音频大地电磁测量在新疆白杨河矿区花岗斑岩侵入体探测中的应用

籍增贤，张俊伟，张 伟，张 岩

(1.核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002；2.中核集团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

新疆雪米斯坦火山岩带白杨河矿区地质勘查工作表明，近EW向展布的查干陶勒盖-巴音布拉克深大断裂控制着陆相火山岩的分布，同时沿断裂构造上侵形成以微晶质花岗斑岩为中心的次火山岩体。已发现的铀、铍矿化主要受控于花岗斑岩的侵入界面，花岗斑岩侵入体的外接触带是铀、铍矿体的主要赋存部位。由于深部地质情况不明，部署钻孔探索侵入岩外接触带的展布形态缺乏可靠依据，亟需通过有效、便捷的技术手段查明断裂构造以及侵入岩体的深部展布特征[1-2]。

音频大地电磁测量(以下简称AMT)具有探测深度大、布点灵活、成果直观、轻便高效等优点，在探测覆盖层下方断裂构造、追索岩体接触带、测定高阻侵入体顶面起伏形态等方面具有较好的应用效果[3-7]。测井电阻率参数统计结果显示，花岗斑岩与围岩存在明显的电阻率差异，通过AMT测量，快速查明了花岗斑岩的展布特征，实现了对花岗斑岩侵入体的分辨。

1 地质概况

白杨河矿区出露的地层由老至新依次为上泥盆统塔尔巴哈台组(D3t)、下石炭统和布克河组(C1hb)，其主要岩性为凝灰岩、凝灰质砂岩等(图1)。侵入岩主要为晚石炭世花岗斑岩(C2γπ)及穿插其中的辉绿岩脉(βμ)，花岗斑岩呈岩盖、岩枝状自东向西侵入于上泥盆统塔尔巴哈台组(D3t)凝灰岩中。受南、北两条近EW向断裂构造的夹持，花岗斑岩呈近EW向展布。区内断裂构造发育，规模不一，以EW向为主，其次为NE、NW向[1-2]。

图1 白杨河矿区地质简图

2 岩石电阻率特征

2.1 测井电阻率统计结果

根据核工业二一六大队测井电阻率参数统计分析，晚石炭世花岗斑岩(C2γπ)电阻率值一般大于700 Ω·m，属稳定的高阻体；上泥盆统(D3t)凝灰质含炭泥岩砂岩、陆相砂岩电阻率值一般小于100 Ω·m，表现为相对低阻特征；与完整的地层、岩体相比，构造破碎带电阻率值相对偏低、且变化幅度较大，在反演电阻率断面图上多表现为醒目的低阻带，可作为电性标志层(表1)。

表1 白杨河矿区主要岩石电阻率统计表Table 1 Statistical table of resistivity ratios of major rocks in Baiyanghe mining area

统计结果表明，晚石炭世花岗斑岩表现为稳定的高阻特征，凝灰质砂岩和辉绿岩呈相对中高阻，炭质泥岩表现为相对低阻特征；岩石破碎后其电阻率明显降低，通常比完整的地层(岩体)低一倍以上。在花岗斑岩与围岩之间存在较大的电性差异，具有明显的可分辨性[8]。

2.2 测井电阻率曲线

图2为ZK3612测井电阻率曲线及岩性柱状图，由图2可见，花岗斑岩整体表现为高阻特征，在花岗斑岩与凝灰质粉砂岩的接触部位，随着岩性的变化电阻率值呈下降趋势，凝灰质粉砂岩的电阻率曲线表现为相对中阻特征，破碎带的电阻率值低于完整的地层(岩石)，且不稳定[8]。

图2 ZK3612测井电阻率曲线及岩性柱状图Fig.2 Resistivity ratio curve and lithology histogram ofZK3612 drillinghole logging1—花岗斑岩 2—凝灰质粉砂岩 3—凝灰岩 4—破碎带

3 工作技术方法

根据地质情况、地形地貌条件和岩石电阻率特征，选择EH-4连续电导率剖面仪进行了AMT测量。

EH-4连续电导率剖面仪具有探测深度大、观测效率高、分辨能力强、测量结果受地形影响较小、随机噪声干扰易剔除等优点，通过采集和处理地球天然电磁场的信号，由连续的测深点阵组成地下二维电阻率剖面，可以依此来区分地下异常体，实现对深部构造和岩性(地层)的解释[9-15]。

3.1 测量装置

野外布置测线为南北向，测量点距50 m。测量采用十字型布极、剖面测量方式，两对测量电极垂直布设，测量极距50 m×50 m。布极点一般选择在地表平坦、地形开阔处。

3.2 数据采集

数据采集在时间域分两个频段进行，10 Hz～1 kHz为低频段、750 Hz～70 kHz为高频段，利用天然场源，自动采集记录Ex、Ey、Hx、Hy4个电磁分量的振幅值和相位值。采集的时间序列数据，通过傅立叶变换转换成频率域数据，利用四个电磁分量的自功率谱或互功率谱计算出阻抗张量。

3.3 数据处理

1)平滑处理：在野外数据采集过程中，由于存在随机的噪声干扰，个别频点不可避免地会出现异常的跳跃、畸变，即存在“飞点”。根据地质情况并结合相邻测点的视电阻率曲线形态进行平滑处理，最终得到反映真实情况的视电阻率曲线。

2)反演处理：反演处理是根据所获得的视电阻率、相位差恢复大地地电结构，通过反演电阻率断面图反映深部地质构造现象的过程。采用经预处理的数据进行一维Bostick反演，将频率-电阻率数据变换为深度-电阻率格式。在一维反演的基础上，用二维反演软件进行快速自动二维电磁成像，最终得到反演电阻率断面图。

3.4 资料解释

反演电阻率断面图定性地反映了测线下方的地电结构，在纵向上，随着频率的降低、探测深度的加大，反演电阻率的变化反映了电性依深度的变化情况，可大致推断电性层；从横向上看，随着测量点位的不同，反演电阻率反映了电性层的起伏变化，由此可确定构造和断层的存在，高低阻等值线梯度密集带则反映了电性界面的位置和形态[16-20]。

4 AMT反演电阻率资料的地质解释及钻探验证

在反演电阻率断面图上，花岗斑岩表现为相对高阻特征，由于物质成分的不均匀性、岩石破碎程度不同等原因，反演电阻率值亦表现出高低变化，但其反演电阻率值总体高于凝灰岩，且高阻等值线光滑、连续，与低阻背景反差较大，能清晰地反映出花岗斑岩侵入体的大致形态。

4.1 byh01线推断结果验证情况

byh01线位于岩体东部，与23号勘探线重合，图3为白杨河矿区中段byh01线反演电阻率断面图。从图上可以看出：测线下方地电断面总体呈上高、下低的面貌特征，大于400 Ω·m的反演电阻率高值呈团块状，等值线圈闭紧密，分布也较为零乱，其展布范围与晚石炭世花岗斑岩侵入体形态对应较好，近地表由于风化、破碎反演电阻率值有所降低。相比之下，凝灰岩、凝灰质砂岩明显呈相对低阻特征，反演电阻率值一般低于300 Ω·m，等值线光滑、宽缓，梯度变化较小。深大断裂F1则显示为反演电阻率高低阻等值线梯度密集带，由于构造活动造成岩石破碎，形成具有一定宽度和深度的反演电阻率低值带，梯度最大处即主构造面的位置。由图3可见，根据反演电阻率等值线形态特征，推断花岗斑岩呈岩盖形式产出，其残留体北薄南厚；石炭系与泥盆系呈断裂接触，构造破碎带宽度50～100 m；根据不同岩性、构造的反演电阻率特征，可以较为清晰的从反演电阻率断面图上划分出花岗斑岩、凝灰岩和凝灰质砂岩等的分布范围，不同岩性的接触界线也较为醒目[21]。

图3 byh01线反演电阻率断面与23号勘探线对比图Fig.3 Comparison map between resistivity inversion section of line No. byh01 and exploration profile No. 231—下石炭统和布克河组凝灰质砂岩 2—上泥盆统塔尔巴哈台组凝灰岩 3—花岗斑岩4—辉绿岩脉 5—地质界线 6—推断断层及编号 7—钻孔位置及编号

根据钻探揭露情况，花岗斑岩呈残留体形式直接出露地表，自北向南厚度逐渐增大，侵入体与围岩接触带存在局部的起伏变化，且自北向南逐渐倾伏，埋深逐步增大。东西向深大断裂倾向北、产状较陡，宽度超过20 m，控制着泥盆系与石炭系呈断裂接触，泥盆系与石炭系凝灰岩、凝灰质砂岩厚度较大，推断解释结果与钻探揭露情况大致吻合。

4.2 byh02线推断结果验证情况

byh02线位于岩体东部，沿47号勘探线布设，图4为其反演电阻率断面图。由图4可见，测线下方地电断面总体表现为相对的中低阻面貌，大于400 Ω·m的反演电阻率高值等值线圈闭紧密，呈团块状分布于断面图的上部，反映了花岗斑岩的电性特征；深部为厚度较大的中阻层，其反演电阻率值一般低于300 Ω·m，反映了泥盆系火山熔岩、凝灰岩的电性特征，与花岗斑岩侵入体存在一个明显的分界面；测线南段为厚层的相对低阻，其反演电阻率值一般低于200 Ω·m，反映了石炭系凝灰岩、凝灰质砂岩的分布范围。推断花岗斑岩呈残留体的形态展布于近地表，厚度自北向南逐渐增大、花岗斑岩与凝灰岩接触带由北向南也随之由缓变陡。在平距450 m处花岗斑岩厚度最大，再向南又逐渐变薄[22]。

图4 byh02线反演电阻率断面与47号勘探线对比图Fig.4 Comparison map between resistivity inversion section of line No. byh02 and exploration profile No. 471—第四系 2—下石炭统和布克河组凝灰质砂岩 3—上泥盆统塔尔巴哈台组火山碎屑岩4—花岗斑岩 5—辉绿岩脉 6—地质界线 7—推断断层及编号 8—钻孔位置及编号

钻探揭露结果表明，花岗斑岩自北向南厚度逐渐增大，至ZK5918处厚度最大，再向南花岗斑岩厚度又趋于变薄，花岗斑岩与凝灰岩接触界面的深度及起伏特征与AMT测量推断结果吻合较好。

5 结论

根据反演电阻率断面图特征，推断了花岗斑岩侵入体的平面展布范围及其埋深、厚度等特征。分析认为花岗斑岩呈岩盖、岩床等形式展布，且北薄南厚。花岗斑岩侵入体与围岩接触带自北向南缓慢倾伏，北浅南深，变化较大，且北缓南陡、东西向凹凸相间，这些“上凸”和“下凹”自北向南逐渐变缓，最终逐渐趋于平坦[22-23]。

通过对不同岩性、断裂构造的反演电阻率特征的分析，在反演电阻率断面图上划分出了凝灰岩、凝灰质砂岩和花岗斑岩的分布范围，推断了深大断裂的形态、规模，大致查明了花岗斑岩侵入体的深部展布情况，探索了花岗斑岩与围岩底部接触界面的变化特征，经钻探验证，推断结果与地质情况大致吻合[1-2]。

成果表明，反演电阻率断面图能够清晰地反映出花岗斑岩侵入体与火山岩的电阻率差异，在新疆雪米斯坦火山岩带白杨河矿区，通过开展音频大地电磁测量分辨火山岩中的花岗斑岩侵入体取得了较好的探测效果。