喻 翔，李西得，萬(wàn)漢平，胡英才

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

二連盆地位于內(nèi)蒙古中部，經(jīng)過(guò)多年的研究及勘探取得了一系列的成果。1990年代烏蘭察布坳陷內(nèi)發(fā)現(xiàn)的努和廷鈾礦床已成為國(guó)內(nèi)特大泥巖型鈾礦床；21世紀(jì)初在烏蘭察布坳陷東部及馬尼特坳陷西部發(fā)現(xiàn)了賽罕高畢和巴彥烏拉鈾礦床，且目前已達(dá)大型規(guī)模，這些都說(shuō)明了二連盆地在砂巖型鈾礦勘探方面具有良好的前景(張金帶等，2013，2010；張虎軍等，2012；李洪軍等，2012；陳祖伊等，2010；焦養(yǎng)泉等，2015；申科峰等，2014)。

騰格爾坳陷位于烏蘭察布和馬尼特坳陷東南部，但迄今為止，其鈾礦勘查并未取得新的突破，尤其是南緣次級(jí)凹陷—扎克斯臺(tái)凹陷，并未見(jiàn)開(kāi)展過(guò)相關(guān)深部研究工作。籍增賢(2007)利用航磁、航放、電磁測(cè)深和遙感資料對(duì)騰格爾坳陷古河道特征進(jìn)行了描述，認(rèn)為大部分鈾礦化點(diǎn)、異常點(diǎn)分布于古河道兩側(cè)及其附近；劉波等(2015)根據(jù)已有的鉆探資料，對(duì)騰格爾坳陷賽漢組上段鈾成礦環(huán)境、控礦成因相等進(jìn)行了特征分析研究并且圈定了三級(jí)遠(yuǎn)景區(qū)。研究表明本區(qū)找礦前景良好，但針對(duì)騰格爾坳陷南緣地層分布、斷裂空間展布及深部地質(zhì)構(gòu)造特征等仍缺乏全面、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)。因此，筆者在騰格爾坳陷南緣扎克斯臺(tái)凹陷進(jìn)行了音頻大地電磁測(cè)深工作，將電法、地質(zhì)和鉆井資料相結(jié)合，對(duì)2條典型AMT測(cè)量剖面進(jìn)行處理和解譯(剖面位置見(jiàn)圖1)，試圖研究盆地深部地質(zhì)構(gòu)造特征。

圖1 工作區(qū)AMT剖面位置圖Fig.1 Location map of AMT profiles in work area 1.構(gòu)造分區(qū)線；2.蓋層斷裂線；3.推測(cè)深大斷裂；4.巖體；5.AMT剖面

1 騰格爾坳陷南緣音頻大地電磁測(cè)量

1.1 剖面位置及質(zhì)量控制

兩條AMT測(cè)深剖面(E1，E2)呈南北向分布(圖1)，每條剖面長(zhǎng)度為25 km。AMT測(cè)量點(diǎn)距為100 m，累積完成502個(gè)測(cè)點(diǎn)，2個(gè)測(cè)點(diǎn)因位于高壓線交匯地段而舍棄。野外數(shù)據(jù)采集中，采用張量測(cè)量，所有測(cè)點(diǎn)均獲取了相互正交的EX，HY，EY和HX實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

在野外數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，磁棒及每個(gè)測(cè)點(diǎn)4方向電道均使用森林羅盤(pán)進(jìn)行校準(zhǔn)后布設(shè)，所有測(cè)點(diǎn)原始記錄絕大多數(shù)頻點(diǎn)的相干度大于0.8。對(duì)于檢查測(cè)點(diǎn)，其原始觀測(cè)與檢查觀測(cè)的X，Y方向視電阻率、相位均方相對(duì)誤差均小于5%，視電阻率曲線也具有較好的重復(fù)性，表明本次AMT數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，可信度高。

1.2 音頻大地電磁資料處理

本次音頻大地電磁測(cè)量采用張量數(shù)據(jù)采集，并記錄4個(gè)分量時(shí)間序列數(shù)據(jù)，且采用探測(cè)的頻率范圍是10～10 000 Hz。野外實(shí)際測(cè)量過(guò)程中采用3臺(tái)V8儀器作為一個(gè)排列同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，電極距為100 m，為保證采集視電阻率、阻抗相位等數(shù)據(jù)資料的質(zhì)量，AMT所有測(cè)點(diǎn)的采集時(shí)間均為25～40 min。首先逐點(diǎn)、逐屏地對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行挑選，剔除存在明顯干擾信號(hào)的時(shí)間序列段；然后將觀測(cè)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傅里葉變換，得到電磁場(chǎng)的功率譜；最后利用功率譜計(jì)算得出視電阻率和阻抗相位。

每個(gè)測(cè)點(diǎn)的視電阻率曲線反映該測(cè)點(diǎn)地下電性隨深度的變化又反映該測(cè)點(diǎn)及附近地下結(jié)構(gòu)的電性不均勻性(王緒本等，2008)。圖2顯示的測(cè)點(diǎn)分別是E1-65，E1-197，E1-223，E2-39，E2-199，E2-235處視電阻率(ρ)曲線，通過(guò)觀察分析兩條剖面各測(cè)點(diǎn)的視電阻率特征，發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)視電阻率曲線形態(tài)與斷裂構(gòu)造的劃分對(duì)應(yīng)較好。另外，所有測(cè)點(diǎn)的視電阻率和相位曲線，視電阻率和相位的相關(guān)性較好，曲線形態(tài)正常。位于E1剖面的65，233號(hào)點(diǎn)和E2剖面的39號(hào)點(diǎn)曲線類(lèi)型為HA型，電阻率曲線尾枝上升說(shuō)明了基底電阻率高，且較穩(wěn)定。構(gòu)造單元內(nèi)部點(diǎn)E1-197視電阻率曲線為H型，相對(duì)于剖面其他構(gòu)造單元而言總體視電阻率偏低，均小于100 Ω·m，且反映了地下相對(duì)高-低-高的電性結(jié)構(gòu)。點(diǎn)E2-199和E2-235視電阻率偏低，約為10 Ω·m，點(diǎn)E2-199曲線類(lèi)型為Q型，電阻率隨深度增加不斷降低，下部低阻電性為騰格爾組泥巖；點(diǎn)E2-235曲線類(lèi)型為QH型，反映地下高-低-相對(duì)高的電性結(jié)構(gòu)。

音頻大地電磁反演主要基于二維反演，三維反演雖然取得一定進(jìn)展，但目前實(shí)際應(yīng)用還不廣泛(沈金松，2003)。本次采用勞雷工業(yè)公司開(kāi)發(fā)的EMAGE-2D軟件進(jìn)行反演，反演核心算法為二維正則化反演算法。本文在反演前對(duì)E1，E2剖面進(jìn)行了二維偏離度計(jì)算，試圖來(lái)了解工區(qū)地下結(jié)構(gòu)是否具有二維性、是否可進(jìn)行二維反演解釋。計(jì)算結(jié)果如圖3所示，2條AMT剖面的阻抗二維偏離度都小于0.3，說(shuō)明2條剖面電性結(jié)構(gòu)可做二維近似。

圖3 E1、E2線阻抗二維偏離度Fig.3 2D impedance deviation degree map of E1, E2 profiles

2 反演計(jì)算

反演計(jì)算即應(yīng)用反演處理軟件對(duì)預(yù)處理后得到的視電阻率和相位數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代計(jì)算，推測(cè)反映地下介質(zhì)理論電阻率的過(guò)程。在反演計(jì)算過(guò)程中，采用TE+TM聯(lián)合模式進(jìn)行電阻率反演，并利用已知地質(zhì)、鉆井資料為背景對(duì)其進(jìn)行約束。實(shí)測(cè)響應(yīng)和反演的模型響應(yīng)均方根誤差均小于4%，表明反演模型可近似反映地下真實(shí)的電性結(jié)構(gòu)，反演結(jié)果如圖4所示。

圖4 E1、E2線二維反演斷面及解譯圖(圖a為E1剖面，圖b為E2剖面)Fig.4 The comprehensive interpretation map of 2D resistivity inversion section 1.第四系;2.新近系泥巖;3.白堊系賽漢組砂巖、砂礫巖;4.白堊系騰格爾組泥巖;5.侏羅系火山巖基底;6.推測(cè)斷裂

3 音頻大地電磁剖面解釋

基于音頻大地電磁二維反演斷面及解譯結(jié)果(圖4)和典型測(cè)點(diǎn)視電阻率曲線(圖2)特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合地表斷裂出露情況劃分，按照AMT剖面跨越三個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元解釋，即溫都爾廟隆起帶、扎克斯臺(tái)凹陷和善旦凸起。

3.1 溫都爾廟隆起帶

溫都爾廟隆起位于騰格爾坳陷南緣，從南至北部盆地方向，地勢(shì)由高至低，燕山期中酸性火山巖發(fā)育，具有較好的富鈾性及表生活化遷移條件。

隆起帶電性結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，分層性較好，深部存在高阻基底，E1和E2線二維反演斷面清晰地反映了隆起帶各地層結(jié)構(gòu)及基底埋深、空間位置和起伏變化情況。第一電性層為相對(duì)中低阻值，電阻率一般為20 Ω·m左右，反映了第四系覆蓋層，厚度約為0～20 m；第二電性層為低阻層，電阻率變化范圍為1～7 Ω·m，推測(cè)為新近系泥巖層，分布平穩(wěn)，厚度不大于100 m；第三電性層為相對(duì)高阻，電阻率在45～110 Ω·m范圍變化，推測(cè)為白堊系賽汗組地層，厚度變化較大，變化范圍為10～500 m；第四電性層在斷面中反映為高阻特點(diǎn)，電阻率值最大，變化范圍為120～200 Ω·m，主要體現(xiàn)為火山巖基底，厚度較大，最大可達(dá)500 m。

3.2 扎克斯臺(tái)凹陷

扎克斯臺(tái)凹陷存在向南和向北傾的電性突變帶，符合盆地次級(jí)凹陷構(gòu)造特征，在定性解釋的視電阻率斷面和單點(diǎn)電阻率曲線上，都對(duì)凹陷構(gòu)造有較好的反應(yīng)。

扎克斯臺(tái)凹陷表現(xiàn)為中低阻成層特征，自上而下劃分為4個(gè)電性層，第一電性層為第四系覆蓋層，厚度較薄，厚度在十幾米范圍內(nèi)變化，相對(duì)中低阻值，電阻率一般為30 Ω·m左右，局部夾雜小范圍高阻粗沙礫石；第二電性層為相對(duì)低阻層，分布厚度均勻，電性變化穩(wěn)定且電阻率變化范圍為1～15 Ω·m，推測(cè)為新近系泥巖層，分布平穩(wěn)，厚度不大于50 m；第三電性層總體上呈現(xiàn)低阻特征如E1剖面所示，電阻率在1～17 Ω·m范圍變化，低阻異常范圍較大，最深可達(dá)500 m，推測(cè)為白堊系賽汗組砂巖層；第四電性層阻值比第三層更低，推測(cè)為白堊系騰格爾組泥巖層，埋藏較深，最大可達(dá)700 m。

綜合E1，E2線二維反演斷面及解譯圖可以看出，E1剖面15 000 m和20 500 m處與剖面相鄰兩側(cè)位置電性差異明顯，為電性陡變部位，因此，推斷存在切穿蓋層和基底地層的兩條深大斷裂F1與F2。E2線與E1線相似，在剖面12 000 m處電性結(jié)構(gòu)特征出現(xiàn)劇烈變化，結(jié)合已知地質(zhì)資料推測(cè)該處界線為F1深大斷裂在E2剖面的反應(yīng)。根據(jù)E1，E2測(cè)線平面分布位置及相關(guān)地質(zhì)資料，推測(cè)F1為盆地區(qū)域性深大斷裂-楚魯圖斷裂，走向?yàn)楸蔽魑飨?，傾向北東，傾角約為60°，F(xiàn)2為測(cè)區(qū)扎克斯臺(tái)凹陷與善旦凸起的分界線，走向?yàn)楸睎|東向，傾向南東，傾角約為70°。

E2剖面21 500 m處西側(cè)和東側(cè)各有一已施工鉆孔ZK1-3和ZK1-4，據(jù)鉆探資料顯示ZK1-3孔深233.30 m，第四系、新近系地層厚度為105 m，鉆孔ZK1-4孔深380.75 m，第四系、新近系地層厚度為125 m，且鉆孔ZK1-3、ZK1-4均未見(jiàn)基底火山巖。對(duì)比E2剖面二維反演斷面及解譯圖，該剖面位置處深部未見(jiàn)高阻基底，由此可知，鉆探資料證明了剖面反演結(jié)果的可靠性。

3.3 善旦凸起

善旦凸起是騰格爾坳陷內(nèi)的次級(jí)凸起，據(jù)二維反演剖面顯示，善旦凸起與溫都爾廟隆起帶電性結(jié)構(gòu)相似，從上至下表現(xiàn)為4層電性層，總體呈現(xiàn)上部低阻下部高阻的特征，基底較厚，約為500 m。E1剖面24 000 m以西施工鉆孔ZK1-2，孔深121.70 m，鉆孔巖心顯示100 m以下見(jiàn)基底火山巖，與E1剖面二維反演結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本次工作利用音頻大地電磁法來(lái)探測(cè)二連盆地騰格爾坳陷南緣地下深部電性結(jié)構(gòu)，通過(guò)應(yīng)用研究得到以下結(jié)論：

(1)通過(guò)對(duì)二連盆地騰格爾坳陷南緣2條典型AMT電磁測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行二維電阻率反演，并對(duì)2條反演電阻率斷面的電性結(jié)構(gòu)特征及相對(duì)應(yīng)的地層進(jìn)行了解釋。了解了各層埋深、厚度及空間分布情況，從淺至深，劃分了5個(gè)電性層，且呈現(xiàn) “中低-低-中高-低-高阻”的電性結(jié)構(gòu)特征。

(2)由于侏羅系火山巖基底相對(duì)圍巖表現(xiàn)為高阻，物性差異明顯，本次音頻大地電磁測(cè)深法取得的應(yīng)用效果明顯。根據(jù)二維電阻率反演斷面圖推斷解譯了2條切穿基底的深大斷裂，其中F1楚魯圖斷裂走向北西西，傾向北東，傾角為60°。同時(shí)根據(jù)斷裂構(gòu)造空間分布位置厘定了善旦凸起與扎克斯臺(tái)凹陷的邊界。

(3)沉積盆地往往廣泛應(yīng)用地震勘探方法，AMT方法分辨率雖較地震方法低，但其設(shè)備輕便，勘探成本低，工作效率高，反演結(jié)果可以清晰地反映出盆地基底形態(tài)和各地層分層情況，能夠滿足砂巖型鈾礦勘查的需要。因此，在勘探工作的前期可發(fā)揮AMT方法優(yōu)勢(shì)，為砂巖型鈾礦的深部勘查評(píng)價(jià)工作提供依據(jù)和支撐。

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