1.2 地球物理勘探

1.2.1 磁法测量

学习目标

操作地面高精度磁力仪（质子、Overhauser、铯光泵），布设与预期走向垂直的测线与联络线
处理总场异常 ΔT：日变校正、IGRF 改正、化极、向上延拓
由正负异常配对推断磁性体产状与埋深
识别铁矿、Ni–Cu 硫化物、斑岩 Cu–Au 磁异常特征；整合 1:50 000 航磁资料

核心概念

术语	定义
ΔT 异常	观测总场与 IGRF 参考场之差，反映磁性体与围岩磁化率对比
磁化率 κ	体积磁响应；磁铁矿 κ ≈ 0.3–1 SI，与铁矿、矽卡岩磁异常强度直接相关
剩磁	岩石冷却至居里点以下保留的永久磁化，BIF、火山岩中不可忽视
RTP（化极）	将斜磁倾角下的异常转换为磁极下方的等效形态，利于解释
航磁线性异常	磁场梯度带状特征，常对应断层或岩性界面，与构造填图互证
磁安静区	低异常区，多见于无磁性的侵入体或厚沉积盖层
解析信号	$A = \sqrt{((∂T/∂x)^{2} + (∂T/∂y)^{2})}$ ，降低磁倾角依赖，突出磁性体位置
欧拉反褶积	由磁场梯度估算磁性体埋深与构造指数，适合航磁线性异常

参数与指标

参数	典型值	单位	说明
地面测线间距	25–100	m	已知异常区加密
测点距	5–25	m	步行测点节奏
联络线间距	500–2000	m	日变/漂移校正
探头高度	0.5–1.5	m	全程保持一致
日变校正限差	<5	nT	基站 1–2 h 复测
航磁飞行高度	80–150	m	按国标航磁规范
磁异常识别阈值	50–500	nT	BIF 常 >1000 nT
磁化率（磁铁矿）	0.3–1.0	SI	正异常主因
磁化率（花岗岩）	0–0.01	SI	磁安静区背景
RTP 磁倾角输入	IGRF 当地值	°	低纬度化极不稳定

公式

异常： $\Delta T = T_{obs} - T_{\mathrm{IGRF}} - T_{diurnal}$
埋深估算（半宽规则）： $Z \approx 0.7 \times W$ （垂直薄板，W 为半幅值半宽）
磁化率差估算： $\Delta κ = \Delta T / (1000 \times F \times (1 - \cos^{2}(I)))$ （简化竖直体，SI）
岩芯视磁化率： $κ = 4\pi \times (M/H)$ ，M 为感应磁化强度，H 为场强

工具与标准

常用软件/仪器：Geosoft Oasis montaj / Seequent VOXI（磁反演）；QGIS；中国地质调查局 1:50 000 航磁网格
相关标准：GB/T 12763（海洋地球物理调查）；GB/T 22206（航空磁测技术规范）

操作步骤

测网设计：主测线 ⊥ 地质走向；基站 30 s 间隔连续记录
数据采集：GPS 定位测点；往返基站读数建立日变曲线
处理：日变与 IGRF 改正 → 网格化（最小曲率）→ RTP → 解析信号或倾斜导数
解释：圈定线性构造 → 2.5D 正演（GM-SYS）→ 靶区分级 → Leapfrog 地质叠合
物性标定：采集代表性岩芯测 κ 与剩磁，校正正演模型密度

物性参数参考

岩石/矿物	磁化率 κ (SI)	密度 (g/cm³)	磁法/重力响应
磁铁矿	0.3–1.0	4.5–5.2	强正磁、强正重力
磁黄铁矿	0.01–0.3	4.0–4.6	中正磁
黄铜矿	<0.001	4.1–4.3	弱响应，靠 IP
花岗岩	0–0.01	2.6–2.7	磁安静、低重力
BIF	0.1–1.0+剩磁	3.0–3.8	强磁、中等重力
石墨片岩	<0.001	2.5–2.8	无磁，IP 假异常

知识延伸

磁法对磁性矿物（磁铁矿、磁黄铁矿、部分蚀变带）敏感，但对弱磁性斑岩铜矿常仅表现为低幅度异常，需与 IP、蚀变填图联合。剩磁可导致异常形态偏离对称，解释时不能仅用感应磁化率正演——BIF、火山岩剩磁可达感应磁化强度的 50–100%，须采集岩芯做热退磁或交变退磁实验。化极（RTP）效果依赖磁倾角：中纬度（倾角 50–70°）效果最佳；赤道附近（倾角 <30°）化极放大噪声，宜改用解析信号、倾斜导数或欧拉反褶积。

航磁数据处理链：IGRF 改正 → 日变改正 → 高度改正 → 化极/解析信号 → 向上延拓（区域趋势分离）→ 欧拉反褶积（埋深）→ 与地质图叠合。向上延拓可分离浅部异常与区域背景，延拓高度常取 1–3 倍目标埋深。航磁线距 200–500 m 适合区域构造；已知靶区须地面加密至 25–50 m 方可钻前定位。

方法对比：磁法勘探深度通常数百米，分辨率优于重力，但受文化噪声（管线、车辆、铁丝网）影响大。与重力联合可区分高密度非磁性体（铬铁矿）与高密度磁性体（磁铁矿）。磁法对覆盖层厚度不敏感，但磁性覆盖层（红土型铁矿表土）可产生浅部假异常。

决策逻辑：正磁异常 + 铁染遥感 + 构造交汇 → 高优先级钻探；孤立正异常无地质约束 → 先槽探/物性测定；磁安静区内的负重力异常 → 考察低密度蚀变或空洞，非矿可能性高。

常见误区

磁暴日（K 指数 >4）未加密基站复测
BIF、火山岩忽略剩磁，仅用磁化率正演失败
测线平行走向布设 → 异常横向分辨率不足

关联章节

1.1.3 构造地质分析 — 航磁线性构造
1.2.2 激电法（IP） — 磁+激电区分硫化物
6.4 铁金冶炼 — 磁铁精矿指标

自测要点

剩磁与感应磁化在磁异常解释中有何不同处理策略？
何时应选地面磁测而非依赖航磁？列举两项判断依据。

1.2.2 激电法（IP）

学习目标

区分频域 IP（PFE、金属因子 MF）与时域 IP（充电率 M，ms）
设计偶极—偶极、极—偶、梯度装置，平衡勘探深度与横向分辨率
对 >300 m 深部目标采用伪随机编码波形激电
综合充电率/电阻率与地质，对浸染状硫化物靶区分级

核心概念

术语	定义
激电效应	矿物—电解质界面电化学极化引起的电压滞后响应
充电率 M	时域指标： $(V_{2} - V_{1}) / V_{1} \times 100\%$ （规定时间窗）
百分频域效应 PFE	$(\rho_{\mathrm{DC}} - \rho_{\mathrm{AC}}) / \rho_{\mathrm{DC}} \times 100\%$
金属因子 MF	$MF = PFE / \rho$ ，突出低阻高极化体，与斑岩、VMS 相关
电阻率 ρ	$\rho = K \times (\Delta V/I)$ ，`K` 为装置几何因子
背景激电	粘土、石墨、黄铁矿化围岩可致假异常，需地质过滤
时间常数 τ	极化体充放电特征时间，与矿物粒度、比表面积相关
伪随机激电	多频率叠加编码发射，提高信噪比，适合深部与强干扰区

参数与指标

参数	典型值	单位	说明
偶极—偶极 n 间距	1–7	—	n 越大勘探越深
发射电流（时域）	3–10	A	深部需加大功率
充电率异常	>10–20	mV/V 或 ms	背景黄铁矿 3–8 ms
电阻率对比	10–1000×	Ω·m	硫化物 <10；新鲜花岗岩 >1000
时域采样率	0.1–10	ms	多窗口提取 M
测线间距（IP）	100–400	m	普查 vs 详查
接地电阻要求	<10	kΩ	干旱区需盐水井
石墨 IP 假异常充电率	5–15	ms	须地质甄别

装置对比

装置	勘探深度	横向分辨率	适用阶段	主要缺点
偶极—偶极	浅—中（<200 m）	高	详查	旁瓣假异常
极—偶	中—深（<500 m）	中	普查/详查	装置笨重
梯度	浅（<100 m）	低	快速普查	定位精度差
中梯	中（<300 m）	中	详查	对地形敏感
伪随机叠加	深（>300 m）	中—高	深部靶区	设备成本高

公式

电阻率： $\rho = K \times (\Delta V / I)$ ，K 由装置几何决定（m）
充电率（Newmont 标准）： $M = (V_{5}_0_0ms - V_{1}_0ms) / V_{1}_0ms \times 100\%$
金属因子： $MF = PFE / \rho \times 10^{4}$ （cgs）或 SI 等价式
勘探深度（近似）： $z \approx 0.5 \times AB/2$ （Schlumberger 装置）

工具与标准

常用软件/仪器：Zonge GDP-32 / IRIS Elrec Pro / ABEM Terrameter；Geosoft；Leapfrog 三维 IP 体
相关标准：GB/T 17434（电法勘探）；JORC Table 1 物探披露

操作步骤

装置选择：浅部 <100 m → 偶极—偶极 n=1–4；深部 → 极—偶或伪随机叠加频率
采集：AB 线平行走向；联络测线 ⊥ AB；接地电阻 <10 kΩ
处理：衰减曲线叠加 → 充电率/电阻率反演（RES2DINV / UBC-GIF）
解释：高 M + 低 ρ 异常 → 剔除粘土/石墨假异常 → 靶区分级

知识延伸

激电法对浸染状、细粒硫化物（黄铜矿、辉钼矿、闪锌矿）灵敏，是斑岩铜矿、VMS 勘探的主力方法之一。频域与时间域各有优势：频域仪器轻便、适合中浅部；时域大电流适合深部但成本与电磁干扰管理要求高。偶极—偶极横向分辨好但深度有限；极—偶装置深度大但旁瓣效应需 2D/3D 反演识别。

与电阻率（ERT、CSAMT）的衔接：低阻异常未必是矿，粘土蚀变、石墨层、盐水均可致低阻；低阻+高充电率组合更指向硫化物。但石墨片岩可产生「高 IP 无经济矿」经典假异常，必须结合岩石地球化学与露头验证。

钻探决策：IP 异常中心与钾化蚀变、土壤 Cu–Mo 异常、构造交汇一致时，设计钻孔穿透异常核部与边缘各一孔，验证模型与估计品位连续性。反演电阻率体应作为地质建模的软约束，而非独立矿体圈定。

IP 数据质量诊断：衰减曲线应单调衰减，出现振荡提示工频干扰或接地不良；充电率随深度增大而系统性降低可能指示发射功率不足而非地质原因。2D 反演剖面须与已知地质剖面对比，电阻率 <10 Ω·m 且充电率 >15 ms 的异常体才具硫化物指示意义；仅低阻无 IP 多为粘土或盐水。

常见误区

矿山附近工频、管线噪声污染衰减曲线
石墨片岩 IP 高异常未做地质甄别
发射功率不足 → 深部矿体假低充电率

关联章节

1.2.3 大地电磁与电阻率 — 深部电阻率互补
1.3.1 土壤地球化学 — 地表验证 IP 靶区
5.3.3 浮选 — 硫化物矿物学驱动 IP 响应

自测要点

为何 IP 解释必须结合地质过滤？列举两类典型假异常源。
偶极—偶极与极—偶装置在深度与分辨率上的权衡是什么？

1.2.3 大地电磁与电阻率

学习目标

应用 CSAMT/AMT 探测 >500 m 深部构造：断层带、盆地边界、硫化物透镜体
部署高密度 ERT 探测浅部 <100 m 断层、岩溶与风化壳
解释低阻+高充电率组合为硫化物指示
将 MT/ERT 剖面与地震、地质模型在 Leapfrog 中整合

核心概念

术语	定义
CSAMT	可控源音频大地电磁，人工发射，勘探深度约 1–10 km
AMT	天然闪电信号音频 MT，无需发射源，野外灵活
ERT	高密度直流电阻率层析，多电极阵列，适合浅部结构
趋肤深度	$\delta = 503 \times \sqrt{\rho /f}$ ，频率越高穿透越浅
低阻带	粘土蚀变、硫化物、咸水层；与矿化相关时需 IP 印证
静态位移	MT 近地表非均匀性引起的视电阻率畸变，需 ERT 或联合反演约束
阻抗张量 Z	MT 核心观测量，包含电阻率与相位信息，可识别二维/三维构造
远参考站	远离文化噪声的 AMT 参考点，用于压制局部电磁干扰

参数与指标

参数	典型值	单位	说明
CSAMT 频率范围	0.5–8192	Hz	低频对应更大深度
AMT 周期范围	0.001–1000	s	远参考降噪
ERT 电极距	2–10	m	浅部 <50 m
ERT 阵列长度	200–800	m	约 100 m 勘探深度
新鲜岩石电阻率	500–5000	Ω·m	花岗岩、石英岩
硫化物矿石电阻率	0.1–10	Ω·m	块状黄铁矿—黄铜矿
粘土蚀变带电阻率	10–100	Ω·m	绢英岩化、泥化带

公式

趋肤深度： $\delta (m) = 503 \times \sqrt{\rho / f}$ （ρ：Ω·m，f：Hz）
Wenner 装置几何因子： $K = 2\pi a$ （等间距 a）
MT 视电阻率： $\rho_{\mathrm{a}} = (1/5f) \times |Z|^{2}$ ，Z 为阻抗（Ω）
ERT 勘探深度： $\approx 0.2 \times array_{length}$

工具与标准

常用软件/仪器：Zonge CSAMT / Metronix ADU-07（AMT）；ABEM Terrameter LS（ERT）；Geosoft
相关标准：GB/T 17434；IAGA MT 数据交换格式

操作步骤

设计：CSAMT 发射线 1–2 km，接收站垂直布设；ERT 按水平/垂向分辨率选 Wenner 或 Schlumberger
采集：CSAMT 测张量阻抗；ERT 滚动测量延长剖面
处理：MT 远参考、静态位移校正；ERT 稳健反演
综合：电阻率剖面叠地质图 → 标 <50 Ω·m 矿层位异常 → 规划深孔

知识延伸

CSAMT/AMT 适合覆盖层厚、需要穿透至矿化深度的场景，但垂向分辨率低于地震，水平分辨率受台距限制。静态位移是 MT 解释最常见陷阱，表现为深部虚假低阻或高阻，联合地表 ERT 或重磁约束可显著改善。ERT 在 2D 剖面假设下对三维复杂体易失真，强烈三维地区应布多条剖面或采用 3D ERT。

与激电的分工：深部 CSAMT 圈定导电层范围，浅部 IP/ERT 验证极化性，避免将导电石墨层误判为块状硫化物。电阻率还用于水文—工程：咸水、断层泥化带影响地下涌水与支护，对 2.2.1 开拓系统选址有关键意义。

方法选择决策树：覆盖 <100 m、需要断层/岩溶细节 → ERT；覆盖 200–2000 m、目标为导电硫化物或蚀变带 → CSAMT；无发射条件、区域普查 → AMT。所有电阻率异常解释必须回到岩性—蚀变模型，避免「低阻即矿」简化。

CSAMT 解释要点：视电阻率断面须结合频率—深度转换验证；低频（<10 Hz）对应 >500 m 深度，高频（>1000 Hz）对应 <100 m。静态位移校正方法包括：地形改正+联合反演、传递函数校正、MT+ERT 联合反演。未校正时深部可出现虚假低阻层，误导钻探深度设计。AMT 在雷电活跃区信号强，沙漠区信号弱，须评估天然源可用性。

ERT 电极阵列选择：Wenner 装置信噪比高但分辨率低；dipole-dipole 分辨率高但对噪声敏感；Schlumberger 适合深部探测。滚动测量可延长剖面，但须注意边缘效应。3D ERT 成本约为 2D 的 3–5 倍，仅在强三维地质体（岩溶、复杂断层带）时必要。

常见误区

电力设施附近 <4 Hz CSAMT 无效
强三维地质用 2D ERT 剖面过度解读
导电石墨层未做 IP 验证即定为矿

关联章节

1.2.2 激电法（IP） — 低阻异常 IP 验证
1.1.2 地层岩性识别 — 导电页岩与矿石区分
2.2.1 开拓系统选择 — 深部矿体通道规划

自测要点

MT 静态位移的成因与两种常用校正思路是什么？
CSAMT 与 ERT 在勘探深度与适用场景上有何互补关系？

1.2.4 重力测量

学习目标

完成 Bouguer 重力改正：自由空气、Bouguer 板、地形、纬度与漂移
区分正异常（致密矿石：铬铁矿、磁铁矿、块状硫化物）与负异常（空洞、低密度蚀变）
设计微重力网探测空洞与矿体质量估算
重力—磁法—激电多物性联合靶区分级

核心概念

术语	定义
Bouguer 异常	观测重力经标准改正后的剩余，反映密度不均
自由空气改正	高程变化引起的重力变化， $0.3086 \times \Delta h$ mGal/m
Bouguer 板改正	无限平板近似， $0.418 \times \rho \times \Delta h$ mGal
地形改正	Hayford 分区法补偿地形质量影响
剩余质量	异常积分与矿体吨位相关，正演/反演估算
均衡异常	去除长波地壳均衡效应，突出局部矿致异常
重力梯度	重力随水平距离变化率，对浅部小异常更敏感
剩余异常	区域趋势分离后的局部异常，矿致异常分析对象

参数与指标

参数	典型值	单位	说明
重力仪精度	0.01–0.02	mGal	Scintrex CG-5 / CG-6
详查点距	25–100	m	铬铁矿、磁铁矿
区域点距	500–2000	m	构造填图
地形改正半径	0–166.7	km	Hayford B–M 区
矿石密度	3.5–5.2	g/cm³	磁铁矿 4.5–5.2
围岩密度	2.6–2.8	g/cm³	花岗质岩石
微重力识别阈值	0.05–0.1	mGal	空洞探测

公式

自由空气改正： $\delta g_{\mathrm{FA}} = 0.3086 \times h$ mGal（h：m）
简单 Bouguer 改正： $\delta g_{\mathrm{B}} = 0.418 \times \rho \times h$ mGal（ρ：g/cm³）
Bouguer 异常： $g_{\mathrm{B}} = g_{obs} - g_{lat} - g_{\mathrm{FA}} + g_{\mathrm{Bouguer}}_{slab} - g_{terrain} + g_{drift}$
剩余质量（2D 无限圆柱近似）： $M \approx (1 / (2\pi G)) \times ∫ g_{\mathrm{B}}(x) dx$ ， $G = 6.674 \times 10^{-}¹¹$

工具与标准

常用软件/仪器：Scintrex CG-6；Geosoft GM-SYS 三维重力建模；Seequent VOXI 重力反演
相关标准：GB/T 17434；IAG 重力基准（WGS84/IGS）

操作步骤

基站：稳定基点每 1–2 h 记录漂移曲线
野外观测：RTK 高程 ±0.1 m；每站必要时双测
改正：自由空气、Bouguer（默认 ρ=2.67，实验室修正）、地形、潮汐/漂移
建模：GM-SYS 三维正演 → 调整几何与密度差 → 剩余质量估算 → 钻探排序

知识延伸

重力法对密度差敏感，适合铬铁矿、磁铁矿、块状硫化物等高密度矿体，对低密度蚀变带表现为负异常。改正质量决定成败：1 m 高程误差约 0.3 mGal，可掩盖小型矿异常。混合岩性区统一 Bouguer 密度会产生系统误差，应分区密度或联合反演。

与磁法对比：磁铁矿兼具高密度高磁化率，重磁异常可同源；铬铁矿磁性弱但密度高，重力更可靠。微重力用于采空区、喀斯特空洞探测，要求测点高程与潮汐改正极其严格，适合矿山安全与基建，而非区域普查。

多物性决策：正重力+正磁+高 IP 异常高度指示磁铁矿或含磁硫化物；正重力+低磁+高 IP 可能为致密硫化物透镜体；仅重力异常而无地质约束时，优先采集物性样品与槽探，再决定是否深钻。

多物性联合解释矩阵

磁	重力	IP/电阻率	地质约束	解释倾向	钻探优先级
强正	强正	低阻高 IP	矽卡岩/铁矿	磁铁矿或含磁硫化物	高
弱	强正	低阻高 IP	块状硫化物	致密 Cu–Zn 透镜体	高
弱	弱	低阻高 IP	浸染状	斑岩/浸染硫化物	中—高
弱	弱	低阻低 IP	粘土蚀变	非矿蚀变带	低
弱	负	低阻	石墨片岩	IP 假异常	验证后决定

Bouguer 改正细节：自由空气改正 $\delta g_{\mathrm{FA}} = 0.3086 \times h$ 补偿高程变化；Bouguer 板改正 $\delta g_{\mathrm{B}} = -0.418 \times \rho \times h$ 移除无限平板效应（符号约定因软件而异，须统一）。地形改正用 Hayford 分区法，改正半径 0–166.7 km；局部地形起伏 >50 m 时地形改正量可达 0.5–2 mGal，不可忽视。潮汐改正幅度约 0.1–0.3 mGal，微重力测量必须实施。

常见误区

高程误差 1 m 掩盖小异常
混合岩区使用统一 Bouguer 密度
忽略区域重力梯度，误判局部异常

关联章节

1.2.1 磁法测量 — 重磁联合解释 BIF/铬铁
1.5.2 三维地质建模 — 密度域与块模型
5.4.4 重力选矿 — 矿石密度与选厂设计

自测要点

Bouguer 改正中自由空气项与 Bouguer 板项的物理意义有何不同？
何种矿床类型最宜优先采用重力详查？说明密度对比条件。