王秋領(lǐng)，田朋飛

(1.山東正元地球物理信息技術(shù)有限公司， 山東 濟(jì)南 250101；2.河南萬里交通科技集團(tuán)股份有限公司， 河南 許昌市 461000)

煙臺市牟金礦業(yè)某礦區(qū)礦床是由多條礦體組成的礦脈群，受北北東向壓扭性斷裂控制，金礦熱液在斷裂由緩變陡處沉淀富集形成礦體。該礦區(qū)共圈出5條礦脈，共12個金礦體，其中I和Ⅱ礦體規(guī)模大，是主要礦體。經(jīng)過多年的開采，礦區(qū)大部分礦體已被采完，采空區(qū)治理采用充填方式，上部充填方式為削壁填充，下部充填方式為尾砂填充[1-3]。填充效果是采空區(qū)充填治理評價的重要指標(biāo)，采用可控源音頻大地法對采空區(qū)充填效果進(jìn)行評價?？煽卦匆纛l大地電磁法作為一種人工場源電磁法，信號強度大，野外采集數(shù)據(jù)質(zhì)量高、重復(fù)性好，隨機(jī)干擾、場源和地形影響小，可在強干擾區(qū)開展工作；解釋與處理方法簡單、解釋剖面橫向分辨率高，具有不受高阻層屏蔽等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于采空區(qū)的探測，礦產(chǎn)及地?zé)豳Y源的勘查以及水文地質(zhì)的調(diào)查等，可獲得良好的勘查效果[4-9]。

1 技術(shù)方法

可控源音頻大地電磁法（以下簡稱CSAMT法）是一種人工源頻率域電磁法，其原理與常規(guī)大地電磁測深（MT）類似，針對天然電磁場信號弱的特點，采用可控制的人工發(fā)射源，利用發(fā)射電偶極AB（一般為500～2000 m）向地下發(fā)送不同頻率的交變電流，形成交變電磁場，在距離場源足夠遠(yuǎn)的地方通過測量相互垂直的電場信號Ex和磁場信號Hy，根據(jù) Cagniard公式求得地下介質(zhì)的反演電阻率和阻抗相位：

式中，ρs為視電阻率，Ω·m；f為發(fā)射頻率，Hz；Ex為x方向的電場強度，V/m；Hy為y方向的磁場強度，A/m；φ為阻抗相位，rad；φE為電場相位，rad；φH為磁場相位，rad。

本次探測使用加拿大鳳凰地球物理有限公司生產(chǎn)的可控源電磁多功能儀（V8），設(shè)置發(fā)射極距為1.6 km，收發(fā)距最近為7.6 km，發(fā)射頻率范圍為1～9600 Hz，共布設(shè)46個頻點，探測點距為20 m，探測極距為20 m，結(jié)合礦區(qū)走向，共布置6條測線。測區(qū)分布有較多的供電電線、地下管道和高壓電箱，特別是50 Hz高壓交流電干擾，數(shù)據(jù)采集過程中通過采用大功率發(fā)射機(jī)提高信噪比，加大采集時間壓制隨機(jī)干擾，采用50 Hz陷波器壓制工業(yè)電流影響，以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2 礦區(qū)概況

2.1 礦區(qū)地質(zhì)資料

區(qū)內(nèi)出露地層簡單，除新生界第四系沉積物沿溝谷、河流兩側(cè)分布外，僅見零星出露的下元古界荊山群變質(zhì)巖，巖性為黑云片巖、變粒巖、透輝大理巖等。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，尤以北北東向斷裂最為發(fā)育，屬金牛山斷裂西側(cè)的近乎平行的同期次級斷裂，該組斷裂走向為10°～20°，傾向北西，傾角為50°～80°，斷裂長為數(shù)百米到數(shù)千米，寬一般為幾厘米至十余米。主斷裂面兩側(cè)分布為絹英巖化二長花質(zhì)碎裂巖，局部見蝕變煌斑巖脈，中部多為黃鐵礦石英脈充填。該斷裂屬壓扭性，為本區(qū)的控礦斷裂。

區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育，大面積出露中生代燕山早期玲瓏序列云山單元弱片麻狀細(xì)粒含石榴二長花崗巖，是金礦體的圍巖。脈巖主要為煌斑巖、閃長巖、閃長玢巖、石英脈等，沿礦脈或穿切礦脈分布。

2.2 礦區(qū)礦體特征

礦床是由多條礦脈組成的礦脈群，受北北東向壓扭性斷裂控制。該組斷裂與金牛山斷裂的關(guān)系為同期低序次，經(jīng)歷了多次活動，早期為左行壓扭性，成礦期為局部引張。金礦熱液在斷裂由緩變陡處沉淀富集形成礦體。共圈出5條礦脈，12個金礦體，受與金牛山斷裂近乎平行展布的同期次級斷裂控制，其中I和Ⅱ礦體規(guī)模大，是主要礦體。

2.3 礦區(qū)開采及充填情況

I號礦脈-105 m 中段以上充填方式為削壁充填，-105 m中段～-385 m中段充填方式為尾砂充填（見圖1）。Ⅱ號礦脈-200 m以上充填方式為削壁充填；-200 m以下充填方式主要為尾砂充填（見圖2）。

圖1 Ⅰ號礦體充填情況

圖2 Ⅱ號礦體充填情況

2.4 測區(qū)巖石物性特征

礦區(qū)主要圍巖為花崗巖，花崗巖類為高阻體，脈巖主要有煌斑巖和石英脈巖，礦石類型主要為含金黃鐵礦化石英脈，根據(jù)以往物性標(biāo)本可得測區(qū)巖石物性參數(shù)（見表1）。隨著礦石不斷被開采，會形成采空區(qū)，當(dāng)采空區(qū)內(nèi)被低阻介質(zhì)充填后，導(dǎo)電顆粒增加，在電性特征上與圍巖相比表現(xiàn)為相對低阻；若采空區(qū)未被充填，其內(nèi)充滿空氣，導(dǎo)電顆粒缺失，在電性特征上與圍巖相比表現(xiàn)為相對高阻。這為可控源音頻大地電磁法的適用性奠定了物理基礎(chǔ)，同時，與含水的尾砂填充相比，含水的削壁填充因其具有較大的空隙和高阻的圍巖表現(xiàn)為相對高阻。

表1 測區(qū) 巖石物性參數(shù)

3 數(shù)據(jù)處理及異常分析

可控源音頻大地電磁法的數(shù)據(jù)處理主要有資料預(yù)處理，靜態(tài)校正和數(shù)據(jù)反演3個步驟。資料預(yù)處理使用CMT Pro軟件進(jìn)行曲線的圓滑、校正及突出有用信息；靜態(tài)校正處理采用五點中值濾波進(jìn)行校正；數(shù)據(jù)反演采用二維圓滑模型，考慮探測深度要求，采用15～9600 Hz范圍參與反演。

經(jīng)過數(shù)據(jù)處理及軟件反演，采用surfer成圖，如圖3所示，圖中左上角到右下角依次為測線1至測線7反演視電阻率斷面。

圖3 各條測線反演視電阻率斷面

為了能更準(zhǔn)確地分析可控源音頻大地電磁法對采空區(qū)充填效果評價的適用性，根據(jù)測線布置圖和礦脈充填情況圖，選取3條測線進(jìn)行分析，見圖4，測線上均有已知的充填區(qū)，包括充填區(qū)的平面位置，充填方式和充填深度等具體信息。

圖4 測線1，測線4和測線5反演視電阻率斷面

3.1 測線1

結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料及礦區(qū)調(diào)查信息，該區(qū)域主要為粗?；◢弾r，在電阻率斷面圖上表現(xiàn)為高阻，隨深度增加逐漸增大。測線1斷面圖上存在2處明顯異常，一處異常位于測線樁號約1110～1190、標(biāo)高約0～-320 m，表現(xiàn)為相對低阻異常，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)調(diào)查資料，推測為擠壓破碎帶；另一處異常位于測線樁號約1370～1450、標(biāo)高約55～-200 m，表現(xiàn)為相對低阻異常，結(jié)合圖2中Ⅱ號礦脈充填情況可知，測線1樁號約1370～1430與圖2中探槽位置TC98-1至TC102-4相交，圖2顯示探槽位置TC98-1至TC102-4之間在55～-180 m為削壁填充，此位置與測線樁號 1370～1450、標(biāo)高約 55～-200 m的異常位置吻合，推測此異常為采空充填區(qū)引起，且沒有出現(xiàn)高阻區(qū)，填充效果較好。

3.2 測線4

結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料及礦區(qū)調(diào)查信息，該區(qū)域主要為粗粒花崗巖，在電阻率斷面圖上主要表現(xiàn)為高阻，隨深度增加逐漸增大。測線4斷面圖存在一處異常位于測線樁號約1150～1190、標(biāo)高約0～-380 m，表現(xiàn)為相對低阻異常，結(jié)合圖2中的Ⅱ號礦脈填充情況可知，測線4樁號約1130～1170與圖2中TC38-1至TC42-1之間相交，圖2顯示TC38-1至TC42-1之間在0～-400 m深度范圍內(nèi)為采空充填區(qū)，其中0～-180 m深度范圍內(nèi)為削壁填充，-180～-400 m深度范圍內(nèi)為尾砂填充，此位置與測線樁號約1150～1190、標(biāo)高約0～-380 m異常位置吻合，推測異常為采空充填區(qū)引起，且表現(xiàn)為上部削壁填充區(qū)電阻率值大于下部尾砂填充區(qū)電阻率值，未發(fā)現(xiàn)高阻區(qū)，填充效果較好。

3.3 測線5

結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料及礦區(qū)調(diào)查信息，該區(qū)域主要為粗?；◢弾r，在電阻率斷面圖上主要表現(xiàn)為高阻，隨深度增加逐漸增大。測線5存在2處異常，一處異常位于測線樁號約1130～1190、標(biāo)高約50～-380 m，表現(xiàn)為相對低阻異常，結(jié)合圖2中的Ⅱ號礦脈填充情況可知，測線5樁號約1130～1170與圖2中探槽位置TC14-1至TC18-1之間相交，圖2顯示TC14-1至TC18-1之間在100～-350 m深度范圍內(nèi)為采空充填區(qū)，其中100～-200 m為削壁填充，-200～-350 m為尾砂填充，此位置與測線5樁號約1130～1190、標(biāo)高約50～-380 m異常位置吻合，推測異常為采空充填區(qū)引起，且表現(xiàn)為上部削壁填充區(qū)電阻率值大于下部尾砂填充區(qū)電阻率值，未發(fā)現(xiàn)高阻區(qū)，填充效果較好；另一處異常位于測線樁號約1420～1470、標(biāo)高約40～-260 m，表現(xiàn)為相對低阻異常，結(jié)合圖1中I號礦脈填充情況可知，測線5樁號約1430～1470與圖1中探槽位置TC14-3至TC18-3之間相交，圖1顯示：TC14-3與TC18-3之間在100～-350 m深度范圍內(nèi)為采空充填區(qū)，其中100～-100 m為削壁填充，-100～-350 m為尾砂填充，此位置與測線5樁號約1130～1190、標(biāo)高約50～-380 m的異常位置吻合，推測異常為采空充填區(qū)引起，且表現(xiàn)為上部削壁填充區(qū)電阻率值比下部尾砂填充區(qū)電阻率值高，未發(fā)現(xiàn)高阻區(qū)，填充效果較好。

通過以上3條探測線與已知測線下方的填充區(qū)進(jìn)行驗證，結(jié)果顯示探測的填充區(qū)位置和規(guī)模與已知填充區(qū)對應(yīng)較好。為了保證探測結(jié)果的有效性，在測線2和測線3所揭示的采空充填區(qū)進(jìn)行打鉆驗證，驗證結(jié)果均顯示為填充區(qū)，且填充實際效果與探測成果相差較小。

4 結(jié)論

在煙臺牟金某金礦區(qū)實施可控源音頻大地電磁法探測，經(jīng)過處理和反演共得到7條測線剖面，通過選取穿越已知采空充填區(qū)的3條測線剖面（即測線1，測線4和測線5）與測線上的已知采空充填區(qū)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)測線剖面圈定的推測采空充填區(qū)范圍與已知采空充填區(qū)情況吻合較好，同時為了保證探測結(jié)果的有效性，在測線2和測線3所圈定的采空充填區(qū)進(jìn)行打鉆驗證，均揭示出采空充填區(qū)。由此可以得出結(jié)論：可控源音頻大地電磁法可以作為一種采空區(qū)充填治理評價的手段，但是其具有的體積效應(yīng)不能清楚地劃分填充層位，需要進(jìn)一步研究；此外，可控源音頻大地電磁法對采空區(qū)充填評價只能定性解釋，即只能勾畫出采空充填區(qū)的范圍，不能定量分析，即無法量化采空區(qū)充填率達(dá)到多少百分比，需要結(jié)合鉆探等其他方法綜合判斷。