2013 孟庆敏 频率域航空电磁法的应用领域及应用机制 物探与化探

第37卷第2期物探与化探Vol．37，No．2 2013年4月GEOPHYSICAL＆GEOCHEMICAL EXPLORATION Apr．，2013 DOI：10．11720/j．issn．1000-8918．2013．2．15频率域航空电磁法的应用领域及应用机制孟庆敏，满延龙（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊065000）摘要：频率域航空电磁法应用领域很广，只要工作测区选择恰当，工作布置合理，就能使航电廉价、高效的特点充分发挥出来，为国民经济建设作出应有的贡献。

笔者讨论了频率域航空电磁法测区选择、应用机制等对航电效果至关重要的问题。

关键词：航空电磁法；应用领域；应用机制中图分类号：P631．3文献标识码：A文章编号：1000－8918（2013）02－0260－04每一种物探方法都有其适用范围。

熟悉频率域航空电磁法（简称频域航电，下文中航电均指频域航电）的应用领域，并明了为什么航电在这些领域工作能取得好的地质效果是十分必要的。

航电探测的最终成果反映在地质效果上，地质效果的取得最重要的因素之一是测区的选择，这是航电取得地质效果的基础。

1航电测区的选择不论航电的应用领域有多广，也不论航电工作者的能力有多强，若测区的选择不恰当，其工作成果就无从谈起，所以要把测区的选择放在航电探测全部工作的第一位。

从一般意义上讲，测区的选择首先要保证航电工作平台———飞机在该区能低飞，这是航电工作取得地质效果的先决条件；另外就是在这个选定的测区内，航电要探测的目的物或目标物是否具备航电发现它们的电性条件，这是航电工作取得地质效果的必备条件。

测区的选择首先要满足先决条件，它由两个因素组成。

其中之一是测区所在地的平均海拔高度，这个海拔高度由航电仪平台———飞机性能决定。

早期用的活塞式汽油发动机飞机，如运-五飞机、运-11飞机，升限为5km，要求测区的平均海拔高度低于2 km，现在用的运-12飞机是涡轮螺旋桨飞机，升限为6km，要求测区的平均海拔高度低于3km。

限制测区的海拔高度，是为了有充分氧气供飞机发动机工作，不然会因供氧不足使发动机马力减少，令飞机收稿日期：2012－01－28失去超低空飞行性能。

另一个因素是测区内的地形平均高差。

若区内地形起伏，高差很大，则航电测量时的超高面积很大，会大大降低地质效果。

不同的地形是这样定义的：地形高差小于50m为平原区，50 100m为低缓丘陵区，100 200m为低山丘陵区，200 500m 为山区，大于500m为高山区。

航电最适应的测区是平原和低缓丘陵区。

所以在确定测区时，当其满足海拔高度后，还要注意测区内的地形高差。

对不同高差地形分布面积要有粗略估算，若航电测线垂直或大角度穿越地形走向线时，还要充分估算高地形地带两侧的超高范围。

当全测区的超高范围超过总面积的70%时，航电要得到好的地质效果就比较困难了。

一般应选超高面积小于50%总面积的测区，当然，对航电来说，全部不超高最好。

必备条件是指航电要探测的对象或间接对象，是否与围岩有明显的电性差异，而且本身具有低阻或良导的电性特征，抑或本身具有相对导磁率（μ/μ0）大于1的感磁特性。

后者仅针对航电找磁铁矿而言。

这个必备条件也是十分重要的，不然航电的地质效果就无从谈起。

只有同时满足上述两个条件时，航电的测区选择才是正确的。

2应用领域及应用机制航电的应用领域是指其能取得一定地质效果的可工作领域。

这里所说的应用领域，只是泛泛地讲这个领域内存在航电工作能取得地质效果的必具条2期孟庆敏等：频率域航空电磁法的应用领域及应用机制件。

能否取得地质效果，其影响因素还是很多的，工作中要认真分析，综合解释。

从国内外的航电工作实践可知，在铁铜及多金属和贵金属矿产普查，地下水资源调查，国土资源调查，海水入浸调查，浅海水深探测，海冰厚度探测，石墨、泥煤、膨润土、高岭土等非金属矿产普查，还有地面物化探方法不易进入或地质效果不易发挥的沙漠、草原、森林、村镇地区的资源调查工作等领域，航电都能发挥相应的作用。

上述仅是航电工作已取得相应地质效果的应用领域，一定还有新的应用领域需要我们去探索，如近年来已提到议事日程上来的“沙进”问题（包括土地沙化和沙漠扩张）、石油资源普查问题（油气田上方土壤视电阻率升高）。

应用领域很多，只要选定的航电测区能满足上述两个条件，那么，航电在该区的探测工作就能取得相应的地质效果。

为什么航电只适合在上述领域内工作？这就要研究航电能在这些领域取得地质效果的共同机制。

这个共同机制就是这些领域内的探测对象或间接对象，有航电能探测到的低阻、良导或感磁特性。

作为航电工作者，要弄清这个共同机制是探测物本身具有的还是伴生或共生物带来的，抑或是化学作用产生的还是机械破坏作用造成的，这对接受航电测量任务后的资料收集和飞测后地质效果的取得及推断解释方法的研究，都是至关重要的。

下面从一般情况出发，对这个共同机制进行粗略分析。

2．1铁、铜及多金属矿床铜及多金属本身虽然是良导体，可是这些元素富集成矿时，其含量还是很少的，不可能形成航电能发现它们的低阻体或良导体［1－3］。

但它们多呈硫化物产出，如黄铜矿（CuFeS2）、方铅矿（PbS）、闪锌矿（ZnS）、辉钼矿（MoS2），而且都受成矿三要素的控制，所以控矿构造的裂隙水一定是高矿化度的硫酸盐型水，它的视电阻率一般为几至几十Ω·m，航电发现它就容易多了。

但也要地形切割不厉害，裂隙水埋深不大，航电才有用武之地。

上面的论述表明，引起航电异常地质体的视电阻率下降，不是这些金属本身元素的增多，而是与它们形成化合物的硫元素起了决定性的作用。

富铁矿呈低阻，磁铁矿可能呈低阻或具感磁特性，所以对航电普查铁矿来说，不论是铁矿本身低阻电性引起航电异常，或是高阻磁铁矿感磁特性引起的航电磁极化效应异常（低频实分量为负异常），都体现出其直接找矿的效果。

当然，除磁极化效应异常一目了然外，铁矿的低阻电性异常还是很复杂的，工作中要注意综合解释，不然往往会得出错误的结果。

2．2贵金属矿床这里仅介绍金矿和银矿。

金元素很稳定，多以自然金形式存在，但地壳中含量很少，且呈细（微）粒和细脉状产出，航电是不能发现自然金的［4］。

但金多与硫化物呈伴生或共生关系，如山东半岛的破碎带蚀变岩型金矿与黄铁矿（FeS2）共生，且与之有正消长关系，即：黄铁矿（细或微粒状）含量越高，金的品位也越高，故航电在山东半岛普查金矿能取得非常好的地质效果。

这是因为含金断裂破碎带中的裂隙水为高矿化度的硫酸盐型水，其视电阻率仅为几至几十Ω·m。

加之山东半岛温暖多雨，测区地形多为低缓丘陵区，故裂隙水发育，且埋深也较浅，为航电在该区间接找金提供了良好的必备条件。

对于不含或少含硫化物的石英脉型金矿、卡淋型金矿，航电就无用武之地了。

银矿除有自然银存在外，还有辉银矿（Ag2S）、锑银矿（Ag2-6Sb）。

自然银的含量也是很少的，大部分银呈机械的混合形式存在于黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等矿物的结晶格架中，所以航电发现它的机制与金和多金属矿是一致的。

2．3地下水资源调查2．3．1浅层水所谓浅层水是指埋深浅、分布在含水地层中的地下水［5］。

这种地下水在我国主要分布在平原、盆地和荒漠地区第四系的各类砂质地层中，主要靠雨水和地表水补给。

由于其含水量、补给量和挥发量的差别，使浅层水水质发生变化。

常见的水质有淡水、过渡类型水（半咸水）和咸水，各类不同水质地下水的视电阻率一般为：淡水＞30Ω·m，过渡类型水15 30Ω·m，咸水＜15Ω·m。

从其视电阻率可知，航电找到咸水是没有问题的，但要把淡水和过渡类型水区分开来却是比较困难的。

航电之所以能进行较详尽的浅层水水质填图，不仅因为不同水质地下水存在电性差异，关键是它们都呈大面积宽带状展布，而且分带明显，给区分它们提供了一目了然的视觉效果。

其分布规律为：中间是淡水，两侧是过渡类型水，最外侧是咸水。

这种分带现象与古沉积环境密切相关：中间是古河道主流相，水的流速大，沉积颗粒粗，毛细管不发育，为含淡水的古河床砂体；两侧为古河漫滩相，水的流速较慢，沉积颗粒较细，含水量少，加之毛细管发育，挥发量增大，为含过渡类型水的细砂和细粉砂；最外侧·162·物探与化探37卷为泛滥平原相，洪水淤积，沉积物颗粒更细，是含微量水或不含水的砂黏土或黏土，毛细挥发作用更强，挥发量更大且不易补给，故不含水或储有咸水。

正是因为存在不同水质这种平面上的分带特征，且其带宽和带长都相当大（远远大于10倍航电的收发距），使得航电区分它们就变得容易多了。

若上述三种不同水质浅层地下水都呈小面积（几何尺寸小于测线距或远远小于10倍收发距）零星分布，航电区分它们就变得困难多了。

2．3．2裂隙水储存在断裂和破碎带中的水统称为裂隙水。

航电找裂隙水必须具有下面三个条件：裂隙水埋深浅；裂隙水与围岩电性差异明显，且本身的视电阻率较低（几至几十Ω·m）；裂隙水沿裂隙走向长度相当大（至少应大于2倍测线距）。

满足埋深浅和带状展布的裂隙水，大多分布在温湿丘陵地区。

因多雨裂隙水补给充足，多呈淡水存在于裂隙中，航电很难发现它，所以在很多已知断裂上，航测时没有超高，但因埋深大或含淡水，航电在其上没有明显异常显示。

只有裂隙水埋深浅，裂隙中断层泥发育或含一定矿化度的裂隙水，航电才能发现它。

从上面论述可知，航电找裂隙水的地质效果是十分有限的，所以多年来没有开展航电找裂隙水的专项工作。

虽然在高阻地层中航电找裂隙水的地质效果不佳，但在低阻地层中却能取得明显的地质效果，这是因为含饱和水的低阻地层的视电阻率更低的缘故。

如第三系红色砂岩（第三系红层）分布区，当裂隙充水时，造成两侧砂质或粉砂质地层含水达到饱和程度，其视电阻率仅有几至几十Ω·m；而在远离断裂带的外侧砂质岩层仅含微量水或不含水时，其视电阻率则有几至几百Ω·m。

所以第三系红层分布区的裂隙水，表现在电磁场的特征为高背景上叠加的较强航电异常。

高背景场是不含饱和水的第三系红色砂岩引起，叠加在其上的较强异常，则为含饱和水的第三系红色砂岩引起。

2．4国土资源调查国土资源调查的范围很广，涉及的领域也很多，航电仅能在生态环境地质调查（包括浅层水资源调查、地表水水质、水体及土壤污染）、工程地质调查（包括圈定构造、地层和岩体以及土壤颗粒度）、农牧业区土壤调查（包括土壤盐渍化程度和圈定不同成分土壤的成土母岩）等领域发挥作用。

这是因为不同水质（卤水、苦水、咸水、半咸水、淡水）水体，不同盐渍化（盐碱壳、盐碱地、重盐渍化、轻盐渍化、非盐渍化）土壤，不同成土母岩（如砂质泥岩、石英砂岩）及不同粒度土壤，它们都存在较为明显的电性差异，而且多呈大面积分布，所以航电可以把它们区分开来。