时间：2013-11-29 分类：电力
摘要：简要介绍了EH-4电导率成像系统的基本原理和工作方法，通过对河南省渑池县雷沟铝土矿区的找矿试验，肯定了EH-4电导率成像系统在铝土矿勘查中的找矿效果及应用前景。
关键字：EH-4电导率成像系统;铝土矿勘查
EH-4 CONDUCTIVITY IMAGING SYSTEM IN THE APPLICATION OF BAUXITE ORE
LI Huai-Jing CHEN Bing-wu
(Henan Nonferrous Geological Exploration General Hospital, Zhengzhou 450052)
Abstract：This paper describes the EH-4 conductivity imaging system of the basic principles and methods of work, through the ditch bauxite mine in Henan Province MianChiXian prospecting tests confirmed the EH-4 conductivity imaging system in bauxite exploration in The exploration results and prospects.
Keywords: EH-4 conductivity imaging system; bauxite exploration
1前言
20世纪80年代中期以来，随着铝工业的迅猛发展，探明的富铝土矿资源消耗迅速。地表规模大、富、浅的铝土矿多已勘查殆尽，地质勘查工作正逐步转向覆盖或深覆盖区，工作难度越来越大，在覆盖区开发研究新的物探方法技术手段进行铝土矿的勘查显得日益迫切。
针对河南省覆盖区铝土矿的勘查，因矿床产出的地质背景、矿石及围岩的岩性特征、物性参数特征等不同于其他矿产，一直以来，物探在铝土矿中的勘查技术方法手段比较单一，应用最多的是常规对称四极电阻率测深法。但在勘查详度、勘查深度、克服覆盖层、中间层影响等方面难以达到地质人员对勘查效果的期望。
EH-4电导率成像系统是利用天然大地电磁场波的一种新型高科技仪器。它具有体积小、重量轻、易携带、易操作、高效环保、野外探测成本低等特点，可以探测到几米至几千米深度内的地下地质构造和岩性界面，并在多种类型矿区的地质勘探中进行了研究，结果对地下一定深度的地层层面或断层构造有较好的解析和应用效果。但在铝土矿资源勘查中尚未进行过类似的应用研究。
本研究的基本出发点是将EH-4电导率成像系统应用于覆盖区铝土矿的找矿，测试其对沉积型铝土矿的探测效果，为河南省覆盖区铝土矿勘查找出一种新的探测方法做一次有益的尝试。
2 EH-4电导率成像系统工作原理
EH-4电导率成像系统是上世纪九十年代由美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的新一代电磁仪—EH-4型StrataGem电磁系统，能观测到离地表几米至1000米范围内地质断面的电性变化信息。基于对断面电性信息的分析研究，可以应用于地下水研究、环境监测、矿产与地热勘察，以及工程地质调查等。该系统适用于各种不同的地质条件和比较恶劣的野外环境。其方法原理与传统的MT法一样，它是利用宇宙中的太阳风、雷电等入射到地球上的天然电磁场信号作为激发场源，又称一次场，该一次场是平面电磁波，垂直入射到大地介质中，由电磁场理论可知，大地介质中将会产生感应电磁场，此感应电磁场与一次场是同频率的。在均匀大地和水平层状大地情况下，波阻抗Z是电场E和磁场H的水平分量的比值。
(1)
(2)
(3)
式中f为频率(Hz)，ρ是电阻率( )，E是电场强度(mv/km)，H是磁场强度(nT)，φE、φH分别是电场相位及磁场相位(mrad)。必须提出的是，此时的E与H，应理解为一次场和感应场的空间张量叠加后的综合场，简称总场。在电磁理论中，把电磁场(E、H)在大地中传播时，其振幅衰减到初始值的1/e时的深度，定义为趋肤深度(δ)
(m) (4)
虽然趋肤深度在某种意义上讲与电磁波在介质中的穿透深度有关，但它并不代表实际的有效探测深度。对探测深度D较好的经验公式是：
(5)
由(5)式可知，探测深度(D)将随电阻率(ρ)和频率(f)变化，测量是在和地下研究深度相对应的频带上进行的。一般来说，频率较高的数据反映浅部的电性特征，而频率较低的数据反映较深的地层特征。当大地电阻率结构一定时，改变信号频率便可得到连续的垂直测深。因此，在一个宽频带上观测电场和磁场信息，并由此计算出视电阻率和相位。可确定出大地的地电特征和地下构造，这就是EH-4观测系统简要的方法原理。
该系统通常采用天然场源，只有在天然场信号很弱或者根本没有信号的频点上，才使用人工场源，用以改善数据质量，提高数据信噪比。EH-4电导率成像系统可以在0.1Hz至100KHz的宽频范围内采集数据，
综上所述，EH-4电导率成像系统也是一种探测地下地质体岩(矿)性的电性差异的物探仪器;在理论上是以电磁信号在地下的传播为基础，主要区分地下电阻率差异较大的地质体或构造。
3 EH-4电导率成像系统在铝土矿找矿中的应用研究
3.1试验区概况
实验地点选择在河南省渑池县雷沟铝土矿区进行，该矿区是河南省西部比较典型的铝土矿区，铝土矿上覆、下伏地层保存比较完整，勘查程度较高，适合做物探方法试验。矿区从上至下出露的地层有第四系、二叠系、石炭系、奥陶系等，铝土矿赋存在石炭系地层中。第四系主要是粘土，厚约20～80m;二叠系地层主要是岩性是砂岩、粘土岩，局部地段含煤层，在矿区总厚度约100～250m。而石炭系的上石炭统为含生物化石灰岩，厚约80～150，煤系地层一般厚约3～30m;铝土矿埋深在本区一般小于500m。#p#分页标题#e#
经物性参数测试统计，矿区各岩石电阻率特征如表1所示：
表1 河南省渑池县雷沟铝土矿区岩石电阻率参数统计表
岩性奥陶系灰岩石炭系二叠系第四系
铝土矿上石炭统灰岩煤砂岩粘土岩粘土
电阻率(W·m)1200～430070～100300～50060～100100～20080～10020～40
电性特征最大较小较大小中等较小最小
从表1可知铝土矿与煤层、砂岩、粘土岩等电性特征相似，仅从视电阻率异常上较难区分。铝土矿是沉积在奥陶系灰岩的岩溶洼区，成为奥陶系灰岩的上盖层，而奥陶系灰岩与其它岩性电阻率差异较大，可达1-2个数量级，这一物性差异是用高频大地电磁测深的探测铝土矿底界面的物性条件，只需探测奥陶系灰岩的界面起伏状态及顶面深度，就可以根据铝土矿床的形成特点进行间接找矿。
3.2工作方法
试验区各岩石电阻率变化范围大约为20W·m～4300W·m。探测时取最低工作频率为4Hz，据公式(5)估算探测深度约800米,满足本区探测铝土矿的要求。因此频率范围确定为4Hz～100KHz。工作中使用相互垂直的两个电道和两个磁道，电、磁道布置如图1所示。
3.3试验效果
试验分单点试验和剖面探测两个方面进行，单点试验的目的是对比已知钻孔资料，研究EH-4电导率成像系统探测结果的稳定性及垂向电性分层能力，剖面探测的目的是全面反映系统对矿区典型电性结构的探测能力和复杂条件的适用能力。
3.3.1单点探测效果
单点试验选择在8号勘探线zk808孔的位置进行，该点地表为第四系黄土，厚度约100米，其下为二迭系地层，厚度约250米，再下是石炭系含矿地层厚约130米，基底是奥套系灰岩，厚度超过600米。
插图2是在试验点做相同点位的多次重复数据采集，共采集11次的二维反演结果，其视电阻率等值线为水平层状，反映多次重复观测的一致性良好，探测结果稳定;垂直方向上视电阻率曲线的变化反映出电性分层情况，与钻孔岩性对比有较好的对应关系。表明EH-4电导率成像系统对此类电性结构有较好的探测能力。
3.3.2剖面探测效果
矿区7号勘探线上有6个钻孔控制，地质情况清楚，容易评价EH-4电导率成像系统的探测效果。在该勘探线上布置了一条研究剖面：剖面长800m，点距20m，共41个测点，剖面二维反演结果及异常分析见图3。
分析图3可以得到以下认识：
(1)图中大于150W·m的视电阻率等值线间距变密，梯度增大，由此推测150W·m等值线附近为奥陶系灰岩界面。在180～320号测点间，视电阻率曲线向右倾斜，陡度很大，倾角约60°，而在320～620号测点间，视电阻率曲线向左倾斜，坡度较小。因而在180～620号测点之间形成洼地，洼地中心在320号测点，此处正是铝土矿富集地段。
(2)在320号测点处视电阻率较低，其左、由两侧均较高，推测该处有断层存在。
(3)在120～180测点中心标高350m处有一高阻体存在，此处是因断层原因奥陶系灰岩突然升高至近地表所致;在380～520测点的范围内，在近地表处有一高达数百W·m的高视电阻率异常，此处位于河滩卵石层，正值旱季，电阻率较大，由此所致。
4 结论
分析本次试验成果，可以认为EH-4电导率成像系统在雷沟铝土矿区开展的找矿研究工作取得了较好的地质效果，主要体现在以下几个方面：
(1)单点试验效果突出，二维反演视电阻率等直线平直，系统采集数据稳定性能较好，分层明显，有较高的垂向分辨率，显示了极佳的测深效果。
(2)在剖面试验中，7号勘探线二维反演的视电阻率剖面图上，显示出了深部高阻异常的存在，对奥套系灰岩界面有较好的探测能力。对比钻孔控制深度，有较好的一致性。能够查明基岩起伏形态，指出成矿有利部位，并对埋深作量化推算，指导隐伏铝土矿的找矿工作。
参考文献：
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[2] 林家勇.汤井田.丁茂斌.任政勇.肖晓.面向对象技术在地球物理电磁成像可视化中的应用. [期刊论文]地球物理学进展2009(6)
