音頻大地電磁法在二連盆地伊和高勒地區(qū)砂巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用

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 中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室,北京 100029)

音頻大地電磁測深法簡稱為AMT法,是大地電磁(MT)法的一個分支,它主要是觀測由遠程天電引起的天然平面電磁波信號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識,發(fā)現(xiàn)了一批鈾礦床[5--8]。前人工作重點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,識別砂體分布情況。

1 地質(zhì)概況

二連盆地總體構(gòu)造走向為北東向,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。盆地中三級構(gòu)造單元凹凸相間分布,共有22個凸起和53個凹陷[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個次級構(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--粗3套碎屑巖組成了一個完整的沉積旋回,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V8 主機和兩個RXU-3ER 接收機組成,采用磁道共享技術(shù),每組排列同時測量3個測點。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間序列數(shù)據(jù)進行傅里葉變換等預(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行飛點剔除等處理,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[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凹陷兩個次級構(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凹陷兩個次級構(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)