陳 凱，孔德旭，韓飄平，郝樂(lè)輝

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六一大隊(duì)，江西鷹潭 335001)

Berdichevski等(1969)提出了音頻大地電磁法(Audio Magnetotellurics，AMT)。用以研究人類采礦活動(dòng)深度范圍內(nèi)(幾十米至幾千米)的地電構(gòu)造，它的場(chǎng)源主要是有雷電作用產(chǎn)生的頻率0.1到幾千赫茲的大地電磁場(chǎng)。近些年來(lái)，由于銅、鉛、鋅、金等多金屬礦產(chǎn)及煤炭等非金屬礦產(chǎn)勘探工作力度的加大，音頻大地電磁法的應(yīng)用得到了廣泛推廣，并在工程地質(zhì)及地下水資源勘探中取得了良好效果(曹哲明，2004;王元軍等，2007;成江明，2011)。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展音頻大地電磁法最廣泛使用的儀器為加拿大Phoenix公司生產(chǎn)的V8系列多功能電法儀、美國(guó)Zong公司生產(chǎn)的GDP-32Ⅱ多功能電法儀以及美國(guó)Geometrics公司和EMI公司聯(lián)合生產(chǎn)的EH4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)。

1 音頻大地電磁法原理

音頻大地電磁法(AMT)遵從麥克斯威方程。麥克斯威方程如下:

式中，E為電場(chǎng)強(qiáng)度;H為磁場(chǎng)強(qiáng)度;D為點(diǎn)感應(yīng)強(qiáng)度;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;ε0為電常數(shù);ρ為電荷密度;μ0為磁常數(shù);J為總電流密度。

通過(guò)對(duì)麥克斯威方程進(jìn)行求解，就能得到介質(zhì)中電磁場(chǎng)的分布和視電阻率。

根據(jù)最大趨膚深度公式:

式中，D為探測(cè)深度m;ρ為背景電阻率，f為頻率。

可以得出高頻電磁波穿透深度小，低頻電磁波穿透深度大，故高頻部分主要反映淺層的地電信息，而低頻部分主要反映深層的地電信息。通過(guò)對(duì)視電阻率曲線進(jìn)行反演就可得到深度-視電阻率剖面，從而進(jìn)行地質(zhì)解釋。

2 地質(zhì)概況

相山礦田位于贛杭構(gòu)造火山巖鈾成礦帶南西段樂(lè)安-東鄉(xiāng)成礦亞帶內(nèi)的相山中心式火山塌陷盆地中。盆地現(xiàn)代地貌為中高周低的正地形，相山主峰高程1 216.2 m。相山火盆作為破火山口呈盆地形式的負(fù)向構(gòu)造產(chǎn)出，平面上呈近東西向的橢圓形，長(zhǎng)軸26.5 km，短軸18 km，面積約400 km2(圖1)。

相山火山盆地由縱剖面可見(jiàn)為形成于中元古界基底變質(zhì)巖(原定為震旦系)之上的“煤、火、紅”繼承式盆地:晚侏羅世火山雜巖在盆東置于下石炭統(tǒng)華山嶺組砂巖和和晚三疊世安源組煤盆之上;火盆西部又被白堊紀(jì)紅盆沉積物所覆蓋?；鹋鑳?nèi)廣泛出露于地表的主體巖性—碎斑熔巖在相山主峰附近與火山管道相連，盆邊則為不規(guī)則的弧形和半環(huán)狀的次火山巖體群所環(huán)繞。相山主體碎斑熔巖總體產(chǎn)狀由四周向中心緩傾斜，上部?jī)A角較緩，向下延伸傾角變陡，形成邊部薄、中間厚的盆形負(fù)向構(gòu)造，在剖面上形似一東厚西薄、南北勻稱的“蘑菇”(圖2)。

圖1 相山破火山口地質(zhì)略圖Fig.1 The geological map of Xiangshan caldera

相山破火山口和鈾礦田形成過(guò)程中構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是相當(dāng)復(fù)雜的，既有區(qū)域統(tǒng)一應(yīng)力場(chǎng)作用下在火山活動(dòng)開(kāi)始前、火山活動(dòng)過(guò)程中和火山期后發(fā)生的斷裂構(gòu)造，也有由于火山作用過(guò)程中巖漿動(dòng)力和重力等作用下發(fā)生的火山構(gòu)造?；鹕狡诤蟮臄嗔褬?gòu)造在成礦前、成礦期、成礦后都有較強(qiáng)烈的活動(dòng)。還存在著火山構(gòu)造與斷裂構(gòu)造的相互利用和相互歸并，以及基底構(gòu)造對(duì)火山蓋層構(gòu)造的作用等，這就造成了十分錯(cuò)綜復(fù)雜的構(gòu)造演化圖景，使相山破火山口具有相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)(圖3)，表現(xiàn)出的特點(diǎn)有:(1)主火山口偏東，破火山口的東、西兩部分的結(jié)構(gòu)存在差異，東部有火山管道，而西部蓋層火山巖系較薄;(2)東部發(fā)育有環(huán)狀構(gòu)造和環(huán)狀次火山巖體群，而西部為斷陷斷塊構(gòu)造;(3)火盆西部由于某種原因蓋層薄，從而基底構(gòu)造易于貫穿蓋層，火山期后斷裂構(gòu)造發(fā)育，而東部則相對(duì)不發(fā)育;(4)北部由于火山活動(dòng)前的構(gòu)造發(fā)育，所以在塌陷過(guò)程中引張面多，沿之侵入的次火山巖體發(fā)育，形態(tài)也復(fù)雜多變，火山期后的斷裂構(gòu)造也十分發(fā)育;(5)相山火山作用中心由北向南逐步遷移，北部火山巖系地層發(fā)育齊全，而南部發(fā)育不全。

圖2 相山火山盆地剖面圖Fig.2 Cross-sectional view of Xiangshan volcanic basin

圖3 相山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.3 Geological structure map of Xiangshan area

3 地層和巖性

相山火山盆地地層由基底和蓋層兩部分組成?；鹕脚璧鼗?，為中元古界(Pt2)變質(zhì)巖系，出露在盆地北、東、南側(cè)。變質(zhì)巖多屬綠片巖相——低角閃巖相，中、低變質(zhì)程度。巖性以千枚巖、片巖為主均分布在相山東側(cè)。下石炭統(tǒng)華山嶺組(C1h)下部為石英砂巖，上部為紫紅色砂巖，厚300 m。上三疊統(tǒng)安源組(T3a)為含燧石石英砂巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖，厚200～500 m。蓋層火山巖系地層主要由上侏羅統(tǒng)噴發(fā)相的酸性、中酸性火山熔巖、火山碎屑巖以及沉積巖夾層構(gòu)成。其中以厚層熔巖出露面積最大，為蓋層的主體巖性，它以火山噴溢的方式覆蓋在先期沉積巖、火山巖和變質(zhì)巖地層之上，總厚度2 000 m以上，平面分布呈橢圓形，總體產(chǎn)狀由四周向中心緩傾斜，上部?jī)A角較緩，向下延伸傾角變陡。形成邊部薄中間厚的盆形負(fù)向構(gòu)造。

據(jù)巖性巖相組合特征、接觸關(guān)系、火山噴發(fā)韻律和旋回，以及與區(qū)域上同期火山巖對(duì)比，盆地蓋層火山巖系地層劃分為兩組、八個(gè)巖性組合段(層) (圖4)。

(1)上侏羅統(tǒng)打鼓頂組(J3d)。該組屬盆地蓋層最底部地層，分布于盆地四周，呈不完全連續(xù)的環(huán)形出露，打鼓頂組地層與中元古界變質(zhì)巖呈沉積不整合接觸或斷層接觸，該組的下部以正常沉積碎屑巖為主，上部以火山熔巖和火山沉積碎屑為主。中酸性火山熔巖、酸性火山碎屑巖和正常沉積碎屑巖構(gòu)成噴發(fā)—沉積相;沉積—噴溢亞相、爆發(fā)—沉積亞相和噴溢亞相。

圖4 相山礦田火山巖綜合柱狀圖Fig.4 Comprehensive histogram of the volcanic rocks in Xiangshan orefield

據(jù)火山噴發(fā)韻律、巖性組合特征及巖性巖相相互關(guān)系等，將打鼓頂組劃分為四個(gè)段(層)。總厚度大于863 m。

打鼓組1-2段(J3d1+2)出露于盆地蓋層的最外圍。與基底巖層為沉積不整合接觸或斷層接觸。為正常沉積碎屑巖夾火山碎屑薄層的噴發(fā)—沉積相和沉積—噴溢亞相。

打鼓頂組3-4段(J3d3+4)。主要分布在相山礦田西北部和北部，其次在東部。巖性以一套中酸性熔巖為主，夾少量正常沉積碎屑巖，屬噴發(fā)—沉積相和噴溢亞相。分為 J3d3，J3d4－1，J3d4－2，J3d4－3四層。J3d3以紫色粉砂巖、細(xì)砂巖、含礫砂巖為主，夾灰綠色砂巖呈層狀，為機(jī)械沉積夾化學(xué)沉積。J3d4－1為暗紫色、暗綠色英安巖，為噴溢亞相，J3d4－2以紫紅色砂礫巖、含礫砂巖為主，夾薄層晶屑玻屑凝灰?guī)r，屬噴發(fā)—沉積相。J3d4－3是J3d4的主要巖性段，總厚度為269 m，又分為J3d4－3a灰紫色流紋英安巖，J3d4－3b灰紅色流紋英安巖及流紋英安質(zhì)塊熔巖，為噴溢亞相。

(2)上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組(J3e)。鵝湖嶺組是蓋層火山巖系的主體，占蓋層面積的80%左右。巖性巖相組合是一巨厚層狀的酸性熔巖，少量火山碎屑巖及正常沉積碎屑巖，屬沉積—爆發(fā)亞相、噴溢亞相和噴溢—侵出亞相。平行不整合于打鼓頂組之上。據(jù)火山作用方式和巖性組合的差異劃分為四個(gè)巖性段(層)。

鵝湖嶺組1－2段(J3e1+2)出露于相山主體的四周，巖層厚度一般小于20 m，最大厚度37 m，巖性巖相組合是以火山爆發(fā)或火山灰流成因的晶屑玻屑凝灰?guī)r、弱熔結(jié)凝灰?guī)r為主，正常沉積碎屑巖為輔的沉積爆發(fā)亞相。分二個(gè)巖性段(層)，下部J3e1是紫紅色為主的雜色砂巖，上部J3e2為晶屑玻屑凝灰?guī)r、弱熔結(jié)凝灰?guī)r。

鵝湖嶺組3－4段(J3e3+4)分二個(gè)巖性組合段(層)，下段(層)J3e3暗紫色、暗紫灰色凝灰質(zhì)含礫粉砂巖、細(xì)砂巖，與下伏J3e2晶屑玻屑凝灰?guī)r、弱熔凝灰?guī)r呈平行不整合接觸。上段(層)(J3e4)是盆地蓋層火山巖系的主體。出露面積250 km2，占蓋層面積的80%。總體產(chǎn)狀與下伏地層呈火山噴溢覆蓋接觸，局部侵入接觸。由盆地四周向中心緩傾斜，形成邊部薄中間厚的不對(duì)稱的盆形負(fù)向構(gòu)造。巖性巖相為一套具“火山碎屑結(jié)構(gòu)”特征的噴溢亞相的巨厚熔巖。J3e4分為三個(gè)亞相:底板噴溢亞相(J3e4a)熔灰狀碎斑熔巖;中間噴溢亞相(J3e4b)碎斑熔巖;中心—侵入亞相(J3e4c)碎斑熔巖。

4 地球物理特征

根據(jù)相山地區(qū)揭露的地層和類似地區(qū)的電性特征，可以將本區(qū)地層大致歸并為以下幾個(gè)電性界面，各界面和巖體、礦體的電性特征見(jiàn)表1。

表1 相山地區(qū)地層電性簡(jiǎn)表Table 1 The stratum of electric property in Xiangshan area

5 物探成果

根據(jù)音頻大地電磁反演結(jié)果與地質(zhì)剖面(居隆庵礦床第64勘探線)對(duì)比圖(圖5)可得:

在剖面約100 m處存在一規(guī)模較小的電性異常，電性異常較弱，說(shuō)明構(gòu)造對(duì)巖石所造成的破壞程度有限，在地質(zhì)剖面圖位置上對(duì)應(yīng)F21。在剖面250～350 m范圍存在一規(guī)模較大的電性異常，低阻異常特征明顯，說(shuō)明巖石破碎程度較嚴(yán)重，在地質(zhì)剖面圖位置上對(duì)應(yīng)F7，構(gòu)造陡向東傾。在剖面約900 m和1 300 m處存在一規(guī)模較小的電性異常，電性異常較弱。在剖面1 550～1 700 m范圍存在一規(guī)模較大的電性異常，低阻異常特征明顯，地質(zhì)剖面圖位置上對(duì)應(yīng)F17，造成異常范圍寬的原因可能是在該構(gòu)造帶附近還存在其他次級(jí)斷裂帶。

基底(低阻巖體)埋深變化由西向東逐漸變深然后趨于平直，到1 500 m附近基底抬升，總體來(lái)說(shuō)基底起伏不大(標(biāo)高約－650 m)?；茁裆钍蹻7斷裂帶影響。

次高阻巖石埋深變化受斷裂破碎帶影響而變化較大。

蓋層(高阻巖石)厚度總體來(lái)說(shuō)是西薄東厚，F(xiàn)7斷裂帶為界。富礦部位位于斷裂帶附近和次高阻巖體內(nèi)。

埋深較淺的低阻異常圈暈可能是由于巖石破碎或者是含金屬量較高有關(guān)。

綜合地質(zhì)信息和物探成果可得:物探反演解譯結(jié)果與鉆探結(jié)果一致，礦體大致分布在斷裂帶附近和巖性界面附近。

圖5 音頻大地電磁法反演成果與地質(zhì)剖面對(duì)比圖Fig.5 Comparison chart of AMT inversion results and geological section

例如:F7斷裂帶所在的居隆庵鈾礦床。居隆庵鈾礦床礦體主要富集于:①斷裂扭曲、膨脹部位，②F7斷裂尖滅再現(xiàn)或尖滅側(cè)現(xiàn)部位。③F7斷裂上盤(pán)次級(jí)斷裂、裂隙與F7斷裂呈入字相交部位。④F7斷裂與火山巖層組間界面復(fù)合部位之F7斷裂附近部位。⑤火山巖層組間界面附近，尤其是組間界面變異部位。組間界面附近是礦床礦體主要富集部位。1981年提交的勘探報(bào)告所圈定的礦體主要在F7斷裂內(nèi)，而且2010年提交的詳查報(bào)告在F7斷裂帶圈定了多個(gè)工業(yè)礦體。以上成礦有利部位在反演成果圖中均有所反應(yīng)，因此，音頻大地電磁法在相山地區(qū)的找礦應(yīng)用主要是尋找以上成礦有利部位①程紀(jì)星.2008.江西省崇仁縣刁元村及樂(lè)安縣龍巴嶺地區(qū)綜合地球物理測(cè)量成果報(bào)告.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院.②劉牛明，李芳，謝迎憲，等.2010.江西省樂(lè)安縣居隆庵鈾礦床44—70線詳查地質(zhì)報(bào)告.江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六一大隊(duì).。

雖然音頻大地電磁法在相山地區(qū)的找礦應(yīng)用僅列舉了一條勘探剖面與已知地質(zhì)情況進(jìn)行對(duì)比(主要原因是開(kāi)展音頻大地電磁法地區(qū)中本地區(qū)地質(zhì)情況最清楚)，但是由此可推在相山其他地區(qū)開(kāi)展音頻大地電磁法也是有效的。

總之，音頻大地電磁法反演成果與鉆探結(jié)果一致性很好，反應(yīng)了音頻大地電磁法在相山地區(qū)鈾礦地質(zhì)勘查的有效性③應(yīng)陽(yáng)根，陳凱，孔德旭，等.2012.音頻大地電磁法在陽(yáng)家山地區(qū)的應(yīng)用.江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六一大隊(duì).。利用音頻大地電磁法尋找斷裂破碎帶、探查“三界面”并結(jié)合相山地區(qū)成礦規(guī)律，能為“攻深找盲”提供相山地區(qū)地球物理信息。

6 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外大量工作表明，應(yīng)用音頻大地電磁法勘查礦產(chǎn)資源是有效的，通過(guò)在相山地區(qū)開(kāi)展音頻大地電測(cè)法的應(yīng)用，其效果十分顯著，這種方法不但能勘查構(gòu)造破碎帶的空間分布情況和巖層界面，而且能為鈾成礦區(qū)段提出有價(jià)值的資料，是一種應(yīng)用前景十分巨大的新技術(shù)方法。

值得指出的是，根據(jù)物探異常布置勘查靶區(qū)，必須密切結(jié)合地質(zhì)情況，對(duì)異常進(jìn)行深入研究，才能使鉆孔布置得更加合理。

曹哲明.2004.音頻大地電磁法在宜萬(wàn)鐵路隧道勘探中的應(yīng)用效果［J］.鐵道勘察，30(1):53-54.

成江明.2011.可控源音頻大地電磁法在資源勘查中的應(yīng)用探討［J］.企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，30(21):21-23.

王元軍，楊倫凱，劉宏.2007.綜合物探方法在秦嶺探測(cè)隱伏鉛鋅礦中的應(yīng)用［J］.物探與化探，(4):320-322.