AMT方法在相山鈾礦田樂家地區(qū)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)中的應(yīng)用

段書新，劉祜

AMT方法在相山鈾礦田樂家地區(qū)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)中的應(yīng)用

段書新，劉祜

（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）

近幾年，相山鈾礦田的勘探表明，斷層與組間界面變異部位、基底界面的復(fù)合部位是深部找礦的重要標(biāo)志。針對(duì)樂家地區(qū)深部鈾資源評(píng)價(jià)需要，開展了音頻大地電磁法（AMT）測(cè)深工作，成功劃分了組間界面和基底界面，推斷了斷裂構(gòu)造，為該區(qū)深部資源預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。鉆探驗(yàn)證，AMT方法在相山地區(qū)探測(cè)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)中效果明顯。

音頻大地電磁法；深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)；組間界面；基底界面；斷裂

江西相山鈾礦勘查工作起始于1957年的航空放射性測(cè)量。經(jīng)過幾十年的研究，認(rèn)為相山鈾礦田主要受制于NE向遂川深斷裂及相山火山盆地，屬區(qū)域斷裂與火山塌陷構(gòu)造聯(lián)合控礦。近年來，通過在礦田范圍內(nèi)開展攻深找盲及鈾資源評(píng)價(jià)與擴(kuò)大工作，對(duì)相山鈾礦勘查理論進(jìn)行了深化。林錦榮等人認(rèn)為相山鈾礦田的關(guān)鍵控礦因素是斷裂構(gòu)造，斷裂與組間界面（變異部位）及基底界面復(fù)合、熱液酸堿蝕變疊合、晚期花崗斑巖脈發(fā)育是深部找礦標(biāo)志［1］。邵飛等人指出相山鈾礦田存在第二找礦空間，具有很好的找礦前景［2］。

通過在樂家地區(qū)開展音頻大地電磁（AMT）測(cè)深工作，利用相山地區(qū)鵝湖嶺組碎斑流紋巖、打鼓頂組流紋英安巖、基底變質(zhì)巖之間的電性差異及破碎帶兩側(cè)的電性畸變特征，成功劃分組間界面和基底界面，識(shí)別深部斷裂構(gòu)造，為該區(qū)深部成礦環(huán)境研究和鈾資源遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

相山鈾礦田位于NE向贛杭火山巖成礦帶與近SN向大王山—于山花崗巖成礦帶的交匯部位［3］，揚(yáng)子板塊與華夏古陸兩大構(gòu)造單元的構(gòu)造結(jié)上。控制礦田的為一大型塌陷式火山盆地，盆地東西長約26.5 km，南北寬15 km，面積約為309 km2［4］。

盆地基底主要為新元古代變質(zhì)巖（Pt3），在盆地北、東、南側(cè)地表均有出露。盆地蓋層主要是上侏羅統(tǒng)的火山巖系，由陸相的酸性、中酸性火山巖、火山碎屑巖及少量正常沉積夾層構(gòu)成；其中以侵出溢流相的碎斑流紋巖出露面積最大，為相山地區(qū)主體巖性。上侏羅統(tǒng)又分為底部打鼓頂組（J3d）和上部鵝湖嶺組（J3e），巖性主要為砂巖、流紋英安巖和碎斑流紋巖。此外，盆地北、東、南部出露有次火山巖體，主要巖性為花崗斑巖和花崗閃長斑巖（圖1）。

盆地基底主要構(gòu)造有EW、NE及SN向3組。NE向遂川深斷裂是控制該區(qū)的最主要基底構(gòu)造。蓋層構(gòu)造主要以NE向斷裂為主，區(qū)內(nèi)的鄒家山—石洞斷裂及鄒家—布水?dāng)嗔丫侵匾目氐V構(gòu)造。

樂家地區(qū)位于相山火山盆地西部，區(qū)內(nèi)以NE向斷裂構(gòu)造為主，并發(fā)育有NNW向斷裂構(gòu)造。除部分地區(qū)為第四系覆蓋外，研究區(qū)蓋層主要為上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑流紋巖（J3e）、下伏打鼓頂組流紋英安巖（J3d），基底主要為變質(zhì)巖（Pt3）。根據(jù)相山地區(qū)巖石物性測(cè)試結(jié)果（圖2），碎斑流紋巖和基底變質(zhì)巖的電阻率值較高，大于103Ω·m；而流紋英安巖電阻率值相對(duì)較低，一般小于103Ω·m。因此，工作區(qū)從電性特征上表現(xiàn)為高、低、高的3層電性結(jié)構(gòu)，具備開展電法勘探的前提。

2 音頻大地電磁測(cè)深法概述

音頻大地電磁測(cè)深法是利用大地中廣泛分布的天然變化電磁場(chǎng)，進(jìn)行深部地質(zhì)構(gòu)造研究的一種頻率域電磁測(cè)深法［6］。當(dāng)垂直入射的平面電磁波以交變電磁場(chǎng)的形式在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，地面觀測(cè)到的電磁場(chǎng)將包含地下介質(zhì)的電阻率信息。因此，根據(jù)地面記錄到的電磁場(chǎng)分量，通過一系列數(shù)據(jù)處理計(jì)算，即可得到該觀測(cè)點(diǎn)垂向上的電性信息，進(jìn)而達(dá)到測(cè)深目的。

在電磁波向下傳播過程中，當(dāng)振幅衰減到一定幅度時(shí)，其能量已減弱到不足以達(dá)到探測(cè)目的，此深度稱為趨膚深度，其理論計(jì)算見式（1）。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到地質(zhì)體電性特征存在各向異性，引入探測(cè)深度的概念［7］，其表達(dá)式見式（2）。

式（1）、（2）中：δ—趨膚深度；D—探測(cè)深度；ρ—電阻率；f—頻率；ω—角頻率；μ—真空磁導(dǎo)率；σ—電導(dǎo)率。

公式表明：不同頻率的電磁場(chǎng)，對(duì)應(yīng)著不同的探測(cè)深度。當(dāng)在某點(diǎn)觀測(cè)到從高到低多個(gè)頻率的電磁信息時(shí)，通過反演計(jì)算，即可得到該測(cè)點(diǎn)處從淺至深的電性分布。另外，根據(jù)上述公式，也可以根據(jù)探測(cè)目標(biāo)大致計(jì)算出所需要觀測(cè)到的電磁場(chǎng)最低頻率。

3 測(cè)量剖面工作部署

為查明研究區(qū)斷裂構(gòu)造特征，劃分組間界面及基底界面，在區(qū)內(nèi)布設(shè)了A、B兩條平行剖面（圖3），剖面方位SE133°，點(diǎn)距20m，線距800 m，A剖面長2 400 m，B剖面長1 300 m。

野外數(shù)據(jù)采集采用張量布站，電極首尾相連的EMAP方式進(jìn)行。AMT接收機(jī)采用加拿大Phoenix公司的V8-6R多功能電法儀，磁場(chǎng)傳感器采用AMTC-30磁探頭，其頻率響應(yīng)范圍為0.01～10 400 Hz。AMT時(shí)間序列記錄利用交叉采樣率進(jìn)行采集，單點(diǎn)采集時(shí)間不低于20 min，保證不同頻段數(shù)據(jù)具有充足觀測(cè)量。

4 AMT數(shù)據(jù)處理及結(jié)果解釋

AMT野外數(shù)據(jù)處理包括前期預(yù)處理和后期資料反演兩大步驟。前期預(yù)處理利用傅里葉變換、Robust估算等方法將單點(diǎn)的電磁場(chǎng)時(shí)間序列轉(zhuǎn)換為視電阻率和相位，處理過程中采用了遠(yuǎn)參考技術(shù)及單頻飛點(diǎn)剔除技術(shù)。后期反演迭代采用正則化計(jì)算方法，達(dá)到很好的擬合效果。根據(jù)巖石物性測(cè)試結(jié)果，碎斑流紋巖（J3e）的電阻率值一般大于103Ω·m，而流紋英安巖（J3d）的電阻率值一般小于該值；基底變質(zhì)巖（Pt3）電阻率值大于103Ω·m，但在與流紋英安巖（J3d）的分界面電阻率差異不明顯，存在電阻率變化梯度帶（圖2）?；谏鲜鑫镄曰A(chǔ)，經(jīng)反演解譯，得到A、B兩條剖面的AMT測(cè)量反演結(jié)果如圖4所示。

A剖面反演結(jié)果，該區(qū)在垂向上呈高-低-高3層電性結(jié)構(gòu)。第1和2層電阻率界面出現(xiàn)在標(biāo)高-300m附近，自剖面0～1 500m逐漸抬升至標(biāo)高-100 m，然后向下滑脫，大致呈北淺南深趨勢(shì)。該界面以上為電阻率高值區(qū)，其數(shù)量級(jí)達(dá)104Ω·m以上，根據(jù)地質(zhì)資料推測(cè)為鵝湖嶺組碎斑流紋巖。界面以下為電阻率低值區(qū)，電阻率值數(shù)量級(jí)在102Ω·m左右，推測(cè)巖性為打鼓頂組流紋英安巖。因此，該電阻率界面亦為相山鵝湖嶺組與打鼓頂組的組間界面。第2和3層電阻率界面出現(xiàn)在標(biāo)高-700 m附近，界面以下電阻率值在103Ω·m以上，為新元古代基地變質(zhì)巖。同時(shí)，鵝湖嶺組內(nèi)高阻體呈不連續(xù)的團(tuán)塊分布，局部地區(qū)出現(xiàn)電阻率等值線下凹和錯(cuò)斷現(xiàn)象，由此識(shí)別斷裂2條，推測(cè)隱伏斷裂3條。

B剖面距A剖面較近，且測(cè)線方位一致，反演結(jié)果具有很好的一致性。電性分層上，B剖面也呈高-低-高3層電性結(jié)構(gòu)，由淺到深對(duì)應(yīng)鵝湖嶺組碎斑流紋巖、打鼓頂組流紋英安巖和基底變質(zhì)巖。根據(jù)電阻率等值線橫向的不連續(xù)，推測(cè)在地表剖面200、550、1 100m附近處存在FB-1、FB-2、F鄒—布斷裂。FB-1傾向SE，F(xiàn)B-2傾向NW，F(xiàn)鄒—布以近乎直立的角度向下切割。

5 鉆孔驗(yàn)證

為查明測(cè)區(qū)內(nèi)組間界面深度及斷裂發(fā)育情況，同時(shí)對(duì)該區(qū)AMT探測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，于A剖面平距1 700 m處進(jìn)行了鉆孔施工。兩者對(duì)比結(jié)果如圖5所示。

通過對(duì)比可知，AMT推測(cè)結(jié)果與鉆孔得到的實(shí)際情況吻合性較好，具體表現(xiàn)如下：

1）據(jù)AMT反演劃分的組間界面埋深北淺南深，在剖面1 620m處組間界面埋深距地表553m；經(jīng)鉆孔驗(yàn)證該處組間界面實(shí)際埋深距地表613m，與AMT劃分結(jié)果基本一致。

2）經(jīng)剖面A鉆孔施工，在孔深653.5～674.5 m段出現(xiàn)破碎帶，與AMT推測(cè)的斷裂構(gòu)造位置吻合。

綜合以上兩點(diǎn)，認(rèn)為AMT能較好劃分組間界面和基底界面，識(shí)別斷裂構(gòu)造，可有效挖掘深部地質(zhì)體信息。同時(shí)也表明AMT在相山地形起伏硬巖工作區(qū)，對(duì)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)具有很好的應(yīng)用效果。

6 結(jié)論

1）工作區(qū)從上到下大致可分為3層結(jié)構(gòu)，組間界面和基底界面埋深呈現(xiàn)北部淺、南部深的趨勢(shì)。其中組間界面埋深在局部地區(qū)變化較劇烈，其變陡部位可能為鈾成礦的有利區(qū)。

2）作為天然源頻率域測(cè)深法，AMT方法設(shè)備輕便，方法本身不易受高阻屏蔽層影響，為該方法在相山地形起伏硬巖工作區(qū)優(yōu)于其他人工源電法的重要一點(diǎn)。同時(shí)，AMT方法在樂家地區(qū)的應(yīng)用實(shí)例表明，該方法在推斷組間界面和基底界面、識(shí)別斷裂構(gòu)造方面效果顯著，是該區(qū)攻深找盲中行之有效的好方法。

3）對(duì)比A、B剖面測(cè)量結(jié)果，B剖面對(duì)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的反映效果劣于剖面A，其原因可能是剖面設(shè)計(jì)過短。因此，利用AMT開展工作，尤其是當(dāng)探測(cè)目標(biāo)深度較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加長勘探剖面，這應(yīng)當(dāng)在以后的工作中引起重視。

［1］林錦榮，胡志華，謝國發(fā)，等.相山鈾礦田深部找礦標(biāo)志及找礦方向［J］.鈾礦地質(zhì)，2013，29（6）:321-327.

［2］邵飛，許健俊，毛玉峰，等.相山鈾礦田第二找礦空間初探［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)，2013，30（4）: 187-192.

［3］范洪海，凌洪飛，王德滋，等.江西相山鈾礦田成礦物質(zhì)來源的Nd、Sr、Pb同位素證據(jù)［J］.高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2001，7（2）:139-145.

［4］張樹明，余達(dá)淦，吳仁貴，等.相山鈾礦田鉀玄質(zhì)巖石與鈾成礦［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2005，29（4）:527-536.

［5］林子瑜，李子穎，龍期華，等.相山鈾礦田三維地質(zhì)新認(rèn)識(shí)［J］.鈾礦地質(zhì)，2013，29（4）:199-207.

［6］李金銘.地電場(chǎng)與電法勘探［M］.北京：地質(zhì)出版社，2007.

［7］楊生.大地電磁測(cè)深法環(huán)境噪聲抑制研究及其應(yīng)用［D］.長沙：中南大學(xué)，2004.

App lication of AMT in detecting deep geological structures in Lejia district of Xiangshan uranium ore field

DUAN Shuxin，LIU Hu

（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

In recent years，exploration in Xiangshan uranium ore field shows that the intersection of faults and the interface of different rock formation and the basement is an important sign of deep oreprospecting.In order to evaluate deep uranium resource in Lejia district，audio magnetotelluric method（AMT）was undertaken to carry out profile investigation.With thatmethod，we discerned the interfase of different rock formation and the basement successfully，and faults in the deep，which provides a good basis for the prediction of deep uranium resource.Drilling results show that AMT method has an obvious advantage in detecting deep geological structures in Xiangshan.

AMT；deep geological structure；boundary of differentgroups；basement interface；fault

P631.1＋2；P619.14

A

1672-0636（2014）03-0531-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2014.03.007

2014-03-04；

2014-05-27

段書新（1987—），男，湖北隨州人，助理工程師，主要從事地球物理勘探研究。

E-mail:cugbdantou@163.com