林建勇， 杜廣仁， 陳 輝

(1. 江蘇省核工業(yè)二七二地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 南京 211102；2. 核工業(yè)二四○研究所，遼寧 沈陽 110032；3. 東華理工大學(xué) 地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院， 江西 南昌 330013)

大平山地區(qū)是我國重要的鐵銅礦產(chǎn)地之一，位于南京市南郊江寧區(qū)橫溪鎮(zhèn)西部，處于寧蕪火山巖盆地中段邊緣，區(qū)內(nèi)廣泛分布著中生代陸相火山巖(王少華等，2014；梁峰等，2014)。研究人員曾在南京江寧縣一帶進(jìn)行過1∶5萬地質(zhì)調(diào)查工作(1)王尹，楊生.2015.南京市江寧區(qū)娘娘山、太平山CSAMT綜合成果報(bào)告.江蘇省核工業(yè)二七二地質(zhì)大隊(duì).。之后，冶金、地質(zhì)和化工等部門的生產(chǎn)單位也對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了大量的礦產(chǎn)普查勘探和地質(zhì)研究工作，不僅探明了大量的礦產(chǎn)儲(chǔ)量，而且積累了極其豐富的地質(zhì)資料(張昆等，2015)。

可控源音頻大地電磁測(cè)深法(簡稱CSAMT)是為了解決音頻大地電磁法(AMT)天然場(chǎng)源信號(hào)弱、干擾大等問題，提出利用人工電磁場(chǎng)源進(jìn)行發(fā)射的一種頻率域電磁勘探方法(盧鴻飛等，2013；鐘幼生等，2015；黃兆輝等，2006)。該方法具有勘探深度范圍大、觀測(cè)效率高、橫向分辨能力高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于固體礦產(chǎn)勘探、地?zé)峥碧?、環(huán)境工程勘查等方面(崔江偉等，2015；楊振威，2013；湯井田等，2010；許廣春，2011)。

本研究將利用CSAMT法查明大平山地區(qū)斷裂及延伸情況，為礦產(chǎn)勘探提供參考資料。首先，通過收集以往該地區(qū)的地質(zhì)調(diào)查資料及實(shí)地的物性資料，總結(jié)研究區(qū)的地質(zhì)地球物理概況，然后對(duì)大平山地區(qū)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，簡述CSAMT方法剖面實(shí)施的原則，最后詳細(xì)講述CSAMT方法的原理、數(shù)據(jù)處理過程以及反演解釋結(jié)果。

1 地質(zhì)和地球物理概況

1.1 地質(zhì)概況

大平山地區(qū)內(nèi)出露的地層主要是下白堊統(tǒng)龍王山組下段(K1l1)以及中下侏羅統(tǒng)象山群上段(J1-2xn2)，少量中三疊統(tǒng)黃馬青組(T2h)，此外有部分次火山巖和侵入巖出露。

大平山測(cè)區(qū)的構(gòu)造主要是北東向、北西向構(gòu)造。北東向構(gòu)造主要沿巖體與龍王山組接觸界線展布，此外在龍王山組內(nèi)部也可見北東向構(gòu)造。北西向構(gòu)造主要位于測(cè)區(qū)東南部位，構(gòu)造主要產(chǎn)于龍山組與象山群接觸部位。該區(qū)的構(gòu)造主要為張性構(gòu)造。

1.2 重力場(chǎng)特征

為更全面的反映大平山地區(qū)的斷裂分布及延伸情況，CSAMT方法的測(cè)量剖面應(yīng)穿過重力異常，并盡可能垂直于斷裂走向。由大平山地區(qū)布格重力異常圖(圖2)可見，地區(qū)布格重力主要呈中部低，西北高的形態(tài)分布。其中，西北重力高由三個(gè)橢圓狀局部重力高組成，最高約22.6 mGal；最低位于地區(qū)中心，異常形態(tài)近似橢圓，最低值約20.2 mGal。為了增強(qiáng)重力異常局部特征，對(duì)布格重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行水平總梯度處理(圖3)。從圖3中可知，等值線密集(重力異常變化劇烈)區(qū)域的水平總梯度值高，最高值位于研究區(qū)的中心位置，其值約為13 mGal/km。CSAMT測(cè)線穿過重力異常及向上延拓后的區(qū)域重力異常，并垂直于主要邊界的走向。

1.3 物性特征

為了研究該區(qū)的地球物理特征，在研究區(qū)內(nèi)采集大量露頭標(biāo)本，測(cè)定其密度和電阻率參數(shù)，測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。由表1可見，地層巖石電阻率變化規(guī)律與巖性、地質(zhì)年代密切相關(guān)，巖石電阻率因地層和巖性的不同而有很大差異。結(jié)合測(cè)區(qū)的電阻率參數(shù)特征，將電阻率分為3個(gè)級(jí)別：①小于500 Ω·m為低阻層；②500～2 000 Ω·m為中阻層；③大于2 000 Ω·m為高阻層。地層巖石密度變化規(guī)律與巖性密切相關(guān)，同一地層或地層年代相近的地層，巖石密度因巖性的不同而有很大差異。結(jié)合各分區(qū)的密度參數(shù)特征，將密度分為3個(gè)級(jí)別：①小于2.4 g/cm3為低密度層，②2.4～2.5 g/cm3為中等密度層，③大于2. 5 g/cm3為高密度層。

表1 巖石標(biāo)本物性參數(shù)表

下白堊統(tǒng)娘娘山組上段為黝方響巖和響巖熔結(jié)集塊巖，電阻率為705～18 506 Ω·m，均值為4 121 Ω·m；密度為2.45～2.51 g/cm3，均值2.49 g/cm3，為高阻中密度層。下白堊統(tǒng)娘娘山組中段為熔結(jié)凝灰?guī)r和熔結(jié)火山角礫巖，電阻率為209～78 049 Ω·m，均值為2 101 Ω·m；密度為2.41～2.65 g/cm3，均值2.56 g/cm3，為高阻高密度層。下白堊統(tǒng)娘娘山組下段為粗面質(zhì)凝灰角礫(熔)巖，電阻率為295～628 Ω·m，均值447 Ω·m；密度為2.28～2.40 g/cm3，均值2.34 g/cm3，為低阻低密度層；下白堊統(tǒng)白頭山組上段為粗面質(zhì)凝灰熔巖，電阻率為643～2 224 Ω·m，均值1 477 Ω·m；密度為2.59～2.67 g/cm3，均值2.65 g/cm3，為中阻高密度層。下白堊統(tǒng)龍王山組下段為安山質(zhì)火山角礫巖和安山巖，電阻率為258～7 770 Ω·m，均值為1 118 Ω·m；密度為2.12～2.50 g/cm3，均值2.31 g/cm3，為中阻低密度層。侏羅系中下統(tǒng)象山群組上段為長石石英砂巖加碳質(zhì)頁巖泥質(zhì)粉砂巖，其中泥質(zhì)粉砂巖電阻率為186～242 Ω·m，均值為212 Ω·m，長石石英砂巖電阻率為293～850 Ω·m，均值為465 Ω·m；密度為2.37～2.45 g/cm3，均值2.42 g/cm3，為低阻中密度層；另外硅化強(qiáng)烈?guī)r石，電阻率為1 118～8 357 Ω·m，均值為3 132 Ω·m密度為2.31～2.60 g/cm3，均值2.54 g/cm3，為高阻高密度層。

區(qū)內(nèi)侵入巖主要以二長斑巖和石英二長斑巖為主，其中巖體石英二長斑巖電阻率為197～1 539 Ω·m，均值為412 Ω·m；密度主要為2.32～2.55 g/cm3，平均密度為2.42 g/cm3，為低阻中密度層。根據(jù)前期電法剖面結(jié)果顯示，巖體在地表50 m以淺表現(xiàn)為低阻，而深部巖體則表現(xiàn)為高阻。物性標(biāo)本采集均來自地表露頭，其低阻特征可能是因?yàn)槠扑椤⒑缘纫蛩匾?，只能指示地表巖體的電阻率特征。因此，通過重力勘探和CSAMT方法能夠比較有效地區(qū)分該地區(qū)的地層和構(gòu)造特征，為該區(qū)域的深部找礦提供有效的參考。

2 方法技術(shù)

2.1 CSAMT方法原理

CSAMT法針對(duì)音頻大地電磁法天然場(chǎng)源信號(hào)弱、不可控以及人為干擾較強(qiáng)等缺點(diǎn)，通過接地長導(dǎo)線激發(fā)頻率域人工電磁場(chǎng)源，然后在波區(qū)仿照AMT的野外工作方式測(cè)量相互正交的電磁場(chǎng)分量Ex和Hy，再利用卡尼亞視電阻率計(jì)算公式得到視電阻，其視電阻率(ρω)計(jì)算公式為：

(1)

式中，μ為磁導(dǎo)率；ω為角頻率。由于介質(zhì)對(duì)電磁波有吸收作用，電磁場(chǎng)衰減到1/e時(shí)的電磁波傳播距離即為趨膚深度δ：

(2)

式中，ρ為介質(zhì)電阻率，f為電磁波頻率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，探測(cè)深度D與工作頻率和大地電阻率有如下關(guān)系：

(3)

因此，探測(cè)深度與電磁波頻率有關(guān)，電磁波頻率增大，探測(cè)深度變淺；CSAMT就是利用這一原理，通過改變發(fā)射的電磁波頻率來改變探測(cè)深度，從而達(dá)到測(cè)深目的。

2.2 數(shù)據(jù)采集

CSAMT方法數(shù)據(jù)采集采用的是赤道偶極工作裝置，陣列方式采集，大大提高了作業(yè)效率和采集數(shù)據(jù)精度。圖4為CSAMT觀測(cè)系統(tǒng)布置、接收裝置布置。工作中，將供電端布設(shè)在距離測(cè)線7～10 km處，且平行于測(cè)線方向放置，測(cè)量端以陣列方式，逐個(gè)排列進(jìn)行測(cè)量，一臺(tái)發(fā)射機(jī)發(fā)送信號(hào)，主接收機(jī)和輔助接收機(jī)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，用布設(shè)不極化罐和埋設(shè)磁探頭的方式接收電場(chǎng)信號(hào)和磁場(chǎng)信號(hào)，由于每個(gè)接收機(jī)有3道，一次可以接收6個(gè)極距的數(shù)據(jù)。頻率采集的范圍在8.33 Hz到7 680 Hz，采集周期為40分鐘，最大供電電流為15 A。結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)資料和重力場(chǎng)特征，在研究區(qū)布設(shè)測(cè)線一條(圖1，2)，共42個(gè)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)距為25 m。

2.3 數(shù)據(jù)處理

CSAMT觀測(cè)數(shù)據(jù)首先通過V8系統(tǒng)的處理軟件系統(tǒng)進(jìn)行，預(yù)處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入2D大地電磁二維處理與解釋軟件。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，剔除干擾段數(shù)據(jù)，并繪制視電阻率-頻率斷面圖和相位-頻率斷面圖，再通過二維反演，繪制出二維反演斷面圖。通過分析以上圖件，劃分出異常區(qū)域，并結(jié)合已有的地質(zhì)材料，進(jìn)行綜合解釋判斷，分析斷裂構(gòu)造分布及延伸情況。數(shù)據(jù)處理步驟如圖5示。

3 CSAMT方法在大平山地區(qū)的應(yīng)用

視電阻率和相位曲線隨時(shí)間的變化特征可以定性的反應(yīng)出地下地質(zhì)情況隨深度的變化特點(diǎn)，從而可以很直觀地對(duì)典型結(jié)構(gòu)做出初步判斷(王艷等，2009；鄭秋月等，2015；陳龍偉等，2012)。資料的定性分析是針對(duì)頻率域的資料進(jìn)行的，依據(jù)不同地質(zhì)構(gòu)造、電性分布特征的大地電磁響應(yīng)規(guī)律，分析提取原始資料中的地質(zhì)信息，定性地把握地下電性層的分布特征、地層起伏變化情況、局部構(gòu)造、構(gòu)造單元?jiǎng)澐值?，為進(jìn)一步的定量解釋提供依據(jù)，同時(shí)評(píng)價(jià)、檢驗(yàn)、落實(shí)定量解釋成果的可靠性(吳瓊等，2015；馬國慶等，2012；高玉文等，2012；許闖等，2013)。然后對(duì)CSAMT數(shù)據(jù)進(jìn)行二維連續(xù)介質(zhì)反演，并結(jié)合剖面的重力異常及重力水平總梯度異常，得到最終的解釋成果。對(duì)測(cè)量得到的CSAMT數(shù)據(jù)，先通過定性分析方法得到視電阻率-頻率斷面圖和相位-頻率斷面圖。

為更好的得到大平山地區(qū)的斷裂分布及延伸情況，結(jié)合重力剖面數(shù)據(jù)與二維連續(xù)介質(zhì)反演電阻率斷面圖，進(jìn)行綜合解釋，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，測(cè)線大部分區(qū)域出露白堊系下統(tǒng)龍王山組下段地層，巖性以安山質(zhì)火山角礫巖、角礫集塊巖為主。測(cè)線中部1 800～2 150點(diǎn)及測(cè)線南端出露侏羅系中下統(tǒng)象山群，巖性以長石石英砂巖為主，偶夾有粉砂巖、炭質(zhì)頁巖，進(jìn)一步進(jìn)行地電分析，劃分?jǐn)嗔押偷貙印?/p>

地電分析：電法剖面垂向上以高阻團(tuán)塊為標(biāo)志，可分為3段。橫向上變化較大，呈現(xiàn)高-低-高-低-高的變化趨勢(shì)，低阻與高阻間隔。

斷裂劃分：F6-1，位于2 400點(diǎn)附近，為地層內(nèi)部斷裂。重力水平總梯度有異常顯示，二維電法剖面中顯示為低阻，推斷為斷層破碎帶或者低阻巖類如炭質(zhì)頁巖、粉砂巖等引起。根據(jù)電法剖面異常判斷，該斷裂深度可能在海拔-600 m以深，斷裂方向NE向，傾角60°，傾向SE，斷裂性質(zhì)為正斷裂，推測(cè)斷距為60 m。

F6-2，位于2 150～2 200點(diǎn)之間，為地層內(nèi)部斷裂。地表有出露，重力水平總梯度有異常顯示，二維電法剖面中顯示為低阻，推斷為斷層破碎帶或者低阻巖類如炭質(zhì)頁巖、粉砂巖等引起。根據(jù)電法剖面異常判斷，該斷裂深度可能在海拔-600 m以深，斷裂方向NE向，傾角60°，傾向SE，斷裂性質(zhì)為正斷裂，推測(cè)斷距為100 m。

F6-3，位于1 500點(diǎn)附近，為象山群內(nèi)部斷裂，上被龍王山組覆蓋。重力水平總梯度有異常顯示，二維電法剖面中顯示為低阻，推斷為斷層破碎帶或者低阻巖類如炭質(zhì)頁巖、粉砂巖等引起。根據(jù)電法剖面異常判斷，該斷裂深度可能在海拔-600 m以深，斷裂方向NE向，傾角70°，傾向SE，斷裂性質(zhì)為逆斷裂，推測(cè)斷距為50 m。

地層劃分：根據(jù)電法剖面顯示，該剖面整體為一個(gè)背斜構(gòu)造，南部為向斜構(gòu)造。背斜核部出露象山群，向斜核部為龍王山組。從上往下可以分為3層，北部上層高阻-次高阻對(duì)應(yīng)龍王山組，南部向斜核部龍王山組則表現(xiàn)為低阻，可能為破碎帶等因素引起，厚度小于150 m。中部中阻夾低阻團(tuán)塊地層為象山群地層，厚度小于400 m，低阻可能為斷層破碎帶或者低阻巖類如炭質(zhì)頁巖、粉砂巖等引起。下部中-高阻為三疊系黃馬青組，在工區(qū)SE角有出露，未見底。

通過對(duì)CSAMT和重力兩種不同數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，確定了大平山地區(qū)的地層和斷裂構(gòu)造的地下空間分布及延伸情況。結(jié)合巖石的物性參數(shù)、含礦巖體、成巖成礦背景及鉆探等綜合的地質(zhì)、地球物理資料，CSAMT方法可針對(duì)性的勘查控礦因素以斷裂構(gòu)造為主的礦床。

4 結(jié)論

從太平山地區(qū)測(cè)線斷距分析可知，一般斷距在100 m以內(nèi)，多數(shù)在50 m左右。斷裂深度多數(shù)在海拔-600 m以深，斷裂走向以NE、NW向?yàn)橹鳌＝Y(jié)合該地區(qū)鉆井資料得到較好的驗(yàn)證。綜合利用地表地質(zhì)、電法及重力資料，可以劃分出各個(gè)剖面的斷裂。斷裂在地表一般表現(xiàn)為巖脈充填、可見破碎帶，電法剖面一般可見相對(duì)低阻，重力水平總梯度呈現(xiàn)異常，說明CSAMT方法在分析斷裂構(gòu)造分布和延伸情況時(shí)，能夠取得較好的效果。在進(jìn)行相關(guān)解釋時(shí)，建議綜合參考其他的地質(zhì)和地球物理材料，使解釋結(jié)果更準(zhǔn)確，分析更全面。