瞬变电磁法原理_现状及在矿产勘查中的应用浅析_陕亮

第18卷第1期2009年3月

文章编号：1671-1947(2009)01-0070-04

地质与资源

GEOLOGYANDRESOURCES

中图分类号：P631.3

文献标识码：A

Vol.18No.1

Mar.2009

瞬变电磁法原理、现状及在矿产勘查中的应用浅析

陕

亮1，许荣科1，鲁胜章2，李兴德2，曹春国3，张雨莲1，曹

亮4

（1.中国地质大学资源学院，湖北武汉430074；2.德源矿业公司，甘肃酒泉730045；3.山东省物化探勘查院，山东济南250013；4.宜昌地质矿产研究所，湖北宜昌443003）

摘

要：瞬变电磁法是近年来电法勘探领域发展较快的一种重要方法，也是探测深部和隐伏矿的有效方法之一.对瞬变电

磁法的原理、现状进行了简要阐述，并从矿产勘查工作者的角度探讨了该方法在矿产勘查中的适用对象及条件、干扰因素和值得注意的问题及对策.

关键词：瞬变电磁法；分类；应用条件；干扰因素；对策

随着人类对矿产资源的需求迅速增加，有限的矿产资源与人类不断增长的需求之间的矛盾日益突出，使

找矿工作重点逐渐转变为在隐伏区、矿区深部及矿区外围寻找隐伏矿和盲矿.瞬变电磁法是近年来电法勘探领域发展较快的一种重要方法，也是《危机矿山接替资源找矿规划纲要（2004~2010）》首位推荐的探测深部和隐伏矿的重要方法［1,2］.近年来，许多学者［1~4］主要从地球物理工作者的角度出发对这一方法进行过介绍［1-9］.然而在勘查过程中，方法的选择往往是由地质人员为主导，因此本文试图从矿床勘查专业工作者的角度对瞬变电磁法的原理、应用条件和对象、应用效果及需注意的问题做一些简要的介绍，以利于在勘查工作中获得较好的找矿效果.

瞬变电磁法原理及发展瞬变电磁法，又称为时间域电磁法（TEM）.其通过不接地回线或接地长导线供以双极性脉冲电流,当回线中的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论，发射回线中电流突然变化必将在其周围产生磁场.该磁场称为一次磁场（图1A）.一次磁场在周围传播过程中，如遇地下良导电的地质体，将在其内部激发产生感应电流，又称涡流或二次电流.由于导电地质体是非线性的，所以脉冲电流从峰值跃变到零，一次磁场立即消失，而涡流并不立即消失，有一个瞬变过程，这个过程的快慢与导体的电性参数（体积规模和埋深以及发射电流的形态和频率）有关［3,10~15］.地质体导电性愈好，

收稿日期：2008－06－16；修回日期：2008－10－07．李兰英编辑．

涡流的热耗损愈小，瞬变过程愈长.这种涡流瞬变过程，在空间形成相应的瞬变磁场（图1C），又称为二次

磁场.通过接收线圈测量二次场空间分布形态（图1B），就可发现地下异常地质体的存在，并确定异常体的电性结构和空间分布形态［3,10~15］.

美国科学家L.W.Blau于1933年最先提出利用电流脉冲激发供电偶极形成时域电磁场.直到20世纪50~60年代，前苏联科学家成功地完成了瞬变电磁法的一维正、反演，建立了瞬变电磁法的解释理论和野外工作方法之后，瞬变电磁法才开始进入实用阶段，主要是将长偏移法在地热调查和地壳结构的调查中使用.60年代以后，当意识到时间域电磁测深法可以利用远远小于期望探测深度的收发距时，该方法有了一个快速发展.随之，短偏移、晚期、近区等技术研究迅速发展起来.直到20世纪70~80年代，短偏移法在美国等西方国家仍处于研究和试验阶段，未被广泛运用.随后一些专家对瞬变电磁法的一维正反演及方法技术进行了

目前瞬变电磁法具有如大量研究［3］.与常规电法比较，

下的优势：①常规电法易受浅层低阻屏蔽，瞬变电磁法

探测深度大，能轻易穿透厚大的低阻覆盖层；②理论上

③瞬变瞬变电磁法比直流电法分辨率高1/3次方［16］；

电磁法采用密集采样方式（等算术），采样数据为千个至数百万个深度数据，大大提高了对勘查目的物空间位置及形态的控制能力［2］.

我国于上世纪70年代初开始研究TEM.长春地质学院、中南工业大学、西安地质学院、中国有色金属

1

基金项目：中国地质调查局新一轮国土资源大调查项目（编号1212010531504）资助.

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工业总公司矿产地质研究院和西安物化探研究院等单

位先后研制了电磁系统，并进行了理论和方法技术研究，主要采用近区方式的中心回线法和重叠回线法进行工作，取得了一批有价值的研究成果［10~15］及大量成功的实际应用实例［5~7］.近几年，瞬变电磁法的理论与应用研究越来越活跃，已渗透至工程勘察领域［17］.目前，在瞬变电磁的解释技术方面，国内外水平接近.一实用的方法，维反演和二维电阻率成像是目前较成熟、

也仍是瞬变电磁资料的主要常用解释手段.二维或三维瞬变电磁反演解释技术处于探索研究的阶段，离真正的实用阶段有相当大的距离［4］.2

瞬变电磁法的应用对象和应用条件（1）根据目的不同，选择合适的瞬变电磁方法.根

不同，可分为航空瞬变电磁系统、半航空瞬变电磁系

8］

统、地面瞬变电磁系统和井下瞬变电磁系统4类［1，，并各有其优点.根据工作的不同阶段合理选择系统载体对取得好的找矿效果尤为重要.如在预查阶段，一般需要利用大面积的地球物理工作来寻找可能的普查靶区，这时选择航空瞬变电磁系统，能以低成本快速完成靶区的筛选.在选择航空瞬变电磁系统后，还可进一步根据普查面积和海拔因素来选择固定翼航空瞬变电磁系统或直升机航空瞬变电磁系统.

在普查和详查工作阶段，在地势平坦的地带，可直接实施地面瞬变电磁剖面工作；而在测量条件较为复杂的地区，如地势起伏的山区等，为提高效率，并获得较航空瞬变电磁系统更高的信噪比和更好的空间分辨率，应选择半航空瞬变电磁系统；在地质复杂地带，矿体变化较大，如在第III勘探类型金属矿床勘查工作中，为防止漏矿并寻找深部矿体，使用地井瞬变电磁法，可有效地探测直径200~300m范围内的良导体.另外，在地面瞬变电磁测量中，根据探测深度的不同，合理选取线框大小.

（4）选择合适的仪器.以地面瞬变电磁系统为例，目前，国内外商品化的仪器大约有十几种，如国外的澳大利亚SIROTEM-III型，加拿大DiginalPEM系统、EM系列，多伦多大学ETM系统，凤凰公司V8多功能电法仪等及美国GDP-32多功能电法仪；国内有IG-GETEM-20型，长沙SD-50型，吉林大学ATEM-II型，重庆WTEM型，中国地质大学（武汉）CUGTEM-4型、CUGTEM-GK1型，西安物化探研究所EMRS-2型以及北京地质矿产研究所TEMS-3瞬变电磁仪等.吕

据瞬变电磁研究的对象和理论侧重点的不同可分为2类：第一类依据“烟圈”扩散理论，主要研究地壳结构、断层深部形态，并用于找水等工作，进一步又可分为大地电磁法、音频大地电磁法、可控源音频大地电磁测深法；第二类依据瞬变电磁感应原理，主要研究局部导电体，并主要用于矿床勘查中，也就是通常所说的时间域

有针对性地选择方法，电磁法.根据研究对象的不同，

从而达到地质目的.

（2）瞬变电磁法适用于含良导体的金、铜、镍、铅、锌矿床.瞬变电磁法所发现的矿床中几乎无一例外地具有较高的硫化物含量.前人的成功实例中以镍矿和铅、锌矿为主［8］.铜、

（3）根据工作区的面积及勘查工作阶段，选用合适的载体系统.目前，瞬变电磁法根据使用的系统载体的

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国印［4］指出，与国外同类产品相比，国产仪器存在如下的主要缺陷：①至今未研制出适用于复杂环境条件下的高精度石英钟同步系统，大多数仪器的同步方式为电缆，只能用重叠回线工作装置，在大多数地质环境条件下，重叠回线装置的固有过渡过程较长，使得获取的电性断面显示较低的电阻率，尤其是深部，计算的电阻率比实际情况低几十倍，甚至几百倍；②缺少配套的、性能稳定、频率特性满足TEM方法要求的感应探头；③稳定性差［4］.因此在勘查深度大、成矿类型较为复杂时，选择使用合适仪器的队伍是保证勘查活动成功的前提.33.1

应用效果及需要注意的问题应用效果

瞬变电磁法在找矿方面的成功应用实例已有不少，已报道的实例主要集中在地面瞬变电磁法和井中瞬变电磁法两个系统.3.1.1

地面瞬变电磁法

云南有色地质地球物理化学勘查院在云南省民乐

斑岩铜矿上采用100m×100m重叠回线装置施测一条剖面.其中剖面6号点对应已知露头矿体.从TEM二次电位多测道剖面曲线看，已知矿体上方的6、7号点仅1~5道有明显的异常，6道以后基本上无异常显示.说明矿体下延不大.3、4点刚好是前4道无明显异常，第5道起异常却非常明显.反映该部位浅部无矿，深部可能有矿，且向下具有一定的延伸.从异常形态及电性特征对比确认3、4测点异常与6、7测点的异常属同源异常，推断为已知矿体由于断层错动所致.后经3、4号测点间的钻孔验证，见到富厚的铜矿体［7,17］.另外，据云南省会泽铅锌矿区过麒麟厂6号矿体上施测的200m×200m重叠回线装置的38线TEM测量结果，选用80Ωm的等值线，基本把已知矿体圈定.后续的TEM测量工作和部分异常经9918坑道工程验证，揭露到富大铅锌矿体.初步估算，其储量近百万吨［7］.

西澳大利亚的卡兹莫斯镍硫化物矿床，规模小、品位高.地表有超基性岩出露，但镍矿体隐伏于地下.通过TEM测量定位该矿后，钻探验证发现了该矿床［1］.3.1.2井下瞬变电磁法

井中瞬变电磁法是国外最为推崇的井中物探方法［1,8］.在20世纪80~90年代，在勘查历史悠久的加拿大萨德伯里铜镍矿区，利用深井加井中瞬变电磁测量，先后发现了维克多铜镍矿床、新麦克里达铜镍矿

床、东麦克瑞迪矿床等.在加拿大诺兰达矿区，通过此方法在井下发现了科伯特（埋深700m）和安西尔（埋深1280m）矿床［8］.

在我国新疆富蕴县喀拉通克大型镍矿（中型铜

确定在零方矿），通过对ZK17孔地井瞬变电磁观测，

位井深150m的位置存在厚板状导体引起的异常.后经验证，找到了近20m厚的硫化物矿体［9］.3.2注意问题及对策

尽管国内外有大量利用瞬变电磁法取得较好找矿效果的实例，该方法仍有一定的局限性.如在无地质资料等先验信息的条件下，不能得出金属矿体（目的体）的埋深等参数［7］.另外一系列干扰因素有可能对数据

①地面磁性体干扰；②工产生影响.其中最常见的有：

业电磁信号干扰；③周期电信号干扰［2］.

为排除上述干扰，并区分矿致异常与非矿致异常.陈贵生［7］提出了下列11种区分办法：时空特征区分法、异常形态区分法、异常强度区分法、异常衰减特征区分法、场源体形态区分法、深度区分法、良导率区分法、模拟法、综合物探法、化探法、地质法等［7］.如笔者曾参与工作的某斑岩铜矿区，大部分矿体是浸染状的，品位较低，瞬变电磁异常不显著，前人经过TEM试验后，认为该方法在该矿区是失败的，但前人忽略了该区一些明显的瞬变电磁异常的地质意义.之后的地质工作者重新分析后得出个别勘探线已知异常与硐探后控制的隐伏富矿体对应，其余异常则构成了潜在的富矿体靶区.

总之，所有的物探方法都是为地质工作服务的，只有立足于地质资料，不盲从、不盲信，具体问题具体分析，根据勘查对象的特点选择合适的地球物理方法、网度，在地质资料的基础上对物探工作取得的资料进行合理解释，并进一步有针对性地寻找区分矿和非矿的办法，才有可能取得找矿成功.找矿目标转向隐伏矿，意味着地质工作者需要了解更多的地球物理知识，并与地球物理工作者更密切配合，实现就矿找矿.致谢：本文的完成得益于郑有业教授的支持与指导，在此深表谢意.参考文献：

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THETRANSIENTELECTROMAGNETICMETHOD:Principle,currentsituationandapplicationinmineralexplorationSHANLiang1,XURong-ke1,LUSheng-zhang2,LIXing-de2,CAOChun-guo3,ZHANGYu-lian1,CAOLiang4

（1.FacultyofResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China;2.DeyuanMiningCorporation,Jiuquan730045,GansuProvince,China;

3.ShandongInstituteofGeophysicalandGeochemicalExploration,Jinan250013,China;4.YichangInstituteofGeologyandMineralResources,Yichang443003,HubeiProvince,China）

Abstract：TheTransientElectromagneticMethod(TEM),arapidlydevelopedexplorationmethodinrecentyears,isaneffectivewaytoprospectdeepandhiddenorebodies.WithintroductiontotheprincipleandcurrentsituationofTEM,theapplicableobjectsandcondition,interferencefactorsandnotablemattersaswellascountermeasuresintheapplicationofthemethodarediscussedintheviewofmineralprospecting.Keywords：TEM;classification;conditionforapplication;interferencefactor;countermeasure

作者简介：陕亮（1984—），男，中国地质大学研究生院在读硕士，岩石学、矿物学、矿床学专业，通信地址湖北省武汉市洪山区中E-mail//shanlianggongzuo@126.com国地质大学资源学院郑有业办公室，邮政编码430074，