第４４卷 第３期２０２２年５月
物探化探计算技术
ＣＯＭＰＵＴＩＮＧＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳＦＯＲＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬＡＮＤＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．３
Ｍａｙ２
０２２
收稿日期：２０２１ ０４ ０８
基金项目：中国核工业地质局基础地质专项（２０１７２２－３）第一作者：谢明宏（１９８６－），男，工程师，主要从事物探生产、研究工作，Ｅ ｍａｉｌ：ｘｉｅｍｉｎｇｈｏｎｇ
０２０７＠１６３．ｃｏｍ。文章编号：１００１ １７４９（２０２２）０３ ０３４４ ０９ＣＳＡＭＴ与广域电磁法在松辽盆地北部低阻区
砂岩型铀矿勘查中的试验对比
谢明宏ａ，
ｂ
（核工业航测遥感中心ａ．
铀资源地球物理勘查技术中心重点实验室，ｂ．河北省航空探测与遥感技术重点实验室，石家庄 ０５０００２
）摘 要：为探索不同电磁方法在低阻区的有效探测深度及砂体识别能力，从铀矿地质勘查工作的实际出发，在松辽盆地北部低阻覆盖区昌盛地段开展了可控源音频大地电磁法（ＣＳＡＭＴ）和广域电磁法的对比试验。通过试验剖面资料的反演处理，结合研究区地质及钻探资料的综合分析，总结了两种方法在低阻区的有效探测深度和对不同岩性的分辨能力。通过对二者原始数据曲线和各自频率特性对比，分析了两种不同方法的有效探测深度，并结合钻孔资料对两者的剖面反演结果进行了对比研究。研究结果表明，ＣＳＡＭＴ法在低阻区对埋深８００ｍ以浅的“泥－砂－泥”互层能够有效识别；广域电磁法在同一低阻区其有效探测深度大于ＣＳＡＭＴ法（超过８００ｍ）。因此，在松辽盆地低阻区，ＣＳＡＭＴ适用于探测目标体埋深≤８００ｍ的区域，而广域电磁法可适用于解决更深目标体的探测问题。
关键词：昌盛地段；低阻区；ＣＳＡＭＴ；广域电磁；有效探测深度
中图分类号：Ｐ６３１．２ 文献标志码：Ａ 犇犗犐：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１００１ １７４９．２０２２．０３．１００ 前言
松辽盆地是我国北方大型中新生代沉积盆地之一，不仅石油天然气丰富，而且砂岩型铀矿成矿潜力也很大，已发现了宝龙山、大林等铀矿床，找矿成果
显著［
１－２］
。近年来，为配合盆地铀矿区域调查评价工作，在局部地段开展了大比例尺的可控源音频大地电磁（ＣＳＡＭＴ）法勘探，取得了一定的地质效果，但发现一个主要问题是该区普遍存在较厚的泥岩低阻层，ＣＳＡＭＴ法的探测深度受到一定限制。其中在松辽盆地北部中央凹陷区有效深度在６００ｍ以浅，无法满足对目的层探测深度的要求。为此，２０１９
年在松辽盆地北部低阻区开展了物探技术方法试验
研究，取得了一些研究成果，为该区今后物探方法选择提供了重要依据。
ＣＳＡＭＴ法和广域电磁法在试验研究结果中
具有较好的效果，也有一定的区别，值得进一步研究。为探索电磁法的有效探测深度及深部“泥－砂－泥”
互层结构分辨能力，选取了科研项目试验中在昌盛地段（ＺＫＢ３－１钻孔附近）的ＣＳＡＭＴ法和广域电磁法进行对比研究，通过试验剖面数据的反演处理和综合解释，总结了在低阻区内两种方法的有效探测深度及“泥－砂－泥”互层结构地层的分辨能力，为区内铀矿勘查提供了新的勘探方法。
１ 方法原理
１．１ 可控源音频大地电磁测量原理
ＣＳＡＭＴ法是一种通过使用人工控制场源以获得更佳探测效果的电磁测深法。可通过改变发射源的发射频率进行测深，利用测量相互正交的电场和磁场分量计算卡尼亚电阻率［３］。
ρ＝
１
５犳
犈狓
犎狔
２
（１）
在式（１）中，ＣＳＡＭＴ法所使用的人工场源为电性源，是在有限长（１ｋｍ～３ｋｍ）的接地导线中供以音频电流，产生相应频率的电磁场。电性源的收发距离可达十几千米，用以加大探测深度。
ＣＳＡＭＴ法常采用电偶源，旁侧观测装置。一般要求场源和测深点之间的距离要达到３倍～５倍
的趋肤深度（δ＝５０３ρ
槡犳，其中δ为趋肤深度，ρ为探区内预期的平均电阻率，犳为工作频率）。在平行于场源中垂线两边张角各３０°的扇形区域内逐点观
测电场分量犈
狓和与之正交的水平磁场分犎
狔
振幅
和相位，进而计算卡尼亚电阻率和阻抗相位。１．２ 广域电磁法原理
为了能在广大的非“远区”进行电磁测深，何继善院士［４］提出了广域电磁测深法。此处的“广域”实际上是指广大的非远区区域，当然也包括广大的远区。在广域电磁中，以电偶极为场源，测量电场的狓分量，定义广域视电阻率。广域视电阻率是地下电性不均匀体和地形起伏的综合反映，能够反映介质电性的空间变化，或者说视电阻率是空间上介质真电阻率的复杂加权平均［４－５］。
犈狓＝犐ｄ犔
２πσ狉３
［１－２ｓｉｎ２φ＋ｅ－犻犽狉（１＋犻犽狉）］
（２）
式（２）是均匀大地表面上水平电偶极源的犈
狓的严格地、精确地数学表达式。根据式（２）可以定义广域意义上的视电阻率为式（３）。
ρ犪＝犓犈－犈狓Δ犞犕犖
犐
１
犉犈－犈
狓
（犻犽狉）
（３）
式中：
犓犈－犈
狓＝
２π狉３
ｄ犔·犕犖
（４）
Δ犞犕犖＝犈狓·犕犖（５）犉犈－犈
狓
（犻犽狉）＝１－３ｓｉｎ２φ＋ｅ－犻犽狉（１＋犻犽狉）
（６）
任取一个可能的电阻率值，并将发送电流犐，源尺寸ｄ犔、方位角φ、工作模式ω等参数一起代入式（４），利用迭代计算，直至达到满意的精度为止。并把此ρ值作为工作频率的最佳值，用于下一步的计算。
由于准确电阻率公式的提出，可以只测量一个分量，而不必要同时测量两个相交的电场与磁场，而且所测得的单分量并不会减少地电信息的获得。在某个区域进行勘探时，选择电场还是磁场，观测水平
分量还是垂直分量，都可以依据现场条件做出选择。在包括远区与非远区的广大区域内，观测人工伪随机电磁场的一个分量而不是两个，计算广域视电阻率值，获得深部地质信息。
２ 研究区概况
２．１ 地质概况
研究区位于松辽盆地北部东北隆起区海伦隆起带西侧（图１～图２），行政区划属于齐齐哈尔市克东县昌盛乡。近年来在东北隆起区的地质勘探中，泉头组、姚家组均发现了有意义的铀异常显示，异常砂体厚度大，成矿潜力巨大。因此，主要找矿目标层为上白垩统泉头组、姚家组［６－９］。
基底主要为海西花岗岩。中生代沉积盖层自下至上有上白垩统泉头组、青山口组、姚家组和嫩江组。
１）泉头组（Ｋ２狇）：研究区泉一段普遍缺失。泉二段下层为灰色沉积建造，厚度大于２９０ｍ，由灰色混杂砾岩、含泥粗砂岩、含泥含砾粗砂岩、含砾粗砂岩、钙质粗砂岩、粗砂岩、泥岩等组成，砂体内碳屑含量相对较高，还原容量较大，发育厚大砂体；泉二段上层由灰绿色含砾粗砂岩、粗砂岩、泥岩、灰色泥岩等组成，顶部见砖红色泥岩，地层厚约１１０ｍ左右。泉三段地层厚度大于４００ｍ，砂泥比值低，地层中泥质层增厚；为由砖红色泥岩、砂质泥岩与灰绿色、浅灰色含砾粗砂岩、含泥粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩等组成的红色沉积建造，砂体厚大者少，有机质含量较低。泉
四段地层分布面积广，可见地层厚度１０６ｍ，地层由砖红色泥岩、与灰色、浅灰色含砾粗砂岩、含泥粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩等组成，砂体厚大者少，有机质含量不高。
２）青山口组（Ｋ２狇狀）：主要发育浅湖相－半深湖相细碎屑沉积组合，为一套灰黑、深灰色泥岩为主夹油页岩、灰色砂岩和粉砂岩灰色沉积建造厚２１５ｍ。青一段以灰黑、灰绿色泥岩为主，其次为灰色砂岩、粉砂岩；青二、三段主要为杂色泥岩。
５
４
３
３期谢明宏：ＣＳＡＭＴ与广域电磁法在松辽盆地北部低阻区砂岩型铀矿勘查中的试验对比
图１ 构造单元示意图Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏ
ｆｔｅｃｔｏｎｉｃｕｎｉ
ｔ图２ 研究区试验剖面位置图
Ｆｉｇ．２ Ｌｏｃａｔｉｏｎｍａｐｏｆｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎｉｎｓｔｕｄｙａ
ｒｅａ ３）姚家组（Ｋ２
狔）：岩性由紫红、灰绿、棕红色泥岩与绿灰、灰白色砂岩，呈略等厚互层，厚度一般为２０ｍ～１６０ｍ，最厚为２６０ｍ。该组横向相变较大，东部以棕红色泥岩为主，中部以灰绿色、灰黑色泥岩为主，西部和北部则以杂色砂砾岩、砾岩夹紫红色泥岩为主。
４）嫩江组（Ｋ２
狀）：嫩一段分布广泛，厚近２００ｍ，多超覆沉积在姚家组及其他地层之上；主要由灰绿色、
灰黑色夹灰色细砂岩、中砂岩及薄层紫红色泥岩等组成。嫩二段为厚层泥质细碎屑沉积，地层内化
石丰富，区内可见最大厚度为２５２ｍ。嫩三段可见厚度１３０ｍ，主要由灰绿、灰白、灰色细砂岩、粉砂岩与灰色泥岩互层组成，顶部夹紫红色泥岩，边部见砂岩及含砾砂岩等。嫩四段厚度大于１００ｍ，由灰绿色泥岩、
粉砂岩、细砂岩、中粗砂岩等互层，顶部夹紫红色泥岩，局部为紫红色夹灰绿色泥岩，边部见砂砾岩。５）第四系（Ｑ）
：以冲洪积物、砂砾石、黏土和冲积物为主。
２．２ 电阻率特征
收集了研究区附近钻孔的测井电阻率资料，各地层岩性电阻率统计结果见表１。
由表１可知，研究区内各地层的电阻率值为７Ω·ｍ～１
１３Ω·ｍ。其中嫩江组二段和青山口组平均电阻率分别为７．２Ω·ｍ和１０．６Ω·ｍ，其他各地层平均电阻率值为１４．４Ω·ｍ～１８．２Ω·ｍ；
第四系电阻率值均值为２８．８Ω·ｍ与下伏地层泥岩、粉砂岩、细砂岩存在一定电性差异；基底华力西期花岗岩电阻率值均值为１１３Ω·ｍ与上覆盖层电性差异较大。由此可见，各地层岩性组成成分不同时，地层间存在一定的电性差异，为在研究区开展电磁法探测提供了物性前提。
６
４３ 物探化探计算技术４４卷
表１ 研究区地层电阻率特征统计表
Ｔａｂ．１ ＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＴａｂｌｅｏｆｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｓｔｕｄｙａｒｅａ
序号地层电阻率范围／Ω·ｍ电阻率均值／Ω·ｍ岩 性电性特征１第四系２７．６～３２．０２８．８冲洪积物、砂砾石、黏土中高阻
２嫩江组６．４～９．０７．２以泥岩为主，主要为嫩二段低阻９．０～２２．０１４．４
岩性以泥岩、粉砂岩为主，细砂岩次之，局部
有砾岩，主要为嫩一、三、四、五段
中低阻
３姚家组３．２～２７．３１５．９以泥岩、粉砂岩、细砂岩为主，泥砂互层中低阻４青山口组６．１～１５．６１０．６泥岩为主，粉砂岩次之，夹薄层细砂岩中低阻５泉头组７．０～３４．２１８．２细砂岩、粗砂岩和砾岩为主，夹泥岩中阻６印支期９２～１１８１１３．２花岗岩高阻 据核工业二四 研究所钻孔测井视电阻率资料［９
］
图３ ＺＫＢ３－１柱状及测井电阻率图
Ｆｉｇ．３ ＺＫＢ３－１ｃｏｌｕｍｎａｎｄｌｏｇｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｃｈａｒｔ
２．３ 试验剖面地质体电性特征
试验剖面Ｌ３－１线位于松辽盆地北部东北隆起区海伦隆起带北西侧，钻孔ＺＫＢ３－１位于测线中部（图２）。
图３为ＺＫＢ３－１柱状及测井电阻率图。根据
钻孔揭露情况，地层自下而上分别为泉头组（Ｋ
２狇
）、
青山口组（Ｋ
２狇狀
）、姚家组（Ｋ
２狔
）、嫩江组（Ｋ
２狀
，主要为嫩江组１、２段）和第四系（Ｑ）。
钻孔剖面揭露的６个地层与测井电阻率对应关系如下：第一层－２０．８ｍ～０ｍ段，电阻率值２５Ω·ｍ～４６Ω·ｍ，为第四系松散砂、黏土；第二层２０．８ｍ～１５４．７５ｍ段，电阻率平均值约１８Ω·ｍ，为嫩江组二段泥岩；第三层１５３ｍ～２１６．５ｍ段，电阻率值１８Ω·ｍ～４２Ω·ｍ，为嫩江组一段泥岩、粉砂岩；第四层２１６．５ｍ～２９５．９０ｍ段，电阻率值１４Ω·ｍ～５７Ω·ｍ，为姚家组泥岩、粉砂岩、细砂岩；第五层２９５．９０Ω·ｍ～３７４．７５ｍ段，电阻率值约１３Ω·ｍ～６０Ω·ｍ，为青山口组泥岩、细砂岩，泥岩为主；第六层３７４．７５ｍ～５２５ｍ段，电阻率值约１３Ω·ｍ～１０２Ω·ｍ，为泉头组泥岩、砂岩或砾岩。
图４为ＺＫＢ３－１深部推测泉头组底界埋深示意图（拜２、拜３钻井资料来自石油钻井资料）。由图４可知，参照浅部各钻孔对应情况，按其趋势类推ＺＫＢ３－１深部泉头组底界线埋深约８８０ｍ。
２．４ 研究区地电模型
根据研究区已知岩石电阻率特征统计分析，得出如下地电结构：
１）嫩江组二段和青山口组主要以泥岩为主，电阻率值最低，可作为相对低阻标志层。
２）嫩江组一段以细砂、粉砂为主夹泥岩，电阻率整体为相对中低阻特征。
３）姚家组以泥岩、粉砂岩、细砂岩为主，泥砂互层，整体电阻率为相对中低阻特征。
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３期谢明宏：ＣＳＡＭＴ与广域电磁法在松辽盆地北部低阻区砂岩型铀矿勘查中的试验对比
图４ ＺＫＢ３－１深部推测泉头组底界埋深示意图Ｆｉｇ．４ ＳｋｅｔｃｈｍａｐｏｆＺＫＢ３－１ｉｎｆｅｒｒｉｎｇｔｈｅｂｕｒｉａｌｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｂｏｔｔｏｍ
ｂｏｕｎｄａｒｙｏｆＱｕａｎｔｏｕｆｏｒｍａｔｉｏ
ｎ
图５ ＣＳＡＭＴ和广域电磁法反演电阻率及地质解释断面图
Ｆｉｇ．５ Ｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｉｎｖｅｒｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｉｎｆｅｒｒｅｄｂｙ ＣＳＡＭＴａｎｄｗｉｄｅ－ａｒｅａｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄ
（ａ）ＣＳＡＭＴ；（ｂ）广域电磁法
４）泉头组二段、三段、四段岩性不同，电阻率特征变化不一。泉头组四段主要以砂岩、砾岩为主，泥岩次之，电阻率为相对中低阻特征；泉头组三段砂泥比值低，电阻率为相对低阻特征；泉头组二段主要以砂岩、钙质砂岩和砾岩为主，电阻率为相对中阻特征。
３ 数据采集和数据处理
本次试验剖面长２．５ｋｍ，点距为１００ｍ（图２）。ＣＳＡＭＴ法使用的仪器为加拿大凤凰公司的Ｖ８多功能电法仪；广域电磁法使用的仪器为湖南继善高科公司的广域电磁法仪。
ＣＳＡＭＴ数据处理主要包括预处理及正、反演处理两个阶段，本次数据处理软件主要采用美国Ｚｏｎｇｅ公司的软件包。预处理主要包括静态校正、远区数据频点的选择、噪声处理等内容，使用软件包括ＣＭＴＰｒｏ和Ａｓｔａｔｉｃ。反演处理主要包括地电模型建立及正演、反演参数选择、反演处理及成图，使
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３ 物探化探计算技术４４卷
