1、可控源音频大地电磁测深在鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿勘查中的应用效果评价程二磊(核工业二八大队 包头市 0 1 4 0 1 0)作者简介程二磊(1 9 8 8年),男,内蒙古呼和浩特人,大学本科,工程师,主要从事铀矿勘查地球物理测井方面工作。摘 要 可控源音频大地电磁测深法(C S AMT),由于具有探测深度大、测量精度高等特点,近年来在各类地质勘查工作中得到广泛应用。本文通过在鄂尔多斯盆地新街-红石峡地区开展C S AMT测量工作,并制作电阻率及地质剖面视图,揭示了测区的地质构造与地层分布情况,进而为后期布设钻孔提供依据。关键词 可控源音频大地电磁法;鄂尔多斯盆地;砂岩型铀矿 1.引言可控源音频大
2、地电磁测深法是一种频率域电磁测深方法,由于采用人工控制的场源进行信号发射,使得信号强度和抗干扰能力大大增强。而且可以进行二维带地形反演,克服地形起伏的影响。近年来C S AMT在鄂尔多斯盆地铀矿找矿中得到了广泛应用。主要用于探测盆地基底埋深及起伏情况、深大隐伏构造,揭露各盖层地层结构及目标层直罗组砂体空间展布特征等。2.工作区物性特征由于工作区位于毛乌素沙漠边部,第四系沙土覆盖较厚,基本无地层出露,工作中所用到的岩石物性资料主要通过收集、整理前人钻孔测井资料而来(表1)。通过对前人钻孔资料的统计分析,发现本区地层(岩性)具有以下特征:表1新街-红石峡地区测井参数统计一览表地区地层岩性密度变化范
3、围g/c m3密度均值g/c m3均方差变异系数C v样数N电阻率变化范围m电阻率均值m均方差变异系数C v样数N新街红石峡地区下白垩统粗砂岩2.2 42.3 12.2 90.0 93.9 33 02 73 73 1.35.8 71 8.7 53 0中砂岩2.2 62.3 52.3 20.0 73.0 23 32 23 12 5.65.6 92 2.2 33 1细砂岩2.3 22.4 22.3 80.0 52.1 03 41 92 62 2.82.9 11 2.7 63 2粉砂岩2.3 42.4 02.3 60.0 52.1 23 01 62 02 0.51.6 48.0 03 0泥岩2.3
4、12.4 12.3 80.0 83.3 63 11 31 91 4.61.2 58.5 63 0直罗组上段粗砂岩2.1 22.2 32.2 50.0 62.6 73 02 33 02 5.97.1 82 7.7 23 0中砂岩2.2 42.3 12.2 80.0 73.0 73 02 22 72 3.86.3 32 6.6 03 0细砂岩2.2 42.3 52.2 90.0 52.1 83 12 02 62 1.83.4 51 5.8 33 0粉砂岩2.2 82.5 22.4 50.0 62.4 53 21 52 41 7.82.0 91 1.7 43 1泥岩2.2 42.4 52.3 70.
5、0 72.9 53 01 31 81 4.31.9 11 3.3 63 0钙质砂岩2.4 92.6 32.5 40.1 35.1 23 03 05 13 8.27.7 62 0.3 13 0粗砂岩2.2 22.3 62.2 80.0 83.5 13 55 57 25 8.66.5 81 1.2 33 2直罗组下段中砂岩2.2 12.3 52.2 90.0 93.9 33 35 26 25 4.05.6 41 0.4 43 3细砂岩2.2 82.3 82.3 10.0 83.4 63 62 86 04 9.56.1 51 2.4 23 2粉砂岩2.4 52.5 62.4 70.0 62.4 33
6、 21 62 31 8.52.71 4.5 93 0泥岩1.9 62.2 82.1 60.0 41.8 53 081 49.71.3 11 3.5 13 0钙质砂岩2.5 12.6 92.5 90.0 62.3 22 48 0/延安组粉砂岩2.3 82.5 62.4 30.1 24.9 43 02 53 82 9.99.13 0.4 33 0泥岩2.3 82.5 42.4 50.0 72.8 63 02 02 62 4.98.33 3.3 33 0煤层1.3 71.4 41.4 20.0 42.8 21 21 6 0/2.1延安组为一套河湖三角洲相沉积,主要为细粒的泥岩、粉砂岩、细砂岩和煤。各
7、地段泥岩、粉砂岩、细砂岩电阻率值都比上覆岩层的电阻率值大,这可能与延安组岩层成岩度较高有关;而煤的显著特征是高电阻率(大于1 1 0.m)、低密度,可作为区分延安组与上覆的直罗组地层的标志层。2.2直罗组(J2z)为工作区主要找矿目的层,电阻率参数总的变化区间为1 22 0 0.m,其中泥岩电阻率为76 0.m,粉、细砂岩为1 11 3 2.m,中、粗砂岩为1 82 0 0.m,变化值相对较大,总体上粒度越细321 地球物理、地球化学DOI:10.16631/15-1331/p.2022.06.045电阻率越低,地层越老电阻率越高。2.3下白垩统(K1)岩性以粗、中砂岩为主,砂体较松散,泥、粉
8、砂岩厚度较小,总体上表现为粒度越细电阻率越低,密度值逐渐增大的特点。总体而言,细砂岩、中砂岩、粗砂岩电阻率值在各地段差别较大,其中红石峡、瑶镇地段阻值较高,新街地段稍低。直罗组下段最高,直罗组上段次之,这种变化可能与砂岩含水多少及富含有机质有关。3.数据处理与解释数据处理包括预处理、反演处理两部分,其处理过程(图1)。图1 室内数据处理流程框图3.1预处理野外获取的原始时间序列资料,由于会有一些随机干扰信号的存在,可能会影响求取的张量阻抗元素的质量。预处理就是剔除干扰,为下一步反演处理做准备。主要包括以下两方面:3.1.1原始数据的编辑整理(1)根据原始记录对原始数据进行人机交互处理,在时间序
9、列进行逐点、逐段的数据挑选,剔除存在明显干扰信号的时间序列段。(2)根据筛选后的时间序列重新对各个测点进行频谱计算,并保存更新结果。(3)按照野外记录,检查数据文件与原始记录的各种参数是否一致,将每条剖面数据进行拼接、编辑与整理,为整条剖面处理做数据准备。3.1.2静态位移分析当近地表存在不均匀体时,会导致测量数据中静态位移的出现。静态效应的存在,又会使1 D反演结果发生畸变,严重时造成地电断面面目全非,因此数据反演处理前须进行数据中静态位移影响的分析。从各剖面原始电阻率断面图上可以看出,电阻率等值线比较连续,畸变不十分明显,本区静态位移影响较小,加之二维反演可以对静态位移的影响有一定的压制作
10、用,因此,本次数据预处理过程中未进行专门的静态位移校正。3.2反演方法选择反演处理就是根据实测电阻率、相位差恢复大地地电结构,从获得的深度电阻率断面图上去追踪分析一些地质构造现象。随着可控源音频大地电磁测深技术的发展,各种数据处理技术也日趋成熟,反演技术已广泛使用,但由于采用方法技术的不同,其处理结果也有差别。我们选择了W I NG L I NK数据处理软件,对野外采集数据段进行反演处理分析,选择比较成熟的O C C AM平滑反演方法,(图2)是L 1线的反演处理成果,可以看出,该反演方法计算生成的电阻率断面,其电性层面貌反映较为全面,电阻率等值线圈闭的连续性及反映电性层清晰程度等细节方面较理
11、想。图2 L 1线数据O C C AM反演视电阻率断面图3.3反演电阻率断面地质推断解释由于采用了比较成熟的数据处理反演技术,各反演电阻率断面电性分布特征比定性断面图更加清晰和详细,也提高了电性分层能力。断面中、南部以高-低-高三层电性结构为主,北端出现四层结构,反映了地层结构的稳定性。不同的是各断面及不同地段的电性层厚度、展布特征有一定的差别,这些不同的电性特征反映了各自不同的沉积特点和岩性岩相组合。为此,本次反演电阻率断面图的推断解释是在电性层划分的基础上,以综合分析建立的地质解释标志为依据,结合区域地质资料,并根据断面所处的构造环境来分别进行(图3)。图3新街-红石峡地区可控源音频大地电
12、磁测深反演电阻率及地质解释断面图1-第四系;2-下白垩统;3-安定组;4-直罗组上段;5-直罗组下段;6-延安组;7-推测断层;8-地层整合接触界线;9-地层平行不整合接触界线421其中,L 1、L 2线整体特征相似,L 3线由于距离测区东向的直罗组地层剥蚀界线,地层展布具有独特的展布特征。因此,这里只对L 1、L 3线反演断面特征进行简述。1.L 1线反演电阻率断面推断解释从反演电阻率断面图总体上看:剖面可以分为电性面貌不同的两段,即南段大面积的高低高三层电性结构,北段高-低相间的四层电性结构。断面不同地段的电性特征反映了不同地层的分布特点。南段(02 9 k m之间)地层电性结构表现为典型
13、的高-低-高三层特征。其中浅部高阻层电阻率总体大于2 0.m,以1 82 2.m等值线划定与下伏地层的界线。该地层呈厚层状稳定展布,底板标高由南往北缓慢抬升,部分地段有所起伏。其南部厚度最大超过1 0 0 m,总体上向北逐渐变薄,推断为下白垩统志丹群砂砾岩、砂岩夹泥岩及第四系砂土层的综合反映,部分地段浅部电阻率大于1 2 0.m,与第四系覆盖程度有关。高阻层以下为厚度变化起伏的低阻层,其反演电阻率一般小于2 0.m,最低小于6.m。推断为它是中下侏罗统直罗组上部及安定组的泥岩与砂岩互层的综合反映。该地层与下伏高阻地层之间存在反演电阻率值介于2 43 6.m之间的过渡带,是中侏罗统直罗组下部以河
14、流相为主的砂岩、砂砾岩夹泥岩的反映。剖面底部出现的高阻层电阻率大于3 6.m,推断为延安组上部的含砾粗砂岩及煤层,其埋深较大,底板埋深并未揭穿。北段(2 9 k m以北)地层结构表现为高低相间的四层特征。该段浅部的高阻层与其南部地段连续,继续向北逐步抬升,最北端底板埋深小于7 0 m。高阻层以下的低阻层厚度较南部地区明细变薄,其厚度小于5 0 m,同时反演电阻率曲线出现错断,显示出断裂构造的特征;由于该位置与遥感资料解译的隐伏断裂位置吻合,两侧地形变化较大,推断该处存在一近北西向的正断层。剖面最深部反演电阻率再次下降,推断与延安组下部存在粒度较小的岩石有关。2.L 3线反演电阻率断面推断解释南
15、段(01 4 k m)地层结构与L 1线北段相似,为高低相间的四层特征。但其浅部高阻层电阻率较L 1线明显变大,推断与该段位于沙漠腹地,表层砂土覆盖较厚有关,同时结合区内已知钻孔可知该区域并无下白垩统地层展布。另外,高阻层下面的低阻层反演电阻率整体较高,且厚度很薄,结合地质资料,推断认为:该段由于临近测区东边的直罗组剥蚀界线,导致直罗组上部的低阻层部分被剥蚀,仅残留了直罗组下部的电性过渡带。剖面深部的高阻层及其下部的低阻层则是延安组地层的反映。北段(1 4 k m以北)地层结构与L 1北段一致,在3 0 k m处与L 1、L 2线相应,也出现了明显的断裂特征,表明该断裂沿伸范围超过1 0 k
16、m。4.应用效果评价鄂尔多斯盆地新街-红石峡地区盆地沉积盖层中具有三个较为明显的电性界面(表1),一是中侏罗统直罗组与延安组的电性界面,主要由直罗组底部辫状河沉积的中粗粒砂体与下部延安组地层上部的泥岩、粉砂岩之间的电性差异引起;二是下白垩统与中侏罗统直罗组的电性界面,主要由下白垩统底部的砂砾岩、含砾砂岩与直罗组上段洪泛平原沉积形成的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及砂岩之间的电性差异引起。三是直罗组上部泥砂互层与下部中粗粒砂岩层之间的电性差异,主要由岩石粒度、含水性等差异引起。在上述电性变化规律的基础上,利用区内钻孔资料与反演电阻率断面结果对比分析,来验证可控源音频大地电磁测深反演结果的可靠性(图4、图5、图6)。通过钻孔资料对比分析,将反演断面划分为以下几个层位进行地质解释:4.1地表浅层的第四系砂土层在反演电阻率断面上表现为电阻率大于1 0 0.m的层状高阻层,其厚度一般在3 05 0 m之间。4.2下白垩统伊金霍洛组仅在测区北东部的新街-尔林兔地段出现,厚度最大不超过1 0 0 m。其反演电阻率介于2 01 0 0.m之间,一般以2 0.m等值线划分其与下伏直罗组上部或安定组地层界线。图4