航空TEM 在二连盆地阿巴嘎旗地区古河道砂体探测中的应用

骆燕，江民忠，陈伟，彭莉红，程莎莎，张伟盟

（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（重点实验室），河北 石家庄 050002；3.河北省航空探测与遥感技术重点实验室，河北 石家庄 050002）

航空时间域电磁法（ATEM）作为一种高效的地球物理勘查手段，在金属矿产、油气资源、环境工程、地下水、灾害预测和海洋调查等领域发挥着积极作用。不少西方国家已实现国土面积航空TEM 扫面全覆盖［1］。该方法通过人工发射脉冲电流，接收地下导电介质感应电磁场响应，进而推断地质体电性分布，以达到探测地质目标体或解决地质问题的目的。航空TEM 对低阻体敏感，能够分辨电阻率差异明显的地质体，在国内多金属矿产勘查中应用广泛［2-6］，在硬岩型铀矿勘查中也有较好的应用效果［7-8］。

内蒙古中东部阿巴嘎旗及其以北地区是新生代火山活动相对集中的地区之一，在阿巴嘎旗、锡林浩特、灰腾梁等地大面积出露新生代玄武岩［9］。玄武岩的大面积覆盖增加了地面地球物理勘查的难度，致使这些地区铀矿勘查程度相对较低。而据国外有关铀矿地质资料，阿巴嘎旗北部蒙古国境内达里甘嘎地区玄武岩盖下发育有大型砂岩型铀矿床，其上覆玄武岩与阿巴嘎旗玄武岩同为晚更新世喷发，并且在空间上连为一体［10］。因此，查清玄武岩覆盖层下古河道砂体位置对该区砂岩型铀矿勘查具有重要意义。

针对于此，在二连盆地马尼特坳陷玄武岩覆盖区开展航空TEM 应用研究。在剥离表层玄武岩的基础上［11］，对研究区14 条反演电阻率断面进行古河道砂体的推断解释，获取古河道砂体的空间信息，为研究区砂岩型铀矿成矿环境研究提供基础资料。

1 铀成矿地质背景

研究区跨马尼特坳陷和苏尼特隆起两个二级构造单元。贺根山岩石圈断裂呈北东东向横贯全区，控制着北部马尼特坳陷和南部苏尼特隆起的形成、发育与空间展布［12］。沿该断裂出露华力西期和印支期花岗岩，以及基性、超基性岩构成的蛇绿岩套。区内地表绝大部分为第四系冲洪积物和玄武岩覆盖（图1），局部有白垩系（K2e、K1b）和新近系出露，在研究区东南部及阿巴嘎旗周边零星出露上二叠统火山碎屑岩和不同时期的岩体［12-13］。

图1 研究区地质简图及测线布置（底图据参考文献［12］）Fig.1 Geological sketch and the exploration profile layout of the study area（modified after reference［12］）

区内古河道砂岩型铀矿的主要找矿层位为下白垩统赛汉组，赛汉组上段的古河道砂体规模大、连通性好，为后期氧化带的发育及铀成矿提供了良好的空间［14-16］。在晚白垩世干旱、半干旱为主的古气候条件下，古河道砂体直接暴露于地表，发育潜水氧化作用，且古水动力方向与河谷形成时的水流方向一致，有利于外来含氧含铀水的就近渗入并沿河道砂体运移。二连盆地东部在上新世发生大范围沉降，使得研究区处于大面积湖浸中，从而对早期所形成的氧化带及铀矿化起了很好的保护作用。到第四纪，研究区东部的阿巴嘎旗一带受喜山运动影响，玄武岩大面积的喷发，形成熔岩台地。

区内玄武岩呈层状构造，产状平缓。在阿巴嘎旗东玄武岩盖的中部，发育有一条受断裂构造控制的晚白垩世北东向古河道，河流相砂体厚度约60 m，长约70 km，富含炭化植物碎屑，富水性及渗透性较好。另一条甘珠庙古河道发育于巴音宝力格隆起，汇入马尼特坳陷内。玄武岩的喷发为古河道提供了热源，对后期花岗岩及老地层中铀的活化迁移起到了促进的作用，同时古河道上覆盖巨大的玄武岩被可对已形成的铀矿化起到良好的保护作用，这也是形成铀矿床的主要因素之一［10］。

2 航空TEM 探测技术

2.1 电性基础

砂岩型铀矿一般发育于沉积盆地的斜坡地带，基底与盖层间具有较大的电性差异。研究区岩石电阻率有如下特征：泥岩的视电阻率不高于12 Ω·m；粉砂岩、砂质泥岩和泥质砂岩视电阻率在12～18 Ω·m 之间；含有一定量水的砂岩分布区，岩性以砂岩、砂砾岩为主，次为泥质砂岩、泥岩砂砾，视电阻率在18～40 Ω·m之间；不含水或微含水的砂砾岩区及破碎带，视电阻率在40～70 Ω·m 之间；玄武岩视电阻率较高，为70 Ω·m 以上［16］。区内不同岩性之间的电阻率差异是利用航空TEM 研究盖层，砂、泥岩空间展布特征的地球物理基础。

2.2 工作方法和测线布置

本次选 用VTEMplus［2-3］多用途航空TEM 系统开展测量，该系统收发线圈水平同心，位置相对固定，可最大限度地避免异常的变形［2］。其中发射线圈直径为26 m，发射基频为25 Hz的双极性梯形供电脉冲，宽度约为7.385 ms；水平接收线圈的直径为1.2 m；垂直接收线圈的直径为0.32 m；补偿线圈直径6.0 m。

研究区共布置测线14 条，测线编号L1000～L1130，测线方 向323.7°，测线长 度100～108 km 不等，相邻测线之间的间距为5 km（图1）。

2.3 数据处理

数据处理的第一步为预处理，一般包括背景场去除、天电噪声修正、运动噪声去除、叠加、抽道等。在完成数据预处理之后，可以根据数据质量的具体情况，再进行包括记录点位置校正、调平等在内的数据处理，获得最终的dB/dt及B场数据，利用该数据开展反演。

航空TEM 数据反演一般有两种方法：电阻率深度成像法（RDI［17］，resistivity depth image）和精确反演方法。前者处理速度快，能从海量航空电磁数据中快速提取地下主要电性信息；后者处理速度相对较慢，但分层能力强，能更精确的反应地下地质构造信息。

研究区以层状介质为主，而RDI 对层状介质的分辨能力较差、反演深度较浅，因此本文采用了航空TEM 层状大地反演法（LEI，Layer-Earth Inversion）的精确反演方法。由于电磁法的分辨率随深度增大而降低，因此预设层厚度时采用了等对数间隔的形式构建反演初始模型。用模型的理论响应来拟合观测数据，直到迭代方差达到给出的误差阈值为止。根据上述反演方法，将每个采样点进行单独反演，然后把整个测区一维反演结果进行拼接，建立伪三维反演电阻率模型。根据研究区需要的剖面位置，从伪三维反演电阻率模型中提取相关剖面资料，推断古河道砂体。

3 古河道砂体推断解释

3.1 砂体断面解释标志

古河道砂体是砂岩型铀矿航空TEM 探测的核心目标之一。

一般来说，古河道砂体多分布在某一特定的水平层位中，呈透镜状、似层状展布，且电阻率明显高于泥岩，一般在12～40 Ω·m 之间。通过分析反演电阻率断面发现，在稳定水平的电性层中，存在一些局部电阻率偏高或偏低的电性夹层，推测电阻率在8～40 Ω·m 的偏高透镜体、似层状体为古河道砂体。

图2 为L1020 线平距10～14 km 的反演电阻率断面图。由图可知，在中间低阻层中，存在两个电阻率明显高于周围泥岩的透镜体（层状泥岩电阻率一般小于10 Ω·m，而透镜体的电阻率大于12 Ω·m），推测为古河道砂体。

图2 L1020 线10～14 km 反演电阻率断面图Fig.2 Resistivity section at the segment of 10～14 km in survey line L1020

3.2 古河道砂体断面特征

在研究区划分了三个古河道砂体（编号A、B、C）。A 为沙那古河道，B 为宝格达古河道，C为玄武岩覆盖区古河道，下面分别描述其特征。

3.2.1 沙那古河道特征

沙那古河道分布于马尼特坳陷内的沙那凹陷和塔北凹陷一带。该河道砂体主要分布于沙那凹陷边部，宽度一般在2～10 km 不等，走向总体呈北东向。

根据图3 的反演电阻率断面，该区浅部为低阻，深部为高阻，整体呈层状分布，局部有突跳。部分地段浅部低阻层中夹层状偏低阻（6～14 Ω·m），推断为古河道砂体。根据电阻率分布特征，推测古河道砂体沿北东方向延伸，向南西规模减小，泥岩增多，粒度变细。

图3 沙那古河道反演电阻率断面图Fig.3 Resistivity sections of Shana paleochannel

3.2.2 宝格达古河道特征

宝格达古河道主要分布于马尼特坳陷内的宝格达凹陷内。该古河道宽度一般在2～6 km不等，走向总体呈北东向。

根据图4 的反演电阻率断面，深部为高阻，整体呈层状分布，局部有突跳。部分地段浅部低阻层中夹层状偏低阻（6～14 Ω·m），推断为古河道砂体。根据电阻率分布特征，推测古河道砂体沿北东方向延伸，向南西规模减小。

图4 宝格达古河道反演电阻率断面图Fig.4 Resistivity sections of Baogeda paleochannel

3.2.3 玄武岩覆盖区古河道特征

在研究区中部隆起与坳陷的过渡部位，玄武岩覆盖层之下的古河道砂体也十分发育，命名为玄武岩覆盖区古河道。根据图5 的反演电阻率断面，该古河道砂体规模大、连通性好，总体展布呈近东西向，局部地段单个砂体呈北东东向。

图5 玄武岩覆盖区古河道反演电阻率断面图Fig.5 Resistivity sections of paleochannel beneath the basalt cover

3.3 古河道砂体平面特征

将上述推断的古河道砂体投影到研究区及其周边基底埋深图上，得到研究区基底及航空TEM 推断的古河道砂体平面展布图（图6）。由该图可知，已知的巴彦乌拉铀矿床、914 铀矿化点及工业孔均位于塔北凹陷-沙那凹陷一带北东向深凹陷的边部，推测位于同一带内的沙那古河道亦具有较有利的砂岩型铀矿找矿前景。宝格达古河道所在的宝格达凹陷亦属于塔北凹陷-沙那凹陷的分支，且砂体所在范围覆盖沉积盆地的斜坡地带，推测该古河道也具有较大的找矿潜力。

图6 研究区基底埋深及航空TEM 推断的古河道砂体平面展布图Fig.6 Distribution of basement depth and the inferred sandbodies of paleochannel by airborne TEM

4 结论

1）利用航空TEM 资料，在国内首次成功地在玄武岩覆盖区提取到古河道砂体的空间信息，为寻找玄武岩覆盖层下砂岩型铀矿提供了重要的依据，应用效果显著。

2）根据建立的古河道砂体解释标志，提取了断面砂体信息，推断了古河道砂体的平面展布形态。根据地理位置及物源体系的不同，圈定了三个古河道：沙那古河道、宝格达古河道以及玄武岩覆盖区古河道，为该区砂岩型铀矿勘查提供了基础资料。

3）航空TEM 能够快速查找盆地古河道，为隐伏砂岩型铀矿勘查提供了新的方法示范，值得在我国盆地砂岩型铀矿勘查中推广应用。