摘要
航空瞬变电磁法在低阻体探测方面的优势使其成为多金属矿产资源勘查的重要技术手段，但超浅层低阻覆盖层的存在使得其探测深度和分辨率大幅降低。在新疆维权银铜矿区及周边区域开展航空瞬变电磁、航磁测量中，浅地表盐碱滩形成的低阻覆盖层形成了强烈的电磁响应信号，导致晚期资料的信噪比低或被淹没，使得常用的时间常数（TAU）和电阻率深度成像（RDI）计算结果反映了盐碱滩的分布特征，对区内已知矿床的异常反映不甚明显，探测深度和效果大打折扣。本文利用航空瞬变电磁法一维反演、磁化强度矢量反演和Fraser滤波等数据处理技术对研究区数据进行再处理，深入挖掘有效的异常信息，经综合分析，对已知矿床异常特征反映明显且发现了新的找矿线索，取得了较好的效果。
Abstract
The advantage of the airborne transient electromagnetic method in detecting low-resistivity bodies makes it an important technical means for the exploration of polymetallic mineral resources. However, the presence of ultra-shallow low-resistivity overburden significantly reduces its detection depth and resolution. During the airborne transient electromagnetic and aeromagnetic surveys in the Weiquan silver-copper mining area and its surrounding regions in Xinjiang, the low-resistivity overburden formed by the shallow surface saline-alkali flats generated strong electromagnetic response signals. As a result, the signal-to-noise ratio of the late-stage data was low or the data was submerged. The calculation results of the commonly used time constant (TAU) and resistivity depth imaging (RDI) reflected the distribution characteristics of the saline-alkali flats, and the anomalies of the known ore deposits in the area were not clearly shown, which greatly reduced the detection depth and effectiveness. In this study, data processing techniques such as one-dimensional inversion of airborne transient electromagnetic data, magnetization vector inversion, and Fraser filtering were used to reprocess the data in the study area to deeply extract effective anomaly information. Through comprehensive analysis, the anomaly characteristics of the known ore deposits were clearly reflected, and new ore-prospecting clues were discovered, achieving good results.
0 引言
航空瞬变电磁法是通过测量发射线圈关断后产生的二次磁场信号来研究地下介质的电性差异，进而了解探测区域地质情况。2013 年核工业航测遥感中心引进加拿大 Ge·tech公司的航空瞬变电磁 （VTEM）、航磁系统，在新疆、内蒙、青海、黑龙江、辽宁、云南等地区开展矿产勘查工作，新发现金、银、铅锌、铜等多金属矿，取得丰富成果。该系统采用直升机平台挂载电磁发射和接收线圈、铯光泵磁力仪、高精度卫星定位导航系统等设备（李怀渊等， 2016；王笠洁等，2018；杨明等，2020；姜伟等，2022； 马天宇等，2022；陈立泉等，2023），能够克服复杂地形、地貌影响，快速高效完成大面积探测。其大功率、多物性（磁、电）、多分量（电磁场Z分量、X分量） 的数据采集方式能够提供高信噪比、高分辨率的数据和低多解性的探测效果，为条件复杂地区的矿产勘查工作提供了一种有效的手段。
对低阻体反映灵敏，是瞬变电磁法的最突出优点，但当浅地表有低阻层覆盖时，其引起的电磁噪声会影响电磁探测深度（刘树才等，2005；侯彦威和徐亚飞，2013），导致晚期资料的信噪比低或被淹没，使得探测效果大打折扣。笔者以新疆维权地区实测数据为基础，利用VTEMplus系统采集X和Z双分量电磁和高精度航磁数据优势，通过一维反演、磁化强度矢量反演和 Fraser 滤波等数据处理技术，较好地克服了浅地表盐碱滩低阻覆盖层对探测结果的影响，提取了有效异常响应信息，获得了较好的找矿效果。
1 研究区概况
1.1 地质概况
研究区位于新疆东天山雅满苏大型仰冲断裂与阿其克库都克区域性大型推覆断裂之间觉罗塔格晚古生代沟弧带。区域断裂较为发育，包括东西向逆冲断裂、北东向左行平移断裂和北西向右行平移断裂。区内主要矿床维权银铜矿床就处于北西西向复式背斜北翼、康古尔—黄山韧性剪切带南缘影响带的相对较强变形带中。
区内主要出露上石炭统土古土布拉克组（C2t） 酸性凝灰岩及中性火山碎屑岩夹灰岩透镜体，下石炭统雅满苏组（C1y）中酸性火山熔岩、火山碎屑岩及灰岩。
维权银（铜）矿床产于雅满苏组第三岩相段砂岩、凝灰岩和灰岩互层中，矿体赋存在矽卡岩化灰岩夹凝灰岩、含砾砂岩夹凝灰岩、灰岩夹砂岩层中。维权银铜矿床北部及西南部分布第四系上更新统—全新统，其主要为石盐、盐渍化亚砂土，厚度为 10～30 cm（图1、图2，冯京等，2008；骆燕等， 2015①）。
1.2 维权多金属矿成矿特征
根据前人资料，研究区银铜矿是由岩浆岩上侵，沿构造或次级构造进行矽卡岩化形成（不是矽卡岩化自相关的产物）。区内构造带和矽卡岩化凝灰岩是维权矿床控矿的重要因素。区内主要的控矿构造为断裂F1和F2（图3），已知资料认为，区内铅锌矿（化）体只与凝灰岩中 F1及其平行产出的次级断裂相关，银铜矿（化）体只与破碎凝灰岩中 F2及其平行产出的次级断裂相关，且 F1和 F2为近直立的 “八字形”特征。区内铅锌矿（化）体只与矽卡岩化凝灰岩相关，银铜矿（化）体只与破碎凝灰岩中矽卡岩相关，且赋存在矽卡岩周边及F1、F2及其次级构造中。
图1研究区构造单元划分图
1—吐哈地块；2—大南湖晚古生代岛弧带；3—觉罗塔格晚古生代沟弧带；4—卡瓦布拉克—星星峡中间地块；5—艾尔宾晚古生代残余盆地；6— 库鲁克塔格陆缘地块隆起；7—巴勒滚震旦纪陆内裂陷槽；8—库鲁克塔格陆缘地块南部早古生代拗陷；9—北山古生代裂谷系；10—塔里木中央地块；11—断裂及编号；12—不整合界线；13—研究区；F1—阿其克库都克大断裂；F2—康古尔深大断裂；F3—雅满苏大断裂；F4—大草滩大断裂； F5—辛格尔大断裂；F6—卡瓦布拉克大断裂；F7—兴地大断裂；F8—赛里克沙依大断裂；F9—詹加尔布拉克北东向断裂；F10—喀拉塔格大断裂
维权多金属矿成矿过程可概括为：①成矿早期，形成了向北倾、硫化发育、铅锌矿化的凝灰岩地层；②矽卡岩化期，岩浆岩沿 F1或 F2主要通道上升，伴随从紧闭到开放空间，扩张形成次级构造，相应在 F1或 F2南侧形成矽卡岩化地层，在北侧形成矽卡岩脉（体）；③成矿期（图3），岩浆岩再次沿F1或F2上侵，在 F1或 F2及周边次级构造，铅锌矿（化）体富集，也形成了银铜矿（化）体（王龙生等，2005；孟贵祥等，2006②；姬厚贵等，2006③）。
1.3 岩（矿）石电、磁特征
根据维权矿区钻孔岩性分析（表1），得到如下结论：研究区矽卡岩凝灰岩地层具有相对强磁性 （2833×10-6 4πSI）的特点，矽卡岩磁性（3245× 10-6 4πSI）更强，是区内引起磁异常的主要磁性体，砂岩地层具有相对弱的磁性（1212×10-6 4πSI）。岩石磁性由强至弱依次为：矽卡岩—矽卡岩化凝灰岩—凝灰岩—富硫化物的蚀变凝灰岩—砂岩—大理岩等。
图2维权地区地质及矿产分布图
1—上更新统—全新统；2—渐新统—中新统桃树园组；3—中—下统侏罗统煤窑沟组；4—上石炭统土古土布拉克组第二岩性段；5—下石炭统苦水组第一岩性段；6—下石炭统雅满苏组第三岩性段；7—下石炭统雅满苏组第二岩性段；8—下石炭统雅满苏组第一岩性段；9—晚二叠世混源序列第二侵入次；10—早二叠世混源序列第二侵入次；11—闪长岩；12—矽卡岩化；13—断裂；14—剪切带；15—蚀变带；16—金矿（化）点； 17—中低温热液铜矿（化）点；18—接触交代银铜矿（床）点；19—中高温热液磁铁矿；20—接触交代石榴子石矿（化）点；21—中低温热液铁铜矿 （化）点；22—接触交代锌矿床；23—研究区范围；24—盐碱滩范围
图3维权多金属矿区岩浆岩侵入的成矿期示意图（据孟贵祥等，2006②）
1—凝灰岩；2—富硫化物凝灰岩；3—矽卡岩化凝灰岩；4—构造角砾岩；5—矽卡岩；6—岩浆岩；7—构造带及编号；8—控矿构造及编号；9—铅锌矿化体；10—铅锌矿体；11—银铜矿化体
表1维权银铜矿区不同岩（矿）石电、磁性参数统计
区内地表凝灰岩地层呈高阻，第四系地层具有甚低阻的特点，而处于破碎带中的凝灰岩则介于两者之间；构造带呈高阻，矽卡岩化、蚀变凝灰岩呈低阻。导电性强弱依次为：凝灰岩（3036 Ω·m）—砂岩 （2699 Ω·m）—矽卡岩化凝灰岩（2356 Ω·m）—矽卡岩（1015 Ω·m）—破碎蚀变凝灰岩、银铜矿（化）体、富硫化物铅锌矿化体（小于 1000 Ω·m）（王龙生等， 2005；孟贵祥等，2006②；姬厚贵等，2006③）。
1.4 野外工作方法概述
核工业航测遥感中心使用加拿大 Ge·tech 公司的VTEMplus系统（表2）在研究区进行1∶2.5万航空瞬变电磁、航磁测量，布设测线 70 条，方向 25°，线距 250 m，共完成测量367 km。
表2VTEMplus系统电磁设备参数统计
2 数据处理及结果
2.1 常规数据处理流程
航空瞬变电磁数据预处理主要包含天电噪声修正、后期补偿、基准（背景场）调平和滤波，随后进行深度视电阻率成像（RDI）、时间常数TAU计算等。航磁数据处理主要包括正常地磁场修正、海拔高度修正、磁日变修正等，然后进行区域调平、总场及水平梯度计算、位场转换处理、水平梯度模和斜导数计算等。经处理后，利用 RDI、时间常数 TAU、ΔT图件和参数进行综合分析，提取异常，再对异常进行 2.5维板状体反演模拟，最终推断引起异常的地质体的空间特征。
在以往全国多个地区进行的航空瞬变电磁、航磁多金属矿产勘查中，上述常用的数据处理方法应用效果较好，发现了众多的找矿线索。所以该区测量工作完成后仍按照以上惯用方法进行处理和分析。
2.2 数据处理结果
由图4、图5可知，研究区内 dBz/dt（20～45 道） 和时间常数 TAU 值异常位置与区内盐碱滩分布范围十分吻合，在已知银铜矿床处却没有明显反映。在综合剖面图中，已知银铜矿点在航磁ΔT剖面中呈明显的异常，但在 RDI图（图6）中无明显反映，即在已知银铜矿床上方并未出现预期的低阻异常特征。
分析未出现预期异常特征主要 2 个原因：一是因盐碱滩强导电性在地表形成了低阻覆盖层，使得发射电磁信号在低阻层内形成了较强的感应电动势，信号衰减慢、持续时间长，导致深部（晚期道）的异常信号被淹没。二是RDI计算是一种速度快但相对粗糙的计算，其结果仅能够反映出大致特征。因此，笔者对航空瞬变电磁数据进行了一维反演，并采取 Fraser 滤波等处理，对航磁数据则进行了磁化强度矢量反演（Magnetization Vector Inversion，MVI）。
图4研究区dBz/dt（20~45道）剖面平面图
1—中低温热液金矿（化）点；2—岩浆热液金矿（化）点；3—中低温热液铜矿（化）点；4—接触交代银铜矿（床）点；5—中高温热液磁铁矿；6—接触交代石榴子石矿（化）点；7—中低温热液铁铜矿（化）点；8—接触交代锌矿床；9—研究区范围；10—盐碱滩范围
图5研究区时间常数等值线平面影像图
1—中低温热液金矿（化）点；2—岩浆热液金矿（化）点；3—中低温热液铜矿（化）点；4—接触交代银铜矿（床）点；5—中高温热液磁铁矿；6—接触交代石榴子石矿（化）点；7—中低温热液铁铜矿（化）点；8—接触交代锌矿床；9—研究区范围；10—盐碱滩范围
图6已知维权银铜矿床L4350线综合剖面图
2.3 航空瞬变电磁一维反演
瞬变电磁一维反演是用模型的理论响应曲线来拟合实测数据，具体是运用线性梯度下行迭代最小化方法建立目标函数，拟合使目标函数的值达到最小，同时通过控制反演曲线拟合误差（低于阈值）来控制反演质量。因此，一维反演方法更优于视电阻率深度成像技术。图7为RDI与一维反演的单点对比示意图（李永兴，2010；毛立峰等，2011；殷长春，2018；尹艳广等， 2023），图8为RDI与一维反演的结果对比图。由图可知，一维反演加大了探测深度，同时也提升了细节信息。
2.4 MVI处理
低阻覆盖层的存在，虽然对电磁数据影响较大，但其对航磁数据的影响较小。在以往大多数三维反演中都假定地质体磁信号的响应均来自感生磁场影响，即假设场源中不存在剩磁，磁化方向与地磁场方向一致，进而进行反演计算。在最近十多年的研究中，发现实际地质情况非常复杂，剩磁对磁场信号的影响不可忽略，在感生磁场的假定条件下，剩磁的存在使得反演计算会出现较大的偏差，进而影响对资料的认知程度，导致资料解释结果不可靠。Robert 提出了 MVI，不再假设磁源是否为地磁场、剩磁或者其他，而是将地下介质进行立体剖分，每一个剖分的小立方体都具有方向唯一、大小唯一的磁化强度（图8），利用层析成像的思想，以磁总场数据为基础，计算 3 个标量（即磁化强度振幅、磁化强度在地磁场的投影及其在垂直地磁场分量的振幅）进行三维反演，得到地下介质每一个剖分立方体的磁化率值，进而对地下介质的磁性体空间展布特征进行分析和判断（朱琳等，2018a，2018b），经应用取得了较好的效果。
2.5 Fraser滤波
Fraser滤波是 1969年由 Fraser提出的一种低通平滑算子，其实质是利用滤波算子使数据的拐点或 “零值点”变为更加易于区分的极值点。该滤波算子可以表示为
(1)
式（1）中：fn，n+1为滤波后数据，数据记录点为n和 n+1 之间；Mn-1—Mn+2为相邻 4 点的原始数据（韩凯等，2016）。
图7一维反演与RDI单点数据的对比示意图
图8一维反演与RDI的结果对比图
如图9所示，飞机飞过地下垂直薄目标体时，X 分量通常产生由正到负的响应；飞机飞过厚目标体时产生由负到正的响应，Z 分量数据会在垂直的薄目标体上产生双峰异常，而在厚目标体上产生单峰异常。对 X 分量 dB/dT 曲线进行 Fraser 滤波，其“零值点”变为了“极值点”，一方面X分量的异常峰值与 Z 分量异常位置重合，另一方面 X 分量数据的正负号变化与飞机的飞行方向无关，通过 Fraser 滤波后其极值点的位置可以定位异常（韩凯等，2016）。
图9薄目标体响应特征示意图
3 处理效果及分析
重新处理后形成综合剖面图（图10）。与图4对比，其增加了对X分量38道dB/dt曲线的Fraser滤波剖面图和 MVI 反演剖面图。一维反演剖面整体电性特征与 RDI特征相似，但是一维反演结果增加了诸多细节。X 分量处理后曲线的极值异常位置明显，与 Z 分量的异常位置重合。MVI 反演结果增加了磁异常体的深部信息，与一维反演剖面结合，可更好地综合分析异常的空间展布特征，大大削弱了低阻覆盖层对探测效果的影响。
收集维权银铜矿床已知资料（图11），显示其矿体埋藏深度由近地表至地下500 m左右。由物性资料来看，矿体整体呈“低阻强磁”特征。在 L4350 线综合剖面图上，维权银铜矿床位于平距 4636300 附近，海拔为 800～1200 m。ΔT、Z 分量 dB/dt（15～45 道）曲线、X 分量 38 道 dB/dt 曲线的 Fraser 滤波剖面图，一维反演剖面和 MVI 反演剖面，在对应位置附近呈明显异常，ΔT 剖面呈明显异常（异常幅值约 400 nT），且与地面高精度磁测特征相似；Z分量 dB/ dt（15～45道）曲线呈明显双峰异常，X分量38道dB/ dt 曲线的 Fraser 滤波剖面图呈尖峰异常，且与 Z 分量异常位置重合；在一维反演剖面上矿体整体呈明显低阻（反演电阻率值小于90 Ω·m），在MVI反演剖面矿体则呈团块状强磁（反演磁化率值大于 0.01 SI）。此外，由图10可知，在矿床南侧平距 4636200 附近，一维反演呈高低阻相间特征（高阻出现在埋深150 m及350 m左右，团块状），MVI反演对应磁梯度带，综合分析认为其为断裂构造（F1）的反映；在平距4636700附近，一维反演剖面上对应高、低阻接触带（埋深400 m以浅），MVI反演对应磁梯度带，认为其为控矿构造（F2）的反映。结合物性资料，推断高阻（反演电阻率值大于150 Ω·m）为矽卡岩化凝灰岩和矽卡岩的反映；F1 附近反演电阻率值为 35～90 Ω·m，主要为破碎蚀变凝灰岩及富硫化物铅锌矿化体的反映，F2 以南反演电阻率值小于 30 Ω·m 的低阻特征主要是破碎蚀变凝灰岩及银铜矿（化）体的反映；强磁特征为矿体、矽卡岩和矽卡岩化凝灰岩的综合反映，且强磁性体由近地表延伸至地下 1400 m左右。
可见，重新处理后结果与实际地质情况十分吻合，而且细节丰富，不但对矿体有明显反映，对了解整个研究区的深部地质情况也有较大参考价值。
用同样方法对其他测线数据也进行了处理，在维权银铜矿床外围北部发现了一处与已知矿特征相似的综合异常，位于 L4310 线平距 4636700 附近 （图12）。在埋深250 m以浅，该异常在ΔT剖面上异常幅值约 200 nT、Z分量 dB/dt（35～49道）曲线呈双峰异常特征、X分量38道dB/dt曲线经Fraser滤波后呈尖峰异常特征，一维反演呈低阻（反演电阻率值小于20 Ω·m）特征，相邻北侧存在团块状高阻（反演电阻率值大于200 Ω·m），MVI反演对应团块状强磁 （反演磁化率值大于0.02 SI）。在平距4636800附近一维反演为高低阻接触带，MVI反演呈磁梯度带，推断其为断裂构造的反映；高阻（埋深为 250 m 以浅） 为矽卡岩和矽卡岩化凝灰岩的反映；高阻南侧及其埋深位置250～500 m以浅，低阻为成矿期岩浆岩再次沿断裂构造上侵形成的破碎蚀变凝灰岩及矿 （化）体的反映，强磁特征推断为矿体、矽卡岩和矽卡岩化凝灰岩的综合反映，强磁性体由近地表延伸至地下 500 m 左右。经对高阻南侧低阻钻探验证，最终其落实为阅兵银铜矿，取得了较好的效果。
图10重新处理后L4350线综合剖面与维权银铜矿0线勘探剖面对比图
图11维权银铜矿0线勘探剖面示意图（据孟贵祥等，2006②修改）
1 —矽卡岩；2—反演磁异常体；3—高阻构造带（F1）；4—铅锌矿（化） 体；5—银铜矿（化）体；6—钻孔及编号
4 结论
（1）经重新处理后，研究区维权银铜矿床具有如下航空瞬变电磁、航磁异常特征：维权银铜矿床具有典型的低阻、强磁特征，矿床上方dBz/dt曲线呈双峰异常，dBx/dt经 Fraser滤波后呈尖峰异常，航磁 ΔT 剖面存在明显异常；一维反演电阻率显示为高、低阻接触带附近低阻，MVI反演磁化率对应团块状强磁异常。同时，一维反演剖面显示，矿床控制构造F1、F2在空间上对应高、低阻接触带；MVI反演剖面对应磁梯度带。
图12重新处理后L4310线综合剖面图
（2）低阻覆盖层对电磁探测数据影响较大，但对磁场数据影响较小，仍能够准确地指示异常，体现了有效方法组合综合测量的优势，即便一种方法受到干扰，其他资料还可互相印证，从而提升资料解释的可靠程度。
（3）有效的数据处理技术能更好地提取有效的异常信息，因此，随着数据处理方法的不断发展，对以往研究区的数据进行二次开发，一定会有新的认识与成果。
注释
① 骆燕，宁媛丽，彭莉红 .2015. 新疆东天山阿奇山—黑尖山一带航空TEM示范测量成果报告[R]. 石家庄：核工业航测遥感中心.
② 孟贵祥，庄道泽，张征 .2006. 新疆鄯善县维权一带 1∶5 万电法试验报告[R]. 昌吉：新疆地矿局第一地质大队.
③ 姬厚贵，郑健，高俊宝 .2006. 新疆鄯善县维权矿区普—详查报告[R]. 昌吉：新疆地矿局第一地质大队.
