新疆阿舍勒矿集区深部构造反射地震成像应用研究
孔繁良 陈海军 刘正荣 雷建华 徐超
摘 要：阿舍勒铜锌矿是我国典型的海相火山岩塊状硫化物（VMS）型矿床。为揭示阿舍勒矿集区深部地质结构，查明构造单元边界、基底特征，提取深部找矿信息，在阿舍勒矿集区实施了两条反射地震剖面，通过采集试验攻关确定合理采集参数，处理中突出精细静校正、噪声衰减、子波处理、速度分析、偏移成像等方法技术，获得高信噪比时间剖面。剖面偏移成像成果精细刻画阿舍勒矿集区地层构造分布格局，反映出横向挤压应力背景。深部地震波组的发现为阿尔泰造山带南缘发育有前寒武纪结晶基底提供了新证据。
关键词：阿舍勒矿集区;金属矿反射地震;深部构造;偏移成像
阿舍勒大型铜锌矿床位于新疆哈巴河县北西31 km处，是新疆规模最大、品位最高的大型火山岩块状硫化物（VMS）矿床。该矿床自发现以来，众多专家学者在成矿地质背景、控矿要素、矿床成因、成矿规律等方面取得大量成果[1]，但对深部地质结构、控矿构造、基底特征等方面研究较少。反射地震勘探具探测深度大、分辨率高特点，对揭示深部（大于1 000 m）金属矿控矿构造、隐伏岩体、查明岩浆运移通道，寻找有利成矿空间等方面优势明显，弥补了传统重磁电物探方法在探测深度和分辨率方面的不足，是1 000 m以上金属矿勘查最有前景的技术[2]。
近几十年来，加拿大、南非、澳大利亚等国家相继开展了金属矿岩石波阻抗及反射系数研究、金属矿（块状硫化物）散射波场模拟研究、反射地震直接探测金属矿体试验研究、井中地震成像和3D金属矿地震成像研究等，取得较好的地质效果[3-8]。20世纪80年代，国内断续开展了金属矿地震研究工作。吕庆田等以矿集区和深部地壳探测为主要目标，在铜陵、庐枞等多个硬岩地区展开大量反射地震实验和研究工作，取得丰硕成果[9-13];徐明才等提出据反射地震数据进行控矿构造预测，利用散射地震波场研究与矿体有关的介质非均匀性金属矿地震勘探思路[14-15];高景华、Li Tonglin、周建勇等在新疆小热泉子铜矿、土屋斑岩铜矿、喀拉通克铜镍矿区，开展探测岩体、矿体及控矿构造反射地震试验，取得一定成效[16-18]。笔者在阿舍勒矿集区进行反射地震探测研究工作，旨在揭示矿集区深部地质结构，查明构造单元边界、盖层与基底特征，提取深部找矿信息。
1 地质背景
1.1 区域地质背景
阿舍勒海相火山岩型块状硫化物铜锌矿床位于西伯利亚板块南阿尔泰晚古生代弧盆系（Ⅰ2）次级构造单元阿舍勒-富蕴晚古生代岛弧（Ⅰ2-2）北西段，即阿舍勒岛弧构造区（图1-A）。岛弧呈NW向展布，北东以别斯萨拉大断裂为界，与麦兹-冲乎尔裂陷盆地相邻，南西以玛尔卡库里大断裂为界，与哈巴河晚古生代弧前盆地（Ⅰ2-3）相接（图1-A）。区域出露地层主要有下—中泥盆统托克萨雷组，为海相陆源碎屑岩夹硅质岩、碳酸盐岩;下—中泥盆统阿舍勒组为海相中酸性、基性火山岩、火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩夹碳酸盐岩，为阿舍勒盆地主要含矿层位;上泥盆统齐也组为浅海-半深海相中-中基性火山岩、火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩（图1-B）。
区域内发育NW向紧闭线型褶皱（常倒转），包括阔勒德能复向斜及加曼哈巴复背斜等大型褶皱构造。阿舍勒矿集区位于阔勒德能复向斜南西翼，轴向NW，依次出露上泥盆统齐也组和中泥盆统阿舍勒组。受玛尔卡库里深大断裂走向偏转所形成的局部构造应力场作用，矿集区内发育一系列轴向近NS向的次级褶皱构造。阿舍勒矿集区及周边岩浆活动强烈，火山岩、次火山岩与侵入岩发育。火山岩分布于阿舍勒岛弧构造中，形成于早泥盆世至早石炭世，侵入岩以华力西期中酸性岩体为主（图1-B）。
1.2 矿床地质特征
阿舍勒铜锌矿区主要出露阿舍勒组和齐也组。前者分为两个岩性段，第一岩性段以凝灰岩为主，夹沉凝灰岩（含角砾）、凝灰质砂岩、流纹岩、灰岩;第二岩性段下部为凝灰岩、沉凝灰岩、含角砾凝灰岩，顶部夹玄武岩、灰岩、重晶石岩;中部为凝灰岩、角砾凝灰岩、沉凝灰岩，顶部夹硅质岩、重晶石岩、灰岩;上部玄武岩、流纹岩，夹凝灰岩、角砾凝灰岩[1]。矿化主要产于阿舍勒组第二岩性段中。矿区圈定矿化蚀变带十余条，阿舍勒铜锌矿床产于Ⅰ号矿化蚀变带中。Ⅰ号矿化带由4个矿体组成，主矿体（1号）为隐伏矿体，占已探明铜金属量的98%，呈似层状或大透镜体状产于玄武岩和凝灰岩之间，与地层整合产出（图2）[20]。
2 反射地震数据采集与处理
2.1 地震数据采集
据地震测线垂直地质体构造走向，在近EW向上布置地震勘探线2条（图1-B），共20 km，基本与地质勘探线、重磁剖面等重合，横跨重磁异常背景。其中：DZ21线长11.5 km，东部横穿阿舍勒铜矿;DZ164线长8.5 km，位于阿舍勒矿集区南部外围。2条测线相距5.5 km，端点坐标见表1。研究区地形复杂，丘陵起伏，中部为第四系覆盖区，东部山势陡峭，采用炸药震源激发。施工前进行干扰波调查、井深、药量及微测井等一系列试验工作。确定激发参数：单井激发，覆盖层较厚处，井深12 m左右中高速层，药量8～10 kg;中部覆盖区向基岩区过渡区域，深入基岩2～3 m，井深8～10 m，药量8 kg;基岩区井深8 m，药量6 kg。使用法国产Secerl-428XL数字地震采集系统接收，400道中间放炮观测系统，道距20 m，炮距40 m，覆盖次数100次，最小偏移距10 m，最大偏移距3 990 m，记录长度8 s，采用12个主频为10 Hz的低频检波器串联铺设接收。
2.2 地震数据处理
金属矿区地震地质条件复杂，火山岩分布广泛，地层连续性差，地下构造复杂多变，金属矿通常以脉状或不规则状赋存于地下，与石油、煤炭等勘探对象大多为层状的赋存状态明显不同。金属矿区原始地震资料波场复杂、信噪比低、波阻抗差小，需探索和总结适合研究区地震资料处理的方法。研究区地震资料处理难表现在4个方面：①识别信号和噪音、最大程度的保留有效波信息;②突出有效信号能量，提高信噪比;③在波阻抗差异不大的背景下，获得精确的速度场;④实现浅部反射信号成像。针对这些难点，着重从精细静校正、噪声衰减、子波处理、速度分析、偏移成像等方面加强处理。DZ21线处理成果见图3，左图A为叠加剖面，资料整体信噪较高，从浅至深存在多套反射波组，反映的地质信息丰富。对该剖面进行偏移处理后如右图B所示，经偏移处理后绕射波收敛，倾斜反射界面归位，地质构造特征更明显[18]。
3 地震地质解释
DZ21线偏移剖面初步解釋结果见图4。由于研究区岩浆岩、火山岩、火山碎屑岩广泛发育，地层陡倾，紧闭褶皱构造发育，反射波组特征复杂，空白反射段多，采用层位追踪对比解释方法很难取得预期结果。因此，在综合研究地质资料基础上，据时间剖面反射波组振幅（能量）、频率、连续性组合特征，采用区块解释方法确定地质构造，更符合地质实际[18-19]。
3.1 上地壳地层结构解释
两条地震测线平行分布，反射波组信息丰富，结构清晰，波组特征相似，横向分段、纵向分层特征明显。以DZ21线反射地震剖面为例，在桩号11035至13035之间、15035至17035之间，不同时间段反射波组明显错断，断裂构造特征清楚，据此划分出西部F1断裂和东部F3断裂。F1、F3断裂在其延伸时间（深度）范围内，在横向上将剖面分为3段，每个区块所处的地质构造环境不同，地震波组对应的地层关系也不同。
F1断裂以西，反射波组表现为高频、断续斜交或平行特征，推测为晚二叠世石英闪长岩体。该套岩体延伸深度较大，内部低频强能量波组推测为不同期次岩浆岩侵入的速度（密度）分界面。F1与F3断裂之间为托克萨雷组海相陆源碎屑岩、碳酸盐岩沉积建造及底界的反映。托克萨雷组厚4 000 m以上，1.8 s左右T2波组深度为5 000 m左右，推断为托克萨雷组底界;F3断裂可延伸至地表与区域上的玛尔卡库里大断裂相对应，以东属阿舍勒火山盆地构造区，中浅部波组为阿舍勒组和齐也组火山-沉积岩系地层，深部T3波组推测为阿舍勒火山沉积盆地基底，下部T4波组同相轴较连续，能量均衡，具明显沉积地层成像特征。结合区域地质资料，推测为哈巴河群（中—晚奥陶世）地层，发育一套浅变质砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和泥岩等海相类复理石建造。桩号14435至18435之间，F3断裂下部，1.75至3秒之间存在大范围反射空白区，推测为深部岩浆房的反映。
中泥盆世末，新疆北部转化为构造挤压造山阶段，晚泥盆世—石炭纪，西伯利亚板块向南挤压，泥盆纪火山-沉积盆地褶皱造山，结束了盆地裂谷演化历史，进入大陆演化阶段[21]。反射地震剖面构造分布格局基本反映了晚泥盆世末以来阿舍勒火山盆地所处的挤压应力构造背景环境，断层普遍表现为陡倾逆冲断层。
3至4秒深度范围，剖面横向波组变化特征不大，依稀可见两组连续性、分层性较弱、可连续追踪的反射波组T5，深度范围在9 km左右，推测为前寒武纪结晶基底的反映。宋国学、杨富全等据锆石U-Pb定年成果证实阿尔泰造山带南缘存在前寒武纪结晶基底[22-23]，本次工作从地球物理学角度进一步为该认识提供了证据。
3.2 阿舍勒矿区地震剖面认识
F3断裂以东属阿舍勒岛弧构造区，基底（T3）以上为阿舍勒矿区所属阿舍勒组和上泥盆统齐也组火山-沉积岩系。由21线CSAMT测深剖面可见（图5），测线东部分布有两条垂向延伸的低阻异常带，编号分别为Dρ-21-1和Dρ-21-2，视电阻率最低达200 Ω·m。Dρ-21-1异常与Ⅰ号矿化带对应，为矿致异常，与矿体套合较好。这种纵向异常分带特征与成矿地层、构造产状陡倾特征相符。从物性角度分析，块状硫化物矿体与火山岩围岩之间存在较大密度差异（波阻抗差异）。理论上可形成强反射，即矿致反射异常。该区段地震时间剖面成果也印证了这点（图6），在桩号18315至19735之间，100至500毫秒范围内，发育一套断续分布、能量强、频率低，向东缓倾的反射波组（T0），其深度范围与钻孔控制的矿体深度范围相近，推断T0波组为阿舍勒铜矿Ⅰ号矿体及其控矿地质体的综合反映。这些反射由矿体与控矿地质体顶、底面及围岩之间的界面产生，虚线为推测控矿地质体范围。
受挤压应力环境影响，阿舍勒矿集区地层褶皱紧闭，转折端逆冲形成断裂破碎带。以这些破碎带分界，沿纵向分成不同反射波组特征区块，每个区块与紧闭褶皱的轮廓大致对应（图6）。密集断裂破碎带是良好的含矿热液流动通道，反射地震剖面反映出的这些构造特征，对指导中、深部找矿部位至关重要。
4 结论
（1） 本次在阿舍勒矿集区开展反射地震勘探工作，获得的时间剖面信噪比高，不同深度波组信息反映的地质内容丰富。表明通过试验攻关确定的地震采集技术及参数、资料处理方法合理有效。
（2） 反射地震偏移成像成果刻画出阿舍勒矿集区地层、岩体、控矿构造及深部结构分布，地震波振幅、频率、连续性等组合特征，反映出成矿后所处的横向挤压应力背景。
（3） 地震大深度勘探优势显著，深部存在可追踪连续波组，推测为前寒武结晶基底，为阿尔泰造山带南缘发育有前寒武纪结晶基底提供了新证据。
（4） 为探索阿舍勒矿集区深部精细结构、物性层地质意义，需加强地震与重磁电、地质资料对比研究及多元数据联合约束反演，建立中、深部三维地质-地球物理模型，为矿集区深部找矿靶区预测提供依据。
（5） 从深部矿产勘探角度考虑，以目前金属矿地震技术发展水平，除层状矿体可作为直接探测对象外，金属矿地震勘探应用方向主要是探测控矿地质体或控矿构造的空间分布。
致谢：专题野外工作期间得到新疆阿舍勒铜业股份有限公司肖辉、周明，新疆地矿局第四地质大队吴晓贵、孙道全，中国地质科学院薛融晖博士、祁光博士等的大力支持和帮助;综合研究阶段得到中国地质科学院矿产资源研究所孟贵祥研究员及中国科学院地质与地球物理研究所徐兴旺研究员指导，在此一并表示衷心感谢！
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Abstract：
The Ashele copper-zinc deposit is a typical marine volcanic massive sulfide （VMS） deposit in China. In order to reveal the deep geological structure of the Ashele ore concentration area， ascertain the structural unit boundary and basement characteristics， and extract the deep prospecting information， two seismic reflection profiles were implemented in the Ashele ore concentration area， and it was determined to be reasonable through method tests. In the processing， methods and techniques such as fine static correction， noise attenuation， wavelet processing， velocity analysis， and migration imaging are highlighted， which obtain a time profile with higher signal noise. The profile migration imaging results portray the structure distribution pattern of the Asele ore concentration area and its lower periphery， reflecting the background of lateral compression stress. The existence of the deep seismic wave group means that there is a Precambrian crystalline basement on the southern edge of the Altai orogenic belt Provided new evidence.
Key words： Ashele ore concentration area; Metal ore reflection seismic; Deep structure; Migration imaging