音频大地电磁法在二连盆地伊和高勒地区砂岩型铀矿勘查中的应用

胡跃彬,汪硕,段书新,张志勇,郭江川

(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)

音频大地电磁测深法简称为AMT法,是大地电磁(MT)法的一个分支,它主要是观测由远程天电引起的天然平面电磁波信号以确定地下的电阻率值,通过研究地下岩石电阻率的分布规律达到了解地质构造、找矿、找水等目的[1--4]。二连盆地铀矿勘查工作始于20世纪80年代,30多年来,前人对二连盆地铀源、构造、构造--沉积演化、沉积建造、后生蚀变、矿化特征等取得了丰富的认识,发现了一批铀矿床[5--8]。前人工作重点主要集中在盆地中西部“巴--赛--齐”成矿带附近,伊和高勒地区由于大面积玄武岩覆盖,给地表地质工作带来了难度,工作程度相对较低。本文利用AMT方法对高阻屏蔽层穿透性强的特性,研究伊和高勒地区的地层结构和构造特征,识别砂体分布情况。

1 地质概况

二连盆地总体构造走向为北东向,东西长约1 000 km,南北宽20～40 km,总面积约11万km2。受内蒙古--大兴安岭褶皱带和燕山期拉张翘断构造应力场作用,盆地划分为“五坳一隆”6大构造单元,包括川井坳陷、乌兰察布坳陷、马尼特坳陷、腾格尔坳陷和乌尼特坳陷以及苏尼特隆起。盆地中三级构造单元凹凸相间分布,共有22个凸起和53个凹陷[9--11](图1)。

研究区属于二连盆地马尼特坳陷。马尼特坳陷呈北东东向展布,包含有2凸9凹11个次级构造单元。上侏罗统多以凝灰岩等酸性喷发岩和中基性的安山岩、玄武岩为主。坳陷内下白垩统发育齐全,厚度较大,自下而上,由粗--细--粗3套碎屑岩组成了一个完整的沉积旋回,分为阿尔善组、腾格尔组和赛汉组。其中赛汉组下部为砂砾岩,局部夹泥岩薄层,底部常见薄层砾岩;上部为红色、黄色含砂砾泥岩,为河流相沉积,为本次铀矿勘查的目的层。上白垩统二连组大面积缺失。古近系在坳陷的西部发育。新近系在全区均有发育,厚度较小[12--16]。

图1 二连盆地构造单元及研究区位置Fig.1 Structural division of Erlian Basin and the study area

2 研究区及其周边岩石电性参数

笔者收集的研究区及其周边主要岩性电阻率如表1[17--19]所示。从表中可以看出研究区及周边岩石电阻率具有如下特征:泥岩电阻率小于12Ω·m,为低阻特征;砂岩电阻率在12～35Ω·m 之间,为中高阻特征;基底变质岩、火成岩等电阻率均大于50Ω·m,为高阻特征。三者具有明显的电性差异,为AMT 方法解释划分不同岩性提供了较好的电性差异基础。

3 AMT数据采集及处理

3.1 测线布设

为了查明玄武岩覆盖层下伏地层结构、砂体分布情况,在伊和高勒地区,部署了两条相距20 km 的AMT 测线。测线方向垂直于主要构造走向,为NE145°,点距100 m,测线长度分别为L1线39 km、L2线36 km(图2)。

3.2 AMT数据采集与预处理

本次野外测量采用加拿大Phoenix公司生产的V8多功能电法仪,所用的宽频磁探头响应频率范围为10 000 s～10 000 Hz。为保证采集到的数据能够满足探测深度要求,野外采集时间不低于40 min,保证参与反演的最低频率在0.6 Hz左右。数据采集系统布置如图3所示。一组排列由1 个V8 主机和两个RXU-3ER 接收机组成,采用磁道共享技术,每组排列同时测量3个测点。使用V8多功能电法仪配套的SSMT2000 数据预处理软件对采集到的原始时间序列数据进行傅里叶变换等预处理,得到频率域的视电阻率及阻抗相位曲线,最后使用MTEDITOR 软件对视电阻率及阻抗相位曲线进行飞点剔除等处理,得到较为光滑的频率域曲线,为数据反演做准备。

3.3 AMT数据反演与资料解释

利用MTPioneer软件对预处理之后的数据进行了“TE 加TM”模式数据的二维非线性共轭梯度带地形反演。L1线在迭代84次之后结束反演,最终拟合残差为2.98,L2线在迭代76次之后结束反演,最终拟合残差为3.09,两条剖面的数据拟合都比较好。

表1 研究区及其周边岩石电性参数统计[17--19]Table 1 Electrical parameters of rock in the study area and surroundings

3.3.1 L1线反演电阻率断面解释

图4是L1线反演电阻率断面及地质解释图。由图可知,除浅部高阻薄层和深部局部高阻体外,反演电阻率断面在纵向上整体呈现“低--高--低”的特征,反映了工作区相对稳定的沉积环境。根据岩石电性参数,推断浅部高阻薄层为玄武岩覆盖层,深部高阻体为基底。在相对低阻的沉积地层中,根据砂泥岩的电性差异,推断反演电阻率相对偏高的部分为砂质沉积体,其余为泥岩。其中,砂体反演电阻率大约在15～20Ω·m,埋深在200～500 m 之间,平均厚度约为200 m,向测线东南有逐渐减薄趋势。

横向上,平距0～14 000 m 与21 000～39 000 m是相对低阻区,以泥质沉积为主,反映了沙那凹陷和宝格达凹陷两个次级构造单元的位置;平距14 000～21 000 m 对应的高阻凸起为额尔登高毕凸起。玄武岩主要分布在额尔登高毕凸起范围内,厚度较薄,约在20～110 m之间。

3.3.2 L2线反演电阻率断面解释

图2 AMT 测线布设Fig.2 Layout of AMT survey lines

图3 V8数据采集系统野外布置示意图Fig.3 The field layout sketch of V8 data acquisition system

图5是L2线反演电阻率断面及地质解释图。与L1反演电阻率断面相似,剖面浅部的高阻薄层为玄武岩覆盖层,深部高阻体为基底。根据砂泥岩电性差异,推断L2 剖面在纵向上存在两层砂质沉积体:第一层位于平距0～22 000 m,厚度在20～100 m 之间,埋深在100～200 m 之间;第二层砂体位于平距1 500～8 000 m和13 000～1 600 m 处,厚度在300 m 左右,埋深在200～500 m 之间,砂体向测线东南逐渐变薄。

横向上,平距5 000～16 000 m 与30 000～36 000 m 是相对低阻区,以泥质沉积为主,反映了沙那凹陷和宝格达凹陷两个次级构造单元的位置;平距16 000～30 000 m 对应的高阻凸起为额尔登高毕凸起。玄武岩主要分布在沙那凹陷范围内的浅部地表0～30 m 的范围内,厚度在30 m 左右。

4 钻孔验证

图4 L1线反演电阻率断面及解释图Fig.4 Section of inversed resistivity and interpretation of line L1

图5 L2线反演电阻率断面及解释图Fig.5 Section of inversed resistivity and interpretation of Line L2

对比L1线西北侧的钻孔,AMT 探测结果与钻孔岩心柱状图较为吻合(图6)。根据反演电阻率断面,AMT 反演结果在海拔800～1 000 m 深度段表现为黄色,为相对高阻体,而上下两侧反演电阻率相对较低,钻孔在该深度位置揭露到较为完整的砂体,砂体上下均为致密泥岩。AMT 反演电阻率断面与钻孔揭露地层结构在深度上的一致性,表明本次利用AMT 划分砂体空间展布较为有效。

5 结论

1)查明了研究区次级构造单元的分布、划分了浅部玄武岩盖层和深部高阻基底,推断了砂体空间展布,为伊和高勒地区铀资源潜力预测及评价提供了地球物理依据;

2)利用AMT 方法对高阻屏蔽层具有良好的穿透性,大致查明了玄武岩覆盖下的砂体展布情况,且本次AMT 反演结果与钻孔资料的对比表现出良好的一致性,说明AMT 方法可以为玄武岩覆盖区的砂岩型铀矿勘查提供必要的技术支持。

图6 L1线(7 000～9 000 m 段)物探推测结果与钻孔验证结果对比简图Fig.6 Comparison of geophysical results and borehole verification in line L1(7 000～9 000 m segment)