基于AMT的龙首山成矿带西岔地段马路沟断裂带深部发育特征

doi:10.11720/wtyht.2022.1602

基于AMT的龙首山成矿带西岔地段马路沟断裂带深部发育特征

吴旭亮^,¹^,²^,³, 李茂^,¹^,²^,³

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

3.河北省航空探测与遥感技术重点实验室,河北石家庄 050002

Deep occurrence characteristics of the Malugou fault zone in the Xicha section of the Longshoushan metallogenic belt determined based on AMT

WU Xu-Liang^,¹^,²^,³, LI Mao^,¹^,²^,³

1. Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry, Shijiazhuang 050002, China

2. CNNC Key Laboratory for Geophysical Exploration Technology Center of Uranium Resource, Shijiazhuang 050002, China

3. Hebei Province Aviation Detection and Remote Sensing Technology Key Laboratory, Shijiazhuang 050002, China

通讯作者: 李茂(1963-),男,正高级工程师, 主要从事地球物理勘查找矿工作。Email:lm703@126.com

责任编辑: 沈效群

收稿日期: 2021-11-10 修回日期: 2022-06-7

基金资助:

中国核工业地质局项目“甘肃省龙首山成矿带中东段西岔地段物探测量”(2015-111)

Received: 2021-11-10 Revised: 2022-06-7

作者简介 About authors

吴旭亮(1987-),男,高级工程师,主要从事铀矿地质勘查工作。Email:Xuliang16@126.com

摘要

为减少铀矿钻探工程风险,基于音频大地电磁法(AMT)资料,对龙首山成矿带中的马路沟断裂及次级断裂的深部发育特征进行了探究。通过对马路沟断裂与次级断裂正演理论模型响应特征分析,论证了方法的可行性,在此基础上,结合地质、岩石电性参数和钻探资料,对反演电阻率断面进行了推断解释,大致查明了区内断裂的深部发育特征。研究结果表明:马路沟断裂(F₁₀₁)走向NW,倾角约80°,其中X501—X502剖面之间倾向NE,X502—X506剖面倾向SW;次级断裂F₁₀₂、F₁₀₃走向NW,均倾向NE,倾角75°~80°;上述断裂具有切割深度大、倾角较陡特征。该结果为后期钻探工程的布置提供了依据,提升了铀矿地质勘查的效果与效益。

关键词： AMT; 断裂; 龙首山成矿带; 深部构造

Abstract

This study explored the deep occurrence characteristics of the Malugou fault and its secondary faults in the study area based on the data obtained using audio-frequency magnetotellurics (AMT), aiming to provide a basis for the drilling layout and improve the effects and benefits of the geological exploration of uranium deposits. The feasibility of the AMT method was demonstrated by analyzing the response characteristics of the forward theoretical model of the Malugou fault and its secondary faults. Based on this, this study deduced and interpreted the inverted resistivity cross-sections by combining geological setting, the electrical parameters of rocks, and the drilling data collected. As a result, the deep development characteristics of faults in the study area were roughly identified, and the details are as follows. The Malugou fault (F₁₀₁) has an NW strike, a dip angle of approximately 80°, and dip directions of NE and SW along sections X501-X502 and sections X502-X506, respectively. Secondary faults F₁₀₂ and F₁₀₃ have an NW strike, a dip direction of NE, and a dip angle of 75°~80°. The above-mentioned faults are characterized by large cutting depths and high dip angles.

Keywords： AMT; fault; Longshoushan metallogenic belt; deep structure

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本文引用格式

吴旭亮, 李茂. 基于AMT的龙首山成矿带西岔地段马路沟断裂带深部发育特征[J]. 物探与化探, 2022, 46(5): 1180-1186 doi:10.11720/wtyht.2022.1602

WU Xu-Liang, LI Mao. Deep occurrence characteristics of the Malugou fault zone in the Xicha section of the Longshoushan metallogenic belt determined based on AMT[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2022, 46(5): 1180-1186 doi:10.11720/wtyht.2022.1602

0 引言

龙首山铀成矿带是我国内陆一条重要的铀及多金属成矿带,现已查明具有多个重要的铀成矿系列。如龙首山成矿带中东段,区域上已发现有芨岭矿床、新水井矿床以及马路沟、墩子沟、玉石沟等一大批的矿(化)点、异常点带,组成了龙首山地区以碱交代型为主的铀成矿带^[1⇓-3]。近年来,通过核地质系统铀矿资源勘查与评价,在芨岭矿床西侧,ZKJ29-3、ZKJ29-7钻孔均于600 m以深揭露到了厚层状、高品位的富矿体,实现了深部找矿工作的重大发现^[4],同时也显示了深部巨大的找矿前景。

研究区位于龙首山成矿带芨岭矿床西侧,区内发育控矿构造马路沟断裂(F₁₀₁)与次级断裂(F₁₀₂、F₁₀₃),已发现有多个铀矿化点与矿点,如63、64、240号铀矿点,矿体均产于该组断裂下盘附近发育的钠交代岩蚀变带中,其成矿地质条件较为优越,为矿床西侧碱交代型铀矿化的重点勘查地段。马路沟断裂(F₁₀₁)为龙首山成矿带芨岭岩体南部成矿带的一条重要控岩、控矿构造,走向NW,主体倾向NW,局部地段倾向NE^[5-6]。由于该断裂与次级断裂产状复杂多变,深部发育特征不明,因此在铀矿资源勘查与评价中,增大了钻探工程风险的不可预测性,提高了勘查成本,影响了勘查效益。

针对以上问题,为规避风险,加快找矿工作进程,选择音频大地电磁方法作为技术手段,根据研究区实测地质剖面地质体的地电特征,从构建的正演理论模型出发,通过正演计算与反演结果对比,论证方法的可行性,在此基础上,结合地质及钻探资料对马路沟断裂与次级断裂的深部发育特征进行了探究,以期为钻探工程的布置提供依据,提升铀矿地质勘查效果与效益。

1 研究区地质概况

研究区位于芨岭矿床的西部,出露地层主要有古元古界龙首山群塌马子沟组(P $t_{1}^{2}$ t)、新元古界震旦系韩母山群(Z₂hm)及第四系(Q)。龙首山群塌马子沟组岩性以大理岩、板岩、角闪片岩为主,局部受岩浆侵入作用以残留体形式存在;韩母山群主要为灰色千枚岩、角闪片岩、砂砾岩;第四系主要分布于山沟地形中,岩性以砾石、亚砂松散堆积物、冲积物为主。

研究区及其周边区域岩浆活动强烈,主要发育侵入岩,分布十分广泛。侵入岩种类多,有超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩、碱性岩等。其中花岗岩类最为广泛,其分布明显受NW向构造控制,形成与构造带方向基本一致的花岗岩带(图1)。

图1

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图1 研究区地质简图及物探测线布置

Fig.1 Geological map and layout of physical detection lines of study area

侵入岩主要为加里东中晚期侵入的灰白色中粗粒花岗岩( $γ_{3}^{2 - 1}$ )、中粗粒花岗岩( $γ_{3}^{3 - 1}$ )、中粗粒似斑状花岗岩( $γ_{3}^{3 - 2}$ )、中细粒花岗岩( $γ_{3}^{3 - 3}$ )以及中细粒闪长岩( $δ_{3}^{1 - 2}$ )。

区内断裂构造发育,对成矿起主导作用的主要为马路沟断裂带中的1条主断裂F₁₀₁与2条次断裂F₁₀₂、F₁₀₃。马路沟断裂总体走向280°~315°,主体倾向南,局部地段转变为向北倾,长约20 km,为一高角度逆冲断裂,分枝断裂达5条之多。芨岭矿床就位于该断裂下盘内的钠长石化花岗岩中,矿体侧列隐伏于地下数米到120 m,单个矿体长数米至120 m,宽十几米至几十米,沿倾向延伸最大180 m^[7]。

2 岩石电阻率特征

龙首山地区是著名的多金属成矿带,地矿、冶金、有色、核工业等部门都进行过物化探测量工作,积累了丰富的基础地质及地球物理参数等资料,为了解区内岩石电阻率特征提供了参考。

表1为前人实测的不同岩石电阻率参数^[8⇓⇓-11]统计结果。表1表明:龙首山群塌马子沟组大理岩、完整性较好的岩体表现为高阻特征,而塌马子沟组板岩与完整性相对较差的岩体均表现为明显的相对低阻特征。其次,由于区域应力场的挤压作用,断裂构造带上的岩石一般较为破碎、结构松散,易于充填地下水或其他低阻介质,常常形成与围岩存在明显电性差异的低阻异常带、舌状低阻带;另一方面,断裂构造的切割影响,造成岩石结构遭受破坏,使其电性结构发生明显的畸变,在反演电阻率断面图上常表现为等值线密集带、低阻带和舌状分布。

表1 研究区岩石电阻率参数统计

Table 1 Statistics table of rocks resistivity parameters in the study area

地层	岩性	电阻率/(Ω·m)
地层	岩性	范围	常见值
P $t_{1}^{2}$ t	板岩	117.7~1132.5	257
P $t_{1}^{2}$ t	大理岩	426.5~2357.3	1520
$γ_{3}^{3 - 1}$ 、 $γ_{3}^{3 - 3}$	中粗粒、中细粒花岗岩	236.2~1612.7(完整性较好)	682
$γ_{3}^{3 - 1}$ 、 $γ_{3}^{3 - 3}$	中粗粒、中细粒花岗岩	100.6~474.2(完整性较差)	291
$γ_{3}^{3 - 2}$	中粗粒斑状花岗岩	378.2~1283.5	833
$δ_{3}^{1 - 2}$	中细粒闪长岩	330.5~1220.6	1140

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综上,研究区板岩与其他岩石之间存在明显的电性差异,尤其是断裂走向一带的岩石与围岩,其电性特征为本次研究提供了前提条件。

3 技术方法

根据研究区地质与岩石物性特征和地形、地貌条件,以及前人在研究区外围已知勘探线的方法实验效果,同时针对所要解决的地质问题,选择AMT进行了勘查应用。基于地层与断裂分布特征,大致垂直其走向布置了5条探测剖面(X501、X502、X503、X504、X506),X501~X504间各剖面间距125 m,X504~X506剖面间距250 m;剖面长1.1 km,方位43°,测量点距20 m。其中,X501与研究区实测地质剖面重合。

使用美国生产的EH-4连续电导率剖面仪,数据采集采用张量单点“十”字型装置。数据反演采用EMAGEM软件中的Bostick一维反演方法^[12]。

4 资料分析

4.1 已知地质体理论模型响应特征分析

研究区地质体正演理论模型响应特征的分析主要基于实测地质剖面已知地质体的分布情况及其电性特征,从构建的正演理论模型出发,通过正演计算,研究AMT方法在解决马路沟断裂与次级断裂的可行性及可靠性。

研究区实测地质剖面(图2a)^[13]长1.10 km,与X501剖面重合。图2a显示:平距0~100 m出露地层为龙首山群塌马子沟组大理岩,走向NW320°,倾角80°;平距100 m处大理岩与板岩岩性界线为次级断裂F₁₀₂的通过位置,倾向NE,倾角75°;平距100~620 m出露地层为龙首山群塌马子沟组板岩,走向NW320°,倾角80°;平距620 m处岩体接触带为马路沟断裂F₁₀₁的通过位置,倾向NE,倾角80°;平距620~1 100 m出露岩体为中细粒闪长岩;平距1 020 m处为次级断裂F₁₀₃的通过位置,倾向NE,倾角80°。平距780 m为已知钻孔ZKJ19-2位置,揭露深度473.33 m,该钻孔在深部揭露到了马路沟断裂,证实断裂倾向NE。

图2

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图2 已知地质体正演理论模型响应特征

Fig.2 Response characteristic diagram of forward modeling theory modle of known geological body

图2b为基于图2a中地质体的分布情况及其电阻率特征构建的正演理论模型:平距0~100 m、电阻率500 Ω·m的相对高阻层,模拟塌马子沟组大理岩;平距100 m处大理岩与板岩的岩性界线模拟F₁₀₂的通过位置;平距100~620 m、电阻率100 Ω·m的相对低阻层,模拟塌马子沟组板岩;平距620 m处岩体接触带模拟马路沟断裂F₁₀₁的通过位置;平距620~1 100 m、电阻率500 Ω·m的相对高阻体,模拟中细粒闪长岩; 平距1 020 m向深部延伸、电阻率100 Ω·m的相对低阻带,模拟F₁₀₃的通过位置。

模型总长度为1.10 km,正演计算采用二维有限元法处理,计算点距为20 m,与实际工作中采用的测点距一致,模型响应的卡尼亚电阻率及阻抗相位数据为TM+TE模式。

由图2c可见,反演电阻率断面与正演理论模型断面特征基本一致,尤其F₁₀₁马路沟断裂与F₁₀₂次级断裂,反演电阻率等值线均表现为向深部北东倾伏的密集带分布,F₁₀₃断裂虽反映不太明显,但显示了向深部北东延伸的相对低阻带,指示了断裂的位置与倾向,因此论证了方法的可行性及有效性。

4.2 典型剖面地电特征分析

因X501剖面与实测地质剖面完全重合,因此以X501为典型剖面,结合地质及岩石电性特征等资料,对其地电特征进行分析,以期为其他剖面资料的客观解释提供依据。

X501线位于研究区西部,由南西至北东出露地层及岩体依次为龙首山群塌马子沟组(P $t_{2}^{1}$ t)大理岩、板岩、中细粒闪长岩( $δ_{3}^{1 - 2}$ );断裂构造为马路沟断裂(F₁₀₁)及次级断裂F₁₀₂、F₁₀₃;其中平距780 m处ZKJ19-2钻孔在深部揭露到倾向NE的马路沟断裂。

图3为该剖面的反演电阻率断面。由图3并结合图2a可见:平距0~80 m出露的塌马子沟组大理岩,反映为大于100 Ω·m的相对中高阻体;平距80~720 m出露的塌马子沟组板岩,反映为小于100 Ω·m的相对中低阻体;平距720~1 100 m出露的中细粒闪长岩,反映为大于100 Ω·m的相对中高阻体。平距800、720、970 m处分别为F₁₀₂、F₁₀₁、F₁₀₃的通过处,均反映为明显的电阻率等值线密集带、舌状低阻带,断裂均倾向NE; F₁₀₂断裂倾角约75°,切割深度超过800 m,F₁₀₁、F₁₀₃断裂倾角约80°,切割深度分别超过800 m、400 m。上述地质体地电特征为其他剖面资料的解释提供了依据。

图3

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图3 X501典型剖面地电特征

Fig.3 X501 geoelectric characteristic map of typical section

4.3 反演电阻率断面地质推断解释

研究区的5条反演电阻率断面特征基本一致,以X503、X506剖面为例,基于典型剖面地电特征,结合沿线地质及岩石电性资料进行地质推断解释。

X503剖面穿过ZKJ69-3钻孔,与69号勘探地质剖面重合,图4为剖面反演电阻率断面及其地质推断解释与勘探地质剖面的对比。由图4a可见,平距0~130 m、电阻率大于100 Ω·m的相对中高阻体可解释为塌马子沟组大理岩;平距130~780 m、电阻率大于100 Ω·m的相对高阻体可解释为中粗粒花岗岩,其中平距160~300 m、标高1 920~2 300 m、电阻率小于100 Ω·m的相对中低阻体解释为塌马子沟组板岩残留体;平距780~1 100 m处电阻率大于100 Ω·m的相对中高阻体,解释为中细粒闪长岩。平距130、780、960 m处电阻率出现密集带、低阻带,分别解释为F₁₀₂、F₁₀₁、F₁₀₃通过处,其中F₁₀₁断裂倾向SW,切割深度超过800 m,F₁₀₂、F₁₀₃断裂均倾向NE,倾角约80°,切割深度分别超过800 m、450 m。由图4b可见,后续施工的ZKJ69-3钻孔在深部揭露到马路沟断裂(F₁₀₁),其位置与倾向与解释结果基本一致,佐证了解释结果。

图4

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图4 X503剖面反演电阻率地质推断解释断面与勘探地质剖面对比

Fig.4 X503 section inversion resistivity geological interpretation section and exploration geological section comparison chart

图5为X506剖面反演电阻率地质推断解释断面。平距0~150 m处电阻率大于100 Ω·m的相对中高阻体,解释为中细粒闪长岩;平距150~210 m与720~840 m、标高2 000 m以上、电阻率小于100 Ω·m的相对中低阻体,解释为塌马子沟组板岩残留体;平距210~720 m、电阻率大于100 Ω·m的相对中高阻体解释为中粗粒花岗岩;平距840~1 100 m、电阻率大于100 Ω·m的相对中高阻体解释为中细粒闪长岩与中粗粒花岗岩。

图5

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图5 X506剖面反演电阻率地质解释断面

Fig.5 X506 sevtion inversion resistivity geological interpretation section

平距150 m、840 m、1 000 m反演电阻率出现密集带分布,分别解释为F₁₀₂、F₁₀₁、F₁₀₃通过处,其中F₁₀₁断裂倾向SW,切割深度超过800 m,F₁₀₂、F₁₀₃断裂均倾向NE,倾角约80°,切割深度分别超过700 m、450 m。

4.4 马路沟断裂与次级断裂空间展布特征

龙首山成矿带芨岭岩体南部与成矿密切相关的控矿构造主要为马路沟断裂与次级断裂,前人钻探揭露表明,已发现矿体均产于上述断裂下盘发育的钠交代岩蚀变带中^[14],矿体倾向、产状、形态基本与控矿构造基本一致,特别是产状变化、局部膨大部位以及与次级断裂的交汇处,为铀成矿的最佳部位。但是,上述断裂尤其是马路沟断裂,其产状具有复杂多变特征,盲目施工将给钻探工程带来施工风险,增大勘查成本。因此,首先查明上述断裂的深部发育特征,显得尤为重要。

图6为研究区马路沟断裂与次级断裂空间展布特征。马路沟断裂(F₁₀₁)发育于岩体及岩体和龙首山群塌马子沟组板岩的接触部位,走向NW,其在X501—X502剖面之间倾向NE,在X502—X506剖面之间倾向SW,倾角约80°,切割深度超过800 m,区内控制长度0.75 km。F₁₀₂次级断裂发育于岩体及龙首山群塌马子沟组大理岩与板岩的接触带,走向NW,倾向NE,倾角75°~80°,局部地段产状具上陡下缓特征,切割深度超过800 m,区内控制长度0.75 km。F₁₀₃次级断裂发育于岩体中,走向NW,倾向NE,倾角约80°,切割深度超过400 m,区内控制长度0.75 km。

图6

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图6 研究区马路沟断裂与次级断裂空间展布特征

Fig.6 Spatial distribution characteristics of Malugou fault and secondary fault in the study area

上述断裂切割深度大,产状较陡,其走向对区内地层与岩体具有明显的控制作用。

5 结论

1) 基于实测地质剖面地质情况及其电性特征,通过正演理论模型及其正演计算的反演结果分析,论证了该方法解决研究区内地质问题的可行性与有效性。对马路沟断裂(F₁₀₁)及其次级断裂(F₁₀₂、F₁₀₃)的产状、延伸特征等的研究成果,为后续ZKJ129-3、ZKJ129-7钻孔倾向设计提供了依据,避免了铀矿资源评价中的钻探施工风险。

2) AMT观测频点多,中浅层分辨能力较好,在探测断裂带的位置、产状和深部延伸特征等方面具有较好的应用效果。因此,在地形相对复杂的龙首山成矿带铀矿资料评价中,建议继续开展本文方法的应用工作,以提高铀矿资源勘查效果。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

赵如意, 王刚, 陈云杰, 等.

甘肃省龙首山成矿带铀资源调查评价报告

[R]. 咸阳: 核工业203研究所, 2014.