駱燕，江民忠，陳偉，彭莉紅，程莎莎，張偉盟

（1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002；2.中核集團鈾資源地球物理勘查技術(shù)（重點實驗室），河北 石家莊 050002；3.河北省航空探測與遙感技術(shù)重點實驗室，河北 石家莊 050002）

航空時間域電磁法（ATEM）作為一種高效的地球物理勘查手段，在金屬礦產(chǎn)、油氣資源、環(huán)境工程、地下水、災(zāi)害預(yù)測和海洋調(diào)查等領(lǐng)域發(fā)揮著積極作用。不少西方國家已實現(xiàn)國土面積航空TEM 掃面全覆蓋［1］。該方法通過人工發(fā)射脈沖電流，接收地下導(dǎo)電介質(zhì)感應(yīng)電磁場響應(yīng)，進而推斷地質(zhì)體電性分布，以達到探測地質(zhì)目標體或解決地質(zhì)問題的目的。航空TEM 對低阻體敏感，能夠分辨電阻率差異明顯的地質(zhì)體，在國內(nèi)多金屬礦產(chǎn)勘查中應(yīng)用廣泛［2-6］，在硬巖型鈾礦勘查中也有較好的應(yīng)用效果［7-8］。

內(nèi)蒙古中東部阿巴嘎旗及其以北地區(qū)是新生代火山活動相對集中的地區(qū)之一，在阿巴嘎旗、錫林浩特、灰騰梁等地大面積出露新生代玄武巖［9］。玄武巖的大面積覆蓋增加了地面地球物理勘查的難度，致使這些地區(qū)鈾礦勘查程度相對較低。而據(jù)國外有關(guān)鈾礦地質(zhì)資料，阿巴嘎旗北部蒙古國境內(nèi)達里甘嘎地區(qū)玄武巖蓋下發(fā)育有大型砂巖型鈾礦床，其上覆玄武巖與阿巴嘎旗玄武巖同為晚更新世噴發(fā)，并且在空間上連為一體［10］。因此，查清玄武巖覆蓋層下古河道砂體位置對該區(qū)砂巖型鈾礦勘查具有重要意義。

針對于此，在二連盆地馬尼特坳陷玄武巖覆蓋區(qū)開展航空TEM 應(yīng)用研究。在剝離表層玄武巖的基礎(chǔ)上［11］，對研究區(qū)14 條反演電阻率斷面進行古河道砂體的推斷解釋，獲取古河道砂體的空間信息，為研究區(qū)砂巖型鈾礦成礦環(huán)境研究提供基礎(chǔ)資料。

1 鈾成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)跨馬尼特坳陷和蘇尼特隆起兩個二級構(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［12］。沿該斷裂出露華力西期和印支期花崗巖，以及基性、超基性巖構(gòu)成的蛇綠巖套。區(qū)內(nèi)地表絕大部分為第四系沖洪積物和玄武巖覆蓋（圖1），局部有白堊系（K2e、K1b）和新近系出露，在研究區(qū)東南部及阿巴嘎旗周邊零星出露上二疊統(tǒng)火山碎屑巖和不同時期的巖體［12-13］。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖及測線布置（底圖據(jù)參考文獻［12］）Fig.1 Geological sketch and the exploration profile layout of the study area（modified after reference［12］）

區(qū)內(nèi)古河道砂巖型鈾礦的主要找礦層位為下白堊統(tǒng)賽漢組，賽漢組上段的古河道砂體規(guī)模大、連通性好，為后期氧化帶的發(fā)育及鈾成礦提供了良好的空間［14-16］。在晚白堊世干旱、半干旱為主的古氣候條件下，古河道砂體直接暴露于地表，發(fā)育潛水氧化作用，且古水動力方向與河谷形成時的水流方向一致，有利于外來含氧含鈾水的就近滲入并沿河道砂體運移。二連盆地東部在上新世發(fā)生大范圍沉降，使得研究區(qū)處于大面積湖浸中，從而對早期所形成的氧化帶及鈾礦化起了很好的保護作用。到第四紀，研究區(qū)東部的阿巴嘎旗一帶受喜山運動影響，玄武巖大面積的噴發(fā)，形成熔巖臺地。

區(qū)內(nèi)玄武巖呈層狀構(gòu)造，產(chǎn)狀平緩。在阿巴嘎旗東玄武巖蓋的中部，發(fā)育有一條受斷裂構(gòu)造控制的晚白堊世北東向古河道，河流相砂體厚度約60 m，長約70 km，富含炭化植物碎屑，富水性及滲透性較好。另一條甘珠廟古河道發(fā)育于巴音寶力格隆起，匯入馬尼特坳陷內(nèi)。玄武巖的噴發(fā)為古河道提供了熱源，對后期花崗巖及老地層中鈾的活化遷移起到了促進的作用，同時古河道上覆蓋巨大的玄武巖被可對已形成的鈾礦化起到良好的保護作用，這也是形成鈾礦床的主要因素之一［10］。

2 航空TEM 探測技術(shù)

2.1 電性基礎(chǔ)

砂巖型鈾礦一般發(fā)育于沉積盆地的斜坡地帶，基底與蓋層間具有較大的電性差異。研究區(qū)巖石電阻率有如下特征：泥巖的視電阻率不高于12 Ω·m；粉砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖視電阻率在12～18 Ω·m 之間；含有一定量水的砂巖分布區(qū)，巖性以砂巖、砂礫巖為主，次為泥質(zhì)砂巖、泥巖砂礫，視電阻率在18～40 Ω·m之間；不含水或微含水的砂礫巖區(qū)及破碎帶，視電阻率在40～70 Ω·m 之間；玄武巖視電阻率較高，為70 Ω·m 以上［16］。區(qū)內(nèi)不同巖性之間的電阻率差異是利用航空TEM 研究蓋層，砂、泥巖空間展布特征的地球物理基礎(chǔ)。

2.2 工作方法和測線布置

本次選 用VTEMplus［2-3］多用途航空TEM 系統(tǒng)開展測量，該系統(tǒng)收發(fā)線圈水平同心，位置相對固定，可最大限度地避免異常的變形［2］。其中發(fā)射線圈直徑為26 m，發(fā)射基頻為25 Hz的雙極性梯形供電脈沖，寬度約為7.385 ms；水平接收線圈的直徑為1.2 m；垂直接收線圈的直徑為0.32 m；補償線圈直徑6.0 m。

研究區(qū)共布置測線14 條，測線編號L1000～L1130，測線方 向323.7°，測線長 度100～108 km 不等，相鄰測線之間的間距為5 km（圖1）。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理的第一步為預(yù)處理，一般包括背景場去除、天電噪聲修正、運動噪聲去除、疊加、抽道等。在完成數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，可以根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的具體情況，再進行包括記錄點位置校正、調(diào)平等在內(nèi)的數(shù)據(jù)處理，獲得最終的dB/dt及B場數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)開展反演。

航空TEM 數(shù)據(jù)反演一般有兩種方法：電阻率深度成像法（RDI［17］，resistivity depth image）和精確反演方法。前者處理速度快，能從海量航空電磁數(shù)據(jù)中快速提取地下主要電性信息；后者處理速度相對較慢，但分層能力強，能更精確的反應(yīng)地下地質(zhì)構(gòu)造信息。

研究區(qū)以層狀介質(zhì)為主，而RDI 對層狀介質(zhì)的分辨能力較差、反演深度較淺，因此本文采用了航空TEM 層狀大地反演法（LEI，Layer-Earth Inversion）的精確反演方法。由于電磁法的分辨率隨深度增大而降低，因此預(yù)設(shè)層厚度時采用了等對數(shù)間隔的形式構(gòu)建反演初始模型。用模型的理論響應(yīng)來擬合觀測數(shù)據(jù)，直到迭代方差達到給出的誤差閾值為止。根據(jù)上述反演方法，將每個采樣點進行單獨反演，然后把整個測區(qū)一維反演結(jié)果進行拼接，建立偽三維反演電阻率模型。根據(jù)研究區(qū)需要的剖面位置，從偽三維反演電阻率模型中提取相關(guān)剖面資料，推斷古河道砂體。

3 古河道砂體推斷解釋

3.1 砂體斷面解釋標志

古河道砂體是砂巖型鈾礦航空TEM 探測的核心目標之一。

一般來說，古河道砂體多分布在某一特定的水平層位中，呈透鏡狀、似層狀展布，且電阻率明顯高于泥巖，一般在12～40 Ω·m 之間。通過分析反演電阻率斷面發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定水平的電性層中，存在一些局部電阻率偏高或偏低的電性夾層，推測電阻率在8～40 Ω·m 的偏高透鏡體、似層狀體為古河道砂體。

圖2 為L1020 線平距10～14 km 的反演電阻率斷面圖。由圖可知，在中間低阻層中，存在兩個電阻率明顯高于周圍泥巖的透鏡體（層狀泥巖電阻率一般小于10 Ω·m，而透鏡體的電阻率大于12 Ω·m），推測為古河道砂體。

圖2 L1020 線10～14 km 反演電阻率斷面圖Fig.2 Resistivity section at the segment of 10～14 km in survey line L1020

3.2 古河道砂體斷面特征

在研究區(qū)劃分了三個古河道砂體（編號A、B、C）。A 為沙那古河道，B 為寶格達古河道，C為玄武巖覆蓋區(qū)古河道，下面分別描述其特征。

3.2.1 沙那古河道特征

沙那古河道分布于馬尼特坳陷內(nèi)的沙那凹陷和塔北凹陷一帶。該河道砂體主要分布于沙那凹陷邊部，寬度一般在2～10 km 不等，走向總體呈北東向。

根據(jù)圖3 的反演電阻率斷面，該區(qū)淺部為低阻，深部為高阻，整體呈層狀分布，局部有突跳。部分地段淺部低阻層中夾層狀偏低阻（6～14 Ω·m），推斷為古河道砂體。根據(jù)電阻率分布特征，推測古河道砂體沿北東方向延伸，向南西規(guī)模減小，泥巖增多，粒度變細。

圖3 沙那古河道反演電阻率斷面圖Fig.3 Resistivity sections of Shana paleochannel

3.2.2 寶格達古河道特征

寶格達古河道主要分布于馬尼特坳陷內(nèi)的寶格達凹陷內(nèi)。該古河道寬度一般在2～6 km不等，走向總體呈北東向。

根據(jù)圖4 的反演電阻率斷面，深部為高阻，整體呈層狀分布，局部有突跳。部分地段淺部低阻層中夾層狀偏低阻（6～14 Ω·m），推斷為古河道砂體。根據(jù)電阻率分布特征，推測古河道砂體沿北東方向延伸，向南西規(guī)模減小。

圖4 寶格達古河道反演電阻率斷面圖Fig.4 Resistivity sections of Baogeda paleochannel

3.2.3 玄武巖覆蓋區(qū)古河道特征

在研究區(qū)中部隆起與坳陷的過渡部位，玄武巖覆蓋層之下的古河道砂體也十分發(fā)育，命名為玄武巖覆蓋區(qū)古河道。根據(jù)圖5 的反演電阻率斷面，該古河道砂體規(guī)模大、連通性好，總體展布呈近東西向，局部地段單個砂體呈北東東向。

圖5 玄武巖覆蓋區(qū)古河道反演電阻率斷面圖Fig.5 Resistivity sections of paleochannel beneath the basalt cover

3.3 古河道砂體平面特征

將上述推斷的古河道砂體投影到研究區(qū)及其周邊基底埋深圖上，得到研究區(qū)基底及航空TEM 推斷的古河道砂體平面展布圖（圖6）。由該圖可知，已知的巴彥烏拉鈾礦床、914 鈾礦化點及工業(yè)孔均位于塔北凹陷-沙那凹陷一帶北東向深凹陷的邊部，推測位于同一帶內(nèi)的沙那古河道亦具有較有利的砂巖型鈾礦找礦前景。寶格達古河道所在的寶格達凹陷亦屬于塔北凹陷-沙那凹陷的分支，且砂體所在范圍覆蓋沉積盆地的斜坡地帶，推測該古河道也具有較大的找礦潛力。

圖6 研究區(qū)基底埋深及航空TEM 推斷的古河道砂體平面展布圖Fig.6 Distribution of basement depth and the inferred sandbodies of paleochannel by airborne TEM

4 結(jié)論

1）利用航空TEM 資料，在國內(nèi)首次成功地在玄武巖覆蓋區(qū)提取到古河道砂體的空間信息，為尋找玄武巖覆蓋層下砂巖型鈾礦提供了重要的依據(jù)，應(yīng)用效果顯著。

2）根據(jù)建立的古河道砂體解釋標志，提取了斷面砂體信息，推斷了古河道砂體的平面展布形態(tài)。根據(jù)地理位置及物源體系的不同，圈定了三個古河道：沙那古河道、寶格達古河道以及玄武巖覆蓋區(qū)古河道，為該區(qū)砂巖型鈾礦勘查提供了基礎(chǔ)資料。

3）航空TEM 能夠快速查找盆地古河道，為隱伏砂巖型鈾礦勘查提供了新的方法示范，值得在我國盆地砂巖型鈾礦勘查中推廣應(yīng)用。