瞬变电磁法（TEM）找矿效果

一、内容概述
1.基本原理
瞬变电磁法（TEM）又叫时间域电磁法。其测量原理是：介质在一次电流脉冲场的激发下会产生涡流，在脉冲间断期间涡流不会立即消失，在其周围空间形成随时间衰减的二次磁场。二次磁场随时间衰减的规律主要取决于异常体的导电性、体积规模和埋深，以及发射电流的形态和频率。通过测量二次场的空间分布形态，来了解异常体的空间分布。
2.技术特点
在地-井TEM测量中，由于接收探头沿钻孔测量，更接近地下导电地质体，从而可以获得比地面方法更强的异常响应信号，加之探头在井中受导电覆盖层和外部电磁的干扰较小，因而能获得钻孔周围数百米范围内有用的地质信息，取得较好的找矿效果。地-井TEM在深部找矿和利用钻孔寻找井旁、井底盲矿方面，具有独特的不可替代的优势。
3.技术要点
三分量地-井TEM井下探头下井深度为1200m，探头在井中可观测轴向分量（使用Z分量探头）和水平分量（使用X、Y分量探头）的TEM响应。井中探头的定位精度为：倾角定位精度±0.5°，转角定位精度±0.5°，方位角定位精度±1.0°。关键技术：三分量定向探测技术，异常空间定位技术。目前国内外地-井TEM使用的仪器设备主要有加拿大Crone公司Digital PEM瞬变电磁系统和加拿大Geonics公司生产的PROTEM瞬变电磁系统，仪器型号为3D PULSE EM。
国外的地-井TEM 三维数值模拟技术比较成熟，已有商业软件。地-井TEM 法，由于其装置的特殊性和电磁法的复杂性，利用测井响应曲线的形态和特征进行定性推断解释仍是目前重要的技术手段。
二、应用范围及应用实例
地-井瞬变电磁法是近年来国内外发展较快、地质找矿效果较好的一种电法勘探方法，主要应用于金属矿勘查、构造填图、油气田、煤田、地下水、地热、冻土带、海洋地质等方面的研究。在金属矿勘查方面，主要应用于勘查井旁、井底盲矿体，尤其是当地面电磁法工作因矿体深度太大，或者是在受电性干扰因素（如导电覆盖、浅部硫化物、地表矿化地层等）影响大的地区，更能体现其优越性。
在加拿大、澳大利亚等国家，地—井TEM法已成为常规勘查方法，并且已有很多非常成规的深部找矿实例。如：加拿大1995年在Falconbridge Lindsley铜镍矿区发现深1280m，距钻孔约200m、厚28m的富矿。
三、资料来源
Bailey J，Lafrance B，McDonald A M et al.2004.Mazatzal Labradorian⁃age（1.7～1.6Ga）ductile deformation of the South Range Sudbury impact structure at the Thayer Lindsley mine，Ontario.Canadian Journal of Earth Sciences，41（12）：1491～1505，10.1139/e04⁃098
Molnar F，Watkinson D H，Jones P C et al.1997.Fluid inclusion evidence for hydrothermal enrichment of magmatic ore at the contact zone of the Ni⁃Cu⁃platinum⁃group element 4b Deposit，Lindsley Mine，Sudbury，Canada.Economic Geology，92（6）：674～685
Watts A.1997.Exploring for nickel in the 90s，or“Til depth us do part”，Proceedings of Exploration 97：Fourth Decennial International Conference on Mineral Exploration，edited by A.G.Gubins，1003～1014

本章收录了云南个旧锡多金属矿、新疆蟠龙峰铁铜多金属矿、吉林大横路钴铜矿、云南北衙铁金多金属矿、新疆黄羊岭锑矿、甘肃西和县大桥金矿共六个矿床的物化探勘查案例。
物探方法在个旧矿区深部找矿中发挥了重要作用。个旧矿区锡多金属矿床的矿(化)体埋深较大，大部分距地表达500m以上，只能采用探测深度较大的技术方法如瞬变电磁法(TEM)、电磁测深法(EH4)等电磁类方法。个旧矿区地表岩性多为碳酸盐岩类，电阻率较高，与锡多金属矿(化)体和矿化花岗岩有明显的电性差异，利用大勘探深度的电磁法进行深部找矿较为有利。在个旧矿区的阿西寨、大箐东－驼峰山、期北山、大白岩等矿段采用地面瞬变电磁法(TEM)及坑内激电(充电)法，查明深部地质构造，寻找深部锡多金属矿，取得了较好的地质找矿效果。
蟠龙峰铁铜多金属矿矿床成因类型为矽卡岩型，根据其地质和地球物理场特点，在地表矿体岀露区和1∶5万化探异常区布置1∶2.5万面积性磁法测量，确定铁矿体异常的大致位置。再利用1∶5千地面高精度磁测对1∶2.5万磁异常进行分解和精确定位。在地面磁测发现的异常部位开展重力和激电剖面测量工作，综合重力、磁测和激电测深结果，确定矿体、矿化体的空间分布特征。通过物探化探勘查，总结出矿(化)体(带)上出现化探Cu、Zn、Pb、Ag等多元素组合异常与高磁+高重力+高极化+低阻的物探“三高一低”综合异常组合，是该区行之有效的物化探找矿模式。
北衙铁金多金属矿区1∶20万重力、航磁和区域化探资料在靶区选择、矿产普查、找矿勘查各阶段都发挥了应有的作用。依据1∶5万化探圈定的Au元素浓集带，经查证发现了多条矽卡岩型铁金多金属矿体。1∶5万重力测量发现的多个重力低异常，都与石英正长斑岩(ξπ6)体有关，剩余重力异常对确定找矿靶区起到了良好的作用。1∶1万磁测、大地电磁测深(EH－4)结果，为探矿工程的布设提供了充分的依据，在物探异常区布钻大多见矿。
吉林大横路钴铜矿自化探1∶20万扫面发现矿致异常至今，经过1∶5万水系沉积物测量、1∶1万土壤测量，根据元素浓集系数以及元素R型簇群分析，进一步确认和圈出Co、Cu、Ni、Pb、Zn元素组合的矿致异常。经工程验证，该矿已成为大型钴铜矿床。
新疆黄羊岭锑矿，是查证1∶20万区化异常在测区首次发现的矿种。经过全区统一采用水系沉积物测量，按照“兼顾采样点均匀分布与最大限度控制汇水域”的原则，进行深入评价，并以“3×10－6的锑异常下限、6×10－6二级浓集带”的异常划分方法，全区共圈出有找矿远景的多元素组合异常53个。黄羊岭锑矿异常是其中之一，元素组合以Sb－Hg为代表。目前，锑矿床远景规模已达大型。黄羊岭全地区有望成为新疆找锑远景区和第一个大型锑矿生产基地。
总之，经过多尺度水系沉积物、土壤以及原生晕测量，化探方法结合地质、物探勘测、工程验证等手段，在寻找和评价铜金等多金属矿方面有其优越性，发挥着重要作用，取得了突出的地质找矿成果。

在该矿床投入瞬变电磁法面积工作以前，已做过激电、自电、磁法及次生晕等综合方法的普查。中浅部矿体的分布范围已大致圈定（图11-5）。深部矿体如何变化？富矿体在什么地方？是一个急需解决的问题。

图11-5　可可塔勒矿区地、物化平面图

1—浅灰色大理岩；2—变钙质、泥质粉砂岩；3—变泥质粉砂岩；4—铁锰质大理岩；5—晶屑凝灰岩；6—含矿层（变凝灰岩）；7—变灰白色凝灰岩；8—条带状层凝灰岩；9—流纹质熔岩；10—变集块角砾岩；11—白色变酸性熔岩；12—变流纹质熔岩；13—黑云母石英片岩；14—产状；15—实测及推测断层；16—铁帽及编号；17—钻孔及编号；18—剖面及编号

从国外引进EM-37后，1987年在该矿床已知矿体上进行了开发性试验工作，获得了清晰的异常。在未知区的试验剖面上，也获得了较好的异常，与其它物化探异常比较吻合。经钻探验证，在推断见矿部位见到了工业矿体。1988年在该矿区（B-10、B-11）3.4km²的范围内进行了扫面。自东向西，发现了三个成矿洼地。1988—1989年又在该区主要地段（B-11）作了百余个测深点。测深成果对圈定盲矿体，确定矿石为块状硫化物矿床和判断深部矿体的产状起到了关键作用。

（一）圈定深部矿体的平面投影位置，判断矿石质量

该区所见的铅锌矿中，硫与铅锌一般呈正相关。富的铅锌矿体，同时富含硫，即黄铁矿，形成块状硫化物矿石。这种矿石的电阻率一般仅几欧姆米，而围岩的电阻率则在1000Ω·m以上。具有良好的物性前提。根据瞬变电磁法的原理，块状硫化物富矿能引起TEM法很强的异常响应。

TEM框——回线扫面结果显示，该区有明显的三处异常，即对应着三个成矿洼地。自东向西分别编号为T1（T1-1、T1-2）、T2、T3（图11-6）。从每条测线剖面图看，无论是水平分量还是垂直分量，从早期道至中、晚期道均出现清晰的异常，而且中晚期道电磁响应呈有规律的变化。TEM法圈定的三处异常，展示了深部铅锌矿体在平面上的投影位置。根据TEM各剖面异常的强度，及由时间谱曲线求得的视时间常数t值可以判断深部矿石的质量。T1异常处深部矿石质量最好，规模也最大。T2次之，T3较差。因此该矿区东段是寻找富矿的最有利部位。

图11-6　可可塔勒铅锌矿区瞬变电磁法水平分量响应平面图

1—铁帽及编号；2—钻孔及编号

在7号勘探线上施工的钻孔，不仅控制了地表矿体在深部的延深，而且发现了规模大、品位高的盲矿，其中ZK7-7累计见矿厚度在200m以上。地表的铁帽在7号勘探线向东已跨过0号勘探线，而在0号勘探线上施工的钻孔未见到成型的矿体。在距7号勘探线100m的3号勘探线上施工的ZK3-1,650m终孔也未见到矿体。根据TEM异常强度、形态变化及规律推测，7号勘探线以东仍有较厚的块状硫化物存在。并设计了ZK3-3及ZK3-5孔，供钻探验证，验证结果，ZK3-3孔见到厚65m的铅锌富矿体；ZK3-5穿过厚达120.98m的铅锌矿体（图11-7）。TEM法寻找富矿赋存空间的推测得到证实。因此使该矿床的矿量成倍增加。

图11-7　可可塔勒铅锌矿床3线地质瞬变电磁法综合剖面图

1—不纯大理岩；2—变钙质凝灰粉砂岩；3—蚀变沉凝灰岩；4—变沉凝灰岩；5—变层凝灰岩；6—变酸性熔岩；7—变石英斑岩；8—铅锌矿体

图11-8　可可塔勒铅锌矿床20线电磁测深视电阻率断面图（Ω·m）

1—铁锰质大理岩；2—变长英质粉砂岩；3—变酸性熔岩；4—含石榴子石黑云母石英片岩；5—褐铁矿化大理岩；6—视电阻率等值线（Ω·m）;7—铅锌矿体

（二）判断矿体产状，指导深部验证

该矿床的主矿体在向斜南东转折端的北东翼。由于构造作用，使向斜北东翼倒转，地层和已见矿体（包括地表及深部）都是倾向北东。为探索4号铁帽的延深及其含矿性，根据地层及铁帽的产状，地质人员在铁帽的北东侧施工了ZK2O-7孔。380m终孔，没见矿体。因此，设想4号铁帽延深有限。在剖面上的TEM测深视电阻率拟断面图显示，在深200m以下有一个规模可观的低阻异常。异常形态上陡下缓，往南西分布。预示地表的矿体深部倾向南西而不是北东，或者深部有盲矿体存在。为验证该推断，设计了ZK2O-2孔。该孔从261m起见到矿厚18m,Pb+Zn含量高达12%（图11-8）。不仅扩大了矿量，而且对该区矿体产状认识又前进了一步。对进一步深部验证提供了新思路。