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    EH4成像系統(tǒng)在鈾礦地區(qū)的研究應用

    2013-08-23 09:41:38高振兵
    科學之友 2013年8期
    關鍵詞:正長巖鈾礦電阻率

    張 凱,高振兵

    (東華理工大學核工程與地球物理學院,江西 南昌 330000)

    目前鈾礦已經成為國家重要能源的一種,在國防工業(yè)和核電事業(yè)中都有著很重要的作用,然而在很多鈾礦勘探中會一定程度上造成能源的浪費。因此,在勘探過程中引進物探方法對研究區(qū)域內的地質構造情況進行詳細的調查,可以為鈾礦勘探提供非常有效的依據。

    此次運用的是EH4電磁系統(tǒng),該技術是基于電磁原理的地球物理測深手段,該方法在探測地下構造方面優(yōu)勢明顯,能夠清晰的反應研究區(qū)域內地下1000 m的地質情況。

    1 研究區(qū)概況

    工作區(qū)位于我國著名的贛杭構造火山巖鈾成礦帶中段,處于揚子準地臺與華南褶皺系接壤處,信江凹陷中段北緣。處在近東西向萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂與遂川—德興深斷裂之間。其中萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂是一條自中元古代以來長期發(fā)展的活動帶,它不但控制兩個Ⅰ級大地構造單元的地殼演化,而且控制了帶內的構造—巖漿以及礦化活動,特別是燕山期,與太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖,聯合控制了帶內的陸相火山活動和鈾成礦作用。

    區(qū)內構造經歷了多期活動,特別是加里東期運動和燕山期運動形成了本區(qū)的構造骨架?;遵薨櫂嬙彀l(fā)育,多呈緊密線型褶皺,其褶皺軸向為北東向、近東西向。褶皺的產生和發(fā)展不僅造成區(qū)域變質及局部混合巖化作用,而且形成近東西向的韌性變形,并為后期脆性變形的產生和發(fā)展奠定了基礎;蓋層褶皺構造為一些殘存的背、向斜,軸向主要為北東向或北北東向。斷裂構造發(fā)育,基底斷裂以近東西向的萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂和北東向德興—遂川深斷裂等,均為長期活動,對區(qū)內斷裂構造和巖性、巖相分布有著重要影響,并且進一步起控巖控礦作用。蓋層斷裂構造,多為基底斷裂的繼承性斷裂或主斷裂的次級斷裂,以近東西向、北東向和北北東向斷裂為主,北西向次之。區(qū)內上古生界-中生界碎屑巖、灰?guī)r等脆性巖層或層間界面,特別是鄰近主斷裂的地段,易產生破碎,常構成順層破碎帶,當后期中酸巖體的侵入為成礦溶液運移和儲礦創(chuàng)造了有利空間。

    2 EH4電磁系統(tǒng)原理

    EH4連續(xù)電導率剖面儀方法原理與傳統(tǒng)的MT法一樣,它屬于可控源與天然源相結合的1種大地電磁測深系統(tǒng)。深部構造通過天然背景場源成像(MT),其信號源為10 Hz~92 kHz。淺部構造則通過新型的便攜式低功率發(fā)射器發(fā)射人工電磁訊號,補償天然信號的不足,從而獲得高分辨率的成像,人工電磁訊號發(fā)射頻率主要為750 Hz~92 KHz。它利用采集到的天然電場E、磁場信號H及頻率f,計算出相應頻率所對應的卡尼亞電阻率,進而達到測定地下各層電阻率的目的。其計算公式為:

    式中:f是頻率,Hz;ρ是電阻率,Ω·m;E是電場強度,mv/km;H是磁場強度,nT;φE是電場相位;φH是磁場相位,單位是mrad。

    由于地下介質是不均勻的,因而計算的ρ值稱為視電阻率值。探測深度理論上為一個趨膚深度,其計算公式為:

    由(4)式可知,趨膚深度(δ)將隨電阻率(ρ)和頻率(f)變化,測量是在和地下研究深度相對應的頻帶上進行的。一般來說,頻率較高的數據反映淺部的電性特征,頻率較低的數據反映較深地層的電性特征。因此,在一個寬頻帶上觀測電場和磁場信息,并由此計算出電阻率和相位,可確定出大地的地電特征和地下構造。

    3 野外數據采集

    3.1 儀器性能測試

    為了檢查儀器在野外工作過程中X、Y兩個方向的電道和磁道接收信號的一致性及儀器的穩(wěn)定性,在野外施工開始、施工中期和工作結束三個階段,均應對儀器進行平行測試試驗,做到適時監(jiān)測儀器的工作狀態(tài),發(fā)現問題及時解決,從而保證測量數據的質量。

    3.2 數據采集

    在確認測量裝置正確無誤后,啟動EH4連續(xù)電導率剖面儀采集程序進行數據采集,一般先采集低頻天然場,再采集人工高頻場,當使用人工發(fā)射場源時,嚴格要求接收與發(fā)射同步,儀器同時采集記錄Ex、Ey、Hx、Hy四個電磁分量的場值。

    EH4電磁測深采集的是時間序列數據,在每個測點上連續(xù)觀測、記錄大地電磁信號。采集過程中通過傅氏變換轉換到頻率域,利用四個場分量的互功率譜計算出張量阻抗。實時顯示四個相關分量的相對振幅、相位差、相關系數等參數,并顯示電阻率曲線。測量過程中操作員隨時觀察曲線變化情況監(jiān)控數據質量。當信號較弱或電阻率曲線跳變較大時,應盡可能多地增加疊加次數(本次工作采用一、七頻段進行數據采集,疊加次數為16次),壓制噪聲干擾,以確保所有測點的大多數頻點相干度大于0.7,電阻率曲線光滑連續(xù)。

    4 處理與解釋

    野外采集到的原始數據資料由于有一些隨機干擾信號的存在,可能會影響求取的張量阻抗元素的質量,因此預處理就是剔除干擾,為反演處理做準備。預處理主要包括原始數據的編輯整理和靜態(tài)位移校正。將數據進行預處理后,采用共軛梯度反演法進行反演,根據實測視電阻率、相位差恢復大地地電結構,從獲得的深度電阻率斷面圖上去追蹤分析地質構造現象。

    結合研究區(qū)域的地質、地球物理資料,對電阻率反演剖面進行地質解釋推斷。

    4.1 I號剖面地質解釋

    該測線地層主要有第四、侏羅和二疊系,沿線巖性變化明顯,見有亞粘土、亞砂土、粉砂巖、凝灰質砂巖、頁巖、砂巖、石英砂巖、灰?guī)r、變質砂巖等,局部地段有石英正長巖侵入,且構造破碎帶較發(fā)育。由于各類巖性和構造破碎帶電性差異的影響,因此沿剖面電阻率高低相間,差異明顯。依據電阻率變化范圍和大小,可將剖面段分為低值區(qū)和高值區(qū),具體分析如下:①從圖1上可看出,在測線東南段由于受淺部粉砂巖、頁巖、砂巖、和石英砂巖等低阻層的影響,致使電阻率較低;而深部高阻,推斷為石英正長巖侵入所致。②在測線段60 m處(4號測點)有一明顯的電阻率低值帶,其位置恰好與F1構造相吻合,推測為F1構造所致,結合相關地質資料和現場調查,推斷F1構造向深部延伸較大,東南傾向,傾角在 45° 左右。③在400~500 m處(21~26號測點)約100 m寬的范圍內,淺部低阻橫向分布均勻,地表100 m以下電阻率較高,結合地質調查,認為淺部出現低阻,緣于淺表層風化破碎程度高,且大部分地段覆蓋層相對較厚,而深部高阻則是由于該區(qū)段大規(guī)模分布電阻率較高的石英正長巖所致。

    4.2 Ⅱ號剖面地質解釋

    沿線分布的巖性和地層主要有電阻率較低的粉砂巖、變質砂巖、石英砂巖、頁巖和電阻率較高的灰?guī)r以及石英正長巖巖體。巖性或地層條件較復雜,表層松散、風化嚴重。

    由圖2可見,該電阻率剖面異常特征主要表現為淺部電阻率較低(尤其是在0~200 m處,即1~11號測點之間),而深部電阻率橫向變化較大,高低相間,成波浪狀,總趨勢是電阻率向西北逐漸增大。具體分析如下:①在 0~160 m處(1~9號測點之間)電阻率普遍較低,推斷是該段三疊系安源組頁巖、砂巖以及石英砂巖的覆蓋厚度大,地勢低洼的影響;②測線段80 m處(5號測點)的電阻率低值帶,為F1構造所致;③在160~460 m處(9~24號測點之間),石英正長巖相間分布,因此出現多個高阻異常區(qū),其間的低阻帶,如200 m處(約11號測點)的低阻帶推測由構造破碎帶所致,該破碎帶向深部延伸較深,東南傾,傾角為60°左右;300 m處(約15號測點)的低阻帶,推斷是后期侵入的石英正長巖和二疊系下統(tǒng)長興組灰?guī)r接觸界面處的電阻率變化所致;360 m處(19號測點附近)

    電阻率較低,推測為巖性分界面或者構造破碎帶。

    圖1 I號剖面反演成果圖

    圖2 Ⅱ號剖面反演成果圖

    5 結論與建議

    第一,通過EH4方法在該地區(qū)的應用,推斷除了F1構造,這與實際地質資料相符合,為下一步鈾礦勘查鉆探工作提供了有效地指導性依據。

    第二,由于該地區(qū)總體干擾水平較高,得到的結果肯定與實際情況存在一定的偏差。建議應當采取其他物探方法(如地震等)進一步的勘探,進行綜合解釋,以得到更加準確可靠的地質信息。

    [1]郭晶,湯洪志,王蔚,等.EH4電磁成像系統(tǒng)在鈾礦勘探中的應用[J].工程地球物理學報,2012(05):521-525.

    [2]伍岳,劉漢彬,董秀康,等. EH4電導率成像系統(tǒng)在砂巖型鈾礦床上的研究應用[J].鈾礦地質,1998(14):32-37.

    [3]廖家飛,康志強,等. EH-4連續(xù)電導率成像系統(tǒng)在花山花崗巖型鈾礦找礦中的應用[J].礦物學報,2011(增刊):260-261.

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