CSAMT 方法在騰格爾坳陷西緣下白堊統(tǒng)賽漢組砂體識(shí)別中的應(yīng)用

張偉，李英賓，張俊偉，張占彬，魏濱，李毅

（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；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）

前人在騰格爾坳陷南部巴彥塔拉地區(qū)發(fā)現(xiàn)了呼和鈾礦點(diǎn)和芒黑特鈾礦點(diǎn)，在賽漢組發(fā)現(xiàn)了2個(gè)砂巖型鈾礦工業(yè)孔，1個(gè)礦化孔，16個(gè)異?？?。發(fā)現(xiàn)的工業(yè)鈾礦化孔分別位于賽漢組上、下段辮狀河三角洲體系砂體中，識(shí)別賽漢組砂體的空間展布形態(tài)對(duì)該地區(qū)的鈾礦勘查工作十分必要［1-2］。雖然騰格爾坳陷西緣布圖莫吉凹陷開展過鈾資源評(píng)價(jià)項(xiàng)目，但深部找礦的工作還未系統(tǒng)開展，為了在騰格爾坳陷的深部找礦工作中取得突破，急需加大對(duì)騰格爾坳陷下白堊統(tǒng)砂體的發(fā)育特征研究。在方法選取上，淺層地震勘探精度較高，是砂巖型鈾礦找礦中最有效的手段之一［3-4］，但地震勘探要求的施工條件和施工成本均較高?？煽卦匆纛l大地電磁（CSAMT）測(cè)量屬頻率域電磁法，在查明盆地基底、地層結(jié)構(gòu)、圈定砂體、劃分構(gòu)造格架等方面均具有很好的探測(cè)效果［5-6］。已有鉆孔資料顯示，研究區(qū)賽漢組及其砂體的埋深在600 m 以淺，CSAMT 能滿足勘查深度需要［7-16］。本文以CSAMT 資料為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)、鉆孔資料對(duì)下白堊統(tǒng)砂體發(fā)育特征進(jìn)行了分析，為騰格爾坳陷西緣的深部找礦工作提供了參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況及巖石電阻率特征

1.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)主要位于騰格爾坳陷西緣的布圖莫吉凹陷（圖1），兩側(cè)延伸到查干諾爾凸起、布朗戈壁凸起，北部緊鄰都日木凹陷。布圖莫吉凹陷為單斷箕狀凹陷，由東部斷階帶、中央洼槽帶和西部斜坡帶構(gòu)成。都日木凹陷為復(fù)合箕狀凹陷，南東部為主斷裂，北西部為被動(dòng)斷裂，發(fā)育構(gòu)造斜坡帶。查干諾爾凸起，位于騰格爾坳陷西部，發(fā)育構(gòu)造斜坡帶?；装ü派缱冑|(zhì)巖、華力西期花崗巖體，蓋層包括侏羅系、下白堊統(tǒng)、新生界。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)及測(cè)線布置圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［19］修改）Fig.1 Geological sketch and survey lines layout in the study area（modified after reference［19］）

研究區(qū)蓋層包括侏羅系、白堊系、新近系，下面主要介紹下白堊統(tǒng)賽漢組，賽漢組分為上段和下段：下段下部巖性為灰綠色、灰色礫巖夾薄層含礫泥巖，上部巖性為灰綠色、灰色、黑色炭質(zhì)泥巖、含礫泥巖夾礫巖、砂巖、褐煤薄層；上段巖性為黃色、灰白色、中粗砂巖、砂質(zhì)礫巖和灰、灰綠色泥巖等。研究區(qū)找礦目的層為賽漢組上段，兼顧找礦目的層為賽漢組下段。

下白堊統(tǒng)賽漢組砂體發(fā)育，規(guī)模較大，延伸穩(wěn)定，成熟度較高，單層厚2～38 m，由3～5 層砂體構(gòu)成的復(fù)合砂體厚約20～100 m，其內(nèi)部泥巖呈透鏡狀，砂體上覆新近系泥巖，下伏賽漢組下段湖沼相炭質(zhì)泥巖、泥巖、褐煤層等，垂向上具有“泥-砂-泥”互層結(jié)構(gòu)。

1.2 巖石電阻率特征

表1 是根據(jù)從核工業(yè)二〇八大隊(duì)收集的騰格爾坳陷西部測(cè)井資料整理的電阻率統(tǒng)計(jì)表，由表1 可見，工作區(qū)內(nèi)布圖莫吉凹陷、都日木凹陷構(gòu)造單元中地層、巖性電阻率參數(shù)雖然略有不同，但地質(zhì)層（體）電阻率總體具有以下特征：第四系不同巖性電阻率變化較大，分布較為局限，其厚度一般小于10 m；新近系泥巖、砂質(zhì)泥巖視電阻率值為10～15 Ω?m；松散含礫粗砂巖、粗砂巖電阻率為20～150 Ω?m；砂礫巖、礫石電阻率值為20～70 Ω?m；找礦目的層下白堊統(tǒng)賽漢組不同巖性之間視電阻率值差異明顯，視電阻率值隨著沉積物粒度增大而增高，其中下白堊統(tǒng)賽漢組泥巖、粉砂巖視電阻率值為2～12 Ω?m，砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖或泥巖砂巖互層10～20 Ω?m，砂礫巖、礫巖、中粗砂巖16～45 Ω?m。下白堊統(tǒng)賽漢組砂體與上覆泥巖和下伏泥巖的電阻率差異為研究區(qū)砂體的圈定提供了地球物理基礎(chǔ)。

表1 研究區(qū)電阻率參數(shù)統(tǒng)計(jì)［17?19］Table 1 Statistics of electric resistivity of rocks in the study area［17?19］

2 測(cè)線布置及數(shù)據(jù)處理

2.1 測(cè)線布置

研究區(qū)主要位于騰格爾坳陷西緣的布圖莫吉凹陷及周邊凸起，地層展布方向?yàn)楸北睎|，水動(dòng)力方向由南南西流向北北東。測(cè)線布設(shè)時(shí)，根據(jù)物探剖面線盡量與主構(gòu)造線垂直的原則，布置北西西向CSAMT 測(cè)線5 條，編號(hào)E19K01～E19K05，測(cè)線長(zhǎng)度30 km，線距4.8 km，點(diǎn)距100～200 m，共1 440 個(gè)測(cè)量點(diǎn)（圖1）。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理及約束反演參數(shù)選擇

本次數(shù)據(jù)處理采用與GDP-32II多功能電法儀相配套的軟件包，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和反演處理等幾個(gè)方面內(nèi)容。其處理流程如圖2。

經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，最終選用經(jīng)過靜態(tài)校正處理、剔除近區(qū)數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)，采用GDP-32II多功能電法儀相配套的軟件進(jìn)行反演處理［19］。2D Moving Average of Data 初始模型在沉積盆地中的反演效果較好，本次數(shù)據(jù)處理采用的初始模型為原始數(shù)據(jù)二維平滑模型；初始模型第一層厚度的取值大小將影響反演電性層的埋深及厚度，放大和圓滑某些地質(zhì)信息，影響資料解釋的精度。與鉆孔資料對(duì)比后，本次反演選擇第一層厚度取值35 m；圓滑參數(shù)影響著反演模型數(shù)據(jù)的擬合度，取值大，數(shù)據(jù)擬合度小、反演模型較平滑，取值小，數(shù)據(jù)擬合度高，反演模型較粗糙，本次圓滑系數(shù)取值0.4，迭代次數(shù)為8 次，反演RMS 小于0.3。

3 砂體解釋標(biāo)志

TZK15-1、TZK15-3 孔分別位于E19K03 測(cè)線平距19.5 km、13.5 km 附近，其中TZK15-3 孔深270～450 m 位置揭露到砂體，厚度約180 m；TZK15-1 孔深250～470 m 位置揭露到砂體，厚度約220 m。根據(jù)收集的TZK15-1、TZK15-3孔地質(zhì)及測(cè)井電阻率資料，通過可控源音頻大地電磁測(cè)深反演結(jié)果與鉆孔揭露的砂體對(duì)比，建立了研究區(qū)砂體的解譯標(biāo)志（圖3）。

圖3 中平距12 900～21 500 m 的中阻體，呈似層狀分布，頂界面近似水平分布，底界面由兩側(cè)向布圖莫吉凹陷中心緩傾，電性層厚度逐漸增大，至斷面平距19 000 m 附近厚度達(dá)260 m。反演電阻率值一般為10～25 Ω?m，結(jié)合鉆孔揭露資料，為賽漢組泥巖、砂巖、砂質(zhì)礫巖和含礫中粗砂巖的反映，其與上覆、下伏相對(duì)低阻電性層相比，表現(xiàn)出明顯的高阻特征，是本次下白堊統(tǒng)賽漢組砂體的圈定的標(biāo)志。

圖3 研究區(qū)砂體解譯標(biāo)志圖Fig.3 Interpretation sign of sand body in the study area

4 推斷解釋砂體電性特征

4.1 查干諾爾凸起東部斜坡帶砂體電性特征

查干諾爾凸起東部斜坡帶發(fā)育的砂體具有相似的電性特征，下面以L02 線圈定的砂體為例做簡(jiǎn)要說明，圖4 為E19K02 線0～12 000 m 段下白堊統(tǒng)賽漢組砂體分布范圍示意圖。

圖4 研究區(qū)E19K02 線0～12 000 m 段下白堊統(tǒng)賽漢組砂體分布范圍示意圖Fig.4 Schematic diagram of sand body of Lower Cretaceous Saihan Formation at the segment of 0～12 000 m of exploration Line E19K02

平距0～2 350 m 段展布的中阻體呈透鏡狀，整體由北西西－南東東傾伏，厚度逐漸增大，至斷面平距1 500 m 附近厚度達(dá)180 m，反演電阻率值一般在10～120 Ω?m 之間，最高可達(dá)150 Ω?m；斷面平距2 750～6 600 m的中阻體呈透鏡狀分布，整體向南東東部緩傾，反演電阻率值一般在10～100 Ω?m；斷面平距7 000～11 900 m 的中阻體，呈似層狀分布，頂界面呈近似水平、底界面由北西西－南東東緩傾，電性層厚度逐漸增大，至斷面平距11 000 m 附近，厚度達(dá)125 m，反演電阻率值一般在10～85 Ω?m。根據(jù)砂體解釋標(biāo)志，這三處中阻體推斷為賽漢組砂體。

結(jié)合地質(zhì)資料分析，上述三組砂體發(fā)育于查干諾爾凸起東部斜坡帶，且反演電阻率值由北西西－南東東逐漸減小。距蝕源區(qū)越近，砂體粒度越粗，反演電阻率值越高。

4.2 布圖莫吉凹陷砂體電性特征

布圖莫吉凹陷中圈定的砂體具有相似的電性特征，下面以E19K02 線圈定的砂體為例做簡(jiǎn)要說明，圖5為E19K02線12 000～27 500 m段下白堊統(tǒng)賽漢組砂體分布范圍示意圖，圖中連續(xù)分布的中阻體，呈似層狀分布，頂、底界面由兩側(cè)向布圖莫吉凹陷中心緩傾，電性層厚度逐漸增大，至斷面平距17 000 m 附近，厚度達(dá)125 m。反演電阻率值一般為10～50 Ω?m，且電阻率數(shù)值由中心向兩側(cè)及向上逐漸降低。結(jié)合地質(zhì)資料，推斷為賽漢組砂體。

圖5 研究區(qū)E19K02 線12 000～28 000 m 段下白堊統(tǒng)賽漢組砂體分布范圍示意圖Fig.5 Schematic diagram of sand body of Lower Cretaceous Saihan Formation at the segment of 20 000～28 000 m of exploration Line E19K02

根據(jù)地質(zhì)資料分析，砂體主要發(fā)育于布圖莫吉凹陷，測(cè)線西部的砂體物源主要來源于查干諾爾凸起，和查干諾爾凸起東部斜坡帶中的砂體相比，其粒度較細(xì)，反演電阻率相對(duì)較低。測(cè)線東部的砂體物源主要來源于布朗戈壁凸起，離蝕源區(qū)較近，砂體粒度較粗，反演電阻率值較高，說明該凹陷內(nèi)砂體具多源、多分支的特點(diǎn)。

5 砂體空間展布特征及鉆孔驗(yàn)證

5.1 砂體空間展布特征

研究區(qū)圈定下白堊統(tǒng)賽漢組砂體2處，其分布特征如圖6所示，1號(hào)砂體：主要總體呈北東向展布，區(qū)內(nèi)控制長(zhǎng)度約28 km，面積約124 km2，平面上由南向北分布。砂體位于查干諾爾凸起東部斜坡帶，砂體埋深及厚度由南西向北東逐漸增大，最小埋深約80 m，最大埋深250 m左右，最小厚度約40 m，最大厚度達(dá)240 m以上。根據(jù)地質(zhì)資料分析，砂體物源來自于西部查干諾爾凸起及南部的溫都爾廟隆起，并向東向北匯聚。2號(hào)砂體：呈北北東向展布，區(qū)內(nèi)控制長(zhǎng)度約32 km，面積約330 km2。其南段位于布圖莫吉凹陷，北段位于都日木凹陷，平面呈蛇曲狀分布。布圖莫吉凹陷中的砂體頂界面埋深及厚度由南至北逐漸減小，最大埋深及厚度位于研究區(qū)中南部。受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，基底隆升，下白堊統(tǒng)賽漢組及其砂體埋深及厚度減小，至研究區(qū)中北部，砂體埋深及厚度逐漸增大。結(jié)合地質(zhì)資料分析，2號(hào)砂體成因?yàn)楹恿飨?，形成于早白堊世晚期斷、拗轉(zhuǎn)換階段，為研究區(qū)下白堊統(tǒng)賽漢組砂體形成的主要時(shí)期，且在空間上具一定的規(guī)模，整體上較連續(xù)、穩(wěn)定且規(guī)模較大，反映出該地層發(fā)育河流相沉積體系。

圖6 研究區(qū)下白堊統(tǒng)賽漢組砂體埋深、厚度及分布范圍Fig.6 Buriried depth，thickness and distribution of sand body of Lower Cretaceous Saihan Formation in the study area

5.2 鉆孔驗(yàn)證

2019 年在E19K03 線附近收集鉆孔三個(gè)，其中TZK15-5 孔位于E19K03 測(cè)線平距11.5 km北 東1.7 km 附近，TZK15-3 孔位 于E19K03 測(cè)線平 距13.5 km 附 近，TZK15-1 位 于E19K03 測(cè) 線平距19.5 km 附近。

從TZK15-1、TZK15-3 孔附近反演電阻率斷面圖分析（圖7），電性層反映的電阻率特征、厚度、深度與鉆探揭露情況基體吻合，鉆孔揭露到以砂巖為主的粗粒沉積物，反演電阻率斷面圖中表現(xiàn)為相對(duì)高阻電性特征，鉆孔揭露到以泥巖為主的細(xì)粒沉積物，反演電阻率斷面圖中表現(xiàn)為相對(duì)低阻電性特征。反演結(jié)果正確地反映了研究區(qū)的地電特征。但由于TZK15-5孔距測(cè)線距離1.7 km，第四電性層所反映的厚度及埋深與鉆探資料有一定差異。

圖7 鉆孔編錄與反演電阻率斷面對(duì)比圖Fig.7 Comparison of borehole logging data and inversion resistivity section

6 結(jié)論

1）下白堊統(tǒng)賽漢組砂體之上為新近系紅色泥巖，之下為賽漢組下段湖沼沉積泥巖、炭質(zhì)泥巖、褐煤層等，垂向上構(gòu)成“泥-砂-泥”互層結(jié)構(gòu)，與上覆、下伏地層比較，其表現(xiàn)出相對(duì)高阻的電性特征。

2）查干諾爾凸起東部斜坡帶發(fā)育的砂體粒度由西向東逐漸變細(xì)，越靠近蝕源區(qū)部位，砂體粒度越粗，反演電阻率值越高。砂體埋深及厚度由南西向北東逐漸增大，其最小埋深約80 m，最大埋深約250 m，最小厚度約40 m，最大厚度達(dá)240 m。布圖莫吉凹陷比查干諾爾凸起東部斜坡帶砂體粒度細(xì)，砂體埋深及厚度由南西向北東變化較大，其最小埋深約80 m，最大埋深約400 m，最小厚度約30 m，最大厚度達(dá)340 m。

3）布圖莫吉凹陷內(nèi)下白堊統(tǒng)賽漢組的砂體呈蛇曲狀分布，成因?yàn)楹恿飨?，形成于早白堊世晚期斷、拗轉(zhuǎn)換階段，整體上較連續(xù)、穩(wěn)定且規(guī)模較大，反映出該地層發(fā)育河流相沉積體系。

4）研究區(qū)后期施工多個(gè)鉆孔，驗(yàn)證了多處圈定砂體的正確性，指導(dǎo)了研究區(qū)的鈾礦勘查工作。