摘要
二连盆地腾格尔坳陷西部具有良好找矿远景，已发现的铀矿化赋存在下白垩统赛汉组砂体中，因此在赛汉塔拉凹陷开展了可控源音频大地电磁测量（CSAMT）。本文通过模型的正反演计算，选择初始模型为二维原始数据滑动平均模型、第一层厚度为40 m、圆滑系数为0.50来对原始数据进行反演处理，认为研究区下白垩统赛汉组共发育3片大规模砂体，砂体埋深及厚度由南向北逐渐增大，其最小埋深约20 m，最大埋深320 m，最大厚度为380 m，最小厚度为20 m。上述砂体整体上呈条状分布，整体较连续、稳定且规模较大，砂体物源主要来自于南部的温都尔庙隆起。通过钻孔对比及后期验证，可以看出CSAMT在该地区地层分层、砂体探测方面应用效果良好，为下一步铀矿勘查工作提供有效依据。
Abstract
The western part of Tengger Depression in Erlian Basin has a good prospecting prospect. The discovered uranium mineralization occurs in the sand body of the Lower Cretaceous Saihan Formation. Therefore, the trolled source audio magnetotelluric survey (CSAMT) was carried out in the Saihantala Sag. In this paper, throughforward and inversion calculation of the model, the initial model is selected as the two-dimensional original data moving average model, the thickness of the first layer is 40 m, and the smoothness coefficient is 0.50 to invert the original data. It is considered that three large-scale sand bodies are developed in the Lower Cretaceous Saihan Formation in the study area. The buried depth and thickness of the sand bodies gradually increase from south to north. The minimum buried depth is about 20 m, the maximum buried depth is 320 m, the minimum thickness is 380 m, and the minimum thickness is 20 m. The above-mentioned sand bodies are distributed in strips on the whole, which are continuous, stable and large-scale on the whole. The source of sand bodies mainly comes from the Wenduermiao uplift in the south. In stratigraphic stratification and sand body detection in this area, which provides an effective basis for the next step of uranium exploration.
0 引言
研究区位于二连盆地腾格尔坳陷西部的赛汉塔拉凹陷，是二连盆地主要的油气富集凹陷之一，同时也是腾格尔亚盆地带最大的裂谷盆地（旷文战和康世虎，2012①；刘波等，2015）。
2012年以来，核工业航测遥感中心在二连盆地乌兰察布坳陷、马尼特坳陷西部等砂岩型找矿地段共完成CSAMT测线约2000 km，并取得了重大成果，发现上述地区铀矿化受下白垩统赛汉组砂体控制（吴晓峰等，2019；孙磊等，2020），同时通过钻探工作，在腾格尔坳陷西缘的宝拉格地区发现了良好的铀矿化信息，分别位于赛汉组上、下段砂体中。腾格尔坳陷赛汉塔拉凹陷具备相同或相似的铀成矿条件（李英宾，2021），但地表被大面积新近系覆盖，深部砂体发育情况不明，因此急需在腾格尔坳陷西缘赛汉塔拉凹陷开展物探工作，对赛汉组砂体的发育特征进行研究。根据区域地质资料，研究区内砂体多分布在600 m以浅，CSAMT可清晰的反映出其展布形态。
本文通过在腾格尔坳陷西缘的赛汉塔拉凹陷开展CSAMT测量，查明了研究区内砂体空间展布特征，成功揭露到赛汉组砂体，有效指导了钻探工程布置，取得了较好探测效果。
1 研究区概况
1.1 地质背景
研究区基底主要为元古宇中高级变质岩，元古宇、古生界中低级变质岩等，沉积盖层主要是侏罗系、白垩系和新近系（图1），赛汉组上段砂体规模大、成熟度高、延伸稳定，上覆赛汉组上段顶部泥岩，下伏赛汉组下段泥岩，垂向上形成“泥-砂-泥” 的互层结构，是寻找同沉积叠加后生氧化改造型铀矿的有利层位。
1.2 岩石电阻率特征
（1）第四系分布较局限，其厚度一般小于10 m，其中淤泥电阻率值较低，最低可达3 Ω•m，黄土、黏土电阻率值中等，而干砂、砾石电阻率值最高可达 300 Ω•m。
（2）新近系、古近系泥岩、砂质泥岩电阻率几何平均值为5.78 Ω•m；松散含砾粗砂岩、粗砂岩电阻率几何平均值为28.61 Ω•m；砂砾岩、砾石电阻率几何平均值为19.76 Ω•m。
（3）下白垩统赛汉组泥岩、粉砂岩等电阻率几何平均值为6.58 Ω•m，砂质泥岩、泥质砂岩或泥岩砂岩互层其电阻率几何平均值为10.74 Ω•m，含砾粗砂岩、粗砂岩、泥质中砂岩、泥质细砂岩电阻率几何平均值为22.56 Ω•m。另外，找矿目的层赛汉组砂体与上覆、下伏泥岩电阻率值有着较大差异，为砂体的圈定提供了地球物理基础。
图1研究区大地构造位置图（a）地质及测线布置图（b）
1—第四系；2—上新统宝格达乌拉组；3—中新统通古尔组；4—渐新统；5—下二叠统；6—上石炭统；7—温都尔庙群；8—华力西晚期花岗闪长岩；9—实测地质界线；10—平行不整合界线；11—角度不整合界线；12—构造单元界线；13—断裂；14—测线及编号；15—钻孔及编号
表1研究区电阻率参数统计
2 数据处理
2.1 测线布置
研究区主要位于腾格尔坳陷西缘的赛汉塔拉凹陷，布设CSAMT测线4条，测线间距4.8 km，测点点距为100 m，方向为东西向，与地层展布方向南北向相垂直，测线编号为E21K01～E21K04（图1），测点数1500个，区内无明显干扰源。
本次可控源音频大地电磁测量使用GDP-32Ⅱ 多功能电法仪，采集频率为1~8192 Hz。
2.2 数据正反演计算
2.2.1 正演地质模型
根据钻孔揭露地层、岩性及测井电阻率分布特征，建立了正演地质模型（图2），正演模型参数如下：第一层，厚度65 m，电阻率值为40 Ω•m，为古近系、新近系顶部砂岩、砂质砾岩；第二层，厚度40 m，电阻率值为15 Ω•m，为古近系、新近系中部泥岩夹砂岩；第三层，厚度55 m，电阻率值为20 Ω•m，为古近系、新近系底部砂岩、砂质砾岩、中粗粒砂岩等； 第四层，厚度50 m，电阻率值为10 Ω•m，为下白垩统赛汉组顶部，以泥岩沉积为主；第五层，厚度210 m，电阻率值为15 Ω•m，为下白垩统赛汉组中部砂岩、泥质砂岩、泥岩砾岩互层、砂砾岩、砾岩、中粗砂岩，也是研究区铀矿主要赋存层位；第六层，为下白垩统赛汉组底部，位于模型底部，以炭质泥岩为主，根据钻孔资料，模型深度控制在1000 m以浅，电阻率值根据测井电阻率值赋值为10 Ω•m。
2.2.2 初始模型
本文对比分析了4种常用的初始模型，分别为二维原始数据滑动平均，二维Bostick滑动平均，一维模型二维滑动平均模型，均匀半空间模型，图3为正演模型4种不同模拟的处理结果，处理参数均为系统默认参数。
对比4种初始模型的电阻率断面图（图3）可以看出，二维原始数据滑动平均模型和二维Bostick滑动平均模型的反演电阻率等值线平滑且呈水平状分布，与正演模型基本吻合，客观地反映了研究区的地电结构，但后者在第一电性层反演电阻率等值线有轻微畸变，因此本次反演处理采用了二维原始数据滑动平均模型。
2.2.3 第一层厚度
初始模型第一层厚度的取值不同将影响到电性层的埋深和厚度，会对部分地质信息造成不同程度上的放大或平滑，从而影响到地质推断解释的准确性，因此需要根据钻探资料来决定第一层厚度的取值。
图2正演模型示意图
图3不同初始模型相同参数反演电阻率断面对比图
1 —古近系与新近系并层；2—下白垩统赛汉组
图4第一层厚度不同情况下反演电阻率断面对比图
1 —古近系与新近系并层；2—下白垩统赛汉组
初始模型第一层厚度的取值（20 m、30 m、40 m、 50 m、60 m）进行反演对比，本次参数选择时选用了二维原始数据滑动平均模型，其余处理参数均为系统默认参数。
通过图4可以看出，不同第一层厚度反演电阻率断面图均未造成电性层数量的减少或增加，在纵向上表现为6层结构，但通过与钻孔揭露地质情况进行对比，可以发现第一层厚度为40 m时，各电性层反映的埋深、厚度均比其他第一层厚度的选择反映的更加准确，客观地反映了研究区的地电结构。根据试验结果，数据处理模型第一层厚度选择40 m。
2.2.4 圆滑系数
圆滑系数是控制反演模型数据拟合度与模型粗糙度关系的一个参数（李茂等，2005；陈立新等， 2022），取值过大，则数据拟合度太小、模型较平滑，会滤掉某些地质信息；过小则数据拟合度太高，模型粗糙，可能引入假的地质信息。
对圆滑系数的取值（0.25、0.50、0.75）进行反演对比（图5），本次参数选择时选用了二维原始数据滑动平均模型，其余处理参数均为系统默认参数。
通过图5可以看出，不同圆滑系数反演电阻率断面图均在纵向上表现为6层结构。但通过与钻孔揭露地质情况进行对比，圆滑系数取值为0.50时，各电性层反映的埋深、厚度均比其他圆滑系数的选择反映的更加准确，客观地反映了研究区的地电结构。根据试验结果，研究区数据处理圆滑系数取值为0.50。根据试验结果，数据处理选取反演参数如下：初始模型为二维原始数据滑动平均模型、第一层厚度为40 m、圆滑系数为0.50，其余参数均取程序的默认值，图6为正演模型的反演电阻率断面图。
3 地电特征分析
以E21K01 线为例进行分析。E21K01线长 37.2 km，测线方向90°，地表主要出露古近系、中新统通古尔组、上新统宝格达乌拉组，主要穿越苏尼特隆起、赛汉塔拉凹陷、查干诺尔凸起。
3.1 剖面电性特征分析
从E21K01和E21K02线反演电阻率断面图及地质推断解释示意图（图7、图8）可以看出，电性层从上至下大致分为5层，呈相对中阻—低阻—中高阻—低阻（夹中阻）—中高阻（高阻）特征。
E21K01线第一电性层主要分布于1500~37200 m段，平均厚度约35 m，最大厚度70 m，推断为古近系、新近系，岩性主要为砂岩、砂质砾岩；第二电性层主要分布于8000~34500 m段，平均厚度为35 m 左右，推断为古近系、新近系泥岩、砂质泥岩等沉积层位；第三电性层主要分布于2800~12800 m、 13500~17500 m、18600~34000 m段，推断为古近系、新近系；第四电性层主要分布于3800~36500 m段，整体以低阻为背景，含有呈透镜状、似层状的中阻体，推断为下白垩统赛汉组；第五电性层位于断面底部，呈中高阻特征，推断为前白垩纪基底。
图5不同圆滑系数（ResSmth）反演电阻率断面对比图
1 —古近系与新近系并层；2—下白垩统赛汉组
E21K02 线第一电性层主要分布于断面平距 1500~38900 m段，平均厚度约30 m，最大厚度达64 m，推断为古近系、新近系，岩性主要为砂岩、砂质砾岩；第二电性层主要分布于断面平距500~2500 m、 3700~6800 m、7800~17950 m、23900~35600 m段，平均厚度为25 m左右，推断为古近系、新近系泥岩、砂质泥岩等沉积层位；第三电性层主要分布于断面平距0~2500 m、3900~6300 m、8400~17500 m、24000~34600 m段，电性层厚度平均36 m左右，推断为古近系、新近系砂质砾岩、砂岩、泥质砂岩等；第四电性层分布连续，且整体以低阻为背景，分布有呈透镜状、似层状的中阻体，推断为下白垩统赛汉组；第五电性层位于断面图底部呈断续分布，中高阻特征，推断为前白垩纪基底。
3.2 砂体电性特征分析
在E21K01线28000~34000 m段（图9），反演电阻率值为5~25 Ω∙m，呈相对中阻特征，数值由中心向两侧逐渐降低，推断为下白垩统赛汉组砂岩、中粗砂岩、砂质砾岩等，透镜状分布，顶、底界面整体向凹陷中心倾伏，埋深与厚度逐渐增大。
图6正演模型反演电阻率断面图
1 —古近系与新近系并层；2—下白垩统赛汉组
图7E21K01线反演电阻率断面及地质推断解释示意图
1—古近系与新近系并层；2—下白垩统赛汉组；3—前赛汉期以深地层；4—推断赛汉组砂体范围；5—推断平行不整合地质界线；6—推断角度不整合地质界线；7—推断断裂及编号
图8E21K02线反演电阻率断面及地质推断解释示意图
1—古近系与新近系并层；2—下白垩统赛汉组；3—前赛汉期以深地层；4—推断赛汉组砂体范围；5—推断平行不整合地质界线；6—推断角度不整合地质界线；7—推断断裂及编号
图9E21K01线断面平距27000~35000 m段反演电阻率断面及地质推断解释示意图
1—古近系与新近系并层；2—下白垩统赛汉组；3—前赛汉期以深地层；4—推断地质界线；5—推断赛汉组砂体分布范围；6—推断断裂及编号； 7—钻孔及编号
3.3 钻探验证
HZK47-0孔位于E20K01测线平距31.3 km附近。从反演电阻率断面与钻探揭露情况对比分析 （图10）可以看出，电性层反映的电阻率特征、厚度、深度与钻探揭露情况基体吻合，钻孔揭露到以泥岩为主的细粒沉积物，反演电阻率断面图（图9）中表现为相对低阻电性特征，钻孔揭露到赛汉组以砂岩为主的粗粒沉积物，图中表现为相对中高阻电性特征。钻遇找矿目的层赛汉组顶界面深度为210 m，推断深度为240 m，误差为13.3%；钻遇砂体顶界面深度为251 m，推断深度为235 m，误差为6.58%。因此反演结果正确地反映了研究区的地电特征。
4 砂体的空间展布特征
根据CSAMT测量解释成果，在下白垩统赛汉组中共圈定砂体3处，其厚度及分布范围见图11。
（1）Ⅰ号砂体位于赛汉塔拉凹陷西部，穿越 E21K01~04线，呈北北东向分布，控制长度约19.5 km，面积约180 km2，平面上呈由南向北聚拢形态分布。砂体埋深及厚度由南西向北东逐渐增大，顶界面埋深一般为70~320 m，最小厚度约20 m，最大厚度超过380 m。砂体物源来自于南部的温都尔庙隆起（黄建国等，2017；赵明等，2018），并向北东汇聚，另外，苏尼特隆起对凹陷内砂体的形成具一定贡献。
（2）II 号砂体：位于赛汉塔拉凹陷中部，穿越 E21K01~04线，呈近南北向分布，控制长度约17.5 km，面积约170 km2。砂体在E21K02线南部具有3 个分支且在该线北部汇聚，砂体埋深及厚度由南向北逐渐增大，顶界面埋深一般为130~220 m，最小厚度约60 m，最大厚度达140 m以上。砂体物源来自于南部的温都尔庙隆起，并向北汇聚。
图10HZK47-0钻孔地质编录、测井电阻率及反演电阻率断面对比图
1 —古近系与新近系并层；2—下白垩统赛汉组
图11研究区下白垩统赛汉组砂体厚度及分布范围图
1 —测线及编号；2—推断断裂及编号；3—推断砂体范围及编号；4—推断二级构造单元边界；5—推断三级构造单元边界
（3）Ⅲ号砂体：位于赛汉塔拉凹陷东部，穿越 E21K01~04线，呈近南北向分布，控制长度约20.0 km，面积约55 km2。砂体埋深及厚度由南向北逐渐增大，顶界面埋深一般为90~200 m，最小厚度约90 m，最大厚度达160 m以上。砂体物源来自于南部的温都尔庙隆起，并向北汇聚，同时东部的查干诺尔凸起对砂体的形成具一定贡献。
5 结论
通过CSAMT在赛汉塔拉凹陷砂岩型铀矿找矿中的应用可以看出，CSAMT在该地区地层分层、砂体探测方面应用效果良好，为下一步铀矿勘查工作提供有效依据。
（1）通过数据正反演计算看出，不同的反演参数会造成反演结果的差异性，因此在数据处理环节，为提高资料的解释质量，应尽可能利用先验（钻孔、地震等）资料对反演参数进行必要的试验分析研究，以确定适合于研究区的数据反演约束条件，从而确保反演误差最小、精度更高，使资料达到最佳的解释效果。
（2）研究区电性层从上至下大致分为5层，总体呈相对中阻—低阻—中高阻—低阻（夹中阻）—中高阻（高阻）特征，砂体埋深及厚度由南向北逐渐增大，其最小埋深约20 m，最大埋深320 m，最小厚度为380 m，最小厚度为20 m。
（3）赛汉塔拉凹陷下白垩统赛汉组砂体之上为赛汉组上段红色泥岩等，之下为赛汉组下段炭质泥岩等，垂向上构成“泥-砂-泥”互层结构，呈低-高-低的电阻率特征，在钻孔验证中，推断找矿目的层和砂体的深度误差小于15%，正确地反映了研究区的地电特征。
（4）赛汉塔拉凹陷下白垩统赛汉组砂体整体上呈条状分布，整体上较连续、稳定且规模较大，砂体物源主要来自于南部的温都尔庙隆起。
注释
① 旷文战，康世虎.2012. 内蒙古二连盆地腾格尔坳陷1∶25万铀资源区域评价[R]. 包头: 核工业二〇八大队.