胡躍彬,汪碩,段書新,張志勇,郭江川

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

音頻大地電磁測深法簡稱為AMT法,是大地電磁(MT)法的一個(gè)分支,它主要是觀測由遠(yuǎn)程天電引起的天然平面電磁波信號(hào)以確定地下的電阻率值,通過研究地下巖石電阻率的分布規(guī)律達(dá)到了解地質(zhì)構(gòu)造、找礦、找水等目的[1--4]。二連盆地鈾礦勘查工作始于20世紀(jì)80年代,30多年來,前人對二連盆地鈾源、構(gòu)造、構(gòu)造--沉積演化、沉積建造、后生蝕變、礦化特征等取得了豐富的認(rèn)識(shí),發(fā)現(xiàn)了一批鈾礦床[5--8]。前人工作重點(diǎn)主要集中在盆地中西部“巴--賽--齊”成礦帶附近,伊和高勒地區(qū)由于大面積玄武巖覆蓋,給地表地質(zhì)工作帶來了難度,工作程度相對較低。本文利用AMT方法對高阻屏蔽層穿透性強(qiáng)的特性,研究伊和高勒地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征,識(shí)別砂體分布情況。

1 地質(zhì)概況

二連盆地總體構(gòu)造走向?yàn)楸睎|向,東西長約1 000 km,南北寬20～40 km,總面積約11萬km2。受內(nèi)蒙古--大興安嶺褶皺帶和燕山期拉張翹斷構(gòu)造應(yīng)力場作用,盆地劃分為“五坳一隆”6大構(gòu)造單元,包括川井坳陷、烏蘭察布坳陷、馬尼特坳陷、騰格爾坳陷和烏尼特坳陷以及蘇尼特隆起。盆地中三級(jí)構(gòu)造單元凹凸相間分布,共有22個(gè)凸起和53個(gè)凹陷[9--11](圖1)。

研究區(qū)屬于二連盆地馬尼特坳陷。馬尼特坳陷呈北東東向展布,包含有2凸9凹11個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。上侏羅統(tǒng)多以凝灰?guī)r等酸性噴發(fā)巖和中基性的安山巖、玄武巖為主。坳陷內(nèi)下白堊統(tǒng)發(fā)育齊全,厚度較大,自下而上,由粗--細(xì)--粗3套碎屑巖組成了一個(gè)完整的沉積旋回,分為阿爾善組、騰格爾組和賽漢組。其中賽漢組下部為砂礫巖,局部夾泥巖薄層,底部常見薄層礫巖;上部為紅色、黃色含砂礫泥巖,為河流相沉積,為本次鈾礦勘查的目的層。上白堊統(tǒng)二連組大面積缺失。古近系在坳陷的西部發(fā)育。新近系在全區(qū)均有發(fā)育,厚度較小[12--16]。

圖1 二連盆地構(gòu)造單元及研究區(qū)位置Fig.1 Structural division of Erlian Basin and the study area

2 研究區(qū)及其周邊巖石電性參數(shù)

筆者收集的研究區(qū)及其周邊主要巖性電阻率如表1[17--19]所示。從表中可以看出研究區(qū)及周邊巖石電阻率具有如下特征:泥巖電阻率小于12Ω·m,為低阻特征;砂巖電阻率在12～35Ω·m 之間,為中高阻特征;基底變質(zhì)巖、火成巖等電阻率均大于50Ω·m,為高阻特征。三者具有明顯的電性差異,為AMT 方法解釋劃分不同巖性提供了較好的電性差異基礎(chǔ)。

3 AMT數(shù)據(jù)采集及處理

3.1 測線布設(shè)

為了查明玄武巖覆蓋層下伏地層結(jié)構(gòu)、砂體分布情況,在伊和高勒地區(qū),部署了兩條相距20 km 的AMT 測線。測線方向垂直于主要構(gòu)造走向,為NE145°,點(diǎn)距100 m,測線長度分別為L1線39 km、L2線36 km(圖2)。

3.2 AMT數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

本次野外測量采用加拿大Phoenix公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀,所用的寬頻磁探頭響應(yīng)頻率范圍為10 000 s～10 000 Hz。為保證采集到的數(shù)據(jù)能夠滿足探測深度要求,野外采集時(shí)間不低于40 min,保證參與反演的最低頻率在0.6 Hz左右。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)布置如圖3所示。一組排列由1 個(gè)V8 主機(jī)和兩個(gè)RXU-3ER 接收機(jī)組成,采用磁道共享技術(shù),每組排列同時(shí)測量3個(gè)測點(diǎn)。使用V8多功能電法儀配套的SSMT2000 數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件對采集到的原始時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換等預(yù)處理,得到頻率域的視電阻率及阻抗相位曲線,最后使用MTEDITOR 軟件對視電阻率及阻抗相位曲線進(jìn)行飛點(diǎn)剔除等處理,得到較為光滑的頻率域曲線,為數(shù)據(jù)反演做準(zhǔn)備。

3.3 AMT數(shù)據(jù)反演與資料解釋

利用MTPioneer軟件對預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了“TE 加TM”模式數(shù)據(jù)的二維非線性共軛梯度帶地形反演。L1線在迭代84次之后結(jié)束反演,最終擬合殘差為2.98,L2線在迭代76次之后結(jié)束反演,最終擬合殘差為3.09,兩條剖面的數(shù)據(jù)擬合都比較好。

表1 研究區(qū)及其周邊巖石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)[17--19]Table 1 Electrical parameters of rock in the study area and surroundings

3.3.1 L1線反演電阻率斷面解釋

圖4是L1線反演電阻率斷面及地質(zhì)解釋圖。由圖可知,除淺部高阻薄層和深部局部高阻體外,反演電阻率斷面在縱向上整體呈現(xiàn)“低--高--低”的特征,反映了工作區(qū)相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境。根據(jù)巖石電性參數(shù),推斷淺部高阻薄層為玄武巖覆蓋層,深部高阻體為基底。在相對低阻的沉積地層中,根據(jù)砂泥巖的電性差異,推斷反演電阻率相對偏高的部分為砂質(zhì)沉積體,其余為泥巖。其中,砂體反演電阻率大約在15～20Ω·m,埋深在200～500 m 之間,平均厚度約為200 m,向測線東南有逐漸減薄趨勢。

橫向上,平距0～14 000 m 與21 000～39 000 m是相對低阻區(qū),以泥質(zhì)沉積為主,反映了沙那凹陷和寶格達(dá)凹陷兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元的位置;平距14 000～21 000 m 對應(yīng)的高阻凸起為額爾登高畢凸起。玄武巖主要分布在額爾登高畢凸起范圍內(nèi),厚度較薄,約在20～110 m之間。

3.3.2 L2線反演電阻率斷面解釋

圖2 AMT 測線布設(shè)Fig.2 Layout of AMT survey lines

圖3 V8數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)野外布置示意圖Fig.3 The field layout sketch of V8 data acquisition system

圖5是L2線反演電阻率斷面及地質(zhì)解釋圖。與L1反演電阻率斷面相似,剖面淺部的高阻薄層為玄武巖覆蓋層,深部高阻體為基底。根據(jù)砂泥巖電性差異,推斷L2 剖面在縱向上存在兩層砂質(zhì)沉積體:第一層位于平距0～22 000 m,厚度在20～100 m 之間,埋深在100～200 m 之間;第二層砂體位于平距1 500～8 000 m和13 000～1 600 m 處,厚度在300 m 左右,埋深在200～500 m 之間,砂體向測線東南逐漸變薄。

橫向上,平距5 000～16 000 m 與30 000～36 000 m 是相對低阻區(qū),以泥質(zhì)沉積為主,反映了沙那凹陷和寶格達(dá)凹陷兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元的位置;平距16 000～30 000 m 對應(yīng)的高阻凸起為額爾登高畢凸起。玄武巖主要分布在沙那凹陷范圍內(nèi)的淺部地表0～30 m 的范圍內(nèi),厚度在30 m 左右。

4 鉆孔驗(yàn)證

圖4 L1線反演電阻率斷面及解釋圖Fig.4 Section of inversed resistivity and interpretation of line L1

圖5 L2線反演電阻率斷面及解釋圖Fig.5 Section of inversed resistivity and interpretation of Line L2

對比L1線西北側(cè)的鉆孔,AMT 探測結(jié)果與鉆孔巖心柱狀圖較為吻合(圖6)。根據(jù)反演電阻率斷面,AMT 反演結(jié)果在海拔800～1 000 m 深度段表現(xiàn)為黃色,為相對高阻體,而上下兩側(cè)反演電阻率相對較低,鉆孔在該深度位置揭露到較為完整的砂體,砂體上下均為致密泥巖。AMT 反演電阻率斷面與鉆孔揭露地層結(jié)構(gòu)在深度上的一致性,表明本次利用AMT 劃分砂體空間展布較為有效。

5 結(jié)論

1)查明了研究區(qū)次級(jí)構(gòu)造單元的分布、劃分了淺部玄武巖蓋層和深部高阻基底,推斷了砂體空間展布,為伊和高勒地區(qū)鈾資源潛力預(yù)測及評價(jià)提供了地球物理依據(jù);

2)利用AMT 方法對高阻屏蔽層具有良好的穿透性,大致查明了玄武巖覆蓋下的砂體展布情況,且本次AMT 反演結(jié)果與鉆孔資料的對比表現(xiàn)出良好的一致性,說明AMT 方法可以為玄武巖覆蓋區(qū)的砂巖型鈾礦勘查提供必要的技術(shù)支持。

圖6 L1線(7 000～9 000 m 段)物探推測結(jié)果與鉆孔驗(yàn)證結(jié)果對比簡圖Fig.6 Comparison of geophysical results and borehole verification in line L1(7 000～9 000 m segment)