汪碩 ，段書新，呂孝勇，胡英才，吳曲波，劉祜，劉武生

（1.核工業(yè)北京地質研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京 100029；2.湖南繼善高科技有限公司，湖南 長沙 410208）

賦存于中、新生代盆地中的砂巖型鈾礦是當前主要的鈾礦勘查類型之一［1］。可地浸砂巖型鈾礦由于其較低的開采成本和低破壞的開采方式，現(xiàn)已逐漸發(fā)展成我國最主要的產(chǎn)鈾類型。砂巖型鈾礦往往賦存于以砂泥巖為主的沉積盆地中，該類盆地中由于砂體的存在，含鈾含氧水能夠在其中運移，當物理化學條件改變時，鈾這一有用組分將富集沉淀形成鈾礦［2］。因此，研究、識別與成礦相關的有利砂體的地球物理場分布特征，對快速定位成礦有利地段、評價成礦環(huán)境等具有重要的現(xiàn)實意義［3-6］。非震勘探，尤其是電磁法勘探技術，近年來在研究盆地基底結構、砂體展布特征等領域發(fā)揮了重要作用，但一直以來對層厚較薄的砂泥互層的識別存在較大難度；其次，以往常用的AMT/CSAMT 法難以在低阻盆地中達到1 km 以上的勘探深度，而具備足夠測深能力的大地電磁法需要在觀測時間上作出犧牲。廣域電磁法作為一種抗干擾能力強、工作效率高、測量精度高、勘探深度大的電磁測深新方法［7］，在沉積地層賦存礦產(chǎn)勘探領域已經(jīng)有大量成功應用的案例［8-9］，但在砂巖型鈾礦勘查應用方面仍處于探索階段。本文在二連盆地喬爾古地段開展砂巖型鈾礦的砂體識別技術研究，為砂巖型鈾礦勘查提供新的深部探測手段。

1 研究區(qū)地質與地球物理特征

1.1 地質特征

研究區(qū)位于二連盆地格日勒敖都凹陷，盆地結構經(jīng)歷了古生代海槽和中生代陸盆兩個漫長而復雜的演化期，形成了基底和蓋層兩種截然不同的構造層。本區(qū)基底主要由元古宇、古生界變質巖系及華力西—燕山期的基性-中酸性侵入巖構成。蓋層主要由白堊系、古近系、新近系和第四系構成［10］。其中白堊系分布較廣，下白堊統(tǒng)巴彥花群（K1B）在區(qū)域上由下至上可分為阿爾善組（K1a）、騰格爾組（K1t）、賽漢組（K1s），區(qū)內鉆孔揭露情況普遍只見到賽漢組（K1s）；上覆上白堊統(tǒng)二連組 （K2e）。主要賦礦地層為賽漢組 （K1s）砂巖。賽漢組內鈾礦化產(chǎn)在扇三角洲、辮狀河三角洲平原亞相河道間微相中和曲流河道砂體中。賽漢組上段河道砂體從下往上發(fā)育2～3 個沉積旋回，每一個沉積旋回均發(fā)育一期的河道充填沉積，每一期河道砂體厚度在20～120 m。區(qū)內賽罕組下段未揭露，根據(jù)鄰近鉆孔推斷可能厚度較小。

1.2 地球物理特征

前人在該地段已經(jīng)開展了大量電磁法工作，對區(qū)內不同巖性的巖石做了較系統(tǒng)的物性測試工作。根據(jù)核工業(yè)航測遙感中心［11-12］搜集整理的露頭小極距測深、孔旁測深、實測曲線及測井資料的電阻率值，綜合得出二連盆地各地層及巖體的主要電性參數(shù)（圖1）。通過以上電性資料分析可知，區(qū)內具有兩個較為明顯的電性界面： 一是基底與蓋層間的電性界面，二是中生界與新生界之間的電性界面。此外，下白堊統(tǒng)賽漢組不同巖性之間也存在一定的電性差異，下白堊統(tǒng)賽漢組砂巖電阻率較周圍泥巖高，但異常襯度相對較小，給測量工作增加了難度。

2 廣域電磁法方法技術

2.1 方法原理

傳統(tǒng)的頻率域電磁測深方法都是基于觀測感應電場和磁場，然后通過卡尼亞電阻率計算公式進行合成計算視電阻率。廣域電磁法則采用了不同的電阻率定義，其以電偶極為場源，僅測量電場的x 分量，來定義廣域視電阻率［13］。據(jù)此則會得到：

上式是均勻大地表面上水平電偶極源的Ex的嚴格的、精確的數(shù)學表達式。根據(jù)式（1）可以定義廣域意義上的視電阻率：

圖1 研究區(qū)主要巖性電阻率分布Fig.1 Resistivity of main rocks in the study area

式中：ρa為測點處視電阻率；KE-Ex為裝置系數(shù)；ΔVMN為測點處電壓差，由測點處電場強度Ex和電極距MN 相乘得到；I 為供電電流；FE-Ex(ikr)為電磁效應函數(shù)；φ 為電偶極源方向和源的中點到接收點矢徑之間的夾角；r 為收發(fā)距；-ik＝（-1-i）/δ 中的δ 為均勻半空間的波數(shù)。

采用計算機迭代的辦法，任取一個可能的電阻率ρ 值，并將發(fā)送電流I，源尺寸dL、方位角φ、工作方法ω 等參數(shù)一起代入，利用計算機迭代計算，直到達到滿意的精度為止。最終把此ρ 值作為工作頻率的最佳值，參與后續(xù)分析和反演計算。

2.2 觀測裝置與測線布設

區(qū)內共布設6 條平行測線（圖2），各測線間距0.8～1.2 km 不等，測線方向NW-SE，點距100 m，各測線長度均為4.1 km。發(fā)射電偶源布設在接收區(qū)西南側，由于測區(qū)整體電阻率較低，且最大探測深度約為1 km，因此選擇相對較小的收發(fā)距，使接收端的信號強度得到保證。實際布設中收發(fā)距為5～8.4 km，電偶源AB 極間距離950 m。觀測頻率范圍8 192～0.097 7 Hz，共觀測56 個頻點。

2.3 數(shù)據(jù)處理及反演

對廣域電磁法數(shù)據(jù)進行了常規(guī)處理，如飛點剔除、靜態(tài)校正等，得到各測點視電阻率和相位隨頻率的變化曲線。

1） 一維模型約束反演

首先開展一維反演，獲得各測點下方電阻率隨深度的分層信息；其次對照一維反演結果，調整尖銳跳變層頂?shù)装逦恢?；最后，將該一維分層結果作為二維反演的初始模型，進行二維反演計算。

2） 深度線性校正

該轉換法利用了沉積地層中各層巖性電性的橫向均一性，適用于該類地質環(huán)境的勘查工作。當存在一個或若干個已知鉆孔、測井資料時，可將該鉆孔結果定義為“標準孔”，參照其結果對全剖面進行深度上的轉換校正，使剖面界面解譯結果與“標準孔”吻合。然后根據(jù)轉換后的圖像特征將巖性界面進行橫向外推，從而獲得整個剖面的電性分布特征。

圖2 研究區(qū)地質及測線部署示意圖Fig.2 The geological sketch and layout of BDEM profiles in the study area

本次研究中，選取研究區(qū)中已知鉆孔ZKH-2 作為“標準孔”，對成果斷面的反演深度進行線性變換，使反演結果與之吻合，然后據(jù)此結果外推地層界線。

3 廣域電磁測深剖面結果及鉆孔驗證

3.1 剖面反演結果及推斷解譯

測區(qū)測線所穿過的區(qū)域地表多以第四系覆蓋為主，地表無其他巖性露頭。根據(jù)區(qū)域資料認為剖面水平方向上無明顯巖性變化，地層展布近水平層狀，剖面深部地層由鉆孔揭露主要為上白堊統(tǒng)賽漢組和騰格爾組泥、砂巖地層為主，深部基底為二疊系變質巖。由于區(qū)內電阻率橫向變化較小，因此僅以L87線結果為例進行討論。根據(jù)L87 線電阻率分布特征（圖3），反演斷面中電性結構主要可分為8 個層位。根據(jù)物性測試結果推斷，中低阻電性層可推斷為中粗粒砂巖，當電阻率進一步升高時多表現(xiàn)為砂礫巖、礫巖，低電阻率層位基本可推斷為泥巖或粉砂巖。結合鉆孔揭露情況，認為剖面地層從時代上能夠劃分成三段，從淺到深分別為新近系（N）、賽漢組上段（K1s2）和賽漢組下段（K1s1）。其中新近系表現(xiàn)為砂泥互層結構，多以15～40 m 泥、砂巖為主，剖面上共劃分3 層砂巖、2 層泥巖。標高900～400 m 處地層主要劃分為賽漢組上段，整體電阻率表現(xiàn)為低阻特性；標高400 m 以下則以高阻為主，由于缺乏深部鉆孔資料，僅根據(jù)區(qū)域地質認識推斷為賽漢組下段地層。在賽漢組上段、下段之間發(fā)育一層中高阻，推斷為賽漢組上段砂巖，該層位為該地段鈾礦的賦礦地層，根據(jù)測深結果認為該砂體在剖面水平2 000～3 700 m 段相對厚大，為鈾礦的富集提供了更大的空間，具有較好的找礦前景。

3.2 鉆孔對比驗證結果

圖3 L87 線廣域電磁反演結果（a）與地質解譯斷面圖（b）Fig.3 Inversion result of WDEM and geological interpretation section of Line 87

ZKH-2 鉆孔通過剖面2.1 km 處，鉆孔揭露在深度為60 m、97 m、125 m、210 m 和555 m 處發(fā)現(xiàn)有粗粒砂巖或礫巖。其中深度125 m 和555 m 處的砂巖層厚度分別為60 m和104 m，相對較為厚大，其他砂巖層厚度一般為15 m 左右的薄層。

對比剖面電阻率縱向特征與ZJH-2 鉆孔（圖4）認為，廣域電磁法反演結果能夠較好地反映50 m 以上的較厚大的砂巖層，其反演的頂?shù)捉缑媛裆钆c鉆孔揭露的層界面吻合度較高。對于薄層砂巖，當埋藏深度較淺時，反演結果能夠識別50 m 以上的多層不連續(xù)的泥砂互層，而埋深較深的薄層砂巖則難有反應。但其對淺部泥砂互層的分辨結果較天然場電法更細致，表明廣域電磁法在識別具有一定厚度的中高阻層時具有較好的響應。

圖4 鉆孔與電磁法測量結果對比Fig.4 Comparison of drilling and electromagnetic sounding results

4 討論

目前廣域電磁方法相對其他常規(guī)頻率域電磁測深方法而言仍屬于較新的方法技術，尤其在鈾礦勘查領域的應用尚在起步階段，其方法理論和應用研究方面仍有許多待解決的問題。如本次試驗研究中標高400 m以下的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出高阻特征，這與周邊地區(qū)認為深部存在大段賽漢組下段-騰格爾組泥巖的中低阻地層特征相悖。由于廣域電磁法電阻率理論上不存在CSAMT 的“近場效應”，深部數(shù)據(jù)可靠性較高。剖面相鄰2 km 處鉆孔顯示深部存在二疊系變質板巖，因此初步推斷基底高阻可能為該變質巖地層所致。

5 結論

通過在二連盆地砂巖型鈾礦開展的廣域電磁試驗研究，獲得了已知鉆探剖面下方的電阻率分布特征，較好地反映了地下砂體分布特征：

1） 由于二連盆地砂巖型鈾礦地層具有以泥砂巖為主，且橫向上連續(xù)性相對較好的特征，因此反演過程中采用了一維反演結果作為先驗模型參與反演。在最終確定反演深度時以剖面上已知鉆孔揭示的地層界線為標準，采用深度線性校正方式校準全區(qū)的反演深度。本次試驗L87 線由“標準孔”校準后的反演結果與剖面上其他鉆孔地層層序對應情況較好，表明該轉換方法適用于沉積相對較穩(wěn)定、連續(xù)的地區(qū)，能夠達到提高反演結果縱向分辨能力的目的。

2） 研究結果表明，廣域電磁法由于其特定的電阻率計算公式，其對高阻體更加靈敏，因此在該地區(qū)對中高阻砂巖有更好的反映。在實際應用過程中，該方法能夠較好地分辨出淺部200 m 以上的、物性差異相對較小的泥砂互層（砂巖層厚約20 m）。