EH4成像系統(tǒng)在鈾礦地區(qū)的研究應用

張 凱，高振兵

（東華理工大學核工程與地球物理學院，江西 南昌 330000）

目前鈾礦已經成為國家重要能源的一種，在國防工業(yè)和核電事業(yè)中都有著很重要的作用，然而在很多鈾礦勘探中會一定程度上造成能源的浪費。因此，在勘探過程中引進物探方法對研究區(qū)域內的地質構造情況進行詳細的調查，可以為鈾礦勘探提供非常有效的依據。

此次運用的是EH4電磁系統(tǒng)，該技術是基于電磁原理的地球物理測深手段，該方法在探測地下構造方面優(yōu)勢明顯，能夠清晰的反應研究區(qū)域內地下1000 m的地質情況。

1 研究區(qū)概況

工作區(qū)位于我國著名的贛杭構造火山巖鈾成礦帶中段，處于揚子準地臺與華南褶皺系接壤處，信江凹陷中段北緣。處在近東西向萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂與遂川—德興深斷裂之間。其中萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂是一條自中元古代以來長期發(fā)展的活動帶，它不但控制兩個Ⅰ級大地構造單元的地殼演化，而且控制了帶內的構造—巖漿以及礦化活動，特別是燕山期，與太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖，聯合控制了帶內的陸相火山活動和鈾成礦作用。

區(qū)內構造經歷了多期活動，特別是加里東期運動和燕山期運動形成了本區(qū)的構造骨架?；遵薨櫂嬙彀l(fā)育，多呈緊密線型褶皺，其褶皺軸向為北東向、近東西向。褶皺的產生和發(fā)展不僅造成區(qū)域變質及局部混合巖化作用，而且形成近東西向的韌性變形，并為后期脆性變形的產生和發(fā)展奠定了基礎；蓋層褶皺構造為一些殘存的背、向斜，軸向主要為北東向或北北東向。斷裂構造發(fā)育，基底斷裂以近東西向的萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂和北東向德興—遂川深斷裂等，均為長期活動，對區(qū)內斷裂構造和巖性、巖相分布有著重要影響，并且進一步起控巖控礦作用。蓋層斷裂構造，多為基底斷裂的繼承性斷裂或主斷裂的次級斷裂，以近東西向、北東向和北北東向斷裂為主，北西向次之。區(qū)內上古生界－中生界碎屑巖、灰?guī)r等脆性巖層或層間界面，特別是鄰近主斷裂的地段，易產生破碎，常構成順層破碎帶，當后期中酸巖體的侵入為成礦溶液運移和儲礦創(chuàng)造了有利空間。

2 EH4電磁系統(tǒng)原理

EH4連續(xù)電導率剖面儀方法原理與傳統(tǒng)的MT法一樣，它屬于可控源與天然源相結合的1種大地電磁測深系統(tǒng)。深部構造通過天然背景場源成像（MT），其信號源為10 Hz～92 kHz。淺部構造則通過新型的便攜式低功率發(fā)射器發(fā)射人工電磁訊號，補償天然信號的不足，從而獲得高分辨率的成像，人工電磁訊號發(fā)射頻率主要為750 Hz～92 KHz。它利用采集到的天然電場E、磁場信號H及頻率f，計算出相應頻率所對應的卡尼亞電阻率，進而達到測定地下各層電阻率的目的。其計算公式為：

式中：f是頻率，Hz；ρ是電阻率，Ω·m；E是電場強度，mv/km；H是磁場強度，nT；φE是電場相位；φH是磁場相位，單位是mrad。

由于地下介質是不均勻的，因而計算的ρ值稱為視電阻率值。探測深度理論上為一個趨膚深度，其計算公式為：

由（4）式可知，趨膚深度（δ）將隨電阻率（ρ）和頻率（f）變化，測量是在和地下研究深度相對應的頻帶上進行的。一般來說，頻率較高的數據反映淺部的電性特征，頻率較低的數據反映較深地層的電性特征。因此，在一個寬頻帶上觀測電場和磁場信息，并由此計算出電阻率和相位，可確定出大地的地電特征和地下構造。

3 野外數據采集

3.1 儀器性能測試

為了檢查儀器在野外工作過程中X、Y兩個方向的電道和磁道接收信號的一致性及儀器的穩(wěn)定性，在野外施工開始、施工中期和工作結束三個階段，均應對儀器進行平行測試試驗，做到適時監(jiān)測儀器的工作狀態(tài)，發(fā)現問題及時解決，從而保證測量數據的質量。

3.2 數據采集

在確認測量裝置正確無誤后，啟動EH4連續(xù)電導率剖面儀采集程序進行數據采集，一般先采集低頻天然場，再采集人工高頻場，當使用人工發(fā)射場源時，嚴格要求接收與發(fā)射同步，儀器同時采集記錄Ex、Ey、Hx、Hy四個電磁分量的場值。

EH4電磁測深采集的是時間序列數據，在每個測點上連續(xù)觀測、記錄大地電磁信號。采集過程中通過傅氏變換轉換到頻率域，利用四個場分量的互功率譜計算出張量阻抗。實時顯示四個相關分量的相對振幅、相位差、相關系數等參數，并顯示電阻率曲線。測量過程中操作員隨時觀察曲線變化情況監(jiān)控數據質量。當信號較弱或電阻率曲線跳變較大時，應盡可能多地增加疊加次數（本次工作采用一、七頻段進行數據采集，疊加次數為16次），壓制噪聲干擾，以確保所有測點的大多數頻點相干度大于0.7，電阻率曲線光滑連續(xù)。

4 處理與解釋

野外采集到的原始數據資料由于有一些隨機干擾信號的存在，可能會影響求取的張量阻抗元素的質量，因此預處理就是剔除干擾，為反演處理做準備。預處理主要包括原始數據的編輯整理和靜態(tài)位移校正。將數據進行預處理后，采用共軛梯度反演法進行反演，根據實測視電阻率、相位差恢復大地地電結構，從獲得的深度電阻率斷面圖上去追蹤分析地質構造現象。

結合研究區(qū)域的地質、地球物理資料，對電阻率反演剖面進行地質解釋推斷。

4.1 I號剖面地質解釋

該測線地層主要有第四、侏羅和二疊系，沿線巖性變化明顯，見有亞粘土、亞砂土、粉砂巖、凝灰質砂巖、頁巖、砂巖、石英砂巖、灰?guī)r、變質砂巖等，局部地段有石英正長巖侵入，且構造破碎帶較發(fā)育。由于各類巖性和構造破碎帶電性差異的影響，因此沿剖面電阻率高低相間，差異明顯。依據電阻率變化范圍和大小，可將剖面段分為低值區(qū)和高值區(qū)，具體分析如下：①從圖1上可看出，在測線東南段由于受淺部粉砂巖、頁巖、砂巖、和石英砂巖等低阻層的影響，致使電阻率較低；而深部高阻，推斷為石英正長巖侵入所致。②在測線段60 m處（4號測點）有一明顯的電阻率低值帶，其位置恰好與F1構造相吻合，推測為F1構造所致，結合相關地質資料和現場調查，推斷F1構造向深部延伸較大，東南傾向，傾角在 45° 左右。③在400～500 m處（21～26號測點）約100 m寬的范圍內，淺部低阻橫向分布均勻，地表100 m以下電阻率較高，結合地質調查，認為淺部出現低阻，緣于淺表層風化破碎程度高，且大部分地段覆蓋層相對較厚，而深部高阻則是由于該區(qū)段大規(guī)模分布電阻率較高的石英正長巖所致。

4.2 Ⅱ號剖面地質解釋

沿線分布的巖性和地層主要有電阻率較低的粉砂巖、變質砂巖、石英砂巖、頁巖和電阻率較高的灰?guī)r以及石英正長巖巖體。巖性或地層條件較復雜，表層松散、風化嚴重。

由圖2可見，該電阻率剖面異常特征主要表現為淺部電阻率較低（尤其是在0～200 m處，即1～11號測點之間），而深部電阻率橫向變化較大，高低相間，成波浪狀，總趨勢是電阻率向西北逐漸增大。具體分析如下：①在 0～160 m處（1～9號測點之間）電阻率普遍較低，推斷是該段三疊系安源組頁巖、砂巖以及石英砂巖的覆蓋厚度大，地勢低洼的影響；②測線段80 m處（5號測點）的電阻率低值帶，為F1構造所致；③在160～460 m處（9～24號測點之間），石英正長巖相間分布，因此出現多個高阻異常區(qū)，其間的低阻帶，如200 m處（約11號測點）的低阻帶推測由構造破碎帶所致，該破碎帶向深部延伸較深，東南傾，傾角為60°左右；300 m處（約15號測點）的低阻帶，推斷是后期侵入的石英正長巖和二疊系下統(tǒng)長興組灰?guī)r接觸界面處的電阻率變化所致；360 m處（19號測點附近）

電阻率較低，推測為巖性分界面或者構造破碎帶。

圖1 I號剖面反演成果圖

圖2 Ⅱ號剖面反演成果圖

5 結論與建議

第一，通過EH4方法在該地區(qū)的應用，推斷除了F1構造，這與實際地質資料相符合，為下一步鈾礦勘查鉆探工作提供了有效地指導性依據。

第二，由于該地區(qū)總體干擾水平較高，得到的結果肯定與實際情況存在一定的偏差。建議應當采取其他物探方法（如地震等）進一步的勘探，進行綜合解釋，以得到更加準確可靠的地質信息。

[1]郭晶，湯洪志，王蔚，等.EH4電磁成像系統(tǒng)在鈾礦勘探中的應用[J].工程地球物理學報，2012（05）：521－525.

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