金属矿勘探中的瞬变电磁法-马云.

马云北京欧华联科技有限责任公司瞬变电磁法是矿产资源勘探、水文地质勘探、工程勘探中的重要物探方法，国内正在广泛使用，取得了很好的成果，特别是在金属矿产勘探中有很多成功的实例，同时也有一些问题（观测装置与矿体的耦合关系、浅层低阻覆盖层的影响、地形影响等）容易被忽视，影响勘探效果。瞬变电磁法以其高效、快捷、高分辨能力的特点，深受金属矿产勘探者的青睐，但往往不注重观测装置与矿体间的耦合关系、低阻覆盖层影响等因素，导致找矿难问题。因此如何布设观测装置、减小浅层低阻覆盖层及地形的影响对勘探结果起着至关重要的作用。1、工作原理2、观测装置与矿体的耦合关系3、浅层低阻覆盖层的影响4、地形影响5、如何提高瞬变电磁法勘探深度6、结论1、工作原理图1稳定的电流产生稳定的磁场（关断前），在导体中不产生涡流。初始场激励下，二次场的强弱取决于矿体中的涡流大小，而涡流大小不仅取决于初始场的强度和矿体的规模，更取决于矿体走向与初始场方向的夹角。图1图2图2稳定的磁场突然关掉，便产生磁场反对关断，此磁场称为一次场。该一次场在导体中感应出变化的涡流，该涡流产生二次场，即瞬变场。接收线圈Rx接收随时间衰减的二次场，进而反演矿体的位置和形态。1、工作原理图3发射框(Transmitter)接收框(Receiver)图4中心回线RXTX图5重叠回线同点装置具有与目标体耦合最紧密、横向分辨率大、异常幅度大、发射线圈小、操作灵活等优点，同时也具有发射磁矩小、勘探深度浅、易受地表不均匀体的影响等缺点。TXRX图6共面偶极TXRX图7同轴偶极偶极装置具有受一次场影响小、探测分辨能力较强、对大倾角矿体探测效果明显等优点，但是其曲线形态复杂、地质噪声较大、勘探深度较浅。图8发射框(Transmitter)接收圈Receiver大定回线源装置具有发射磁矩大、勘探深度深、异常曲线形态简单、工作效率高等特点，其缺点就是体积效应大、线圈铺设不方便、框外观测易受集流效应影响、对直立矿体激发较差。2、观测装置与矿体的耦合关系2.1、观测装置与导电薄板耦合示例图2.2、观测装置与板状导体耦合强度正演模型计算2.1、观测装置与导电薄板耦合示例图图9图10图11图12图13图14图15图16宽为100m，沿走向延伸600m，向下延伸400m，倾向为75°的一板状导体的正演结果：图中右侧x和z字母分别表示二次场的水平分量和垂直分量，数字11-15和16-20表示观测门数，左侧纵坐标为瞬变场强度标尺。图14可见，当矿体顶边界直接位于发射线圈中心的下方时，最大的瞬变响应仅0.1nv/m2,是非常小的，原因是矿体倾角大（75°），在发射线圈中心位置下方，一次场呈垂直分布，与矿体走向近于平行，因此耦合程度很弱。图15表示矿体右边界位于测线1200E处，即直接位于发射线圈单边的正下方，此处是一次场最强的地方，也是一次场方向从发射线圈中心处的垂直分布向外侧逐渐变缓的地方，所以耦合程度略好。此处的最大瞬变响应为0.3nv/m2，比图3中的最大瞬变响应大3倍。图16表示矿体右边界位于测线1800E处，即位于发射线圈之外600m远，此处最大的瞬变电磁响应为0.26nv/m2，略小于图15中的情况。这是因为在发射线圈之外的一次场强度比图15中的弱，但一次场变得更平缓了，因此一次场与矿体的耦合关系变强。布设定源发射线圈时，我们不仅要考虑发射强度、发射频率，还得考虑发射线圈与目标矿体的相对位置，以便达到最强耦合，提高勘探效果。图17图18图19在金属矿勘探中，常常会遇到浅地表低阻覆盖层或低阻风化层。大定源发射装置将在低阻覆盖层内感应出很强的水平涡流，从而产生很强的二次场垂直分量。而目标导体为三维构造，在初始场的感应下可产生二次场水平分量和垂直分量。图20图21图22图23中心装置曲线图24图25图26图27偶极装置曲线图28图29图30图31大定源装置曲线在没有低阻覆盖层存在时，三种观测装置下的瞬变场垂直分量和水平分量的分布特征都非常清晰，能明确的显示倾向板状导体的产状和顶点位置。当有低阻覆盖层存在时，低阻覆盖层在初始场的作用下产生很强的瞬变垂直分量，使导体瞬变场垂直分量早期道的信号被掩盖，晚期道才逐渐凸显深部目标体的信息，然而目标导体瞬变场水平分量基本不受低阻覆盖层的影响，因为水平低阻层不产生水平瞬变场分量，所以瞬变场水平分量能有效的反应目标导体的赋存形态。因此，当存在低阻覆盖层影响时，观测瞬变场的水平分量比观测垂直分量有效。提高瞬变电磁法的勘探深度是最被关心的问题，在均匀半空间中，瞬变电磁法最大勘探深度H的近似表达为：5/1m55.0NRMH式中M为发射磁矩，ρ为勘探深度H处的电阻率值，RmN为可分辨最小信号电平。因此，可通过以下方式提高瞬变电磁法勘探深度：（1）选择一款噪声低、性能稳定的瞬变电磁仪（2）选择合理发射频率，提高初始场扩散深度（3）正确选择积分时间、避免环境干扰、加强装置与目标体耦合能有效提高信噪比。（4）加大发射电流或增长发射线圈边长。增长发射线圈边长比加大发射电流对勘探深度的影响要明显，这是因为勘探深度H与电流的1/5次方成正比，与边长的2/5次方成正比。（5）严格要求野外采集操作，避免牺牲数据观测质量。世界上著名的PROTEM67瞬变电磁仪在大定源装置、20A发射电流条件下的观测结果。由图可见，晚期信号衰减稳定，只在观测时间t=2.5ms以后最晚期的瞬变测点上下波动，这是因为在晚期阶段，深部的低频瞬变场已明显低于观测系统的噪声水平。•金属矿体大多都是陡立的，可视为板状体研究，因此探测不同的金属矿体，我们应该根据矿体的倾向和倾角、深度、规模，合理选择发射装置。•野外施工时，应先根据已知地质资料和相关物探结果综合判断埋深矿体的位置和产状，然后在相对的位置布设发射线圈，使场源和目标体达到最佳耦合状态，这是瞬变电磁法有效性的必要条件。•大定源装置测量时，宜采用框内框外联合测量方式，这能有效的把控矿体的地下分布信息。同时，框外测量能有效的提高信噪比，加深勘探深度。•瞬变电磁法测量时，我们宜采用瞬变电磁法三分量观测，可有效的识别矿体的埋深状态、规模和产状。当存在浅层低阻覆盖层情况下，水平分量更是能有效的提取深部矿体的赋存信息。因此，瞬变电磁法三分量观测对找矿起着至关重要的作用。•地形影响不容忽视，但可通过观测晚期信号、地形校正、水平分量观测等方式减小地形起伏的影响。总而言之，应用于金属矿勘探上的种种措施，莫过于提高金属矿勘探深度、提高勘探成效。在此，期望本篇的相关措施能有效的帮助找矿行业，愿找矿之路越走越远。6、结论数字接收机47发射机57发射机67功率模块PROTEM瞬变电磁仪PROTEM瞬变电磁仪