研究区位于华北陆块北缘中段、燕辽成矿带西段东缘, 是华北陆块北缘地台区和兴蒙海西褶皱系两个不同构造单元的邻接部位(图1)。受长期活动的天山— 阴山— 燕山东西向复杂构造带与中生代以来发育的大兴安岭北东向构造岩浆带的复合交切作用, 研究区构造活动强烈、成矿作用复杂。

研究区出露地层主要有中生界上侏罗统张家口组(J₃z), 下白垩统大北沟组(K₁d)、花吉营组(K₁h)和第四系(Q), 地层总体呈北东向展布, 具有南部发育, 往北变薄的特点, 见图1^[3]。上侏罗统张家口组(J₃z)在研究区大范围出露, 岩性组合主要为流纹质多晶屑凝灰岩、熔结凝灰岩、晶屑玻屑熔结凝灰岩、火山角砾岩及流纹岩等。下白垩统大北沟组(K₁d)主要分布于研究区东南部, 岩性组合主要为凝灰质粉砂岩、页岩和砾岩。下白垩统花吉营组(K₁h)主要分布于研究区东南部, 呈北东向展布, 岩性组合主要为凝灰质砂岩、沉凝灰岩、气孔杏仁状安山岩、玄武安山岩。第四系(Q)主要沿沟谷分布, 多为冲积、洪积物, 厚度一般小于50 m。

图1

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	图1 研究区大地构造位置略图(资料来源:核工业二四三大队)

岩浆岩主要为白垩世大北沟旋回安山玢岩, 沿断裂F₄₅展布, 形成于燕山运动早白垩世大北沟期, 侵入于张家口组地层中, 接触带发育有硅化、粘土化等。

研究区内构造形式、构造期次复杂多样, 北东向、北西向构造占主导地位, 构造形式以断裂为主。

研究区内各类岩石标本的物性测定结果见表1^[3]。

由表1清晰可见, 岩石物性具有以下特征:

1) 下白垩统花吉营组安山岩呈中阻强磁的特征、凝灰岩呈低阻弱磁的特征、玄武岩呈低阻中等磁性的特征;

2) 上侏罗统张家口组凝灰岩呈低阻弱磁的特征;

3) 燕山晚期安山玢岩呈高阻强磁的特征。

上述岩石电、磁性差异为本次物探工作的开展提供了物性前提。

表1

表1

表1 研究区岩石物性参数统计 地层/岩体 岩性 标本块数 磁化率κ /10-5 SI 电阻率/(Ω · m) 变化范围 常见值 变化范围 常见值 安山岩 30 157.88~4918.57 1976.81 457.88~2618.57 1674.22 K1h 凝灰岩 30 61.00~280.30 145.50 61.00~705.30 245.50 玄武岩 30 19.99~2717.32 502.97 124.46~617.32 302.34 J3z 凝灰岩 30 24.98~966.26 293.15 124.06~966.26 393.15 燕山晚期 安山玢岩 50 1194.34~27357.35 4091.65 1392.34~8978.35 3566.23

表1 研究区岩石物性参数统计

CSAMT测量数据处理主要包括预处理、静态位移校正、远区数据频点的选择及反演处理等几个方面。预处理主要是检查原始数据的误差和噪声并对其进行编辑。静态位移校正主要消除由地表的电性不均匀体所引起的假异常, 笔者采用首支重合法和空间滤波法相结合的方式。结合近区数据卡尼亚电阻率值在电阻率— 频率双对数图上呈45° 直线上升、阻抗相位接近于0° 的特征(图3), 本次选择远区数据频点64~9 600 Hz参与反演。经上述数据选择及数据处理后, 最终采用MTSOFT2D软件进行非线性共轭梯度二维反演。

磁测数据处理的目的是压制干扰, 增强有效信息, 为地质解释提供物探依据。实测磁异常是地下不同磁性场源在地表磁场的综合反映, 显示出一种凌乱复杂的叠加异常形态。因此, 需要使用一些恰当的数学方法对原始资料进行处理变换, 使资料的信息量增加, 分辨力增强, 也即使磁异常与场源磁性体的对应关系更加清晰、明朗和直观。包括日变改正、正常场改正、磁异常值计算、化极、延拓等内容。

图3

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	图3 1 750 m处过钻孔测点视电阻率(上)及阻抗相位(下)实测曲线

试验剖面位于研究区中部, 1 750 m处过ZKW1, 结合过钻孔测点视电阻率及阻抗相位实测曲线(图3)分析, 可见纵向电性明显反映为3个电性层, 再综合反演电阻率断面、磁测Δ T剖面数据及钻孔地质剖面(图4~5)分析可以得到:第四系残坡积物呈低阻特征, 上侏罗统张家口组凝灰岩呈低阻弱磁特征, 燕山晚期安山玢岩呈高阻强磁特征, 断裂的物探异常表现为低阻带、等值线的梯度带及Δ T的磁异常梯度带或尖峰正负磁异常。

图4

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	图4 研究区试验剖面综合剖面

图5

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	图5 钻孔资料及地质剖面示意(资料来源:核工业二四三大队)

通过已知钻孔勘探线^[17]与CSAMT测量反演电阻率断面及地面高精度磁测Δ T剖面图比对分析, 结合区内实测岩石标本的物性特征, 及野外观察到的地层出露情况, 建立研究区综合断面图解释标志如下:

1) 反演电阻率介于200~1 000 Ω · m之间的似层状中低阻相间电性层, 对应Δ T剖面呈剧烈跳变的正负磁异常, 解释为下白垩统花吉营组安山岩、玄武岩及凝灰岩的综合反映; 其中电阻率大于400 Ω · m的团块状高阻, 对应Δ T剖面呈正磁异常, 解释为花吉营组安山岩; 电阻率小于400 Ω · m的低阻, 对应Δ T剖面呈正负跳变磁异常, 解释为花吉营组玄武岩及凝灰岩;

2) 反演电阻率小于400 Ω · m的低阻层, 对应Δ T剖面呈弱负磁异常, 解释为上侏罗统张家口组的凝灰岩;

3) 反演电阻率大于400 Ω · m的高阻体, 对应Δ T剖面呈强正磁异常或剧烈跳变正负磁异常, 解释为燕山晚期安山玢岩;

4) 断面图中, 附近有断裂通过, 反演电阻率小于200 Ω · m的低阻体, 同时Δ T剖面对应位置出现强正磁异常, 解释为粗安斑岩;

5) 断面图中反演电阻率出现的舌状低阻带、等值线梯度变化密集带, 或Δ T剖面平面图中线性正磁异常、负磁异常带或不同磁场面貌分界线, 解释为断裂。

研究区共完成CSAMT测线6条, 磁法测线57条, 下面选取研究区中部L04线综合解释断面图进行分析、解释。

L04线位于工作区的中部, 测线长4 850 m, 方向为90° ; 起点位于第四系, 自西向东依次穿过燕山晚期安山玢岩、上侏罗统张家口组、下白垩统花吉营组, 终点位于下上侏罗统张家口组。距离2 000 m处, 过ZKW2。

该测线反演电阻率呈两端低、中间高的特点; Δ T剖面除有三处磁场变化较明显的地段外, 整体表现为平稳磁场特征(图4)。

共推断解释断裂5条, 自西往东分别为F₁、F₃、F₄₆、F₁₁及F₅。距离200 m处为一等值线梯度密集带, 对应Δ T剖面为磁异常梯度带, 推断为断裂F₁通过之处; 该断裂为倾向东的正断层, 下延深度约700 m。距离1 100 m处, 为一低阻带, 同时切穿高阻, 对应Δ T剖面为尖峰负磁异常, 推断为F₃通过之处; 该断裂为倾向西的正断层, 下延深度大于800 m。距离3 200 m处为反演电阻率等值线变化密集带, 对应Δ T剖面为尖峰正磁异常, 推断为断裂F₄₆通过之处; 该断裂倾向东, 下延深度大于800 m。距离4 600 m处为一等值线梯度变化密集带, 对应Δ T剖面为尖峰负磁异常, 推断为断裂F₁₁通过之处; 该断裂为倾向西的正断层, 下延深度约600 m。距离 4 700 m处为一等值线梯度变化密集带, 对应Δ T剖面为磁异常梯度带, 推断为断裂F₅通过之处; 该断裂为倾向东的正断层, 下延深度约大于700 m。

图6

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	图6 L04线综合解释断面

以断裂F₃、F₄₆、F₅为界, 可将整个断面分为4段。

第一段为断裂F₃以西, 可以分为3层。第一层为测线平距700 m至F₃、标高约1 200 m以上的低阻区域, 电阻率小于400 Ω · m, 对应Δ T剖面为平稳负磁异常, 解释为上侏罗统张家口组凝灰岩。第二层为高低阻相间分布的电性层, 对应Δ T剖面为剧烈跳变正负磁异常, 解释为燕山晚期安山玢岩。第三层为大致标高1 300 m以下的低阻层, 电阻率一般小于400 Ω · m, 解释为上侏罗统张家口组凝灰岩。

第二段为断裂F₃与断裂F₄₆之间, 可分为两层。第一层为近地表的低阻层, 厚度一般小于200 m, 电阻率一般小于400 Ω · m, 解释为上侏罗统张家口组凝灰岩。第二层为深部的高阻层, 电阻率一般大于400 Ω · m, 对应Δ T剖面为平稳正磁异常, 解释为燕山晚期安山玢岩; 电阻率等值线宽缓圆滑, 对应Δ T剖面曲线变化较为平稳, 推断安山玢岩岩石较为完整。

第三段为断裂F₄₆与断裂F₅之间, 可分为两层。第一层为标高1 080 m以上的区域, 为团块状中阻相间分布的中阻层, 电阻率一般介于400~1 000 Ω · m之间, 厚度一般小于250 m, Δ T剖面为平稳负磁异常, 解释为下白垩统花吉营组; 其团块状中阻解释为安山岩团块, 其余低阻区域解释为凝灰质砂岩、沉凝灰岩。第二层为深部的低阻层, 电阻率一般小于400 Ω · m, 解释为上侏罗统张家口组凝灰岩。

第四段为F₅的东侧, 为一低阻层, 电阻率一般小于200 Ω · m, 对应Δ T剖面为强正磁异常, 结合地表出露情况及磁法测量结果:在测线末端往南约500 m出露有粗安斑岩, 磁法测量结果显示其Δ T呈强正磁异常, 且异常区穿过了L04线, 因此解释该区段为粗安斑岩的反映。

将上述物探解释成果与钻孔ZKW2进行了对比, 得出高阻强磁区反映的安山玢岩与已知地质情况基本吻合, 并且在安山玢岩内外接触带揭露到铀矿化。

磁异常向上延拓可以压制浅部不均匀场源的干扰, 突出深源异常和区域异常, 研究不同深度磁异常的变化, 从而了解磁异常的空间变化规律, 揭示深部构造信息。小高度延拓主要作用是压制浅部干扰, 大高度延拓主要作用是显示磁场的区域背景^[16]。根据项目的目的任务, 为了解岩体、构造的深部地质信息, 本次对Δ T化极后的数据进行了向上延拓处理。由图可知, 上延50 m后串珠状、团块状的弱正(负)磁异常明显减少, 等值线变得光滑, 即浅部异常得到明显消弱。结合Δ T等值线及其延拓图, 进行磁场分区, 由图6、7可知, 全区磁场呈北强南弱、南部磁场自西往东呈弱— 强— 弱— 强分布特征。根据磁场面貌, 分为5个区, 编号分别为Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅴ 。

Ⅰ 区整体呈强正磁异常特征, 推断其主要由燕山晚期安山玢岩引起; 又根据其内部磁场差异, 大致以F₄₅为界, 分为两个次级区, 编号分别为Ⅰ -1、Ⅰ -2。Ⅰ -1几乎都呈正磁异常, Δ T等值线平面图上呈正磁异常夹北北东向与北西向线条带状强正磁异常, 推断安山玢岩岩石较为完整; Ⅰ -2区总体呈团块状、星点状正负磁异常杂乱分布的特点, 结合地质资料, 推断该区磁场面貌主要为安山玢岩岩石比较破碎, 同时局部分布有上侏罗统张家口组凝灰岩引起。

Ⅱ 区位于断裂F₄₆的北西部, Δ T总体呈平稳低缓负磁异常, 局部夹杂有星点状弱正磁异常, 推断其主要由上侏罗统张家口凝灰岩、火山角砾岩及流纹岩引起。

Ⅲ 区磁场特征与Ⅰ -1区磁场特征比较类似, 整体呈正磁异常, 局部分布有强正磁异常, 推断该区主要为安山玢岩的反映, 钻孔验证资料, 岩石破碎程度较高。地表主要为第四系覆盖, 因此该安山玢岩体为一个隐伏小岩株。

图7

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	图7 Δ T等值线图— 磁场分区

图8

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	图8 Δ T等值线图上延50 m— 磁场分区

图9

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	图9 Δ T等值线图— 断裂推断解释

图10

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	图10 Δ T剖面平面图— 断裂推断解释

Ⅳ 区位于F₄₆的南东部, 总体呈负磁异常夹杂团块状正磁异常的特征, 根据其磁场面貌可分为两个区, 编号分别为Ⅳ -1、Ⅳ -2。Ⅲ -1区总体呈团块状、星点状正负磁异常杂乱分布的特点, 推断其主要由下白垩统气孔杏仁状安山岩、玄武安山岩引起; Ⅳ -2总体呈负磁异常夹杂星点状正磁异常的特征, 推断其主要由下白垩统花吉营组凝灰质砂岩、沉凝灰岩引起。

Ⅴ 区总体呈强正磁异常, 结合地质资料及地表出露情况, 推断其由粗安斑岩引起。

依据断裂划分依据, 共推断解释断裂13条(图8、9)。其中北东向断裂6条, 北西向断裂5条, 南北向断裂2条。以北东向为主, 北西、南北向次之。

北东向断裂多被北西、南北向断裂错断, 由南西往北东逐段往北西方向偏移。北西向断裂:为工作区内发育最晚的一组断裂, 磁场特征主要变现为线状负磁异常带或梯度带; 南北向断裂主要表现为磁梯度带; 北东向断裂主要表现为磁梯度带或串珠状正负磁异常。其中F₄₆表现为不同磁场面貌的分界线, 其北西侧主要表现为上侏罗统张家口组凝灰岩弱负磁异常的磁场特征, 而南东侧主要表现为下白垩统安山岩、玄武安山岩剧烈跳变正负磁异常及凝灰质砂岩、沉凝灰岩强负磁异常的磁场特征; F₄₅中段表现明显的强正磁异常, 南段与北段由于后期受断裂构造的影响, 磁异常特征不明显; 但其北西侧表现为平缓的强正磁异常的磁场特征, 而南东侧表现为剧烈跳变正负磁异常的磁场特征。

CSAMT和地面高精度磁测相结合大致查明了五里营地区断裂发育情况, 3组断裂相互交汇、切割, 构成网状断裂构造格架; 大致查明了五里营地区潜火山岩的空间发育特征。安山玢岩总体呈岩株产出, 空间展布特征表现为北宽南窄、顶界面埋深北浅南深的格局, 受断裂F₄₅、F₄₆影响, 呈现为断块的特点; 粗安斑岩呈岩脉产出, 受断裂F₅的控制。经钻孔验证, 效果较好。