鄂爾多斯盆地西南部多元地學(xué)特征及其找鈾意義

孫棟華， 江民忠， 陳江源， 韓鵬輝， 王培建

（1. 核工業(yè)航測遙感中心， 河北 石家莊 050002；2. 中核集團鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心（重點實驗室）， 河北 石家莊 050002）

鄂爾多斯盆地是我國主要的砂巖型鈾礦產(chǎn)地［1-2］。 研究區(qū)位于鄂爾多斯盆 地西南部，地理上處于甘肅平?jīng)?陜西彬縣一帶， 前人已發(fā)現(xiàn)眾多的鈾礦床（點）、 礦化點、 異常點［3-5］， 顯示了較好 的 找 鈾 潛 力。 但由于中央古隆起的存在， 鄂爾多斯盆地內(nèi)的地層基本都有向西、 向南增厚的趨勢， 導(dǎo)致研究區(qū)主要找礦目的層埋深大、 厚 度 厚［6］， 影響了找礦效果。

利用地、 物、 化、 遙等多元地學(xué)信息的綜合找礦技術(shù)， 被認(rèn)為是盆地內(nèi)尋找隱伏礦產(chǎn)主要的手段之一［7-9］。 前人在研究區(qū)通過對1∶20 萬航磁、 重力和遙感等資料的分析， 推斷了斷裂構(gòu)造， 解釋了基底巖相、 巖性及其埋深［10-13］， 解決了鈾成礦的地質(zhì)背景問題。有人結(jié)合地質(zhì)資料， 揭示了鈾-油關(guān)系， 建立了找礦模型， 進行了成礦預(yù)測， 圈定鈾成礦有利區(qū)多處［1，5，14-15］。 通過對 以 往 工 作 的回顧，認(rèn)為主要存在兩個方面的問題： 一是通過對航磁、 重力和遙感資料分析主要側(cè)重挖掘其反映構(gòu)造的信息， 屬于間接找鈾， 沒有利用到對鈾礦有直接反映的放射性物探資料； 二是所使用的航磁資料比例尺較小（1∶20 萬），已不能滿足新一輪找礦的需要。

本次通過對研究區(qū)最新的1∶5 萬高精度航放、 航磁數(shù)據(jù)的分析， 并結(jié)合重力資料， 進行綜合研究， 提取了與成礦有關(guān)的信息， 重點分析了砂巖型鈾礦航放弱信息提取技術(shù)，在此基礎(chǔ)上建立了找礦標(biāo)志， 圈定了鈾成礦有利區(qū)， 并對其中一片開展了地面查證， 化學(xué)取樣分析結(jié)果顯示鈾含量超過邊界品位，具有重要的找礦前景。

本研究成果是中國核工業(yè)地質(zhì)局和中國地質(zhì)調(diào)查局聯(lián)合設(shè)立的 “鄂爾多斯盆地南緣1∶5 萬航空物探調(diào)查” 項目的成果之一。 本次航空物探調(diào)查工作以Y12 飛機為裝載平臺，主要技術(shù)指標(biāo)： 平均飛行高度為114 m， 航放測量總精度為鉀為0.16%、 鈾為0.81×10-6、釷為0.98×10-6， 航磁測量總精度為1.68 nT。

1 地質(zhì)概況

1.1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)主體為華北陸塊鄂爾多斯陸塊鄂爾多斯盆地， 南緣跨及汾 渭 裂 谷［16］， 見圖1。鄂爾多斯盆地具 “雙重” 基底， 即結(jié)晶基底和直接基底， 盆地蓋層則主要由三疊系、 侏羅系和下白堊統(tǒng)組成； 盆地結(jié)晶基底由太古宙及古-中元古代變質(zhì)結(jié)晶巖系組成， 直接基底主要由古生界海相沉積巖構(gòu)成［17-19］。 研究區(qū)涉及鄂爾多斯盆地西南部的西緣沖斷帶、 天環(huán)坳陷、 伊陜斜坡、 渭北隆起4 個次級構(gòu)造單元。

1.2 鈾礦化特征

研究區(qū)內(nèi)已知鈾礦化主要產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)直羅組和下白堊統(tǒng)中。 產(chǎn)于直羅組中的鈾礦化以炭店鈾礦化點為代表， 產(chǎn)于下白堊統(tǒng)中的鈾礦化以國家灣鈾礦床為代表。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)圖（據(jù)文獻［14，16］修改）Fig. 1 The structure units division of Ordos Basin

炭店鈾礦化點位于渭北隆起與伊陜斜坡的過渡部位， 處于直羅組向北西緩傾的大型單斜構(gòu)造之上， 構(gòu)造環(huán)境總體較為穩(wěn)定， 與鄂爾多斯盆地北緣東勝產(chǎn)鈾地區(qū)構(gòu)造環(huán)境相類似［20］。 其鈾源主要來自于秦祁昆造山系的花崗巖， 其形成經(jīng)歷了沉積成巖預(yù)富集、 古潛水氧化、 層間氧化、 油氣還原改造等作用［21］， 鈾礦化類型屬潛水和層間氧化帶型。

國家灣鈾礦床位于西緣沖斷帶內(nèi)， 處于李家河北西-南東向向斜南西翼。 該向斜是沿基底凹陷發(fā)育的寬緩向斜， 兩翼斜坡是鈾礦化發(fā)育的有利部位。 鈾礦化類型屬一種是產(chǎn)于構(gòu)造活動帶內(nèi)、 層間氧化成礦作用發(fā)育在前構(gòu)造活動抬升在后的成礦類型。 秦祁昆造山系的前寒武系和中酸性巖體為鈾礦化提供了鈾源。

2 多元地學(xué)特征及其有利信息提取

2.1 有利地質(zhì)信息提取

構(gòu)造條件： 西緣沖斷帶、 渭北隆起與伊陜斜坡和天環(huán)坳陷的接觸過渡區(qū)， 中生界具有向盆內(nèi)緩傾的單斜構(gòu)造樣式， 對層間氧化帶及鈾礦的形成均有利。 基底斷裂為油氣向上逸散提供了通道， 有利于層間氧化和還原蝕變砂巖型鈾礦的形成。

地層條件： 中侏羅統(tǒng)直羅組和下白堊統(tǒng)具備形成砂巖型鈾成礦的沉積體系、 地層結(jié)構(gòu)和發(fā)育大規(guī)模河流相骨架砂體等有利的條件。

水文地質(zhì)條件： 研究區(qū)中東部直羅組中發(fā)育豐富的含水層位， 與下伏延安組和上覆直羅組內(nèi)部的泥質(zhì)巖類為底、 頂板隔水層，形成了地下承壓水動力系統(tǒng)。 西部地下水的補給區(qū)為六盤山和西南部山區(qū)， 地下水向東、北東方向徑流， 具備滲入型地下水的動力條件。

鈾源條件： 鈾源主要來自四周的古老變質(zhì)巖系及花崗巖體， 盆地巖層本身提供的二次鈾源也是鈾成礦至關(guān)重要和不可忽視的因素。

2.2 有利磁場信息提取

圖2 研究區(qū)航磁及重力特征圖Fig. 2 Aeromagenetic and gravity contour map and derived faults in the study area

由航磁ΔT 化極上延1 km 圖（圖2）可知，從北向南， 磁場逐漸降低， 北西以正磁場為特征， 正磁異常梯度緩、 ΔT 值一般為100～380 nT； 南東以負(fù)磁場為特征ΔT 值一般為－160～－100 nT。 實測巖石磁性參數(shù)（表1） 可知， 研究區(qū)沉積蓋層和直接基底的磁性均很弱， 只有結(jié)晶基底屬強磁性層。 通過與前人資料的比對［22］， 推測正磁異常是結(jié)晶基底的反應(yīng)， 負(fù)磁異常是直接基底、 沉積蓋層共同的反映。 磁場的展布方向主要受基底斷裂控制。 區(qū)域磁異常方向以北東向、 北東東向為主， 局部可見近東西向和北西向， 表明研究區(qū)存在這四組基底斷裂。

從已發(fā)現(xiàn)的鈾礦點、 礦化點和異常點的分布情況看， 它們既可位于正磁異常上， 也可處于平穩(wěn)的負(fù)磁場中， 主要位于中低磁場區(qū)梯度帶上［23］， 且磁異常值相對較高一側(cè)與能提供鈾源的地質(zhì)層（體）對應(yīng)。

2.3 有利重力場信息提取

由收集的區(qū)域重力資料（圖2）可知， 研究區(qū)剩余布格重力異常整體表現(xiàn)為東西成帶、南北分塊且具有從北西向南東逐漸升高的特點， 與航磁場變化特征相反。 鄂爾多斯盆地南北向和東西向油氣藏連井剖面顯示， 地層總體具有由北向南、 由西向東抬升的趨勢［24］，直接基底在渭北隆起均已出露， 與研究區(qū)內(nèi)南部近東西向重力高值帶對應(yīng)。 由表1 可知，基底與蓋層間存在的密度差異， 因此， 認(rèn)為布格重力異常的變化主要反映了研究區(qū)奧陶系頂界面的起伏［10，14］。

利用航磁、 重力資料提取與砂巖型鈾礦有關(guān)的信息， 實際是解決與鈾礦化有關(guān)的地質(zhì)問題。 根據(jù)航磁和剩余布格重力異常特征，可劃分不同級別的斷裂， 確定盆地局部隆起區(qū)［25］。 從已發(fā)現(xiàn)的鈾礦點、 礦化點和異常點的分布情況看， 它們和基底斷裂及局部隆起之間的關(guān)系密切， 鈾礦化多分布在多組基底斷裂交匯部位或局部隆起的邊部， 如圖2。

2.4 有利放射性信息提取

2.4.1 區(qū)域放射性核素分布特征

由于航放總量與鉀含量、 釷含量變化趨勢基本一致， 故本次以航放總量和鈾含量圖件（圖3）為基礎(chǔ)進行分析。

由圖3 可知， 高場-偏高場位于研究區(qū)北部， 以圓點狀、 不規(guī)則狀展布， 主要與第四系、 白堊系、 侏羅系、 三疊系等地層對應(yīng)， 推測主要由第四系中黏土吸附鈾局部富集及其它地層中出露的鈾含量較高的砂巖、細砂巖、 粉砂巖等引起； 中部以偏低場-背景場為主， 呈不規(guī)則狀展布， 主要與第四系砂、 砂礫石、 黏土有關(guān)； 南部低場主要與震旦系、 寒武系、 奧陶系碳酸鹽巖有關(guān)， 部分與下白堊統(tǒng)宜君組、 第四系風(fēng)積層和地表水體對應(yīng)。 統(tǒng)計了每個地質(zhì)單元的航放測量數(shù)據(jù)， 結(jié)果表明上三疊統(tǒng)、 中侏羅統(tǒng)、 下白堊統(tǒng)等地層的平均鈾含量值高， 且變異系數(shù)、偏度和峰度值大， 是鈾成礦的有利地質(zhì)（層）體。 從已發(fā)現(xiàn)的鈾礦點、 礦化點和異常點的分布情況看， 鈾礦化主要分布在高場-偏高場區(qū)。

2.4.2 鈾遷移規(guī)律

古鈾含量由現(xiàn)今釷含量高低及鈾釷比值來確定， 代表了原巖中鈾的含量。 古鈾含量與實測鈾含量的差值稱為活性鈾， 活性鈾大于零， 說明地層鈾缺失或虧損， 即鈾有向外遷出； 活性鈾小于零， 說明地層有鈾的遷入，鈾有富集現(xiàn)象。 由圖3 可知， 研究區(qū)活性鈾含量南高北低， 大致以隴縣-崇信-涇川-長武-旬邑一帶為界， 以南的地區(qū)活性鈾含量以正值為主， 顯示了鈾有大量遷移流失現(xiàn)象；以北的地區(qū)活性鈾以負(fù)值為主， 富集量大于1.0×10-6的地區(qū)主要分布在下白堊統(tǒng)中， 呈帶狀、 片狀、 點狀局部分布， 最大富集量達3.2×10-6， 位于城陽-涇川一帶。 已知的鈾礦化均位于活性鈾富集區(qū)或遷出區(qū)中的局部富集區(qū)。

表1 研究區(qū)實測巖石磁性、 密度統(tǒng)計表Table 1 The measured rock magnetic susceptibility and density in the study area

圖3 研究區(qū)航放特征圖Fig. 3 The aeroradioactive contour map of the study area

活性鈾的變化趨勢與重力場特征相同。鄂爾多斯盆地南緣和東緣分別從古生代和中生代開始， 受到由南向北、 由東向西擠壓作用， 造成了盆地南緣、 東緣的強 烈 抬 升［26-27］，為砂巖型鈾礦定位創(chuàng)造了條件［28-29］。 隨著老地層的不斷抬升， 其中的鈾元素不斷被活化而向研究區(qū)西北方向遷移， 最終在合適地方富集成礦。 活性鈾的變化趨勢正是這一過程的響應(yīng)。

2.4.3 航放高場與局部異常特征

根據(jù)航放場特征共篩選航放高場12 片、航放異常51 個， 它們均位于活性鈾富集區(qū)或遷出區(qū)中的局部富集區(qū)， 是尋找鈾礦直接線索。 51 個航放異常中大部分位于鈾礦目的層中， 其中5 個與已知鈾礦化對應(yīng)。

2.5 有利航放弱信息技術(shù)研究

2.5.1 提取技術(shù)

由于地氣持續(xù)不斷向上運動， 穿越隱伏鈾礦體時， 攜帶鈾及其子體至地表， 形成活動鈾暈， 從而能被高精度航空伽瑪能譜測量觀測到［30-31］。 通過對航放鉀、 鈾、 釷元素進行組合處理， 能夠增強和提取與砂巖型鈾礦成礦有關(guān)的微弱信息［32］。 綜合前人研究結(jié)果，這些組合處理包括： 古鈾、 活性鈾、 鈾增量、鈾歸一化和sm9 等［23，33-35］。

2.5.2 已知礦化點航放弱信息對比研究

國家灣地區(qū)已發(fā)現(xiàn)鈾礦化點3 個、 施工鉆孔1 個（無礦孔）。 3 個鈾礦化點分布在偏高場、 高場之間的低場、 背景場中， 對應(yīng)航放鈾含量值為0.85×10-6～1.75×10-6， 已知鈾礦點特征不明顯， 分辨不出深部鈾礦化信息。通過地質(zhì)單元歸一法統(tǒng)計后， 計算了包括古鈾、 活性鈾、 鈾增量、 鈾歸一化和sm9 等在內(nèi)9 個參數(shù)， 由圖4 可知， 古鈾含量圖上，東北部高值區(qū)與地層對應(yīng)， 對應(yīng)活性鈾含量高值區(qū)， 推測該地層為鈾源層、 后期有鈾的遷出； 東南部高值區(qū)與1 個已知鈾礦化點對應(yīng)。 鈾增量高值呈條呈北西向展布， 1 個鈾礦化點處在高值上， 2 個鈾礦化點位于其邊緣，無礦孔對應(yīng)低值區(qū)； 鈾歸一化高值區(qū)對應(yīng)2個鈾礦化點與無礦孔對中、 低值區(qū)； 3 個鈾礦化點都與sm9 高值條帶有關(guān)。

圖4 國家灣地區(qū)航放弱信息特征圖Fig. 4 Extracted weak information from areoradioactivity and uranium mineralization in Guojiawan area

2.5.3 弱信息提取

在對航放數(shù)據(jù)進行地質(zhì)單元編碼統(tǒng)計、去除背景干擾后， 利用活性鈾遷入?yún)^(qū)（＜0）圈定鈾礦有利區(qū)段， 用古鈾＞2.00×10-6、 活性鈾＜-0.05×10-6、 鈾歸一＞0.30×10-6、 鈾增量＞0.20×10-6、 sm9＞0.30×10-6套合區(qū)識別深部鈾礦化。

地質(zhì)單元編碼統(tǒng)計、 去除背景干擾技術(shù)是一種消除巖性、 測量條件等因素影響， 突出鈾含量增高信息的方法［23、33］。 其具體的實現(xiàn)過程是首先將研究區(qū)內(nèi)出露的地層分成不同的地質(zhì)單元并編碼， 再按編碼， 利用釷元素的穩(wěn)定性來計算不同地質(zhì)單元的古鈾、 活性鈾、 鈾增量等參數(shù)， 最后進行統(tǒng)計、 分析，以達到消除各種因素的影響， 突出鈾含量的增高信息。

3 找礦標(biāo)志建立與成礦預(yù)測

3.1 找礦標(biāo)志建立

通過對實測的1∶5 萬高精度航磁、 航放資料及收集的地質(zhì)和重力資料分析， 結(jié)合砂巖型航放弱信息提取結(jié)果， 建立了找礦標(biāo)志（表2）。

3.2 成礦預(yù)測

根據(jù)上述找礦標(biāo)志， 進行成礦預(yù)測， 共圈定鈾成礦遠景區(qū)5 片（圖3）， 包括一、 二級遠景區(qū)各2 片、 三級遠景區(qū)1 片。 其中， 一、二級遠景區(qū)前人均開展過一些工作， 建議繼續(xù)加大工作力度、 以擴大找礦潛力， 重點要對以往未曾引起注意的1 片三級遠景區(qū)開展工作、 以期發(fā)現(xiàn)新的勘查地。 下面簡單介紹其中1 片遠景區(qū)。

1 號遠景區(qū)位于研究區(qū)北西部， 地層總體傾向東， 西部六盤山出露的老地層可為成礦提供豐富的鈾源， 有找礦目的層下白堊統(tǒng)出露； 由于緊鄰蝕源區(qū)， 含礦層易開啟， 易形成地下水補-徑-排體系； 西側(cè)外圍發(fā)現(xiàn)鈾異常點1 個， 中部發(fā)育近南北向展布的2 條層間氧化帶前鋒線； 在野外工作中發(fā)現(xiàn)地表有多個 “磕頭機”， 表明深部有油氣藏。 1 號遠景區(qū)位于航放高場區(qū)中， 鈾含量一般為2.5×10-6～3.5×10-6， 最高達4.6×10-6； 選編航放 局 部 異 常6 個。 古 鈾＞2.00×10-6、 活性鈾＜-0.05×10-6的地段大面積分布， 表明遠景區(qū)初始鈾含量較高且后期鈾以遷入為主；鈾增量＞0.20×10-6、 鈾歸一＞0.30×10-6、sm9＞0.30×10-6的地段總體呈北西向條帶狀展布， 與出露的地層對應(yīng)。 在航磁圖上， 遠景區(qū)處在等軸狀正磁異常西北緣梯度帶上，磁場值為90～150 nT， 共篩選航磁局部異常3 個， 它們都位于推測的氧化還原帶前鋒線的周圍。 在布格重力異常圖上， 總體位于－207×10-5m/s2～－202×10-5m/s2的低值區(qū)， 可見升高約8×10-5m/s2局部重力高。

對1 號遠景區(qū)開展了地面查證， 重點對其中的3 個航放異常進行了地面查證， 結(jié)果顯示航放異常產(chǎn)于黃色砂巖及褐紅色泥質(zhì)粉砂巖中，地面伽馬能譜測量鈾含量最高達556×10-6， 巖石取樣化學(xué)分析鈾含量最高為0.018%（邊界品位0.01%）， 具有重要的找礦前景。

表2 砂巖型鈾礦找礦標(biāo)志一覽表Table 2 The list of prospecting indicators for sandstone-type uranium deposit

4 結(jié)論

1） 總結(jié)了已知鈾礦化多元地學(xué)特征。 航磁梯度帶、 航放高場區(qū)、 航放活性鈾遷入?yún)^(qū)、局部重力高異常邊緣復(fù)合區(qū)是與已知鈾礦化有關(guān)的多元地學(xué)信息， 航放異常是尋找鈾礦化的直接標(biāo)志。

2） 研究了砂巖型鈾礦航放弱信息提取技術(shù)。 在對航放數(shù)據(jù)進行地質(zhì)單元編碼統(tǒng)計、 去除背景干擾后， 利用活性鈾遷入?yún)^(qū)（＜0）縮小找礦范圍， 用古鈾＞2.00×10-6、 活性鈾＜-0.05×10-6、 鈾歸一＞0.30×10-6、 鈾增量＞0.20×10-6、sm9＞0.30×10-6套合區(qū)識別深部鈾礦化。

3） 開展了成礦預(yù)測。 圈定鈾礦遠景區(qū)5片。 對其中1 片開展了地面驗證， 結(jié)果顯示地面伽瑪能譜測量鈾含量最高達556×10-6，巖石取樣化學(xué)分析鈾含量最高為0.018%（邊界品位0.01%）， 具有重要的找礦前景。