论文部分内容阅读
[摘要]本文概要介绍CSAMT方法的原理及电磁场的远区、近区特征，结合某矿区测试的成果结合地质情况和钻探结果比对分析了CSAMT法的有效性，对外业测试中采取抗干扰手段的简介和数据处理解释推断中出现的情况进行了简单的分析，提出了一些相应的见解。
[关键词]CSAMT法 电磁场 远区 近区
[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-290-2
0引言
随着近些年来电子产品的突飞猛进，地球物理勘探设备也取得了长足的发展，近十年内国内各生产企业都先后引进了加拿大Phoenix地球物理公司生产研制的V系列电法工作站、美国Zonge公司开发的多功能电法仪及德国Metronix公司研发生产的GMS系列多功能电法仪等，近年来由于各个单位盲目追求经济效益已将CSAMT法在国内发扬到了极致。同时另外一个极端的观点认为CSAMT方法是应该被淘汰的，原因是该方法的分辨率不高，采用共用磁道变频的工作方式，供电方式为谐波供电方式不如直接供应脉冲信号所包含的频率信息更多。
1 CSAMT法简介
可控源音频大地电磁法最早是加拿大多伦多大学的D.W.Strangway教授和他的研究生Myron Goldtein于1971年提出的[1]。针对大地电磁法场源的随机性和信号微弱，以致观测十分困难的状况，提出采用可以控制的人工场源。自上世纪70年代中期起CSAMT法得到实际应用，到80年代后方法理论和仪器设备得到了很大的发展，同时其应用领域也扩展到石油、天然气、地热、金属矿产、水文、环境等方面，成为受到重视的一种物探方法。
CSAMT采用一个电偶极子源进行供电，使得可在两侧很大的扇形进行测量，测量效率高；勘探深度范围大几十米到2km都可以；分辨率高；高阻层的屏蔽作用非常小。
在CSAMT供电场的电流是谐变，即：I=I0e-iωt [2]，电磁场可描述成赫姆霍兹方程：
式中：
前项表示电磁波的衰减，后项表示电磁波的相位变化，参数p对距离场源的远近、介质性质和工作频率的统一参考[1，3]：
当P>>1时，接收的电磁场处于远区，此时：
式中电场水平分量与频率无关，与电导率成反比，水平磁场与频率有关，与电导率的平方根成反比，因此测试磁场不会饱和。在直角坐标系下卡尼亚视电阻率公式表述为：
当P<<1时，接收的电磁场处于近区，此时：
式中电场水平分量与频率无关，电场水平分量与 反比，水平磁场也与频率有关，与 成反比，此时卡尼亚视电阻率公式表述为：
从式中可以发现在近区视电阻率与频率无关，只与收发距有关，近似于直流点测深。目前的CSAMT法普遍采用的是偶极-偶极装置在进入近区后测试的物理点是在数km外，有可能都在矿区外了，因此所谓近区数据校准是无任何意义的。
当P≈1时，接收的电磁场处于过渡带，当大地为均匀导电介质时，电磁场各分量均匀过渡，对于粉均匀大地介质，过渡带场的性质变得很复杂，受地电结构有关，此时波阻抗很复杂，与收发距、大地电阻率、频率计方位角都有关[4]。
下图2为某矿山工地CSAMT测点，从中可以发现在100Hz后视电阻率曲线45°上升，相位饱和，说明电磁场已经进入了近区，视电阻率凹陷区为电磁场的过渡带。图3为不同地电模型计算的p值（收发距为7.5km），表明电阻率越大进入近区的频率越早，计算接近图2的测试数据。
2某矿区CSAMT测试分析
2.1矿区地质
矿区位于钦杭拼接带之赣东北深断裂的北西盘。沿赣东北深大断裂的北西侧，自婺源东坑口向南西经德兴铜矿、银山矿、弋阳姚坂、直至东乡枫林一带是江西省重要的铜铅锌多金属一级成矿带。
地层为中元古界蓟县系张村群浅变质岩系，属于地槽沉降阶段浅海相中、细粒碎屑岩复理石建造，并夹有海底喷发英安质火山碎屑岩建造；岩性以千枚岩、变质沉凝灰岩及两者的过渡岩石为主。
岩浆岩主要为燕山早期的三个阶段的岩浆活动，第一阶段：以超基性、基性至中性的侵入活动为主，与成矿基本无关；第二阶段：为区内斑岩矿床有密切成生联系的至关重要的岩浆活动，其生成斑岩的中酸性岩浆来自地壳深部或上地幔，由于赣东北深大断裂的策动，岩浆沿深部强烈发育的主干断裂上升，于构造空间作被动式浅成侵入；第三阶段
为浅成一喷发活动，形成了与铅、锌、铜（金）矿化有直接成因联系的英安斑岩、英安质流纹斑岩等一系列英安质次火山岩—火山岩。区内表现为中酸性的石英闪长玢岩、闪斜煌斑岩、细晶岩、闪长玢岩等小岩脉，矿化微弱。
2.2CSAMT测试成果
图4为L1线的视电阻率二维反演断面图，从中未见到埋深500-1000米之间的低阻异常区（从寻找深部斑岩型铜多金属矿考虑）。
图5为L2线的视电阻率二维反演断面图，在测线开始位置出现低阻异常体推测为岩石破碎带（非矿化带）。
L1线右侧出现了高阻异常体，L2线右侧也出现了高阻异常体（深部高阻为近区数据，不可信），根据物探异常结合现场情况推测为岩体，地球化学显示右侧的高阻异常体为金元素异常中心，其走向基本沿着高电阻率异常体走向。
其后开展了钻探验证工作，在L1线高阻异常体中心进行了钻探，结果表明在钻探深度48米开始直到600米深度全部为变质闪长岩岩体，只见到金矿化，经检验金含量在0.12-1.02g/t，未见到工业级金矿；在L2线的低阻异常钻探500米，见到为很破碎千枚岩都，未见到斑岩体。
2.3一些认识
该矿区处于危机矿山的外围，属于就矿找矿的工区。找矿的深度在500～1000米之间，工区属于勘探深度大，矿区干扰大的特点，在数据采集中磁道的布设避开了高压线、塔架、震动较强的位置等，局部地段采取了远参考磁道的方式，采集频率避开了干扰较大的频段。
虽然测试推测结果和钻探结果非常吻合，但是也存在一些其他意见，由于钻探只对高阻异常体（L1线和L2线右侧）和围岩的接触带进行了钻探，未对高阻异常带和围岩的接触带进行钻探，可能漏掉了最有利的区域。
3结束语
CSAMT法是一种勘探深度大抗干扰能力较强的物探方法，要结合每个矿区的具体情况来设计合理的采集频率和收发距，尽可能地将大部分测试数据处于远区，在测试中要采取一些抗干扰手段，数据处理过程中要进行静校正，尽可能采用二维反演就算结果。在开展CSAMT法测试前应先对矿区的岩石进行电性参数的测试并进行相应的计算确定合理的频率表或进行个别点的AMT法测试得到地下介质的电阻率情况，确定合理的频率表。
参考文献
[1]何继善.可控源音频大帝电磁测深[M].长沙：中南工业大学出版社，1990.
[2]傅良魁.电法勘探教程[M].北京：地质出版社，1983.
[3]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京：地质出版社，2OO5.
[4]池三川.隐伏矿床（体）的寻找.武汉：中国地质大学出版社， 1988.
[关键词]CSAMT法 电磁场 远区 近区
[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-290-2
0引言
随着近些年来电子产品的突飞猛进，地球物理勘探设备也取得了长足的发展，近十年内国内各生产企业都先后引进了加拿大Phoenix地球物理公司生产研制的V系列电法工作站、美国Zonge公司开发的多功能电法仪及德国Metronix公司研发生产的GMS系列多功能电法仪等，近年来由于各个单位盲目追求经济效益已将CSAMT法在国内发扬到了极致。同时另外一个极端的观点认为CSAMT方法是应该被淘汰的，原因是该方法的分辨率不高，采用共用磁道变频的工作方式，供电方式为谐波供电方式不如直接供应脉冲信号所包含的频率信息更多。
1 CSAMT法简介
可控源音频大地电磁法最早是加拿大多伦多大学的D.W.Strangway教授和他的研究生Myron Goldtein于1971年提出的[1]。针对大地电磁法场源的随机性和信号微弱，以致观测十分困难的状况，提出采用可以控制的人工场源。自上世纪70年代中期起CSAMT法得到实际应用，到80年代后方法理论和仪器设备得到了很大的发展，同时其应用领域也扩展到石油、天然气、地热、金属矿产、水文、环境等方面，成为受到重视的一种物探方法。
CSAMT采用一个电偶极子源进行供电，使得可在两侧很大的扇形进行测量，测量效率高；勘探深度范围大几十米到2km都可以；分辨率高；高阻层的屏蔽作用非常小。
在CSAMT供电场的电流是谐变，即：I=I0e-iωt [2]，电磁场可描述成赫姆霍兹方程：
式中：
前项表示电磁波的衰减，后项表示电磁波的相位变化，参数p对距离场源的远近、介质性质和工作频率的统一参考[1，3]：
当P>>1时，接收的电磁场处于远区，此时：
式中电场水平分量与频率无关，与电导率成反比，水平磁场与频率有关，与电导率的平方根成反比，因此测试磁场不会饱和。在直角坐标系下卡尼亚视电阻率公式表述为：
当P<<1时，接收的电磁场处于近区，此时：
式中电场水平分量与频率无关，电场水平分量与 反比，水平磁场也与频率有关，与 成反比，此时卡尼亚视电阻率公式表述为：
从式中可以发现在近区视电阻率与频率无关，只与收发距有关，近似于直流点测深。目前的CSAMT法普遍采用的是偶极-偶极装置在进入近区后测试的物理点是在数km外，有可能都在矿区外了，因此所谓近区数据校准是无任何意义的。
当P≈1时，接收的电磁场处于过渡带，当大地为均匀导电介质时，电磁场各分量均匀过渡，对于粉均匀大地介质，过渡带场的性质变得很复杂，受地电结构有关，此时波阻抗很复杂，与收发距、大地电阻率、频率计方位角都有关[4]。
下图2为某矿山工地CSAMT测点，从中可以发现在100Hz后视电阻率曲线45°上升，相位饱和，说明电磁场已经进入了近区，视电阻率凹陷区为电磁场的过渡带。图3为不同地电模型计算的p值（收发距为7.5km），表明电阻率越大进入近区的频率越早，计算接近图2的测试数据。
2某矿区CSAMT测试分析
2.1矿区地质
矿区位于钦杭拼接带之赣东北深断裂的北西盘。沿赣东北深大断裂的北西侧，自婺源东坑口向南西经德兴铜矿、银山矿、弋阳姚坂、直至东乡枫林一带是江西省重要的铜铅锌多金属一级成矿带。
地层为中元古界蓟县系张村群浅变质岩系，属于地槽沉降阶段浅海相中、细粒碎屑岩复理石建造，并夹有海底喷发英安质火山碎屑岩建造；岩性以千枚岩、变质沉凝灰岩及两者的过渡岩石为主。
岩浆岩主要为燕山早期的三个阶段的岩浆活动，第一阶段：以超基性、基性至中性的侵入活动为主，与成矿基本无关；第二阶段：为区内斑岩矿床有密切成生联系的至关重要的岩浆活动，其生成斑岩的中酸性岩浆来自地壳深部或上地幔，由于赣东北深大断裂的策动，岩浆沿深部强烈发育的主干断裂上升，于构造空间作被动式浅成侵入；第三阶段
为浅成一喷发活动，形成了与铅、锌、铜（金）矿化有直接成因联系的英安斑岩、英安质流纹斑岩等一系列英安质次火山岩—火山岩。区内表现为中酸性的石英闪长玢岩、闪斜煌斑岩、细晶岩、闪长玢岩等小岩脉，矿化微弱。
2.2CSAMT测试成果
图4为L1线的视电阻率二维反演断面图，从中未见到埋深500-1000米之间的低阻异常区（从寻找深部斑岩型铜多金属矿考虑）。
图5为L2线的视电阻率二维反演断面图，在测线开始位置出现低阻异常体推测为岩石破碎带（非矿化带）。
L1线右侧出现了高阻异常体，L2线右侧也出现了高阻异常体（深部高阻为近区数据，不可信），根据物探异常结合现场情况推测为岩体，地球化学显示右侧的高阻异常体为金元素异常中心，其走向基本沿着高电阻率异常体走向。
其后开展了钻探验证工作，在L1线高阻异常体中心进行了钻探，结果表明在钻探深度48米开始直到600米深度全部为变质闪长岩岩体，只见到金矿化，经检验金含量在0.12-1.02g/t，未见到工业级金矿；在L2线的低阻异常钻探500米，见到为很破碎千枚岩都，未见到斑岩体。
2.3一些认识
该矿区处于危机矿山的外围，属于就矿找矿的工区。找矿的深度在500～1000米之间，工区属于勘探深度大，矿区干扰大的特点，在数据采集中磁道的布设避开了高压线、塔架、震动较强的位置等，局部地段采取了远参考磁道的方式，采集频率避开了干扰较大的频段。
虽然测试推测结果和钻探结果非常吻合，但是也存在一些其他意见，由于钻探只对高阻异常体（L1线和L2线右侧）和围岩的接触带进行了钻探，未对高阻异常带和围岩的接触带进行钻探，可能漏掉了最有利的区域。
3结束语
CSAMT法是一种勘探深度大抗干扰能力较强的物探方法，要结合每个矿区的具体情况来设计合理的采集频率和收发距，尽可能地将大部分测试数据处于远区，在测试中要采取一些抗干扰手段，数据处理过程中要进行静校正，尽可能采用二维反演就算结果。在开展CSAMT法测试前应先对矿区的岩石进行电性参数的测试并进行相应的计算确定合理的频率表或进行个别点的AMT法测试得到地下介质的电阻率情况，确定合理的频率表。
参考文献
[1]何继善.可控源音频大帝电磁测深[M].长沙：中南工业大学出版社，1990.
[2]傅良魁.电法勘探教程[M].北京：地质出版社，1983.
[3]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京：地质出版社，2OO5.
[4]池三川.隐伏矿床（体）的寻找.武汉：中国地质大学出版社， 1988.