1、 第卷第期物 探 与 化 探， 年月 ， ： 骆燕，江民忠，宁媛丽，等不同类型低阻异常航电时间常数的特征分析物探与化探，（）： ， ， ， ，（）： 不同类型低阻异常航电时间常数的特征分析骆燕，江民忠，宁媛丽，彭莉红，朱琳，（核工业航测遥感中心，河北石家庄 ； 中核集团铀资源地球物理勘查技术中心重点实验室，河北石家庄 ）摘要：时间域航空电磁系统工作原理是机载发射线圈向地下发射脉冲电磁波，接收线圈观测断电后来自地下低阻体的二次感应电磁场，通过对观测数据进行处理解释达到探测地下低阻体的目的。结合近年来从事时间域航空电磁法探矿数据和资料解释的实践，分别对电力干扰、表层强低阻体、表层弱低阻体和地下低阻
2、体航电异常响应的时间常数的特征进行了综合分析，总结出以下规律：电力干扰在图上一般显示为不连续的线性异常，电磁响应呈跳跃状的无规律衰减；低阻异常在图上一般显示为高值区，电磁响应呈指数衰减，导电性越好规模越大的低阻体衰减越慢。关键词：低阻异常；时间常数；时间域航空电磁法；电磁响应；感应磁场中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （）收稿日期： 基金项目：内蒙古自治区地质勘查基金管理中心地质勘查项目（）；新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目管理中心地质勘查项目（）时间域航空电磁法（航空瞬变电磁法）是以飞行器为载体，通过机载或在空中拖曳发射和接收装置进行探测的方法，是航空电磁法的一个重要分支。该方法测量速
3、度快、效率高、受地形影响小，是多金属矿产勘查的重要方法之一 ，在国外得到了广泛的应用。随着我国矿产资源勘查难度的加大，新方法新技术的应用变得尤为重要。 年核工业航测遥感中心与加拿大公司合作在已知矿区开展航电测量试验，试验效果显著 。年，在黑龙江、内蒙、新疆等地成功开展了航空电磁测量工作；年初完成的青海航电测量，是我国 以上高海拔地区第一个高精度航空时间域电磁测量项目，在世界范围内同类地区也尚属首次。探测结果表明航空电磁异常与已知矿区具有较高吻合度，新发现了数十处具有找矿意义的航电异常。航电系统观测的数据是分量和分量的 （感应磁场随时间变化率，简称磁场导数）和场（感应磁场，简称磁场），同时通过“
4、移动窗口”技术计算分量 和场的电磁响应时间常数 。通过分析研究不同低阻体和干扰引起的航电异常响应和特征，指导航电资料的解释，为圈定成矿靶区提供基础。 航空瞬变电磁法时间常数的理论和计算 时间常数的物理意义根据地下电磁波的传播机理，供电产生的一次磁场在传播过程中，如遇到地下导电体，将在其内部激发产生感应电流，又称涡流或二次电流。二次电流在其周围又产生新的磁场，称为二次磁场。由于良导电体内感应电流的热耗损，二次场大致按指数规律随时间衰减。二次场主要来源于良导电体的感应电流，因此它包含着与矿体有关的地质信息。根据二次场的衰减规律进行分析处理，可以解释地下矿体及相关物理参数。矿体内感应电流及与之对应的
5、二次场随时间变化率，取决于矿体的岩性和物性参数（如电导率、磁导率、矿体尺寸大小及形状等）。瞬变电磁曲线变化速率的大小，取决于异常体的电性和几何形状，其电性和几何形状反应在它的时间常数上，因此，异常物 探 与 化 探卷 体的时间常数反映瞬变场衰减速率的大小，是推断异常体电性的重要参数。几何形状相同的矿体，导电性越好，其时间常数越大。一般导体的时间常数可表示为： ，式中：为随异常体而变的常数，为与异常体几何形状有关的参数，为电导率，为磁导率（常以真空磁导率近似代替，单位）。根据电磁感应原理，导体磁通量的变化会产生与导电体一次场磁场变化率成比例的电动势，此电动势会在导体中形成一种特殊的瞬变衰减涡流。
6、其时间常数是目标体导电率（或导电性）和几何形态（规模）的函数。衰减的电流会产生相应的二次场，其变化率可以由接收线圈测量断电后的感应电压而得到。接收线圈测到的感应电压与二次场时间变化率成比例：（） （ ） 其中： ，为时间常数，为电阻，为电感。根据加拿大多伦多大学等人的研究，瞬变场晚期衰减规律其衰减曲线可近似表示为（） （ ）。由上式可以看出，异常体瞬变电磁响应的异常幅度、衰减速度以及时间常数都是表征瞬变电磁响应特征的参数。对于良导体，二次场初值较小，但衰减速度慢，时间常数值较大；反之，对于不良导体，二次场初值较大，但其衰减速度较快，时间常数值较小。如图所示。图 良导体和不良导体的 衰减曲线 时
7、间常数的计算航空瞬变电磁法时间常数既可以用 衰减数据来计算，也可以由场衰减数据来计算，但是 信噪比更好更稳定。一般情况下，早期时间道响应的反映的是近地表覆盖层及不良导体，晚期道时间响应的反映的是埋藏相对较深的目标体或良导体。因此，根据 计算的晚期时间响应的可以帮助推断航电地下低阻异常区。时间常数的计算方法有很多种，对于系统观测的数据，通常采用“移动窗口”技术（公司自编软件）来计算 和场的电磁响应时间常数。计算原理是沿电磁响应的衰减曲线滑动时间窗口，根据噪声水平和预设的信号阈值水平，确定晚期的个时间道（图）；然后对这个时间道进行最小二乘拟合，获得时间常数。图 数据中典型的 衰减 航电异常响应的时
8、间常数特征地下不同深度，相对复杂的地质构造，其时间常数是变化的。在瞬变电磁晚期分时窗进行时间常数求取，得到晚期不同时间点，即不同深度处的时间常数，以得出在晚期对应深度上的异常体分布规律。由于良导电性异常体的响应有延迟效应，晚期道时间常数不但有时间窗内异常体反映，同时还包含了部分早期良导电性矿体响应信息，因此时间常数是一个地下区域所有矿体的综合响应。根据近两年的航电测量成果，分别对电力干扰、表层强低阻体、表层弱低阻体和地下低阻体航电异常响应的时间常数的特征进行了综合分析。 电力线干扰响应的时间常数特征航电测量通常会在具有一定勘查程度、找矿前景较好的区域或已知矿区开展，这就难免会遇到工作区内存在电
9、力线的情况。图为某工作区分量 计算的时间常数等值平面，由图可以看出该区有一向线性异常带。由电力线电压监测平面图（图）可以看出，该线性异常带为电力线干扰的异常带。将有电力干扰异常的衰减曲线和正常响应的衰减曲线进行对比（图），可以看出干扰异常上的衰减曲线较为跳跃，尤其是中晚期时间道， 响应在零值上下剧烈跳动；而正常响应的曲线较为圆滑，呈指数衰减，该处无低阻异常，因此衰减较快。由上可知，电力线干扰的区域通常有如下特征：期骆燕等：不同类型低阻异常航电时间常数的特征分析图 某区时间常数平面图 某区电力线电压监测平面图 衰减曲线在时间常数等值图上呈线性异常带分布；通过对比正常响应的 衰减曲线，干扰异常衰减
10、曲线，响应较为跳跃特别是在中晚期时间道。在今后资料解释中如遇到该特征的航电异常需谨慎对待。 地下低阻体和表层低阻体的时间常数特征内蒙古小营子铅锌矿出露地层为温都尔庙群哈尔哈达组、二叠系浅变质岩系。其中，温都尔庙群哈尔哈达组条带状大理岩是主要的赋矿围岩。岩浆岩主要有中侏罗世中酸性中深成相 超浅成相侵入岩。中深成侵入体斜长花岗岩和石英闪长岩分布于矿区东西两侧，呈北西撒开，南东收拢的“蟹螯状”，向深部两岩体倾斜变缓，呈不对称状。沿走向收拢或沿倾斜变缓翘起部位，均为成矿有利地段，分别赋存富厚矿体或矿脉群。该已知矿床为渗滤式矽卡岩型矿床，主要蚀变岩石为绿帘石透辉石岩、绿泥石绿帘石岩及角岩，主要金属矿物为
11、方铅矿、闪锌矿，其嵌布颗粒较粗、属易选硫化物矿石。在该矿区上方完成条测试线飞行，测线间距为 。图为根据分量 计算的时间常图 小营子矿时间常数等值线平面数等值平面。图中高亮区为高值区（ ），该区为连续的高导电区，与已知矿区范围吻合良好，推测为铅锌矿区范围。由于该矿正在开采，因此推测东南测线上快速变弱的值区为铅锌矿的尖灭区或采空区。物 探 与 化 探卷 图为线的 曲线和视电阻率深度成像（），中间是地下低阻体（号），两侧有个表层低阻体（号、号）。从上可以看出每个目标体有不同的埋深。 个目标体都是良导体，相对地下低阻体，两侧表层低阻体的 信号早期道很强，随时间衰减迅速，晚期道相对较弱，时间常数相对较小
12、，也只有地下低阻体的。该实例突出了时间常数分析在分辨不同目标体中的优势。图为上述个异常的 衰减曲线。由图可以看出：号和号异常早期道幅值相对较大而衰减较快，号异常早期道幅值偏小，但衰减慢。对比不同异常衰减曲线发现，地下低阻体上具有早期道幅值偏小、衰减较慢的特征；而表层低阻体具有早期道幅值相对较大、但衰减较快的特征。图 小营子矿区线 曲线（上）和视电阻率深度成像示意（下）图 线个异常上的 衰减曲线通过分析航电测量结果发现，这种富含铅锌的的多金属矿具有高导电性的特点，且矿体与围岩电阻率差异较大。这种特征可用于寻找周边类似特征的未知矿床。 地下强低阻体的时间常数特征康古尔金矿位于塔里木板块北部被动大陆
13、边缘阿奇山雅满苏裂谷带之北缘。矿区出露地层主要为下石炭统雅满苏组火山碎屑岩。矿区内有条 向韧脆性剪切带，剪切带内安山岩、安山质凝灰角砾岩和英安质凝灰角砾岩均发生了糜棱岩化，矿体就赋存在这些剪切带中。矿石中主要金属矿物为黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿、赤铁矿。成矿作用分两个阶段，即富硫化物含金石英脉阶段（主成矿阶段）和石英碳酸盐脉或碳酸盐脉阶段（晚成矿阶段）。该矿床是一个受韧性挤压带控制的晚华力西期中低温岩浆变质热液型多金属矿床。在该矿区上方完成测线间距为 的航电测量。图为根据分量 计算的时间常数等值平面。矿区范围内的高值区，值一般大于图 康古尔金矿时间常数等值线平面期骆燕等：
14、不同类型低阻异常航电时间常数的特征分析，最高可达 ，推测地下为强低阻体。 高值区呈团块状，周围被一圈低值区包围。该区为连续的高导电区，位于一近向含矿蚀变带上，推测四周快速变弱的值区为矿的尖灭区或采空区。图为选取的线的综合剖面，可以看出该剖面 曲线在矿区上方出现了不同异常响应的波形。同时，在电阻率深度成像图上的相应位置出现一个视电阻率值 的低阻异常区。该异常区宽约 。图中左侧为矿区外的低阻异常，预测与地质构造有关，这里不作解释。图为该异常上的 衰减曲线。可以看出，这种地下强低阻体的异常具有早期道幅值相对较小、衰减特别慢的特征。该区电力干扰不大，对测量结果影响不大。图 康古尔金矿区线综合剖面示意图
15、 线强低阻异常上 衰减曲线由上可知，这种含金富硫化物具有高导电性的特点，且矿体与围岩电阻率差异较大；在规模上，低阻区宽度不是很大。这种特征可用于寻找周边类似特征的未知矿床。 表层强低阻体的时间常数特征新疆东部是中国主要的盐类矿床聚集区，在该区域内开展航电测量，发现石盐矿上方有明显的异常响应。图为根据分量 计算的时间常数等值线平面。图中蓝色线范围内出露地层为第四系全新统，主要有石盐、盐渍化亚砂土，该区内有一高亮区为高值区，值一般大于 ，最高可图 新疆东部某石盐矿时间常数等值线平面达 ，推测为表层强低阻体，由石盐矿引起。该异常区呈团块状，由于处在工作区边界，因此异常未闭合。穿过该石盐矿区，由图可以
16、看出该剖面 曲线在石盐矿上方出现幅度较大的单峰异常，同时，在电阻率深度成像图上的相应位置出现一个视电阻率值 的低阻异常区。该异常区宽约 。图为线中部石盐矿响应衰减曲线和物 探 与 化 探卷 图 新疆东部某石盐线综合剖面图 石盐矿及可能矿致异常上 衰减曲线线南部可能矿致异常的衰减曲线，可以看出表层强低阻的石盐矿衰减曲线几乎为一条直线且早期幅值特别高，可能的矿致异常上早期幅值较小，并呈指数衰减。该区无电力干扰。由航电成果资料分析可知这种石盐矿具有高导电性，异常响应幅度较大，相对一般的多金属矿产，其规模较大。这种特征可用于寻找周边类似特征的石盐或卤水区。 结论时间常数是一个综合参数，它覆盖时间域和所
17、有导电区，对许多由不同导电目标源组成的复杂导电区域具有优良的分辨率，与良导目标体显示信号相应的深度和水平响应会被各自放大和增强；因此，时间常数常常会被用来圈定靶区。地下低阻地质体的航电异常响应具有早期幅值不高、衰减缓慢的特征，而时间常数表现为高值区。本次对电力干扰、表层强低阻体、表层弱低阻体和地下低阻体的 航电异常响应及时间常数的特征进行了综合分析，可供从事航电资料解释的同行参考。参考文献： 梁盛军，张力卡，曹学峰，等时间域航空电磁法研究进展综述地质与勘探，（）： ， ， ，： ， ， ，（）： 骆燕，曾阳，石岩，等航空电磁法在火山岩型块状硫化物矿区的试验物探与化探， （）： 李怀渊，张景训，
18、江民忠，等航空时间域电磁法测量系统应用效果分析地质论评， ，（）： 裴易峰，殷长春，刘云鹤，等时间域航空电磁磁场计算与应用地球物理学进展，（）： ， （） 刘冲，王宇航，皇健瞬变电磁视时间常数成像分析与应用研究物探化探计算技术，（）： 王亚冉时间域航空电磁数据的域分析与研究长春：吉林大学，静恩杰，李志聃瞬变电磁法基本理论中国煤田地质，（）： 期骆燕等：不同类型低阻异常航电时间常数的特征分析内蒙古地质工程有限责任公司，核工业航测遥感中心内蒙古翁牛特旗南敖包山大朝阳沟一带浅覆盖区铅锌多金属矿找矿方法实验及验证续作项目评估报告内蒙古自治区地质勘查基金管理中心， ， ， ， ， ，： 王志良，毛景文，吴淦国，等东天山康古尔金矿成矿晚阶段地幔流体参与成矿作用的碳氢氧同位素证据地质学报，（）： 马天林，孙立，徐兴旺新疆东天山康古尔金矿控矿构造特征地质力学学报， （）： ， ， ， ， ，（ ， ， ； ， ， ）： ， ， ， ： ； ： ； ； ； ； 作者简介：骆燕（），女，工程师，年毕业于东华理工大学，获硕士学位，主要从事航空电磁法及航空磁法应用与研究工作。
