EH4成像系统在铀矿地区的研究应用

2013-08-23高振兵

科学之友 2013年8期

关键词：铀矿电阻率剖面

张凯，高振兵

（东华理工大学核工程与地球物理学院，江西南昌 330000）

目前铀矿已经成为国家重要能源的一种，在国防工业和核电事业中都有着很重要的作用，然而在很多铀矿勘探中会一定程度上造成能源的浪费。因此，在勘探过程中引进物探方法对研究区域内的地质构造情况进行详细的调查，可以为铀矿勘探提供非常有效的依据。

此次运用的是EH4电磁系统，该技术是基于电磁原理的地球物理测深手段，该方法在探测地下构造方面优势明显，能够清晰的反应研究区域内地下1000 m的地质情况。

1 研究区概况

工作区位于我国著名的赣杭构造火山岩铀成矿带中段，处于扬子准地台与华南褶皱系接壤处，信江凹陷中段北缘。处在近东西向萍乡—广丰深断裂与遂川—德兴深断裂之间。其中萍乡—广丰深断裂是一条自中元古代以来长期发展的活动带，它不但控制两个Ⅰ级大地构造单元的地壳演化，而且控制了带内的构造—岩浆以及矿化活动，特别是燕山期，与太平洋板块向欧亚板块的俯冲，联合控制了带内的陆相火山活动和铀成矿作用。

区内构造经历了多期活动，特别是加里东期运动和燕山期运动形成了本区的构造骨架。基底褶皱构造发育，多呈紧密线型褶皱，其褶皱轴向为北东向、近东西向。褶皱的产生和发展不仅造成区域变质及局部混合岩化作用，而且形成近东西向的韧性变形，并为后期脆性变形的产生和发展奠定了基础；盖层褶皱构造为一些残存的背、向斜，轴向主要为北东向或北北东向。断裂构造发育，基底断裂以近东西向的萍乡—广丰深断裂和北东向德兴—遂川深断裂等，均为长期活动，对区内断裂构造和岩性、岩相分布有着重要影响，并且进一步起控岩控矿作用。盖层断裂构造，多为基底断裂的继承性断裂或主断裂的次级断裂，以近东西向、北东向和北北东向断裂为主，北西向次之。区内上古生界－中生界碎屑岩、灰岩等脆性岩层或层间界面，特别是邻近主断裂的地段，易产生破碎，常构成顺层破碎带，当后期中酸岩体的侵入为成矿溶液运移和储矿创造了有利空间。

2 EH4电磁系统原理

EH4连续电导率剖面仪方法原理与传统的MT法一样，它属于可控源与天然源相结合的1种大地电磁测深系统。深部构造通过天然背景场源成像（MT），其信号源为10 Hz～92 kHz。浅部构造则通过新型的便携式低功率发射器发射人工电磁讯号，补偿天然信号的不足，从而获得高分辨率的成像，人工电磁讯号发射频率主要为750 Hz～92 KHz。它利用采集到的天然电场E、磁场信号H及频率f，计算出相应频率所对应的卡尼亚电阻率，进而达到测定地下各层电阻率的目的。其计算公式为：

式中：f是频率，Hz；ρ是电阻率，Ω·m；E是电场强度，mv/km；H是磁场强度，nT；φE是电场相位；φH是磁场相位，单位是mrad。

由于地下介质是不均匀的，因而计算的ρ值称为视电阻率值。探测深度理论上为一个趋肤深度，其计算公式为：

由（4）式可知，趋肤深度（δ）将随电阻率（ρ）和频率（f）变化，测量是在和地下研究深度相对应的频带上进行的。一般来说，频率较高的数据反映浅部的电性特征，频率较低的数据反映较深地层的电性特征。因此，在一个宽频带上观测电场和磁场信息，并由此计算出电阻率和相位，可确定出大地的地电特征和地下构造。

3 野外数据采集

3.1 仪器性能测试

为了检查仪器在野外工作过程中X、Y两个方向的电道和磁道接收信号的一致性及仪器的稳定性，在野外施工开始、施工中期和工作结束三个阶段，均应对仪器进行平行测试试验，做到适时监测仪器的工作状态，发现问题及时解决，从而保证测量数据的质量。

3.2 数据采集

在确认测量装置正确无误后，启动EH4连续电导率剖面仪采集程序进行数据采集，一般先采集低频天然场，再采集人工高频场，当使用人工发射场源时，严格要求接收与发射同步，仪器同时采集记录Ex、Ey、Hx、Hy四个电磁分量的场值。

EH4电磁测深采集的是时间序列数据，在每个测点上连续观测、记录大地电磁信号。采集过程中通过傅氏变换转换到频率域，利用四个场分量的互功率谱计算出张量阻抗。实时显示四个相关分量的相对振幅、相位差、相关系数等参数，并显示电阻率曲线。测量过程中操作员随时观察曲线变化情况监控数据质量。当信号较弱或电阻率曲线跳变较大时，应尽可能多地增加叠加次数（本次工作采用一、七频段进行数据采集，叠加次数为16次），压制噪声干扰，以确保所有测点的大多数频点相干度大于0.7，电阻率曲线光滑连续。

4 处理与解释

野外采集到的原始数据资料由于有一些随机干扰信号的存在，可能会影响求取的张量阻抗元素的质量，因此预处理就是剔除干扰，为反演处理做准备。预处理主要包括原始数据的编辑整理和静态位移校正。将数据进行预处理后，采用共轭梯度反演法进行反演，根据实测视电阻率、相位差恢复大地地电结构，从获得的深度电阻率断面图上去追踪分析地质构造现象。

结合研究区域的地质、地球物理资料，对电阻率反演剖面进行地质解释推断。

4.1 I号剖面地质解释

该测线地层主要有第四、侏罗和二叠系，沿线岩性变化明显，见有亚粘土、亚砂土、粉砂岩、凝灰质砂岩、页岩、砂岩、石英砂岩、灰岩、变质砂岩等，局部地段有石英正长岩侵入，且构造破碎带较发育。由于各类岩性和构造破碎带电性差异的影响，因此沿剖面电阻率高低相间，差异明显。依据电阻率变化范围和大小，可将剖面段分为低值区和高值区，具体分析如下：①从图1上可看出，在测线东南段由于受浅部粉砂岩、页岩、砂岩、和石英砂岩等低阻层的影响，致使电阻率较低；而深部高阻，推断为石英正长岩侵入所致。②在测线段60 m处（4号测点）有一明显的电阻率低值带，其位置恰好与F1构造相吻合，推测为F1构造所致，结合相关地质资料和现场调查，推断F1构造向深部延伸较大，东南倾向，倾角在 45° 左右。③在400～500 m处（21～26号测点）约100 m宽的范围内，浅部低阻横向分布均匀，地表100 m以下电阻率较高，结合地质调查，认为浅部出现低阻，缘于浅表层风化破碎程度高，且大部分地段覆盖层相对较厚，而深部高阻则是由于该区段大规模分布电阻率较高的石英正长岩所致。

4.2 Ⅱ号剖面地质解释

沿线分布的岩性和地层主要有电阻率较低的粉砂岩、变质砂岩、石英砂岩、页岩和电阻率较高的灰岩以及石英正长岩岩体。岩性或地层条件较复杂，表层松散、风化严重。

由图2可见，该电阻率剖面异常特征主要表现为浅部电阻率较低（尤其是在0～200 m处，即1～11号测点之间），而深部电阻率横向变化较大，高低相间，成波浪状，总趋势是电阻率向西北逐渐增大。具体分析如下：①在 0～160 m处（1～9号测点之间）电阻率普遍较低，推断是该段三叠系安源组页岩、砂岩以及石英砂岩的覆盖厚度大，地势低洼的影响；②测线段80 m处（5号测点）的电阻率低值带，为F1构造所致；③在160～460 m处（9～24号测点之间），石英正长岩相间分布，因此出现多个高阻异常区，其间的低阻带，如200 m处（约11号测点）的低阻带推测由构造破碎带所致，该破碎带向深部延伸较深，东南倾，倾角为60°左右；300 m处（约15号测点）的低阻带，推断是后期侵入的石英正长岩和二叠系下统长兴组灰岩接触界面处的电阻率变化所致；360 m处（19号测点附近）

电阻率较低，推测为岩性分界面或者构造破碎带。