伍顯紅，許第橋，李茂

(1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002； 2.中核集團鈾資源地球物理勘查技術中心(重點實驗室)，河北 石家莊 050002)

0 引言

“十五”以來，隨著我國鈾礦找礦工作向深部“第二空間”的不斷深入，對深部地質探測技術提出了更高的要求與挑戰(zhàn)，如盆地個別次級構造單元中需解決1 500～2 000 m深的蓋層結構、基底構造與目的層砂體發(fā)育特征以及斷裂構造等地質問題[1-3]，而目前鈾資源評價中常采用的可控源音頻大地電磁法(CSAMT)、高頻大地電磁法(EH-4/AMT)等深部地質探測技術，因方法本身存在的諸如場源引起的近區(qū)效應、頻帶窄、頻點稀等技術問題，以及某些覆蓋區(qū)厚低阻層(如松遼盆地北部、二連盆地)對電磁波的吸附效應，造成上述方法在實際應用中出現探測深度偏淺、分辨率低、巖性分層效果差等情況[4-5]，有時難以達到地質目標任務的預期。因此，為適應新時代鈾資源評價工作對深部地質勘查技術的新需求，拓展新技術、新方法、新儀器的應用，不斷提升深部地質探測能力就十分必要，且勢在必行。

寬頻大地電磁法(BMT)通過寬頻(10-2～104Hz)數據采集，基本實現AMT和MT同步采集，在有限的時間內既獲得了較為豐富的數據資料，又提高了探測深度與精度[6-7]。基于二連盆地砂巖型鈾礦大基地建設以及鈾礦資源勘查與評價需要，為提升鈾礦勘查效果與效益，在盆地滿都拉圖地區(qū)開展了寬頻大地電磁法(BMT)試驗應用，以期整體提高對盆地深部的地質探測能力，為區(qū)內鈾礦資源勘查與評價提供有效的技術支撐。

1 方法簡介及探測頻率范圍對比

BMT的基本原理(圖1)與MT和AMT的測量原理相同，依據不同頻率的電磁波在導體中具有不同的趨膚深度，在地表測量由高頻至低頻的地球電磁響應序列，經過相關的數據處理和分析來獲得大地由淺至深的電性結構。

圖1 BMT原理示意[8]

BMT與EH-4/AMT、 MT均為天然場采集方法，不需要人工場源，只是頻率范圍不同，從而引起其探測深度和分層精度不同。4種方法數據采集頻率范圍如圖2所示。

圖2 不同電磁法探測頻率范圍示意

EH-4/AMT數據采集頻率范圍為10～100 kHz，CSAMT數據采集頻率一般為0.5～10 kHz，MT數據采集頻率范圍在10-3～340 Hz。而BMT數據的采集頻率范圍，根據鈾礦勘查工作需求初步設定在10-2～10 kHz，可同時兼顧EH-4/AMT的中高頻段與MT低頻段，增大了深部信息。

CSAMT采用的是人工場源，其優(yōu)點是信號強、穩(wěn)定、抗干擾強，但易受近場影響。由于受收發(fā)距及發(fā)射電流的限制，對于盆地中大于1 000 m的厚覆蓋區(qū)，小于1.0 Hz的頻點因電磁場信噪比低，采集的數據已基本不可信，因此其低頻段相較于BMT要窄。

MT單個測點數據采集耗時最長，探測深度最大，但淺部為盲區(qū)；EH-4/AMT最低頻率最高，單個測點數據采集耗時最短，探測深度最淺，但淺部信息豐富；CSAMT探測深度中等，單個測點數據采集耗時較短，且中淺部信息豐富；BMT具有MT和AMT的雙重優(yōu)點，探測深度較大，是一種深部和中淺部兼顧的電磁方法[8-9]。

2 試驗區(qū)地質概況及巖石電阻率特征

試驗區(qū)位于烏蘭察布坳陷的北東部次級構造單元準棚凹陷中。根據鉆探及周邊地質資料[10]，基底地層主要由古元古界、新元古界、上古生界、下古生界及加里東—燕山期侵入巖組成，沉積蓋層包括下白堊統、古近系始新統、新近系和第四系(圖3)。

圖3 試驗區(qū)地質簡圖

下白堊統包括阿爾善組、騰格爾組和賽漢組，其中賽漢組為本坳陷主要的含礦層位。阿爾善組(K1a)主要發(fā)育沖積扇和扇三角洲沉積體系，巖性為紫色、灰白色礫巖、含泥砂質礫巖夾灰綠色、棕紅色、深灰色泥巖。騰格爾組(K1t)主要為湖相沉積，巖性為砂巖、砂礫巖及深灰色泥巖。賽漢組(K1s)主要為一套河流—沼澤相沉積，與下伏騰格爾組和上覆地層均呈不整合接觸。其下段為灰色泥巖夾炭質泥巖和褐煤層，在底部見砂質礫巖層；上段為綠灰色、灰色砂質礫巖、含礫砂巖夾灰色或棕紅色泥巖，是二連盆地主要找礦目的層。

古近系始新統(E2)巖性主要為灰綠色砂巖、砂質礫巖、泥巖，并夾有磚紅色砂質泥巖及灰黃色、灰白色砂巖、砂質礫巖。

新近系包括中新統通谷爾組(N1t)與上新統寶格達拉組(N2b)。中新統下部巖性以淺黃色、灰白色、淺灰綠色含礫粗砂巖、砂質礫巖為主；上部為灰白色砂巖與雜色泥巖互層，局部夾有泥灰?guī)r。上新統以洪泛沉積為主，巖性主要由褐紅、淺紅、淺綠、黃綠色塊狀泥巖、粉砂巖組成，局部夾薄層砂巖、泥礫巖，通?？梢娾}質結核、錳質斑點和結核，植物根系等，厚度穩(wěn)定。

第四系主要為風成砂、礫巖。

斷裂與褶皺構造在老地層中較發(fā)育，構造線方向以NE向為主，NW向其次，凹陷中構造形跡不明顯。

表1為近年來核工業(yè)二〇八大隊二連盆地鉆孔測井電阻率資料統計結果[11-12]。由表可見：①第四系沉積物的電阻率變化較大，整體表現為相對中高阻特征，但其分布較為局限，厚度一般小于10 m。②新近系與古近系整體表現為相對中高阻特征。③下白堊統賽漢組上段以砂巖為主，表現為相對中阻特征；下段以細粒沉積物為主，表現為相對低阻特征。下白堊統阿爾善組與騰格爾組主要為砂巖夾泥巖、粉砂巖，由于巖石埋藏深及壓實作用，整體表現為相對中阻特征。④前白堊紀基底變質巖與火成巖類電阻率均較高，整體表現為高阻特征。由此可見，試驗區(qū)地電特征明顯，為方法試驗提供了物性基礎。

表1 巖石電性參數測量統計

3 測量裝置與參數測試

3.1 數據采集裝置

使用儀器為MTU-5A多功能電法儀2套，包括MTU-5A盒子2臺，MTU-2EA盒子4臺，MTC-150L寬頻磁信號傳感器4個。

BMT測量裝置與AMT、MT布極方式相同，采用“一拖二”張量觀測方式，即1臺MTU-5A帶2臺MTU-3EA盒子。MTU-5A上測量2個電道和2個磁道，MTU-3EA盒子只測2個電道，磁道與MTU-5A共用(圖4)；Ex、Hx方向與測線方向一致，Ey、Hy方向與測線方向垂直。布極方位采用森林羅盤儀測定，布極方位誤差小于1°；測距儀測量電極距(MN=50 m)，極距誤差小于1%。

圖4 BMT測量集裝置示意

3.2 采集時間及最低頻率選擇試驗

為確保有效探測深度達到1 500～2 000 m的要求，在試驗區(qū)準棚凹陷中心E14-5號鉆孔旁進行了數據采集測試，測試時間為連續(xù)觀測10 h。考慮到方法工作效率與效益，分別提取了40 min、60 min、80 min 3個不同觀測時段得到的視電阻率測深曲線。如圖5所示，3個不同觀測時段的測深曲線形態(tài)基本相同，103～105Hz為天然場盲區(qū)，信號不佳，測深曲線連續(xù)性相對較差，由于為淺部信息，數據處理中通過圓滑可基本消除對資料解釋結果的影響；10-1～100Hz為天然場較弱，僅有個別跳點，曲線基本連續(xù)，經綜合考慮，選取本次方法試驗的數據采集觀測時間為60 min。

圖5 3個時段的視電阻率測深曲線對比

同時,根據測深電阻率初步統計：100～105Hz的平均視電阻率為6.9 Ω·m，經理論公式計算，最低探測頻率100Hz的最大探測深度為935.0 m；而10-1～105Hz的平均視電阻率為7.4 Ω·m，最低探測頻率10-1Hz的最大探測深度為3 062 m。因此，為確保達到測深要求，通過方法試驗，最終確定最低探測頻率為10-1Hz。

3.3 試驗剖面布置

根據試驗區(qū)主構造線呈NE走向以及收集的已知鉆孔與淺層地震勘探剖面位置，布置NW向BMT試驗剖面2條(圖3)，點距100 m，方向142°。BSY01剖面基本與2010年核工業(yè)航測遙感中心施工的D01淺層地震勘探剖面位置與方向基本一致，剖面長8.0 km，測點共81個。BSY02剖面穿過E14-5與E14-8兩個鉆孔，剖面長10.2 km，測點共103個。

3.4 數據處理

數據處理包括預處理與反演處理。預處理主要由SSMT2000和MtEditor軟件完成。通過SSMT2000軟件將原始時間域數據轉化為頻率域數據，并對頻率域數據在MtEditor軟件下進行編輯，為下一步數據反演處理做準備。

反演處理采用經過靜態(tài)校正處理后的TM+TE模式數據，由Zonge公司商業(yè)化軟件SCS2D完成。根據已知鉆孔與淺層地震資料的反復對比，最終確定了本次試驗數據反演的主要參數[13]，即初始電阻率模型為二維平滑模型，第一層網格40 m，圓滑系數為0.4。

4 試驗效果分析

4.1 BSY01剖面

BSY01剖面位于試驗區(qū)北東部，地表出露新近系中新統(N1t)與上新統(N2b)。圖6為BSY01剖面反演電阻率及地質解釋斷面與淺層地震D01線疊加深度解釋剖面，為便于對比，將電性斷面的深度切到D01剖面的解釋深度。

圖6a為淺層地震勘探解釋剖面[14]?；诜瓷洳ㄐ魏筒ńM特征對比、追蹤，結合地質、物探、鉆孔等資料分析，推斷了標準反射層2個(T0和Tg)、層序界面2個(T1和T2)，在此基礎上確定了各地震層序與地層的對應關系。其次，根據反射波特征推斷斷裂構造一條(F11)，該斷裂為準棚凹陷北西側的邊界控制斷裂。T0層之上為微弱或空白反射，厚度40～50 m，為新近系地層。T1層為下白堊統賽漢組(K1s)與騰格爾組(K1t)之間的分界面；T2層為下白堊統騰格爾組(K1t)與阿爾善組(K1a)之間的分界面， T1與T2均為層序級界面；Tg層為超層序級界面，為前白堊紀基底的分界面。

圖6 D01線地震疊加深度剖面[14](a)與BSY01線反演電阻率斷面(b)

由圖6b可見，反演電阻率斷面由淺至深，整體反映為明顯的相對“中阻—低阻夾中阻—中阻—高阻”4層電性結構特征。第一電性層：位于斷面頂部，反演電阻率大于6 Ω·m，等值線呈水平層狀連續(xù)分布，表現為相對中阻特征，厚度40～50 m，推斷為新近系砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖的綜合反映。第二電性層：反演電阻率小于6 Ω·m，厚度210～600 m，解釋為下白堊統賽漢組泥巖、砂質泥巖夾砂巖的綜合反映；在該電性層的上部，分布有反演電阻率大于6 Ω·m的長條狀、透鏡狀相對中阻體，解釋為下白堊統賽漢組上段以砂巖、砂質礫巖及含礫砂巖為主的沉積層。第三電性層：反演電阻率為6～25 Ω·m，分布連續(xù)穩(wěn)定，表現為中阻特征，厚度250～600 m，解釋為下白堊統騰格爾組和阿爾善組砂巖、砂質礫巖夾泥巖的綜合反映。第四電性層：位于斷面底部，反演電阻率大于25 Ω·m，解釋為前白堊紀基底。其次，解釋F11斷裂一條，主要表現為向深部延伸的醒目低阻帶，這與淺層地震資料解釋結果基本吻合。

資料對比分析可見，BMT與淺層地震勘探資料的解釋結果基本一致，尤其是前白堊紀基底與新近系以及F11斷裂的解釋結果，只是下白堊統騰格爾組與阿爾善組電性相近，BMT資料進行了合并解釋，其分層效果不如淺層地震勘探精細；其次是BMT資料反映的下白堊統賽漢組局部地段偏厚，與淺層地震勘探資料的解釋結果稍有差異。

4.2 BSY02剖面資料分析

BSY02剖面位于試驗區(qū)南西部，地表出露的地層為古近系始新統(E2)、新近系中新統(N1t)與上新統(N2b)，平距450 m與9 420 m分別為收集的E14-5、E14-8鉆孔。圖7為該剖面的反演電阻率斷面及其地質解釋。

圖7 BSY02線反演電阻率斷面及其地質解釋

由圖可見，斷面電性特征與BSY01試驗剖面基本一致，由淺至深電阻率斷面整體反映為明顯的相對“中阻—低阻夾中阻—中阻—高阻”4層電性結構特征。第一電性層位于斷面頂部，呈水平層狀連續(xù)分布，電阻率大于6 Ω·m，為相對中阻，厚度為30～50 m，解釋為古近系與新近系砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖的綜合反映。第二電性層的電阻率小于6 Ω·m，其厚度整體表現為北西與南東端薄、中部厚的連續(xù)分布特征，最小厚度約200，中部最大厚度達1 400 m，解釋為下白堊統賽漢組泥巖、砂質泥巖夾砂巖的綜合反映；在該電性層的上部，一樣存在電阻率大于6 Ω·m的中阻體，解釋為下白堊統賽漢組上段的沉積層。第三電性層分布于斷面平距0.4～10.2 km，反演電阻率6～25 Ω·m，分布連續(xù)，中部未探測到底板，表現為相對中阻特征，解釋為下白堊統騰格爾組和阿爾善組砂巖、砂質礫巖夾泥巖的綜合反映。第四電性層斷續(xù)分布于斷面底部平距0.4～1.7 km與7.6～10.2 km段，反演電阻率大于25 Ω·m，解釋為前白堊紀基底。

其次，解釋F11斷裂構造一條，主要反映為反演電阻率等值線密集帶，該斷裂為準棚凹陷北西側的邊界控制斷裂。

4.3 鉆孔資料對比分析

本次試驗區(qū)僅收集E14-5與E14-8兩個鉆孔[15]，分別位于試驗剖面BSY02平距450、9 420 m處，其揭露深度相對較淺，均未揭穿下白堊統賽漢組(圖8)。

E14-5鉆孔揭露深度287.41 m。其中，0～38 m為古近系與新近系，測井電阻率表現為相對中阻特征；38～68 m為賽漢組上段砂巖、泥巖，測井電阻率表現為相對低阻特征；68～260 m為賽漢組上段砂巖、中粗粒砂巖、砂質礫巖和含礫中粗粒砂巖，測井電阻率表現為相對中阻特征；260～287.41 m為賽漢組下段泥巖、砂質泥巖，測井電阻率表現為相對低阻特征。

E14-8鉆孔揭露深度178.35 m，未揭露到賽漢組下段。其中，0～27 m為古近系與新近系地層，測井電阻率呈現相對中阻；27～70 m為賽漢組上段砂巖、泥巖，為相對低阻層；70～178.35 m為賽漢組上段砂巖、中粗粒砂巖、砂質礫巖和含礫中粗砂巖，為相對中阻層。

為便于對比，將孔旁的反演電阻率斷面縱向深度切到略大于鉆孔的揭露深度。由圖8可見，E14-5與E14-8兩個鉆孔旁的反演電阻率斷面均反映出相對“中阻—低阻—中阻—低阻”4層電性結構特征，其解釋結果與鉆孔揭露情況基本一致，論證了BMT分層效果的可靠性與有效性。

1—古近系、新近系；2—賽漢組上段；3—賽漢組下段；4—巖性界線；5—地質界線

5 結論

1) BMT測試結果表明，為兼顧工作效率與效益，數據采集最低頻率設定在0.10 Hz、觀測時間為60 min，可確保二連盆地探測深度達到1 500～2 000 m，滿足地質任務的需要。

2) BMT資料解釋成果與淺層地震勘探結果以及已知鉆孔揭露情況基本一致，但分層效果不如淺層地震勘探精細。

3) 資料對比分析表明，BMT在解決盆地蓋層結構、基底構造與目的層砂體發(fā)育特征等地質問題上具有可行性，論證了方法的有效性。

4) BMT具有MT和AMT的雙重優(yōu)點，探測深度較大，巖性分層效果較好，作為一種中淺部和深部兼顧的大深度探測技術，在我國新時期的鈾資源評價中將發(fā)揮積極的作用。