基于BMT测定的准噶尔盆地北部吐谷鲁群空间分布特征.pdf
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1、第 40 卷 第 2 期2024年 3月Uranium Geology铀矿地质Vol.40 No.2Mar.2024基于 BMT测定的准噶尔盆地北部吐谷鲁群空间分布特征牛禹1,2,3,王培建1,2,3,张正阳1,2,3,张伟1,2,3(1.核工业航测遥感中心,河北 石家庄 050061;2.中核集团铀资源地球物理勘查中心重点实验室,河北 石家庄 050061;3.河北航空探测和遥感技术重点实验室,河北 石家庄 050061)摘要 准噶尔盆地作为目前砂岩型铀矿找矿的主攻盆地之一,自 21世纪初在其北部地区始渐新统乌伦古河组中发现了工业铀矿化之后,近 20年来几乎未系统开展过铀矿找矿工作,因此对于
2、深部地层是否存在铀矿化仍不清楚。随着近年来我国铀矿找矿工作在准噶尔盆地北部地区的持续投入,在吐孜托依拉逆冲断裂上盘的下白垩统吐谷鲁群砂岩中发现层间氧化带,这说明该层可能存在较好的砂岩型铀矿。但在吐孜托依拉逆冲断裂下盘因下白垩统吐谷鲁群埋深较大,前人开展地质物探工作较少,故其埋深、厚度、分布范围等情况尚不明确。文章引入了宽频大地电磁测深方法,通过数据采集、处理,采用 Occam 反演技术,获得了可靠的反演电阻率断面,结合钻孔资料,通过地质解释,得到了下白垩统吐谷鲁群埋深图、厚度图等研究成果。获得的准噶尔盆地北部找矿目标层下白垩统吐谷鲁群空间分布特征,能够为研究区地质结构研究和圈定铀矿找矿前景有利
3、区域提供支撑。关键词 宽频大地电磁测深;准噶尔盆地北部;吐谷鲁群;电阻率文章编号 1000-0658(2024)02-0309-11 中图分类号 P631 文献标志码 A随着我国铀矿找矿工作向深部第二空间1的不断深入,准噶尔盆地作为目前砂岩型铀矿找矿的主攻盆地2,了解其深度地质结构,已成为燃眉之急。虽然 21 世纪初前人在准噶尔盆地北部的顶山地区始渐新统乌伦古河组中发现了工业铀矿化3,并对盆地北部、北西部铀成矿条件、层间氧化带与铀成矿关系4-5、古近系构造沉积耦合与铀成矿关系6、新生代构造活动特征及其对砂岩型铀矿的控制作用7、地球化学特征8-9、乌伦古河组古气候10等多个方面进行了研究,但深部
4、地层是否存在铀矿化仍不清楚。随着近年来核工业二一六大队在准噶尔盆地北部找矿工作的持续投入,在红砾山地区新发现了红砾山铀矿化点11,并在下白垩统吐谷鲁群中发现了铀矿化及层间氧化带,推测其是新的铀成矿有利层位,但其埋深、厚度、深部发育情况及空间分布特征等尚不明确。宽频大地电磁测深(Broadband Magnetotelluric,BMT)通过一次性采集全频段数据,同时得到深部和浅部地质信息。该方法具有野外施工简便,测量深度大,且对低阻层具有较高的分辨力等优点12-13。为了大致查明准噶尔盆地北部下白垩统吐谷鲁群发育情况,本次工作通过开展 BMT,得到高质量的电磁数据,后期利用 Occam 反演技
5、术得到反演电阻率断面,经与钻探结果进行对比,对电性层进行地质解释,初步确定了准噶尔盆地北部地区目标层埋深、厚度以及空间分布等特征,对该地区地质结构研究和铀矿勘查工作将起到积极作用。1 地质背景研究区位于准噶尔盆地北部乌伦古坳陷西部和陆梁隆起北部交汇处的红砾山地区。基底主要为泥盆系,岩性主要为中基性火山岩、凝灰岩、凝灰DOI:10.3969/j.issn.1000-0658.2024.40.027基金项目 中国核工业地质局项目“新疆福海县黄花沟地区宽频大地电磁测量”(编号:202206-7)资助。收稿日期 2024-01-29 改回日期 2024-02-20作者简介 牛禹(1983),男,高级工
6、程师,硕士研究生,主要从事电磁法铀矿勘探工作。E-mail: 牛禹铀 矿 地 质第 40 卷碎屑岩和碎屑岩。盖层主要有侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系,其中侏罗系主要发育辫状河流、三角洲、滨浅湖相砂泥岩沉积14;上白垩统红砾山组(K2h)在红砾山地区中部出露,岩性主要为红褐色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、浅灰绿色砂岩、含砾砂岩及红褐色砾岩,顶部富含钙质结核15。找矿目标层下白垩统吐谷鲁群(K1T)主要以三角洲前缘相为主,下部砂体主要为薄层中细粒砂岩,单层厚 10 m左右,泥岩夹层较多,砂体联通性差;上部为厚层中粗粒砂体,泥岩夹层少,发育次圆状泥砾,砂体联通性好,具备发育一定规模氧化带的先决条件
7、;古近系主要发育始渐新统乌伦古河组(E2-3w),与上白垩统红砾山组呈角度不整合接触,岩性为灰白色、黄褐色粗-中粒石英砂岩夹绿色、褐红色泥岩、砂质泥岩16;新近系主要为辫状河-曲流河-湖相,岩性以泥砂岩为主;第四系主要为各种砾石层、砂土、砾石、淤泥、盐渍化亚砂土、风成砂等。断裂构造主要为吐孜托依拉断裂,其为一大型逆冲兼走滑构造,走向北西西,倾向北北东,倾角 4050,西起德仑山,经黄花沟南、伦 2井断阶区至东准的克拉美丽地区,长 180 km17,西与克-夏断阶相接。岩浆岩主要分布于红砾山地区西北部德仑山一带,以华力西中期为主,侵入岩以深成岩为主,主要有闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩、花岗斑岩等(
8、图 1)。图 1 研究区构造位置(a)及准噶尔盆地北部红砾山地区地质图(b)Fig.1 Structure loaction(a)and geological map(b)of Honglishan area in the north of Junggar Basin1第四系;2新近系;3古近系;4白垩系;5侏罗系;6泥盆系;7石炭纪花岗岩;8地质界线;9不整合地质界线;10断裂;11铀矿(化)点;12施工钻孔;13测线及编号;14研究区位置。2 资料采集红砾山地区布置 BMT 测线 7 条,剖面总长度207 km,测线间距约 10 km,测点距 200 m(图 1)。野 外 数 据 采 集
9、使 用 加 拿 大 凤 凰 公 司 生 产 的MTU5A 卫星同步大地电磁仪和两台 RUX-3ER 接收机,采用张量四分量观测,单个采集站上同时观测两个方向的电场分量 Ex、Ey,一个排列观测一组磁场分量 Hx、Hy;Ex、Hx 布设方向与测线方向一致,Hy、Ey 布设方向与测线方向垂直(图 2)。用 GPS 同步,测量频点为 10 0000.1 Hz。310牛禹,等:基于 BMT测定的准噶尔盆地北部吐谷鲁群空间分布特征第 2期图 2 BMT野外布极示意图Fig.2 Schematic diagram of field BMT layout3 资料处理与反演3.1 预处理预处理是反演与解释的基
10、础,主要包括实测数据的解算与编辑和极化模式识别。首先用 SSMT2000 软件将原始时间域数据转化为频率域数据,计算出每个测点不同频率的阻抗张量,进而求取视电阻率及阻抗相位,然后用 MTeditor软件对每个测点 XY、YX 方向视电阻率曲线进行功率谱编辑(图 3)。考虑到曲线类型沿剖面应有规律变化,对发生突变的曲线应与附近测点、邻近测线的资料进行对比,结合地质资料分析曲线的突变与地质因素有关还是与非地质因素有关。最终使 XY和 YX 曲线类型沿剖面规律变化,为 TE、TM 极化方式判别、静校正和编辑做准备。图 3 频谱编辑前后视电阻率(上)、阻抗相位(下)曲线对比图Fig.3 Compari
11、son of apparent resistivity(upper)and impedance phase(lower)curves before and after spectrum edited不同极化模式资料所应用二维反演原理不尽相同。由于地下地质构造的非一维性,使得不同方向的实测视电阻率相互有差异。大地电磁测深勘探的野外处理中通常会把所测的原始资料采用旋转方法变换到电性主轴方向上,计算出该方向上的xy和 yx。张量阻抗主轴方向有 45的不确定性,野 311铀 矿 地 质第 40 卷外采集的曲线经常是两种极化模式的曲线混在一起,旋转方向可能与实际地质构造走向一致,也可能相互垂直。为了便于
12、资料的处理解释,必须进行模式判别,使实测的 xy和 yx分别判别归位成 TE 和TM 极化方式。本次研究对于每条测线电性主轴方位进行了统计(图 4)。根据每条测线的电性主轴方位,数据预处理中,按 Zxy最大方位对其进行了旋转处理(图 5)。图 4 各测线电性主轴方位统计玫瑰图Fig.4 Rose chart of electrical spindle orientation statistics for each measurement line图 5 电性主轴方位旋转前后视电阻率和阻抗相位曲线对比Fig.5 Comparison of apparent resistivity and imp
13、edance phase curves before and after electrical spindle azimuth rotation XY YX 312牛禹,等:基于 BMT测定的准噶尔盆地北部吐谷鲁群空间分布特征第 2期3.2 反演在预处理完成后,进行数据的反演处理。选择反演方法主要是考虑研究区地电特征与具体的反演效果。本次选择 Occam反演方法进行反演。通过与已知钻孔资料对比分析可知,该方法可以揭示地下电性层起伏形态,电阻率变化特征与电测井曲线吻合较好,所以选择 Occam反演方法,初始模型选取2D Moving average of data、首层厚度选取 25 m、圆滑系
14、数为 0.5,迭代次数为 16次进行反演。4 地层结构分析4.1 电性层标定解释通过对红砾山地区钻孔测井电阻率统计可知:第四系测井电阻率值为52 m,相对高阻特征;乌伦古河组测井电阻率值为14 m,相对中高阻特征;红砾山组泥岩测井电阻率值为5.6 m,相对低阻特征;找矿目标层吐谷鲁群砂岩电阻率为10.8 m,相对中高阻特征;侏罗系测井电阻率为23 m,相对中高阻特征;基底泥盆系测井电阻率为183 m,相对高阻特征(图 6,表 1)。图 6 红砾山地区盖层岩石测井电阻率Fig.6 Statistical chart of logging resistivity of cover rock in
15、the Honglishan area表 1ZKH6001孔揭露地层平均电阻率Table 1 Statistics of the average resistivity of strata exposed by borehole ZKH6001地层代号平均电阻率/mQ52E2-3w14K2h5.6K1T10.8J23D183通过不同钻孔之间的对比可知:红砾山地区基底电阻率大于盖层电阻率,盖层中砾岩、砂砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩电阻率依次降低。根据收集到的红砾山地区东部钻孔(ZKH5001和 ZKH6001)和西部钻孔(ZK18001 和 ZK18003)的资料,结合其揭露情况和
16、测井电阻率曲线特征,本次将断面图中电性层划分为 10 个,其中第 1 至第 3电性层为新生界的反映;第 4 至第 9 电性层为中生界的反映;第 10 电性层为基底的反映,有些电性层在不同地段有缺失(图 7,表 2)。4.2 断面解释由反演电阻率与地质推断解释断面可见,在平距 23 200 m处,反演电阻率断面图出现低阻带、梯度带,推断解释为断裂 F4,倾向 NW,倾角约 70,其性质为逆断裂,切穿地层为“古生界白垩系”(图 8)。反演电阻率断面自上至下整体可以分为 9个电性层,其中第 1电性层缺失。第 2、第 3 电性层表现为中低阻特征,在整个断面图顶部均有分布,在横向上整体呈水平层状展布,结
17、合钻孔资料推断解释为始渐新统乌伦古河组泥岩、砂岩、砂砾岩,厚度约为 260 m。第 4电性层分布于 12 70023 200 m 段,整体呈楔形展布的中阻层,推断解释为上白垩统红砾山组砾岩、砂岩的综合反映,受断裂 F4的影响抬升消失。第 5 电性层分布于 024 000 m 段,整体呈透镜状、串珠状、近水平展布的低阻层,推断解释为上白 313铀 矿 地 质第 40 卷图 7 红砾山地区东部(a)和西部(b)反演电阻率断面与钻孔揭露情况对比Fig.7 Comparison of resistivity deducted section(a)and the drilling exposured s
18、ection(b)in the Honglishan area1第四系;2始渐新统乌伦古河组;3上白垩统红砾山组;4下白垩统吐谷鲁群;5侏罗系;6古生界;7电性层界线;8推断断裂及编号;9钻孔测井电阻率曲线及钻孔编号;10电性层编号。表 2 红砾山地区电性层及地层(岩性)对应关系Table 2 Corresponding relationship between electrical layer and strata(lithology)in the Honglishan area电性层反演电阻率/m大于 20顶小于 20底小于 10顶大于 10底大于 8812小于 8大于 8小于 88121
19、280大于 80电性层特征中高阻低阻中阻中阻低阻中阻低阻中高阻中高阻高阻岩性松散砂砾、砂岩泥岩砂岩、砂砾岩砾岩、砂岩泥、沙互岩砂岩、砾岩(含薄层钙质砂岩)细砂岩、泥岩等粗砂岩、底砾岩泥岩、砂岩(含煤线、煤层)凝灰岩花岗岩对应地层第四系(Q)索索泉组(N1ss)乌伦古河组(E2-3w)红砾山组(K2h)吐谷鲁群(K1T)侏罗系(J)泥盆系地质年代CzMzPz垩统红砾山组泥岩、砂岩的综合反映,受断裂 F4的影响抬升消失。第 6 电性层分布于 023 200 m 段,整体呈透镜状、串珠状、近水平展布的中阻层,在断裂 F4以南沉积稳定,厚度变化不大(200480 m),断裂 F4以北抬升消失,推断解释
20、为下白垩统吐谷鲁群砂岩、砾岩的综合反映。第 7 电性层分布于 023 200 m 段,整体呈透镜状近水平展布的低阻层,在断裂 F4以南厚度较大(240630 m),沉积稳定,断裂 F4以北,埋深与厚度逐渐变小,尖灭于 25 600 m处,推断解释为下白垩统吐谷鲁群含泥砂岩、砂岩的综合反映。第 8 电性层呈中高阻特征,断裂 F4以南厚度较薄,约 30120 m,断裂 F4以北厚度由南(约 480 m)向北逐渐变薄,并尖灭于 26 100 m处,推断解释为下白垩统吐谷鲁群粗砂岩、底砾岩的综合反映。314牛禹,等:基于 BMT测定的准噶尔盆地北部吐谷鲁群空间分布特征第 2期第 9 电性层总体位于反演
21、电阻率断面中下部,整体呈水平层状展布,断裂 F4以南沉积稳定,厚度约 440500 m,01 400 m 段本次未探测到其底界面,厚度不详;断裂 F4以北厚度变薄约 120 m,并尖灭于 26 300 m处,推断解释为侏罗系的综合反映。第 10 电性层只在 1 400 m 之后有所显示,推断解释为基底(泥盆系凝灰岩和花岗岩)的综合反映,从反演电阻率断面图可以看出,基底从南向北,埋深由大于 2 000 m逐渐变浅,直至出露地表。4.3 吐谷鲁群空间分布特征红砾山地区找矿目标层下白垩统吐谷鲁群广泛分布,其中 L04线北部缺失,德仑山山前地段出露地表,由底界面等深图可知,底板标高在-1 500500
22、 m,整 体 呈“南 高 北 低,西 高 东 低”的 特征(图 9)。在断裂 F4上盘,顶界面埋深 0300 m;在 L02线以东地段,目标层埋深自北向南逐渐增大,其中在红砾山矿化点南部约 10 km 处,找矿目标层顶界面埋深大于 600 m;红砾山地区西部断裂 F4下盘,自北至南,其埋深在 300450 m 左右,红砾山地区中南部,在断裂 F4下盘,自西向东埋深呈“浅-深-浅-深-浅”的特征(图10)。图 8 L02线反演电阻率与地质推断解释断面Fig.8 Electronic resistivity deduced section along line L02 and the geolog
23、y interpreted section 1新生界;2上白垩统红砾山组;3下白垩统吐谷鲁群砂岩;4下白垩统吐谷鲁群含泥砂岩;5侏罗系;6古生界;7推断岩性界线;8推断不整合地质界线;9推断断裂及编号;10钻孔及编号。315铀 矿 地 质第 40 卷图 9 红砾山地区下白垩统吐谷鲁群底界面等深图Fig.9 Contour map of the bottom interface of the Lower Cretaceous Tugulu Group in Honglishan area1测线及编号;2推断断裂及编号。图 10 红砾山地区下白垩统吐谷鲁群顶界面埋深等值线平面图Fig.10 Bur
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