相山大型火山塌陷盆地位于赣— 杭火山岩型铀金属成矿带与大王山— 于山花岗岩型铀多金属成矿带交汇区^[1]。盆地东西长约26.5 km, 南北宽 15 km, 面积约为309 k m22。盆地基底主要为青白口系变质岩, 分布于盆地的北、东、南侧, 岩性主要为千枚岩和片岩。盆地盖层为下白垩统火山岩系, 岩性主要为下白垩统打鼓顶组(K₁d)砂岩与流纹英安岩、鹅湖岭组(K₁e)熔结凝灰岩和碎斑熔岩, 其中以碎斑熔岩的出露面积最大。次火山岩花岗斑岩呈环形分布于盆地周围(图1)。

研究区位于相山火山盆地西部, 相山铀矿田内著名的控矿构造带邹家山— 石洞构造带(邹— 石构造带)贯穿本区(图1)。邹— 石构造带由几组大致平行的断裂组成断裂带, 总体走向为30° ~40° , 倾向NW或SE, 倾角65° ~85° ^[3]。断裂带切过整个相山下白垩统火山— 沉积岩系、沙洲单元, 并延伸到基底变质岩系之中。从重磁反演资料分析, 邹— 石构造带深切基底达10 km^[4]。与邹— 石构造带相交的NW和SN向断裂带将邹家山地区切割为菱形块体, 这些断裂也成为邹家山地区铀矿的主要产出之处。

图1

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	图1 相山铀矿田地质略图[5](略修改)

为了有效开展CSAMT方法的测量工作, 进行了相山盆地钻孔和地表岩石物性测量, 表1给出了研究区主要岩石标本的电性参数。研究区内主要岩性的电阻率由小到大为, 碎斑熔岩> 花岗斑岩> 变质岩> 流纹英安岩。碎斑熔岩的电阻率平均值最大, 可以与流纹英安岩形成最明显的界面。对比研究区从老到新主要岩体的电阻率值, 电阻率值呈高— 低— 高的态势分布, 因此, 在该区具备开展电磁法研究的物性基础。

表1

表1

表1 邹家山地区主要岩石电阻率统计[6] 岩性 样品数 ρ /(Ω · m) 最大值 最小值 算术平均值 变质岩 39 55779 392 5791 花岗斑岩 100 255300 570 8166 流纹英安岩 352 399784 198 2808 碎斑熔岩 887 95468 90 24389

表1 邹家山地区主要岩石电阻率统计[6]

可控源音频大地电磁测深(CSAMT)实质上是人工源卡尼亚电阻率测深法^{[7, 8]}, 考虑到工作效率和成本的问题, 一般采用赤道偶极装置在远区进行标量测量。CSAMT具有勘探深度大、分辨率高、受高阻屏蔽作用小的特点, 在国内外被广泛用于地下深部地质构造研究, 寻找地下隐伏矿体和地下水资源及地热勘查^{[9, 10, 11, 12]}。

本次CSAMT测量仪器采用加拿大Phoenix公司生产的V8多功能电法仪。依据已有的研究区地质资料, 布设了1条CSAMT勘探剖面AB(见图1), 长度为4 500 m, 测点90个; 测线方位为132° , 测点点距50 m; 共设计51个频点, V8电法仪频率范围0.125~9 600 Hz, 有效探测深度大于2 km; 供电极距为1 780 m, 收发距为13 km。

CSAMT数据处理包括数据预处理与数据反演两个步骤。数据预处理使用V8电法仪配套软件CMT Pro Version, 首先对数据进行筛选, 删除坏点、对坏段频段进行截断处理等; 然后进行电极点位坐标偏差校正, 对曲线进行圆滑处理; 最后作地形改正消除地形和静态效应的影响。将上述预处理后的数据采用CSAMT-SW软件进行二维反演, 并将各剖面中的第四系地层白化, 得到了最终的电阻率断面图。

从测线电阻率反演断面(图2)可以看出, 研究区地层电阻率的特征主要为3层:上部为高阻层, 电阻率变化范围约为2 000~20 000 Ω · m; 中间为低阻层, 电阻率变化范围约为0~1 000 Ω · m; 下部为高阻层, 电阻率范围基本与上部高阻层一致。结合本地区的地质情况及岩石物性资料推测, 上部高阻层为下白垩统鹅湖岭组(K₁e)碎斑熔岩, 中间低阻层对应的为下白垩统打鼓顶组(K₁d)流纹英安岩, 下部高阻层对应的岩性为相山火山盆地基底青白口系(Qb)变质岩。

图2

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	图2 AB线CSAMT二维电阻率反演断面及钻孔布置

根据上部低阻体呈不连续的块状分布, 局部地区出现电阻率等值线错断与下凹的特征, 识别出3条断裂F1、F2和F3, 分别位于2 200 、3 200、4 000 m处。结合地质资料推断出3条断裂, 分别为:邹— 石断裂、白云水库船坑断裂和石脑上北— 书塘北断裂。邹— 石断裂和白云水库船坑断裂倾向SE, 倾角70° ~80° , 切割深度大, 切割基底; 石脑上北— 书塘北断裂倾向NW, 倾角60° ~70° , 切割深度不及前面两条断裂, 未能切割到基底部分。

AB剖面的地质解释成果(图3)显示, 流纹英安岩地层自西向东总体呈北西高、南东低的形态, 岩层厚度较均一, 约为200 m。碎斑熔岩在剖面上的形态为北西薄、南东厚, 最薄处位于1 200 m处, 厚约200 m, 最厚处位于3 400 m处, 厚约1 100 m。基底变质岩界面形态与流纹英安岩形态基本一致。剖面中所有地层在 3 400 m 处都表现为向下凹陷, 或与当时盆地的塌陷活动有关。

图3

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	图3 AB线地质解译剖面

根据相山铀矿田邹— 石构造带的控矿特征, 以及在构造带与岩性界面、基底界面变异部位复合处为铀矿最有利的赋存部位^{[3, 13]}, 预测在3 400~3 700 m范围内, 标高-900 m和-1 500 m处可能存在铀矿体。此外, 在3 400~3 700 m, 标高-100~-900 m范围内, 白云水库船坑断裂和石脑上北— 书塘北断裂所夹持的高阻体内或许也存在铀矿体, 依据是相山铀成矿有利地段是在断裂构造带附近的电阻率明显变化高阻或低阻部位^[14]。

在2 200 m处已施工的钻孔ZK55-52显示(图3), 碎斑熔岩与流纹英安岩的分界处在标高约-100 m处, 这与CSAMT解译的界面约有50 m的误差; 在-590 m见到变质岩, 与CSAMT反演的分界大概有100 m的误差。考虑到火山岩界面的原始起伏状况, 这种差异完全正常, 也可能是附近的断裂填充了矿化物质使得该处电阻率降低, 扩大了电阻区范围, 导致所解释的变质岩界面误差较大。另外, 在2 600 m处已有的ZK57-34(图3)在约-300 m处见流纹英安岩, 与二维电阻率反演所推测的岩性界面位置吻合较好。因此, 认为CSAMT能较好地划分本地区地下地层的组间界面。

1)研究区地层视电阻率特征总体呈一“ 夹心” 模式, 为上部和下部中高阻层夹低阻层, 对应的岩性则为上部为碎斑熔岩, 中间对应流纹英安岩, 下部为基底变质岩。其中组间界面在深部形态变化强烈, 在靠近断裂的变陡部位可能是铀成矿有利区。

2)CSAMT方法因其采用人工场源, 克服了采用天然场源工作的电磁法弱信噪比的缺陷, 且不易受高阻层屏蔽, 这一优点十分适合研究区的岩(矿)石物性条件。本次实例也证明了CSAMT方法在划分组间界面和基底界面都取得了不错的效果, 并且对断裂的识别也较为清晰, 是邹家山地区进行深部地质研究的一种有效的地球物理方法。