下莊礦田鈾礦勘查中綜合物探法的應(yīng)用實(shí)踐*

李英賓 孫棟華 謝明宏 劉 波 張 偉

(1.核工業(yè)航測遙感中心；2.中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

下莊礦田是我國花崗巖型鈾礦的重要產(chǎn)地，也是南嶺鈾-多金屬成礦帶中鈾礦富集區(qū)之一。該礦田內(nèi)鈾成礦條件優(yōu)越，找礦成果顯著，至今其深部仍具有較大的鈾礦找礦前景[1]。礦田內(nèi)的斷裂構(gòu)造嚴(yán)格控制了鈾礦床、礦(化)點(diǎn)的分布，是該區(qū)開展“攻深找盲”工作的關(guān)鍵所在。研究區(qū)位于下莊礦田竹筒尖地區(qū)，本研究通過綜合應(yīng)用AMT[2-3]、地面伽瑪能譜和RaA測氡綜合測量在該區(qū)進(jìn)行深部鈾礦找礦勘探研究，來劃分巖體界線，查明研究區(qū)斷裂構(gòu)造的空間形態(tài)及其含礦性，進(jìn)而推斷成礦有利部位，為在下莊礦田內(nèi)進(jìn)一步開展鈾礦深部找礦工作提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)特征

圖1 研究區(qū)地質(zhì)特征

1.2 地球物理特征

1.2.1 巖體電性特征

研究區(qū)巖體電阻率參數(shù)見表1。

表1 巖體電阻率參數(shù)

1.2.2 巖石放射性特征

研究區(qū)巖石放射性參數(shù)見表2。由表2可知：①Th含量在不同期次、不同階段花崗巖中的分布差別較大，利用Th含量可以大致劃分研究區(qū)內(nèi)中粒斑狀黑云母花崗巖與細(xì)粒二云母花崗巖的界線，有效彌補(bǔ)了按照電性特征難以劃分該區(qū)中、細(xì)粒花崗巖界線的不足；②U含量和K含量受構(gòu)造活動(dòng)和熱液活動(dòng)的影響，在巖石中含量局部升高和變低，故可利用該特征來尋找隱伏斷裂[5]。

表2 巖石放射性特征參數(shù)[6]

2 綜合物探法原理

2.1 方法原理

(1)AMT。AMT以交變電磁場理論為基礎(chǔ)，低頻段主要通過接收天然電磁場信號(hào)，高頻段可以選擇接收人工發(fā)射信號(hào)來探測地下不同電性地質(zhì)體的分布特征，頻率較高的數(shù)據(jù)反應(yīng)淺部地層特征，頻率較低的數(shù)據(jù)則反應(yīng)較深的地層信息。AMT原理和大地電磁測深法一致，測量頻率為1～20 000 Hz。由于儀器輕便，數(shù)據(jù)采集時(shí)間較短，成本較低，且不受高阻層屏蔽的影響，已被應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查和工程勘查等多個(gè)領(lǐng)域。該方法在覆蓋層較厚的區(qū)域有獨(dú)特優(yōu)勢，尤其在硬巖地區(qū)探測隱伏斷裂效果較明顯[7-8]。

(2)地面伽瑪能譜測量。地面伽瑪能譜測量可以快速、直接地分別測定被測對(duì)象中U 、Th、K 3種放射性核素的含量。在硬巖地區(qū)進(jìn)行鈾礦勘查時(shí)，該方法在區(qū)分鈾、釷礦床，研究鈾元素的遷移、富集規(guī)律以及發(fā)現(xiàn)與評(píng)價(jià)鈾礦床等方面顯示了獨(dú)特優(yōu)勢。此外，在研究與放射性元素共生的其他礦床、尋找鉀鹽礦床以及化探找鈾方面也發(fā)揮了重要作用[9-10]。

(3)RaA測氡。一般來講，裂隙和構(gòu)造都能為氡氣提供良好的通道[11]。當(dāng)壓力、抽吸力以及擴(kuò)散、對(duì)流等條件滿足時(shí)，氡氣即可被運(yùn)移至地表，氡氣所到之處必有它的固態(tài)子體沉淀或附著于通道上，因此在地表可通過測量發(fā)現(xiàn)裂隙和構(gòu)造的位置。RaA測氡對(duì)反映隱伏構(gòu)造在地表的位置、指示深部鈾礦化信息均具有較好的效果[12]。

2.2 測線布置

研究區(qū)整體構(gòu)造走向?yàn)镹E向，本研究垂直于構(gòu)造走向方向共布置了AMT、地面伽瑪能譜測量和RaA測氡探測剖面7條(圖1)，其中15#剖面與15#地質(zhì)勘探線地質(zhì)剖面重合，點(diǎn)距20 m，測線方位為130°～160°不等。

3 綜合解譯分析

3.1 放射性對(duì)巖體界線的反映

Th活動(dòng)性差故而可基本保留原巖的放射性特征，其含量在同一期次、同一階段花崗巖中分布具有一定的規(guī)律。K、U由于受構(gòu)造活動(dòng)和熱液活動(dòng)的影響，易發(fā)生活化遷移、擴(kuò)散富集，K、U含量受斷裂構(gòu)造控制明顯，故本研究應(yīng)用Th含量來劃分巖體的界線。分析圖2可知：白水石祭巖體中的中粗粒斑狀黑云母花崗巖Th含量與龜尾山巖體中的細(xì)粒二云母花崗巖中的Th含量存在明顯差異，中粗粒斑狀黑云母花崗巖和細(xì)粒二云母花崗巖在地質(zhì)圖中的界線和Th含量等值線密集梯度帶的位置基本一致，因此由Th含量等值線密集梯度帶可以推斷出研究區(qū)中粒斑狀黑云母花崗巖、細(xì)粒二云母花崗巖在淺部的地質(zhì)界線。

圖2 巖體界線及Th含量平面等值線[8]

3.2 構(gòu)造斷裂帶綜合物探異常特征

竹筒尖地區(qū)斷裂及蝕變帶空間展布形態(tài)復(fù)雜，本研究以15#勘探線為例來分析區(qū)內(nèi)構(gòu)造斷裂帶的物探異常特征。AMT測線方位160°，測線長650 m，地面伽瑪能譜測量和RaA測氡測線重合，測線長390 m。15#勘探線基本垂直穿過區(qū)內(nèi)的F3硅化帶。15#勘探線的綜合物探剖面見圖3。

分析圖3可知：①反演電阻率斷面圖橫向電性差異較大，對(duì)比完整巖體，總體呈中低阻特征，視電阻率值小于1 000 Ω·m，一般為500～1 000 Ω·m，說明該地段巖石整體破碎并受熱液活動(dòng)影響發(fā)生了蝕變；②U、K和RaA含量值先增高，后下降直至平穩(wěn)延伸，推測由斷裂構(gòu)造和熱液活動(dòng)引起；Th含量總體表現(xiàn)為中間低兩側(cè)高，推測與深部是否存在細(xì)粒二云母花崗巖以及埋藏深度、規(guī)模有關(guān)；③反演視電阻率斷面圖(圖3(b))中，平距70～270 m段，從地表沿傾角約70°向下、向右，出現(xiàn)了一電阻率低值條帶，視電阻率一般為100～900 Ω·m，推測為F1構(gòu)造破碎帶，與已知地質(zhì)剖面圖上的F3-5、F3-6、F3-0、F3-1、F3-3、F3-4斷裂破碎帶相對(duì)應(yīng)，低阻條帶為已知6條斷裂的綜合反映。

3.2.1 控礦構(gòu)造斷裂帶綜合物探異常特征

下莊礦田內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的多個(gè)鈾礦床及一批礦(化)點(diǎn)嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制，查明礦田內(nèi)的控礦構(gòu)造斷裂帶的綜合物探異常特征對(duì)于該區(qū)的鈾礦找礦工作意義重大。本研究以F1構(gòu)造破碎帶(圖3(b)70～170 m平距段)為例進(jìn)行分析。該段自地表向下延伸總體視電阻率值較低，一般為50～900 Ω·m，標(biāo)高250 m以上的視電阻率值一般為50～400 Ω·m，推測該處為多條斷裂破碎帶的交匯部位，也為成礦最有利的部位。

平距120 m處，在圖3(a)中，U、K、Th含量和測氡值都出現(xiàn)極值，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背景值，推測該處斷裂和熱液活動(dòng)強(qiáng)烈，致使U、Th、K和氡及其子體析出。尤其是K含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背景值，推測為堿交代型鈾礦發(fā)生堿交代作用的反映，故推斷該處構(gòu)造破碎帶為控礦構(gòu)造。

綜上所述，下莊礦田控礦構(gòu)造斷裂帶綜合物探異常特征為：反演電阻率出現(xiàn)高阻與中低阻分界，且沿垂向深部延伸方向出現(xiàn)等值線密集帶分布，地表U、K、Th含量和氡濃度反映為醒目的異常，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背景值。

3.2.2 非控礦構(gòu)造斷裂帶綜合物探異常特征

本研究以F1構(gòu)造破碎帶(圖3(b)170～270 m平距段)以及F2斷裂構(gòu)造帶為例進(jìn)行分析。

(1)F1構(gòu)造破碎帶170～270 m平距段自地表向下延伸總體視電阻率值較低，但相比70～170 m平距段視電阻率值相對(duì)較高，推測F1構(gòu)造破碎帶在該處構(gòu)造破碎和熱液蝕變范圍不大、強(qiáng)度較低。170～270 m平距段，地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖(圖3(a))中，Th含量發(fā)生了變化，小于12×10-6，推測對(duì)應(yīng)的巖性為細(xì)粒二云母花崗巖或細(xì)粒二云母花崗巖埋深較淺；K含量和測氡值出現(xiàn)跳動(dòng)，但極值不大，U含量值呈現(xiàn)背景場平穩(wěn)延伸，故推測F1構(gòu)造破碎帶在170～270 m平距段成礦條件不佳。

(2)420～500 m平距段視電阻率自地表沿低阻舌狀體向下延伸，延伸至標(biāo)高約620 m處，視電阻率低阻條帶出現(xiàn)分叉，一條沿原來趨勢繼續(xù)向下延伸，一條以小角度沿高阻體之間延伸，推測此處為構(gòu)造斷裂帶F2。420～500 m平距段，地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖(圖3(a))中， Th、K含量值總體表現(xiàn)為反復(fù)跳動(dòng)，Th含量值極值較大，推測為中粒黑云母花崗巖的反映；K含量值極值不大，推測為弱鉀化的反映；U含量、測氡值以背景值平穩(wěn)延伸，故推測F2斷裂破碎帶成礦條件不佳。

圖3 15#勘探線綜合物探剖面

綜上所述，下莊礦田非控礦構(gòu)造斷裂帶綜合物探異常特征為：反演電阻率出現(xiàn)高阻與中低阻分界，且沿垂向深部延伸方向出現(xiàn)等值線密集帶分布，地表U、K含量和氡濃度極值不大或以背景值平穩(wěn)延伸。

4 綜合物探成果

通過在研究區(qū)開展綜合物探工作，基本查明了區(qū)內(nèi)構(gòu)造格架，且在推測的成礦有利部位發(fā)現(xiàn)了不同規(guī)模的礦體。基本查明了黃陂硅化斷裂帶和龜尾山硅化斷裂帶的空間展布形態(tài)。黃陂硅化斷裂帶“上硅下堿”特征明顯，傾向NW，局部直立，淺部產(chǎn)狀較陡，且以硅質(zhì)巖和強(qiáng)硅化花崗巖充填為主；深部產(chǎn)狀變緩、寬度變寬，以硅化蝕變花崗巖、硅化角礫巖充填為主；龜尾山硅化斷裂帶南段分支構(gòu)造傾向SE，整體以近平行向下延伸，切割深度約500 m，以硅化碎裂花崗巖、蝕變碎裂花崗巖充填為主，局部地段為硅質(zhì)巖、白色石英脈。

通過對(duì)下莊礦田內(nèi)的鈾礦化富集規(guī)律及綜合物探成果的綜合分析，發(fā)現(xiàn)在15#勘探線反演視電阻率斷面圖(圖3(b))中，70～170 m平距段、標(biāo)高250 m以上視電阻率較低，且在地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖中(圖3(a))，U、K、Th含量和測氡值都出現(xiàn)了極值，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背景值，故認(rèn)為該處為多條斷裂破碎帶的交匯部位，且斷裂和熱液活動(dòng)強(qiáng)烈，為成礦最有利的部位。由15#勘探線鉆孔揭露成果(圖4)分析可知， F3-5、F3-6、F3-03條斷裂在平距200 m、標(biāo)高500 m處交匯，在交匯部位沿構(gòu)造破碎帶方向形成了長約200 m的礦體。鉆孔揭露情況驗(yàn)證了本研究有關(guān)“多條斷裂破碎帶交匯的部位為成礦有利部位”以及“F3-5、F3-6、F3-03條斷裂破碎帶為控礦構(gòu)造”的推斷。在15#勘探線上布置的多個(gè)鉆孔分別在不同深度見礦，驗(yàn)證了本研究對(duì)區(qū)內(nèi)控礦斷裂構(gòu)造物探異常特征的分析。

通過對(duì)本研究綜合物探成果的進(jìn)一步分析，構(gòu)建了研究區(qū)電性參數(shù)和放射性找礦模型。工作區(qū)視電阻率與巖性的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以大致劃分為：花崗巖電阻率一般為數(shù)千至10 000 Ω·m，平均約為6 000 Ω·m，表現(xiàn)為相對(duì)高阻，在斷面圖上顯示為背景場；斷裂破碎帶電阻率為數(shù)十至1 000 Ω·m，在反演視電阻率斷面圖(圖3(b))中表現(xiàn)為舌狀低阻帶或等值線密集梯度帶；鈾礦化后巖石的電阻率為50～400 Ω·m，在反演視電阻率斷面圖(圖3(b))上表現(xiàn)為明顯的低阻體，且在地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖(圖3(b))中，U、K含量和測氡值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背景值的極值，尤其是K含量為背景值的2～3倍。

5 結(jié) 論

(1)Th由于活動(dòng)性差，基本保留了原巖的放射性特征，其含量在同一期次、同一階段花崗巖中分布具有一定的規(guī)律，K、U由于受到構(gòu)造活動(dòng)和熱液活動(dòng)的影響，易發(fā)生活化遷移、擴(kuò)散富集，因此可以根據(jù)Th含量來劃分巖體界線。

(2)黃陂硅化斷裂帶“上硅下堿”特征明顯，傾向NW，局部直立，淺部產(chǎn)狀較陡，以硅化蝕變花崗巖、硅化角礫巖充填為主；龜尾山硅化斷裂帶南段分支構(gòu)造傾向SE，整體以近平行向下延伸，以硅化碎裂花崗巖、蝕變碎裂花崗巖充填為主。

(3)地面伽瑪能譜測量和RaA測氡主要通過測量放射性核素在地表的遷移和富集規(guī)律來提取與鈾礦化相關(guān)的有用信息，故可根據(jù)地面伽瑪能譜和RaA測氡值來判斷斷裂的含礦性。

(4)鈾礦體巖石的電阻率為50～400 Ω·m，在反演視電阻率斷面圖上表現(xiàn)為明顯的低阻體，且在地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖中U、K含量和RaA測氡值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背景值的極值。

(5)AMT、地面伽瑪能譜與RaA測氡綜合物探測量在該區(qū)能夠查明隱伏斷裂構(gòu)造的空間展布、大致判斷深部礦化信息和劃分中粒黑云母花崗巖和細(xì)粒二云母花崗巖的界線，該方法可在其他花崗巖型鈾礦區(qū)的勘查工作中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

[1] 吳烈勤，楊亞新，劉慶成，等.綜合物化探方法在下莊鈾礦田的找礦應(yīng)用[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2008(S)：144-145.

[2] 方玉滿.可控源音頻大地電磁測深法在齊大山鐵礦勘探中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(6)：145-147.

[3] 孟銀生，張瑞忠，劉瑞德，等.內(nèi)蒙古某斑巖型礦床深部礦體預(yù)測：地質(zhì)-地球物理綜合約束[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017(1)：1-8.

[4] 董 晨，張吉振.EH-4大地電磁技術(shù)的適用及應(yīng)用效果[J].鐵道建筑技術(shù)，2008(S)：529-534.

[5] 崔振生.地面γ能譜資料研究中若干問題的探討[J].鈾礦地質(zhì)，1989(3)：171-176 .

[6] 楊樹流.綜合物探方法在下莊礦田堿交代巖型鈾礦勘探中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2009，6(4)：497-502.

[7] 葉益信，鄧居智，方根顯.高頻大地電磁測深(EH4)在熱儲(chǔ)構(gòu)造勘查中的試驗(yàn)研究：以撫州地?zé)釁^(qū)為例[J].地質(zhì)與勘探，2011，47(4)：649-653.

[8] 王志宏，全旭東，王利民，等.綜合物探方法在硬巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用研究[J].鈾礦地質(zhì)，2015(2)：110-120.

[9] 李繼安，賀建國.伽瑪能譜測量的應(yīng)用及資料處理的討論[J].鈾礦地質(zhì)，2008(6)：363-368.

[10] 馬俊孝，李之彤，劉海山，等.含金破碎蝕變帶地面伽瑪能譜特征：以吉林伊通新家地區(qū)為例[J].貴金屬地質(zhì)，1999(1)：45-48.

[11] 盧 焱，戴麗君.RaA測氡技術(shù)及應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，1995(2)：212-215.

[12] 楊亞新，劉慶成，龍期華，等.氡氣測量在下莊鈾礦田擴(kuò)大礦床范圍中的應(yīng)用[J].物探與化探，2003，27(3)：184-186.

圖4 15#勘探線鉆孔揭露情況