工区位于宁夏回族自治区固原市原州区中河乡硝口村至上店子村, 区内出露地层有白垩系马东山组(K₁m)灰岩、乃家河组(K₁n)泥岩、古近系清水营组(E₃q)泥质砂岩、第四系(Q)砂岩(图1)。根据前期直流电法工作和测井资料^[??]显示, 马东山组(K₁m)电阻率大于100 Ω · m, 乃家河组(K₁n)电阻率根据含盐情况不同从20 Ω · m至100 Ω · m, 清水营组(E₃q)电阻率为5 Ω · m至20 Ω · m, 第四系地层(Q)电阻率约为30 Ω · m。各地层电阻率因断裂、破碎、含水量、卤水充填等原因存在一定的变化。该区域各地层电阻率差异明显, 易于划分, 开展CSAMT工作具有较好的物性前提。

图1

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	图1 工区CSAMT工作布置示意

本次野外数据采集使用加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法工作站, 根据勘查任务及地质情况, 设计测线4 km, 测点距200 m, 布设CSAMT测点21个。在工作开展前, 综合考虑勘测深度、信号强度、近场效应、发射机位置等因素, 经多次试验, 最终选定发射偶极子为2 km, 收发距 10 km, 发射频率为1~8 192 Hz。(图2)

图2

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	图2 发射接收示意

本次数据采集由于设计合理, 无近场效应影响, 信号较强, 工区电磁干扰小, 数据质量可靠。在数据预处理过程中, 针对视电阻率和相位中的跳点使用了5点圆滑法以消除跳点, 针对静态效应使用7点滤波法进行静态校正。经过以上预处理后, 视电阻率曲线及相位曲线形态良好。

在反演过程中使用带地形非线性共轭梯度二维反演法(NLCG), 该方法是由MIT的Mackie和Rodi共同开发, 是目前应用较广泛的二维反演程序。其主要优点是反演时可以避免直接求解雅可比矩阵, 一次反演迭代只需3次正演, 从而大大节省了计算量; 同时该算法与RRI以及其他的一些近似方法不同, 不是用一维的雅可比矩阵去构建二维雅可比矩阵, 是真二维反演, 因此具有较高的模型分辨率和反演稳定性。相比一维反演方法, 二维反演方法能更加准确地模拟实际地层状况, 且结果准确性对静态校正依赖较小。

本次CSAMT电法工作, 目的在于查明该区域含盐地层的沉积环境和赋存分布特点, 确定含盐地层的分布范围、埋藏深度、厚度, 圈出了具有进一步找矿价值的区域, 为下一步地质工作打下基础。

从地表地质资料(图1)可以看出, 本测线有一条大型断裂构造通过, 为F₃断裂。在二维反演断面图(图3)上, 9200~10400号点间出露地层为白垩系马东山组(K₁m), 岩性主要以厚层白云质灰岩, 泥质灰岩为主, 地层电阻率值较高, 超过100 Ω · m; 10200 号点浅部至10600号点深部出现明显的电性分界面, 应为F₃正断层反映。F₃以东测线位于构造单调的盆地中, 电阻率断面图上反映的电性结构较为简单、连续, 上部的中阻层(10~40 Ω · m)反映为第四系(Q)电性层, 下伏厚度较大的古近系清水营组(≤ 10 Ω · m), 深部为白垩系乃家河组(K₁n)电性层(20~100 Ω · m)。F₃以西测线段构造较发育, 推断有F₁、F₂逆断层经过, 出露的白垩系乃家河组(K₁n)地层主要为自南西向北东逆断层推覆的上盘块体(图4)。

图3

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	图3 硝口岩盐矿测区CSAMT二维反演电阻率断面

图4

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	图4 硝口岩盐矿测区物探解释推断成果

根据以上判断, 认为F₁断裂以东区块, 电阻率为20~100 Ω · m的地层受构造破坏程度较低, 且有较厚的第三系地层覆盖, 是理想的沉积成矿环境。经后期钻孔验证, ZK202孔在343 m以下, ZK204孔在365 m以下见到了厚层岩盐矿体(图4), 主要为白云质石盐, 岩盐成分超过30%, 个别地段达到90%, 矿体品位较高, 取芯结果见矿体较完整, 破碎程度较低。钻孔深度超过1 200 m, 但均未见到矿体底界。钻孔验证结果证实了CSAMT方法应用效果良好。

通过此次在宁夏固原硝口岩盐矿中CSAMT的应用分析得出以下结论。

(1) 岩盐矿主要产于白垩系乃家河组(K_n)地层, 电阻率为20 Ω · m至100 Ω · m。

(2) 岩盐矿产于构造间稳定的断块中, 其间构造发育程度相对较低, 地层受构造破坏程度相对较低, 地层完整性较好。

(3) 含盐地层要被第三系地层覆盖, 有一定的埋深, 不易被地表水淋滤剥蚀。

(4) CSAMT法在此区域应用效果明显, 在本测区外围找矿中可以继续使用。