音頻大地電磁測(cè)量在新疆白楊河礦區(qū)花崗斑巖侵入體探測(cè)中的應(yīng)用

籍增賢，張俊偉，張 偉，張 巖

(1.核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北 石家莊 050002；2.中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，河北 石家莊 050002)

0 引言

新疆雪米斯坦火山巖帶白楊河礦區(qū)地質(zhì)勘查工作表明，近EW向展布的查干陶勒蓋-巴音布拉克深大斷裂控制著陸相火山巖的分布，同時(shí)沿?cái)嗔褬?gòu)造上侵形成以微晶質(zhì)花崗斑巖為中心的次火山巖體。已發(fā)現(xiàn)的鈾、鈹?shù)V化主要受控于花崗斑巖的侵入界面，花崗斑巖侵入體的外接觸帶是鈾、鈹?shù)V體的主要賦存部位。由于深部地質(zhì)情況不明，部署鉆孔探索侵入巖外接觸帶的展布形態(tài)缺乏可靠依據(jù)，亟需通過有效、便捷的技術(shù)手段查明斷裂構(gòu)造以及侵入巖體的深部展布特征[1-2]。

音頻大地電磁測(cè)量(以下簡(jiǎn)稱AMT)具有探測(cè)深度大、布點(diǎn)靈活、成果直觀、輕便高效等優(yōu)點(diǎn)，在探測(cè)覆蓋層下方斷裂構(gòu)造、追索巖體接觸帶、測(cè)定高阻侵入體頂面起伏形態(tài)等方面具有較好的應(yīng)用效果[3-7]。測(cè)井電阻率參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，花崗斑巖與圍巖存在明顯的電阻率差異，通過AMT測(cè)量，快速查明了花崗斑巖的展布特征，實(shí)現(xiàn)了對(duì)花崗斑巖侵入體的分辨。

1 地質(zhì)概況

白楊河礦區(qū)出露的地層由老至新依次為上泥盆統(tǒng)塔爾巴哈臺(tái)組(D3t)、下石炭統(tǒng)和布克河組(C1hb)，其主要巖性為凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖等(圖1)。侵入巖主要為晚石炭世花崗斑巖(C2γπ)及穿插其中的輝綠巖脈(βμ)，花崗斑巖呈巖蓋、巖枝狀自東向西侵入于上泥盆統(tǒng)塔爾巴哈臺(tái)組(D3t)凝灰?guī)r中。受南、北兩條近EW向斷裂構(gòu)造的夾持，花崗斑巖呈近EW向展布。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，規(guī)模不一，以EW向?yàn)橹?，其次為NE、NW向[1-2]。

圖1 白楊河礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 巖石電阻率特征

2.1 測(cè)井電阻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)核工業(yè)二一六大隊(duì)測(cè)井電阻率參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，晚石炭世花崗斑巖(C2γπ)電阻率值一般大于700 Ω·m，屬穩(wěn)定的高阻體；上泥盆統(tǒng)(D3t)凝灰質(zhì)含炭泥巖砂巖、陸相砂巖電阻率值一般小于100 Ω·m，表現(xiàn)為相對(duì)低阻特征；與完整的地層、巖體相比，構(gòu)造破碎帶電阻率值相對(duì)偏低、且變化幅度較大，在反演電阻率斷面圖上多表現(xiàn)為醒目的低阻帶，可作為電性標(biāo)志層(表1)。

表1 白楊河礦區(qū)主要巖石電阻率統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of resistivity ratios of major rocks in Baiyanghe mining area

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，晚石炭世花崗斑巖表現(xiàn)為穩(wěn)定的高阻特征，凝灰質(zhì)砂巖和輝綠巖呈相對(duì)中高阻，炭質(zhì)泥巖表現(xiàn)為相對(duì)低阻特征；巖石破碎后其電阻率明顯降低，通常比完整的地層(巖體)低一倍以上。在花崗斑巖與圍巖之間存在較大的電性差異，具有明顯的可分辨性[8]。

2.2 測(cè)井電阻率曲線

圖2為ZK3612測(cè)井電阻率曲線及巖性柱狀圖，由圖2可見，花崗斑巖整體表現(xiàn)為高阻特征，在花崗斑巖與凝灰質(zhì)粉砂巖的接觸部位，隨著巖性的變化電阻率值呈下降趨勢(shì)，凝灰質(zhì)粉砂巖的電阻率曲線表現(xiàn)為相對(duì)中阻特征，破碎帶的電阻率值低于完整的地層(巖石)，且不穩(wěn)定[8]。

圖2 ZK3612測(cè)井電阻率曲線及巖性柱狀圖Fig.2 Resistivity ratio curve and lithology histogram ofZK3612 drillinghole logging1—花崗斑巖 2—凝灰質(zhì)粉砂巖 3—凝灰?guī)r 4—破碎帶

3 工作技術(shù)方法

根據(jù)地質(zhì)情況、地形地貌條件和巖石電阻率特征，選擇EH-4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀進(jìn)行了AMT測(cè)量。

EH-4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀具有探測(cè)深度大、觀測(cè)效率高、分辨能力強(qiáng)、測(cè)量結(jié)果受地形影響較小、隨機(jī)噪聲干擾易剔除等優(yōu)點(diǎn)，通過采集和處理地球天然電磁場(chǎng)的信號(hào)，由連續(xù)的測(cè)深點(diǎn)陣組成地下二維電阻率剖面，可以依此來(lái)區(qū)分地下異常體，實(shí)現(xiàn)對(duì)深部構(gòu)造和巖性(地層)的解釋[9-15]。

3.1 測(cè)量裝置

野外布置測(cè)線為南北向，測(cè)量點(diǎn)距50 m。測(cè)量采用十字型布極、剖面測(cè)量方式，兩對(duì)測(cè)量電極垂直布設(shè)，測(cè)量極距50 m×50 m。布極點(diǎn)一般選擇在地表平坦、地形開闊處。

3.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集在時(shí)間域分兩個(gè)頻段進(jìn)行，10 Hz～1 kHz為低頻段、750 Hz～70 kHz為高頻段，利用天然場(chǎng)源，自動(dòng)采集記錄Ex、Ey、Hx、Hy4個(gè)電磁分量的振幅值和相位值。采集的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，通過傅立葉變換轉(zhuǎn)換成頻率域數(shù)據(jù)，利用四個(gè)電磁分量的自功率譜或互功率譜計(jì)算出阻抗張量。

3.3 數(shù)據(jù)處理

1)平滑處理：在野外數(shù)據(jù)采集過程中，由于存在隨機(jī)的噪聲干擾，個(gè)別頻點(diǎn)不可避免地會(huì)出現(xiàn)異常的跳躍、畸變，即存在“飛點(diǎn)”。根據(jù)地質(zhì)情況并結(jié)合相鄰測(cè)點(diǎn)的視電阻率曲線形態(tài)進(jìn)行平滑處理，最終得到反映真實(shí)情況的視電阻率曲線。

2)反演處理：反演處理是根據(jù)所獲得的視電阻率、相位差恢復(fù)大地地電結(jié)構(gòu)，通過反演電阻率斷面圖反映深部地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的過程。采用經(jīng)預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行一維Bostick反演，將頻率-電阻率數(shù)據(jù)變換為深度-電阻率格式。在一維反演的基礎(chǔ)上，用二維反演軟件進(jìn)行快速自動(dòng)二維電磁成像，最終得到反演電阻率斷面圖。

3.4 資料解釋

反演電阻率斷面圖定性地反映了測(cè)線下方的地電結(jié)構(gòu)，在縱向上，隨著頻率的降低、探測(cè)深度的加大，反演電阻率的變化反映了電性依深度的變化情況，可大致推斷電性層；從橫向上看，隨著測(cè)量點(diǎn)位的不同，反演電阻率反映了電性層的起伏變化，由此可確定構(gòu)造和斷層的存在，高低阻等值線梯度密集帶則反映了電性界面的位置和形態(tài)[16-20]。

4 AMT反演電阻率資料的地質(zhì)解釋及鉆探驗(yàn)證

在反演電阻率斷面圖上，花崗斑巖表現(xiàn)為相對(duì)高阻特征，由于物質(zhì)成分的不均勻性、巖石破碎程度不同等原因，反演電阻率值亦表現(xiàn)出高低變化，但其反演電阻率值總體高于凝灰?guī)r，且高阻等值線光滑、連續(xù)，與低阻背景反差較大，能清晰地反映出花崗斑巖侵入體的大致形態(tài)。

4.1 byh01線推斷結(jié)果驗(yàn)證情況

byh01線位于巖體東部，與23號(hào)勘探線重合，圖3為白楊河礦區(qū)中段byh01線反演電阻率斷面圖。從圖上可以看出：測(cè)線下方地電斷面總體呈上高、下低的面貌特征，大于400 Ω·m的反演電阻率高值呈團(tuán)塊狀，等值線圈閉緊密，分布也較為零亂，其展布范圍與晚石炭世花崗斑巖侵入體形態(tài)對(duì)應(yīng)較好，近地表由于風(fēng)化、破碎反演電阻率值有所降低。相比之下，凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖明顯呈相對(duì)低阻特征，反演電阻率值一般低于300 Ω·m，等值線光滑、寬緩，梯度變化較小。深大斷裂F1則顯示為反演電阻率高低阻等值線梯度密集帶，由于構(gòu)造活動(dòng)造成巖石破碎，形成具有一定寬度和深度的反演電阻率低值帶，梯度最大處即主構(gòu)造面的位置。由圖3可見，根據(jù)反演電阻率等值線形態(tài)特征，推斷花崗斑巖呈巖蓋形式產(chǎn)出，其殘留體北薄南厚；石炭系與泥盆系呈斷裂接觸，構(gòu)造破碎帶寬度50～100 m；根據(jù)不同巖性、構(gòu)造的反演電阻率特征，可以較為清晰的從反演電阻率斷面圖上劃分出花崗斑巖、凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖等的分布范圍，不同巖性的接觸界線也較為醒目[21]。

圖3 byh01線反演電阻率斷面與23號(hào)勘探線對(duì)比圖Fig.3 Comparison map between resistivity inversion section of line No. byh01 and exploration profile No. 231—下石炭統(tǒng)和布克河組凝灰質(zhì)砂巖 2—上泥盆統(tǒng)塔爾巴哈臺(tái)組凝灰?guī)r 3—花崗斑巖4—輝綠巖脈 5—地質(zhì)界線 6—推斷斷層及編號(hào) 7—鉆孔位置及編號(hào)

根據(jù)鉆探揭露情況，花崗斑巖呈殘留體形式直接出露地表，自北向南厚度逐漸增大，侵入體與圍巖接觸帶存在局部的起伏變化，且自北向南逐漸傾伏，埋深逐步增大。東西向深大斷裂傾向北、產(chǎn)狀較陡，寬度超過20 m，控制著泥盆系與石炭系呈斷裂接觸，泥盆系與石炭系凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖厚度較大，推斷解釋結(jié)果與鉆探揭露情況大致吻合。

4.2 byh02線推斷結(jié)果驗(yàn)證情況

byh02線位于巖體東部，沿47號(hào)勘探線布設(shè)，圖4為其反演電阻率斷面圖。由圖4可見，測(cè)線下方地電斷面總體表現(xiàn)為相對(duì)的中低阻面貌，大于400 Ω·m的反演電阻率高值等值線圈閉緊密，呈團(tuán)塊狀分布于斷面圖的上部，反映了花崗斑巖的電性特征；深部為厚度較大的中阻層，其反演電阻率值一般低于300 Ω·m，反映了泥盆系火山熔巖、凝灰?guī)r的電性特征，與花崗斑巖侵入體存在一個(gè)明顯的分界面；測(cè)線南段為厚層的相對(duì)低阻，其反演電阻率值一般低于200 Ω·m，反映了石炭系凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖的分布范圍。推斷花崗斑巖呈殘留體的形態(tài)展布于近地表，厚度自北向南逐漸增大、花崗斑巖與凝灰?guī)r接觸帶由北向南也隨之由緩變陡。在平距450 m處花崗斑巖厚度最大，再向南又逐漸變薄[22]。

圖4 byh02線反演電阻率斷面與47號(hào)勘探線對(duì)比圖Fig.4 Comparison map between resistivity inversion section of line No. byh02 and exploration profile No. 471—第四系 2—下石炭統(tǒng)和布克河組凝灰質(zhì)砂巖 3—上泥盆統(tǒng)塔爾巴哈臺(tái)組火山碎屑巖4—花崗斑巖 5—輝綠巖脈 6—地質(zhì)界線 7—推斷斷層及編號(hào) 8—鉆孔位置及編號(hào)

鉆探揭露結(jié)果表明，花崗斑巖自北向南厚度逐漸增大，至ZK5918處厚度最大，再向南花崗斑巖厚度又趨于變薄，花崗斑巖與凝灰?guī)r接觸界面的深度及起伏特征與AMT測(cè)量推斷結(jié)果吻合較好。

5 結(jié)論

根據(jù)反演電阻率斷面圖特征，推斷了花崗斑巖侵入體的平面展布范圍及其埋深、厚度等特征。分析認(rèn)為花崗斑巖呈巖蓋、巖床等形式展布，且北薄南厚?；◢彴邘r侵入體與圍巖接觸帶自北向南緩慢傾伏，北淺南深，變化較大，且北緩南陡、東西向凹凸相間，這些“上凸”和“下凹”自北向南逐漸變緩，最終逐漸趨于平坦[22-23]。

通過對(duì)不同巖性、斷裂構(gòu)造的反演電阻率特征的分析，在反演電阻率斷面圖上劃分出了凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖和花崗斑巖的分布范圍，推斷了深大斷裂的形態(tài)、規(guī)模，大致查明了花崗斑巖侵入體的深部展布情況，探索了花崗斑巖與圍巖底部接觸界面的變化特征，經(jīng)鉆探驗(yàn)證，推斷結(jié)果與地質(zhì)情況大致吻合[1-2]。

成果表明，反演電阻率斷面圖能夠清晰地反映出花崗斑巖侵入體與火山巖的電阻率差異，在新疆雪米斯坦火山巖帶白楊河礦區(qū)，通過開展音頻大地電磁測(cè)量分辨火山巖中的花崗斑巖侵入體取得了較好的探測(cè)效果。