新疆阿舍勒礦集區(qū)深部構造反射地震成像應用研究

孔繁良 陳海軍 劉正榮 雷建華 徐超

摘? ?要：阿舍勒銅鋅礦是我國典型的海相火山巖塊狀硫化物（VMS）型礦床。為揭示阿舍勒礦集區(qū)深部地質結構，查明構造單元邊界、基底特征，提取深部找礦信息，在阿舍勒礦集區(qū)實施了兩條反射地震剖面，通過采集試驗攻關確定合理采集參數(shù)，處理中突出精細靜校正、噪聲衰減、子波處理、速度分析、偏移成像等方法技術，獲得高信噪比時間剖面。剖面偏移成像成果精細刻畫阿舍勒礦集區(qū)地層構造分布格局，反映出橫向擠壓應力背景。深部地震波組的發(fā)現(xiàn)為阿爾泰造山帶南緣發(fā)育有前寒武紀結晶基底提供了新證據(jù)。

關鍵詞：阿舍勒礦集區(qū);金屬礦反射地震;深部構造;偏移成像

阿舍勒大型銅鋅礦床位于新疆哈巴河縣北西31 km處，是新疆規(guī)模最大、品位最高的大型火山巖塊狀硫化物（VMS）礦床。該礦床自發(fā)現(xiàn)以來，眾多專家學者在成礦地質背景、控礦要素、礦床成因、成礦規(guī)律等方面取得大量成果[1]，但對深部地質結構、控礦構造、基底特征等方面研究較少。反射地震勘探具探測深度大、分辨率高特點，對揭示深部（大于1 000 m）金屬礦控礦構造、隱伏巖體、查明巖漿運移通道，尋找有利成礦空間等方面優(yōu)勢明顯，彌補了傳統(tǒng)重磁電物探方法在探測深度和分辨率方面的不足，是1 000 m以上金屬礦勘查最有前景的技術[2]。

近幾十年來，加拿大、南非、澳大利亞等國家相繼開展了金屬礦巖石波阻抗及反射系數(shù)研究、金屬礦（塊狀硫化物）散射波場模擬研究、反射地震直接探測金屬礦體試驗研究、井中地震成像和3D金屬礦地震成像研究等，取得較好的地質效果[3-8]。20世紀80年代，國內斷續(xù)開展了金屬礦地震研究工作。呂慶田等以礦集區(qū)和深部地殼探測為主要目標，在銅陵、廬樅等多個硬巖地區(qū)展開大量反射地震實驗和研究工作，取得豐碩成果[9-13];徐明才等提出據(jù)反射地震數(shù)據(jù)進行控礦構造預測，利用散射地震波場研究與礦體有關的介質非均勻性金屬礦地震勘探思路[14-15];高景華、Li Tonglin、周建勇等在新疆小熱泉子銅礦、土屋斑巖銅礦、喀拉通克銅鎳礦區(qū)，開展探測巖體、礦體及控礦構造反射地震試驗，取得一定成效[16-18]。筆者在阿舍勒礦集區(qū)進行反射地震探測研究工作，旨在揭示礦集區(qū)深部地質結構，查明構造單元邊界、蓋層與基底特征，提取深部找礦信息。

1? 地質背景

1.1? 區(qū)域地質背景

阿舍勒海相火山巖型塊狀硫化物銅鋅礦床位于西伯利亞板塊南阿爾泰晚古生代弧盆系（Ⅰ2）次級構造單元阿舍勒-富蘊晚古生代島?。á?-2）北西段，即阿舍勒島弧構造區(qū)（圖1-A）。島弧呈NW向展布，北東以別斯薩拉大斷裂為界，與麥茲-沖乎爾裂陷盆地相鄰，南西以瑪爾卡庫里大斷裂為界，與哈巴河晚古生代弧前盆地（Ⅰ2-3）相接（圖1-A）。區(qū)域出露地層主要有下—中泥盆統(tǒng)托克薩雷組，為海相陸源碎屑巖夾硅質巖、碳酸鹽巖;下—中泥盆統(tǒng)阿舍勒組為海相中酸性、基性火山巖、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖夾碳酸鹽巖，為阿舍勒盆地主要含礦層位;上泥盆統(tǒng)齊也組為淺海-半深海相中-中基性火山巖、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖（圖1-B）。

區(qū)域內發(fā)育NW向緊閉線型褶皺（常倒轉），包括闊勒德能復向斜及加曼哈巴復背斜等大型褶皺構造。阿舍勒礦集區(qū)位于闊勒德能復向斜南西翼，軸向NW，依次出露上泥盆統(tǒng)齊也組和中泥盆統(tǒng)阿舍勒組。受瑪爾卡庫里深大斷裂走向偏轉所形成的局部構造應力場作用，礦集區(qū)內發(fā)育一系列軸向近NS向的次級褶皺構造。阿舍勒礦集區(qū)及周邊巖漿活動強烈，火山巖、次火山巖與侵入巖發(fā)育?；鹕綆r分布于阿舍勒島弧構造中，形成于早泥盆世至早石炭世，侵入巖以華力西期中酸性巖體為主（圖1-B）。

1.2? 礦床地質特征

阿舍勒銅鋅礦區(qū)主要出露阿舍勒組和齊也組。前者分為兩個巖性段，第一巖性段以凝灰?guī)r為主，夾沉凝灰?guī)r（含角礫）、凝灰質砂巖、流紋巖、灰?guī)r;第二巖性段下部為凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、含角礫凝灰?guī)r，頂部夾玄武巖、灰?guī)r、重晶石巖;中部為凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r，頂部夾硅質巖、重晶石巖、灰?guī)r;上部玄武巖、流紋巖，夾凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r[1]。礦化主要產于阿舍勒組第二巖性段中。礦區(qū)圈定礦化蝕變帶十余條，阿舍勒銅鋅礦床產于Ⅰ號礦化蝕變帶中。Ⅰ號礦化帶由4個礦體組成，主礦體（1號）為隱伏礦體，占已探明銅金屬量的98%，呈似層狀或大透鏡體狀產于玄武巖和凝灰?guī)r之間，與地層整合產出（圖2）[20]。

2? 反射地震數(shù)據(jù)采集與處理

2.1? 地震數(shù)據(jù)采集

據(jù)地震測線垂直地質體構造走向，在近EW向上布置地震勘探線2條（圖1-B），共20 km，基本與地質勘探線、重磁剖面等重合，橫跨重磁異常背景。其中：DZ21線長11.5 km，東部橫穿阿舍勒銅礦;DZ164線長8.5 km，位于阿舍勒礦集區(qū)南部外圍。2條測線相距5.5 km，端點坐標見表1。研究區(qū)地形復雜，丘陵起伏，中部為第四系覆蓋區(qū)，東部山勢陡峭，采用炸藥震源激發(fā)。施工前進行干擾波調查、井深、藥量及微測井等一系列試驗工作。確定激發(fā)參數(shù)：單井激發(fā)，覆蓋層較厚處，井深12 m左右中高速層，藥量8～10 kg;中部覆蓋區(qū)向基巖區(qū)過渡區(qū)域，深入基巖2～3 m，井深8～10 m，藥量8 kg;基巖區(qū)井深8 m，藥量6 kg。使用法國產Secerl-428XL數(shù)字地震采集系統(tǒng)接收，400道中間放炮觀測系統(tǒng)，道距20 m，炮距40 m，覆蓋次數(shù)100次，最小偏移距10 m，最大偏移距3 990 m，記錄長度8 s，采用12個主頻為10 Hz的低頻檢波器串聯(lián)鋪設接收。

2.2? 地震數(shù)據(jù)處理

金屬礦區(qū)地震地質條件復雜，火山巖分布廣泛，地層連續(xù)性差，地下構造復雜多變，金屬礦通常以脈狀或不規(guī)則狀賦存于地下，與石油、煤炭等勘探對象大多為層狀的賦存狀態(tài)明顯不同。金屬礦區(qū)原始地震資料波場復雜、信噪比低、波阻抗差小，需探索和總結適合研究區(qū)地震資料處理的方法。研究區(qū)地震資料處理難表現(xiàn)在4個方面：①識別信號和噪音、最大程度的保留有效波信息;②突出有效信號能量，提高信噪比;③在波阻抗差異不大的背景下，獲得精確的速度場;④實現(xiàn)淺部反射信號成像。針對這些難點，著重從精細靜校正、噪聲衰減、子波處理、速度分析、偏移成像等方面加強處理。DZ21線處理成果見圖3，左圖A為疊加剖面，資料整體信噪較高，從淺至深存在多套反射波組，反映的地質信息豐富。對該剖面進行偏移處理后如右圖B所示，經偏移處理后繞射波收斂，傾斜反射界面歸位，地質構造特征更明顯[18]。

3? 地震地質解釋

DZ21線偏移剖面初步解釋結果見圖4。由于研究區(qū)巖漿巖、火山巖、火山碎屑巖廣泛發(fā)育，地層陡傾，緊閉褶皺構造發(fā)育，反射波組特征復雜，空白反射段多，采用層位追蹤對比解釋方法很難取得預期結果。因此，在綜合研究地質資料基礎上，據(jù)時間剖面反射波組振幅（能量）、頻率、連續(xù)性組合特征，采用區(qū)塊解釋方法確定地質構造，更符合地質實際[18-19]。

3.1? 上地殼地層結構解釋

兩條地震測線平行分布，反射波組信息豐富，結構清晰，波組特征相似，橫向分段、縱向分層特征明顯。以DZ21線反射地震剖面為例，在樁號11035至13035之間、15035至17035之間，不同時間段反射波組明顯錯斷，斷裂構造特征清楚，據(jù)此劃分出西部F1斷裂和東部F3斷裂。F1、F3斷裂在其延伸時間（深度）范圍內，在橫向上將剖面分為3段，每個區(qū)塊所處的地質構造環(huán)境不同，地震波組對應的地層關系也不同。

F1斷裂以西，反射波組表現(xiàn)為高頻、斷續(xù)斜交或平行特征，推測為晚二疊世石英閃長巖體。該套巖體延伸深度較大，內部低頻強能量波組推測為不同期次巖漿巖侵入的速度（密度）分界面。F1與F3斷裂之間為托克薩雷組海相陸源碎屑巖、碳酸鹽巖沉積建造及底界的反映。托克薩雷組厚4 000 m以上，1.8 s左右T2波組深度為5 000 m左右，推斷為托克薩雷組底界;F3斷裂可延伸至地表與區(qū)域上的瑪爾卡庫里大斷裂相對應，以東屬阿舍勒火山盆地構造區(qū)，中淺部波組為阿舍勒組和齊也組火山-沉積巖系地層，深部T3波組推測為阿舍勒火山沉積盆地基底，下部T4波組同相軸較連續(xù)，能量均衡，具明顯沉積地層成像特征。結合區(qū)域地質資料，推測為哈巴河群（中—晚奧陶世）地層，發(fā)育一套淺變質砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖和泥巖等海相類復理石建造。樁號14435至18435之間，F(xiàn)3斷裂下部，1.75至3秒之間存在大范圍反射空白區(qū)，推測為深部巖漿房的反映。

中泥盆世末，新疆北部轉化為構造擠壓造山階段，晚泥盆世—石炭紀，西伯利亞板塊向南擠壓，泥盆紀火山-沉積盆地褶皺造山，結束了盆地裂谷演化歷史，進入大陸演化階段[21]。反射地震剖面構造分布格局基本反映了晚泥盆世末以來阿舍勒火山盆地所處的擠壓應力構造背景環(huán)境，斷層普遍表現(xiàn)為陡傾逆沖斷層。

3至4秒深度范圍，剖面橫向波組變化特征不大，依稀可見兩組連續(xù)性、分層性較弱、可連續(xù)追蹤的反射波組T5，深度范圍在9 km左右，推測為前寒武紀結晶基底的反映。宋國學、楊富全等據(jù)鋯石U-Pb定年成果證實阿爾泰造山帶南緣存在前寒武紀結晶基底[22-23]，本次工作從地球物理學角度進一步為該認識提供了證據(jù)。

3.2? 阿舍勒礦區(qū)地震剖面認識

F3斷裂以東屬阿舍勒島弧構造區(qū)，基底（T3）以上為阿舍勒礦區(qū)所屬阿舍勒組和上泥盆統(tǒng)齊也組火山-沉積巖系。由21線CSAMT測深剖面可見（圖5），測線東部分布有兩條垂向延伸的低阻異常帶，編號分別為Dρ-21-1和Dρ-21-2，視電阻率最低達200 Ω·m。Dρ-21-1異常與Ⅰ號礦化帶對應，為礦致異常，與礦體套合較好。這種縱向異常分帶特征與成礦地層、構造產狀陡傾特征相符。從物性角度分析，塊狀硫化物礦體與火山巖圍巖之間存在較大密度差異（波阻抗差異）。理論上可形成強反射，即礦致反射異常。該區(qū)段地震時間剖面成果也印證了這點（圖6），在樁號18315至19735之間，100至500毫秒范圍內，發(fā)育一套斷續(xù)分布、能量強、頻率低，向東緩傾的反射波組（T0），其深度范圍與鉆孔控制的礦體深度范圍相近，推斷T0波組為阿舍勒銅礦Ⅰ號礦體及其控礦地質體的綜合反映。這些反射由礦體與控礦地質體頂、底面及圍巖之間的界面產生，虛線為推測控礦地質體范圍。

受擠壓應力環(huán)境影響，阿舍勒礦集區(qū)地層褶皺緊閉，轉折端逆沖形成斷裂破碎帶。以這些破碎帶分界，沿縱向分成不同反射波組特征區(qū)塊，每個區(qū)塊與緊閉褶皺的輪廓大致對應（圖6）。密集斷裂破碎帶是良好的含礦熱液流動通道，反射地震剖面反映出的這些構造特征，對指導中、深部找礦部位至關重要。

4? 結論

（1） 本次在阿舍勒礦集區(qū)開展反射地震勘探工作，獲得的時間剖面信噪比高，不同深度波組信息反映的地質內容豐富。表明通過試驗攻關確定的地震采集技術及參數(shù)、資料處理方法合理有效。

（2） 反射地震偏移成像成果刻畫出阿舍勒礦集區(qū)地層、巖體、控礦構造及深部結構分布，地震波振幅、頻率、連續(xù)性等組合特征，反映出成礦后所處的橫向擠壓應力背景。

（3） 地震大深度勘探優(yōu)勢顯著，深部存在可追蹤連續(xù)波組，推測為前寒武結晶基底，為阿爾泰造山帶南緣發(fā)育有前寒武紀結晶基底提供了新證據(jù)。

（4） 為探索阿舍勒礦集區(qū)深部精細結構、物性層地質意義，需加強地震與重磁電、地質資料對比研究及多元數(shù)據(jù)聯(lián)合約束反演，建立中、深部三維地質-地球物理模型，為礦集區(qū)深部找礦靶區(qū)預測提供依據(jù)。

（5） 從深部礦產勘探角度考慮，以目前金屬礦地震技術發(fā)展水平，除層狀礦體可作為直接探測對象外，金屬礦地震勘探應用方向主要是探測控礦地質體或控礦構造的空間分布。

致謝：專題野外工作期間得到新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司肖輝、周明，新疆地礦局第四地質大隊吳曉貴、孫道全，中國地質科學院薛融暉博士、祁光博士等的大力支持和幫助;綜合研究階段得到中國地質科學院礦產資源研究所孟貴祥研究員及中國科學院地質與地球物理研究所徐興旺研究員指導，在此一并表示衷心感謝！

參考文獻

[1]? ? 吳曉貴，秦紀華，陳鵬，等.阿爾泰阿舍勒銅鋅礦床模型及找礦靶區(qū)預測[J] 新疆地質， 2019，37（4）：510-515.

[2]? ? 呂慶田，廉玉廣，趙金花.反射地震技術在成礦地質背景與深部礦產勘查中的應用： 現(xiàn)狀與前景[J].地質學報，2010，84 （6 ）：771-787.

[3]? ? Green A G，Mair J A.Subhorizontal fractures in a granite pluton：The detection and implication for radioactive waste disposal[J].Geophysics， 1983，48（11） ： 1428 -1449.

[4]? ? Mahdieh D J，Alireza M，Christopher J，Pietari S.3D constraints and finite-difference modeling of massive sulfide deposits： The Kristineberg seismic lines revisited，northern Sweden[J].Geophysics， 2012，77（5） ： 69 -79.

[5]? ? Michal M，Ernst S，Donald J.W. 3D seismic imaging of volcanogenic massive sulfide deposits in the Flin Flon mining camp，Canada：Part 2 -Forward modeling[J].Geophysics，2012，77（5）： 81-93.

[6]? ? Musa S D Manzi，Mark A S Gibson，Kim A A Hein，Nick K，Raymond J D.Application of 3D seismic techniques to evaluate ore resourcesin the West Wits Line goldfield and portions of the West Rand goldfield，South Africa[J].Geophysics，2012，77（5） ： 163-171.

[7]? ? Pretorius C C ， Trewi ck W F ，F(xiàn)ourie A ， Irons C . Application of 3-D seismic to mine planning at Vaal Reef s goldmine.number 10 shaft ， Republic of South Africa .Geophysics ， 2000，65（6）：1862-1870 .

[8]? ? Milkereit B ， Berrer E K ， King A R， et al . Development of 3-D seismic exploration technology for deep nickel-copperdeposits ——a case history from the Sudbury basin， Canada .Geophysics ， 2000，65（6）：1890-1899 .

[9]? ? 呂慶田，史大年，趙金花，等.深部礦產勘查的地震學方法：問題與前景-銅陵礦集區(qū)的應用實例[J].地質通報，2005，24（3） ：211-218.

[10]? 呂慶田，韓立國，嚴加永，等.廬樅礦集區(qū)火山氣液型鐵、硫礦床及控礦構造的反射地震成像[J] 巖石學報，2010，26（9）：2598-2012.

[11]? 呂慶田，侯增謙，史大年，等.銅陵獅子山金屬礦地震反射結果及對區(qū)域找礦的意義[J] 礦床地質，2004，23（3）：390-399.

[12]? 呂慶田，董樹文，湯井田，等.多尺度綜合地球物理探測：揭示成礦系統(tǒng)、助力深部找礦——長江中下游深部探測（ SinoProbe-03） 進展[J].地球物理學報，2015，58（12）：4319-4343.

[13]? 史大年，呂慶田，徐明才.銅陵礦集區(qū)地殼淺表結構的地震層析研究[J].礦床地質，2004， 23（3）：383-389.

[14]? 徐明才，高景華.從金屬礦地震方法的試驗效果探討其應用前景[J].中國地質，2004， 31（1）：110-114.

[15]? 徐明才，高景華，榮立新，等.散射波地震方法在蔡家營多金屬礦區(qū)的試驗研究[J].物探與化探，2003， 27（1）：52-57.

[16]? 高景華，徐明才，榮立新，等.小熱泉子銅礦區(qū)地震方法試驗研究[J].地質與勘探，2004， 40（6）：49-54.

[17]? Li T L， Eaton D W. Delineating the Tuwu porphyry copper deposit at Xinjiang，China， with seismic-reflection profiling[J]. Geophysics， 2005， 70（6）： B53-B60.

[18]? 周建勇，徐明才，劉建勛，等.反射地震成像技術在新疆喀拉通克銅鎳礦區(qū)的應用[J]. 地質與勘探，2016，52（5）：910-917.

[19]? 周建勇. 地震方法在深部找礦中的應用研究一以新疆喀拉通克銅鎳礦區(qū)為例[D].中國地質大學（北京）碩士學位論文.2017.

[20]? 楊富全，吳玉峰，楊俊杰，等.新疆阿爾泰阿舍勒礦集區(qū)銅多金屬礦床模型[J].大地構造與成礦學，2016，40（4）：701-715.

[21]? 馮京，徐仕琪.阿舍勒銅鋅礦綜合找礦預測模型[J].新疆地質，2012，30（4）：418-424.

[22]? 宋國學，秦克章，劉鐵兵，等.阿爾泰南緣阿舍勒盆地泥盆紀火山巖中古老鋯石的U-Pb年齡、Hf同位素和稀土元素特征及其地質意義[J].巖石學報，2010，26（10），2946-2958.

[23]? 楊富全， 李鳳鳴， 秦紀華，等.新疆阿舍勒銅鋅礦區(qū)（潛）火山巖LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb 年齡及其地質意義[J] 礦床地質，2013，32（5）：869-883.

Abstract： The Ashele copper-zinc deposit is a typical marine volcanic massive sulfide （VMS） deposit in China. In order to reveal the deep geological structure of the Ashele ore concentration area， ascertain the structural unit boundary and basement characteristics， and extract the deep prospecting information， two seismic reflection profiles were implemented in the Ashele ore concentration area， and it was determined to be reasonable through method tests. In the processing， methods and techniques such as fine static correction， noise attenuation， wavelet processing， velocity analysis， and migration imaging are highlighted， which obtain a time profile with higher signal noise. The profile migration imaging results portray the structure distribution pattern of the Asele ore concentration area and its lower periphery， reflecting the background of lateral compression stress. The existence of the deep seismic wave group means that there is a Precambrian crystalline basement on the southern edge of the Altai orogenic belt Provided new evidence.

Key words：? Ashele ore concentration area; Metal ore reflection seismic; Deep structure; Migration imaging