AMT方法在二连盆地腾格尔坳陷南缘中的应用研究

2017-05-15李西得万汉平胡英才

东华理工大学学报(自然科学版) 2017年4期

喻翔，李西得，万汉平，胡英才

(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)

二连盆地位于内蒙古中部，经过多年的研究及勘探取得了一系列的成果。1990年代乌兰察布坳陷内发现的努和廷铀矿床已成为国内特大泥岩型铀矿床；21世纪初在乌兰察布坳陷东部及马尼特坳陷西部发现了赛罕高毕和巴彦乌拉铀矿床，且目前已达大型规模，这些都说明了二连盆地在砂岩型铀矿勘探方面具有良好的前景(张金带等，2013，2010；张虎军等，2012；李洪军等，2012；陈祖伊等，2010；焦养泉等，2015；申科峰等，2014)。

腾格尔坳陷位于乌兰察布和马尼特坳陷东南部，但迄今为止，其铀矿勘查并未取得新的突破，尤其是南缘次级凹陷—扎克斯台凹陷，并未见开展过相关深部研究工作。籍增贤(2007)利用航磁、航放、电磁测深和遥感资料对腾格尔坳陷古河道特征进行了描述，认为大部分铀矿化点、异常点分布于古河道两侧及其附近；刘波等(2015)根据已有的钻探资料，对腾格尔坳陷赛汉组上段铀成矿环境、控矿成因相等进行了特征分析研究并且圈定了三级远景区。研究表明本区找矿前景良好，但针对腾格尔坳陷南缘地层分布、断裂空间展布及深部地质构造特征等仍缺乏全面、系统地认识。因此，笔者在腾格尔坳陷南缘扎克斯台凹陷进行了音频大地电磁测深工作，将电法、地质和钻井资料相结合，对2条典型AMT测量剖面进行处理和解译(剖面位置见图1)，试图研究盆地深部地质构造特征。

图1 工作区AMT剖面位置图Fig.1 Location map of AMT profiles in work area 1.构造分区线；2.盖层断裂线；3.推测深大断裂；4.岩体；5.AMT剖面

1 腾格尔坳陷南缘音频大地电磁测量

1.1 剖面位置及质量控制

两条AMT测深剖面(E1，E2)呈南北向分布(图1)，每条剖面长度为25 km。AMT测量点距为100 m，累积完成502个测点，2个测点因位于高压线交汇地段而舍弃。野外数据采集中，采用张量测量，所有测点均获取了相互正交的EX，HY，EY和HX实测数据。

在野外数据采集过程中，磁棒及每个测点4方向电道均使用森林罗盘进行校准后布设，所有测点原始记录绝大多数频点的相干度大于0.8。对于检查测点，其原始观测与检查观测的X，Y方向视电阻率、相位均方相对误差均小于5%，视电阻率曲线也具有较好的重复性，表明本次AMT数据质量较好，可信度高。

1.2 音频大地电磁资料处理

本次音频大地电磁测量采用张量数据采集，并记录4个分量时间序列数据，且采用探测的频率范围是10～10 000 Hz。野外实际测量过程中采用3台V8仪器作为一个排列同时进行测量，电极距为100 m，为保证采集视电阻率、阻抗相位等数据资料的质量，AMT所有测点的采集时间均为25～40 min。首先逐点、逐屏地对时间序列进行挑选，剔除存在明显干扰信号的时间序列段；然后将观测的时间序列数据经过傅里叶变换，得到电磁场的功率谱；最后利用功率谱计算得出视电阻率和阻抗相位。

每个测点的视电阻率曲线反映该测点地下电性随深度的变化又反映该测点及附近地下结构的电性不均匀性(王绪本等，2008)。图2显示的测点分别是E1-65，E1-197，E1-223，E2-39，E2-199，E2-235处视电阻率(ρ)曲线，通过观察分析两条剖面各测点的视电阻率特征，发现测点视电阻率曲线形态与断裂构造的划分对应较好。另外，所有测点的视电阻率和相位曲线，视电阻率和相位的相关性较好，曲线形态正常。位于E1剖面的65，233号点和E2剖面的39号点曲线类型为HA型，电阻率曲线尾枝上升说明了基底电阻率高，且较稳定。构造单元内部点E1-197视电阻率曲线为H型，相对于剖面其他构造单元而言总体视电阻率偏低，均小于100 Ω·m，且反映了地下相对高-低-高的电性结构。点E2-199和E2-235视电阻率偏低，约为10 Ω·m，点E2-199曲线类型为Q型，电阻率随深度增加不断降低，下部低阻电性为腾格尔组泥岩；点E2-235曲线类型为QH型，反映地下高-低-相对高的电性结构。

音频大地电磁反演主要基于二维反演，三维反演虽然取得一定进展，但目前实际应用还不广泛(沈金松，2003)。本次采用劳雷工业公司开发的EMAGE-2D软件进行反演，反演核心算法为二维正则化反演算法。本文在反演前对E1，E2剖面进行了二维偏离度计算，试图来了解工区地下结构是否具有二维性、是否可进行二维反演解释。计算结果如图3所示，2条AMT剖面的阻抗二维偏离度都小于0.3，说明2条剖面电性结构可做二维近似。

图3 E1、E2线阻抗二维偏离度Fig.3 2D impedance deviation degree map of E1, E2 profiles

2 反演计算

反演计算即应用反演处理软件对预处理后得到的视电阻率和相位数据进行迭代计算，推测反映地下介质理论电阻率的过程。在反演计算过程中，采用TE+TM联合模式进行电阻率反演，并利用已知地质、钻井资料为背景对其进行约束。实测响应和反演的模型响应均方根误差均小于4%，表明反演模型可近似反映地下真实的电性结构，反演结果如图4所示。

图4 E1、E2线二维反演断面及解译图(图a为E1剖面，图b为E2剖面)Fig.4 The comprehensive interpretation map of 2D resistivity inversion section 1.第四系;2.新近系泥岩;3.白垩系赛汉组砂岩、砂砾岩;4.白垩系腾格尔组泥岩;5.侏罗系火山岩基底;6.推测断裂

3 音频大地电磁剖面解释

基于音频大地电磁二维反演断面及解译结果(图4)和典型测点视电阻率曲线(图2)特点，同时结合地表断裂出露情况划分，按照AMT剖面跨越三个次级构造单元解释，即温都尔庙隆起带、扎克斯台凹陷和善旦凸起。

3.1 温都尔庙隆起带

温都尔庙隆起位于腾格尔坳陷南缘，从南至北部盆地方向，地势由高至低，燕山期中酸性火山岩发育，具有较好的富铀性及表生活化迁移条件。

隆起带电性结构相对简单，分层性较好，深部存在高阻基底，E1和E2线二维反演断面清晰地反映了隆起带各地层结构及基底埋深、空间位置和起伏变化情况。第一电性层为相对中低阻值，电阻率一般为20 Ω·m左右，反映了第四系覆盖层，厚度约为0～20 m；第二电性层为低阻层，电阻率变化范围为1～7 Ω·m，推测为新近系泥岩层，分布平稳，厚度不大于100 m；第三电性层为相对高阻，电阻率在45～110 Ω·m范围变化，推测为白垩系赛汗组地层，厚度变化较大，变化范围为10～500 m；第四电性层在断面中反映为高阻特点，电阻率值最大，变化范围为120～200 Ω·m，主要体现为火山岩基底，厚度较大，最大可达500 m。

3.2 扎克斯台凹陷

扎克斯台凹陷存在向南和向北倾的电性突变带，符合盆地次级凹陷构造特征，在定性解释的视电阻率断面和单点电阻率曲线上，都对凹陷构造有较好的反应。

扎克斯台凹陷表现为中低阻成层特征，自上而下划分为4个电性层，第一电性层为第四系覆盖层，厚度较薄，厚度在十几米范围内变化，相对中低阻值，电阻率一般为30 Ω·m左右，局部夹杂小范围高阻粗沙砾石；第二电性层为相对低阻层，分布厚度均匀，电性变化稳定且电阻率变化范围为1～15 Ω·m，推测为新近系泥岩层，分布平稳，厚度不大于50 m；第三电性层总体上呈现低阻特征如E1剖面所示，电阻率在1～17 Ω·m范围变化，低阻异常范围较大，最深可达500 m，推测为白垩系赛汗组砂岩层；第四电性层阻值比第三层更低，推测为白垩系腾格尔组泥岩层，埋藏较深，最大可达700 m。

综合E1，E2线二维反演断面及解译图可以看出，E1剖面15 000 m和20 500 m处与剖面相邻两侧位置电性差异明显，为电性陡变部位，因此，推断存在切穿盖层和基底地层的两条深大断裂F1与F2。E2线与E1线相似，在剖面12 000 m处电性结构特征出现剧烈变化，结合已知地质资料推测该处界线为F1深大断裂在E2剖面的反应。根据E1，E2测线平面分布位置及相关地质资料，推测F1为盆地区域性深大断裂-楚鲁图断裂，走向为北西西向，倾向北东，倾角约为60°，F2为测区扎克斯台凹陷与善旦凸起的分界线，走向为北东东向，倾向南东，倾角约为70°。

E2剖面21 500 m处西侧和东侧各有一已施工钻孔ZK1-3和ZK1-4，据钻探资料显示ZK1-3孔深233.30 m，第四系、新近系地层厚度为105 m，钻孔ZK1-4孔深380.75 m，第四系、新近系地层厚度为125 m，且钻孔ZK1-3、ZK1-4均未见基底火山岩。对比E2剖面二维反演断面及解译图，该剖面位置处深部未见高阻基底，由此可知，钻探资料证明了剖面反演结果的可靠性。

3.3 善旦凸起

善旦凸起是腾格尔坳陷内的次级凸起，据二维反演剖面显示，善旦凸起与温都尔庙隆起带电性结构相似，从上至下表现为4层电性层，总体呈现上部低阻下部高阻的特征，基底较厚，约为500 m。E1剖面24 000 m以西施工钻孔ZK1-2，孔深121.70 m，钻孔岩心显示100 m以下见基底火山岩，与E1剖面二维反演结果一致。