CSAMT 方法在腾格尔坳陷西缘下白垩统赛汉组砂体识别中的应用

张伟，李英宾，张俊伟，张占彬，魏滨，李毅

（1.核工业航测遥感中心，河北石家庄 050002；2.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心（重点实验室），河北石家庄 050002；3.河北省航空探测与遥感技术重点实验室，河北石家庄 050002）

前人在腾格尔坳陷南部巴彦塔拉地区发现了呼和铀矿点和芒黑特铀矿点，在赛汉组发现了2个砂岩型铀矿工业孔，1个矿化孔，16个异常孔。发现的工业铀矿化孔分别位于赛汉组上、下段辫状河三角洲体系砂体中，识别赛汉组砂体的空间展布形态对该地区的铀矿勘查工作十分必要［1-2］。虽然腾格尔坳陷西缘布图莫吉凹陷开展过铀资源评价项目，但深部找矿的工作还未系统开展，为了在腾格尔坳陷的深部找矿工作中取得突破，急需加大对腾格尔坳陷下白垩统砂体的发育特征研究。在方法选取上，浅层地震勘探精度较高，是砂岩型铀矿找矿中最有效的手段之一［3-4］，但地震勘探要求的施工条件和施工成本均较高。可控源音频大地电磁（CSAMT）测量属频率域电磁法，在查明盆地基底、地层结构、圈定砂体、划分构造格架等方面均具有很好的探测效果［5-6］。已有钻孔资料显示，研究区赛汉组及其砂体的埋深在600 m 以浅，CSAMT 能满足勘查深度需要［7-16］。本文以CSAMT 资料为基础，结合地质、钻孔资料对下白垩统砂体发育特征进行了分析，为腾格尔坳陷西缘的深部找矿工作提供了参考。

1 研究区地质概况及岩石电阻率特征

1.1 地质概况

研究区主要位于腾格尔坳陷西缘的布图莫吉凹陷（图1），两侧延伸到查干诺尔凸起、布朗戈壁凸起，北部紧邻都日木凹陷。布图莫吉凹陷为单断箕状凹陷，由东部断阶带、中央洼槽带和西部斜坡带构成。都日木凹陷为复合箕状凹陷，南东部为主断裂，北西部为被动断裂，发育构造斜坡带。查干诺尔凸起，位于腾格尔坳陷西部，发育构造斜坡带。基底包括古生界变质岩、华力西期花岗岩体，盖层包括侏罗系、下白垩统、新生界。

图1 研究区地质及测线布置图（据参考文献［19］修改）Fig.1 Geological sketch and survey lines layout in the study area（modified after reference［19］）

研究区盖层包括侏罗系、白垩系、新近系，下面主要介绍下白垩统赛汉组，赛汉组分为上段和下段：下段下部岩性为灰绿色、灰色砾岩夹薄层含砾泥岩，上部岩性为灰绿色、灰色、黑色炭质泥岩、含砾泥岩夹砾岩、砂岩、褐煤薄层；上段岩性为黄色、灰白色、中粗砂岩、砂质砾岩和灰、灰绿色泥岩等。研究区找矿目的层为赛汉组上段，兼顾找矿目的层为赛汉组下段。

下白垩统赛汉组砂体发育，规模较大，延伸稳定，成熟度较高，单层厚2～38 m，由3～5 层砂体构成的复合砂体厚约20～100 m，其内部泥岩呈透镜状，砂体上覆新近系泥岩，下伏赛汉组下段湖沼相炭质泥岩、泥岩、褐煤层等，垂向上具有“泥-砂-泥”互层结构。

1.2 岩石电阻率特征

表1 是根据从核工业二〇八大队收集的腾格尔坳陷西部测井资料整理的电阻率统计表，由表1 可见，工作区内布图莫吉凹陷、都日木凹陷构造单元中地层、岩性电阻率参数虽然略有不同，但地质层（体）电阻率总体具有以下特征：第四系不同岩性电阻率变化较大，分布较为局限，其厚度一般小于10 m；新近系泥岩、砂质泥岩视电阻率值为10～15 Ω•m；松散含砾粗砂岩、粗砂岩电阻率为20～150 Ω•m；砂砾岩、砾石电阻率值为20～70 Ω•m；找矿目的层下白垩统赛汉组不同岩性之间视电阻率值差异明显，视电阻率值随着沉积物粒度增大而增高，其中下白垩统赛汉组泥岩、粉砂岩视电阻率值为2～12 Ω•m，砂质泥岩、泥质砂岩或泥岩砂岩互层10～20 Ω•m，砂砾岩、砾岩、中粗砂岩16～45 Ω•m。下白垩统赛汉组砂体与上覆泥岩和下伏泥岩的电阻率差异为研究区砂体的圈定提供了地球物理基础。

表1 研究区电阻率参数统计［17‑19］Table 1 Statistics of electric resistivity of rocks in the study area［17‑19］

2 测线布置及数据处理

2.1 测线布置

研究区主要位于腾格尔坳陷西缘的布图莫吉凹陷及周边凸起，地层展布方向为北北东，水动力方向由南南西流向北北东。测线布设时，根据物探剖面线尽量与主构造线垂直的原则，布置北西西向CSAMT 测线5 条，编号E19K01～E19K05，测线长度30 km，线距4.8 km，点距100～200 m，共1 440 个测量点（图1）。

2.2 数据预处理及约束反演参数选择

本次数据处理采用与GDP-32II多功能电法仪相配套的软件包，包括数据预处理和反演处理等几个方面内容。其处理流程如图2。

经数据预处理后，最终选用经过静态校正处理、剔除近区数据后的数据，采用GDP-32II多功能电法仪相配套的软件进行反演处理［19］。2D Moving Average of Data 初始模型在沉积盆地中的反演效果较好，本次数据处理采用的初始模型为原始数据二维平滑模型；初始模型第一层厚度的取值大小将影响反演电性层的埋深及厚度，放大和圆滑某些地质信息，影响资料解释的精度。与钻孔资料对比后，本次反演选择第一层厚度取值35 m；圆滑参数影响着反演模型数据的拟合度，取值大，数据拟合度小、反演模型较平滑，取值小，数据拟合度高，反演模型较粗糙，本次圆滑系数取值0.4，迭代次数为8 次，反演RMS 小于0.3。

3 砂体解释标志

TZK15-1、TZK15-3 孔分别位于E19K03 测线平距19.5 km、13.5 km 附近，其中TZK15-3 孔深270～450 m 位置揭露到砂体，厚度约180 m；TZK15-1 孔深250～470 m 位置揭露到砂体，厚度约220 m。根据收集的TZK15-1、TZK15-3孔地质及测井电阻率资料，通过可控源音频大地电磁测深反演结果与钻孔揭露的砂体对比，建立了研究区砂体的解译标志（图3）。

图3 中平距12 900～21 500 m 的中阻体，呈似层状分布，顶界面近似水平分布，底界面由两侧向布图莫吉凹陷中心缓倾，电性层厚度逐渐增大，至断面平距19 000 m 附近厚度达260 m。反演电阻率值一般为10～25 Ω•m，结合钻孔揭露资料，为赛汉组泥岩、砂岩、砂质砾岩和含砾中粗砂岩的反映，其与上覆、下伏相对低阻电性层相比，表现出明显的高阻特征，是本次下白垩统赛汉组砂体的圈定的标志。

图3 研究区砂体解译标志图Fig.3 Interpretation sign of sand body in the study area

4 推断解释砂体电性特征

4.1 查干诺尔凸起东部斜坡带砂体电性特征

查干诺尔凸起东部斜坡带发育的砂体具有相似的电性特征，下面以L02 线圈定的砂体为例做简要说明，图4 为E19K02 线0～12 000 m 段下白垩统赛汉组砂体分布范围示意图。

图4 研究区E19K02 线0～12 000 m 段下白垩统赛汉组砂体分布范围示意图Fig.4 Schematic diagram of sand body of Lower Cretaceous Saihan Formation at the segment of 0～12 000 m of exploration Line E19K02

平距0～2 350 m 段展布的中阻体呈透镜状，整体由北西西－南东东倾伏，厚度逐渐增大，至断面平距1 500 m 附近厚度达180 m，反演电阻率值一般在10～120 Ω•m 之间，最高可达150 Ω•m；断面平距2 750～6 600 m的中阻体呈透镜状分布，整体向南东东部缓倾，反演电阻率值一般在10～100 Ω•m；断面平距7 000～11 900 m 的中阻体，呈似层状分布，顶界面呈近似水平、底界面由北西西－南东东缓倾，电性层厚度逐渐增大，至断面平距11 000 m 附近，厚度达125 m，反演电阻率值一般在10～85 Ω•m。根据砂体解释标志，这三处中阻体推断为赛汉组砂体。

结合地质资料分析，上述三组砂体发育于查干诺尔凸起东部斜坡带，且反演电阻率值由北西西－南东东逐渐减小。距蚀源区越近，砂体粒度越粗，反演电阻率值越高。

4.2 布图莫吉凹陷砂体电性特征

布图莫吉凹陷中圈定的砂体具有相似的电性特征，下面以E19K02 线圈定的砂体为例做简要说明，图5为E19K02线12 000～27 500 m段下白垩统赛汉组砂体分布范围示意图，图中连续分布的中阻体，呈似层状分布，顶、底界面由两侧向布图莫吉凹陷中心缓倾，电性层厚度逐渐增大，至断面平距17 000 m 附近，厚度达125 m。反演电阻率值一般为10～50 Ω•m，且电阻率数值由中心向两侧及向上逐渐降低。结合地质资料，推断为赛汉组砂体。

图5 研究区E19K02 线12 000～28 000 m 段下白垩统赛汉组砂体分布范围示意图Fig.5 Schematic diagram of sand body of Lower Cretaceous Saihan Formation at the segment of 20 000～28 000 m of exploration Line E19K02

根据地质资料分析，砂体主要发育于布图莫吉凹陷，测线西部的砂体物源主要来源于查干诺尔凸起，和查干诺尔凸起东部斜坡带中的砂体相比，其粒度较细，反演电阻率相对较低。测线东部的砂体物源主要来源于布朗戈壁凸起，离蚀源区较近，砂体粒度较粗，反演电阻率值较高，说明该凹陷内砂体具多源、多分支的特点。

5 砂体空间展布特征及钻孔验证

5.1 砂体空间展布特征

研究区圈定下白垩统赛汉组砂体2处，其分布特征如图6所示，1号砂体：主要总体呈北东向展布，区内控制长度约28 km，面积约124 km2，平面上由南向北分布。砂体位于查干诺尔凸起东部斜坡带，砂体埋深及厚度由南西向北东逐渐增大，最小埋深约80 m，最大埋深250 m左右，最小厚度约40 m，最大厚度达240 m以上。根据地质资料分析，砂体物源来自于西部查干诺尔凸起及南部的温都尔庙隆起，并向东向北汇聚。2号砂体：呈北北东向展布，区内控制长度约32 km，面积约330 km2。其南段位于布图莫吉凹陷，北段位于都日木凹陷，平面呈蛇曲状分布。布图莫吉凹陷中的砂体顶界面埋深及厚度由南至北逐渐减小，最大埋深及厚度位于研究区中南部。受后期构造运动的影响，基底隆升，下白垩统赛汉组及其砂体埋深及厚度减小，至研究区中北部，砂体埋深及厚度逐渐增大。结合地质资料分析，2号砂体成因为河流相，形成于早白垩世晚期断、拗转换阶段，为研究区下白垩统赛汉组砂体形成的主要时期，且在空间上具一定的规模，整体上较连续、稳定且规模较大，反映出该地层发育河流相沉积体系。

图6 研究区下白垩统赛汉组砂体埋深、厚度及分布范围Fig.6 Buriried depth，thickness and distribution of sand body of Lower Cretaceous Saihan Formation in the study area

5.2 钻孔验证

2019 年在E19K03 线附近收集钻孔三个，其中TZK15-5 孔位于E19K03 测线平距11.5 km北 东1.7 km 附近，TZK15-3 孔位 于E19K03 测线平 距13.5 km 附 近，TZK15-1 位 于E19K03 测 线平距19.5 km 附近。

从TZK15-1、TZK15-3 孔附近反演电阻率断面图分析（图7），电性层反映的电阻率特征、厚度、深度与钻探揭露情况基体吻合，钻孔揭露到以砂岩为主的粗粒沉积物，反演电阻率断面图中表现为相对高阻电性特征，钻孔揭露到以泥岩为主的细粒沉积物，反演电阻率断面图中表现为相对低阻电性特征。反演结果正确地反映了研究区的地电特征。但由于TZK15-5孔距测线距离1.7 km，第四电性层所反映的厚度及埋深与钻探资料有一定差异。

图7 钻孔编录与反演电阻率断面对比图Fig.7 Comparison of borehole logging data and inversion resistivity section

6 结论

1）下白垩统赛汉组砂体之上为新近系红色泥岩，之下为赛汉组下段湖沼沉积泥岩、炭质泥岩、褐煤层等，垂向上构成“泥-砂-泥”互层结构，与上覆、下伏地层比较，其表现出相对高阻的电性特征。

2）查干诺尔凸起东部斜坡带发育的砂体粒度由西向东逐渐变细，越靠近蚀源区部位，砂体粒度越粗，反演电阻率值越高。砂体埋深及厚度由南西向北东逐渐增大，其最小埋深约80 m，最大埋深约250 m，最小厚度约40 m，最大厚度达240 m。布图莫吉凹陷比查干诺尔凸起东部斜坡带砂体粒度细，砂体埋深及厚度由南西向北东变化较大，其最小埋深约80 m，最大埋深约400 m，最小厚度约30 m，最大厚度达340 m。

3）布图莫吉凹陷内下白垩统赛汉组的砂体呈蛇曲状分布，成因为河流相，形成于早白垩世晚期断、拗转换阶段，整体上较连续、稳定且规模较大，反映出该地层发育河流相沉积体系。

4）研究区后期施工多个钻孔，验证了多处圈定砂体的正确性，指导了研究区的铀矿勘查工作。