鄂尔多斯盆地北西缘伊和乌素地区CSAMT勘查效果评价

李 毅，李 茂，吴旭亮

( 核工业航测遥感中心，中核集团公司铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室)，河北 石家庄 050002 )

0 引言

鄂尔多斯盆地为我国北方中新生代大型产铀沉积盆地之一[1-3]。近年来，为扩大盆地北部铀矿找矿工作成果，实现新区域、新层位、新类型的找矿突破，核地质系统相继开展了多项电磁法勘查工作，初步查明了目标区内盖层结构、断裂构造以及目的层砂体空间展布特征等深部地质问题，提供了系列成果图件，为目标区开展铀矿资源调查评价与勘查提供了新的认识及基础资料。

虽然物探工作取得了一定的成果，但工程结束后除少数做出总结外[4]，大多忽视了对方法勘查效果的评价，尤其是未利用后期施工的钻孔资料对解释结果进行对比分析，影响了方法勘查效果以及认识水平的进一步提高。

本文基于研究区完成的CSAMT资料，结合地质与收集钻孔资料，对方法的勘查效果进行了综合评价，为促进鄂尔多斯盆地北部或其他沉积盆地电磁法勘查效果的提升提供了借鉴。

1 研究区地质概况及地电特征

1.1 地质概况

研究区位于鄂尔多斯盆地伊盟隆起的中西部(图1)，根据钻孔资料分析，区内盖层主要为中新生界三叠系(T)、侏罗系(J)、下白垩统(K1)及第四系[5-8]，以下主要对侏罗系与下白垩统进行重点叙述。

侏罗系主要发育有中侏罗统延安组(J2y)、直罗组(J2z)及上侏罗统安定组(J3a)。中侏罗统延安组下部及上部为绿色、黄绿色、灰色含砾粗砂岩，中部为灰色、黑色、紫红色粉砂质泥岩，灰黑、浅灰色粉砂岩、煤层及煤线，厚50～250 m，最厚可达450 m。中侏罗统直罗组上段以泥岩、粉砂岩为主，下段以中、粗砂岩为主，为鄂尔多斯盆地北东部主要的赋矿层位。上侏罗统安定组为灰绿色泥质砂岩、紫红色细砂岩、泥岩夹钙质胶结的白色细砂岩。

下白垩统发育厚层状河流相砂体，泥岩不发育[5]，主要由洛河组(K1l)、华池环河组(K1hc+h)及罗汉洞组(K1lh)组成。洛河组主要以浅红色砂岩为

主，夹棕紫色泥岩，含钙质结核，底部发育底砾岩。华池环河组主要为黄色、灰绿、浅灰、棕红色的中—粗粒长石石英砂岩、粉砂岩、姜黄色砂岩、砂砾岩不等厚互层，因赋存砂岩型铀矿化，为杭锦旗西部重要的找矿目的层，与下伏洛河组整合接触。罗汉洞组上部主要为土红、紫红色砂岩和灰色中粗粒砂岩，下部为泥质粉砂岩互层。区内地层产状平缓，褶皱、断裂构造不发育[7]。

图1 研究区地质及测线布置图Fig.1 Geology and survey line layout map of the study area1—第四系 2—罗汉洞组 3—华池环河组 4—地质界线 5—氧化前锋线 6—盐碱地 7—钻孔编号 8—测线及编号

1.2 地电特征

表1为收集核工业二○八大队伊和乌素地区与巴音青格利地段钻孔岩心电阻率测井资料统计表。由表1及地层岩性分析，下白垩统主要以厚层状砂岩为主，泥岩不发育，其中华池环河组测井电阻率最高，罗汉洞组与洛河组其次，罗汉洞组下部发育泥质粉砂岩夹层，与下伏的华池环河组厚层状砂岩存在一定的电性差异，洛河组下部发育底砾岩，上部电阻率有所偏低，由于埋藏深、厚度薄，在反演电阻率断面中与华池环河组整体反映为明显的相对高阻电性层。

上侏罗统安定组岩性主要为泥岩与砂质泥岩，测井电阻率表现为明显的相对低阻电性层，中侏罗统直罗组主要为泥砂互层，整体表现为相对低阻电性层；中侏罗统延安组由于煤层电阻率较高，整体反映为相对中阻电性层。

综上，研究区整体表现为白垩统相对中高及高阻、安定组与直罗组相对低阻、延安组相对中阻的四层地电结构特征，为方法资料的解释奠定了基础。

表1 研究区钻孔测井电阻率统计Table 1 List of drilling hole logging resistivity in the study area

2 测线布置

研究区地层整体呈NW走向，依据物探剖面线应与主构造线走向垂直的原则，共布置NE向CSAMT剖面5条，其中Y19K02、Y19K03、Y19K05线与勘探线重合并穿过已知钻孔，每条剖面长34.0 km，线距3.60 km，点距100～200 m，总计测点1200个(图1)。

3 数据反演处理

数据反演处理采用Zonge公司与GDP-32II多功能电法仪相配套的SCS2D软件完成，反演方法采用OCCAM算法。为确保本次数据反演精度及资料的解释效果，首先利用已知钻孔资料对主要反演参数，即初始背景电阻率模型、初始厚度、圆滑系数进行了适用性试验分析[10]，根据反复试验结果，最终确定了本次数据反演处理的约束条件，即初始电阻率模型为二维移动平均数据初始化背景电阻率模型，初始厚度为75 m，圆滑系数为0.5，提高了资料解释的可靠性。

图2为Y19K05线平距13.6～15.8 km反演结果与ZK5-1钻孔揭露对比图。ZK5-1号钻孔位于剖面平距14.4 km，揭露深度1489 m，图2中裁截到约1380 m。第四系：0.0～11.0 m；下白垩统罗汉洞组：11.0～162.0 m；下白垩统华池环河组与洛河组：162.0～962.0 m；上侏罗统安定组与中侏罗统直罗组：962～1223 m；中侏罗统延安组：1223～1380 m。

根据测井电阻率分析，下白垩统表现为相对中高及高阻电性层，安定组和直罗组表现为相对低阻电性层，延安组表现为相对中阻电性层。由图2可见，反演结果与钻孔揭露的地电结构总体一致，说明选择的反演约束参数基本可靠。

图2 Y19K05线平距13.6～17.6km反演结果与钻孔资料对比图Fig.2 Comparison of inversion result and drilling hole data at 13.6-17.6 km in Y19K05 line1—下白垩统罗汉洞组 2—下白垩统华池环河组组 3—下白垩统洛河组 4—上侏罗统安定组 5—中侏罗统直罗组 6—中侏罗统延安组 7—岩性界线 8—钻孔及编号

4 CSAMT勘查可行性分析

根据鄂研究区的地电结构特征，构建了五层结构的正演模型，对方法的可行性进行了分析研究。

模型长2 km，计算测点距100 m，深度1200 m；第一结构层底板埋深-150 m，厚度150 m，电阻率为40 Ω·m，第二结构层底板埋深-200 m，厚度50 m，电阻率为25 Ω·m，分别用于模拟下白垩统罗汉洞组上段粗粒砂岩层与下段砂质泥岩层；第三结构层底板埋深-800 m，厚度600 m，电阻率为55 Ω·m，用于模拟下白垩统罗华池环河与洛河组钙质粗粒砂岩、砾岩层；第四结构层埋深-1000 m，电阻率为15 Ω·m，用于模拟上侏罗统安定组与中侏罗统直罗组泥砂互层；第五结构层位于直罗组下段以下，电阻率为35 Ω·m，用于模拟延安组上段煤系地层。

模型正演计算采用Zonge公司提供的EM2D软件进行二维有限元法处理，计算测点距与实际工作中使用的测点距100 m一致，正演计算为1～8192 Hz共28个频率的TM模式的模型响应卡尼亚电阻率及阻抗相位数据。正演计算结果的反演初始模型为二维移动平均电阻率背景模型，圆滑系数为0.5，第一层厚度为75 m。

图3为正演模型反演结果对比图。由图3可见，反演电阻率模型电性结构除安定组与直罗组相对低阻层底板埋深稍微有所偏深外，基本与正演模型断面特征一致，尤其是目的层下白垩统华池环河组与洛河组砂体反映较为逼真，证实方法解决区内盖层结构、下白垩统与直罗组底板埋深以及华池环河组与洛河组砂体分布特征等地质问题具有可行性。

图3 研究区正演模型反演结果对比图Fig.3 Comparison map of inversion result of forward model in the study area(a)伊和乌素地区地电结构正演模型 (b)正演模型反演结果1—下白垩统罗汉洞组上段 2—下白垩统罗汉洞组下段 3—下白垩统华池环河组组 4—下白垩统洛河组 5—上侏罗统安定组6—中侏罗统直罗组 7—中侏罗统延安组 8—岩性界线

5 CSAMT勘查效果评价

5.1 地形地貌及人文电磁干扰条件评价

研究区主要为半干旱草原地貌景观，每千米海拔高差一般不超过20.0 m/km，地形平坦，地形影响小。人文电磁干扰主要为10 kV高压线。220 V的民用电线对CSAMT数据采集无影响，根据10 kV高压线附近的试验，垂直高压线100～150 m的水平范围中低频无影响(图4)，仅对高频2.0 kHz～8.0 kHz的信号产生一定的影响，距离高压线200.0 m时可有效消除其影响。实际工作中，通过跳点、平移的方式可以有效消除10 kV高压线产生的电磁干扰噪声影响。因此，研究区地形影响小、人文电磁干扰可控，适合开展CSAMT工作。

5.2 有效探测深度评价

根据研究区盖层平均电阻率与远区频率，对区内有效探测深度进行了评价。表2为研究区5条CSAMT剖面实测卡尼亚电阻率统计表。由表2可见，其平均电阻率约55 Ω·m，据公式(1)估算得出区内勘探深度1400 m的最低工作频率约为4.0 Hz，而实测的最低频率为0.5 Hz，反演远区频点均为2.0 Hz。因此，CSAMT数据反演的纵向深度可靠。

(1)

式中：fL为最低工作频率；D为目标地质体最大埋深；ρ为盖层平均电阻率。

图4 10kV高压线旁不同测试距离卡尼亚电阻率曲线Fig 4 Cagnicad resistivity curve of different test distances beside 10 km high voltage line

表2 研究区卡尼亚电阻率统计表[11]Table 2 List of Cagnicad resistivity in the study area

5.3 钻孔验证情况评价

5.3.1 ZK1-3钻孔验证情况

ZK1-3钻孔位于Y19K02线平距3.0 km处，揭露深度1513 m，图中裁截至1350 m。第四系：0.0～9.0 m；下白垩统罗汉洞组：9.0～213.0 m；下白垩统华池环河组与洛河组：213.0～1012.0 m；上侏罗统安定组与中侏罗统直罗组：1012～1257 m；中侏罗统延安组：1257～1350 m。

图5为Y19K02线0.0～7.5 km解释成果与钻孔揭露对比图。由图5可见，断面上部纵向反映为明显的“上高、下低”相对中高阻电性层，横向连续稳定，底部等值线呈近水平状密集带分布，厚约200 m，基本与钻孔揭露的下白垩统罗汉洞组砂岩、泥质粉砂岩夹层相对应；断面中深部，横向连续稳定，反演电阻率30～100 Ω·m，底部横向等值线呈密集带分布，厚约800 m，整体反映为明显的相对高阻电性层，基本与钻孔揭露的下白垩统华池环河组与洛河组相对应；断面深部，横向连续稳定，厚度200～400 m，反演电阻率小于30 Ω·m的相对低阻电性层，基本与钻孔揭露的上侏罗统安定组与中侏罗统直罗组相对应；断面下部反演电阻率大于30 Ω·m的相对中阻电性层，基本与钻孔揭露的中侏罗统延安组煤系地层相对应。

图5 Y19K02线0～7.5km解释成果与钻孔揭露对比图Fig.5 Comparison of explanation result and drilling hole data at 0-7.5 km in Y19K02 line1—第四系 2—下白垩统罗汉洞组 3—下白垩统华池环河组组 4—下白垩统洛河组 5—上侏罗统安定组 6—中侏罗统直罗组 7—中侏罗统延安组 8—岩性界线 9—钻孔及编号

5.3.2 ZKW2019-1钻孔验证情况

ZKW2019-1号钻孔位于Y19K02线平距11.0 km处，揭露深度828.7 m，虽然揭露到洛河组底部底砾岩，但下白垩统未揭穿。0～9.2 m为第四系；9.2～193.6 m，为下白垩统罗汉洞组；193.6～713.1 m为下白垩统华池环河组；713.1～828.7 m为下白垩统洛河组。

图6为Y19K02线0.0～7.5 km解释成果与钻孔揭露对比图。由图6可见，断面中下白垩统纵向主要反映为明显的相对中高和高阻二层电性结构。上部反映连续、稳定、厚约200 m，底部等值线呈近水平密集带分布，纵向反映为明显的“上高下低”相对中高阻电性层，基本与钻孔揭露的第四系风成沙及下白垩统罗汉洞组砂岩、砂质泥岩夹层相对应；下部反映连续、稳定，反演电阻率大于30 Ω·m的相对高阻电性层，其底部等值线横向呈密集带分布，基本与钻孔揭露的下白垩统华池环河组与洛河组发育的厚层状砂岩及底部含砾砂岩相对应。

根据ZK1-3钻孔揭露分析，断面中深部，横向连续稳定，反演电阻率小于30 Ω·m的相对低阻电性层，基本与钻孔揭露的上侏罗统安定组与中侏罗统直罗组相对应；断面下部反演电阻率大于30 Ω·m的相对中阻电性层，基本与钻孔揭露的中侏罗统延安组煤系地层相对应。

综上，研究区CSAMT成果反映的3个电性界面、四层地电结构，与钻孔揭露情况基本相一致，表明方法资料解释结果基本可靠，在该地区具有较好的勘查效果。

6 结论

通过对研究区CSAMT勘查效果综合分析评价，得出以下结论：

1)根据研究区地电特征构建的正演模型分析，认为CSAMT解决区内盖层结构、下白垩统与直罗组底板埋深以及华池环河组与洛河组砂体分布特征等深部地质问题具有可行性。

2)研究区地形平坦，地形影响小；人文电磁干扰主要为10 kV高压线，其产生的干扰噪声影响基本可控，适合开展CSAMT工作；其次，根据有效勘探深度分析，纵向0～1400 m的数据反演深度可靠。

3)钻孔资料对比分析表明，方法勘探成果反映的3个电性界面、四层地电结构，与钻孔揭露情况基本相一致，在区内具有较好的勘查效果。