综合地球物理勘探在松辽盆地通辽地区的应用

王卫国，周连永，王 甲，蔡建方



综合地球物理勘探在松辽盆地通辽地区的应用

王卫国，周连永，王 甲，蔡建方

初步总结和分析了在松辽盆地通辽地区可控源音频大地电磁测量、磁法测量以及伽玛能谱测量的最新资料，划分出了该区沉积盆地基底的次级构造单元、盆地结构构造和盆地基底岩性，推断了隐伏的岩体，说明地球物理勘探是当前寻找砂岩型铀矿必不可少的手段。

砂岩型铀矿；地球物理勘探；松辽盆地

综合地球物理勘探在当前砂岩型铀矿勘查中应用广泛，它可以直接或间接地解决当前铀矿勘探中的不同地质问题。

1 工作区地质概况

工作区位于松辽盆地西南部开鲁坳陷中，涉及5个次级构造单元，即西部斜坡区、陆家堡凹陷、舍伯吐隆起、哲中凹陷和哲东南隆起。

1.1 地层[1]

工作区基底岩石主要由元古代、古生代中深变质岩、浅变质岩和花岗岩组成。前寒武系为一套深变质岩系，岩性主要为变粒岩、绢云片岩、石英片岩、石英岩、大理岩、燧石条带白云岩及部分沉积岩等，普遍混合岩化。古生代地层为一套浅变质岩系，奥陶-志留系出露于盆地周边，主要由一套火山岩等组成；石炭-二叠系分布于开鲁盆地中，钻孔揭露为石灰岩、板岩和轻度变质砂岩等。此外，盆地基底还分布有大量加里东期、海西期和燕山期花岗质侵入体及火山岩。

盖层：主要有白垩系、新近系和第四系。各地层岩性特征分述如下：

下白垩统义县组(K1y)：主要岩性为火山岩基及火山碎屑岩类，厚度746.3 m。与下伏古生代地层呈角度不整合接触关系，主要沉积于盆地凹陷的深部。

下白垩统九佛堂组(K1j)：上部主要岩性为褐灰色油页岩、深灰色泥岩夹薄层油页岩；下部以绿灰色凝灰质泥岩为主，夹少量的凝灰质砂岩，厚度1108.4 m，与下伏义县组呈整合接触。

下白垩统沙海组(K1s)：主要岩性为上部灰色泥岩、粉细砂岩；下部为深灰色泥岩。

上白垩统泉头组(K2q):主要岩性为棕红色、红色、紫色泥岩，灰色、淡绿色、棕红色泥质粉砂岩、砂岩、砾岩，厚度约为153 m，与下伏义县组呈不整合接触。

上白垩统青山口组(K2qn)：主要岩性为灰绿色、棕红色、灰棕色泥岩，灰色、灰绿色泥质粉砂岩、砂岩，厚度约为100 m左右，与下伏泉头组呈整合接触。

上白垩统姚家组(K2y)：岩性上部为砖红色、灰色泥岩与灰绿色、灰色细砂岩互层，局部见有泥质砾岩；下部为砖红色、棕红色、紫红色泥岩，灰白色、浅灰色砂岩、含砾砂岩，泥岩多含砂砾。岩石中普遍碳酸盐化，钙质结核发育，见小型交错层理，厚度为17.00～297.82 m，与下伏青山口组呈角度不整合接触。

上白垩统嫩江组(K2n)：岩性横向上变化稳定，上部为灰黑、灰绿及棕红色泥岩和砂岩互层；下部以黑色泥页岩为主，夹油页岩，厚度一般为200～400 m。

上白垩统四方台组(K2s)：由一套杂色、紫色、浅棕红色、砖红色泥岩、粉砂质泥岩，灰白色、灰绿色粉砂岩、细砂岩及杂色含卵、砂砾岩岩组成，厚度为0～250 m。

上白垩统明水组(K2m)：为一套灰黄色、灰绿色、灰色及杂色泥岩、粉砂质泥岩和灰绿色中、细砂岩夹少量中粗砂岩、砂砾岩、泥砾岩，底部含砾，厚度为0～168 m。

上新统泰康组(N2t)：以冲积扇沉积为主，岩性为浅黄色砂质砾岩，地层分布稳定，厚约为35 m。

1.2 岩浆活动

工作区及蚀源区出露的岩浆岩以海西期、燕山期酸性、中酸性侵入岩和火山岩为主，其次为燕山期中性火山岩、基性超基性侵入岩及新近纪、第四纪玄武岩等。

东部岩浆岩以海西期侵入岩为主，其次为燕山期侵入岩。海西期主要为海西中期和海西晚期，岩性为似斑状黑云母花岗岩、斜长花岗岩、花岗闪长岩，少量碱性花岗岩。常呈岩基状产出，系多次侵入的复式花岗岩体。燕山期主要为燕山早期和燕山晚期，岩性主要为花岗斑岩、花岗岩等。常呈岩株、岩墙产出，规模较小，分布零星，往往受与断裂有关的裂隙控制。

区内出露的花岗岩以海西期为主，岩性为黑云母花岗岩等，该类岩体在兴隆-协带和架玛吐一带出露。此外，在钻探揭露过程中钻遇辉绿岩，其常呈岩脉产出，侵入到姚家组、嫩江组。

西部岩浆岩以燕山期酸性、中酸性侵入岩为主，其次为海西晚期侵入岩。

1.3 断裂构造

工作区及其外围基底断裂发育，可划分为NE-NNE、NW、EW和SN向4组，其中NE-NNE向最发育，其次为NW和EW向，EW和SN向断裂形成时间较早，NE-NNE向断裂较晚，NW向断裂最晚。

这些断裂性质早期多为正断层，由于伸展运动的作用，在盆地内形成一系列彼此孤立的断陷盆地。而大多数断裂形成于前中生代，在侏罗纪—白垩纪的燕山运动期仍有活动。NE-NNE向、NW向断裂是工作区盆缘或控制坳陷断裂，对中、新生代沉积起着明显的控制作用。工作区主要受NE-NNE向嫩江壳断裂，白城-大榆树、开鲁-洮安、通辽-安广基底断裂和NW向通辽-扎鲁特、五十家子庙-彰武基底断裂控制。这些断裂均贯穿基底及中新生代地层，沟通深部还原流体，为成矿提供了H2S、CH4及煤层气等深部还原物质。

2 物性参数特征

2.1 放射性及磁性特征

从表1中可以看到，区内岩石的放射性元素含量随岩石的基性增高而降低，时代越新，放射性元素含量越高；而磁性随岩石的基性增高而增高，同时也与时代有关，时代越新，磁化率越低。沉积岩的放射性元素含量在所有岩类中仅高于基性岩类，且随岩石中的黏土含量增加而增加，但总体变化不大，基本无磁性。在该地区具有显著差异的是玄武岩，该岩类磁化率基本高于其它岩类1～3个数量级。

表1 区内主要岩石放射性元素含量及磁化率统计表

2.2 电阻率特征

根据该地区测井资料统计结果：随着岩性的变化，从泥岩-粉砂岩-细砂岩-中砂岩到砾石层，其电阻率值逐渐递增，其中区内各地层电阻率特征如下：

第四系以风成沙和砂砾层为主，视电阻率平均值为84.9 Ω·m，表现为高阻层；上新统泰康组(N2t)：视电阻率平均值为33 Ω·m，表现为中阻层；上白垩统明水组(K2m)：视电阻率平均值为20 Ω·m，表现为中低阻层；上白垩统四方台组(K2s)：视电阻率平均值为21.2 Ω·m，表现为中阻层；上白垩统嫩江组(K2n)：视电阻率平均值为7.0 Ω·m，表现为低阻层；上白垩统姚家组(K2y)：视电阻率平均值为21.1 Ω·m，表现为中阻层；上白垩统青山口组(K2qn)：泥岩、砂岩互层，视电阻率平均值为13.0 Ω·m，表现为低阻层；上白垩统泉头组(K2q)：泥岩、粉砂岩、含砾砂岩，视电阻率平均值为18.0 Ω·m，表现为中阻层；华力西期花岗岩：视电阻率平均值为382.0 Ω·m，表现为高阻特征。

从以上特征可以看出，区内各地质体的电性存在明显的差异，基本反映为5层结构，4个电性界面。即第四系高阻层与上白垩统四方台组、明水组中阻层之间存在的电性界面；上白垩统四方台组、明水组中阻层与上白垩统嫩江组低阻层之间存在的电性界面；上白垩统嫩江组低阻层与上白垩统姚家组、泉头组中阻层之间存在的电性界面；基底高阻体与上覆盖层之间存在的电性界面，上述电性界面的客观存在为本次方法的开展提供了有利的基础条件。

3 地球物理勘探剖面的地质解释

该勘探剖面方向为SE145°，剖面长度为50 km(图1)，横跨舍伯吐隆起区、钱家店凹陷和架玛吐凸起，采用的地球物理勘探方法为CSAMT、磁法和地面伽玛能谱测量。

图1 通辽地区综合物探解释成果图Fig.1 Geophysical profiles,section and interpretation result in Tongliao area

3.1 CSAMT剖面解释[2]

该剖面起点至F1断裂构造电性层从上到下依次为高、中、低、中、高或高低中高的4至5层电阻率结构特征。

第1电性层：分布于该剖面的浅层，横向表现为连续稳定展布的高阻特征，反演电阻率为20～140 Ω·m；厚度为80～150 m，平均约为90 m，反映浅层以风成沙、含砾亚黏土以及砂砾层为主的沉积层，解释为第四系。

第2电性层：显示为中阻特征，反演电阻率为15～50 Ω·m；厚度为30～60 m，平均约为50 m，反映以含砾砂岩、泥岩、细砂岩为主的沉积层，解释为上新统泰康组(N2t)。

第3电性层：显示为低阻特征，反演电阻率为8～15 Ω·m；厚度为50～170 m，平均约为80 m，反映以泥岩为主的沉积层，解释为上白垩统嫩江组(K2n)。

第4电性层：显示为中低阻特征，反演电阻率为10～30 Ω·m；厚度为100～280 m，平均约为150 m，反映砂岩、局部泥岩、砂岩互层的沉积层，解释为上白垩统姚家组(K2y)。

第5电性层：反演电阻率大于60 Ω·m的高阻电性层，厚度大于800 m,解释为石炭-二叠系(C-P)。

F1断裂构造至F2断裂构造：电性层主要表现为高、低、中、高4层结构特征，两个构造间的地层具有明显的凹陷特征。其中：

第1电性层：分布于剖面的浅层，横向显示为连续稳定展布的高阻特征，反演电阻率20～140 Ω·m；厚度80～150 m，平均约90 m，反映浅层以风成沙、含砾亚黏土以及砂砾层为主的沉积层，解释为第四系。

第2电性层：显示为中低阻特征，反演电阻率为13～30 Ω·m；厚度为160～220 m，平均约为200 m，反映以砂岩为主局部含泥岩的沉积层，解释为上白垩统姚家组(K2y)。

第3电性层：显示为中高阻特征，反演电阻率为20～55 Ω·m；厚度为300～700 m，平均约为600 m，反映砂岩、含砾砂岩沉积层，解释为下白垩统义县组(K1y)、沙海组(K1sh)和九佛堂组(K1jf)。

第4电性层：为反演电阻率大于60 Ω·m的高阻电性层，厚度大于400 m,解释为石炭-二叠系(C-P)。

F2断裂构造至F3断裂构造：电性层主要表现为高、中、低、中4层结构特征。

第1电性层：分布于剖面的浅层，横向显示为连续稳定展布的高阻特征，反演电阻率为20～140 Ω·m；厚度为80～150 m，平均约为90 m，反映浅层以风成沙、含砾亚黏土以及砂砾层为主的沉积层，解释为第四系。

第2电性层：显示为中低阻特征，反演电阻率为10～30 Ω·m；厚度为120～310 m，平均约为200 m，反映以砂岩为主局部夹泥岩的沉积层，解释为上白垩统姚家组(K2y)。

第3电性层：显示为中高阻特征，反演电阻率为20～55 Ω·m；厚度为80～260 m，平均约为150 m，反映砂岩、含砾砂岩，解释为义县组(J1y)。

第4电性层：反演电阻率大于60 Ω·m的高阻电性层，厚度大于620 m，解释为石炭-二叠系(C-P)。

F3断裂构造至F6断裂构造：电性层主要表现为高、低、中-低、中、高5层结构特征，此段处在钱家店凹陷东南缘，基底有隆起趋势，基底埋深小于海拔-350 m。

第1电性层：分布于剖面的浅层，横向表现为连续稳定展布的高阻特征，反演电阻率为20～140 Ω·m；厚度为 80～150 m，平均约为90 m，反映浅层以风成沙、含砾亚黏土以及砂砾层为主的沉积层，解释为第四系。

第2电性层：表现为低阻特征，反演电阻率为8～15 Ω·m；厚度为80～300 m，平均约为100 m，反映以泥岩为主的沉积层，解释为上白垩统嫩江组(K2n)。

第3电性层：表现为中低阻特征，反演电阻率为10～30 Ω·m；厚度为70～170 m，平均约为90 m，反映以砂岩为主局部含泥岩的沉积层，解释为上白垩统姚家组(K2y)。

第4电性层：表现为中高阻特征，反演电阻率为20～55 Ω·m；厚度为100～170 m，平均约为120 m，反映砂岩、含砾砂岩，解释为义县组(J1y)。

第5电性层：为反演电阻率大于60 Ω·m的高阻电性层，厚度大于910 m,解释为石炭-二叠系(C-P)。

F7断裂构造两侧反演电阻率等值线明显被错断，两侧电阻率相差近一个数量，说明该界线应为沉积岩与隐伏的燕山期花岗岩(γ4)的界线。

3.2 磁法、能谱测量剖面解释

该剖面第四系浮土层、植被和水系较发育，露头较少，总体上其U、K含量均较低。经统计U、Th、K平均含量分别为：1.88 ×10-6、2.57×10-6、0.96×10-2。据此，能谱测量结果对地层岩性的反映不太明显。在钱家店凹陷中心附近，U、Th平均含量均有所降低，其含量分别为：1.1 ×10-6、1.29×10-6；在钱家店凹陷的西北侧U、Th平均含量明显增高，其含量分别为：3.57 ×10-6、4.74×10-6，说明U、Th在钱家店凹陷附近存在明显的迁移，另外在断裂构造带F1和F2附近K含量明显偏低，说明这两条断裂基本为排水构造，导致K大量淋失并迁移。

△T值在剖面0～40 km地段总体呈增加趋势，且基本都显示为正值，一般在0～300 nT左右。剖面0～18 km地段△T值小于100 nT，18～40 km地段△T值大于100 nT。在22.5～40 km地段△T值明显增大，推断此段基底抬升，与CSAMT解释吻合。在25.5 km处△T值梯度变化较大，△T值由大向小突变，推断异常体倾向南东；此异常与F3断裂基本吻合，且F3断裂倾向南东。在28.7 km处△T值梯度变化较大，△T值由大向小突变，推断异常体倾向南东；此异常与F5断裂基本吻合，且F5断裂倾向南东。在39 km处△T值梯度变化较大，△T值由小向大突变，根据磁异常推断出一条断裂构造F6，倾向北西。

在47 km处△T值处于低值异常区，根据该磁异常推断出一条构造F7，近似直立，与CSAMT解译的沉积岩与隐伏的燕山期花岗岩(γ4)的界线吻合。

4 综合分析

4.1 断裂构造分布特征

根据该剖面的CSAMT反演电阻率断面电性分布特征、磁法剖面ΔT的变化特征以及地面伽玛能谱测量结果，结合区内地质构造特征以及断裂构造的识别准则，推断解释出断裂构造7条，均为基底隐伏断裂。具体如下：

F1断裂，倾向南东，为反演电阻率梯度带，△T变化梯度带，U、Th含量变化分界线，K含量明显偏低；

F2断裂，倾向北西，电性层明显被其错断，F2断裂为△T高值带，推测其附近应存在辉绿岩脉，K含量明显偏低；

F3断裂，倾向南东，电性层明显被其错断，F3断裂为△T变化梯度带，U、Th含量变化分界线，K含量明显偏低；

F4断裂，倾向南东，为反演电阻率梯度带，△T高值异常区；

F5断裂，近似直立，为反演电阻率梯度带，△T变化梯度带，K含量高值异常区；

F6断裂，近似直立，为反演电阻率梯度带，F6断裂为△T高值异常区；

F7断裂，近似直立，电性层明显被其错断，F7断裂为△T变化梯度带。

4.2 基底起伏形态特征及构造单元划分

利用CSAMT、磁法和地面伽玛能谱测量综合解释，对该剖面跨越的舍伯吐隆起区、钱家店凹陷、架玛吐凸起构造单元、结构、基底起伏形态、断裂构造展布特征等进行解剖：

(1)舍伯吐隆起区 以F1断裂为分界线，断裂西北侧为舍伯吐隆起区，区内控制宽度为12.6 km。基底埋深一般在800 m左右，盖层沉积厚度大。岩性主要以湖相泥岩、砂岩为主，上第三系(N)中砂体较为发育、上白垩统明水组(K2m)、四方台组(K2s)次之；目的层姚家组(K2y)顶板埋深一般大于500 m。

(2)钱家店凹陷 位于F1、F6断裂之间，从CSAMT反演断面图上可明显地看出该凹陷的剖面形态，剖面上控制宽度约30 km。基底埋深为400～800 m，盖层沉积厚度大，为早白垩世以来凹陷的沉积中心。目的层姚家组(K2y)顶板埋深为100 m左右，沉积层厚度为100 m左右，岩性主要以湖相泥岩、砂岩为主，砂泥层结构明显。深部为下白垩统义县组。

(3)架玛吐凸起 以F1断裂为分界线，断裂西北为钱家店凹陷，断裂东南为架玛吐凸起，基底埋深最浅约100 m，整体向北西缓倾伏。盖层沉积厚度薄，主要以湖相泥岩、细砂岩以及粗粒沉积岩为主。结合地质资料分析，该隆起地层应为花岗岩，为砂岩型铀矿的铀源体。

5 结语

(1)CSAMT反演电阻率断面图直观地反映该剖面的隆起、凹陷、凸起构造格局以及基底起伏形态、地层分布及厚度变化、断裂展布特征，同时结合磁法和地面伽玛能谱测量结果，综合地质分析，从而划分出舍伯吐隆起区、钱家店凹陷、架玛吐凸起3个次级构造单元以及7条断裂构造，并推断出隐伏的燕山期花岗岩(γ4)。

(2)综合分析认为，钱家店凹陷西北侧为一明显的斜坡带，东南侧为一花岗岩凸起，构造发育、铀源丰富、存在明显的隔水层和储铀层、姚家组(K2y)埋深较浅、砂体发育，是成矿的有利区域。

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(核工业243大队，内蒙古 赤峰 024006)

Application of Comprehensive Geophysical Exploration in Tongliao Area of South Songliao Basin

WANG Wei-guo，ZHOU Lian-yong,WANG Jia, CAI Jian-fang

(GeologicPartyNo．243,CNNC，Chifeng，InnerMongolia024006,China)

This paper first summarized and analyzed the latest data of CSAMT survey,magnetic and gamma spectrometry survey in Tongliao area of Songliao Basin,then identified the lithology feature and the secondary units of the basement,divided the structure of Mezoic-Cenozoic sedimentary covers,and deduced the buried plutons in the basin．The result suggests that geophysical exploration is essential to the exploration of sandstone-type uranium deposits．

sandstone-type uranium deposits; geophysical exploration; Songliao Basin

2013-10-14 [改回日期]2015-05-21

王卫国(1975—)，男，高级工程师，2005年毕业于东华理工学院应用地球物理专业，获硕士学位。E-mail: wwg75a@163.com

1000-0658(2015)06-0593-07

P631

A