AMT方法在二連盆地騰格爾坳陷南緣中的應用研究

喻 翔，李西得，萬漢平，胡英才

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029)

二連盆地位于內(nèi)蒙古中部，經(jīng)過多年的研究及勘探取得了一系列的成果。1990年代烏蘭察布坳陷內(nèi)發(fā)現(xiàn)的努和廷鈾礦床已成為國內(nèi)特大泥巖型鈾礦床；21世紀初在烏蘭察布坳陷東部及馬尼特坳陷西部發(fā)現(xiàn)了賽罕高畢和巴彥烏拉鈾礦床，且目前已達大型規(guī)模，這些都說明了二連盆地在砂巖型鈾礦勘探方面具有良好的前景(張金帶等，2013，2010；張虎軍等，2012；李洪軍等，2012；陳祖伊等，2010；焦養(yǎng)泉等，2015；申科峰等，2014)。

騰格爾坳陷位于烏蘭察布和馬尼特坳陷東南部，但迄今為止，其鈾礦勘查并未取得新的突破，尤其是南緣次級凹陷—扎克斯臺凹陷，并未見開展過相關深部研究工作。籍增賢(2007)利用航磁、航放、電磁測深和遙感資料對騰格爾坳陷古河道特征進行了描述，認為大部分鈾礦化點、異常點分布于古河道兩側(cè)及其附近；劉波等(2015)根據(jù)已有的鉆探資料，對騰格爾坳陷賽漢組上段鈾成礦環(huán)境、控礦成因相等進行了特征分析研究并且圈定了三級遠景區(qū)。研究表明本區(qū)找礦前景良好，但針對騰格爾坳陷南緣地層分布、斷裂空間展布及深部地質(zhì)構(gòu)造特征等仍缺乏全面、系統(tǒng)地認識。因此，筆者在騰格爾坳陷南緣扎克斯臺凹陷進行了音頻大地電磁測深工作，將電法、地質(zhì)和鉆井資料相結(jié)合，對2條典型AMT測量剖面進行處理和解譯(剖面位置見圖1)，試圖研究盆地深部地質(zhì)構(gòu)造特征。

圖1 工作區(qū)AMT剖面位置圖Fig.1 Location map of AMT profiles in work area 1.構(gòu)造分區(qū)線；2.蓋層斷裂線；3.推測深大斷裂；4.巖體；5.AMT剖面

1 騰格爾坳陷南緣音頻大地電磁測量

1.1 剖面位置及質(zhì)量控制

兩條AMT測深剖面(E1，E2)呈南北向分布(圖1)，每條剖面長度為25 km。AMT測量點距為100 m，累積完成502個測點，2個測點因位于高壓線交匯地段而舍棄。野外數(shù)據(jù)采集中，采用張量測量，所有測點均獲取了相互正交的EX，HY，EY和HX實測數(shù)據(jù)。

在野外數(shù)據(jù)采集過程中，磁棒及每個測點4方向電道均使用森林羅盤進行校準后布設，所有測點原始記錄絕大多數(shù)頻點的相干度大于0.8。對于檢查測點，其原始觀測與檢查觀測的X，Y方向視電阻率、相位均方相對誤差均小于5%，視電阻率曲線也具有較好的重復性，表明本次AMT數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，可信度高。

1.2 音頻大地電磁資料處理

本次音頻大地電磁測量采用張量數(shù)據(jù)采集，并記錄4個分量時間序列數(shù)據(jù)，且采用探測的頻率范圍是10～10 000 Hz。野外實際測量過程中采用3臺V8儀器作為一個排列同時進行測量，電極距為100 m，為保證采集視電阻率、阻抗相位等數(shù)據(jù)資料的質(zhì)量，AMT所有測點的采集時間均為25～40 min。首先逐點、逐屏地對時間序列進行挑選，剔除存在明顯干擾信號的時間序列段；然后將觀測的時間序列數(shù)據(jù)經(jīng)過傅里葉變換，得到電磁場的功率譜；最后利用功率譜計算得出視電阻率和阻抗相位。

每個測點的視電阻率曲線反映該測點地下電性隨深度的變化又反映該測點及附近地下結(jié)構(gòu)的電性不均勻性(王緒本等，2008)。圖2顯示的測點分別是E1-65，E1-197，E1-223，E2-39，E2-199，E2-235處視電阻率(ρ)曲線，通過觀察分析兩條剖面各測點的視電阻率特征，發(fā)現(xiàn)測點視電阻率曲線形態(tài)與斷裂構(gòu)造的劃分對應較好。另外，所有測點的視電阻率和相位曲線，視電阻率和相位的相關性較好，曲線形態(tài)正常。位于E1剖面的65，233號點和E2剖面的39號點曲線類型為HA型，電阻率曲線尾枝上升說明了基底電阻率高，且較穩(wěn)定。構(gòu)造單元內(nèi)部點E1-197視電阻率曲線為H型，相對于剖面其他構(gòu)造單元而言總體視電阻率偏低，均小于100 Ω·m，且反映了地下相對高-低-高的電性結(jié)構(gòu)。點E2-199和E2-235視電阻率偏低，約為10 Ω·m，點E2-199曲線類型為Q型，電阻率隨深度增加不斷降低，下部低阻電性為騰格爾組泥巖；點E2-235曲線類型為QH型，反映地下高-低-相對高的電性結(jié)構(gòu)。

音頻大地電磁反演主要基于二維反演，三維反演雖然取得一定進展，但目前實際應用還不廣泛(沈金松，2003)。本次采用勞雷工業(yè)公司開發(fā)的EMAGE-2D軟件進行反演，反演核心算法為二維正則化反演算法。本文在反演前對E1，E2剖面進行了二維偏離度計算，試圖來了解工區(qū)地下結(jié)構(gòu)是否具有二維性、是否可進行二維反演解釋。計算結(jié)果如圖3所示，2條AMT剖面的阻抗二維偏離度都小于0.3，說明2條剖面電性結(jié)構(gòu)可做二維近似。

圖3 E1、E2線阻抗二維偏離度Fig.3 2D impedance deviation degree map of E1, E2 profiles

2 反演計算

反演計算即應用反演處理軟件對預處理后得到的視電阻率和相位數(shù)據(jù)進行迭代計算，推測反映地下介質(zhì)理論電阻率的過程。在反演計算過程中，采用TE+TM聯(lián)合模式進行電阻率反演，并利用已知地質(zhì)、鉆井資料為背景對其進行約束。實測響應和反演的模型響應均方根誤差均小于4%，表明反演模型可近似反映地下真實的電性結(jié)構(gòu)，反演結(jié)果如圖4所示。

圖4 E1、E2線二維反演斷面及解譯圖(圖a為E1剖面，圖b為E2剖面)Fig.4 The comprehensive interpretation map of 2D resistivity inversion section 1.第四系;2.新近系泥巖;3.白堊系賽漢組砂巖、砂礫巖;4.白堊系騰格爾組泥巖;5.侏羅系火山巖基底;6.推測斷裂

3 音頻大地電磁剖面解釋

基于音頻大地電磁二維反演斷面及解譯結(jié)果(圖4)和典型測點視電阻率曲線(圖2)特點，同時結(jié)合地表斷裂出露情況劃分，按照AMT剖面跨越三個次級構(gòu)造單元解釋，即溫都爾廟隆起帶、扎克斯臺凹陷和善旦凸起。

3.1 溫都爾廟隆起帶

溫都爾廟隆起位于騰格爾坳陷南緣，從南至北部盆地方向，地勢由高至低，燕山期中酸性火山巖發(fā)育，具有較好的富鈾性及表生活化遷移條件。

隆起帶電性結(jié)構(gòu)相對簡單，分層性較好，深部存在高阻基底，E1和E2線二維反演斷面清晰地反映了隆起帶各地層結(jié)構(gòu)及基底埋深、空間位置和起伏變化情況。第一電性層為相對中低阻值，電阻率一般為20 Ω·m左右，反映了第四系覆蓋層，厚度約為0～20 m；第二電性層為低阻層，電阻率變化范圍為1～7 Ω·m，推測為新近系泥巖層，分布平穩(wěn)，厚度不大于100 m；第三電性層為相對高阻，電阻率在45～110 Ω·m范圍變化，推測為白堊系賽汗組地層，厚度變化較大，變化范圍為10～500 m；第四電性層在斷面中反映為高阻特點，電阻率值最大，變化范圍為120～200 Ω·m，主要體現(xiàn)為火山巖基底，厚度較大，最大可達500 m。

3.2 扎克斯臺凹陷

扎克斯臺凹陷存在向南和向北傾的電性突變帶，符合盆地次級凹陷構(gòu)造特征，在定性解釋的視電阻率斷面和單點電阻率曲線上，都對凹陷構(gòu)造有較好的反應。

扎克斯臺凹陷表現(xiàn)為中低阻成層特征，自上而下劃分為4個電性層，第一電性層為第四系覆蓋層，厚度較薄，厚度在十幾米范圍內(nèi)變化，相對中低阻值，電阻率一般為30 Ω·m左右，局部夾雜小范圍高阻粗沙礫石；第二電性層為相對低阻層，分布厚度均勻，電性變化穩(wěn)定且電阻率變化范圍為1～15 Ω·m，推測為新近系泥巖層，分布平穩(wěn)，厚度不大于50 m；第三電性層總體上呈現(xiàn)低阻特征如E1剖面所示，電阻率在1～17 Ω·m范圍變化，低阻異常范圍較大，最深可達500 m，推測為白堊系賽汗組砂巖層；第四電性層阻值比第三層更低，推測為白堊系騰格爾組泥巖層，埋藏較深，最大可達700 m。

綜合E1，E2線二維反演斷面及解譯圖可以看出，E1剖面15 000 m和20 500 m處與剖面相鄰兩側(cè)位置電性差異明顯，為電性陡變部位，因此，推斷存在切穿蓋層和基底地層的兩條深大斷裂F1與F2。E2線與E1線相似，在剖面12 000 m處電性結(jié)構(gòu)特征出現(xiàn)劇烈變化，結(jié)合已知地質(zhì)資料推測該處界線為F1深大斷裂在E2剖面的反應。根據(jù)E1，E2測線平面分布位置及相關地質(zhì)資料，推測F1為盆地區(qū)域性深大斷裂-楚魯圖斷裂，走向為北西西向，傾向北東，傾角約為60°，F(xiàn)2為測區(qū)扎克斯臺凹陷與善旦凸起的分界線，走向為北東東向，傾向南東，傾角約為70°。

E2剖面21 500 m處西側(cè)和東側(cè)各有一已施工鉆孔ZK1-3和ZK1-4，據(jù)鉆探資料顯示ZK1-3孔深233.30 m，第四系、新近系地層厚度為105 m，鉆孔ZK1-4孔深380.75 m，第四系、新近系地層厚度為125 m，且鉆孔ZK1-3、ZK1-4均未見基底火山巖。對比E2剖面二維反演斷面及解譯圖，該剖面位置處深部未見高阻基底，由此可知，鉆探資料證明了剖面反演結(jié)果的可靠性。

3.3 善旦凸起

善旦凸起是騰格爾坳陷內(nèi)的次級凸起，據(jù)二維反演剖面顯示，善旦凸起與溫都爾廟隆起帶電性結(jié)構(gòu)相似，從上至下表現(xiàn)為4層電性層，總體呈現(xiàn)上部低阻下部高阻的特征，基底較厚，約為500 m。E1剖面24 000 m以西施工鉆孔ZK1-2，孔深121.70 m，鉆孔巖心顯示100 m以下見基底火山巖，與E1剖面二維反演結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本次工作利用音頻大地電磁法來探測二連盆地騰格爾坳陷南緣地下深部電性結(jié)構(gòu)，通過應用研究得到以下結(jié)論：

(1)通過對二連盆地騰格爾坳陷南緣2條典型AMT電磁測量數(shù)據(jù)進行二維電阻率反演，并對2條反演電阻率斷面的電性結(jié)構(gòu)特征及相對應的地層進行了解釋。了解了各層埋深、厚度及空間分布情況，從淺至深，劃分了5個電性層，且呈現(xiàn) “中低-低-中高-低-高阻”的電性結(jié)構(gòu)特征。

(2)由于侏羅系火山巖基底相對圍巖表現(xiàn)為高阻，物性差異明顯，本次音頻大地電磁測深法取得的應用效果明顯。根據(jù)二維電阻率反演斷面圖推斷解譯了2條切穿基底的深大斷裂，其中F1楚魯圖斷裂走向北西西，傾向北東，傾角為60°。同時根據(jù)斷裂構(gòu)造空間分布位置厘定了善旦凸起與扎克斯臺凹陷的邊界。

(3)沉積盆地往往廣泛應用地震勘探方法，AMT方法分辨率雖較地震方法低，但其設備輕便，勘探成本低，工作效率高，反演結(jié)果可以清晰地反映出盆地基底形態(tài)和各地層分層情況，能夠滿足砂巖型鈾礦勘查的需要。因此，在勘探工作的前期可發(fā)揮AMT方法優(yōu)勢，為砂巖型鈾礦的深部勘查評價工作提供依據(jù)和支撐。

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