引用本文
孙栋华, 李怀渊, 江民忠, 王培建. 利用时间域航空电磁资料再论华北地台北界的划分[J]. 物探与化探, 2017,41(3): 478-483.
SUN Dong-Hua, LI Huai-Yuan, JIANG Min-Zhong, WANG Pei-Jian. A further discussion on the boundary of North China Platform's north margin based on time-domain airborne electromagnetic data[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2017,41(3): 478-483.
Doi:10.11720/wtyht.2017.3.12  
Permissions
Copyright©2017, 物探与化探编辑部
© 《物探与化探》编辑部
利用时间域航空电磁资料再论华北地台北界的划分
孙栋华1,2, 李怀渊1,2, 江民忠1,2, 王培建1,2
1.核工业航测遥感中心,河北 石家庄 050002
2.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心 重点实验室,河北 石家庄 050002

作者简介: 孙栋华(1982-),男,大学本科,工程师,主要从事航空物探(电/磁/放)生产与研究工作。 Email:sdh703@126.com

收稿日期: 2016-04-25
基金: 内蒙古自治区地质勘查基金项目(2014-01-KY04)
摘要

华北地台北缘矿产资源十分丰富,但其与内蒙古中部地槽褶皱系界线的划分问题历来争议不断。通过对大朝阳沟地区最新获得的大比例尺、高精度时间域航空电磁资料不同时间道电磁响应情况、时间常数特征和视电阻率变化规律的研究,精确厘定了区内华北地台的北界。平面上,该界线沿西南沟—小朝阳沟—上东三家一线呈向北凸出的弧形展布;垂向上,界面总体外倾,倾角50°~70°,在两端先内倾,后外倾,呈扭动弯曲的曲面向下延伸。上述研究成果不仅有助于区域大地构造的研究,而且对区内的地质矿产勘查具有重要意义。

关键词: 时间域航空电磁法; 华北地台; 槽台界线; 时间常数; 视电阻率; 大朝阳沟地区
中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2017)03-0478-06
A further discussion on the boundary of North China Platform's north margin based on time-domain airborne electromagnetic data
SUN Dong-Hua1,2, LI Huai-Yuan1,2, JIANG Min-Zhong1,2, WANG Pei-Jian1,2
1. Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry, Shijiazhuang 050002, China
2. Key Laboratory of Uranium Resources Geophysical Exploration Technology, China Nuclear Industry Group Company, Shijiazhuang 050002, China
Abstract

The north margin of North China Platform, which possesses very rich mineral resources, is one of the important mineral producing areas in China. However, its boundary with the geosyncline folded system in central Inner Mongolia has not been confirmed,and researchers have debated this problem for a long time. To get a specific definition, the authors made a detailed research on Dachaoyangou area which is located in the south of Wengniute County on the north margin of North China Platform. A large scale geological survey was completed using the VTEM system, and high precision time-domain airborne electromagnetic data were obtained. With these data, the authors analyzed the electromagnetic response, time constant characteristics and the variation regularity of apparent electrical resistivity. The boundary extends along the line from east to west, exhibiting a northward protruding arc in the plane. Its interface overall leans outward with the angle 50 ° to 70 °, and it first leans inward and then outward, showing S-shaped twisting down. Objectively, the conclusions of this paper are conducive not only to the study of regional tectonics but also to the mineral resources exploration within the area.

Keyword: time-domain airborne electromagnetic survey; North China Platform; the boundary of geosyncline and platform; time constant; apparent resistivity; Dachaoyanggou area
0 引言

华北地台北缘为我国重要的矿产基地之一[1], 矿产资源十分丰富[2, 3, 4]。因此, 华北地台北界, 即其与内蒙古中部地槽褶皱系之间界线的确定, 对于矿产资源勘查具有十分重要的意义。但对于该界线的划定问题, 各家各派争论已久, 尚无定论[5]。

笔者通过对时间域航空电磁不同时间道电磁响应及其转换参数时间常数和视电阻率的分析, 对内蒙古大朝阳沟地区的华北地台北界进行了精确厘定。

1 以往划分方案

对于华北地台北界的划分, 归纳起来, 主要有3种认识:张振法等[5]通过对地震、大地电磁测深、航磁和重力等资料综合分析, 认为该界线位于西拉木伦河— 温都尔庙北— 白音敖包北— 宝音图北— 策克— 塔林一线, 即西拉木伦河断裂带, 大致位于北纬43° 20' 左右, 见图1中Ⅰ -Ⅰ '; 朱学礼[6]根据对航磁资料的解释, 认为华北地台北界中段沿北纬42° 35'~42° 40' 一线通过, 见图1中Ⅱ — Ⅱ '; 传统的地质和区域重力资料[7, 8]认为, 华北地台的北界为高家窑— 乌拉特后旗— 化德— 多伦— 赤峰一线, 大致位于北纬42° 15'~42° 20' 之间, 见图1中Ⅲ — Ⅲ '。

图1 华北地台北界的以往推断成果及研究区位置示意

2 时间域航空电磁法简介

航空电磁法是一种利用飞机平台搭载电磁勘探设备的地球物理勘查技术, 目前已形成时间域和频率域、主动源和被动源、固定翼和直升机吊舱平台的系列航空电磁勘查系统[9, 10, 11]。本次以直升机为平台, 搭载加拿大Geotech公司生产的VTEM系统开展1:1万时间域航空电磁测量。时间域航空电磁测量主要通过测量二次场来研究地质体沿水平和垂直方向的电性差异, 描述地电断面的电性特征, 进而了解地质构造情况[12]。早期道信号高频成分丰富, 主要反映浅层信息, 晚期道信号中低频成分丰富, 主要反映深部地电信息; 通过观测全时时间域电磁信号, 可以研究地下介质从浅到深的电性分布特征[10]。

VTEM系统由加拿大Geotech公司研制并生产, 包括VTEMlite、VTEMplus、VTEMmax 和VTEMearlytime 4个型号, 本次使用的是VTEMplus。VTEMplus系统主要由时间域航空电磁系统、GPS定位系统组成(图2)。时间域航空电磁系统的3个线圈位于同一平面内, 外层为发射线圈, 中间为补偿线圈, 内层为接收线圈(包括x轴和z轴)。VTEM系统采用共中心、垂直偶极收发装置以产生对称的系统响应, 使得任何不对称电磁响应都是由地下异常体产生的, 而非系统倾斜或是飞行方向导致, 从而使辨别异常体位置和分析电磁数据更加容易, 同时采用了低噪声接收线圈和大功率发射线圈, 使得该系统具有很低的噪声水平, 已在全球各地完成了超过200万测线公里的生产任务[12]。

图2 VTEMplus系统组成

3 槽台界线划分依据
3.1 研究区地质及岩石物性特征

研究区处于内蒙古赤峰市翁牛特旗南部的大朝阳沟地区, 位于华北地台北缘。研究区内出露地层主要有(图3):新太古界色尔腾山群柳树沟组一套以绿泥片岩、绢云石英片岩、石英片岩、角闪片岩为主的绿片岩相变质岩系; 上寒武统锦山组结晶灰岩、大理岩夹少量斜长片岩; 中二叠统额里图组中— 基性火山岩系; 下白垩统义县组玄武岩。柳树沟组绿泥片岩、石英片岩电阻率常见值为2 164~4 747 Ω · m, 呈高阻特征; 玄武岩、安山岩、火山角砾岩和辉绿岩等电阻率常见值为166~900 Ω · m, 呈中低阻特征; 花岗闪长岩、花岗岩等电阻率常见值为890~1 650 Ω · m, 呈中高阻特征。

图3 大朝阳沟地区地质简图

3.2 来自时间域航空电磁资料的依据

VTEMplus系统采集的是dB/dt数据, 经去噪、补偿、调平、滤波等处理后获得最终数据[13], 编制了系列图件(图4~图6)。其中, z分量dB/dt(以下记为“ dBz/dt” )剖面平面见图4a, 在中部弱响应背景上叠加的NNW向和NE向条带状强响应条带由地面电磁干扰引起。时间域航空电磁资料解释过程中常用到的两个重要参数是时间常数[14, 15]和视电阻率。时间常数有多种不同的算法。本次对dBz/dt数据采用“ 移动窗口” 的方法来计算时间常数[15]。视电阻率的计算基于Maxwell A.Meju的视电阻率转换和导电半空间的TEM响应原理[16], 通过对测量TEM数据进行反褶积从而将电磁响应衰减数据快速转化为相同意义上电阻率深度断面[17]。

图4 大朝阳沟地区dBz/dt剖面平面和时间常数(τ )影像

图5 大朝阳沟地区dBz/dt早、中、晚不同时间道电磁响应影像

图6 大朝阳沟地区不同海拔高度的视电阻率(ρ s)等值线平面

由图4可知, 大致以西南沟— 小朝阳沟— 上东三家近东西向弧形一线为界, 南北两侧的电磁响应程度明显不同:以南的地段电磁响应较弱, 时间常数值较低(< 0.1 ms), 表明地质体总体导电性较差、电阻率较高; 以北的地段电磁响应较强, 时间常数值较高, 一般> 0.4 ms, 尤其是在上东三家和西南沟以北一带, 时间常数值最高可达1.64 ms, 表明该地段地质体导电性较好, 电阻率较低。这一南一北电磁响应不同区域分别与新太古界和上古生界火山岩对应。对dBz/dt早、中、晚期道电磁响应进行研究, 可判断在不同深度上不同电性地质体的分布情况。如图5、图6所示, 从dBz/dt早期道(第10道)到晚期道(第40道), 电磁响应逐渐减弱, 高阻体的分布范围总体逐渐增大, 局部地段先减小后增大。

3.3 槽台界线的确定

由上可知, 区内新太古界色尔腾山群变质岩与古生界火山岩具有明显的时间域航空电磁特征。其中, 变质岩属高阻层, 电磁响应较弱, 时间常数值较低。古生界火山岩属中、低阻层, 电磁响应较强, 时间常数值较高。刘登通过对研究区变质岩的年代学研究, 认为变质岩属于华北地台[18]。因此, 区内两者之间的界线即为华北地台与内蒙古中部地槽褶皱系之间的界线。

结合研究区时间域航空电磁视电阻率三维显示(图7), 该界线大致沿200 Ω · m的视电阻率等值面展布, 平面上, 界线沿西南沟— 小朝阳沟— 上东三家一线呈向北凸出的弧形展布(见图3); 垂向上, 界面总体外倾, 倾角50° ~70° , 但在西南沟和上东三家一带先内倾后外倾, 呈“ S” 形扭动弯曲的曲面向下延伸。

图7 大朝阳沟地区视电阻率三维显示(ρ s< 200 Ω · m)

4 结论

通过研究最新获得的大比例尺、高精度的时间域航空电磁资料, 结合已知的地质资料, 认为华北地台与内蒙古中部地槽褶皱系的界线从本区穿过, 这与朱学礼通过航磁资料推断界线的位置基本一致。但航磁资料仅能大致确定界线的位置, 对界面向下的延伸情况却无能为力。

时间域航空电磁不同时间道的电磁响应, 反映不同电性地质体的在空间上的变化特征。本次通过对不同时间道电磁响应进行研究, 结合时间常数和视电阻率特征, 不仅精确厘定了该界线通过位置, 而且确定了界面的产状。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 刘伟, 邓军, 储雪蕾, 等. 华北北部大型-超大型矿床的特征及其形成的宏观地质背景[J]. 地球物理学进展, 2000, 15(2): 67-78. [本文引用:1]
[2] 严寿民. 华北地台北缘浅成热液金矿的地球物理特征[J]. 地球物理学进展, 1998, 13(1): 17-26. [本文引用:1]
[3] 夏学惠, 杨辉艳, 魏详松. 华北地台北缘绿岩带型铁磷矿地质及综合利用前景[J]. 地质与勘探, 2012, 48(5): 876-883. [本文引用:1]
[4] 曾庆栋, 刘建明, 肖文交, 等. 华北克拉通南北缘三叠纪钼矿化类型、特征及地球动力学背景[J]. 岩石学报, 2012, 28(2): 357-371. [本文引用:1]
[5] 张振法, 牛颖智, 常忠耀, 等. 中华地台与兴蒙古生代地槽褶皱区界线的重新厘定[J]. 物探与化探, 2002, 26(2): 83-90. [本文引用:2]
[6] 朱学礼. 浅谈华北地台北界中段划分问题[J]. 铀矿地质, 1991, 7(1): 31-34. [本文引用:1]
[7] 邓兆伦, 曹书静, 崔新省. 运用遥感和地学信息探讨华北地台北缘边界断裂[J]. 国土资源遥感, 1995, 24(1): 15-22. [本文引用:1]
[8] 王荃, 刘雪亚, 李锦轶. 中国内蒙古中部的古板块构造[J]. 中国地质科学院院报, 1991, 22: 1-15. [本文引用:1]
[9] 殷长春, 黄威, 贲放. 时间域航空电磁系统瞬变全时响应正演模拟[J]. 地球物理学报, 2013, 56(9): 3153-3162. [本文引用:1]
[10] 殷长春, 任秀艳, 刘云鹤, 等. 航空瞬变电磁法对地下典型目标体的探测能力研究[J]. 地球物理学报, 2015, 58(9): 3370-3379. [本文引用:2]
[11] 殷长春, 张博, 刘云鹤, 等. 航空电磁勘查技术发展现状及展望[J]. 地球物理学报, 2015, 58(8): 2637-2653. [本文引用:1]
[12] 黄皓平, 王维中. 时间域航空电磁数据的反演[J]. 地球物理学报, 1990, 33(1): 88-97. [本文引用:2]
[13] 骆燕, 曾阳, 石岩, 等. 航空瞬变电磁法在火山岩型块状硫化物矿区的试验[J]. 物探与化探, 2014, 38(4): 840-845. [本文引用:1]
[14] 刘冲, 王宇航, 皇健, 等. 瞬变电磁视时间常数Tau成像分析与应用研究[J]. 物探化探计算技术, 2014, 36(1): 28-34. [本文引用:1]
[15] Alexand er P. EM time constant (Tau) anlysis[R]. Aurora: Geotech Ltd, 2010. [本文引用:2]
[16] Meju M A. Short note: A simple method of transient electromagnetic data analysis[J]. Geophysics, 1998, 63: 405-410. [本文引用:1]
[17] Alexand er P. TEM resistivity depth imaging (RDI)[R]. Aurora: Geotech Ltd, 2011. [本文引用:1]
[18] 刘登. 大兴安岭中南段翁牛特旗地区构造演化与成矿系列[D]. 北京: 中国矿业大学, 2013. [本文引用:1]