胡祥云，吴桂桔，周晓晨，彭荣华，黄一凡，韩

胡祥云，吴桂桔，周晓晨，彭荣华，黄一凡，韩　波

（中国地质大学地球物理与空间信息学院，武汉，430074）

摘　要：CSAMT法具有勘探深度大、分辨率高、抗干扰能力强和观测效率高等特点，在金属勘探、地热勘查等领域有广泛应用。简要介绍了广东龙门地区的多金属矿勘探、神农架区高家屋场地热田勘查两个CSAMT应用实例，证明了CSAMT法在实际应用中的有效性和实用性。目前CSAMT数据测量主要采用标量测量，随着勘探环境复杂性的增加，采用CSAMT张量测量将是未来发展的趋势。

关键词：CSAMT，深部找矿，二维反演

1　前　言

随着我国社会的发展进步，对地下资源的需求日益剧增，如矿产资源、水资源等。就矿山资源来说，我国大多数矿山是在20世纪六七十年代开发的，经过几十年的开采，不少大、中型矿山面临资源枯竭、生产停止的窘境；而目前地热资源的利用主要限于地壳浅层的水热系统，对地壳深部高温岩体所蕴含的巨大热能的开发利用仅处于探索研究和试验阶段，因此采用适合深部探测的技术是目前发展的趋势。最近二十多年来，在测量仪器、数据处理和成图方面有了较大的进步，但社会的发展也带来了很多的人文干扰，这种干扰的增加远大于物探仪器分辨率的提高，深部异常体微弱的信号被淹没在噪声中，因此采用有源的勘探技术越来越重要。

可控源音频电磁法（CSAMT）于20世纪70年代由加拿大学者提出^［1］，并在80年代中期后得到发展和推广，它以地壳中岩、矿石的电物性差异为物质基础，观测和研究目的区人工电磁场的变化，经计算得到地下电阻率分布，进而解决地下空间不同电性地质体的赋存问题；特别是美国Zonge公司提出野外阵列标量观测方式并以仪器实现以后，该方法得到广泛应用。在90年代后期由于电子技术和电磁理论计算的发展，方法技术的实际应用逐渐成熟。Sand-berg等首次将CSAMT法应用于勘探地下热水^［2］，随后不少学者将该方法应用于找矿找水等^［3～8］。但是国内该方法的使用较国外晚，20世纪90年代才有相关的文献报道。1998年于昌明将CSAMT方法应用于寻找隐伏金矿^［9］；随着技术的进步发展，国内不少学者对该勘探方法展开了大量的研究工作^{［10～14］}。同时，还有很多人将CSAMT应用于地热和矿产勘探中^{［15～23］}。

CSAMT法克服了大地电磁法观测信号弱的缺点，具有勘探深度大，分辨率高，可灵敏发现断层、破碎带，抗干扰能力强，高阻的屏蔽作用小和观测效率高等特点。CSAMT可广泛应用于水资源勘查、地热勘查、工程物探、油气的直接检测、金属矿勘查、煤田地质灾害预测等领域。

2　基本理论

CSAMT是将地面供电电极或水平线圈作为人工信号源的频率域电磁勘探方法。其理论由电磁场基本方程麦克斯韦方程组（有源）出发，推导出亥姆霍兹波动方程，进而得到大地介质电场E、磁场H、电磁波频率f与大地视电阻率的卡尼亚公式。水平电偶极在地面上的电场及磁场公式为：

式中：I为供电电流强度；AB为供电偶极长度；r为场源到接收点之间的距离；^～ω为平均角频率。国外虽然有学者采用张量CSAMT进行测量，但是国内外大多数均采用标量的测量方式，只测量E_x和H_y或者E_y和H_x，进而获得地下的视电阻率ρ_s的分布。计算ρ_s的公式为：

式中：f代表频率。

3　数据采集

目前能提供测量仪器的主要是加拿大PHOENIX公司（第八代地球物理数据采集系统System 2000network）和美国ZONGE公司（新型GDP-32），他们研制了CSAMT的测量仪器系统，编制了软件并建立了野外测量方式。CSAMT的测量方式包括张量（两个方向的场源来测量5个分量）、矢量（一个场源来测量4个或者5个分量）和标量（一个场源测量两个分量）3种方式。这3种方式的不同之处在于测量分量和使用场源的数量。

根据CSAMT勘探方式的不同及数据需要，国内外很多学者采用不同的形式进行测量，且都取得了比较好的效果^{［24～30］}。标量的测量能准确地确定简单的层状介质，一般情况下，对于一维层状结构和已知走向的二维结构，采用标量测量即可满足勘探要求；对于稍微复杂的地底结构，适当增加采集数据的密度，也能有效的反映地底下电性结构。但对于一些更复杂的二维、三维介质，采用标量测量不能反映真实的地下电性结构，这时需要测量包括电场和磁场的多个分量，即采用矢量或者张量测量方式。

国内一些科研单位和生产单位自20世纪80年代起，先后购买了CSAMT法的仪器设备和方法技术，在近30年里对CSAMT法进行了应用研究和野外实践。近年来随着仪器的发展进步，国内又相继引入了V-6和V-8系统，它们在老的V-4系统的基础上，在精度和频点加密上都得到了大大的提高；使用GPS卫星同步、精密时钟控制实现了操作自动化；抗干扰性能也大大提高了，可在山区和多种地形条件下开展工作。接收机可进行现场实时处理，完成数据的处理和成图。文中的勘探实例的CSAMT数据采集，所使用的是美国ZONGE公司生产的新型GDP-32型多功能电法接收机和GGT-10发射机系统。

4　勘探实例

CSAMT可广泛应用于水资源勘查、地热勘查、工程物探、油气的直接检测、金属矿勘查、煤田地质灾害预测等领域。

图1是广东龙门地区的多金属矿勘探成果图。图1（a）测线视电阻率断面图，从图上可以看出，剖面地层水平成层性不强，在0.35～0.65km处，存在一从高频到低频的低阻区，电阻率在15Ω·m以下，剖面的其余部分为连片的高阻区，电阻率在100Ω·m以上，显示区域内主要岩石电性为高阻。图1（b）与视电阻率断面图类似，此图更加具体清晰，在0.35～0.6km处，从地表至高程-100m处，剖面存在低阻体，电阻率在20Ω·m以下，中心部位低至10Ω·m以下，向下延伸约600m。在剖面470m处布一钻孔ZK01，孔深250m，并在52～235m见连续的黄铁矿，经化验分析，铁含量7%～16%，局部见铅、锌，且银和钛含量接近工业品位。

图1　广东龙门铁矿06线电性剖面

图2为神农架区高家屋场地热田勘查成果图。从图中可以看出，在剖面横方向上以3、6号点为界，南北可分为3块；剖面纵向上分层不明显。在3号点左侧和6号点右侧相比1～5号点间有明显的电性差异，在两侧5号点间存在一高阻异常体，电阻率在100Ω·m以上；而在3～6号点间显示低阻异常，电阻率在100Ω·m以下，显示出明显的电性差异，尤其在标高1 400m以上在3～6号点间存在着低阻异常体，电阻率在50Ω·m以下。在该测线3～5号点间存在断裂破碎带。高家屋场地热的出露与区域地质背景密切相关，经打井验证是地热异常，水温和产量较好。

图2　神农架区高家屋场L5测线二维反演电性剖面图

5　结　论

在文中简要介绍了广东龙门地区的多金属矿勘探、神农架区高家屋场地热田勘查两个CSAMT应用实例，这些实例证明了CSAMT法在实际应用中的有效性和实用性。目前这些数据测量均采用的是标量测量，所显示的结果是一维或者二维的，但随着勘探深度的增加以及地形结构越来越复杂，对CSAMT数据采集以及数据处理解释的要求也越来越高，因此采用CSAMT张量测量是未来发展的趋势。

致谢：感谢湖北省自然科学基金创新群体（NO.2011CDA123）和国家自然科学基金（40974040）资助！

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