CSAMT法在伊和图地区古河道砂岩型铀矿勘查中的应用

山亚，曹秋义，孟凡兴，3，张俊伟

（1.核工业航测遥感中心，石家庄050002；2.中核集团公司铀资源地球物理勘查技术中心（重点实验室），石家庄050002；3.东华理工大学，南昌330013）



CSAMT法在伊和图地区古河道砂岩型铀矿勘查中的应用

山亚1，2，曹秋义1，2，孟凡兴1，2，3，张俊伟1，2

（1.核工业航测遥感中心，石家庄050002；2.中核集团公司铀资源地球物理勘查技术中心（重点实验室），石家庄050002；3.东华理工大学，南昌330013）

摘要：通过可控源音频大地电磁测深法在内蒙古伊和图地区赛汉组古河道中心古河谷砂岩型铀矿中的应用，经部分钻探资料的验证，认为该方法是探测深部地质构造的有效方法之一，在古河道型铀矿勘查中具有较好的应用效果。

关键词：CSAMT法；伊和图地区；古河道砂岩型铀矿；应用效果

资助项目：中国核工业地质局项目“内蒙古乌兰察布坳陷伊和图地区可控源音频大地电磁测量（201329）”

内蒙古乌兰察布坳陷伊和图地区铀矿地质工作开始于上世纪五十年代，已发现多处铀矿化异常线索[1-3]，并查明该区铀矿化主要受下白垩统赛汉组发育的古河道沉积控制。其中核工业208大队通过对赛汉高毕铀矿床进行勘查研究[4-5]，大致查明了该区赛汉组古河道砂体及层间氧化带的空间展布及规模，并在古河道的上、下游发现了一些铀成矿有利线索。但受限于当时的技术和施工条件，未能进行钻探验证工作，对古河道的展布形态及发育特征难以完全掌握。本文通过CSAMT法对古河道进行了探索，并将测量反演结果与已知钻孔、测井相结合，通过对比，佐证，大致圈定古河道的分布范围和展布特征，取得了较好的应用效果。这表明CSAMT法在我国北方中新生代盆地砂岩型铀矿勘查中具有良好的应用前景。

1　可控源音频大地电磁法的基本原理

可控源音频大地电磁法(CSAMT法)是在大地电磁法(MT)和音频大地电磁法(AMT)的基础上发展起来的一种人工源频率域电磁测深方法[6]。该方法是80年代兴起的一种测量卡尼亚电阻和相位的电磁测深新技术。该方法具有工作效率高、勘探深度范围大、水平方向分辨能力高、垂向分辨能力好、地形影响较小、高阻层的屏蔽作用小等优点，已广泛应用于铀矿地质勘查,地质构造探测、石油天然气、煤田和金属矿产勘查,并取得了良好的地质效果。

CSAMT测量原理与常规大地电磁(MT)类似,主要是针对天然信号随机性大，信号弱的特点，采用人工方式向地下发送不同频率的交变电流,形成交变电磁场，在距发射源足够远的地方通过测量相互正交的电场分量E与磁场分量H，求得地下介质电阻率和阻抗相位[7]：

式中，f为频率；ρ为电阻率，由于地下介质是不均匀的，计算的ρ值称为视电阻率；φ为阻抗相位；E为电场分量；H为磁场分量。测量过程中通过调整供电频率的高低，可得到不同深度的地电信息，从而达到垂向频率测深的目的。

2　研究区的主要特征

2.1地质特征

研究区位于乌兰察布坳陷东部伊和图地区，本区经历了古生代海槽和中生代陆盆两个漫长而复杂的演化，形成了基底和盖层两种截然不同的构造层[8，9]。基底主要由元古宇艾力格庙群、寒武系、石炭系、二叠系及加里东晚期花岗岩、华力西期花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、燕山期花岗岩等组成。盖层主要由侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系构成。

2.2铀成矿特征

研究区铀矿找矿目的层为赛汉组上段。赛汉组上段主要发育古河道，该河道起源于乌兰察布坳陷南东缘的赛汉塔拉岩体，经齐哈日格图、赛汉高毕至东部达来。顺河道砂体中发育自南向北强烈的后生氧化作用，大部分被氧化为黄色、亮黄色砂体，在河道的侧邦存在灰色残留体，形成东西两侧的潜水-层间氧化带，氧化带规模巨大，具有较好的铀成矿地质条件，找矿类型为古河谷砂岩型，具备形成中-大型铀矿床的潜力。

2.3电阻率特征

根据近年搜集整理的露头小极距测深、孔旁测深、实测曲线及测井资料的电阻率值，综合得出二连盆地各地层及岩体的主要电性参数[9-11]见表1。可见研究区总体电阻率趋势特征为地表第四系电阻率高，新近系、古近系和白垩系电阻率低，侏罗系的火山碎屑岩和古生界的变质岩系岩石电阻率较高；白垩系与侏罗系及其下部地层的岩石电阻率相差很大，而古近系、新近系岩石电阻率变化因地而异，因接近地表，岩石电阻率受气候、潜水等因素影响，与白垩系之间的电阻率值相差较大。经以上对比说明，不同层位和不同岩性间存在着较大的电性差异。

表1　二连盆地盖层及岩体电阻率参数统计表Tab.1 Erlian basin cap and rock resistivity parameter tables

3　野外工作方法

3.1方法技术及资料处理

野外工作使用美国Zonge公司生产的GDP-32多功能电法仪，测量方式采用赤道偶极装置进行CSAMT法的标量测量方式，供电极距AB=1 000 m，收发距r = 4.0～5.0 km，测量极距MN=100 m，测点距=100 m。资料处理主要采用ZONGE公司提供的商业化二维圆滑模型反演软件(SCS2D)进行，其基本步骤包括：原始数据的预处理、静态效应的校正、远区数据频点的选择、二维圆滑模型反演及成图，最后根据反演电阻率断面并结合地质情况进行地质解释[12]。

3.2测线布置

根据物探剖面线方向与“湖盆（群）走向”尽可能相垂直的原则，结合地形、地貌条件及古河道在地表的投影范围，共布置可控源音频大地电磁测量剖面线7条，测线方位为135°，测线总长度200 km，测线间距4km，测点间距200m，测点总数1000个。地质及测线布置见图1。

4　应用效果分析

由于L04线与地质勘探线重合，测线方位135°，主要穿越脑木根凹陷东南缘、东方红凸起，地表主要出露古近系，部分地段为新近系、第四系覆盖。现通过对L04线附近收集的EZK0-1931、EZK0-2059两个钻孔、及测井电阻率资料，并结合井旁的可控源音频大地电磁测深反演结果以及古河道段的砂体分布，对该地区的地电结构进行了深入的对比分析研究[11]。

L04线电性层从上至下大致呈中阻-低阻-中高阻-低阻-中阻-低阻-中高阻分布；在横向上，上部各电性层连续性好、厚度稳定，下部部分电性层呈断续分布状态、连续性差，且深度与厚度变化较大。

EZK0-1931、EZK0-2059孔位于齐哈格日图凹陷与脑木根凹陷接壤部位，其中EZK0-1931孔位于L04线断面平距11.8 km附近、EZK0-2059孔位于L04线断面平距15.0 km附近。图2为两钻孔地质编录、测井电阻率及反演电阻率断面对比图[12]。

图1　工作区地质及测线布置图（地质底图来源于核工业208大队）Fig.1 Workspace layout geology and survey lines（geological base map from the Nuclear Industry Battalion 208）1.第四系；2.上新统宝格达乌拉组；3.中新统通古尔组；4.渐新统；5.始新统；6.古新统脑木根组；7.下二叠统；8.实测地质界线；9.平行不整合地质界线；10.角度不整合地质界线；11.核工业208大队推断古河道地表投影；12.核工业208大队地质勘探线；13.工作区范围；14.可控源音频大地电磁测量测线及编号；15.钻孔及编号

从测量结果分析，可控源音频大地电磁测量反演深度800 m左右（图2中反演电阻率断面图截止到500m左右），纵向电性明显地反映为6个电性层。由图可见，本次测量反演电阻率与实测三侧向测井电阻率数值略有差异，但变化趋势相同，基本与古近系、上白垩统二连组、下白垩统赛汉组上段、赛汉组下段不同岩性段相对应。

区内古河道为层间古河道，分布于赛汉组上段底部，以曲流河沉积为主，河道中心（冲刷面）为滞留沉积（含砾中粗砂岩、砂质砾岩为主），向两侧过渡为以砂岩、细砂岩、泥岩沉积为主的细屑沉积物。从反演电阻率断面图分析，古河道在反演电阻率断面图上（图3）表现形态为：反演电阻率为中高阻特征，呈透镜状分布，等值线底部呈凹形、顶部稍凸或水平、两端渐薄尖灭，反演电阻率值由中心部位逐渐向两端降低，且在相邻反演电阻率断面图上连续分布。

综合地质资料及钻探成果表明，研究区主要找矿目的层为下白垩统赛汉组上段。根据可控源音频大地电磁测量解释成果和古河道在反演电阻率断面图中的判别依据，结合地质资料分析，圈定了古河道砂体的分布范围（图4），其分布特征表明：古河道主要发育于早白垩世晚期（赛汉期），由南西流向北东。河道中心部位（河道滞流沉积）岩性以中粗粒砂岩、砾质砂岩、砂岩为主，其两侧及上部则以（边滩相、堤岸亚相、河漫滩相）砂岩、泥为主；另外，赛汉组上段顶部泥岩与赛汉组下段泥岩，构成古河道砂体的隔水顶、底板，空间上具有泥-砂-泥互层的地层结构。同时河道边滩沉积的砂岩中多富含炭屑、黄铁矿等还原介质，因此赛汉组上段砂体是本区寻找古河谷砂岩型铀矿的目标层位。而不同沉积环境形成不同的岩石原生地球化学类型，导致铀元素在不同岩石中分布的差异，后生氧化改造作用造成铀元素的再分配，使氧化岩石中的铀迁移贫化，铀在氧化还原变异部位沉淀富集。气候条件决定了岩石原生地球化学类型的分布特征，同时直接影响了后生氧化作用发育程度及氧化带规模。赛汉组古河道中心沉积砂体粒度较粗，岩石渗透性较好，氧化作用往往顺河道中心纵向发育，河道侧帮粒度较细的砂岩中富含还原介质，在河道两侧形成氧化-还原过渡部位，铀富集形成古河谷砂岩型铀矿。

图2　EZK0-1931、EK0-2059钻孔地质编录、电阻率测井及反演电阻率断面对比图Fig.2 Geological record，resistivity logs and inversion resistivity section comparison chart between EZK0-1931 and EK0-2059

图3　L04线116～127号段古河道分布示意图（反演电阻率断面图）Fig. 3 Paleochannel distribution diagram of L04 line116～127 point（inversion resistivity section）

图4　赛汉组上段古河道砂体及断裂构造分布图Fig. 4 The ancient river sand of Distribution and faults for up part of the Saihan Fm. 1.居民地；2.公路；3.铁路；4.湖泊；5.推断的断裂及编号；6.砂岩、泥岩为主的沉积范围；7.古河道砂体的主要分布范围；8.工作区范围；9.测线及编号

5　结论

（1）二连盆地乌兰察布坳陷伊和图地区中新生界沉积盖层中不同岩性电阻率差异明显，具备开展CSAMT测量的物理基础。

（2）通过CSAMT测量推断的古河道分布范围和展布形态得到了后期钻探和测井工作的查证，推断结果可信，取得了较好的探测效果。

（3）在中新生代沉积盆地开展CSAMT测量，能够快速查明深部地电结构，为钻探工程部署提供直接的参考依据，能有效地指导钻探工程的布置，提高效益，节省开支。

参考文献：

［1］金明，王敢，滕润球，等.内蒙古乌兰花盆地上新统砂岩型铀矿成矿地质条件分析［J］.铀矿地质，2003，19（3）：141-147.

［2］康世虎.二连盆地乌兰察布坳陷东部古河道型氧化带发育特征及铀成矿模式［J］.河南理工大学学报，2010，28： 107-110.

［3］刘武生，康世虎，贾立城，等.二连盆地中部古河道砂岩型铀矿成矿特征［J］.铀矿地质，2013，29（6）：328-335.

［4］申科峰，侯树仁.内蒙古二连盆地腾格尔坳陷南缘铀矿带钻预测一九九八年度总结报告［R］.核工业208大队.1999

［5］张俊伟.内蒙古二连盆地乌兰察布坳陷赛乌苏地区物探测量报告［R］.石家庄：核工业航测遥感中心，2012.

［6］汤井田，何继善.可控源音频大地电磁法及其应用［M］.长沙：中南大学出版社，2005.

［7］王志宏.CSAMT在可地侵砂岩型铀矿勘查中的应用［J］.物探与化探，2005.

［8］旷文战，康世虎.内蒙古二连盆地乌兰察布坳陷及周边铀资源区域评价［R］.内蒙古包头市：核工业208大队，2012.

［9］旷文战，李洪军.内蒙古二连盆地地浸砂岩型铀资源调查评价［R］.内蒙古包头市：核工业208大队，2005.

［10］山科社.内蒙古二连盆地脑木根地区音频大地电磁测量报告［R］.石家庄：核工业航测遥感中心，2009.

［11］山科社.内蒙古乌兰察布坳陷额仁淖尔地区音频大地电磁测量报告［R］.石家庄：核工业航测遥感中心，2008.

［12］张俊伟.内蒙古乌兰察布坳陷伊和图地区音频大地电磁测量报告［R］.石家庄：核工业航测遥感中心，2013.

Abstract：In this paper, the basic principles of Controlled Source Audio-frequency Magnetotelluric method (CSAMT method) are introduced. Based on the application of CSAMT method in paleo-channel sandstone-type uranium depositsin Saihanzu, Yihetu region, Inner Mongoliawith thevalidation of somedrilling data, theauthor suggust that CSAMT method is one of the effective methods for deep detection of geological structure, and has goodapplicationeffect intheexplorationof paleo-channel uraniumdeposits.

Key words：CSAMT method; Yiheturegion; Paleo-channel sandstone-typeuraniumdeposits;Applicationeffect

中图分类号：631.3+25

文献标识码：A

文章编号：1672-4135（2016）01-0076-05

收稿日期：2015-11-30

作者简介：山亚（1986-），女，毕业于石家庄经济学院，助理工程师，主要从事地面物化探工作，Email:531042056@qq.com。

Geochemical anomaly characteristics and prospecting in the census region of Kouzitou，Fuping county，Hebei province

FAN Yu-peng1, JIANGXing-yu2, Wang Zi-yang1

（1.Hebei Instituteof Geological Survey, Shijiazhuang050081,China; 2. Tianjin Centreof ChinaGeological Survey, Tianjin300170, China）

Abstract：1/10 000 rock geochemical survey for cryptoexplosive breccia was finished and 10 anomalies were delineated on the basis of comprehensive analysis of geological and geochemical data. The drilling verification shows that pyrite phyllic develops strongly, and five molybdenum ore bodies and seven silver (gold) ore bodies were found. The estimate amount of molybdenum metal is 83 t, silver 10.67 t, associated gold 61.81 kg. The primary halo anomalies belong to the the ore anomalies. The Ag-Mo multiple metal ore bodies occur in cryptoexplosive breccia. The element content distribution in primary halo of drilling displays that precipitation regularity of main ore-forming elements conform to the distribution pattern of the typical hydrothermal deposit elements. Theauthorsresearched theenrichment rangeof elementsand calculated theoccurrencesiteof blind ore body andmadearecommendationfor further validation

Key words：primary halo; multiplemetal; cryptoexplosivebreccia; hydrothermal liquid; Kouzitou

Application of CSAMT method in the exploration of paleo-channel sandstone-type Uranium deposits in Yihetu Region，Inner Mngolia

SHAN Ya1，2, CAOQiu-yi1，2, MENGFan-xing1，2，3, ZHANGJun-wei1，2

（1.Aerial remotesensingcenter of nuclear industry，Shijiazhuang050002; 2.Nuclear groupco., LTD. Uraniumresourcesin
geophysical explorationtechnology center (key laboratory)，Shijiazhuang050002; 3.Donghuauniversity of scienceandtechnolog，Nanchang330013）