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摘要：随着科学技术的发展，本文简述了某矿区在地形复杂的山区环境中，采用高频大地电磁法取得了良好的勘探效果，为矿山持续生产提供了正确的指导建议。本方案和技术值得在矿产资源勘察中推广应用。
关键词：矿产勘察；矿区地质；物理观测；反演；高频大地电磁
Abstract: with the development of science and technology, this paper describes in a mining area environment of the complex terrain of mountainous area, the earth with high frequency electromagnetic method has a good effect of exploration, mining continue to provide the right guidance of production Suggestions. This scheme and technical worth in mineral resources investigation in application.
Keywords: mineral exploration; Mine geology; Physical observation; Inversion; The high frequency electromagnetic
中图分类号：O741+.2文献标识码：A 文章编号：
一、矿区地质概述及地球物理观测方案
矿区出露地层为：奥陶系黄隘组（O1h）上部浅灰色中细粒砂岩夹薄层页岩，中部灰色厚层细粒砂岩夹页岩，底部灰绿色薄层页岩；白洞组（o1b）块状灰岩、白云岩，局部夹页岩；寒武系边溪组（∈1b）：不等粒砂岩。矿区断裂构造发育，主要有NEE向和NE向两组，矿化受断裂破碎带控制明显，已发现矿体受NEE向F1和NE向F2控制，矿体呈脉状、透镜状产出。控制矿体最长610米，平均厚度在3～4米间。成矿作用以深渊热液充填交代为主。
设计剖面与主断裂构造斜交,可有效的查清矿区内控矿断裂构造走向、延伸以及矿体赋存的空间位置。工作中采用EMAP（Electromagnetic Array Profiling）方式进行测量EMAP法野外观测时，设计同一剖面上测线方向各个测点电偶极子首尾相连，组成一系列观测点，获得电性沿剖面的连续变化信息，提高横向分辨率，有利于识别和消除静态干扰。对野外实测剖面分别采用Bostick和快速松弛迭代反演进行拟合处理，以提高数据解释精度和可信度。
二、数据反演理论
2.1博斯蒂克（BOSTICK）反演
该方法基于大地电磁测深曲线低频渐近线性质，将视电阻率随周期变化的曲线变换到随深度变化。由地下电阻率为零和无穷大两种极限情况得到，S渐近线：ρa=1/ωμS2；H渐近线：ρa=ωμD2。其中，S为半空间多层介质总纵向电导，D为多层介质的总厚度。两条渐近线交点坐标值为电阻率ρa和圆频率ω。通常用计算法对实测大地电磁曲线进行反演，下面为Bostick反演公式：
由于数据具有一定的分散性，对实测数据进行处理，会导致（1）式的导数运算结果偏差较大，故在进行Bostick反演前先对测数据进行平滑处理。
2.2快速松弛迭代（RRI）反演
笛卡尔坐标系下假设地质构造为二维分布的，电阻率沿走向沿x方向是稳定的，而沿倾向y方向和垂向z方向是变化的。忽略位移电流的影响，由谐变场Maxwell方程组推导出两组独立的平行于构造的线性偏振波(3,4式)，根据需要加上边界条件后，即可进行正演模拟。
以电导率的對数为模型参数,可得到模型扰动量与资料扰动量间的关系式。
其δdxy和δdyx为观测数据与理论数据的差值，σ0为模型改变前的电导率值,E0 ((yi,0)、H0 ((yi,0)为模型改变前第i个测点下地表电场值和磁场值。E0(yi,z)为初始模型或本次迭代前模型的理论波场。
由于模型横向变化复杂，目标函数要能均衡纵向和横向的变化，构造的目标函数：
W=Q+BeTe（5）
其中， 为拉格朗日因子，e为给定期望的拟合差，Z0一般为模型表层电阻率值和最高频率情况下的趋肤深度。
RRI方案避免了直接线性搜索带来的繁重计算，通过解与一维相近的反演问题,计算出每个测站地质介质的电阻率扰动,把剖面二维反演问题转化为一系列一维反演问题。
三、实测资料解释
对矿区L2和L6两条高频大地电磁勘探剖面实测数据分别应用Bostick方法和RRI方法进行反演，反演结果分别见图1和图2。
图1 2线Bostick反演断面图
根据2线实测数据反演得到的电阻率断面图推测并圈定三个矿致异常，分别编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号主要异常，推测矿区内控矿断裂构造如图1所示。由于该矿区为探采结合的生产方式，边探矿边采矿。经生产平洞验证，图中卡尼亚电阻率小于50mΩ⋅m的Ⅰ号和Ⅱ号矿体异常目前正在开采中。Ⅲ号矿体异常虽未完全揭露，但是坑道施工已经在圈定边界发现细小矿脉，且岩性变化符合本区成矿特征。Ⅰ号和Ⅱ号异常之间的断裂构造，在其地表发现脉状铅锌矿体露头。
图2 6线RRI反演断面图
实测6线数据经反演后电阻率断面图如图2所示，图中标示了两个矿致异常和控矿断裂构造F2。其中，Ⅳ号异常在山谷中出露含大量硫化矿物的矿化体，矿体已经过浅部槽探工程验证；圈定Ⅴ号异常，标高380m、水平点位880m处为矿区附近。该异常经坑道工程验证为不同岩性接触带上脉状及层间透镜状铅锌矿体造成。
从反演结果来看，Bostick和RRI算法都是比较稳定的算法。Bostick反演直观的揭示了地下电性结构的特征，尤其是对电性层的起伏形态有较好的反映。该方法通过逐点变换取得逐点反演的结果，保证了整条测线反演结果的连续性。
RRI方法在目标函数的构造及雅可比矩阵的求取上都有改进，对初始模型要求相对较高。运算过程中用前一次迭代模型的场量的横向梯度替代迭代后模型的场量的横向梯度，大大减少了反演过程中正演的次数。从实测数据的反演结果分析较好的消除了地表局部不均匀体对下部数据的影响，对深部横向电性变化分辨率较高。
四、结束语
综上所述；随着国民经济、科学技术的发展，本文根据目前一些发达国家的部分大型矿山采矿情况，简述了我国现阶段金属矿山探矿和采矿深度多在300～500m。MT法采集时间较长，测点间距较大，长期以来主要被应用于区域性调查工作中。CSAMT法设备较庞大，费用较高，发射源选择及布设和测量要求相对较高，地形复杂山区数据处理难度大。相对而言，高频大地电磁勘探在中国山区矿产资源勘察中更具优势。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：矿产勘察；矿区地质；物理观测；反演；高频大地电磁
Abstract: with the development of science and technology, this paper describes in a mining area environment of the complex terrain of mountainous area, the earth with high frequency electromagnetic method has a good effect of exploration, mining continue to provide the right guidance of production Suggestions. This scheme and technical worth in mineral resources investigation in application.
Keywords: mineral exploration; Mine geology; Physical observation; Inversion; The high frequency electromagnetic
中图分类号：O741+.2文献标识码：A 文章编号：
一、矿区地质概述及地球物理观测方案
矿区出露地层为：奥陶系黄隘组（O1h）上部浅灰色中细粒砂岩夹薄层页岩，中部灰色厚层细粒砂岩夹页岩，底部灰绿色薄层页岩；白洞组（o1b）块状灰岩、白云岩，局部夹页岩；寒武系边溪组（∈1b）：不等粒砂岩。矿区断裂构造发育，主要有NEE向和NE向两组，矿化受断裂破碎带控制明显，已发现矿体受NEE向F1和NE向F2控制，矿体呈脉状、透镜状产出。控制矿体最长610米，平均厚度在3～4米间。成矿作用以深渊热液充填交代为主。
设计剖面与主断裂构造斜交,可有效的查清矿区内控矿断裂构造走向、延伸以及矿体赋存的空间位置。工作中采用EMAP（Electromagnetic Array Profiling）方式进行测量EMAP法野外观测时，设计同一剖面上测线方向各个测点电偶极子首尾相连，组成一系列观测点，获得电性沿剖面的连续变化信息，提高横向分辨率，有利于识别和消除静态干扰。对野外实测剖面分别采用Bostick和快速松弛迭代反演进行拟合处理，以提高数据解释精度和可信度。
二、数据反演理论
2.1博斯蒂克（BOSTICK）反演
该方法基于大地电磁测深曲线低频渐近线性质，将视电阻率随周期变化的曲线变换到随深度变化。由地下电阻率为零和无穷大两种极限情况得到，S渐近线：ρa=1/ωμS2；H渐近线：ρa=ωμD2。其中，S为半空间多层介质总纵向电导，D为多层介质的总厚度。两条渐近线交点坐标值为电阻率ρa和圆频率ω。通常用计算法对实测大地电磁曲线进行反演，下面为Bostick反演公式：
由于数据具有一定的分散性，对实测数据进行处理，会导致（1）式的导数运算结果偏差较大，故在进行Bostick反演前先对测数据进行平滑处理。
2.2快速松弛迭代（RRI）反演
笛卡尔坐标系下假设地质构造为二维分布的，电阻率沿走向沿x方向是稳定的，而沿倾向y方向和垂向z方向是变化的。忽略位移电流的影响，由谐变场Maxwell方程组推导出两组独立的平行于构造的线性偏振波(3,4式)，根据需要加上边界条件后，即可进行正演模拟。
以电导率的對数为模型参数,可得到模型扰动量与资料扰动量间的关系式。
其δdxy和δdyx为观测数据与理论数据的差值，σ0为模型改变前的电导率值,E0 ((yi,0)、H0 ((yi,0)为模型改变前第i个测点下地表电场值和磁场值。E0(yi,z)为初始模型或本次迭代前模型的理论波场。
由于模型横向变化复杂，目标函数要能均衡纵向和横向的变化，构造的目标函数：
W=Q+BeTe（5）
其中， 为拉格朗日因子，e为给定期望的拟合差，Z0一般为模型表层电阻率值和最高频率情况下的趋肤深度。
RRI方案避免了直接线性搜索带来的繁重计算，通过解与一维相近的反演问题,计算出每个测站地质介质的电阻率扰动,把剖面二维反演问题转化为一系列一维反演问题。
三、实测资料解释
对矿区L2和L6两条高频大地电磁勘探剖面实测数据分别应用Bostick方法和RRI方法进行反演，反演结果分别见图1和图2。
图1 2线Bostick反演断面图
根据2线实测数据反演得到的电阻率断面图推测并圈定三个矿致异常，分别编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号主要异常，推测矿区内控矿断裂构造如图1所示。由于该矿区为探采结合的生产方式，边探矿边采矿。经生产平洞验证，图中卡尼亚电阻率小于50mΩ⋅m的Ⅰ号和Ⅱ号矿体异常目前正在开采中。Ⅲ号矿体异常虽未完全揭露，但是坑道施工已经在圈定边界发现细小矿脉，且岩性变化符合本区成矿特征。Ⅰ号和Ⅱ号异常之间的断裂构造，在其地表发现脉状铅锌矿体露头。
图2 6线RRI反演断面图
实测6线数据经反演后电阻率断面图如图2所示，图中标示了两个矿致异常和控矿断裂构造F2。其中，Ⅳ号异常在山谷中出露含大量硫化矿物的矿化体，矿体已经过浅部槽探工程验证；圈定Ⅴ号异常，标高380m、水平点位880m处为矿区附近。该异常经坑道工程验证为不同岩性接触带上脉状及层间透镜状铅锌矿体造成。
从反演结果来看，Bostick和RRI算法都是比较稳定的算法。Bostick反演直观的揭示了地下电性结构的特征，尤其是对电性层的起伏形态有较好的反映。该方法通过逐点变换取得逐点反演的结果，保证了整条测线反演结果的连续性。
RRI方法在目标函数的构造及雅可比矩阵的求取上都有改进，对初始模型要求相对较高。运算过程中用前一次迭代模型的场量的横向梯度替代迭代后模型的场量的横向梯度，大大减少了反演过程中正演的次数。从实测数据的反演结果分析较好的消除了地表局部不均匀体对下部数据的影响，对深部横向电性变化分辨率较高。
四、结束语
综上所述；随着国民经济、科学技术的发展，本文根据目前一些发达国家的部分大型矿山采矿情况，简述了我国现阶段金属矿山探矿和采矿深度多在300～500m。MT法采集时间较长，测点间距较大，长期以来主要被应用于区域性调查工作中。CSAMT法设备较庞大，费用较高，发射源选择及布设和测量要求相对较高，地形复杂山区数据处理难度大。相对而言，高频大地电磁勘探在中国山区矿产资源勘察中更具优势。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。