可探源音频大地电磁测深在新疆喀拉扎地区含铀砾石层勘探中的应用

陈晓冬　苗辰若　贾为卫

【摘 要】在新疆喀拉扎地区铀矿调查评价，采用可控源音频大地电磁测深法完成了对剖面的勘测任务，并把勘测结果与已知钻孔和地质资料对比，取得了预期的地质效果，对工作区各剖面目的层位进行了细致划分，评价了工作区层位低阻、中阻、高阻异常，为铀矿远景划分提供了依据。

【关键词】可控源音频大地电磁测深；喀拉扎；含铀砾石层

【Abstract】This paper uses controlled source audio magnetotelluric method（CSAMT）to complete the task of cross-sectional survey in the investigation and evaluation of uranium in the Kala Zha region， Xinjiang Province. When the survey results is contrasted with the known drilling and geological data， Geological effects achieved are expected. Each sectional object layers of the workspace is divided in detail. Then， The paper evaluates the anomalies of workspace horizon is Low resistance， resistance and high resistance. Finally， it provides the basis for the division of uranium prospect.

【Key words】CSAMT； Kalazha； Uranium gravel

喀拉扎白垩系主要为一套湖湘沉积，是铀矿化的主要载体，矿化体沿走向主要分布于底部钙质砾岩层，含矿砾岩的原生地球化学环境为灰色，是底砾岩层下部原生氧化砾岩与上部原生还原砾岩、砂岩之间的过渡岩性，处于次生的氧化还原过渡带之中。含矿砾岩的氧化程度越高，铀矿化富集程度越低，当钙质砾岩被完全氧化时，通常只有异常出现甚至没有异常，厚大的铀矿体主要赋存在过渡带靠还原带一侧，相变过渡地段是砂岩型铀矿富集的有利相带。本次采用可控源音频大地电磁测深开展研究工作，目的是查明下白垩统清水河组底部含矿钙质砾岩层界面埋深，覆盖区清水河组的南部边界，指导钻探工程的部署。在东部异常查证区主要查明第三系覆盖层厚度及下白垩统清水河组底部砾岩层、含矿钙质砾岩层与上覆厚层泥岩的界面及埋深。

1 地质概况及测区物性特征

1.1 地质概况

调查区位于准噶尔盆地成矿远景区，喀拉扎-四棵树成矿亚带，位于准噶尔盆地南缘，东西长约300公里。该区具有多层位、多成因成矿的特点，侏罗系、白垩系、古近系、新近系均发育铀矿化，以下白垩统下部钙质胶结砂砾岩层为主，为较典型的层间氧化带类型，矿化产出构造部位为准噶尔盆地南缘山前推覆逆冲褶皱带第一排构造带南部单斜带，矿体呈板状，具有一定层控性。赋存于侏罗系的铀矿化主要分布于南缘山间残留凹陷中，如八家户凹陷、通盖凹陷、柴窝堡盆地等，主要与潜水氧化带有关，无深部钻探工程揭露。属于铀矿化集中富集区，成矿地质条件较为有利，找矿前景较好。

1.2 测区物性特征

通过露头法对工区出露地表的岩石进行物性参数测量，使用的仪器是重庆地质仪器厂生产的DUK-2A高密度电法仪，使用的装置是对称小四极。

喀拉扎工区依据地层岩性情况，作如下分析（表1）。

第三系电阻率、厚度变化较大，但分布局限，不构成本次勘查工作目标层，在其分布区域内可形成浅部局部异常；呼图壁组（K1h）以灰绿色砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩，紫红色泥岩为主，岩性相近，其电阻率居中，一般在46-290Ω.m范围；清水河组（K1q）以灰绿色或紫红色钙质砾岩，粉砂岩为主，其电阻率较高，一般在300-800Ω.m范围；齐古组（J3q）以紫红色、砖红色的泥岩，砂质泥岩夹薄层砂岩为主，其电阻率较低，一般在5-40Ω.m范围。[1]

2 工作方法

本工区的测线总共有10条，其中1线到6线的方位角为31°，7线到10线的方位角为0°。

在喀拉扎地区，AB方向与测线方向平行，测线观测范围在AB中垂线西侧30°夹角范围内，观测范围符合技术规程要求，磁探头轴线垂直AB方向，测量偶极距50m。布置于工作区东部某个低洼地区，接地条件较好。

本次工作所使用的V8型接收机系统。

供电系统：电源为30kW柴油发电机组，发射机型号为TXU30，CSAMT实发最低工作频率为1Hz，最高工作频率为8533.333Hz。供电导线采用截面6.6mm2的198股铜丝线，供电电极采用60×30铝板组合（8块）。

采集系统：接收主机型号V8。CSAMT一般布置6个电道，1个磁道。测量采用硫酸铜不极化电极，测量导线采用四芯屏蔽电缆，接地电阻一般小于1000Ω，个别点位因地表条件较差，接地电阻在2000Ω左右，采集频率同发射频率。主要采集技术参数为：每测点按设计工作频率表依次扫频观测，每个频率叠加次数按采集时间满足1分钟或叠加10次。自动记录、存储。[2]

同步系统：发射与接收采用GPS卫星时间同步，精度为0.1ns。

观测方式：CSAMT采用赤道偶极排列。

3 资料解释与分析

本区共布置了10条剖面，在测区西部1-6号测线方位角为NE31°，测区东部7-10号测线方位角为0°（图1）。图中以淡蓝色基调标示低阻，以棕红色标示高阻，中阻则以浅绿色～黄色为主；黑色实线为地层划分线；蓝色线圈为有利异常圈定线，研究区构造相对稳定，断层不发育，主要以喀拉扎向斜为代表，喀拉扎向斜是一个不对称的向斜，南缓北陡，测线只过向斜的南翼，地层倾角15°～30°，地表的倾角大于地下。1-10号测线主要过中侏罗统头屯河组（J2t）、上侏罗统齐古组（J3q）、喀拉扎组（J3k）、下白垩系清水河组（K1q）、呼图壁组（K1h）、胜金口组（K1s）、连木沁组（K1l）、上白垩统东沟组（K2d）、古新-始新统紫泥泉子组（E1-2z）、始新-渐新统安集海河组（E2-3a）、中新统沙湾组（N1s）、上新统独山组（N2d），该套地层以泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩和砾岩等岩性组成，沉积环境主要包括河流、湖泊、三角洲和冲积扇等沉积相，不同的地层随着湖平面的升降，岩性将发生变化，沉积环境也有所区别，在电性上也存在差异。含铀层主要赋存在向斜南翼下白垩统清水河组下部钙质胶结的砾岩中，单层厚度较薄，电性上为相对高阻特征。

1.第四系；2.独山子组；3.沙湾组；4.安集海河组；5.东沟组+紫泥泉子组；6.连木沁组；7.胜金口组；8.呼图壁河组；9.清水河组；10.喀拉扎组；11.齐古组；12.头屯河组；13.实测地质界线；14.实测角度不整合界线；15.实测及推测性质不明断层；16.道路；17.前人施工钻孔及编号；18.2014年设计钻孔及编号；19.2014年设计探槽及编号；20.2014年设计可控源大地音频电磁测线及线号；21.2014年设计1：5000实测地质剖面；22.2014设计1：500实测地质剖面；23.设计1：2000地质草测范围；24.2014年工作部署范围.

下面通过各线卡尼亚视电阻率共轭梯度主要反演断面异常进行地质解释：

2线剖面长2800m，共有56个CSAMT观测点，沿测线地形起伏较缓（图2）。由拟断面图可知，本测线视电阻率值变化范围较大，该测线地表出露三套地层，南西至北东分别为上侏罗统喀拉扎组（J3k）、下白垩系清水河组（K1q）及呼图壁组（K1h），在清水河组（K1q）推测有铀矿的电性特征显示。清水河组（K1q）地层较厚，该层的电性特征总体为上部电阻低、中下部电阻高，但底部又为低阻层，低阻层岩性推测为砂质泥岩与泥岩的互层，高阻层推测为一套钙质胶结的砾岩层，从沉积环境上分析，认为该层湖平面升降频繁，但总体趋势为湖退的特征。构造上在测线的南西段地层因构造挤压的影响，倾角出现一些反转，但总趋势与北东段一致，均为向北东方向倾，中段地层相对较平缓。

3线剖面长3350m，共有67个CSAMT观测点，沿测线地形起伏较缓（图3）。由拟断面图可知，本测线视电阻率值变化范围较大，该测线地表出露五套地层，南西至北东分别为上侏罗统齐古组（J3q）、喀拉扎组（J3k）、下白垩系清水河组（K1q）、呼图壁组（K1h）及胜金口组（K1s），在清水河组（K1q）推测有铀矿的电性特征显示。清水河组（K1q）地层厚度与2线近似，但是电阻相对要高些，总体上该层的电性特征是上部电阻稍高、中下部电阻稍低，但是局部有些高阻，上部电阻稍高的可能为泥质含量的较少的砂岩，中下部局部的高阻层推测为一套钙质胶结的砾岩层，低阻的推测为泥质胶结的砾岩层。构造上该测线地层倾向比较统一，均为北东方向，说明构造作用要相对弱一些，皱褶不太发育。

4线剖面长5200m，共有104个CSAMT观测点，沿测线地形起伏较缓（图4）。由拟断面图可知，本测线视电阻率值变化范围非常大，该测线地表出露七套地层，南西至北东分别为中侏罗统头屯河组（J2t）、上侏罗统齐古组（J3q）、喀拉扎组（J3k）、下白垩系清水河组（K1q）、呼图壁组（K1h）、胜金口组（K1s）及连木沁组（K1l），在清水河组（K1q）推测有铀矿的电性特征显示。该测线上地层厚度以及空间展布特征与3线具有很好的继承性，清水河组（K1q）也是在局部地区见有铀矿反映的高阻异常特征。构造上该测线与3线也有很好的继承性，地层倾向比较统一，均为北东方向，皱褶不太发育。

6线剖面长4650m，共有93个CSAMT观测点，沿测线地形起伏较缓（图5）。由拟断面图可知，本测线视电阻率值变化范围较大，该测线地表出露九套地层，南西至北东分别为上侏罗统齐古组（J3q）、喀拉扎组（J3k）、下白垩系清水河组（K1q）、呼图壁组（K1h）、胜金口组（K1s）、连木沁组（K1l）、上白垩统东沟组（K2d）、古新-始新统紫泥泉子组（E1-2z）、始新-渐新统安集海河组（E2-3a），在清水河组（K1q）推测有铀矿的电性特征显示。清水河组（K1q）在局部地区见有铀矿反映的高阻异常特征，在该组的下部，但是未到底部。构造上该测线地层倾向比较统一，均为北东方向，地层更为平缓，构造作用要更弱一些，皱褶不发育。

7线剖面长4600m，共有92个CSAMT观测点，沿测线地形起伏较缓（图6）。由拟断面图可知，该测线地表出露十套地层，只有清水河组（K1q）推测有铀矿的电性特征显示。该测线上地层厚度以及空间展布特征与6线具有很好的继承性，只是在测线的北东段因靠近向斜的核部，地层变的非常平缓，因构造作用，部分地层有向南西倾的轻微趋势，在测线的北东段，地表出露较薄的独山组（N2d），电性特征为中阻偏高，推测为底部的砂岩，清水河组下部（K1q）相对6线，在局部地区见小规模的铀矿异常特征。构造上该测线与6线也有很好的继承性，地层倾向比较统一，在向斜的核部，地层较为平缓，部分地区有轻微的褶皱发育。

结合钻孔及地质资料，对工作区各剖面目的层位进行了细致划分，确认清水河组钙质砾岩层顶界深度，目的层顶界面等深图详见图7，可见，目的层清水河组砾岩层顶界面在各测线上表现为，南西、南东小号段埋深浅，在40-350m间变化，厚度不一，在200-400m；北西、北东大号段埋藏较深，变化幅度在350-800m间，厚度在260-600m。

4 结论

本次CSAMT工作，基本查清了10条测线控制范围内的地层、岩性、构造的空间展布规律以及铀矿赋存地层的特征，对研究区所遇到的层位低阻、中阻、高阻异常进行了解释与评价，达到了预期地质效果。

1）研究区构造相对稳定，断层不发育，主要以喀拉扎向斜为代表，向斜不对称，南缓北陡，研究区位于喀拉扎向斜的南翼，地层倾角15°～30°，地表的倾角大于地下，10条电性剖面的最深部大概能达到头屯河组（J2t）的中下部。

2）研究区侏罗-白垩-第三系为一套陆相沉积环境，包括三角洲、河流、湖泊沉积，目的层清水河组（K1q）中下部为一套河流相高能沉积（分流河道微相）的灰色钙质砾岩，中上部为河流相低能沉积的中-细粒钙质砂岩与泥岩的薄层互层（分流河道与分流间湾微相），底部为泥质胶结的砾岩，电性特征上中上部为中低阻，中下部为高阻，底部为中阻。

3）结合钻孔及地质资料，对工作区各剖面目的层位进行了细致划分，明确了清水河组钙质砾岩层的厚度及深度，目的层清水河组砾岩层顶界面在各测线上总体趋势为，南西到南东埋深浅，从40米到350米不等，厚度范围在200米-500米；北东埋藏较深，从350米到800米不等，厚度范围在260米-600米。

【参考文献】

[1]贾为卫，苗辰若，等.新疆准噶尔盆地南缘喀拉扎地区铀矿调查评价[R].2014， 10，16.

[2]乔宝强，程纪星，等.音频大地电磁测深法与高精度磁法在江西河元背地区试验研究及效果[J].1000-0658（2013）02-0104-08.

[责任编辑：杨玉洁]