可探源音頻大地電磁測深在新疆喀拉扎地區(qū)含鈾礫石層勘探中的應(yīng)用

陳曉冬　苗辰若　賈為衛(wèi)

【摘 要】在新疆喀拉扎地區(qū)鈾礦調(diào)查評價(jià)，采用可控源音頻大地電磁測深法完成了對剖面的勘測任務(wù)，并把勘測結(jié)果與已知鉆孔和地質(zhì)資料對比，取得了預(yù)期的地質(zhì)效果，對工作區(qū)各剖面目的層位進(jìn)行了細(xì)致劃分，評價(jià)了工作區(qū)層位低阻、中阻、高阻異常，為鈾礦遠(yuǎn)景劃分提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】可控源音頻大地電磁測深；喀拉扎；含鈾礫石層

【Abstract】This paper uses controlled source audio magnetotelluric method（CSAMT）to complete the task of cross-sectional survey in the investigation and evaluation of uranium in the Kala Zha region， Xinjiang Province. When the survey results is contrasted with the known drilling and geological data， Geological effects achieved are expected. Each sectional object layers of the workspace is divided in detail. Then， The paper evaluates the anomalies of workspace horizon is Low resistance， resistance and high resistance. Finally， it provides the basis for the division of uranium prospect.

【Key words】CSAMT； Kalazha； Uranium gravel

喀拉扎白堊系主要為一套湖湘沉積，是鈾礦化的主要載體，礦化體沿走向主要分布于底部鈣質(zhì)礫巖層，含礦礫巖的原生地球化學(xué)環(huán)境為灰色，是底礫巖層下部原生氧化礫巖與上部原生還原礫巖、砂巖之間的過渡巖性，處于次生的氧化還原過渡帶之中。含礦礫巖的氧化程度越高，鈾礦化富集程度越低，當(dāng)鈣質(zhì)礫巖被完全氧化時(shí)，通常只有異常出現(xiàn)甚至沒有異常，厚大的鈾礦體主要賦存在過渡帶靠還原帶一側(cè)，相變過渡地段是砂巖型鈾礦富集的有利相帶。本次采用可控源音頻大地電磁測深開展研究工作，目的是查明下白堊統(tǒng)清水河組底部含礦鈣質(zhì)礫巖層界面埋深，覆蓋區(qū)清水河組的南部邊界，指導(dǎo)鉆探工程的部署。在東部異常查證區(qū)主要查明第三系覆蓋層厚度及下白堊統(tǒng)清水河組底部礫巖層、含礦鈣質(zhì)礫巖層與上覆厚層泥巖的界面及埋深。

1 地質(zhì)概況及測區(qū)物性特征

1.1 地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地成礦遠(yuǎn)景區(qū)，喀拉扎-四棵樹成礦亞帶，位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，東西長約300公里。該區(qū)具有多層位、多成因成礦的特點(diǎn)，侏羅系、白堊系、古近系、新近系均發(fā)育鈾礦化，以下白堊統(tǒng)下部鈣質(zhì)膠結(jié)砂礫巖層為主，為較典型的層間氧化帶類型，礦化產(chǎn)出構(gòu)造部位為準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前推覆逆沖褶皺帶第一排構(gòu)造帶南部單斜帶，礦體呈板狀，具有一定層控性。賦存于侏羅系的鈾礦化主要分布于南緣山間殘留凹陷中，如八家戶凹陷、通蓋凹陷、柴窩堡盆地等，主要與潛水氧化帶有關(guān)，無深部鉆探工程揭露。屬于鈾礦化集中富集區(qū)，成礦地質(zhì)條件較為有利，找礦前景較好。

1.2 測區(qū)物性特征

通過露頭法對工區(qū)出露地表的巖石進(jìn)行物性參數(shù)測量，使用的儀器是重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法儀，使用的裝置是對稱小四極。

喀拉扎工區(qū)依據(jù)地層巖性情況，作如下分析（表1）。

第三系電阻率、厚度變化較大，但分布局限，不構(gòu)成本次勘查工作目標(biāo)層，在其分布區(qū)域內(nèi)可形成淺部局部異常；呼圖壁組（K1h）以灰綠色砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，紫紅色泥巖為主，巖性相近，其電阻率居中，一般在46-290Ω.m范圍；清水河組（K1q）以灰綠色或紫紅色鈣質(zhì)礫巖，粉砂巖為主，其電阻率較高，一般在300-800Ω.m范圍；齊古組（J3q）以紫紅色、磚紅色的泥巖，砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖為主，其電阻率較低，一般在5-40Ω.m范圍。[1]

2 工作方法

本工區(qū)的測線總共有10條，其中1線到6線的方位角為31°，7線到10線的方位角為0°。

在喀拉扎地區(qū)，AB方向與測線方向平行，測線觀測范圍在AB中垂線西側(cè)30°夾角范圍內(nèi)，觀測范圍符合技術(shù)規(guī)程要求，磁探頭軸線垂直AB方向，測量偶極距50m。布置于工作區(qū)東部某個(gè)低洼地區(qū)，接地條件較好。

本次工作所使用的V8型接收機(jī)系統(tǒng)。

供電系統(tǒng)：電源為30kW柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)射機(jī)型號為TXU30，CSAMT實(shí)發(fā)最低工作頻率為1Hz，最高工作頻率為8533.333Hz。供電導(dǎo)線采用截面6.6mm2的198股銅絲線，供電電極采用60×30鋁板組合（8塊）。

采集系統(tǒng)：接收主機(jī)型號V8。CSAMT一般布置6個(gè)電道，1個(gè)磁道。測量采用硫酸銅不極化電極，測量導(dǎo)線采用四芯屏蔽電纜，接地電阻一般小于1000Ω，個(gè)別點(diǎn)位因地表?xiàng)l件較差，接地電阻在2000Ω左右，采集頻率同發(fā)射頻率。主要采集技術(shù)參數(shù)為：每測點(diǎn)按設(shè)計(jì)工作頻率表依次掃頻觀測，每個(gè)頻率疊加次數(shù)按采集時(shí)間滿足1分鐘或疊加10次。自動記錄、存儲。[2]

同步系統(tǒng)：發(fā)射與接收采用GPS衛(wèi)星時(shí)間同步，精度為0.1ns。

觀測方式：CSAMT采用赤道偶極排列。

3 資料解釋與分析

本區(qū)共布置了10條剖面，在測區(qū)西部1-6號測線方位角為NE31°，測區(qū)東部7-10號測線方位角為0°（圖1）。圖中以淡藍(lán)色基調(diào)標(biāo)示低阻，以棕紅色標(biāo)示高阻，中阻則以淺綠色～黃色為主；黑色實(shí)線為地層劃分線；藍(lán)色線圈為有利異常圈定線，研究區(qū)構(gòu)造相對穩(wěn)定，斷層不發(fā)育，主要以喀拉扎向斜為代表，喀拉扎向斜是一個(gè)不對稱的向斜，南緩北陡，測線只過向斜的南翼，地層傾角15°～30°，地表的傾角大于地下。1-10號測線主要過中侏羅統(tǒng)頭屯河組（J2t）、上侏羅統(tǒng)齊古組（J3q）、喀拉扎組（J3k）、下白堊系清水河組（K1q）、呼圖壁組（K1h）、勝金口組（K1s）、連木沁組（K1l）、上白堊統(tǒng)東溝組（K2d）、古新-始新統(tǒng)紫泥泉子組（E1-2z）、始新-漸新統(tǒng)安集海河組（E2-3a）、中新統(tǒng)沙灣組（N1s）、上新統(tǒng)獨(dú)山組（N2d），該套地層以泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖和礫巖等巖性組成，沉積環(huán)境主要包括河流、湖泊、三角洲和沖積扇等沉積相，不同的地層隨著湖平面的升降，巖性將發(fā)生變化，沉積環(huán)境也有所區(qū)別，在電性上也存在差異。含鈾層主要賦存在向斜南翼下白堊統(tǒng)清水河組下部鈣質(zhì)膠結(jié)的礫巖中，單層厚度較薄，電性上為相對高阻特征。

1.第四系；2.獨(dú)山子組；3.沙灣組；4.安集海河組；5.東溝組+紫泥泉子組；6.連木沁組；7.勝金口組；8.呼圖壁河組；9.清水河組；10.喀拉扎組；11.齊古組；12.頭屯河組；13.實(shí)測地質(zhì)界線；14.實(shí)測角度不整合界線；15.實(shí)測及推測性質(zhì)不明斷層；16.道路；17.前人施工鉆孔及編號；18.2014年設(shè)計(jì)鉆孔及編號；19.2014年設(shè)計(jì)探槽及編號；20.2014年設(shè)計(jì)可控源大地音頻電磁測線及線號；21.2014年設(shè)計(jì)1：5000實(shí)測地質(zhì)剖面；22.2014設(shè)計(jì)1：500實(shí)測地質(zhì)剖面；23.設(shè)計(jì)1：2000地質(zhì)草測范圍；24.2014年工作部署范圍.

下面通過各線卡尼亞視電阻率共軛梯度主要反演斷面異常進(jìn)行地質(zhì)解釋：

2線剖面長2800m，共有56個(gè)CSAMT觀測點(diǎn)，沿測線地形起伏較緩（圖2）。由擬斷面圖可知，本測線視電阻率值變化范圍較大，該測線地表出露三套地層，南西至北東分別為上侏羅統(tǒng)喀拉扎組（J3k）、下白堊系清水河組（K1q）及呼圖壁組（K1h），在清水河組（K1q）推測有鈾礦的電性特征顯示。清水河組（K1q）地層較厚，該層的電性特征總體為上部電阻低、中下部電阻高，但底部又為低阻層，低阻層巖性推測為砂質(zhì)泥巖與泥巖的互層，高阻層推測為一套鈣質(zhì)膠結(jié)的礫巖層，從沉積環(huán)境上分析，認(rèn)為該層湖平面升降頻繁，但總體趨勢為湖退的特征。構(gòu)造上在測線的南西段地層因構(gòu)造擠壓的影響，傾角出現(xiàn)一些反轉(zhuǎn)，但總趨勢與北東段一致，均為向北東方向傾，中段地層相對較平緩。

3線剖面長3350m，共有67個(gè)CSAMT觀測點(diǎn)，沿測線地形起伏較緩（圖3）。由擬斷面圖可知，本測線視電阻率值變化范圍較大，該測線地表出露五套地層，南西至北東分別為上侏羅統(tǒng)齊古組（J3q）、喀拉扎組（J3k）、下白堊系清水河組（K1q）、呼圖壁組（K1h）及勝金口組（K1s），在清水河組（K1q）推測有鈾礦的電性特征顯示。清水河組（K1q）地層厚度與2線近似，但是電阻相對要高些，總體上該層的電性特征是上部電阻稍高、中下部電阻稍低，但是局部有些高阻，上部電阻稍高的可能為泥質(zhì)含量的較少的砂巖，中下部局部的高阻層推測為一套鈣質(zhì)膠結(jié)的礫巖層，低阻的推測為泥質(zhì)膠結(jié)的礫巖層。構(gòu)造上該測線地層傾向比較統(tǒng)一，均為北東方向，說明構(gòu)造作用要相對弱一些，皺褶不太發(fā)育。

4線剖面長5200m，共有104個(gè)CSAMT觀測點(diǎn)，沿測線地形起伏較緩（圖4）。由擬斷面圖可知，本測線視電阻率值變化范圍非常大，該測線地表出露七套地層，南西至北東分別為中侏羅統(tǒng)頭屯河組（J2t）、上侏羅統(tǒng)齊古組（J3q）、喀拉扎組（J3k）、下白堊系清水河組（K1q）、呼圖壁組（K1h）、勝金口組（K1s）及連木沁組（K1l），在清水河組（K1q）推測有鈾礦的電性特征顯示。該測線上地層厚度以及空間展布特征與3線具有很好的繼承性，清水河組（K1q）也是在局部地區(qū)見有鈾礦反映的高阻異常特征。構(gòu)造上該測線與3線也有很好的繼承性，地層傾向比較統(tǒng)一，均為北東方向，皺褶不太發(fā)育。

6線剖面長4650m，共有93個(gè)CSAMT觀測點(diǎn)，沿測線地形起伏較緩（圖5）。由擬斷面圖可知，本測線視電阻率值變化范圍較大，該測線地表出露九套地層，南西至北東分別為上侏羅統(tǒng)齊古組（J3q）、喀拉扎組（J3k）、下白堊系清水河組（K1q）、呼圖壁組（K1h）、勝金口組（K1s）、連木沁組（K1l）、上白堊統(tǒng)東溝組（K2d）、古新-始新統(tǒng)紫泥泉子組（E1-2z）、始新-漸新統(tǒng)安集海河組（E2-3a），在清水河組（K1q）推測有鈾礦的電性特征顯示。清水河組（K1q）在局部地區(qū)見有鈾礦反映的高阻異常特征，在該組的下部，但是未到底部。構(gòu)造上該測線地層傾向比較統(tǒng)一，均為北東方向，地層更為平緩，構(gòu)造作用要更弱一些，皺褶不發(fā)育。

7線剖面長4600m，共有92個(gè)CSAMT觀測點(diǎn)，沿測線地形起伏較緩（圖6）。由擬斷面圖可知，該測線地表出露十套地層，只有清水河組（K1q）推測有鈾礦的電性特征顯示。該測線上地層厚度以及空間展布特征與6線具有很好的繼承性，只是在測線的北東段因靠近向斜的核部，地層變的非常平緩，因構(gòu)造作用，部分地層有向南西傾的輕微趨勢，在測線的北東段，地表出露較薄的獨(dú)山組（N2d），電性特征為中阻偏高，推測為底部的砂巖，清水河組下部（K1q）相對6線，在局部地區(qū)見小規(guī)模的鈾礦異常特征。構(gòu)造上該測線與6線也有很好的繼承性，地層傾向比較統(tǒng)一，在向斜的核部，地層較為平緩，部分地區(qū)有輕微的褶皺發(fā)育。

結(jié)合鉆孔及地質(zhì)資料，對工作區(qū)各剖面目的層位進(jìn)行了細(xì)致劃分，確認(rèn)清水河組鈣質(zhì)礫巖層頂界深度，目的層頂界面等深圖詳見圖7，可見，目的層清水河組礫巖層頂界面在各測線上表現(xiàn)為，南西、南東小號段埋深淺，在40-350m間變化，厚度不一，在200-400m；北西、北東大號段埋藏較深，變化幅度在350-800m間，厚度在260-600m。

4 結(jié)論

本次CSAMT工作，基本查清了10條測線控制范圍內(nèi)的地層、巖性、構(gòu)造的空間展布規(guī)律以及鈾礦賦存地層的特征，對研究區(qū)所遇到的層位低阻、中阻、高阻異常進(jìn)行了解釋與評價(jià)，達(dá)到了預(yù)期地質(zhì)效果。

1）研究區(qū)構(gòu)造相對穩(wěn)定，斷層不發(fā)育，主要以喀拉扎向斜為代表，向斜不對稱，南緩北陡，研究區(qū)位于喀拉扎向斜的南翼，地層傾角15°～30°，地表的傾角大于地下，10條電性剖面的最深部大概能達(dá)到頭屯河組（J2t）的中下部。

2）研究區(qū)侏羅-白堊-第三系為一套陸相沉積環(huán)境，包括三角洲、河流、湖泊沉積，目的層清水河組（K1q）中下部為一套河流相高能沉積（分流河道微相）的灰色鈣質(zhì)礫巖，中上部為河流相低能沉積的中-細(xì)粒鈣質(zhì)砂巖與泥巖的薄層互層（分流河道與分流間灣微相），底部為泥質(zhì)膠結(jié)的礫巖，電性特征上中上部為中低阻，中下部為高阻，底部為中阻。

3）結(jié)合鉆孔及地質(zhì)資料，對工作區(qū)各剖面目的層位進(jìn)行了細(xì)致劃分，明確了清水河組鈣質(zhì)礫巖層的厚度及深度，目的層清水河組礫巖層頂界面在各測線上總體趨勢為，南西到南東埋深淺，從40米到350米不等，厚度范圍在200米-500米；北東埋藏較深，從350米到800米不等，厚度范圍在260米-600米。

【參考文獻(xiàn)】

[1]賈為衛(wèi)，苗辰若，等.新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣喀拉扎地區(qū)鈾礦調(diào)查評價(jià)[R].2014， 10，16.

[2]喬寶強(qiáng)，程紀(jì)星，等.音頻大地電磁測深法與高精度磁法在江西河元背地區(qū)試驗(yàn)研究及效果[J].1000-0658（2013）02-0104-08.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]