駱燕 劉波 張偉盟劉彥濤程莎莎

(1.核工業(yè)航測(cè)遙感中心,河北 石家莊 050002;2.中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室),河北 石家莊 050002;3.河北省航空探測(cè)與遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 石家莊 050002)

內(nèi)蒙古東部阿巴嘎旗及其以北地區(qū)是內(nèi)蒙古東部新生代火山活動(dòng)相對(duì)集中的地區(qū)之一,在阿巴嘎旗、錫林浩特、灰騰梁等地出露有大面積新生代玄武巖[1]。據(jù)國(guó)外有關(guān)鈾礦地質(zhì)資料,阿巴嘎旗北部蒙古國(guó)境內(nèi)的達(dá)里甘嘎地區(qū)玄武巖蓋下發(fā)現(xiàn)了大型砂巖型鈾礦床。其上覆玄武巖與阿巴嘎旗玄武巖同為晚更新世噴發(fā),并且是連為一體的[2]。玄武巖為古河道提供了后期熱源,促進(jìn)鈾的再次活化、遷移,并對(duì)已形成的鈾礦化起到了保護(hù)作用。為了解研究區(qū)砂巖型鈾成礦空間特征,首先需要摸清玄武巖覆蓋層的展布形態(tài)和分布范圍,并將其剝離。

我國(guó)對(duì)玄武巖覆蓋區(qū)開(kāi)展地球物理探測(cè)及研究主要集中在吉林長(zhǎng)白山地區(qū)[3--6],內(nèi)蒙古烏蘭察布[7]、內(nèi)蒙古阿巴嘎旗[8]、山東蓬萊[9]、江漢油田[10]等玄武巖覆蓋區(qū)也開(kāi)展過(guò)相應(yīng)研究。通常使用的地球物理方法有:電磁法[4--5,8]、磁法[6]、地震法[10--12]、重力法[6]等。針對(duì)大面積玄武巖覆蓋區(qū),常規(guī)的物探方法具有一定的局限性。本次研究使用最新獲取的二連盆地阿巴嘎旗地區(qū)東部航空瞬變電磁(TEM)及航磁數(shù)據(jù),在資料解釋的基礎(chǔ)上有效地探測(cè)了研究區(qū)玄武巖的空間展布特征。

航空TEM(瞬變電磁法)測(cè)量通過(guò)人工發(fā)射脈沖電流,接收地下導(dǎo)電介質(zhì)感應(yīng)電磁場(chǎng)(亦稱(chēng)為“二次場(chǎng)”)響應(yīng),進(jìn)而分析多種電磁場(chǎng)信息,推斷解釋場(chǎng)源體電性分布,以達(dá)到探測(cè)地質(zhì)目標(biāo)體或解決地質(zhì)問(wèn)題的目的。該方法具有分辨率高、對(duì)低阻異常敏感等優(yōu)勢(shì),在多金屬礦產(chǎn)勘查中應(yīng)用廣泛[13--17],探測(cè)效果顯著,在新水井--芨嶺地區(qū)硬巖型鈾礦勘查中已有應(yīng)用[18--19],在砂巖型鈾礦勘查中尚屬首次。

1 地質(zhì)概況

阿巴嘎旗地區(qū)(研究區(qū))跨二連盆地馬尼特坳陷和蘇尼特隆起兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。賀根山巖石圈斷裂呈北東東向橫貫全區(qū),控制著北部馬尼特坳陷和南部蘇尼特隆起的形成、發(fā)育與空間展布。

區(qū)內(nèi)零星岀露下古生界志留系、上古生界泥盆系、石炭系和二疊系;中生界出露少量上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)巴彥花群和上白堊統(tǒng)二連組,新近系和第四系幾乎覆蓋全區(qū)。第四系正常沉積物為沖洪積砂礫、湖積黏土和風(fēng)成砂,主要分布于研究區(qū)北部。上更新統(tǒng)玄武巖(β1)呈巖蓋狀大面積分布于研究區(qū)中南部,玄武巖最厚達(dá)143 m[20]。北部零星分布的玄武巖呈北西西向帶狀展布。根據(jù)已知地質(zhì)資料可知研究區(qū)上更新統(tǒng)玄武巖視電阻率一般大于70Ω·m[21]。

2 玄武巖覆蓋層解釋技術(shù)

2.1 玄武巖覆蓋層航磁解釋

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),已知資料的上更新統(tǒng)玄武巖區(qū)對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)圖上正負(fù)劇烈跳動(dòng)的帶狀磁異常區(qū),推測(cè)這些異常由玄武巖引起。本次玄武巖信息提取過(guò)程中,為確定玄武巖巖性,使用航磁ΔT及航磁ΔT高通濾波(截止波長(zhǎng)20采樣點(diǎn))剖面進(jìn)行綜合分析。

圖1為L(zhǎng)1020線(xiàn)0～50 km 航磁ΔT及航磁ΔT高通濾波曲線(xiàn)圖,在該圖中有5處航磁異常,其中1號(hào)異常航磁ΔT曲線(xiàn)較為圓滑,經(jīng)高通濾波后異常消失,推測(cè)不是玄武巖的反映;2～5號(hào)異常航磁ΔT曲線(xiàn)表現(xiàn)為正負(fù)劇烈跳動(dòng)的“尖峰”異常,經(jīng)高通濾波后表現(xiàn)為正負(fù)跳躍的尖刺狀異常,主要特征為:

圖1 L1020線(xiàn)0～50 km 航磁ΔT 及航磁ΔT 高通濾波曲線(xiàn)圖Fig.1 AeromagneticΔT and it's high pass filter curve at the segment of 0～50 km in survey line L1020

1)航磁ΔT曲線(xiàn)上表現(xiàn)為正負(fù)劇烈跳動(dòng)的尖峰狀異常,異常幅值在100～800 n T 之間;單個(gè)異常寬度較小,一般不超過(guò)1 km;

2)航磁ΔT高通濾波曲線(xiàn)上表現(xiàn)為正負(fù)跳躍的尖刺狀異常,異常幅值絕對(duì)值一般大于3 n T。

根據(jù)火成巖的磁性,噴出巖在化學(xué)和礦物成分上與同類(lèi)侵入巖相近,其磁化率的一般特征相同。由于噴出巖迅速且不均勻地冷卻,結(jié)晶速度快,使磁化率離散性大[22]。因此本區(qū)航磁異常經(jīng)高通濾波后突出高頻信息推測(cè)由玄武巖引起,即2～5號(hào)異常為玄武巖引起。

2.2 玄武巖覆蓋層航空TEM 解釋

根據(jù)以往物性資料,馬尼特坳陷西南部及烏蘭察布坳陷東北部玄武巖視電阻率較高,一般在70Ω·m 以上[21],因此在反演電阻率斷面圖上首先進(jìn)行斷面電性分層解釋。根據(jù)斷面電阻率特征,從上而下玄武巖位于第一電性層。

玄武巖底界面的解釋推斷,主要根據(jù)反演電阻率斷面進(jìn)行識(shí)別?？v觀所有電阻率斷面發(fā)現(xiàn),玄武巖覆蓋層與下伏低阻層之間存在明顯電性差異。雖然在反演電阻率剖面上部均有一水平層狀中高阻層,但這并不全是玄武巖層的反映。從航磁ΔT曲線(xiàn)和高通濾波曲線(xiàn)可以看出,在曲線(xiàn)的不同部位,異常特征存在較明顯的差異。其中一些地段航磁ΔT曲線(xiàn)表現(xiàn)為正負(fù)劇烈跳動(dòng)的“尖峰”異常,經(jīng)高通濾波后表現(xiàn)為正負(fù)跳躍的尖刺狀異常,具備典型的火山巖磁場(chǎng)特征,推測(cè)該異常為玄武巖蓋層引起。而有些地段航磁ΔT曲線(xiàn)則較為圓滑,經(jīng)高通濾波后異常消失,磁異常曲線(xiàn)平緩,推測(cè)為深部磁性體引起。由上述航空TEM 及航磁特征分析可知,上部中高阻層大致存在兩種情況,根據(jù)航磁測(cè)量結(jié)合航空TEM 結(jié)果可以識(shí)別玄武巖空間展布特征。

圖2 為L(zhǎng)1020 線(xiàn)0～6 km 航磁及航空TEM 綜合斷面圖,由圖可知,該段航磁異常(1號(hào))在反演電阻率斷面圖上表層為一薄層中高阻體,且高阻連續(xù)性不佳,航磁ΔT曲線(xiàn)表現(xiàn)為緩起伏的曲線(xiàn)特征,高通濾波后則變?yōu)榈头骄徢€(xiàn),故推斷該異常不是玄武巖引起的。

圖2 L1020線(xiàn)0～6 km 綜合斷面圖Fig.2 Comprehensive section at the segment of 0～6 km in survey line L1020

圖3為L(zhǎng)1020線(xiàn)44～50 km 綜合斷面圖,由圖可知,該段航磁異常(5號(hào))處,反演電阻率斷面圖上表層也為一層中高阻,反演電阻率值一般大于100Ω·m,最高可達(dá)上千Ω·m,高阻層的連續(xù)性好。航磁ΔT曲線(xiàn)具有強(qiáng)烈高頻起伏變化特征,高通濾波后雖然幅值有所降低,但曲線(xiàn)基本形態(tài)未發(fā)生明顯變化。故此,可以根據(jù)上述航磁ΔT及航磁ΔT高通濾波特征,判斷該異常由玄武巖引起;以電阻率斷面圖中的表層高阻層與下層中低阻過(guò)渡帶作為玄武巖蓋層底界面。

2.3 玄武巖覆蓋層航磁、航空TEM 異常特征

根據(jù)上述解釋技術(shù)總結(jié)玄武巖覆蓋層航磁及航空TEM 異常特征:

圖3 L1020線(xiàn)44～50 km 綜合斷面圖Fig.3 Comprehensive sections at the segment of 44～50 km in survey line L1020

航磁ΔT剖面上,正負(fù)劇烈跳動(dòng)的尖峰狀異常,幅值在100～800 n T 之間;單個(gè)異常寬度較小,一般不超過(guò)1 km。航磁ΔT高通濾波曲線(xiàn)上表現(xiàn)為正負(fù)跳躍的尖刺狀異常,異常幅值絕對(duì)值一般大于3 n T。通過(guò)該航磁特征,可以推斷玄武巖巖性。

航空TEM 反演電阻率斷面圖上,地表往下第一電性層;電阻率值一般在100～700Ω·m之間,局部地段大于1 500Ω·m。根據(jù)玄武巖蓋層電阻率特征,并結(jié)合上述解釋的平面范圍,推斷解釋出玄武巖的底界面位置。

通過(guò)航磁ΔT及航磁ΔT高通濾波剖面確定玄武巖巖性,通過(guò)航空TEM 反演電阻率斷面劃定玄武巖層底界面,大致查明了玄武巖覆蓋層的厚度及其空間展布特征,從而將表層玄武巖剝離。

3 研究區(qū)玄武巖覆蓋層剝離

3.1 推斷玄武巖蓋層平面投影

將剖面上玄武巖層的位置標(biāo)注在平面圖上,結(jié)合已知玄武巖層分布范圍,推測(cè)玄武巖層的平面范圍。由圖4可知,推測(cè)的玄武巖主要分布在研究區(qū)東南部,整體上與已知玄武巖范圍吻合。阿巴嘎旗、馬幸呼都格東部及東南部零星出露的侵入巖,在本次推測(cè)過(guò)程中均能與玄武巖區(qū)區(qū)分。東南部玄武巖層大范圍分布區(qū)中,未將網(wǎng)狀的第四系沉積物與玄武巖層區(qū)分,推測(cè)這與第四系沉積物分布范圍小且零散有關(guān)。

研究區(qū)北部零星分布的玄武巖呈北西或北北西向帶狀展布。由于測(cè)線(xiàn)間距較大,L1010線(xiàn)與L1020線(xiàn)北緣平距0～15 km 之間的玄武巖未被探測(cè)到。同樣的情況在L1070 線(xiàn)與L1080線(xiàn)北部、L1110線(xiàn)與L1120線(xiàn)北部也同樣存在。由此可知,航空TEM 測(cè)線(xiàn)間距過(guò)大會(huì)導(dǎo)致測(cè)線(xiàn)間地質(zhì)要素推斷解釋部分缺失,因此建議測(cè)量間距不宜過(guò)大,一般不大于500 m。

3.2 玄武巖厚度

將玄武巖頂界面高程(DEM)減去底界面高程(推斷)得到玄武巖層厚度數(shù)據(jù),并繪制成平面圖(圖5),通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),玄武巖厚度總體表現(xiàn)為以玄武巖通道為中心向周?chē)穸戎饾u變薄的特征。

圖4 研究區(qū)玄武巖層分布Fig.4 Basalt cover in the study area

根據(jù)提取的玄武巖空間信息,經(jīng)統(tǒng)計(jì)除玄武巖通道外,推斷玄武巖平均厚度為66 m。統(tǒng)計(jì)推斷玄武巖分布面積約為4 146 km2,地質(zhì)圖上統(tǒng)計(jì)研究區(qū)玄武巖出露面積為3 438 km2,所推斷圈定玄武巖層分布范圍較出露范圍擴(kuò)大708 km2。玄武巖層有如下空間分布特征:

1)研究區(qū)北部玄武巖分布較分散,且以水平薄層為主,一般厚度在10～50 m 之間,局部可達(dá)70～80 m。在靠近賀根山斷裂帶北側(cè)的L1010、L1040線(xiàn)上和北部的烏蘭烏蘇西,有3處厚度大于100 m 的玄武巖覆蓋區(qū),與反演電阻率斷面解釋結(jié)合分析,推測(cè)為玄武巖噴溢通道,最大值處為火山頸位置。

2)以中部的賀根山斷裂為界,研究區(qū)南部與北部相比,玄武巖分布特征明顯不同。厚度明顯大于北部,且變化較大。一般厚度在30～75 m 之間,局部地段厚度大于100 m。厚度在30～75 m 之間的玄武巖在斷面上呈水平層狀展布,推測(cè)為巖漿溢流形成;局部厚度較大地段多呈“鼓包”狀正地形,往往下面或附近發(fā)育有玄武巖噴溢通道,或者是近直立的火山頸。

3)在阿巴嘎旗北和烏沙呼都格東分布有兩個(gè)極厚的玄武巖地段,高值區(qū)呈團(tuán)塊狀,推測(cè)此處玄武巖以“中心式”噴發(fā)為主,噴發(fā)通道分布密集。其他地段分布較分散,推測(cè)為“裂隙＋中心式”噴發(fā)活動(dòng)的結(jié)果。

4)結(jié)合反演電阻率斷面地質(zhì)解釋分析,在研究區(qū)南部隆起帶上,次級(jí)凹凸單元上的玄武巖厚度也存在明顯差異,局部凹陷內(nèi)玄武巖分布往往較薄,一般厚度約30～50 m,而凸起地段玄武巖的分布卻較厚,一般厚度大于70 m,局部大于100 m。

圖5 研究區(qū)玄武巖層厚度等值線(xiàn)圖Fig.5 Contour map of basalt cover thickness in the study area

3.3 玄武巖覆蓋層數(shù)據(jù)庫(kù)

逐線(xiàn)提取斷面推斷的玄武巖底界面海拔數(shù)據(jù),并將其與基礎(chǔ)物探數(shù)據(jù)庫(kù)合并,生成玄武巖空間位置數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)既包括基礎(chǔ)物探數(shù)據(jù)庫(kù)中的平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)及反演電阻率數(shù)據(jù),同時(shí)也加入了玄武巖頂/底界面海拔高程數(shù)據(jù)及計(jì)算出的玄武巖厚度數(shù)據(jù)。圖6為根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)繪制的研究區(qū)玄武巖蓋層三維示意圖。

4 結(jié)論

1)首次通過(guò)在玄武巖覆蓋區(qū)開(kāi)展航空TEM 測(cè)量,將先進(jìn)的航空TEM 技術(shù)引入到砂巖型鈾礦勘查中。根據(jù)航空TEM 及航磁綜合信息研究與分析,確定了剝離玄武巖層的技術(shù)方法,為尋找玄武巖覆蓋層下方的砂巖型鈾礦提供了重要的資料依據(jù),表明該方法在玄武巖覆蓋區(qū)的應(yīng)用研究是成功的。

圖6 研究區(qū)玄武巖蓋層三維示意圖Fig.6 Three dimensional schematic diagram of basalt cover in the study area

2)航空TEM 及航磁綜合測(cè)量周期短、效率高、相對(duì)成本低、效果明顯,通過(guò)航空TEM及航磁綜合信息不僅可以剝離玄武巖蓋層,還可以研究覆蓋層下的深部地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征,識(shí)別古河道(谷)展布及砂體分布情況,能為砂巖型鈾礦成礦環(huán)境研究提供基礎(chǔ)資料,值得在我國(guó)盆地砂巖型鈾礦勘查中大面積推廣應(yīng)用。