基于AMT的龍首山成礦帶西岔地段馬路溝斷裂帶深部發(fā)育特征

吳旭亮，李茂

(1.核工業(yè)航測遙感中心，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.河北省航空探測與遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050002)

0 引言

龍首山鈾成礦帶是我國內(nèi)陸一條重要的鈾及多金屬成礦帶，現(xiàn)已查明具有多個重要的鈾成礦系列。如龍首山成礦帶中東段，區(qū)域上已發(fā)現(xiàn)有芨嶺礦床、新水井礦床以及馬路溝、墩子溝、玉石溝等一大批的礦(化)點(diǎn)、異常點(diǎn)帶，組成了龍首山地區(qū)以堿交代型為主的鈾成礦帶[1-3]。近年來，通過核地質(zhì)系統(tǒng)鈾礦資源勘查與評價，在芨嶺礦床西側(cè)，ZKJ29-3、ZKJ29-7鉆孔均于600m以深揭露到了厚層狀、高品位的富礦體，實(shí)現(xiàn)了深部找礦工作的重大發(fā)現(xiàn)[4]，同時也顯示了深部巨大的找礦前景。

研究區(qū)位于龍首山成礦帶芨嶺礦床西側(cè)，區(qū)內(nèi)發(fā)育控礦構(gòu)造馬路溝斷裂(F101)與次級斷裂(F102、F103)，已發(fā)現(xiàn)有多個鈾礦化點(diǎn)與礦點(diǎn)，如63、64、240號鈾礦點(diǎn)，礦體均產(chǎn)于該組斷裂下盤附近發(fā)育的鈉交代巖蝕變帶中，其成礦地質(zhì)條件較為優(yōu)越，為礦床西側(cè)堿交代型鈾礦化的重點(diǎn)勘查地段。馬路溝斷裂(F101)為龍首山成礦帶芨嶺巖體南部成礦帶的一條重要控巖、控礦構(gòu)造，走向NW，主體傾向NW，局部地段傾向NE[5-6]。由于該斷裂與次級斷裂產(chǎn)狀復(fù)雜多變，深部發(fā)育特征不明，因此在鈾礦資源勘查與評價中，增大了鉆探工程風(fēng)險的不可預(yù)測性，提高了勘查成本，影響了勘查效益。

針對以上問題，為規(guī)避風(fēng)險，加快找礦工作進(jìn)程，選擇音頻大地電磁方法作為技術(shù)手段，根據(jù)研究區(qū)實(shí)測地質(zhì)剖面地質(zhì)體的地電特征，從構(gòu)建的正演理論模型出發(fā)，通過正演計(jì)算與反演結(jié)果對比，論證方法的可行性，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)及鉆探資料對馬路溝斷裂與次級斷裂的深部發(fā)育特征進(jìn)行了探究，以期為鉆探工程的布置提供依據(jù)，提升鈾礦地質(zhì)勘查效果與效益。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)及其周邊區(qū)域巖漿活動強(qiáng)烈，主要發(fā)育侵入巖，分布十分廣泛。侵入巖種類多，有超基性巖、基性巖、中性巖、酸性巖、堿性巖等。其中花崗巖類最為廣泛，其分布明顯受NW向構(gòu)造控制，形成與構(gòu)造帶方向基本一致的花崗巖帶(圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖及物探測線布置Fig.1 Geological map and layout of physical detection lines of study area

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，對成礦起主導(dǎo)作用的主要為馬路溝斷裂帶中的1條主斷裂F101與2條次斷裂F102、F103。馬路溝斷裂總體走向280°～315°，主體傾向南，局部地段轉(zhuǎn)變?yōu)橄虮眱A，長約20km，為一高角度逆沖斷裂，分枝斷裂達(dá)5條之多。芨嶺礦床就位于該斷裂下盤內(nèi)的鈉長石化花崗巖中，礦體側(cè)列隱伏于地下數(shù)米到120m，單個礦體長數(shù)米至120m，寬十幾米至幾十米，沿傾向延伸最大180m[7]。

2 巖石電阻率特征

龍首山地區(qū)是著名的多金屬成礦帶，地礦、冶金、有色、核工業(yè)等部門都進(jìn)行過物化探測量工作，積累了豐富的基礎(chǔ)地質(zhì)及地球物理參數(shù)等資料，為了解區(qū)內(nèi)巖石電阻率特征提供了參考。

表1為前人實(shí)測的不同巖石電阻率參數(shù)[8-11]統(tǒng)計(jì)結(jié)果。表1表明：龍首山群塌馬子溝組大理巖、完整性較好的巖體表現(xiàn)為高阻特征，而塌馬子溝組板巖與完整性相對較差的巖體均表現(xiàn)為明顯的相對低阻特征。其次，由于區(qū)域應(yīng)力場的擠壓作用，斷裂構(gòu)造帶上的巖石一般較為破碎、結(jié)構(gòu)松散，易于充填地下水或其他低阻介質(zhì)，常常形成與圍巖存在明顯電性差異的低阻異常帶、舌狀低阻帶；另一方面，斷裂構(gòu)造的切割影響，造成巖石結(jié)構(gòu)遭受破壞，使其電性結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的畸變，在反演電阻率斷面圖上常表現(xiàn)為等值線密集帶、低阻帶和舌狀分布。

表1 研究區(qū)巖石電阻率參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics table of rocks resistivity parameters in the study area

綜上，研究區(qū)板巖與其他巖石之間存在明顯的電性差異，尤其是斷裂走向一帶的巖石與圍巖，其電性特征為本次研究提供了前提條件。

3 技術(shù)方法

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)與巖石物性特征和地形、地貌條件，以及前人在研究區(qū)外圍已知勘探線的方法實(shí)驗(yàn)效果，同時針對所要解決的地質(zhì)問題，選擇AMT進(jìn)行了勘查應(yīng)用?；诘貙优c斷裂分布特征，大致垂直其走向布置了5條探測剖面(X501、X502、X503、X504、X506)，X501～X504間各剖面間距125m，X504～X506剖面間距250m；剖面長1.1km,方位43°，測量點(diǎn)距20m。其中，X501與研究區(qū)實(shí)測地質(zhì)剖面重合。

使用美國生產(chǎn)的EH-4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀，數(shù)據(jù)采集采用張量單點(diǎn)“十”字型裝置。 數(shù)據(jù)反演采用EMAGEM軟件中的Bostick一維反演方法[12]。

4 資料分析

4.1 已知地質(zhì)體理論模型響應(yīng)特征分析

研究區(qū)地質(zhì)體正演理論模型響應(yīng)特征的分析主要基于實(shí)測地質(zhì)剖面已知地質(zhì)體的分布情況及其電性特征，從構(gòu)建的正演理論模型出發(fā)，通過正演計(jì)算，研究AMT方法在解決馬路溝斷裂與次級斷裂的可行性及可靠性。

研究區(qū)實(shí)測地質(zhì)剖面(圖2a)[13]長1.10km，與X501剖面重合。圖2a顯示：平距0～100m出露地層為龍首山群塌馬子溝組大理巖，走向NW320°，傾角80°；平距100m處大理巖與板巖巖性界線為次級斷裂F102的通過位置，傾向NE，傾角75°；平距100～620m出露地層為龍首山群塌馬子溝組板巖，走向NW320°，傾角80°；平距620m處巖體接觸帶為馬路溝斷裂F101的通過位置，傾向NE，傾角80°；平距620～1100m出露巖體為中細(xì)粒閃長巖；平距1020m處為次級斷裂F103的通過位置，傾向NE，傾角80°。平距780m為已知鉆孔ZKJ19-2位置，揭露深度473.33m，該鉆孔在深部揭露到了馬路溝斷裂，證實(shí)斷裂傾向NE。

圖2b為基于圖2a中地質(zhì)體的分布情況及其電阻率特征構(gòu)建的正演理論模型：平距0～100m、電阻率500Ω·m的相對高阻層，模擬塌馬子溝組大理巖；平距100m處大理巖與板巖的巖性界線模擬F102的通過位置；平距100～620m、電阻率100Ω·m的相對低阻層，模擬塌馬子溝組板巖；平距620m處巖體接觸帶模擬馬路溝斷裂F101的通過位置；平距620～1100m、電阻率500Ω·m的相對高阻體，模擬中細(xì)粒閃長巖； 平距1020m向深部延伸、電阻率100Ω·m的相對低阻帶，模擬F103的通過位置。

圖2 已知地質(zhì)體正演理論模型響應(yīng)特征Fig.2 Response characteristic diagram of forward modeling theory modle of known geological body

模型總長度為1.10km，正演計(jì)算采用二維有限元法處理，計(jì)算點(diǎn)距為20m，與實(shí)際工作中采用的測點(diǎn)距一致，模型響應(yīng)的卡尼亞電阻率及阻抗相位數(shù)據(jù)為TM+TE模式。

由圖2c可見，反演電阻率斷面與正演理論模型斷面特征基本一致，尤其F101馬路溝斷裂與F102次級斷裂，反演電阻率等值線均表現(xiàn)為向深部北東傾伏的密集帶分布，F(xiàn)103斷裂雖反映不太明顯，但顯示了向深部北東延伸的相對低阻帶，指示了斷裂的位置與傾向，因此論證了方法的可行性及有效性。

4.2 典型剖面地電特征分析

因X501剖面與實(shí)測地質(zhì)剖面完全重合，因此以X501為典型剖面，結(jié)合地質(zhì)及巖石電性特征等資料，對其地電特征進(jìn)行分析，以期為其他剖面資料的客觀解釋提供依據(jù)。

圖3為該剖面的反演電阻率斷面。由圖3并結(jié)合圖2a可見：平距0～80m出露的塌馬子溝組大理巖，反映為大于100Ω·m的相對中高阻體；平距80～720m出露的塌馬子溝組板巖，反映為小于100Ω·m的相對中低阻體；平距720～1100m出露的中細(xì)粒閃長巖，反映為大于100Ω·m的相對中高阻體。 平距800、720、970m處分別為F102、F101、F103的通過處，均反映為明顯的電阻率等值線密集帶、舌狀低阻帶，斷裂均傾向NE； F102斷裂傾角約75°，切割深度超過800m，F(xiàn)101、F103斷裂傾角約80°，切割深度分別超過800m、400m。上述地質(zhì)體地電特征為其他剖面資料的解釋提供了依據(jù)。

圖3 X501典型剖面地電特征Fig.3 X501 geoelectric characteristic map of typical section

4.3 反演電阻率斷面地質(zhì)推斷解釋

研究區(qū)的5條反演電阻率斷面特征基本一致，以X503、X506剖面為例，基于典型剖面地電特征，結(jié)合沿線地質(zhì)及巖石電性資料進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋。

X503剖面穿過ZKJ69-3鉆孔，與69號勘探地質(zhì)剖面重合，圖4為剖面反演電阻率斷面及其地質(zhì)推斷解釋與勘探地質(zhì)剖面的對比。由圖4a可見，平距0～130m、電阻率大于100Ω·m的相對中高阻體可解釋為塌馬子溝組大理巖；平距130～780m、電阻率大于100Ω·m的相對高阻體可解釋為中粗?；◢弾r，其中平距160～300m、標(biāo)高1920～2300m、電阻率小于100Ω·m的相對中低阻體解釋為塌馬子溝組板巖殘留體；平距780～1100m處電阻率大于100Ω·m的相對中高阻體，解釋為中細(xì)粒閃長巖。 平距130、780、960m處電阻率出現(xiàn)密集帶、低阻帶，分別解釋為F102、F101、F103通過處，其中F101斷裂傾向SW，切割深度超過800m，F(xiàn)102、F103斷裂均傾向NE，傾角約80°，切割深度分別超過800m、450m。由圖4b可見，后續(xù)施工的ZKJ69-3鉆孔在深部揭露到馬路溝斷裂(F101)，其位置與傾向與解釋結(jié)果基本一致，佐證了解釋結(jié)果。

圖4 X503剖面反演電阻率地質(zhì)推斷解釋斷面與勘探地質(zhì)剖面對比Fig.4 X503 section inversion resistivity geological interpretation section and exploration geological section comparison chart

圖5為X506剖面反演電阻率地質(zhì)推斷解釋斷面。平距0～150m處電阻率大于100Ω·m的相對中高阻體，解釋為中細(xì)粒閃長巖；平距150～210m與720～840m、標(biāo)高2000m以上、電阻率小于100Ω·m的相對中低阻體，解釋為塌馬子溝組板巖殘留體；平距210～720m、電阻率大于100Ω·m的相對中高阻體解釋為中粗粒花崗巖；平距840～1100m、電阻率大于100Ω·m的相對中高阻體解釋為中細(xì)粒閃長巖與中粗?；◢弾r。

圖5 X506剖面反演電阻率地質(zhì)解釋斷面Fig.5 X506 sevtion inversion resistivity geological interpretation section

平距150m、840m、1000m反演電阻率出現(xiàn)密集帶分布，分別解釋為F102、F101、F103通過處，其中F101斷裂傾向SW，切割深度超過800m，F(xiàn)102、F103斷裂均傾向NE，傾角約80°，切割深度分別超過700m、450m。

4.4 馬路溝斷裂與次級斷裂空間展布特征

龍首山成礦帶芨嶺巖體南部與成礦密切相關(guān)的控礦構(gòu)造主要為馬路溝斷裂與次級斷裂，前人鉆探揭露表明，已發(fā)現(xiàn)礦體均產(chǎn)于上述斷裂下盤發(fā)育的鈉交代巖蝕變帶中[14]，礦體傾向、產(chǎn)狀、形態(tài)基本與控礦構(gòu)造基本一致，特別是產(chǎn)狀變化、局部膨大部位以及與次級斷裂的交匯處，為鈾成礦的最佳部位。但是，上述斷裂尤其是馬路溝斷裂，其產(chǎn)狀具有復(fù)雜多變特征，盲目施工將給鉆探工程帶來施工風(fēng)險，增大勘查成本。因此，首先查明上述斷裂的深部發(fā)育特征，顯得尤為重要。

圖6為研究區(qū)馬路溝斷裂與次級斷裂空間展布特征。馬路溝斷裂(F101)發(fā)育于巖體及巖體和龍首山群塌馬子溝組板巖的接觸部位，走向NW，其在X501—X502剖面之間傾向NE，在X502—X506剖面之間傾向SW，傾角約80°，切割深度超過800m，區(qū)內(nèi)控制長度0.75km。F102次級斷裂發(fā)育于巖體及龍首山群塌馬子溝組大理巖與板巖的接觸帶，走向NW，傾向NE，傾角75°～80°，局部地段產(chǎn)狀具上陡下緩特征，切割深度超過800m，區(qū)內(nèi)控制長度0.75km。F103次級斷裂發(fā)育于巖體中，走向NW，傾向NE，傾角約80°，切割深度超過400m，區(qū)內(nèi)控制長度0.75km。

圖6 研究區(qū)馬路溝斷裂與次級斷裂空間展布特征Fig.6 Spatial distribution characteristics of Malugou fault and secondary fault in the study area

上述斷裂切割深度大，產(chǎn)狀較陡，其走向?qū)^(qū)內(nèi)地層與巖體具有明顯的控制作用。

5 結(jié)論

1) 基于實(shí)測地質(zhì)剖面地質(zhì)情況及其電性特征，通過正演理論模型及其正演計(jì)算的反演結(jié)果分析，論證了該方法解決研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)問題的可行性與有效性。對馬路溝斷裂(F101)及其次級斷裂(F102、F103)的產(chǎn)狀、延伸特征等的研究成果，為后續(xù)ZKJ129-3、ZKJ129-7鉆孔傾向設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，避免了鈾礦資源評價中的鉆探施工風(fēng)險。

2) AMT觀測頻點(diǎn)多，中淺層分辨能力較好，在探測斷裂帶的位置、產(chǎn)狀和深部延伸特征等方面具有較好的應(yīng)用效果。因此，在地形相對復(fù)雜的龍首山成礦帶鈾礦資料評價中，建議繼續(xù)開展本文方法的應(yīng)用工作，以提高鈾礦資源勘查效果。