电磁频谱技术在不良地质金矿床定位预测研究

陈亚萍 陈 刚

（兰州资源环境职业技术大学，甘肃 兰州 730022）

0 引言

电磁频谱技术是以电磁感应理论为基础，以功率较大的天然电磁场为场源，探索地面和地壳的能源规律，进而认识地球结构的技术，电磁频谱技术已经发展了几十年，具有非常深的勘探深度、很少受到高阻层的干扰、很强的识别功能、等值区域范围窄以及成本低的特点，在地质勘查方面非常受欢迎。

电磁频率的主要主场来源是太阳、大日黑子运动和电闪式雷击，由于太阳电离辐照而产生了强大的粒子电流，当其突破了围绕地面的电离层后，再转化为波，电离层层避开了地表，而不断向岩石地层里输送电能，因此应该认为是在地表上垂直入射光的，而平面波地下各类岩石之间也存在截然不同的岩性状态，笔者一般都将其视作水平层状介质，因为它们岩性之间都存在截然不同的物理学特征，所以有不同的波界面产生。电磁波在通过波阻力页面时形成的反映，通过在岩层收集和研究从不同波阻力页面反映的电磁波，就能够获得岩层阻力率，它能够结合地貌，通过波阻力深浅变化对土层的岩性、磁性等进行多方面分析。

1 基于电磁频谱技术的不良地质金矿床定位预测方法设计

矿产资源的定量预报是一项在不确定条件下做出最优投资决策的工作流程，它是一个比较复杂的工程，需要学者有扎实的地质学理论基础，并以现代成矿学说和传统地质勘探勘探的评估理论为指导，综合应用各种设施先进的勘探技巧、数据处理技术与方法，也就是GIS方法。

1.1 不良地质金矿的初步预测

金矿预测，需要勘查金矿预测的图表，金矿预测图是通过整理靶区层及分布后得到的成果图来获得的。靶区矿床模型可以帮助靶区圈定，进而预测单元的各种金矿分布，然后预测要素与实际模式契合程度，以GIS平台为数据驱动平台，用数据驱动理的依据，采用以专家主导作为行为模式，对各个靶区进行人机呼唤式地选择和归类。

无磁力的平衡导线是GIS定量估计方法，当电磁性波发送到地面以下时，麦克斯韦方程式组就可简化为亥姆霍茨方程式组。假定介质是同性质的，通过电场技术能够沿轴移动，那么对亥姆霍茨方程组就可进行简化处理，得出公式（1）和公式（2）。

式中：为穿透深度，为地层电阻率，为电磁波在地壳中的传播频数，是系数。

式中：E为水平轴电场强度大小；H为竖直轴磁场强度；为电磁的角频率；为绝对导磁率；为波阻止界面的电阻率。

按照亥姆霍茨方程，如果地壳深度不变，岩层电阻率就不会变，所以对从这个深度出发的地壳，可将电阻率与深度看作存在必然的关联，如公式（3）所示。

经过坐标平移变换并整理后，式（1）可变为式（4）。

式中：为地层深度，可由实际测得，实现不良地质金矿的初步定位。

1.2 不良地质下金矿位置预测

在水平均匀的介质中，根据式（3）和式（4），可以求得第层介质的明面上的阻止值。

式中：ρ、h、k分别为第层介质的电阻率、厚度和波的频数，为地面上的阻止系数，（）为第层介质的对抗。

对3层断面，式（5）可写为式（6）。

式中：当ρ＞ρ时，代表双曲余切函数，如果结果相反，就会使用双曲正切函数。根据式（4），得到相对电阻率公式，如公式（7）所示。

设定、、的值，给出已知频数，结合式（4），就可以获得多层的正切曲线。由于所测得的电阻率曲线随深度而改变，与已知钻取的电阻率曲线相同的其他地质分层资料进行对比，得到了采样间隔参数。，如公式（8）所示。

各种预计的金矿位置计算出来后，就需要划分为采矿有利位置和成矿不利位置，需要确认预计位置。但也只能对金矿位置超过统计量的预测才有机会进入预测位置，只有这样，才能确定不良金矿的位置。

采用频率分布法预测时，根据有矿与无矿的不同的单位分布，在单元特征向量看出其分布图，如图1所示，曲线的第一个波谷读取的数值是1.3，所以临界值就是1.3。

当用概率分布法预测时，由于优秀的矿与不良的矿是混合在一起分布的，应该在概率图纸上制作成矿位置的分布曲线，其拐点的横坐标即为阈值；也可以将成矿位置的单元频数用2条直线画出来，它们的交点的横坐标称为阈值。根据两条直线的交点确定概率分布曲线的临界值为1.3，如图1所示。

图1 金矿分布预测图

2 试验

2.1 试验模型准备

为了大型、超大型金矿床的GIS预报模型准备，往往需要深入研究大型、超大型铜矿床和小型金矿床之间的关联，并且将金矿床密集地区的形态与分布作为客观的有机整体。重点是在采用GIS定量预测方法时，如果自动筛选，选出的预测单元很可能出现不真实的预测单元。在选择和评价时，就得根据重砂异常、矿化信息等预测要素，进一步挑选预测单元，去掉不真实的预测单元，只有这样，才能给出正确的地质评价。

不良地质金矿床定位预测具体过程如下：1）选取不良地质可能赋存区段。2）获取围岩的元素与矿物成分含量信息。3）不良地质异常信息的提取，在步骤（2）执行过程中，根据采集矿物数据确定元素和矿物异常界限值。4）对异常信息进行合并分析，对可能存在的金矿床进行位置预测。

2.2 试验模型的运行

预测模型包括预测变量的提取和研究，然后总结出来金矿位置规律的试验，在电脑上表达GIS技术的过程，只有用GIS技术，才能实现特点分析方法的定量预测。为了研究GIS平台的金矿成矿的分布情况和质量，要提取可能与矿化作用有关系的所有数据。

本次预测中基础地质信息主要为实体图层，包括各种点、线、面的空间，此外，还有空间属性数据库。化探信息和物探重力磁法信息由GIS数据提供，化探的异常是将化探数据处理后形成的化探数据库，空间实体图是由空中卫星的影像数据组成的，将数据破译后，就会形成线环构造、蚀变和地层等各种推断的空间实体图层以及空间数据库。为了获取地质金矿床定位信息，需要对岩矿地层情况与岩矿地层断裂构造进行定量化分析，以下为具体操作。

把成矿地层玄武岩图层与网格单位图层相互对比，如果网格单位图层出现异常，则把空间数据库金矿的地层字段用1来赋值，否则就用0来赋值。

断裂的特点非常多，例如方向、位置、性质以及密度等均有特点。本次预测的断裂位置比较集中，主要为级别较低的断裂构造，为此需要有很多遥感线性断裂信息要补充，否则，就无法进行密度计算。因为大多数区域断裂得不严重，而且现在矿床的属性可能已经与成矿时期的属性截然不同，所以对没必要对断裂位置进行提取。这次试验的断裂按照预测模型，提供的断裂信息是方向不同的，然后提取主要的断裂位置，用来控制其影响的范围。为此，需要对断裂方向进行筛选，然后对其进行整理，最后才能重新构造图层。

对每组断裂结果进行分析，分析的结果会统计其影响成矿的域的大小，并以此来设置缓冲区，来确定此组断裂的缓冲区面图层位置。检验断裂方向信息，一般采用将断裂图层按照其断裂走向，将它们分别记入数据库里，然后按照走向角度的22.5度为基准，划分为NWW、NW、NNW、NS、NNE、NENEE以及EW等8个方向组，每组角度区间长为22.5，分别形成单独的断裂线图层。

根据金矿床的断裂特征、方向的不同，将不同的方向与原始金矿床对比后，得到结果为NS，NNE， NNW和NW向断裂与原始的成矿最有关系。计算方向组断裂位置到已知金矿的距离，会得到一个分布统计表或者统计分布曲线，进而获得其成矿影响的范围，如图2所示。

根据图2的断裂与金矿的地点的距离，确定各个方与断裂缓冲区的距离数据：NS向断裂1 km， NN向断裂1 km，NNW向断裂1.5 km， NW向断裂0.5 km。按照不同的距离，设置了不同的断裂缓冲区，然后对比图层与网格单元图层是否不一致，如果不一致，则其断裂方向的赋值为1，否则赋值为0。

图2 断裂与矿点距离统计图

数据处理完毕后，会形成3个不同的异常等级，由于较低的化探异常也可能有金矿分布，所以所有级别异常都作为可以进行化探的地方，不要区分它们。把该图层与网格单元图层相交，如果出现了相交的情况，则其空间数据库对应元素化探异常的赋值为1，否则赋值为0。

2.3 试验结果

通过收集不良地质金矿预测的地质、物化探、遥感、重砂及部分图表和资料，用 GIS 技术将数据实实施监测后，运用特征分析法，给出了定量金矿分布的预测结论。通过上述试验的运行，得到以下结果：1）研究区的金矿是卡林型的，主要受中、后世代福源‐弥勒基底断层构造‐岩浆‐流体及沉积盖层的逆冲推覆褶皱‐断层的影响，矿体均在玄武岩的共同接触面上的上沉火山灰岩层中。2）将物化遥重砂的标记信息与已知金矿点进行对比，经GIS方式进行计算，玄武岩的不融合面、NS向断层1km区、NNE向断层1km区、NNW向断层1.5km区、NW向断层0.5km区、金元素反常、汞元素异常、是重要的控矿因素，利用这些控矿因素可以进行定位矿标记，该标记可选为本区的预测变量。3）预测工作最终提出了A、B、C三类，共18处的矿业资源普查靶区，选取中4处A类靶区的预期证据充足，且与已有金矿配合程高，可以率先进行金矿定位工作。B级靶区次之，重要成矿要素基本都齐全，且成矿条件满足地质学成矿的条件的80%，可以把它作为重点定位预测区域。C类靶区则根据目前资料认为资源潜力较小，且预测依据与成矿条件匹配程度均不高，因此没必要做太多的地质勘探工作。

3 结论

综上所述，不良地质金矿现象产生的前提条件是由于具有巨大矿山水害资源以及政府对矿井的水害资源管理政策失控，从而导致矿山内意外充水，进而造成了矿山水害事件。因此，必须在适当的环境条件下，通过采用多频率域电磁法勘探技术等物探方面的手段，及早预测了矿山水害源，然后再有的放矢地辅以勘探手段，精确监测矿山水害资源，才能制定切实可行的防水保护措施，以便于有效防止矿山事件发生。