航空TEM 在二連盆地阿巴嘎旗地區(qū)古河道砂體探測(cè)中的應(yīng)用

駱燕，江民忠，陳偉，彭莉紅，程莎莎，張偉盟

（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)（重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），河北 石家莊 050002；3.河北省航空探測(cè)與遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050002）

航空時(shí)間域電磁法（ATEM）作為一種高效的地球物理勘查手段，在金屬礦產(chǎn)、油氣資源、環(huán)境工程、地下水、災(zāi)害預(yù)測(cè)和海洋調(diào)查等領(lǐng)域發(fā)揮著積極作用。不少西方國(guó)家已實(shí)現(xiàn)國(guó)土面積航空TEM 掃面全覆蓋［1］。該方法通過人工發(fā)射脈沖電流，接收地下導(dǎo)電介質(zhì)感應(yīng)電磁場(chǎng)響應(yīng)，進(jìn)而推斷地質(zhì)體電性分布，以達(dá)到探測(cè)地質(zhì)目標(biāo)體或解決地質(zhì)問題的目的。航空TEM 對(duì)低阻體敏感，能夠分辨電阻率差異明顯的地質(zhì)體，在國(guó)內(nèi)多金屬礦產(chǎn)勘查中應(yīng)用廣泛［2-6］，在硬巖型鈾礦勘查中也有較好的應(yīng)用效果［7-8］。

內(nèi)蒙古中東部阿巴嘎旗及其以北地區(qū)是新生代火山活動(dòng)相對(duì)集中的地區(qū)之一，在阿巴嘎旗、錫林浩特、灰騰梁等地大面積出露新生代玄武巖［9］。玄武巖的大面積覆蓋增加了地面地球物理勘查的難度，致使這些地區(qū)鈾礦勘查程度相對(duì)較低。而據(jù)國(guó)外有關(guān)鈾礦地質(zhì)資料，阿巴嘎旗北部蒙古國(guó)境內(nèi)達(dá)里甘嘎地區(qū)玄武巖蓋下發(fā)育有大型砂巖型鈾礦床，其上覆玄武巖與阿巴嘎旗玄武巖同為晚更新世噴發(fā)，并且在空間上連為一體［10］。因此，查清玄武巖覆蓋層下古河道砂體位置對(duì)該區(qū)砂巖型鈾礦勘查具有重要意義。

針對(duì)于此，在二連盆地馬尼特坳陷玄武巖覆蓋區(qū)開展航空TEM 應(yīng)用研究。在剝離表層玄武巖的基礎(chǔ)上［11］，對(duì)研究區(qū)14 條反演電阻率斷面進(jìn)行古河道砂體的推斷解釋，獲取古河道砂體的空間信息，為研究區(qū)砂巖型鈾礦成礦環(huán)境研究提供基礎(chǔ)資料。

1 鈾成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)跨馬尼特坳陷和蘇尼特隆起兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。賀根山巖石圈斷裂呈北東東向橫貫全區(qū)，控制著北部馬尼特坳陷和南部蘇尼特隆起的形成、發(fā)育與空間展布［12］。沿該斷裂出露華力西期和印支期花崗巖，以及基性、超基性巖構(gòu)成的蛇綠巖套。區(qū)內(nèi)地表絕大部分為第四系沖洪積物和玄武巖覆蓋（圖1），局部有白堊系（K2e、K1b）和新近系出露，在研究區(qū)東南部及阿巴嘎旗周邊零星出露上二疊統(tǒng)火山碎屑巖和不同時(shí)期的巖體［12-13］。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及測(cè)線布置（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)［12］）Fig.1 Geological sketch and the exploration profile layout of the study area（modified after reference［12］）

區(qū)內(nèi)古河道砂巖型鈾礦的主要找礦層位為下白堊統(tǒng)賽漢組，賽漢組上段的古河道砂體規(guī)模大、連通性好，為后期氧化帶的發(fā)育及鈾成礦提供了良好的空間［14-16］。在晚白堊世干旱、半干旱為主的古氣候條件下，古河道砂體直接暴露于地表，發(fā)育潛水氧化作用，且古水動(dòng)力方向與河谷形成時(shí)的水流方向一致，有利于外來含氧含鈾水的就近滲入并沿河道砂體運(yùn)移。二連盆地東部在上新世發(fā)生大范圍沉降，使得研究區(qū)處于大面積湖浸中，從而對(duì)早期所形成的氧化帶及鈾礦化起了很好的保護(hù)作用。到第四紀(jì)，研究區(qū)東部的阿巴嘎旗一帶受喜山運(yùn)動(dòng)影響，玄武巖大面積的噴發(fā)，形成熔巖臺(tái)地。

區(qū)內(nèi)玄武巖呈層狀構(gòu)造，產(chǎn)狀平緩。在阿巴嘎旗東玄武巖蓋的中部，發(fā)育有一條受斷裂構(gòu)造控制的晚白堊世北東向古河道，河流相砂體厚度約60 m，長(zhǎng)約70 km，富含炭化植物碎屑，富水性及滲透性較好。另一條甘珠廟古河道發(fā)育于巴音寶力格隆起，匯入馬尼特坳陷內(nèi)。玄武巖的噴發(fā)為古河道提供了熱源，對(duì)后期花崗巖及老地層中鈾的活化遷移起到了促進(jìn)的作用，同時(shí)古河道上覆蓋巨大的玄武巖被可對(duì)已形成的鈾礦化起到良好的保護(hù)作用，這也是形成鈾礦床的主要因素之一［10］。

2 航空TEM 探測(cè)技術(shù)

2.1 電性基礎(chǔ)

砂巖型鈾礦一般發(fā)育于沉積盆地的斜坡地帶，基底與蓋層間具有較大的電性差異。研究區(qū)巖石電阻率有如下特征：泥巖的視電阻率不高于12 Ω·m；粉砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖視電阻率在12～18 Ω·m 之間；含有一定量水的砂巖分布區(qū)，巖性以砂巖、砂礫巖為主，次為泥質(zhì)砂巖、泥巖砂礫，視電阻率在18～40 Ω·m之間；不含水或微含水的砂礫巖區(qū)及破碎帶，視電阻率在40～70 Ω·m 之間；玄武巖視電阻率較高，為70 Ω·m 以上［16］。區(qū)內(nèi)不同巖性之間的電阻率差異是利用航空TEM 研究蓋層，砂、泥巖空間展布特征的地球物理基礎(chǔ)。

2.2 工作方法和測(cè)線布置

本次選 用VTEMplus［2-3］多用途航空TEM 系統(tǒng)開展測(cè)量，該系統(tǒng)收發(fā)線圈水平同心，位置相對(duì)固定，可最大限度地避免異常的變形［2］。其中發(fā)射線圈直徑為26 m，發(fā)射基頻為25 Hz的雙極性梯形供電脈沖，寬度約為7.385 ms；水平接收線圈的直徑為1.2 m；垂直接收線圈的直徑為0.32 m；補(bǔ)償線圈直徑6.0 m。

研究區(qū)共布置測(cè)線14 條，測(cè)線編號(hào)L1000～L1130，測(cè)線方 向323.7°，測(cè)線長(zhǎng) 度100～108 km 不等，相鄰測(cè)線之間的間距為5 km（圖1）。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理的第一步為預(yù)處理，一般包括背景場(chǎng)去除、天電噪聲修正、運(yùn)動(dòng)噪聲去除、疊加、抽道等。在完成數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，可以根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的具體情況，再進(jìn)行包括記錄點(diǎn)位置校正、調(diào)平等在內(nèi)的數(shù)據(jù)處理，獲得最終的dB/dt及B場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)開展反演。

航空TEM 數(shù)據(jù)反演一般有兩種方法：電阻率深度成像法（RDI［17］，resistivity depth image）和精確反演方法。前者處理速度快，能從海量航空電磁數(shù)據(jù)中快速提取地下主要電性信息；后者處理速度相對(duì)較慢，但分層能力強(qiáng)，能更精確的反應(yīng)地下地質(zhì)構(gòu)造信息。

研究區(qū)以層狀介質(zhì)為主，而RDI 對(duì)層狀介質(zhì)的分辨能力較差、反演深度較淺，因此本文采用了航空TEM 層狀大地反演法（LEI，Layer-Earth Inversion）的精確反演方法。由于電磁法的分辨率隨深度增大而降低，因此預(yù)設(shè)層厚度時(shí)采用了等對(duì)數(shù)間隔的形式構(gòu)建反演初始模型。用模型的理論響應(yīng)來擬合觀測(cè)數(shù)據(jù)，直到迭代方差達(dá)到給出的誤差閾值為止。根據(jù)上述反演方法，將每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)反演，然后把整個(gè)測(cè)區(qū)一維反演結(jié)果進(jìn)行拼接，建立偽三維反演電阻率模型。根據(jù)研究區(qū)需要的剖面位置，從偽三維反演電阻率模型中提取相關(guān)剖面資料，推斷古河道砂體。

3 古河道砂體推斷解釋

3.1 砂體斷面解釋標(biāo)志

古河道砂體是砂巖型鈾礦航空TEM 探測(cè)的核心目標(biāo)之一。

一般來說，古河道砂體多分布在某一特定的水平層位中，呈透鏡狀、似層狀展布，且電阻率明顯高于泥巖，一般在12～40 Ω·m 之間。通過分析反演電阻率斷面發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定水平的電性層中，存在一些局部電阻率偏高或偏低的電性?shī)A層，推測(cè)電阻率在8～40 Ω·m 的偏高透鏡體、似層狀體為古河道砂體。

圖2 為L(zhǎng)1020 線平距10～14 km 的反演電阻率斷面圖。由圖可知，在中間低阻層中，存在兩個(gè)電阻率明顯高于周圍泥巖的透鏡體（層狀泥巖電阻率一般小于10 Ω·m，而透鏡體的電阻率大于12 Ω·m），推測(cè)為古河道砂體。

圖2 L1020 線10～14 km 反演電阻率斷面圖Fig.2 Resistivity section at the segment of 10～14 km in survey line L1020

3.2 古河道砂體斷面特征

在研究區(qū)劃分了三個(gè)古河道砂體（編號(hào)A、B、C）。A 為沙那古河道，B 為寶格達(dá)古河道，C為玄武巖覆蓋區(qū)古河道，下面分別描述其特征。

3.2.1 沙那古河道特征

沙那古河道分布于馬尼特坳陷內(nèi)的沙那凹陷和塔北凹陷一帶。該河道砂體主要分布于沙那凹陷邊部，寬度一般在2～10 km 不等，走向總體呈北東向。

根據(jù)圖3 的反演電阻率斷面，該區(qū)淺部為低阻，深部為高阻，整體呈層狀分布，局部有突跳。部分地段淺部低阻層中夾層狀偏低阻（6～14 Ω·m），推斷為古河道砂體。根據(jù)電阻率分布特征，推測(cè)古河道砂體沿北東方向延伸，向南西規(guī)模減小，泥巖增多，粒度變細(xì)。

圖3 沙那古河道反演電阻率斷面圖Fig.3 Resistivity sections of Shana paleochannel

3.2.2 寶格達(dá)古河道特征

寶格達(dá)古河道主要分布于馬尼特坳陷內(nèi)的寶格達(dá)凹陷內(nèi)。該古河道寬度一般在2～6 km不等，走向總體呈北東向。

根據(jù)圖4 的反演電阻率斷面，深部為高阻，整體呈層狀分布，局部有突跳。部分地段淺部低阻層中夾層狀偏低阻（6～14 Ω·m），推斷為古河道砂體。根據(jù)電阻率分布特征，推測(cè)古河道砂體沿北東方向延伸，向南西規(guī)模減小。

圖4 寶格達(dá)古河道反演電阻率斷面圖Fig.4 Resistivity sections of Baogeda paleochannel

3.2.3 玄武巖覆蓋區(qū)古河道特征

在研究區(qū)中部隆起與坳陷的過渡部位，玄武巖覆蓋層之下的古河道砂體也十分發(fā)育，命名為玄武巖覆蓋區(qū)古河道。根據(jù)圖5 的反演電阻率斷面，該古河道砂體規(guī)模大、連通性好，總體展布呈近東西向，局部地段單個(gè)砂體呈北東東向。

圖5 玄武巖覆蓋區(qū)古河道反演電阻率斷面圖Fig.5 Resistivity sections of paleochannel beneath the basalt cover

3.3 古河道砂體平面特征

將上述推斷的古河道砂體投影到研究區(qū)及其周邊基底埋深圖上，得到研究區(qū)基底及航空TEM 推斷的古河道砂體平面展布圖（圖6）。由該圖可知，已知的巴彥烏拉鈾礦床、914 鈾礦化點(diǎn)及工業(yè)孔均位于塔北凹陷-沙那凹陷一帶北東向深凹陷的邊部，推測(cè)位于同一帶內(nèi)的沙那古河道亦具有較有利的砂巖型鈾礦找礦前景。寶格達(dá)古河道所在的寶格達(dá)凹陷亦屬于塔北凹陷-沙那凹陷的分支，且砂體所在范圍覆蓋沉積盆地的斜坡地帶，推測(cè)該古河道也具有較大的找礦潛力。

圖6 研究區(qū)基底埋深及航空TEM 推斷的古河道砂體平面展布圖Fig.6 Distribution of basement depth and the inferred sandbodies of paleochannel by airborne TEM

4 結(jié)論

1）利用航空TEM 資料，在國(guó)內(nèi)首次成功地在玄武巖覆蓋區(qū)提取到古河道砂體的空間信息，為尋找玄武巖覆蓋層下砂巖型鈾礦提供了重要的依據(jù)，應(yīng)用效果顯著。

2）根據(jù)建立的古河道砂體解釋標(biāo)志，提取了斷面砂體信息，推斷了古河道砂體的平面展布形態(tài)。根據(jù)地理位置及物源體系的不同，圈定了三個(gè)古河道：沙那古河道、寶格達(dá)古河道以及玄武巖覆蓋區(qū)古河道，為該區(qū)砂巖型鈾礦勘查提供了基礎(chǔ)資料。

3）航空TEM 能夠快速查找盆地古河道，為隱伏砂巖型鈾礦勘查提供了新的方法示范，值得在我國(guó)盆地砂巖型鈾礦勘查中推廣應(yīng)用。