反射地震勘探在南陵-宣城礦集區(qū)地質(zhì)找礦中的應(yīng)用研究

譚 靜，熊強(qiáng)青，喻兵良，陳 杰，袁興賦，郭 冬，陸三明，蘭學(xué)毅

(1.安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031；2.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心，安徽 合肥 230091)

1 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求越來(lái)越大。近年來(lái)，由于一些埋藏較淺的老礦山儲(chǔ)量消耗殆盡，尋找深部礦產(chǎn)資源是今后地質(zhì)找礦的戰(zhàn)略目標(biāo)。南陵—宣城礦集區(qū)作為長(zhǎng)江中下游成礦帶的重要組成部分[1]，在近年來(lái)的地質(zhì)找礦工作中，發(fā)現(xiàn)了茶亭大型銅金礦[2]、麻姑山銅鉬礦[3]、蕎麥山銅硫鎢多金屬礦[4]等一系列礦產(chǎn)資源?？梢?jiàn)，該區(qū)具有良好的找礦潛力和前景，已成為長(zhǎng)江中下游成礦帶新一輪找礦工作的重點(diǎn)勘查區(qū)。由于南陵-宣城地區(qū)為厚覆蓋區(qū)，地層出露較少，前人對(duì)南陵-宣城礦集區(qū)的研究工作[5-7]，受工作方法技術(shù)、數(shù)據(jù)處理解釋方法的限制，勘探深度略淺，垂向分辨率較低，對(duì)在覆蓋區(qū)探測(cè)深部金屬礦體方面存在嚴(yán)重不足，而且對(duì)南陵-宣城礦集區(qū)的深部地質(zhì)構(gòu)造格架未做精細(xì)研究。與其他物探方法相比，地震勘探具有探測(cè)深度大、分辨率高和探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)，在深部金屬礦勘查中越來(lái)越受到青睞[8-13]。近年來(lái)地震勘探方法在金屬礦勘查的應(yīng)用研究越來(lái)越多，我國(guó)深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)(SinoProbe)在金屬礦地震勘探領(lǐng)域取得了較好的地質(zhì)效果，如董樹(shù)文等[14]、呂慶田等[15,16]使用以反射地震為主導(dǎo)的現(xiàn)代地球物理探測(cè)技術(shù)，揭示了長(zhǎng)江中下游成礦帶廬樅礦集區(qū)深部地殼結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造格架，探討成礦深部控制條件。因此，為進(jìn)一步深化對(duì)南陵-宣城礦集區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，本文對(duì)研究區(qū)開(kāi)展了有針對(duì)性的反射地震數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)以及地震成像剖面的綜合研究，以期探索出適合典型礦集區(qū)的地震數(shù)據(jù)采集方法，同時(shí)精細(xì)刻畫(huà)了礦集區(qū)內(nèi)主要地層、斷裂、巖體和深部地質(zhì)構(gòu)造格架的空間分布，對(duì)指導(dǎo)深部找礦具有重要意義。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

南陵—宣城地區(qū)位于長(zhǎng)江中下游構(gòu)造—巖漿—成礦帶上(圖1)，在大地構(gòu)造上位于揚(yáng)子陸塊的北緣，其西北和東南分別與秦嶺—大別造山帶和江南造山帶毗鄰。研究區(qū)的區(qū)域構(gòu)造形跡總體呈北東向，表現(xiàn)為北東向展布的山脈和盆地相間分布。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖(藍(lán)線為二維地震測(cè)線)Fig.1 Geological sketch map of the study area (blue line is the 2D seismic line)

本區(qū)地層自志留紀(jì)至第四紀(jì)地層發(fā)育較齊全。地層分屬于下?lián)P子地層區(qū)與江南地層分區(qū)，發(fā)育以淺海相、濱海相碎屑巖為主的志留紀(jì)和泥盆紀(jì)地層，以碳酸鹽為主的二疊紀(jì)及早三疊紀(jì)地層，以及其后的陸相碎屑巖、火山碎屑巖系[7]。根據(jù)區(qū)域性地層不整合及褶皺特征、巖漿活動(dòng)，沉積建造之不同，區(qū)域地層可分為上下兩個(gè)構(gòu)造層：下構(gòu)造層由志留紀(jì)至早三疊紀(jì)地層組成，印支運(yùn)動(dòng)使下構(gòu)造層發(fā)生較為強(qiáng)烈的褶皺；上構(gòu)造層由侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)地層組成，為一套陸相火山巖和內(nèi)陸坳陷紅層建造。

3 地震地質(zhì)條件

研究區(qū)地形地貌主要由丘陵和平原區(qū)組成，平原區(qū)第四系厚度較大，地表為第四系黃色黏土，個(gè)別含砂礫；丘陵山地第四系較薄，有基巖裸露。淺層的激發(fā)接收條件較好，對(duì)于地震資料的獲取有利。

由于研究區(qū)地震勘探工作程度低，無(wú)法了解地震反射波組特征，只能根據(jù)地層的巖性特征和以往工作經(jīng)驗(yàn)推測(cè)可能存在的反射界面[17,18]。古近系地層與下伏白堊系地層之間成不整合接觸關(guān)系，上下層反射波同相軸發(fā)生交叉，同時(shí)由于巖性突變易產(chǎn)生反射。白堊系內(nèi)早期和晚期礫巖、砂巖、泥巖可以產(chǎn)生較強(qiáng)的反射界面。白堊系砂巖與三疊系灰?guī)r，三疊系灰?guī)r與二疊系石英砂巖、頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、煤層等，二疊系內(nèi)龍?zhí)逗凸路褰M硅質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖與棲霞船山組灰?guī)r等，泥盆系砂巖與志留系泥巖、頁(yè)巖，志留系泥巖與奧陶系灰?guī)r，它們之間密度和地震信號(hào)傳播速度存在差異，一般能形成較連續(xù)的反射界面。

4 地震數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)

根據(jù)研究區(qū)地形和地震地質(zhì)條件，分別對(duì)研究區(qū)內(nèi)丘陵和平原地區(qū)進(jìn)行不同的井深和藥量試驗(yàn)對(duì)比，同時(shí)為確保地震勘探獲得可靠的地質(zhì)效果，在地震點(diǎn)試驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了段試驗(yàn)。

4.1 激發(fā)因素試驗(yàn)

為了選擇最優(yōu)的激發(fā)因素，分別在丘陵地區(qū)和平原地區(qū)選擇1個(gè)有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)行了激發(fā)藥量為10 kg，激發(fā)井深分別為8 m、10 m、12 m、14 m、16 m、18 m的試驗(yàn)。由單炮記錄可以看出(圖2)，隨著井深的增加，單炮信噪比和反射波的能量增大，當(dāng)井深達(dá)到16 m以后，能量變化不是太明顯；從炮集振幅頻譜對(duì)比分析，井深越淺，高頻背景噪聲相對(duì)越強(qiáng)，有效波能量越弱。隨著井深的增加，反射波的能量增強(qiáng)，當(dāng)井深達(dá)到16 m以后，能量和信噪比變化不是太明顯。綜合考慮，井深采用16 m。

圖2 試驗(yàn)點(diǎn)井深試驗(yàn)炮集記錄和頻譜對(duì)比Fig.2 Test gun record and spectrum comparison of test point well depth

在激發(fā)井深為16 m情況下，對(duì)激發(fā)藥量分別為2 kg、4 kg、6 kg、8 kg、10 kg、12 kg、14 kg、16 kg進(jìn)行了試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)單炮記錄及其能量和頻率對(duì)比分析，隨著藥量的加大，反射能量隨之增強(qiáng)，當(dāng)藥量大于10 kg時(shí)，反射能量和信噪比相差不大，趨于穩(wěn)定。綜合分析，激發(fā)藥量10 kg。

4.2 單井和組合井對(duì)比試驗(yàn)

在實(shí)際生產(chǎn)中，部分地區(qū)的井深無(wú)法達(dá)到試驗(yàn)井深，需要采用組合井。通過(guò)對(duì)相鄰的一個(gè)16 m單井和一個(gè)二組合8 m井激發(fā)效果對(duì)比(圖3)，認(rèn)為二組合激發(fā)能量和信噪比略低于單井激發(fā)，但組合井記錄的能量和信噪比也比較高，可以滿足地質(zhì)任務(wù)要求。

圖3 單井與組合井炮集記錄與頻譜對(duì)比Fig.3 Gun record and spectrum comparison of single and combined wells

4.3 地震采集施工參數(shù)

1)激發(fā)參數(shù)：通過(guò)對(duì)不同井深和不同藥量激發(fā)所獲得的地震資料的反射波能量和頻率的綜合分析，確定研究區(qū)的激發(fā)井深為單井16 m，組合井單井井深為5～8 m。激發(fā)藥量為單井10 kg，組合井單井藥量為2～4 kg。

2)觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)：為了提高目的層的有效覆蓋次數(shù)和地震數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量，針對(duì)最大炮檢距、面元尺寸、覆蓋次數(shù)等采集參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致的分析論證，確定研究區(qū)的道距20 m，最大炮檢距4 790 m，覆蓋次數(shù)80次。

5 地震資料處理效果分析

利用上述試驗(yàn)確定的采集參數(shù)進(jìn)行施工，獲得了高質(zhì)量的原始地震單炮記錄。通過(guò)對(duì)原始地震資料分析，認(rèn)為本區(qū)資料品質(zhì)受地表地質(zhì)條件和深部地震地質(zhì)條件的雙重影響，沿測(cè)線方向的不同地區(qū)采集的原始記錄單炮信噪比相差較大，而且本區(qū)地表有較大的高差，低降速帶橫向變化大，導(dǎo)致原始資料存在較大的靜校正量。針對(duì)原始資料的特點(diǎn)，通過(guò)各個(gè)處理模塊和處理參數(shù)的測(cè)試，利用了原始資料分析、定義空間屬性、野外一次靜校正、疊前噪音壓制、振幅恢復(fù)及補(bǔ)償、反褶積、速度分析、剩余靜校正和偏移成像等處理技術(shù)，取得了高信噪比、反射結(jié)構(gòu)清晰、能清楚識(shí)別斷層、追蹤地震地質(zhì)層位的二維地震剖面(圖4)。經(jīng)過(guò)偏移成像處理，地震剖面上的地層和構(gòu)造偏移的反射點(diǎn)較好地回歸到了正確的位置，地質(zhì)構(gòu)造更真實(shí)清晰。

圖4 二維地震疊加和偏移時(shí)間剖面Fig.4 2D seismic stack and migration time section

6 二維地震資料解釋及成果分析

由于測(cè)區(qū)缺少深井測(cè)井資料，無(wú)法進(jìn)行波組標(biāo)定，為此本次資料解釋在收集、分析前人地質(zhì)、鉆井及其他物探成果的基礎(chǔ)上[19-24]，依托地震資料解釋軟件，采用露頭戴“帽”，鉆孔穿“鞋”，參考鄰區(qū)地震剖面，結(jié)合地質(zhì)分析等方法技術(shù)，對(duì)地震地質(zhì)層位進(jìn)行了標(biāo)定，依據(jù)地震反射原理，對(duì)目的地層反射波進(jìn)行對(duì)比追蹤和斷層解釋，地震地質(zhì)解釋剖面如圖5所示。

圖5 二維地震地質(zhì)解釋深度剖面Fig.5 2D seismic and geologic interpretation depth section

1)測(cè)線上地層出露較少，多數(shù)地段被第四系所覆蓋，根據(jù)1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖和二維地震地質(zhì)標(biāo)定，大致確定測(cè)區(qū)地層的存在和分布情況，分別是第四系(Q)、古近系(E)、白堊系(K)、侏羅系(J)、三疊系+二疊系(T+P)、石炭系+泥盆系+志留系(C+D+S)以及奧陶系(O)。根據(jù)地層不整合及地震反射特征差異，測(cè)區(qū)主要可分為上部、下部?jī)蓚€(gè)構(gòu)造層(圖6)，上部構(gòu)造層由侏羅系至古近系組成，在地震剖面上表現(xiàn)為地震波組信噪比高，內(nèi)部反射波組豐富，相對(duì)平緩；下構(gòu)造層由奧陶系—三疊系地層組成，在地震剖面上表現(xiàn)為信噪比較低，內(nèi)幕不太清晰，產(chǎn)狀相對(duì)復(fù)雜多變。

圖6 研究區(qū)構(gòu)造層單元?jiǎng)澐諪ig.6 The tectonic layer division of the study area

2)根據(jù)斷點(diǎn)解釋方法和地震剖面反射波同相軸斷層特征反應(yīng)，在地震剖面上共解釋斷點(diǎn)16個(gè)，重點(diǎn)對(duì)茅西斷裂、茅東斷裂和江南斷裂三條區(qū)域性大斷裂的平面位置、深部產(chǎn)狀特征和性質(zhì)進(jìn)行了分析及研究，周王斷裂位于測(cè)線的末端，未得到清晰反映。

3)分析研究了測(cè)區(qū)的構(gòu)造格架，研究區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為相間發(fā)育一系列傾向南東的倒轉(zhuǎn)背斜和寬緩向斜，自北西向南東依次為：新河莊倒轉(zhuǎn)背斜、周村盆地、敬亭山地層推覆疊置背斜、宣城斷陷盆地、麻姑山地層推覆疊置背斜、廣德斷陷和蝦子嶺背斜，其中測(cè)線西端的新河莊倒轉(zhuǎn)背斜和東端的蝦子嶺背斜測(cè)線控制不完整。研究區(qū)內(nèi)盆地多為斷陷盆地，背斜構(gòu)造多為推覆而成。

4)共解釋3處巖體，其中巖體2為隱伏巖體，前人沒(méi)有鉆孔揭露和地質(zhì)推斷，為本次新發(fā)現(xiàn)，該巖體主體埋深超過(guò)3 000 m，地震反射特征清晰穩(wěn)定，對(duì)于麻姑山礦的深部成礦背景研究意義較大，巖體3為地表出露巖體，巖體1為鉆孔揭露巖體。

7 結(jié) 論

針對(duì)礦集區(qū)特有的表層和中深層地震地質(zhì)條件，采取合理有效的數(shù)據(jù)采集方法和技術(shù)參數(shù)，取得了具有明顯反射信號(hào)的原始地震資料。通過(guò)探討地震資料處理的難點(diǎn)和重點(diǎn)，對(duì)比分析各個(gè)處理階段不同處理模塊和處理參數(shù)的處理效果，總結(jié)了金屬礦地震資料處理特點(diǎn)的一般性和特殊性，獲得了反射內(nèi)幕清晰、具有較高分辨率和信噪比、符合地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律的地震成像剖面。地震解釋成果完整地揭示了礦集區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造格架，從新河莊到姚家塔構(gòu)造單元分布情況，自北西向南東依次為：新河莊倒轉(zhuǎn)背斜、周村盆地、敬亭山地層推覆疊置背斜、宣城斷陷盆地、麻姑山地層推覆疊置背斜、廣德斷陷和蝦子嶺背斜。區(qū)內(nèi)盆地多為斷陷盆地，背斜構(gòu)造多為推覆而成，在測(cè)線中段麻姑山東側(cè)深部有大型隱伏巖體存在，該巖體對(duì)于成礦的作用值得重視。