矿井全空间孔中瞬变电磁响应积分方程法数值模拟研究

基于地面-钻孔瞬变电磁法,将发射源布设于煤矿巷道中,而将接收探头放置在钻孔内,从上至下依次观测,形成矿井巷道-钻孔瞬变电磁法.为了研究巷道全空间条件下巷道-钻孔瞬变电磁场的响应特征,选取煤层底板受水害威胁的代表性地层为研究对象,建立煤层底板存在含水低阻地质异常体的三维数学模型,采用积分方程法进行数值模拟,结果表明：相对高阻的煤层侧帮对孔内垂向感应电动势的影响较小,而对孔内水平感应电动势除浅部约30 m内影响相对较大外,对深部影响较小.当煤层底板含水平低阻板状异常体时,在对异常体的纵向分辨率和异常响应的延续时间方面,孔内感应电动势的水平分量相对优于垂向分量,但垂向感应电动势的幅值强于水平感应电动势.因此,实际观测时,不仅要观测孔内感应电动势的垂向分量,也要观测水平分量.     

垂直接触带影响下地-井瞬变电磁响应研究

地-井瞬变电磁法是利用在地表发射井中接收瞬变场响应来实现勘查矿产资源的一种方法,在钻孔周围一定范围内具有较好的分辨率,能最大限度的发现深部隐藏矿体等优点.因此,被广泛的应用于深部地质结构调查和寻找隐伏矿体中.文中采用时域有限差分法(FDTD),使用大回线源模拟了三维均匀空间中垂直接触带和含有低阻体时垂直接触带响应特征并且深入研究了接触面埋深位置不同和接触面两侧电阻率不同对地-井TEM响应产生的影响.采用非均匀网格剖分技术,在截断边界处使用修正后的廖式吸收边界条件.绘制了磁场对时间导数的等值线图和在井中接收的衰减曲线图.分析表明:受垂直接触带的影响,磁场等值线发生畸变,扩散速度降低衰减变慢,在接触带处形成磁场突变带,响应曲线上呈现为极大值.相比于低阻体,接触面两侧的电阻率比值在数量级上很大时,异常响应的极大值随电阻率比值增大而更加突出,识别界面能力强.总结了地-井TEM响应随接触面埋藏深度增加而减弱,随电阻率增大而呈现先增大后减弱的趋势.本文研究的工作,为今后寻找深部地质结构、判断断层位置以及铀矿成矿环境等地质问题提供了理论依据.     

电性源地-井瞬变电磁法三分量响应特征分析

地-井瞬变电磁法是在地面发射,井(钻孔)中接收的装置形式,能够利用已有钻孔使接收探头深入地下更加接近矿体,获得更加可靠的目标体信息.文中针对复杂地形地区矿区深部找矿面临的实际问题,提出了电性源地-井瞬变电磁法的思路,并以FDTD正演模拟来研究均匀半空间瞬变场的空间分布以及一维、三维模型钻孔中的三分量瞬变响应特征,以期获得理论模型三分量响应特征规律,为实际勘查提供参考.理论模型计算结果表明,电性源地-井TEM方法三分量瞬变响应曲线对于电性界面、异常体具有良好的反应.     

多种频率域电磁法在冷水坑矿集区的应用效果对比

江西省冷水坑矿集区具有浅部斑岩型矿体与深部层控叠生型矿体的复杂组合.利用现代地球物理方法对矿集区地下深部结构进行了探测,对圈定地下容矿、示矿地质信息和认识地下深部成矿过程具有重要意义.本文以位于江西省贵溪市境内的冷水坑银铅锌矿田为试验研究区,开展了混场源音频大地电磁测深法(EH4)、音频大地电磁测深法(AMT)以及可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)三种不同频率域的探测试验,研究和总结了频率域方法以及不同仪器电磁法数据采集特点和应用效果,为频率域电磁法勘探提供借鉴和参考.通过对冷水坑矿集区典型勘探线上三种电磁方法的数据处理,绘制了视电阻率和相位单点测深曲线、原始拟断面及二维反演断面图.发现单点曲线形态基本一样.由于AMT在低频段受矿区工业干扰,视电阻率曲线呈45°上升;视电阻率、相位拟断面对地下电性分层结构基本一样,总体可分为三层,且分层结构较清晰;二维反演断面能够较好反映地下高低阻异常响应,但响应效果有所差异且CSAMT法效果较好.因此在干扰严重地区,建议选用人工源发射的可控源音频大地电磁测深法(CSAMT).     

深海热液硫化物矿体3D瞬变电磁正演

深海热液硫化物矿体瞬变电磁的正演是考虑深海环境的全空间条件下三维体的涡流电磁响应.采用全空间矢量有限元法模拟计算深海热液硫化物矿的三维瞬变电磁响应,对硫化物矿体采用矩形单元模型剖分,应用Galerkin法推导有限元方程,先计算频率域响应,再通过Fourier反变换将其转换至时间域,得出深海热液硫化物矿矿体的瞬变电磁响应.并用双半空间模型的解析解检验了全空间矢量有限元法模拟计算算法和程序的正确性,最后按照等比例缩小电磁物理实验原则,比对数值计算和物理实验结果论证了全空间3D模型数值的正确性.结果表明:对于海水、矿体以及围岩复杂电磁边界,应用全空间矢量有限元法模拟计算深海热液硫化物矿瞬变电磁响应异常与物理模拟结果一致,而且计算方法简单精确,异常幅值明显,边界清晰.     

瞬变电磁接收装置对浅层探测的畸变分析与数值剔除

从理论上对瞬变电磁系统的接收装置频率特性进行分析,得出了瞬变信号在早期发生畸变的根本原因,揭示出接收装置在发射电流关断期间和电流关断后对一次场和二次场的影响关系,给出基于导电球体模型下接收装置的谐振频率与最小取样时间的关系图,进而讨论了接收装置对浅层目标体探测的影响.当瞬变电磁测量系统在电流关断开始时刻记录全程瞬变响应和发射电流波形时,如果接收装置的位置和谐振频率已知,就可以通过数值计算方法从根本上剔除接收装置对早期瞬变信号的影响,即使接收装置存在过渡过程,也同样可以实现近地表浅层的探测,从而缩短瞬变电磁法的浅层勘探盲区,提高近地表的探测分辨率和精度.     

CSAMT法在半坡锑矿外围深部找矿中的应用效果

独山半坡锑矿石与围岩物性差异并不特别显著、矿体埋深较深,常规的物探方法无法满足目前的勘探要求.可控源音频大地电磁法(CSAMT)具有勘探深度范围大、分辨率高、地形影响和高阻层的屏蔽作用小,立体观测等特征,在深部找矿中发挥着重大的作用.本文首先概述了CSAMT基本原理和工作方法,在全面掌握了地质资料、物性参数的基础上,对独山半坡锑矿外围开展了CSAMT法勘探,通过应用Occam算法对CSAMT实测数据进行反演,成功地圈定了电阻率异常区域,有效地指导钻孔设计.物探异常钻探见矿,验证了CSAMT方法在深部找矿工作中的有效性,可为寻找同类深部锑矿提供指导和借鉴意义.     

大地电磁测深三维正演模拟及异常特征研究

为了实现大地电磁测深三维高效快速正演算法,本文研究了大地电磁测深积分方程三维正演模拟的理论与方法.首先详细地推导了Fredholm型积分方程;然后给出积分方程的离散方法、并矢格林函数积分的求解方法以及大型矩阵方程的存储与求解方法;最后,通过理论地电模型的计算检验了方法和程序编制的正确性,并展示了几种理论地电模型的数值计算结果,分析其异常特征.算例结果表明,该正演算法在CPU主频为1.81GHz、内存为1GB的计算机上能正确地模拟多个异常体的异常特征;地表电性不均匀体会使地表视电阻率曲线产生十分严重的畸变;TE模式相对TM模式纵向分辨率比较好,而TM模式的横向分辨率较好;随着异常体埋深的增加,反映异常的分辨能力进一步降低.     

利用积分方程法研究复杂三维地质结构CSAMT响应特征

由于复杂三维异常体模型与实际的地质结构更为接近,研究复杂地质结构的物理性质逐渐成为研究的热点.CSAMT三维模拟中,积分方程法因只需要对异常区域进行离散,具有占有内存少,运算速度快等优点.为了解复杂三维地质结构的CSAMT响应特征,本文先设置围岩为花岗岩体的含有倾斜断层等构造的三维复杂模型,利用积分方程法对它进行正演模拟并对模型的CSAMT响应特征进行分析.发现当异常体在垂直于测线方向的尺度发生变化时,在不同测线上观测的响应特征有所不同,进一步说明如果需要提高资料的解释效果,需要做三维勘探.最后基于油气藏电性结构特征,设置了含油构造的层状模型并进行正演模拟运算,含油构造模型的CSAMT响应特征表明,电性结构异常体的存在对电场的影响比对磁场的影响更敏感,这为我们以后的资料解释工作提供了最好采用电场总场资料而不用磁场总场资料的理论依据.     

三维CSAMT法非结构化网格有限元数值模拟

考虑到可控源音频大地电磁法(CSAMT)电偶极发射源与地下介质的三维结构特点,本文采用非结构化网格剖分技术,开展了三维CSAMT方法有限元数值模拟研究,将三维电磁场的背景场和异常场分别求解,避免了电偶极发射源的奇异性问题,并减小了计算区域.推导了三维异常电场遵循的有限元方程,加入散度条件进行约束以消除电场伪解;对非结构化网格单元采用高斯加权平均算法,得到了精度较高的异常磁场.针对层状介质模型,与积分方程法对比,验证了有限元算法的正确性;计算分析了典型三维地质模型的电磁响应,异常体反映明显.结果表明本文算法正确、可靠,适用于三维地质模型的CSAMT方法正反演研究.     

起伏地形下CSAMT二维正反演研究与应用

CSAMT在山区金属矿勘查中,采用各种滤波和相位积分之类的处理方法,校正因地形起伏和局部电性不均匀引起的静态效应,往往难保奏效,开发消除静态效应的新方法是提高CSAMT资料处理与解释水平和方法应用效果的重要研究课题. 本文以如何消除地形影响为重点,对起伏地形下CSAMT二维大地三维源地电模型,采用加权余弦数值积分法,进行波数域电磁场二维有限单元法正演. 为模拟复杂地形地电模型,选取交叉对称网格三角形剖分法,实现了在国内常用赤道电偶极装置的CSAMT二维正演计算;在二维正演的基础上,开发了基于奥克姆反演法的CSAMT二维反演技术,研制出一套起伏地形下CSAMT二维正反演处理与解释方法技术系统. 通过理论模型试算和实测数据处理证实,本系统能有效地削减起伏地形影响. 在找矿应用中,该系统反演的电阻率断面,极大地消除了起伏地形影响和静态效应,突显出清晰的控矿构造和矿体的异常,取得了重要成效.     

Summary of technology for a comprehensive geophysical exploration of gold mine in North China Craton

The North China Craton is the oldest continental block, and has suffered from large-scale lithospheric thinning and destruction, which in turn led to gold deposits in northern China. The decratonic gold deposits in the North China Craton became the most important gold deposits in China, and geophysical methods are key means to detect and discover gold deposits there. In this paper, based on the geological and petrophysical characteristics of the North China Craton, the geological model of the decratonic gold deposits is transformed into a geophysical model. At present, two methods of geophysical exploration of decratonic gold deposits are in use: rapid and efficient exploration on the scale of the ore concentration area, and large depth exploration on the scale of the deposit area. In detail, the airborne electromagnetic,magnetic and gravity methods are used to detect the shallow(1,500 m) anomaly area on the scale of the ore concentration area.Through the ground-controlled source electromagnetic and ground magnetotelluric methods, explorations for targets at significant depth(5,000 m) are carried out in the mining area. Then, taking the Liaodong ore concentration area as an example,geophysical methods are used to discover two prospecting areas around the Jianshanzi Fault in the Qingchengzi ore concentration area, Baiyun-Xiaotongjiapuzi deep prospecting area, and Qingchengzi deep prospecting area. Next, three prospecting areas are delineated around the Jixingou Fault in the Wulong mining area, Wulong deep prospecting area, Weishagou deep prospecting area, and Chang'an deep prospecting area. The anomalies in the ore concentration area and mining area are revealed by means of three-dimensional exploration methods, thereby providing technical support for the exploration of metal minerals such as decratonic gold deposits.     

地震作用下横断层地质金属成矿带电法找矿成果研究

深部矿产资源勘探是未来勘探的必然趋势.地震作用下的横断层地质构造对金属矿、 能源矿等矿产资源的分布具有重要影响,拥有较大的找矿潜力.对于地震作用下横断层地质等条件复杂的场合,采用高密度电阻率法、 激发极化法和可控源音频大地电磁法等单一电法勘探可能存在找矿效果不佳的问题,有必要研究更为有效的找矿技术方法.首先阐述了激发极化法、CSAMT法等电法勘探的基本内容和各自优缺点;然后,在分析地震作用下横断层地质特征的基础上,研究并提出了基于激发极化法和CSAMT的综合找矿法.基于激发极化法和CSAMT的综合找矿法能有效反映地下地电差异,在大深度范围有效反应地电断面电阻、 极化率参数,互相校正验证;结合已有地质物探资料,推断地下异常,提高横断层的金属矿产勘探效率和效果.将本文的研究成果应用于某横断层地质区域的金属矿勘探实践,取得了良好的勘探效果.实践表明本文所提方法有效、 可行.     

Possibilities of magnetotelluric methods in geophysical exploration for ore minerals

In the past decade, the applications of magnetotelluric method in the electric prospecting for ore bodies have been rapidly progressing. In the present work, we summarize the first results on this way. We discuss the specificity of the geoelectrical models in the problems of mining prospecting for ore bodies. The state-of-the-art capabilities of the method, which rely on the synchronous observation systems and the procedure of joint inversion of magnetotelluric and magnetovariational responses, are considered in the context of ore mineral exploration. The results of modeling a typical mining audio-magnetotelluric survey for ore minerals are presented. On the basis of these simulations and the data provided by in-situ soundings, the efficient approaches to the processing, analysis, and inversion of these data are discussed and illustrated. The future trends in magnetotellurics as applied to the mining prospecting are analyzed.     

综合电磁法在矿区深部成矿机制中的应用研究——以皖南乌溪多金属矿区为例

乌溪矿区介于长江中下游多金属成矿带与华南成矿带之间,是江南造山带上的一个找矿新区.本文在这一找矿新区开展了有效的电磁方法综合勘探,试图对该区深部成矿机制进行研究.我们收集了该区的地质地球化学资料,从地质地球化学资料中分析了区域成矿背景;我们还采集了区域出露的主要岩石类型,在实验室开展物性测定,在此基础上选择了三种电磁方法开展研究区的野外测量.通过地面高精度磁测、激发极化法和可控源音频大地电磁法(CSAMT)三种地球物理方法,开展了研究区的磁化率、极化率和电阻率的分布特征研究.深入分析了地质、地球化学和地球物理三种资料与成矿的关系,相互约束,探讨成矿模型、成矿机制和成矿的可能性,推测可能的矿体赋存位置和深度范围.在地球物理研究结果基础上,结合地质和地球化学背景资料,构建了研究区的成矿动力学模型,推测了研究区成矿机制,揭示了矿区的成矿潜力.综合所得结果布设了钻孔,钻探结果揭示了研究区深部存在强烈矿化蚀变和强蚀变斑岩,初步确认为斑岩型矿床,与CSAMT剖面的解释结果基本一致,也与推测的测区内深部成矿机制相吻合.钻孔结果和地球物理结果的一致性以及对已构建的成矿动力学模型的支持,充分证明了综合电磁方法在斑岩型多金属矿床的发现和预测中的重要作用,同时斑岩型矿床的确认进一步印证了华南成矿带与俯冲作用形成的成矿带的相似性,从而推动整个华南地区的成矿地质研究.     

基于先验信息约束的重磁三维交互反演建模技术——以铜陵矿集区为例

三维地质建模是实现深部矿产勘查突破的重要途径,其通过控矿地质体的三维建模,直观刻画控矿要素之间的空间、成因和演化关系,帮助理解成矿系统,开展深部找矿预测.当前三维建模主要采用地质资料构建,在缺少钻孔等已知资料的情况下,难于构建出可靠的三维地质模型.为了克服常规三维地质建模方法可信度低、精度差的缺点,本文将重磁交互反演技术引入到三维地质建模中,提出了基于先验信息约束,通过二度半剖面交互反演、三维物性反演联合修正的三维地质模型方法.采用该方法建立了铜陵矿集区的三维地质模型,并开展了深部找矿预测,取得以下主要认识:1)基于先验信息约束的重磁交互反演建模技术能大幅提高三维地质模型的可信度,是实现地下地质体"透明化"的重要途径;2)铜陵地区重要控矿地层(C-P-T2)主要分布于向斜区和火山岩覆盖区,深部岩浆岩条件优越,深部找矿工作应从传统的背斜隆起区转向向斜区和火山岩覆盖区以及部分凹陷区,这将极大拓展铜陵地区找矿空间;3)铜陵地区传统的五大矿田的侵入岩均具有复合岩体特征,特别是与辉石闪长岩共生的矿产以铁铜矿为主,而与金矿密切相关的侵入岩则多为中酸性岩体,这一推断如果成立,将对铜陵地区找矿突破产生重大影响;4)铜陵地区的推覆构造十分发育,木镇凹陷区的早古生代基底和南陵盆地北西缘的戴公山背斜就是一套区域性推覆构造的产物,三维地质模型还揭示铜陵地区侵入岩具有深、中、浅三重结构,这为铜陵隆起的推覆成因提供了证据,也指示了在铜陵之外再寻找类似铜陵矿集区的良好前景.     

闽西南多金属成矿带地质地球物理特征综合研究——以永定大排多金属矿区为例

闽西南地区位于福建武夷山成矿带西南部,自远古宙以来经历了多期次的构造演化.该区地处东南沿海构造-岩浆-成矿带上,为环太平洋大陆边缘多金属成矿带与南岭多金属成矿带复合部位,是我国重要的多金属矿产地.永定大排多金属矿区作为近年来武夷山成矿带新发现的大型多金属矿,区内叠加作用和控矿作用相对复杂,现有的地质地球物理工作程度不足以满足对该区域成矿规律的深入认识,一些基础地质问题亟待解决.因此,本文在深入收集永定大排矿区地质地球物理资料基础上,综合分析区域成矿背景与成矿构造,在重点区域布设综合地球物理勘探工作,包括1：1万高精度磁测、可控源音频大地电磁剖面及反射地震剖面.基于上述工作：1）开展了研究区航磁数据三维磁化率反演与分布特征分析与大地电磁二维电阻率反演与分布特征分析,开展了地震资料真地表深度偏移成像,获得了更加准确的地震剖面成像结果.2）结合推覆体控矿特征,地震剖面和电阻率剖面、航磁反演结果相互验证和约束,勾画了地下构造形态.地表地质剖面延伸和标定了构造形态的地质内涵,获得了从地表到3000 m深度的构造解释结果.解释结果清晰地显示了与推覆相关的构造、控矿层位以及岩体信息,为三位一体的找矿思路提供了地球物理依据.     

综合物探方法在安徽黄山岭铅锌矿矿产预测中的应用

本文以安徽黄山岭铅锌矿区地质资料为依据,通过高精度磁测、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）、多参数测井等综合物探方法,结合已知矿体的分布情况,综合推断了黄山岭铅锌矿预测区内矿体（矿化体）展布情况,获得了较好的地质效果.综合物探方法在黄山岭铅锌矿矿产预测中具有重要作用.     

浙江省妙西多金属矿床成矿模型及找矿标志

笔者通过大量地质、地球化学、球物理和矿床（点）资料研究,提出浙江省妙西多金属矿床成矿模型,该模型正在为普查项目所证实。妙西多金属矿矿床是典型的岩浆期后热液矿床,矿体主要受本区的三级构造即岩体接触带构造和地层不连续界面构造控制。地球物理测量提供的深部信息和地质构造标志是本区多金属矿直接找矿标志,地表物化探资料在普查工作中可以起辅助作用。     

闽西南大排多金属矿区地球物理响应特征与找矿启示

大排多金属矿区位于闽西南坳陷大田—龙岩次级坳陷带南部,政和—大埔深大断裂西侧,是福建省较大的多金属矿产地之一.随着找矿勘查的不断深入,对在该矿区外围和深部寻找隐伏矿床提出了迫切需求,但研究区地表地形崎岖、植被茂密,以往很少进行高精度大比例尺的综合地球物理调查,因此对隐伏的控矿构造、赋矿层位和火成岩体分布的认识远不能满足...