起伏地形对瞬变电磁剖面异常的影响

几种规则形体上瞬变电磁剖面异常特征~

（一）水平圆柱体上同点装置的剖面异常特征
图3-35所示为水平圆柱体上的物理模拟实验结果。由图可见,不同测道的剖面曲线在柱顶上均出现有单峰异常。异常随测道时间的延长而衰减,其衰减速度决定于时间常数τ,τ柱＝μσα2/5.82。式中：μ为磁导率；σ为电导率；α为柱体半径。

图3-35 水平圆柱体上物理模拟剖面曲线（据牛之琏,1992）

铜柱：直径8cm；长41.7cm；h＝5cm；重叠回线边长10cm；点号间距＝4cm
研究表明,球体上也出现对称于球顶的单峰异常,但球体的时间常数τ球＝μσα2/π2,τ柱＝1.8τ球。故在半径α相同的条件下,球体异常随时间衰减的速度要比水平圆柱体快得多,异常范围也比较小。在直立柱体上,也具有与此类似的规律。
（二）不同产状薄板上同点装置的剖面异常特征
导电薄板上的异常形态及幅度与导体的倾角有关,如图3-36所示。

图3-36 不同倾角板状体的异常比较（据牛之琏,1992）

导体模型：铝板70cm×40cm×0.1cm,h＝5cm,矿顶位于60号点,重叠回线边长＝10cm,t＝1.2 ms
1）当α＝90°时,由于回线与导体间的耦合较差,异常响应较小,异常形态为对称于导体顶部的双峰；矿顶出现接近于背景值（噪声）的极小值；不同测道的曲线,除了异常幅度及范围有所差别外,具有与上述相同的特征。
2）当0°＜α＜90°时,随α的减小,回线与导体间耦合增强,异常响应随之增强,但双峰不对称,在导体倾向一侧的峰值大于另一侧；极小值随α的减小而稍有增大,位置也向反倾斜一侧有所移动。两峰值之比主要受α的影响,据物理模拟资料统计,α与主峰和次峰值之比A1/A2的关系为
α＝90°－22°ln（A1/A2）
如图3-37所示,在倾斜板的情况下,不同测道异常剖面曲线形态有所差别,随测道从晚期到早期,极小值变小但量值增大,并往反倾斜一侧稍有移动,双峰变得愈来愈不明显。异常形态的这种变化反映了导体内涡流分布随延迟时间的变化。
3）当α＝0°时,回线与导体处于最佳耦合状态,异常幅值比直立导体的异常大几十倍,异常主要呈单峰平顶状（见图3-36）,在近导体边缘的外侧,出现不明显的次极值或挠曲。

图3-37 倾斜板上不同测道的异常剖面曲线

铜板模型：80cm×20cm×0.6cm；h＝5.5cm；α＝45°；顶板部在0号点；重叠回线边长＝5cm

瞬变电磁法是以地壳中岩(矿)石的导电性和导磁性差异为主要物理基础,根据电磁感应原理观测和研究人工脉冲电流场源激发大地而产生的瞬变电磁场空间与时间分布规律,来寻找地下矿产资源或解决其他地质问题的一种时间域电磁法。
工作时,通过发射线框的人工脉冲电流在变化的瞬间产生电磁场,垂直于发射线框的电磁场激发地下地质体产生涡旋电流,该涡旋电流在消失的过程中又产生新的电磁场(通常称之为“二次场”)。当不同地质体之间存在物性差异时,其内部涡旋电流所保持的时间也将产生差异,从而引起二次电磁场在延时分布上的差异;通过接收和研究不同时段的二次场强度变化,达到发现异常地质体空间位置的目的。
瞬变电磁测深工作采用剖面测量方式,采集剖面上各物理点的感应电磁场信号,然后利用反演计算技术获得视电阻率断面异常结果,通过推断解译,获取铝土矿含矿岩系的掩埋深度及其他信息。
综合分析研究以往的工作成果,可以将瞬变电磁测深异常分为三大类。
5.3.1.1低阻异常带明显发育剖面
该类剖面在渑池县雷沟铝土矿区最为常见,其异常主要由三部分构成(图5.1):最浅部表现为在低背景的基础上叠加高梯度的局部异常,中深部及以下为连续成片的中高阻异常,中间夹有一带状低阻带。此异常分布特征与前述地质条件及物性特征基本一致。浅部异常群主要对应于第四系卵石层、二叠系与石炭系的砂岩页岩类地层,中深部异常群主要反映了奥陶系灰岩的物性特征,中部所夹的低阻带则是以铝土矿、页岩为主的岩性反映。低阻带与下部高阻异常的过渡面应当是奥陶系灰岩的界面。但是,部分低阻异常可能由含泥白云质灰岩所引起,常引起推断误差。

图5.1 渑池县雷沟矿区64勘探线瞬变电磁异常推断解释及地质综合剖面图

该类剖面的主要特征是表征铝土矿含矿岩系的低阻异常比较明显,一般为带状、长条状,异常延伸特征与含矿岩系展布特征基本一致;当基底灰岩有岩溶洼斗存在时,表征含矿岩系的低阻异常(带)可在该部位形成局部膨大的低阻异常。如雷沟矿区64勘探线(图5.2),表征基底灰岩界面的高阻异常在900~1100点之间具有明显下凹特征,据此推断该部位有岩溶洼斗存在。后经钻探在1000点附近(ZK7208孔)验证,该部位确有洼斗存在,含矿岩系的厚度达77.20m,明显大于含矿岩系的正常厚度。

图5.2 雷沟矿区64勘探线瞬变电磁异常推断解释及地质综合剖面图

5.3.1.2低阻异常(带)在表层发育剖面
该类异常剖面主要分布于下冶矿区。其异常特征是低阻异常仅在剖面浅部分布,中部、深部全部为中、高阻异常。以下冶矿区64勘探线为例(图5.3),该剖面上除在5400~5550点之间有局部中阻异常在浅部发育外,其他部位均表现为低阻异常。形成该剖面异常的地质因素是:具有一定厚度第四系黄土是引起低阻异常的主要因素;含矿岩系虽然具有较高的电阻率(相对于第四系黄土),但相对于基底灰岩的高电阻率难以形成独立异常(带),故在剖面上形成低阻异常直接向高阻异常过渡。由此推断,高阻异常的上界面指示了基底灰岩界面,但含矿岩系异常与第四系黄土异常之间不存在异常差异或相对独立的异常带。已经完成的钻探地质剖面与上述分析一致。
形成该类异常特征的地质因素是第四系黄土直接与太原组地层接触、高阻岩性(地层)不发育所致。

图5.3 下冶矿区64勘探线瞬变电磁异常推断解释及地质综合剖面图

5.3.1.3低阻异常欠发育剖面
在部分瞬变电磁异常剖面上,浅部及中部均缺少明显的低阻异常发育。此类剖面在下冶矿区西部及虎村矿区均有分布。其剖面异常特征是整个剖面上高、低阻异常杂乱分布,在推断的含矿岩系深度附近缺少连续的低阻异常(带)分布;从异常展布特征上不能推断含矿岩系的所在位置和产状特征。以虎村矿区64勘探线为例(图5.4),在该异常剖面上,除浅部外,其他区域几乎没有低阻异常存在;在异常剖面图上几乎难以确定含矿岩系产出位置及产状。
形成该类异常特征的地质因素是含矿岩系极不发育、高阻岩性(地层)相对发育所致。
从以上成果可以看出:在一般情况下,瞬变电磁低阻异常直接与含矿岩系发育程度有关。当含矿岩系发育较好(厚度较大)时,低阻异常(带)发育,异常特征比较清晰,有利于异常解释和含矿岩系产状特征推断;否则,低阻异常不发育,难以有效推断含矿岩系的位置及产状特征。当含矿岩系埋深较小时,含矿岩系一般不形成独立低阻异常,但仍可以判断含矿岩系的高阻基底界面。

图5.4 虎村矿区H31勘探线瞬变电磁异常推断解释及地质综合剖面图

（一）高阻围岩条件下的地形影响

瞬变电磁法是观测纯异常的一种方法，不存在一次场的背景，因此，在高阻围岩条件下，当地下无导电体时，纯地形起伏不会产生假异常。如果地下有导电体时，由于地形起伏改变了回线与导体之间的耦合关系，使异常形态发生畸变。

图2⁃4⁃37及图2⁃4⁃38分别为山谷及山坡地形下使异常畸变的特征，可见，当地形起伏使耦合加强时，所得到的异常就比平坦地形情况的异常响应要强；反之亦然。

图2⁃4⁃36 全覆盖下水平圆柱体异常剖面曲线

矿体模型：直径=8cm的水平钢柱；长=41.7cm；h=5cm；覆盖层：0.05cm厚铝板，重叠回线边长=10cm

图2⁃4⁃37 山谷地形下直立板状体上的异常剖面曲线

模型：铝板70cm×40cm×0.1cm，h=5cm，回线边长=10cm，t=1.2ms

图2⁃4⁃38 山坡地形下直立板状体上的异常剖面曲线

模型：铝板70cm×40cm×0.1cm，h=5cm，回线边长=10cm，t=1.2ms

图2⁃4⁃39 由导电围岩构成的山脊地形下水平板状体异常响应剖面曲线

地形模型：铅铸造的45°山脊；矿体模型：水平铜板15cm×15cm×0.4cm；回线边长=4cm，点距=1cm

（二）导电围岩条件下的地形影响

野外实际条件下，围岩具有一定的导电性，它们的影响不可忽略。起伏地形条件下，这种影响突出地将在剖面曲线上反映出来；相对于平坦地形而言，有两个方面的因素在起作用，一是使异常背景起伏，另一是由于与矿体耦合关系的改变而使异常形成畸变。如图2⁃4⁃39所示，在早期主要反映导电围岩的起伏，其特点是响应幅值高，在地形转折点出现局部起伏，但是，由于一般情况下围岩的导电性并不十分好，这种高值响应的衰减速度较快，因此，到了中、晚期的异常将逐步突出深部矿体的响应。由于矿异常受地形起伏的影响，故得到“V”形的形态。

野外常遇到由于风化切割所构成的沟、谷、山包等地形，当具有相当规模时，往往在早期道出现异常响应或背景的起伏，不过到了中、晚期这种响应一般已消失，并不难识别。

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