地球物理方法在砂巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用進(jìn)展

封志兵,聶冰鋒,聶逢君,江麗,夏菲,李滿根，嚴(yán)兆彬,

何劍鋒1,程若丹2

(1. 東華理工大學(xué) 江西省放射性地學(xué)大數(shù)據(jù)技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室, 江西 南昌 330013；2. 東華理工大學(xué) 地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院, 江西 南昌 330013；3. 東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江西 南昌 330013 )

0 引言

鈾資源是重要的戰(zhàn)略資源，兼?zhèn)滠娪?、民用雙重屬性[1]。因地浸開采砂巖型鈾礦的成本低且環(huán)境友好，砂巖型鈾礦已成為當(dāng)今鈾礦勘探的主要類型[2]。我國已在伊犁盆地、鄂爾多斯盆地、二連盆地、松遼盆地西南部等地探明一系列砂巖型鈾礦[3-6]。近年，又在松遼盆地西南部大林地區(qū)、鄂爾多斯盆地塔然高勒地區(qū)等地取得鈾礦找礦新突破[7-8]，表明此類鈾礦具有良好的繼續(xù)找礦與勘探前景。

地球物理勘查方法在沉積盆地能源礦產(chǎn)勘查中扮演著重要角色[9-10]，其在同盆產(chǎn)出的砂巖型鈾礦這一熱點(diǎn)資源的勘探中理應(yīng)擔(dān)當(dāng)重任。近年來，鈾礦勘探人員將重、磁、電、震、放射性等地球物理方法應(yīng)用在砂巖型鈾礦找礦與勘探中，在查明鈾成礦相關(guān)的沉積建造、斷裂和基底起伏等方面取得一定成效[11-15]。然而，由于表征于地表的找礦信息十分微弱，且鈾儲(chǔ)層物性差異不明顯，在一定程度上限制了地面地球物理方法在此類鈾礦床找礦與勘探中的應(yīng)用推廣[16]。鑒于此，筆者在分析砂巖型鈾礦控礦因素的基礎(chǔ)上，綜合大量野外實(shí)際工作和前人研究成果，系統(tǒng)地闡述各地球物理方法在此類鈾礦找礦與勘探中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及存在問題，進(jìn)而討論各方法的發(fā)展趨勢(shì)以及此類鈾礦勘查方法(組合)，以期為砂巖型鈾礦勘探提供有益借鑒。

1 砂巖型鈾礦成礦

砂巖型鈾礦的形成是水—巖相互作用的結(jié)果[17]。根據(jù)砂巖型鈾礦成礦理論，處于高地勢(shì)的富鈾巖體遭受長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕，其中的鈾被氧化并溶于大氣降水中形成含鈾—氧流體。含鈾—氧流體在重力驅(qū)動(dòng)下流向低地勢(shì)處并滲入到地層中。當(dāng)含鈾—氧流體側(cè)向滲入到地層中并發(fā)生層間氧化作用時(shí)，鈾在氧化—還原過渡帶聚集并形成卷狀為主的鈾礦體，該成礦模式被稱為層間氧化式砂巖型鈾礦[18-19]。當(dāng)含鈾—氧流體在低地勢(shì)處垂向滲入到下伏地層中并發(fā)生潛水氧化作用，由此形成板狀為主的鈾礦體，該成礦模式被稱為潛水氧化式砂巖型鈾礦[20-21]。除上述表生流體成礦之外，深源流體(烴類流體、熱流體等)疊加成礦也愈加得到關(guān)注[22-25]。

次造山運(yùn)動(dòng)、鈾源、斷裂、沉積建造、基底起伏等是砂巖型鈾礦成礦的控制因素[11,26-29]，其中，次造山運(yùn)動(dòng)是觸發(fā)鈾成礦作用的驅(qū)動(dòng)力，其不僅支配含礦層砂體的堆積和含鈾—氧流體的運(yùn)移，還可能造成礦區(qū)內(nèi)斷裂的形成。自中新生代以來，我國北方經(jīng)歷復(fù)雜的構(gòu)造活動(dòng)，以至于此類鈾礦往往存在多期次疊加成礦的特點(diǎn)，已探明的砂巖型鈾礦多產(chǎn)出在鄰近酸性火成巖的區(qū)域。隆起區(qū)花崗巖因富含鈾而被視為良好的鈾源，酸性火山巖次之[23, 30-31]。現(xiàn)有勘探成果表明，在鈾礦區(qū)附近多發(fā)育深切基底的區(qū)域/局部斷裂[27]，這些斷裂可作為地下水的排泄區(qū)，也可作為聯(lián)接深部烴類流體、熱流體等的通道[32]。深部油氣通過斷裂遷移至含礦目的層，為鈾成礦提供還原劑。有學(xué)者指出，在產(chǎn)于我國中—東北部的鈾礦區(qū)發(fā)育強(qiáng)烈的熱流體蝕變現(xiàn)象，尤其是松遼盆地西南部，鈾礦區(qū)的斷裂和輝綠巖十分發(fā)育，鈾礦產(chǎn)出在斷裂和輝綠巖附近[24, 33]。統(tǒng)計(jì)表明，辮狀河及辮狀河三角洲沉積形成的砂體是良好的鈾儲(chǔ)集場(chǎng)所。另外，含鈾目的層及其鄰近層位的巖性和巖相變化控制鈾的空間定位，鈾礦化通常發(fā)育在沉積相變、碎屑巖粒度減小的位置。近年來，基底起伏對(duì)鈾成礦的控制作用得到關(guān)注[29]，基底起伏控制上覆地層的沉積建造和地下水的流動(dòng)方向，進(jìn)而影響鈾的聚集和產(chǎn)出位置。歷史時(shí)期出露地表的基底隆起也可能為鈾成礦提供部分鈾。

2 放射性勘查

長(zhǎng)期以來，放射性勘查是鈾礦找礦與勘探的重要手段。自20世紀(jì)50年代以來，利用航空和地面γ總道/能譜測(cè)量等方法在我國華南地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一批(特)大型花崗巖型、火山巖型鈾礦床[34]。這些鈾礦床的品位高且多產(chǎn)于近地表，表征于地表的有效信號(hào)強(qiáng)，采用相對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理方法(如平均值加3倍均方差)即可圈定有利勘探區(qū)，且找礦效果好[35]。目前，面向鈾礦的放射性勘查方法主要有γ能譜測(cè)量、氡及其子體測(cè)量等[36-38]。γ能譜測(cè)量測(cè)定的是地表巖石、土壤以及礦石中放射性元素衰變所釋放的γ射線強(qiáng)度[39]。該方法在野外實(shí)施中效率高且較為經(jīng)濟(jì)，適合大范圍開展。然而，γ射線在地層和巖體中穿透能力有限。對(duì)于具有一定產(chǎn)出深度的砂巖型鈾礦，在地表能夠采集到的有用信息十分微弱，易湮沒于背景噪聲中，限制了γ能譜測(cè)量方法查找此類鈾礦的應(yīng)用效果。但是，γ能譜測(cè)量可應(yīng)用于查明鈾成礦環(huán)境。利用該方法測(cè)量鈾源區(qū)鈾、釷等的含量，并根據(jù)有關(guān)公式估算原始鈾含量和鈾的丟失率，據(jù)此評(píng)價(jià)潛在鈾源區(qū)鈾的丟失情況[40]。另外，該方法在查明地下斷裂方面具有一定效果，與電(磁)法、地震勘探等方法(組合)可查明有利勘探區(qū)斷裂展布情況。氡是鐳的第一代衰變子體，直接反映鐳的存在特征。埋藏在深部的鈾礦體經(jīng)衰變和遷移在一定范圍內(nèi)形成氡及其子體“地球化學(xué)暈”，故測(cè)量氡及其子體異常值以提取深部鈾成礦信息被寄予厚望。近年，有關(guān)學(xué)者在各產(chǎn)鈾盆地開展了大量的氡及其子體異常測(cè)量的試驗(yàn)研究工作并取得一定效果，具體方法包括活性炭測(cè)氡法、土壤天然熱釋光法、210Po法及218Po法等[36]。研究發(fā)現(xiàn)，砂巖型鈾礦卷狀鈾礦體的首、尾部鈾鐳平衡嚴(yán)重偏鐳，氡及其子體異常測(cè)量結(jié)果表現(xiàn)為高值；而內(nèi)部鈾鐳平衡嚴(yán)重偏鈾，其測(cè)量結(jié)果表現(xiàn)為低值[41]。然而，影響其測(cè)量結(jié)果的因素多樣，除地形、覆蓋層厚度和性質(zhì)之外，還受泥巖頂板空間展布等的影響。以二連盆地EG地區(qū)為例，胡航等發(fā)現(xiàn)鈾礦化頂部隔水層不發(fā)育的部位往往出現(xiàn)異常高值，但在工業(yè)鈾礦頂部隔水層發(fā)育的部位卻無法測(cè)量到異常高值[37]。

為有效提高放射性勘查方法在砂巖型鈾礦的找礦效果，需要在以下3方面得到改進(jìn)和發(fā)展：① 發(fā)展數(shù)據(jù)處理技術(shù)，降低各因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，以有效識(shí)別和提取湮沒在背景噪聲中鈾礦相關(guān)的有用信息。目前，多是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)與分析的有關(guān)方法對(duì)放射性勘查方法測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其數(shù)據(jù)處理方法較簡(jiǎn)單，難以滿足深源、強(qiáng)背景噪聲干擾下有效信息提取的需求。因此，有必要從各影響因素特點(diǎn)出發(fā)來選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。趙寧博等采用子區(qū)中位數(shù)襯值濾波法來處理氡濃度數(shù)據(jù)，在一定程度上壓制了地形的影響[42]。② 加強(qiáng)氡及其子體測(cè)量方法的理論研究。氡氣是在對(duì)流、擴(kuò)散和地?zé)岬鹊淖饔孟逻w移至地表。然而，在地質(zhì)找礦工作中有實(shí)際意義的氡同位素222Rn的半衰期只有3.825 d，無法在短時(shí)間內(nèi)遷移至地表[43]。有關(guān)學(xué)者對(duì)氡的遷移機(jī)制提出了不同看法，包括：地下水驅(qū)動(dòng)的“多棒接力傳遞” 、地氣流傳遞作用和氡及其子體的團(tuán)簇現(xiàn)象等。對(duì)氡的遷移機(jī)制認(rèn)識(shí)的不統(tǒng)一，在一定程度上限制了方法的發(fā)展[43]。③ 改進(jìn)老方法、發(fā)展新技術(shù)。目前，面向鈾礦的主流放射性勘查方法(γ能譜測(cè)量、氡及其子體測(cè)量等)是20世紀(jì)面向硬巖型鈾礦發(fā)明和發(fā)展起來的。加之有關(guān)數(shù)據(jù)處理方法不是以砂巖型鈾礦為對(duì)象，因此，現(xiàn)有放射性勘查和數(shù)據(jù)處理方法在砂巖型鈾礦勘查中存在一些不適性。有必要以砂巖型鈾礦為對(duì)象，基于其成礦特征，改進(jìn)放射性勘查方法和探測(cè)設(shè)備，并研發(fā)新方法和設(shè)備。另外，放射性勘查方法也可應(yīng)用于其他能源礦產(chǎn)以及水工環(huán)等領(lǐng)域[34]。積極推動(dòng)放射性勘查方法在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，并在實(shí)踐中發(fā)展和完善，進(jìn)而提升該方法在砂巖型鈾礦中的應(yīng)用效果。

3 常規(guī)地球物理勘查方法

3.1 地球物理測(cè)井

地球物理測(cè)井測(cè)量的是巖石物性參數(shù)(包括自然伽馬、視電阻率、自然電位、聲波、井徑等)在垂向上的變化[44]，避免了地面地球物理勘查方法測(cè)得數(shù)據(jù)普遍存在的弱有效信號(hào)，強(qiáng)背景噪聲干擾的問題。因此，地球物理測(cè)井是砂巖型鈾礦勘探中應(yīng)用最普遍的地球物理方法。其中，利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)定量計(jì)算平米鈾含量、確定含礦層的厚度和埋深等是鈾礦勘探與開發(fā)的核心內(nèi)容[44]。然而，現(xiàn)今廣泛應(yīng)用的自然γ測(cè)井方法并非“直接鈾定量”的方法，而是測(cè)量鈾系γ射線總量或能譜，其結(jié)果受鈾—鐳平衡、氡氣逸出等的影響較大，需要開展相應(yīng)的矯正以降低影響[45]。近年，東華理工大學(xué)湯彬教授致力于“直接測(cè)鈾”的鈾裂變瞬發(fā)中子測(cè)井技術(shù)，并已取得理想成效[45]。地球物理測(cè)井方法在查明成礦環(huán)境方面也表現(xiàn)得十分突出[6]。處于不同沉積環(huán)境的巖石，其粒度、礦物成分以及孔隙度等會(huì)有所差別，物性參數(shù)也會(huì)隨之發(fā)生改變。視電阻率、自然電位、聲波、井徑等物性參數(shù)對(duì)不同性質(zhì)的巖石響應(yīng)不一。在砂巖型鈾礦勘探中，視電阻率曲線是巖性確定、地層劃分的主要參考[6]；自然電位曲線可用于確定泥巖基線和區(qū)分滲透/非滲透層等[46]，對(duì)含礦層巖性的精細(xì)解釋、后期的地浸開采等有一定參考價(jià)值。筆者曾在二連盆地巴彥烏拉鈾礦床開展測(cè)井資料的地質(zhì)解釋工作，巖石的巖性變化與視電阻率測(cè)井曲線變化高度吻合。另外，測(cè)井相分析也是重要的研究?jī)?nèi)容。測(cè)井相是一組測(cè)井響應(yīng)特征(幅度、形態(tài)特征等)的總和，可結(jié)合巖心巖性等地質(zhì)資料，解釋其指代的沉積相[6]。張成勇等利用二連盆地巴彥烏拉鈾礦區(qū)的電測(cè)井曲線分析了區(qū)內(nèi)沉積(微)相特征，指出目的層賽漢組為辮狀河沉積，含礦砂體具有厚度大、膠結(jié)物少和孔滲性好等特點(diǎn)，有利于地下水的徑流和鈾的聚集成礦[6]。此外，還有學(xué)者根據(jù)砂巖型鈾礦成礦特征，聯(lián)合多種測(cè)井曲線來揭示其成礦信息。王衛(wèi)國等將二連盆地烏尼特地段鈾礦勘探γ測(cè)井曲線與視電阻率測(cè)井曲線對(duì)比，在識(shí)別目的層砂體的基礎(chǔ)上，結(jié)合γ測(cè)井曲線，大致劃定氧化帶和氧化—還原過渡帶的分布范圍[46]。盡管地球物理測(cè)井在砂巖型鈾礦勘探中占有重要地位，但與油氣測(cè)井相比，尚有長(zhǎng)足的發(fā)展空間。目前，除利用自然γ測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)定量解釋鈾含量等之外，地球物理測(cè)井資料的地質(zhì)解譯還處于定性—半定量解譯的狀態(tài)，如何較準(zhǔn)確地計(jì)算鈾成礦相關(guān)的礦物含量、孔滲性等是今后發(fā)展的方向。

近年，盆內(nèi)油、煤與鈾兼探的找礦思路得到足夠重視[47]。因鈾的聚集成礦需要一定量的有機(jī)質(zhì)，在一些產(chǎn)鈾區(qū)含鈾層與煤層相鄰或?yàn)橥粚游籟5]，十分有利于煤鈾兼探工作的開展。其中，往年積累的煤田測(cè)井資料可在煤鈾兼探中起到重要作用。在伊犁盆地南緣、鄂爾多斯盆地大營(yíng)地區(qū)等發(fā)現(xiàn)的(特)大型砂巖型鈾礦是通過分析往年積累的煤田測(cè)井資料發(fā)現(xiàn)的。煤田測(cè)井資料的γ測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可作為確定鈾異常存在與否的重要參考，其他參數(shù)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)也可用于分析鈾成礦環(huán)境。因此，在砂巖型鈾礦有利勘探區(qū)優(yōu)選工作中應(yīng)足夠重視煤田測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的分析。

3.2 地震勘探

地震勘探在沉積盆地能源礦產(chǎn)勘查中發(fā)揮著重要作用，其優(yōu)勢(shì)在于具有高分辨率且探測(cè)深度大[10]。目前，該方法主要被應(yīng)用于地層劃分和巖性、巖相、斷裂以及其他典型地質(zhì)單元的識(shí)別等。近年來，有關(guān)單位相繼在北方重要鈾礦產(chǎn)區(qū)實(shí)施二維/三維地震勘探。吳曲波等在二連盆地齊哈日格圖凹陷鈾礦區(qū)開展三維地震勘探工作，查明礦區(qū)鈾成礦有關(guān)的斷裂、巖性、巖相等[48-49]。梁建剛等在松遼盆地大慶長(zhǎng)垣南部開展二維地震勘探工作，在層位劃分、砂體圈定及古河道識(shí)別與推斷等鈾儲(chǔ)層方面取得較深入的認(rèn)識(shí)[50]。顏新林在松遼盆地錢家店鈾礦區(qū)的地震剖面中識(shí)別了呈樹枝狀的輝綠巖脈體，佐證了該區(qū)鈾礦體與輝綠巖有密切的空間位置關(guān)系[33]。實(shí)踐表明，地震勘探技術(shù)應(yīng)用于砂巖型鈾礦尚存在一些難以解決的問題：① 鈾礦產(chǎn)出深度不利于地震信號(hào)采集[51]。砂巖型鈾礦產(chǎn)出深度多在100～800 m之間，遠(yuǎn)不及油氣勘探的深度。淺層信號(hào)覆蓋次數(shù)低且環(huán)境噪聲干擾大，給地震數(shù)據(jù)采集和處理帶來一定困難的同時(shí)，還對(duì)地震資料的分辨率產(chǎn)生較大影響。② 含礦砂巖與圍巖物性差異小，探測(cè)精度難以達(dá)到要求[51]。實(shí)際勘查結(jié)果表明，鈾礦化對(duì)砂巖的粒度無選擇性，在不同粒度的砂巖乃至泥巖中皆可產(chǎn)出鈾礦化，但鈾礦物/鈾多以吸附態(tài)賦存在巖石粒度減小或粘土礦物增加的部位。如此巖性差異，決定了含礦砂巖與圍巖的物性差異小，限制了地震勘探對(duì)鈾儲(chǔ)層的精細(xì)識(shí)別。③ 地震勘探成本高。與油氣鉆探相比，砂巖型鈾礦鉆探成本低廉，實(shí)施地震勘探所需經(jīng)費(fèi)較高。目前，僅局限于一些部門在鈾礦及其鄰近區(qū)域開展地震勘探工作，難以在此類鈾礦找礦中得到廣泛推廣應(yīng)用。因此，有必要注重面向同盆成藏的油氣、煤炭勘探的地震資料的二次利用。鑒于煤炭與鈾儲(chǔ)層相近/相鄰的事實(shí)，對(duì)于面向煤炭勘探的地震資料，應(yīng)注重鈾儲(chǔ)層巖性、巖相的精細(xì)識(shí)別與追蹤。對(duì)于面向油氣勘探的地震資料，應(yīng)注重?cái)嗔训淖R(shí)別以及構(gòu)造事件對(duì)鈾儲(chǔ)層沉積演化制約所表征的信息的提取。盡管上述問題在一定程度上制約了地震勘探在砂巖型鈾礦找礦應(yīng)用和推廣，但作為在沉積盆地能源礦產(chǎn)勘探最有效的地球物理方法，地震勘探在查明砂巖型鈾礦成礦環(huán)境方面仍取得較理想的效果。筆者對(duì)松遼盆地西南部鈾礦區(qū)及其附近采集的地震剖面開展了大量的地質(zhì)解譯工作，深刻認(rèn)識(shí)到在厘清區(qū)域和礦區(qū)地質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合砂巖型鈾礦成礦理論，注重鉆孔(包括地球物理測(cè)井)資料與地震剖面的對(duì)比和精細(xì)解譯，能夠切實(shí)有效地挖掘地震資料所蘊(yùn)含的鈾成礦信息。

3.3 電(磁)勘探

電(磁)法勘探是基于電磁感應(yīng)原理來勘查地下介質(zhì)不均勻性的地球物理方法，其在金屬、煤炭、油氣、地下水等能源礦產(chǎn)勘查以及環(huán)境與工程勘察等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[52，49]。目前，電(磁)勘探主要被用于查明沉積建造、基底起伏以及斷裂等鈾成礦環(huán)境，其與地震勘探所能揭示的地質(zhì)特征類型基本相同。與地震勘探相比，利用電(磁)法勘探獲取的成果資料的精度相對(duì)低，但野外作業(yè)相對(duì)經(jīng)濟(jì)。為彌補(bǔ)勘探精度的不足，鈾礦地質(zhì)工作者多采用聯(lián)合其他地球物理方法的組合工作方式。

目前，面向砂巖型鈾礦的電(磁)法勘探方法主要為可控源音頻大地電磁測(cè)深法(CSAMT法)，其次為電磁成像測(cè)深技術(shù)和自然電位法[14,53]。CSAMT法是利用人工發(fā)射源來獲取地下地質(zhì)信息的一種方法，其通過控制人工發(fā)射源的信號(hào)強(qiáng)度和頻率來提高采集數(shù)據(jù)的信噪比和勘探深度。目前，該方法在砂巖型鈾礦找礦與勘探中的應(yīng)用較為廣泛。李英賓等聯(lián)合CSAMT法和淺層地震對(duì)比揭示了松遼盆地西南部鈾礦產(chǎn)區(qū)儲(chǔ)鈾層及其鄰近層位、斷裂的空間分布以及基底的埋深情況[14]。王偉等聯(lián)合CSAMT法與土壤氡氣測(cè)量法在內(nèi)蒙古巴音杭蓋地區(qū)查找到較好的鈾礦化線索，并與鉆孔資料對(duì)比揭示了有利砂體的厚度和產(chǎn)出位置[54]。大地電磁頻率域測(cè)量系統(tǒng)同時(shí)采用人工電磁場(chǎng)和天然電磁場(chǎng)兩種場(chǎng)源，具有觀測(cè)時(shí)間短、可快速密點(diǎn)連續(xù)測(cè)量等優(yōu)勢(shì)。該方法曾在海拉爾盆地、松遼盆地開展實(shí)驗(yàn)性探索，在查明斷裂構(gòu)造、基底形態(tài)、地層產(chǎn)狀和砂體的空間展布等方面取得良好效果[39]。層間氧化帶依據(jù)礦物組合和地球化學(xué)特征可劃分為氧化帶、氧化—還原過渡帶和原生帶3個(gè)亞帶。由于不同帶中的溶液化學(xué)成分存在差別，形成了層間氧化帶砂巖型鈾礦特有的自然電位異常，即中間高、兩邊低的特征。產(chǎn)出在氧化—還原過渡帶的鈾礦體對(duì)應(yīng)自然點(diǎn)位異常的高值位置。早期，該方法在伊犁盆地鈾產(chǎn)區(qū)開展了實(shí)驗(yàn)研究，取得了一定效果[53]。湯洪志等在新疆伊犁盆地南緣扎吉斯坦鈾礦、庫捷爾太鈾礦以及吐哈盆地十紅灘鈾礦等地開展實(shí)驗(yàn)性研究，取得較理想的效果[53]。

3.4 重磁勘探

重磁勘探是利用地下地質(zhì)體密度、磁性差異來研究其分布規(guī)律的地球物理方法。區(qū)域和地面高精度重磁數(shù)據(jù)已在研究深部地質(zhì)問題中得到廣泛應(yīng)用。與其他地球物理方法相比，早期重磁勘探在砂巖型鈾礦找礦與勘探中的應(yīng)用較少，但近年有關(guān)研究成果愈加多見報(bào)道。重磁勘探可應(yīng)用于查明有利鈾成礦的斷裂、巖漿巖的空間分布以及基底的埋深和起伏形態(tài)等，且具有勘探深度大、工作效率高、工作限制條件較少等優(yōu)點(diǎn)。在區(qū)域重磁探測(cè)方面，封志兵等發(fā)現(xiàn)砂巖型鈾礦多位于重力場(chǎng)值由高向低變化的梯度帶，且等值線發(fā)生同形扭曲或錯(cuò)斷的位置，這是鈾礦形成于構(gòu)造斜坡帶位置且受控于斷裂所致[11]；馬小雷等、劉燕戌等分別基于鄂爾多斯盆地南緣、松遼盆地西部斜坡的區(qū)域重磁數(shù)據(jù)分析了斷裂、背斜、巖漿巖等控鈾成礦要素，并據(jù)此圈定有利勘探區(qū)[29,55]。在鈾礦勘探區(qū)，王彥國等利用CG-5重力儀在二連盆地齊哈日格圖地區(qū)開展高精度重力測(cè)量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理獲得了6條重力剖面，了解了區(qū)內(nèi)沉積建造與基底起伏之間的關(guān)系，為鉆孔布置提供有益參考；識(shí)別了斷裂，為區(qū)內(nèi)熱流體疊加成礦的觀點(diǎn)提供支撐[13]。另外，在氧化帶，鐵以三價(jià)的含鐵礦物存在，其磁性整體較弱；但在還原帶，磁黃鐵礦、菱鐵礦、鈦磁鐵礦等二價(jià)含鐵礦物含量增多。因此，富集鈾礦的氧化—還原過渡帶處于磁場(chǎng)強(qiáng)度由弱變強(qiáng)的過渡部位，這一特性是高精度磁測(cè)應(yīng)用于砂巖型鈾礦找礦的理論基礎(chǔ)[56]。然而，有效磁測(cè)數(shù)據(jù)容易被基底、沉積地層等引起的磁異常干擾，在一定程度上影響了該方法的有效實(shí)施，有必要發(fā)展相適應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

對(duì)區(qū)域重磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和解釋，揭示區(qū)域尺度上的斷裂、基底起伏和巖石巖性特征，可作為優(yōu)選有利勘探區(qū)的參考；在鈾礦勘探區(qū)，高精度地面重磁探測(cè)能夠精細(xì)地揭示上述地質(zhì)特征。結(jié)合現(xiàn)有鉆孔等地質(zhì)資料，可對(duì)鉆孔布設(shè)提供有益參考。目前，有關(guān)單位已在北方沉積盆地的邊緣部署并實(shí)施了大量鈾礦勘探工作，但在盆地內(nèi)部卻少有探索。松遼盆地西南部盆內(nèi)隆起錢家店鈾礦的發(fā)現(xiàn)表明，盆地內(nèi)部隆起區(qū)也具有良好的鈾成礦潛力。該鈾礦除產(chǎn)出在盆內(nèi)隆起外，還廣泛發(fā)育深大斷裂[24]。因此，重磁勘探在盆地內(nèi)部查找“錢家店”式砂巖型鈾礦具有一定優(yōu)勢(shì)。

4 地球物理方法勘探效果對(duì)比和方法組合

4.1 地球物理勘查方法效果對(duì)比

根據(jù)砂巖型鈾礦找礦與勘探的應(yīng)用效果，可將地球物理勘查方法分為2類，即直接找礦和查明成礦環(huán)境。地球物理測(cè)井是一種直接將儀器置入井中測(cè)量巖層地球物理特性的方法。其避免了地面各種噪音的干擾，在直接定位鈾礦、查明鈾成礦環(huán)境等方面的效果尤為突出，且是目前用于計(jì)算鈾資源量的主要方法。在直接找礦方面，磁法勘探和放射性勘查方法在理論上可被應(yīng)用于直接定位鈾礦體。然而，采集的有效信息往往湮沒在背景噪聲中難以提取，且影響因素多，不確定性較大。在查明鈾成礦環(huán)境方面，各地球物理方法各有側(cè)重。在鈾源評(píng)價(jià)方面，γ能譜測(cè)量是行之有效的方法，其中航空γ能譜測(cè)量效率較高；在查明斷裂方面，地震勘探的效果較理想，重、磁、電等地球物理勘查方法相對(duì)經(jīng)濟(jì)；在含鈾目的層的精細(xì)探測(cè)和空間展布圈定方面，地震勘探當(dāng)屬首選，在與鉆孔資料對(duì)比約束下效果更佳；在查明盆地基底巖性和起伏形態(tài)等方面，在物性資料的約束下對(duì)區(qū)域重磁數(shù)據(jù)反演是有效且經(jīng)濟(jì)的方法，可作為有利勘探區(qū)優(yōu)選的重要參考。

4.2 地球物理勘查方法組合

前已述及，表征于地表的砂巖型鈾礦信息十分微弱，且鈾儲(chǔ)層物性差異不明顯，限制了地球物理勘查方法的有效開展。為確保其應(yīng)用效果，有必要在地球物理勘查方法的選擇、測(cè)線布置、數(shù)據(jù)處理和解釋等全過程緊密結(jié)合已有地質(zhì)信息。此外，綜合地球物理勘查方法是避免地質(zhì)解釋多解性問題，提高勘探效率的有效方法。

產(chǎn)出在我國北方東、西部的砂巖型鈾礦的成礦特征存在較為明顯的差別。自中新生代以來，我國西北處于擠壓抬升的構(gòu)造環(huán)境[57]。已探明的砂巖型鈾礦多產(chǎn)于盆地邊緣的斜坡帶，成礦模式以層間氧化型為主[58-59]。鑒于此，放射性、重力和電法勘探是較理想的地球物理方法組合。其中，利用航空γ能譜測(cè)量開展鈾源條件評(píng)價(jià)和查找具有放射性異常的露頭；利用區(qū)域重力場(chǎng)數(shù)據(jù)揭示斜坡基底起伏形態(tài)。因上覆沉積層的產(chǎn)出特征往往對(duì)基底具有繼承性，故分析基底形態(tài)和可能的鈾源區(qū)位置，可初步判斷地下水流向。結(jié)合已有地質(zhì)資料，圈定有利勘探區(qū)。在有利勘探區(qū)，以鉆孔資料為約束，利用電法勘探查明有利含鈾砂體、沉積相和斷裂的空間展布。歷史時(shí)期，我國東北部曾處于拉張伸展的構(gòu)造環(huán)境，并形成一系列的裂陷盆地[60-61]。該類型的盆地往往形成較大規(guī)模的古河谷。其中，毗鄰的酸性火成巖隆起是理想的鈾源區(qū)，同樣需要利用放射性勘查方法開展鈾源條件評(píng)價(jià)和查找具有放射性異常的露頭；勘探實(shí)踐表明，古河谷內(nèi)鈾儲(chǔ)層沉積建造對(duì)鈾成礦控制明顯。因此，需要利用淺層地震勘探并在鉆井的對(duì)比約束下精細(xì)刻畫鈾儲(chǔ)層。有研究表明，基底隆起、深部斷裂也是古河谷內(nèi)鈾成礦的控制因素，可利用區(qū)域重力數(shù)據(jù)開展相關(guān)研究。因此，放射性、重力和地震勘探是較理想的地球物理方法組合。近年來，有學(xué)者注意到盆地內(nèi)部同樣具有一定的鈾成礦潛力[62]。盆地內(nèi)部隆起控制上覆地層的發(fā)育和地下水的流動(dòng)，并可能為鈾成礦提供部分鈾?？衫脜^(qū)域重磁數(shù)據(jù)進(jìn)行約束反演，揭示基底起伏和不同類型巖石的空間分布情況，并圈定酸性火成巖隆起區(qū)作為有利勘探區(qū)。另外，有利鈾成礦的盆地內(nèi)部隆起區(qū)及其鄰近區(qū)域往往斷裂較為發(fā)育?？衫脺\層地震勘探查明斷裂、目的層的空間展布情況等(表1)。

表1 不同類型鈾礦礦床特征及其適用地球物理方法

對(duì)于具體鈾礦找礦區(qū)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，綜合鈾源、構(gòu)造、沉積建造等控礦因素和各地球物理方法的特點(diǎn)，選擇合適的地球物理方法(組合)。另外，重磁數(shù)據(jù)可用于查明找礦區(qū)基底起伏、巖石巖性和斷裂的空間展布等，可為盆地內(nèi)部有利勘探區(qū)的優(yōu)選和后期地質(zhì)、地球物理勘探工作的布置提供依據(jù)。因此，在今后的此類鈾礦找礦與勘探中，重磁勘探應(yīng)在鈾礦找礦與勘探前期工作中得到足夠的重視。

5 結(jié)論

1) 地球物理方法在查明沉積建造、斷裂、地質(zhì)體巖性和基底起伏等方面有優(yōu)勢(shì)，可用于開展鈾成礦環(huán)境評(píng)價(jià)。

2) 為確保地球物理方法在砂巖型鈾礦找礦與勘探中的應(yīng)用效果，需要在方法選擇、測(cè)線布置、數(shù)據(jù)處理和解釋等的全過程緊密結(jié)合已有地質(zhì)信息。

3) 不同地球物理方法各具優(yōu)勢(shì)和不足，應(yīng)立足區(qū)域和勘探區(qū)地質(zhì)條件，結(jié)合控礦因素，選擇合適的地球物理方法(組合)。

4) 重磁數(shù)據(jù)可為盆地內(nèi)部有利勘探區(qū)的優(yōu)選和和后期地質(zhì)、地球物理勘探工作的布置提供依據(jù)，應(yīng)在砂巖型鈾礦找礦與勘探工作中得到足夠的重視。