AMT方法在相山铀矿田乐家地区深部地质结构探测中的应用

段书新，刘祜

AMT方法在相山铀矿田乐家地区深部地质结构探测中的应用

段书新，刘祜

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

近几年，相山铀矿田的勘探表明，断层与组间界面变异部位、基底界面的复合部位是深部找矿的重要标志。针对乐家地区深部铀资源评价需要，开展了音频大地电磁法（AMT）测深工作，成功划分了组间界面和基底界面，推断了断裂构造，为该区深部资源预测提供了依据。钻探验证，AMT方法在相山地区探测深部地质结构中效果明显。

音频大地电磁法；深部地质结构；组间界面；基底界面；断裂

江西相山铀矿勘查工作起始于1957年的航空放射性测量。经过几十年的研究，认为相山铀矿田主要受制于NE向遂川深断裂及相山火山盆地，属区域断裂与火山塌陷构造联合控矿。近年来，通过在矿田范围内开展攻深找盲及铀资源评价与扩大工作，对相山铀矿勘查理论进行了深化。林锦荣等人认为相山铀矿田的关键控矿因素是断裂构造，断裂与组间界面（变异部位）及基底界面复合、热液酸碱蚀变叠合、晚期花岗斑岩脉发育是深部找矿标志［1］。邵飞等人指出相山铀矿田存在第二找矿空间，具有很好的找矿前景［2］。

通过在乐家地区开展音频大地电磁（AMT）测深工作，利用相山地区鹅湖岭组碎斑流纹岩、打鼓顶组流纹英安岩、基底变质岩之间的电性差异及破碎带两侧的电性畸变特征，成功划分组间界面和基底界面，识别深部断裂构造，为该区深部成矿环境研究和铀资源远景预测提供了依据。

1 区域地质概况

相山铀矿田位于NE向赣杭火山岩成矿带与近SN向大王山—于山花岗岩成矿带的交汇部位［3］，扬子板块与华夏古陆两大构造单元的构造结上。控制矿田的为一大型塌陷式火山盆地，盆地东西长约26.5 km，南北宽15 km，面积约为309 km2［4］。

盆地基底主要为新元古代变质岩（Pt3），在盆地北、东、南侧地表均有出露。盆地盖层主要是上侏罗统的火山岩系，由陆相的酸性、中酸性火山岩、火山碎屑岩及少量正常沉积夹层构成；其中以侵出溢流相的碎斑流纹岩出露面积最大，为相山地区主体岩性。上侏罗统又分为底部打鼓顶组（J3d）和上部鹅湖岭组（J3e），岩性主要为砂岩、流纹英安岩和碎斑流纹岩。此外，盆地北、东、南部出露有次火山岩体，主要岩性为花岗斑岩和花岗闪长斑岩（图1）。

盆地基底主要构造有EW、NE及SN向3组。NE向遂川深断裂是控制该区的最主要基底构造。盖层构造主要以NE向断裂为主，区内的邹家山—石洞断裂及邹家—布水断裂均是重要的控矿构造。

乐家地区位于相山火山盆地西部，区内以NE向断裂构造为主，并发育有NNW向断裂构造。除部分地区为第四系覆盖外，研究区盖层主要为上侏罗统鹅湖岭组碎斑流纹岩（J3e）、下伏打鼓顶组流纹英安岩（J3d），基底主要为变质岩（Pt3）。根据相山地区岩石物性测试结果（图2），碎斑流纹岩和基底变质岩的电阻率值较高，大于103Ω·m；而流纹英安岩电阻率值相对较低，一般小于103Ω·m。因此，工作区从电性特征上表现为高、低、高的3层电性结构，具备开展电法勘探的前提。

2 音频大地电磁测深法概述

音频大地电磁测深法是利用大地中广泛分布的天然变化电磁场，进行深部地质构造研究的一种频率域电磁测深法［6］。当垂直入射的平面电磁波以交变电磁场的形式在地下介质中传播时，由于电磁感应作用，地面观测到的电磁场将包含地下介质的电阻率信息。因此，根据地面记录到的电磁场分量，通过一系列数据处理计算，即可得到该观测点垂向上的电性信息，进而达到测深目的。

在电磁波向下传播过程中，当振幅衰减到一定幅度时，其能量已减弱到不足以达到探测目的，此深度称为趋肤深度，其理论计算见式（1）。在实际应用中，考虑到地质体电性特征存在各向异性，引入探测深度的概念［7］，其表达式见式（2）。

式（1）、（2）中：δ—趋肤深度；D—探测深度；ρ—电阻率；f—频率；ω—角频率；μ—真空磁导率；σ—电导率。

公式表明：不同频率的电磁场，对应着不同的探测深度。当在某点观测到从高到低多个频率的电磁信息时，通过反演计算，即可得到该测点处从浅至深的电性分布。另外，根据上述公式，也可以根据探测目标大致计算出所需要观测到的电磁场最低频率。

3 测量剖面工作部署

为查明研究区断裂构造特征，划分组间界面及基底界面，在区内布设了A、B两条平行剖面（图3），剖面方位SE133°，点距20m，线距800 m，A剖面长2 400 m，B剖面长1 300 m。

野外数据采集采用张量布站，电极首尾相连的EMAP方式进行。AMT接收机采用加拿大Phoenix公司的V8-6R多功能电法仪，磁场传感器采用AMTC-30磁探头，其频率响应范围为0.01～10 400 Hz。AMT时间序列记录利用交叉采样率进行采集，单点采集时间不低于20 min，保证不同频段数据具有充足观测量。

4 AMT数据处理及结果解释

AMT野外数据处理包括前期预处理和后期资料反演两大步骤。前期预处理利用傅里叶变换、Robust估算等方法将单点的电磁场时间序列转换为视电阻率和相位，处理过程中采用了远参考技术及单频飞点剔除技术。后期反演迭代采用正则化计算方法，达到很好的拟合效果。根据岩石物性测试结果，碎斑流纹岩（J3e）的电阻率值一般大于103Ω·m，而流纹英安岩（J3d）的电阻率值一般小于该值；基底变质岩（Pt3）电阻率值大于103Ω·m，但在与流纹英安岩（J3d）的分界面电阻率差异不明显，存在电阻率变化梯度带（图2）。基于上述物性基础，经反演解译，得到A、B两条剖面的AMT测量反演结果如图4所示。

A剖面反演结果，该区在垂向上呈高-低-高3层电性结构。第1和2层电阻率界面出现在标高-300m附近，自剖面0～1 500m逐渐抬升至标高-100 m，然后向下滑脱，大致呈北浅南深趋势。该界面以上为电阻率高值区，其数量级达104Ω·m以上，根据地质资料推测为鹅湖岭组碎斑流纹岩。界面以下为电阻率低值区，电阻率值数量级在102Ω·m左右，推测岩性为打鼓顶组流纹英安岩。因此，该电阻率界面亦为相山鹅湖岭组与打鼓顶组的组间界面。第2和3层电阻率界面出现在标高-700 m附近，界面以下电阻率值在103Ω·m以上，为新元古代基地变质岩。同时，鹅湖岭组内高阻体呈不连续的团块分布，局部地区出现电阻率等值线下凹和错断现象，由此识别断裂2条，推测隐伏断裂3条。

B剖面距A剖面较近，且测线方位一致，反演结果具有很好的一致性。电性分层上，B剖面也呈高-低-高3层电性结构，由浅到深对应鹅湖岭组碎斑流纹岩、打鼓顶组流纹英安岩和基底变质岩。根据电阻率等值线横向的不连续，推测在地表剖面200、550、1 100m附近处存在FB-1、FB-2、F邹—布断裂。FB-1倾向SE，FB-2倾向NW，F邹—布以近乎直立的角度向下切割。

5 钻孔验证

为查明测区内组间界面深度及断裂发育情况，同时对该区AMT探测结果进行验证，于A剖面平距1 700 m处进行了钻孔施工。两者对比结果如图5所示。

通过对比可知，AMT推测结果与钻孔得到的实际情况吻合性较好，具体表现如下：

1）据AMT反演划分的组间界面埋深北浅南深，在剖面1 620m处组间界面埋深距地表553m；经钻孔验证该处组间界面实际埋深距地表613m，与AMT划分结果基本一致。

2）经剖面A钻孔施工，在孔深653.5～674.5 m段出现破碎带，与AMT推测的断裂构造位置吻合。

综合以上两点，认为AMT能较好划分组间界面和基底界面，识别断裂构造，可有效挖掘深部地质体信息。同时也表明AMT在相山地形起伏硬岩工作区，对深部地质结构探测具有很好的应用效果。

6 结论

1）工作区从上到下大致可分为3层结构，组间界面和基底界面埋深呈现北部浅、南部深的趋势。其中组间界面埋深在局部地区变化较剧烈，其变陡部位可能为铀成矿的有利区。

2）作为天然源频率域测深法，AMT方法设备轻便，方法本身不易受高阻屏蔽层影响，为该方法在相山地形起伏硬岩工作区优于其他人工源电法的重要一点。同时，AMT方法在乐家地区的应用实例表明，该方法在推断组间界面和基底界面、识别断裂构造方面效果显著，是该区攻深找盲中行之有效的好方法。

3）对比A、B剖面测量结果，B剖面对深部地质结构的反映效果劣于剖面A，其原因可能是剖面设计过短。因此，利用AMT开展工作，尤其是当探测目标深度较大时，应适当加长勘探剖面，这应当在以后的工作中引起重视。

［1］林锦荣，胡志华，谢国发，等.相山铀矿田深部找矿标志及找矿方向［J］.铀矿地质，2013，29（6）:321-327.

［2］邵飞，许健俊，毛玉峰，等.相山铀矿田第二找矿空间初探［J］.世界核地质科学，2013，30（4）: 187-192.

［3］范洪海，凌洪飞，王德滋，等.江西相山铀矿田成矿物质来源的Nd、Sr、Pb同位素证据［J］.高校地质学报，2001，7（2）:139-145.

［4］张树明，余达淦，吴仁贵，等.相山铀矿田钾玄质岩石与铀成矿［J］.大地构造与成矿学，2005，29（4）:527-536.

［5］林子瑜，李子颖，龙期华，等.相山铀矿田三维地质新认识［J］.铀矿地质，2013，29（4）:199-207.

［6］李金铭.地电场与电法勘探［M］.北京：地质出版社，2007.

［7］杨生.大地电磁测深法环境噪声抑制研究及其应用［D］.长沙：中南大学，2004.

App lication of AMT in detecting deep geological structures in Lejia district of Xiangshan uranium ore field

DUAN Shuxin，LIU Hu

（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

In recent years，exploration in Xiangshan uranium ore field shows that the intersection of faults and the interface of different rock formation and the basement is an important sign of deep oreprospecting.In order to evaluate deep uranium resource in Lejia district，audio magnetotelluric method（AMT）was undertaken to carry out profile investigation.With thatmethod，we discerned the interfase of different rock formation and the basement successfully，and faults in the deep，which provides a good basis for the prediction of deep uranium resource.Drilling results show that AMT method has an obvious advantage in detecting deep geological structures in Xiangshan.

AMT；deep geological structure；boundary of differentgroups；basement interface；fault

P631.1＋2；P619.14

A

1672-0636（2014）03-0531-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2014.03.007

2014-03-04；

2014-05-27

段书新（1987—），男，湖北随州人，助理工程师，主要从事地球物理勘探研究。

E-mail:cugbdantou@163.com