶部 往往呈近似等轴状 其接触带蚀变后磁性往往变强 因此平 面上常出现等轴状的异常区和环形异常带 这也可作为识别岩体的标志 但应注意的是 不同类型的岩体 因其磁性矿物含量的不同 由酸性岩到超基性岩 磁性由弱到强 同 一种类的岩石 因其产出时代和条件的不同 岩石中的分相 分带以及蚀变风化等原因 磁性可能变化很大 不论是基性岩体还是酸性岩体 其圈定方法基本相同 具体为 1 通常以磁异 常的梯度陡变带为岩体的边界 2 对规模较小的磁性体 可按磁异常一阶导数零値 线圈定 3 对规模较大的磁性体 可采用磁异常二阶导数零値线圈定 4 对岩体 本身无磁性 但因接触带蚀变后磁性增强而引起磁异常时 通常使用环状磁异常内侧的 梯度陡变带来圈定 6 火山岩地层圈定依据及方法 火山岩磁场中 玄武岩磁异常峰值常达几百至几千纳特 但也有异常很弱的地方 一般安山岩比玄武岩磁性弱 异常峰值为几百至上千纳特 同样也有磁性很弱的地区 酸性火山岩 由于其暗色矿物含量少 磁性较弱 火山岩磁场的共同特点是 沿剖面方 向场值跳跃变化 在相邻测线上难于对比 随着火山岩埋深增大 其跳跃变化特征逐渐 减弱或消失 此外 有时在玄武岩的杂乱磁场中 可出现一条或数条狭窄的正的或负的 15 线性异常 这可能是火山岩喷出裂隙的反映 有时还可在异常图中发现一个极强的异常 这可能是火山口的反映 有些酸性熔岩盆地上 异常幅度为几十纳特 而酸性熔岩的剩 余磁化强度往往比感应磁化强度大好几倍 用磁测资料圈定火山岩地层的方法是 首先依据地质环境判断是否火山岩地层 在 此基础上利用磁异常带外部异常的外侧拐点或垂向二阶导数等圈定火山岩地层的边界 7 沉积岩地层圈定依据及方法 沉积岩地层多为无磁性的 在其上观测到的磁场一般是近于零的平稳场或为负值的 平稳场 一般情况下用磁测资料难于圈定无磁性沉积岩地层 但当其处于特定环境 如 位于某种磁性体之中 时 也可用磁测资料圈定 当沉积岩夹杂一些铁磁性矿物 如三 叠系飞仙关组 时 场值也可能偏高或跳动 在分析沉积岩磁场时 不应忽视下伏磁性 基底的变化所造成的影响 对磁性沉积岩地层的圈定方法 与圈定其他磁性体的方法相同 对于无磁性沉积岩 地层 本次工作中原则上不要求圈定 但当条件有利时 也可用磁测资料进行圈定 其 方法是 利用磁异常带的外侧拐点或垂向二阶导数等圈定沉积岩地层的边界 8 磁性蚀变带圈定依据及方法 一些磁性较弱的侵入岩体或构造的周围 由于岩浆热液作用 常形成磁铁矿化带 在磁场图上往往出现带状正磁异常 一些断裂破碎带或热液活动带 又常造成退磁作用 在磁场图上往往出现带状负磁异常 磁性蚀变带可采用磁异常的拐点或梯度带进行圈定 16 三 电法三 电法 一 激发极化法一 激发极化法 时间域激发极化法是以岩 矿 石 水的激发极化效应的差异为物性前题 用人工地 下直流激发 以某种极距的装置形式 研究地下横 纵向激发极化效应的变化 以查明 矿产资源和有关地质问题的方法 在向地下岩 矿 石供电及断电过程中 由于电化学作用引起的随时间缓慢变化的 附加电场的现象称为激发极化效应 简称激电效应 1 激发极化法的几种主要装置 1 中间梯度装置 2 联合剖面装置 3 轴向偶极 偶极装置 4 对称四极测深 装置 5 近场源装置 6 地下供电装置 在实际的矿产勘查中 一般以中间梯度装置进行面积性普查 以对称四极测深装置 若受地形限制 也可三极测深 进行异常研究 2 激发极化法作为主要探矿手段 具有如下特点 1 可以发现和研究浸染型矿体 当矿体的顶部或周围有矿化 或其他导电矿物矿化 的 浸染晕存在时 可以发现规模较小或埋藏较深的矿体 2 观测结果受地形和其他因素 浮土加厚 找金属矿时含水断裂带的存在等 的影 响较小 17 3 常见的黄铁矿化 石墨化 磁铁矿化或其他分散的金属矿化 同样可产生激电 异常 4 激发极化法目前主要用于普查硫化矿床 某些氧化物矿床 地下水 检查其他 物化探异常 有时还用于探测石油天然气 某些有色金属 贵金属 稀有元素常与黄铁 矿化或其他矿化共存 因而可借以圈定有用矿产的矿化带 3 激发极化法宜在下述地质条件的地区布置工作 1 地质条件比较简单 勘查对象与围岩和其他地质体之间具有较明显的极化效应 差异的地区 2 地质条件比较复杂 但用综合物化探方法 地质方法能够大致区分异常的性质 或能减少异常多解性的地区 4 激发极化法不宜在下述地区布置工作 1 地形切割剧烈 河网发育的地区 2 覆盖层厚度大 电阻率又低 形成低电阻屏蔽干扰 无法保证观测可靠信号的 地区 3 无法避免或无法消除工业游散电流干扰的地区 5 激电异常的解释 1 激电异常的定性解释 定性解释的任务是确定引起激电异常的地质原因 以寻找金属矿床为例 在一个测 区内除了所要寻找的金属矿床能引起激电异常之外 往往还有石墨化或炭化地层 黄铁 矿化地层 以及人工导体等都可能引起高 s 异常 根据我国物探工作者几十年的经验 野外观测所获得的激电异常 80 以上为上述各种因素引起的 非矿异常 因此 如何排 除各种干扰异常 识别 矿 与 非矿 异常 是异常解释工作中最重要的任务 到目前为止还没有找到一种方法 能够单纯根据 s 异常的特征来区分 矿 与 非矿 异常 而只能根据综合分析的方法来解决上述问题 其方法步骤如下 了解测区所有地层岩性的物性特征 包括电阻率和极化率 以确定可能有哪几种 地质体能产生 s 干扰异常 了解测区及相邻已知 矿区 的地质情况 根据已知 矿 体的产状 埋深 走 向 以及与地层 构造的关系 按照由已知到未知的原则 与产生 s 异常的极化体的 18 产状及地质环境对比 判断是否为 矿 异常 结合其它物化探方法综合判断 例如结合磁法 可以判断 矿 是否为有磁性的 高极化体 结合电阻率资料 判断 矿 是低阻高极化体 还是高阻高极化体 结合化 探 判断 矿 是否为含有某种金属元素的高极化体等等 进行人文地质调查 了解测区内是否埋设有人工导体 是否为古炼矿厂或废矿堆 2 激电异常的定量解释 定量解释的任务是确定极化体的位置 形状 产状和埋深 将野外实测的 s 异常曲线与对应装置的各种 s 理论曲线对比即可大体上圈定 极化体的位置 判断其形状和产状 较为准确的解释 则需要利用激电测深的资料 利用 s 测深曲线的特征点可以 确定局部极化体的埋深 利用一维 二维计算机反演计算方法 可以绘出地电断面的结 构 以及得出各地层的厚度 电阻率 极化率的参数 二 充电法二 充电法 1 工作原理 如图所示 将电源正极连接的供电电极 A 同良导体 矿体 含水层等 露头接触 与电源负极连接的供电电极 B 布置在距充电极很远 利用在地面上观测得到的等电位线 的形状和分布 可以判定充电导体的形状和范围 a 剖面图 b 平面图 19 充电法的应用条件是 1 探测对象的电阻率 1 应远小于围岩的电阻率 2 围岩 的岩性要比较单一 地表介质电性较均匀 稳定 地形起伏不大 2 埋于地下的充电 体必须有露头 2 工作方法 装置有 1 电位法 将电极 N 固定于测区边缘 作为零电位 M 极沿测线上的测点逐点移 动 观测 M 相对于 N 的电位差 即为 M 点的电位 为消除电流变化的影响 观测结果以 Umn I 毫伏 毫安 表示 2 电位梯度法 MN 距离保持不变 等于点距 沿测线同时移动 观测 MN 之间 的电位差 观测结果以 Umn I MN 毫伏 毫安 米 表示 3 追索等位线法 MN 之间的导线长 10 20 米 固定 N 极移动 M 极 使 Umn 0 然后将 N 极移到 M 极的位置 M 极再往前继续寻找 直至完成一条封闭的等位 线 距离充电点由近及远 逐条进行等位线的追索 此法工作效率低 只在追索地下水 流速流向时应用 充电点的布置 将电源正极与导体露头紧密接触 采用刷状或丝状铜电极 负极的布置 应垂直导体走向布置 长度应为测区对角线长度的 2 10 倍 原则是 使负极在测点产生的电位差相对正极而言可忽略不计 下图是电位梯度法的工作布置图 3 充电法的应用 1 测定地下水的流速 流向 20 2 追索地下暗河 3 测定滑坡体的滑动方向和滑动速度 4 了解良导金属矿矿体分布范围和产状 5 了解良导金属矿矿体在地下连接关系 三 自然电场法三 自然电场法 1 自然电场法是研究岩石 矿石和地下水之间产生的氧化 还原电化学反应 包括 在大地电流 雷电放电等电流场长期激励下的电化学反应 以及地下水渗透 扩散作 用 生物化学 气体交换和热电效应等产生的稳定或缓慢变化的自然电场的分布规律 解决有关地质问题的地球物理方法之一 2 自然电场法的野外工作方法 自然电场法所用仪器设备与电阻率法基本相同 不同之处是不需要电源和供电电极 且测量电极不用铜棒 而需要用不极化电极 观测方法分电位法和梯度法二种 但是电 位观测法用得更普遍 仅在工业游散电流干扰严重时 才采用梯度观测 3 自然电场法的应用范围 1 用于区域或局部地质构造的调查 勘查断裂构造和地层分布等 2 快速普查块状硫化金属矿 石墨 无烟煤 地热等 在一定的条件下 可勘查 浸染状硫化矿 间接区分含油气田的构造 3 解决河 湖及沼泽地区的地下水补给关系 区分水文单元 水库漏水和水文 工程及灾害等地质问题 4 自然电场法的应用条件 1 凡具有氧气 还原电化学等作用 地下水渗透 扩散作用及其他作用 能形成 电位差异 均可布置自然电场法 2 被测对象的有用信号有效地从干扰背景中分辨出来 3 对干旱沙漠 地表切割剧烈 过滤电场和工业干扰严重 又难以克服的地区则 21 不宜布置自然电场法 四 可控源音频大地电磁法四 可控源音频大地电磁法 1 方法原理 可控源音频大地电磁法 简称 CSAMT 法 是以有限长接地电偶极子为场源 在距偶极 中心一定距离处同时观测电 磁场参数的一种电磁测深方法 本次采用赤道偶极装置进 行标量测量 同时观测与场源平行的电场水平分量 Ex 和与场源正交的磁场水平分量 Hy 然后利用电场振幅 Ex 和磁场振幅 Hy 计算阻抗电阻率 s 观测电场相位 Ep 和磁场相位 Hp 用以计算阻抗相位 用阻抗电阻率和阻抗相位联合反演计算可控源反演电阻率参 数 最后利用可控源反演电阻率进行地质解释 可控源音频大地电磁测深法标量测量方式是用电偶极源供电 观测点位于电偶源中 垂线两侧各 15 度角组成的扇形区域内 当接收点距发射偶极源足够远时 R 3 测 点处电磁场可近似于平面波 由于电磁波在地下传播时 其能量随传播距离的增加逐渐 被吸收 当电磁波振幅减小到地表振幅的 1 e 时 其传播的距离称为趋肤深度 即电磁法理论勘探深度 实际工作中 探测深度 d 和趋肤深度存在一定差距 这是 因为探测深度是指某种测深方法的体积平均探测深度 其经验公式为 由此可见探测深度与频率成反比 我们可以通过改变发射频率来达到测深的目的 在实际勘查中 由于发射功率总是有限的 要保证有足够的信噪比 收发距就不能 太大 这样往往不可能满足远区的条件 一部分频点可能处于过渡区 这时就要进行过 渡区改正 在进行过渡区改正的前提下 要求 Rmin 0 5 f d 356 Tx A B M N ExHy R x x y A 60 22 2 仪器技术指标 本次野外工作使用美国 ZongeZonge 公司生产的 GDP 32 多功能电法仪 该仪器有八个接 收通道 能够完成时域激发极化 TDIP 频域激发极化 RPIP 复电阻率法 CR 瞬 变电磁法 TEM 可控源音频大地电磁测深法 CSAMT 测量 其性能指标为工作频率 0 0007Hz 8192Hz 工作温度 20 60 工作湿度 5 100 时钟稳定度 5 10 10 24h 输入阻抗 10M DC 动态范围 190dB 最小检测信号电压 0 03 v 相位 0 1mard 毫弧度 最大输入信号电压 32V 自动补偿电压 2 25V 自动 增益 1 8 65536 自动 3 方法技术 采用赤道偶极装置 点距 50 米 供电电极距 AB 1000 米 测量电极距 MN 50 米 收发距 R 一般在 4000 米至 8000 米之间 工作频率 1 8192Hz 采用重复观测误差作为质量评价标准 重复观测占总工作量的 3 以上 且在测区内分布均匀 特别是测区视电阻率异常部位必须有检查点 按 可控源音频大 地电磁法勘探技术规程 SY T5772 2002 规定 重复观测视电阻率相对均方误差 5 4 数据处理技术及解释方法 数据处理和成图解释软件采用 ZONG 公司的 SCS2D 可控源音频大地电磁法二维反演 系统 对每条测线进行电阻率二维反演 并绘制电阻率二维反演断面图 该软件是一个连续圆滑反演程序 其特点是根据曲线形态自动给出初始参数 反演 结果是唯一的 没有人为因素的影响 具有可比性 由于采用的是圆滑反演 要求上下 层之间以及相邻测点间同深度的电阻率是圆滑变化的 因此其反演所得的电阻率与真电 阻率存在一定差异 其次 电磁测深实测数据中除了人文干扰外还有一些其它影响因素 诸如静态效应 源效应等等 虽然在数据处理时我们要对其进行校正 但校正的最好结 23 果 也仅仅是接近真值 需要说明的是 理论上电磁测深的纵向分辨率为探测深度的 10 探测深度越大 其分辨率越低 所以当划分深部地层界面时 其分辨率相对较低 反演电阻率曲线断面图是可控源音频大地测深方法的主要解释依据 由于影响电阻 率变化的因素较多 所以电法资料的地质解释主要遵循从已知到未知的解释方法 在条 件有利情况下 地质 钻孔资料比较充足 各地层电性差异比较明显 可较准确的推 断出合乎实际的地质解释 5 CSAMT 特点 1 可在恶劣的地形条件下开展工作 2 工作效率高 每天最少可完成 1 公里测线 3 高阻和良导特征反应灵敏 4 侧向分辨率高 5 探测深度大 可达 2000 米 五 瞬变电磁法五 瞬变电磁法 1 方法原理 磁源中的电流突然阶跃下降为零时 在其周围产生急剧变化的磁场和电场 急剧变 化的磁场是形成地中涡流的激发源 它以两种途径传播到地下介质中 第一种途径是以 光速 c 的电磁波 从空气直接传播到地表各点 并将部分能量传入地下 在离场源足够 远的地方 这种一次磁场为不均匀平面波 垂直地面传播到地下 第二种途径是电磁能 量直接从场源所在地传播到地下 它在均匀半空间中激发的电流 似 烟圈 那样随时 间之推移逐步扩散到大地的深处 其立体的和剖面的图形如下图所示 24 在场的传播初期 第一种途径是瞬间建立的 而第二种由于在传播中受大地阻抗的 作用 建立时间相对较迟 故这期间两种传播方式的场在时间上是分开的 随后 这两 种场互相叠加在一起 再后来 第一种传播方式的场衰减至可忽略不计 这时地中的二 次场主要由第二种传播方式的场激发感生 下图更形象的描述了场随时间变化的过程 图中 OX 为发射线框 绿色椭圆体表示 良导体 25 a TEM 源场 电流关断前 b TEM 一次场 电流关断后 10us c TEM 二次场 电流关断后 100us d TEM 二次场 电流关断后 1ms 图 11 电磁场随时间变化的过程 图 电磁场随时间变化的过程 二次场的晚期信号的近似表达式为 2 1 2 5 2 3 2 5 0 20t Mq V 其中 磁导率 M 发送磁矩 q 接收线圈有效面积 大地模型 的平均电阻率 t 断电后采样时间 从上式看出 二次场信号与 成反比 当地下地质体的导电性越好 感抗便 2 3 2 5 t 越大 二次场衰减越慢 维持时间越长 反之 当导电性越差 感抗便越小 二次场衰 减越快 维持时间越短 因此 通过观测和研究瞬变场的衰减规律 便可达到探测地下 地质异常体的目的 扩散深度 由场的一维扩散方程 在忽略位移电流情况下 可求出场的极值深度 2 2 tZ 围 40 max 等效深度 26 2 3 tZ 围等效 28 式中 t 为场传播时间 单位 毫秒 此值用实测二次场有效窗口时间代替 如 500 m t 0 1ms 则 Zmax 283m Z等效 198m 围 对于视电阻率在晚期时间有近似公式 a 2 4 3 3 5 3 2 103219 6 1 tV AAI RT a 式中 AT 发送磁矩 平方米 AR 接收磁矩 平方米 I 发送电流 安 V 接收电压 t 时间 毫秒 2 工作装置 本次瞬变电磁法试验的工作装置采用中心回线和定源回线两种装置 其中中心回线 装置采用 NT 20 多功能瞬变电磁法发射机 定源回线装置采用 GGT 30 大功率 30 千瓦发 射机 1 中心回线装置 中心回线装置可以使发射回线框与地质体耦合最大 体积效应最小 分辨率高 点 位准确 数据质量高 能更好的反映地下地质体的电性特征等优点 其装置如下图所示 图 中心回线装置示意图 2 定源回线装置 这种装置又称为框一回线装置 发射回线采用边长数百米甚至 1000 2000m 的矩形 回线 在回线内或回线外布置测线 用小型线圈或探头沿测线观测 因发射回线固定 可以采用大功率的发送设备以便达到很大的供电电流 而且发射回线面积很大 因而能 够提供很强的发射磁距 有利于大深度探测 由于采用轻便的接受线圈 移动灵活 而 且不仅可以测量 Z 分量 也可以测量 X Y 分量 野外施工中 可以多台测量装置同时 测量 因此 该装置工作效率高 探测深度大 其缺点是体积效应强 框外测量易受集 27 流效应影响 定源回线装置主要用于剖面法 其装置下图所示 b a x T x R x yz 图 定源回线装置示意图 3 工作参数选择试验 野外工作参数主要有发射频率 发射电流 发射线框尺寸 接收线框面积 采样间 隔 采样点数 发射关断时间 接收延时 叠加次数等 发射线框尺寸选择 在进行中心回线装置试验时 本次研究课题的一个着重点是如 何利用 小框 来试验达到较大勘探深度的目的 小框的边长将选择 10 10m 20 20m 40 40m 50 50 m 100 100m 等 接收线框面积 试验中接收线框用磁探头代替 TEM 3 型磁探头等效面积 10000 m2 发射频率 合适的发射频率 可有效地激发感应电流 频率与接收时间成反比 即 频率越小 则测量时间越长 其勘探深度就越大 也就是说 如果需要大勘探深度 则 需考虑低频率发射为佳 至于采用何种频率 最好通过现场试验确定 发射电流 原则上是发射电流尽可能大为好 但由于受线框电阻 NT 20 发射机的 限制 NanoTEM 发射电流被限制在 4A 以内 采用 GGT 30 大功率 30 千瓦发射机 其电流 可达 30A 采样间隔 NanoTEM 等间距采样间隔有 1 2 us 和 1 6 us 可选 ZEROTEM 等间距采 样间隔范围在 30 4us 到 1 946ms 间可以选择 当频率低于 4Hz 时 最小采样间隔变化 以二进制增加 可以从 60 8us 到 1 946ms 采样点数 在采样间隔 t 确定的情况下 采样点数 n 取决于采样时间长度 T 即 n T t 根据经验 一般采 1000 点或 2000 点较好 发射关断时间 一般通过现场试验确定 选择的原则主要是调节采样时间正好是发 28 射电流关断到零时刻 使响应曲线不出现 平头 或 耷拉头 根据经验 如果采用 20m 20m 边框 则延时在 3us 左右 50m 50m 边框 则延时在 8us 左右 叠加次数 外界的电子干扰总是存在的 而且随机干扰较多 对瞬变电磁信号进行 多次叠加就可以有效的压制随机的干扰信号 而且叠加次数越多 压制干扰信号越有效 但另一方面 叠加次数越多 会使得采集时间越长 所以 叠加次数选择的原则是 既 要有效的压制干扰信号 使响应衰减曲线完整 光滑 又不至于使采集时间过长 做到 适而可止 根据经验 对数间隔采样时 叠加次数需 256 次以上 等间隔采样时 叠加 次数需 512 次以上为宜 4 质量检查与评价 1 为了对成果的可靠性作出较客观的评价 系统的质量检查量不低于总工作量的 3 检查点在测区均匀分布 对异常地段 可疑点及突变点要重点检查 2 系统的质量检查安排在不同日期 重新布线 独立观测 3 系统质量检查结果 绘制质量检查对比曲线和误差分布曲线 4 检查结果按 地面瞬变电磁法技术规范 DZ T0187 1997 的要求评价 在有 位差总均方相对误差 A 级精度为 10 B 级精度为 15 5 数据处理与地质解释方法原则 数据处理主要应用随 GDP 32 多功能电法系统购买的 STEMINV 瞬变电磁法反演软件 同时也将应用周安昌教授提供的多算法反演瞬变电磁法处理软件包 并分析对比两种反 演结果 数据处理与异常解释不仅要注重原始数据采集的可靠性 更要注重反演结果的多解 性 不仅要注重单个方法的异常特征 异常强度 更要注重多种方法的组合异常规律 从而实现对目标区进行快速 准确评价的目标 1 资料处理方法 瞬变电磁法数据一般经过以下流程进行处理 数据格式转换 剔除坏点或多余数据 切道及滤波处理 计算反演 绘测道响应电 动势曲线图 视纵向电阻率等值线剖面图 绘制解释成果图等 29 数据格式转换 把仪器存储的原始数据文件 cac 转换成文本格式文件 raw 再通过相关 程序转换成 TEM 处理软件认可的文件 avg 除坏点或多余数据 对干扰大 多次复测质量较差的数据予以剔除 切道及滤波处理 主要切除最后几道信号微弱以致被干扰信号覆盖的数据 对数 据进行适当的测道 测点圆滑滤波处理 计算反演 一般采用新定义公式法计算或采用烟圈反演理论 计算反演出测点视 深度与视电阻率两种参量 2 成果图件解释原则 成果图件有测道响应电动势曲线图 视纵向电阻率等值线剖面图 以瞬变电磁法法 的理论及模型为基础 根据瞬变电磁场特有的时间特性 估算其地质体物性参数 推断 引起这些异常场的目标地质体的空间形态 结合已有的地质及其它物化探方法等资料 对目标物作出地质解释和评价 背景场 正常场 的确定 区域背景场的确定主要有 a 选择覆盖均匀 岩层断裂不发育 磁性弱的地段背景场 b 选择人文设施噪声较弱或平稳的地区作背景场 c 选择瞬变响应衰减迅速 规律性好 相同规律范围大的地段的曲线作为背景 异常的确定 a 在分析确定正常场的同时 对比分析剖面图 剖面平面图及视电阻率等值线平面 图的特征 勾绘出异常轴或圈出异常带 b 根据地形地质图和野外工作记录剔除人文干扰异常 比如铁轨 输水铁管 电力 线 电信光缆等 c 对异常带做