AMT方法在納米比亞歡樂(lè)谷地區(qū)的應(yīng)用研究

喻翔，張儒亮，腰善叢，范洪海，王生云

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

AMT方法在納米比亞歡樂(lè)谷地區(qū)的應(yīng)用研究

喻翔，張儒亮，腰善叢，范洪海，王生云

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

納米比亞歡樂(lè)谷地區(qū)存在大面積的草原覆蓋區(qū)，地表露頭較少，鈾礦地質(zhì)找礦工作面臨著較大的困難與挑戰(zhàn)。針對(duì)以上問(wèn)題，開(kāi)展了音頻大地電磁法（AMT）剖面測(cè)量工作，初步查明了草原覆蓋區(qū)的電性結(jié)構(gòu)，劃分了不同巖性界面，推斷出了2條構(gòu)造破碎帶和1處背斜構(gòu)造，為研究區(qū)鈾礦找礦工作提供了依據(jù)，同時(shí)也表明了AMT方法能夠有效探測(cè)研究區(qū)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

音頻大地電磁法；地電信息；構(gòu)造破碎帶；納米比亞

納米比亞近一半的地區(qū)為基巖出露區(qū)，其他地區(qū)被地表沉積物和沙漠覆蓋。納米比亞歡樂(lè)谷地區(qū)及鄰區(qū)產(chǎn)出有白崗巖型鈾礦床，其地質(zhì)背景、鈾成礦構(gòu)造環(huán)境有別于國(guó)內(nèi)的花崗巖型鈾礦床，具有典型獨(dú)特的成礦模式［2］，其主要受納米比亞中部的達(dá)馬拉造山帶控制。歡樂(lè)谷地區(qū)內(nèi)草原覆蓋區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地電信息等研究缺乏翔實(shí)可信的地質(zhì)、地球物理資料支持，有關(guān)草原覆蓋區(qū)斷裂構(gòu)造、電性結(jié)構(gòu)等問(wèn)題仍存在著較大疑惑。

Berning J［1］等針對(duì)歡樂(lè)谷地區(qū)西側(cè)的羅辛鈾礦床總結(jié)了礦床特征并推斷了尋找鈾礦化的有利標(biāo)志，認(rèn)為鈾礦床產(chǎn)于達(dá)馬拉造山帶的中央帶中的條帶狀白崗巖體內(nèi)，鈾礦化與巖漿侵入作用和后期構(gòu)造巖漿活化作用有關(guān)。聶江濤等［2］研究了歡樂(lè)谷地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)特征并分析了其控礦作用，認(rèn)為歡樂(lè)谷地區(qū)大地構(gòu)造位置屬于中部褶皺帶—達(dá)馬拉造山帶南部中央帶，韌性剪切帶控制鈾礦分布、含鈾白崗巖產(chǎn)狀、形態(tài)等。Olive R等［3］討論分析了達(dá)馬拉造山帶內(nèi)的電性特征，認(rèn)為在地表以下10 km范圍內(nèi)分布兩個(gè)高阻體；奧特塞布斷裂和奧瑪魯魯線性構(gòu)造帶內(nèi)有一個(gè)由花崗巖和沉積變質(zhì)巖形成的高阻體。Ute W等［4］通過(guò)二維反演模型推斷有一個(gè)低阻的橫向延伸范圍大的構(gòu)造帶平行于奧瑪魯魯線性構(gòu)造帶。

1 草原覆蓋區(qū)音頻大地電磁探測(cè)

1.1 研究區(qū)概況

歡樂(lè)谷地區(qū)位于納米比亞中西部，首都溫得和克以西200 km。西南側(cè)邊界有著名的羅辛（R?ssing）鈾礦床，北東側(cè)有瓦倫西亞（Valencia）鈾礦床，研究區(qū)界限的西側(cè)緊鄰有胡薩布鈾礦床（圖1）。該區(qū)正好處于納米比亞鈾礦成礦區(qū)的中心部位，該區(qū)主要區(qū)域線性構(gòu)造方向?yàn)镹E向，一系列的NE向褶皺和斷層發(fā)育。含鈾花崗巖（白崗巖）和第三紀(jì)古沖溝體系也主要為NE向分布。歡樂(lè)谷地區(qū)顯示的構(gòu)造形式是穹-褶式，許多花崗巖的定位與穹隆相伴，并見(jiàn)環(huán)形構(gòu)造。巖石中各種片理、片麻理和節(jié)理發(fā)育。多期褶皺在該區(qū)可識(shí)別，最早期褶皺為NW向，后期的褶皺方向?yàn)镹E向。該區(qū)地層主要包括達(dá)馬拉層序、第三紀(jì)鈣結(jié)巖和第四系。

1.2 音頻大地電磁法原理簡(jiǎn)介

音頻大地電磁法測(cè)量的是某個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上由天然場(chǎng)源產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的水平分量。同一頻率的電、磁場(chǎng)水平分量的比值，是電性阻抗并且在一定條件下，這個(gè)阻抗是介質(zhì)電性的函數(shù)。由于趨膚效應(yīng)（趨膚深度見(jiàn)公式（2）），隨著電磁場(chǎng)頻率的降低，場(chǎng)的穿透深度將增大，因而可以在單個(gè)測(cè)點(diǎn)上了解深度方向上地球電性的分布特征。

式中：δ——趨膚深度；D——探測(cè)深度，ρ——電阻率；f——頻率；其中ρ由公式（4）求得。

由上述公式可知，當(dāng)改變電磁波的頻率時(shí)，也就改變了電磁波的探測(cè)深度。若采用不同頻率的電磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量視電阻率值，則可反映不同深度的電性分布情況，從而達(dá)到測(cè)深的目的。

在實(shí)踐中，不同周期的大地電磁場(chǎng)水平分量的變化，反映了不同深度范圍內(nèi)的電阻率信息。因此，通過(guò)觀測(cè)不同頻率的電磁信號(hào)［5］，可以獲得不同深度的電性信息，結(jié)合已知地質(zhì)資料和地層情況，從而可以解譯目的層的地質(zhì)特征。

1.3 測(cè)量剖面位置

野外測(cè)量使用加拿大Phoenix公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀。在草原覆蓋區(qū)布設(shè)了A、B兩條平行剖面（圖2），方位約為135°，測(cè)點(diǎn)從測(cè)線西北方向開(kāi)始，序號(hào)由小到大依次排列，點(diǎn)距為50m，線距為2 000m。

1.4 音頻大地電磁資料分析

野外資料采集記錄大地電磁的4個(gè)分量的時(shí)間序列，所觀測(cè)的頻率范圍為1～10 000 Hz。為保證視電阻率、阻抗相位資料的周期長(zhǎng)度，所有測(cè)點(diǎn)記錄時(shí)間均超過(guò)20 min，資料處理采用SSMT2000數(shù)據(jù)處理軟件，將觀測(cè)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傅里葉變換，得到電磁場(chǎng)的功率譜，再采用Robust資料處理技術(shù)估算大地電磁張量阻抗。

圖3給出的是測(cè)點(diǎn)A17、A19、A25、B37、B39和B47處視電阻率（ρ）曲線，縱觀兩條剖面各測(cè)點(diǎn)的視電阻率特征，發(fā)現(xiàn)沿剖面的曲線形態(tài)變化與地層劃分有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。A剖面大多數(shù)點(diǎn)的曲線類(lèi)型為K型，如A37和A39測(cè)點(diǎn)，其余點(diǎn)為KH型，如A47測(cè)點(diǎn)。K型特征反映了地下低-高的電性結(jié)構(gòu)；而KH型反映了低-高-低-高的電性結(jié)構(gòu)。A39測(cè)點(diǎn)視電阻率曲線尾部上升說(shuō)明了草原覆蓋區(qū)的花崗巖基底電阻率較高，較為穩(wěn)定。B剖面的大多數(shù)點(diǎn)的曲線類(lèi)型為KH型，如B17、B19和B25測(cè)點(diǎn)，其余點(diǎn)為K型。KH型曲線反映了地下低-高-低-高的電性結(jié)構(gòu)，說(shuō)明了B剖面地下整體上穩(wěn)定的電性結(jié)構(gòu)。

1.5 反演計(jì)算

采用EMAGE—2D大地電磁處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和反演計(jì)算。對(duì)部分測(cè)點(diǎn)的高頻畸變和飛點(diǎn)借助相位資料進(jìn)行恢復(fù)，并對(duì)原始資料進(jìn)行靜態(tài)校正，以保證視電阻率曲線不受靜態(tài)畸變的影響。對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)采用Bostick變換對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一維反演，然后將其結(jié)果作初始模型進(jìn)行二維正則化共軛梯度反演，最終得到A、B剖面的二維反演結(jié)果（圖4）。由于沿測(cè)線多數(shù)測(cè)點(diǎn)的視電阻率曲線受局部畸變影響不嚴(yán)重，區(qū)域電性總體上是二維結(jié)構(gòu)，二維反演可以較真實(shí)地反映地下電性結(jié)構(gòu)。

2 剖面成果解釋

在歡樂(lè)谷草原覆蓋區(qū)完成了A、B兩條平行剖面，其為東南走向的兩條平行剖面，也是區(qū)內(nèi)最典型的兩條剖面?；诖蟮仉姶哦S反演結(jié)果（圖4）和視電阻率、阻抗相位曲線（圖3）的特點(diǎn)，并結(jié)合地表地質(zhì)資料和斷裂出露的情況，按照從南往北即A、B剖面解釋。

從A剖面視電阻率反演結(jié)果圖上可以看出，地表以下100m處有一明顯電阻率界面，此界面以上電阻率相對(duì)較低（ρ＜32Ω·m），根據(jù)地質(zhì)資料筆者推測(cè)為鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖、砂礫巖和礫巖巖層，從此界面向下，電阻率相對(duì)較高且橫向變化差異比較大，在剖面上1 000 m地下500m處、剖面2 000m地下800m處各有一低阻體，其中1 000 m處的局部低阻體（ρ＜128Ω·m）范圍較小，厚度介于375～1 000 m，推測(cè)為裂隙或較小的斷裂構(gòu)造；而2 000 m處的低阻體電阻率值較低（ρ＜64Ω· m）且向下延伸較大，橫向延伸范圍較寬，由東向西其埋深從600 m逐漸增大至2 000 m，推測(cè)該處橫向延伸較大的低阻體為背斜構(gòu)造，電阻率低值可能是由構(gòu)造破碎造成的局部充水所致。位于背斜構(gòu)造兩側(cè)分別存在1處高阻體（ρ＞20 000Ω·m），推測(cè)為花崗巖。

從B剖面視電阻率反演結(jié)果圖上可以看出，剖面整體可分為兩段，0～1 000m處為第1部分，整體電阻率值較低，大致可以劃分為4個(gè)電性層，即低-高-低-高；1 000～5 000m為第2部分，電阻率值較高大致劃分為3個(gè)電性層，即低-高-低，這與區(qū)內(nèi)的（R?ssing組、Karibib組、Khan組）的巖性對(duì)應(yīng)較好。R?ssing組主要以泥質(zhì)片巖和片麻巖等低阻巖石為主，Karibib組主要以致密的大理巖和鈣硅質(zhì)巖等高阻巖石為主，Khan組主要以角閃云母片巖和變質(zhì)礫巖等低阻巖石為主。主要地層在1 000 m處橫向上電阻率值變化劇烈，電阻率值由西向東從剖面500m的64Ω·m迅速增加到剖面1 200m處的10 000Ω·m，推測(cè)此處存在一個(gè)巖性不連續(xù)面或斷裂構(gòu)造。根據(jù)地貌和實(shí)際地質(zhì)觀測(cè)，該處地勢(shì)低洼，位于該處的大理巖、鈣硅質(zhì)巖、泥質(zhì)和半泥質(zhì)片巖和片麻巖、云母角閃片巖等高阻巖石可能是被水流長(zhǎng)期沖刷至此。剖面上4 000m附近，橫向上電阻率也有所變化，但是范圍比較小，推測(cè)可能為巖體破裂而造成的局部充水導(dǎo)致。

結(jié)合A剖面上1 000 m處的低阻體和B剖面上1 000m處的巖性分界面可以看出，這兩處的斷裂與聶江濤等推測(cè)的韌性剪切帶位置基本吻合。

3 結(jié)論與建議

從研究區(qū)的構(gòu)造等地質(zhì)背景出發(fā)，采用音頻大地電磁法在納米比亞草原覆蓋區(qū)兩條剖面上開(kāi)展了應(yīng)用研究，完成了野外數(shù)據(jù)的采集、處理及解釋?zhuān)醪讲槊髁搜芯繀^(qū)電性層的分布情況，推斷出2條斷裂構(gòu)造破碎帶和1處背斜構(gòu)造，為納米比亞地區(qū)鈾礦深部找礦工作及綜合研究提供了依據(jù)。由于僅開(kāi)展了兩條剖面的測(cè)量，推斷結(jié)果可能具有一定的局限性，對(duì)其他草原覆蓋區(qū)的研究還需要開(kāi)展進(jìn)一步的測(cè)量工作。但通過(guò)在納米比亞的研究，說(shuō)明了音頻大地電磁法對(duì)探測(cè)草原覆蓋區(qū)深部地質(zhì)構(gòu)造具有一定的作用。

［1］Berning J，Coorke R，Hiemstra S A，et al.The R?ssing uranium deposit，Southwest Africa［J］. Economic Geology，1976，71（1）:351-368.

［2］聶江濤.納米比亞EPL3602地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)特征及其控礦作用分析［R］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，2010:40-49.

［3］Olive R，Ute W，Tim V，et al.A magnetotelluric study of the Damara Belt in Namibia 1.Regional scale conductivity anomalies［J］.Physics of the Earth and Planetary Interiors，2003，（138）:71-90.

［4］UteW，Olive R，Volker H.A magnetotelluric study of the Damara Belt in Namibia 2.MT phases over 90°reveal the internal structure of the Waterberg Fault/Omaruru Lineament［J］.Physics of the Earth and Planetary Interiors，2003，（138）:91-112.

［5］李金銘.地電場(chǎng)與電法勘探［M］.北京：地質(zhì)出版社，2005:165-166.

Research and app lication of AM T method in Happiness valley district in Nam ibia

YU Xiang，ZHANG Ru-liang，YAO Shan-cong，F(xiàn)AN Hong-hai，WANG Sheng-yun
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

There are great challenges and difficulties in uranium geology work because of large area grass covered land and few outcrops in Happiness valley district in Namibia.To overcome the problems above，AMT method is undertaken to carry out profile investigation.After finding out electric parameters，different lithologic interfaces were divided，two fracture zones and one anticline structure were，thisworks laid the ground for the exploration of uranium deposit in Namibia and shew that AMTmethod is an effective one in finding underground structures.

AMT；geoelectric information；structure fracture zone；Namibia

P631.1＋2

A

1672-0636（2013）03-0153-06

2013-01-23；

2013-03-05

喻翔（1988—）男，江西贛州人，助理工程師，從事地球物理勘探研究。E-mail:yuxiang219@126.com

10.3969/j.issn.1672-0636.2013.03.006