塔里木盆地沙雅隆起HFU-24航放異常成因及鈾成礦潛力分析

鄭少杰，伍顯紅，張 翔，王培建，牛家驥，陳江源

(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中心(重點實驗室)，河北 石家莊 050002；3.河北省航空探測與遙感技術重點實驗室，河北 石家莊 050002)

0 引言

砂巖型鈾礦是我國重要的鈾礦資源類型[1-4]。塔里木盆地作為我國最大的內(nèi)陸盆地，在盆地北部的庫車坳陷與南天山山前區(qū)域已相繼發(fā)現(xiàn)了薩瓦甫齊大型鈾礦床、巴什布拉克大型鈾礦床、日達里克小型鈾礦床和眾多鈾礦(化)點及異常點[5-7]。庫車坳陷南部的沙雅隆起地段同樣具有有利的鈾成礦環(huán)境，但目前勘查程度相對較低。

2019年在該區(qū)開展了1∶5萬航空物探調(diào)查工作，共發(fā)現(xiàn)航放異常37處[8](圖1)，其中大部分異常與輸油管外泄原油浸泡的地表沙土、脫水脫渣池或廢棄的鉆井排水池相對應。本文以其中的HFU-24號異常為研究對象，利用伽馬總計數(shù)率、伽馬能譜、土壤氡和土壤地球化學等4種測量方法，系統(tǒng)分析了異常的分布形態(tài)，并對異常的成因及鈾成礦的有利條件進行了探討，推測了可能的富鈾層位，以期為研究區(qū)后續(xù)的找鈾工作提供參考。

圖1 研究區(qū)航放異常分布圖

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于塔里木盆地北部的沙雅隆起，地表多被第四系所覆蓋。結(jié)合周邊地區(qū)相關資料，研究區(qū)內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)由太古宙—元古宙結(jié)晶基底、古生代直接基底與中新生代陸相沉積蓋層組成[8-9]。

太古宙—元古宙結(jié)晶基底主要由中高溫變質(zhì)的麻粒巖、變粒巖、片麻巖、石榴子石-黑云母片巖、石英巖、變質(zhì)砂巖、混合巖和變質(zhì)程度較低的海相碎屑巖-碳酸鹽巖建造所組成。古生界則由海相碎屑巖-碳酸鹽巖夾少量的火山巖、火山碎屑巖及花崗質(zhì)侵入巖組成[10]。根據(jù)航磁數(shù)據(jù)的反演結(jié)果，結(jié)晶基底平均埋深約7000 m，輪南鎮(zhèn)地區(qū)埋深最淺，一般小于6000 m，吐格買來地區(qū)最深，可達14 000 m，古生界基底埋深則多大于5000 m[8]。

自三疊紀開始，塔里木盆地進入了陸相盆地沉積時期，蓋層發(fā)育齊全。三疊系分布穩(wěn)定，厚100～300 m，埋深大于3800 m。受構(gòu)造抬升影響，侏羅系在研究區(qū)內(nèi)分布較少。自白堊紀開始，陸相盆地逐漸擴大，區(qū)域內(nèi)沉積了厚度較大的碎屑巖。白堊系沉積厚度為200～400 m，埋深大于3500 m，發(fā)育砂體厚度多為6～60 m。新近系沉積物覆蓋至全區(qū)，發(fā)育巨厚的碎屑建造，地層厚度一般在3000 m以上，其中上新統(tǒng)庫車組埋深50～200 m。地層具備較好的“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)，砂體厚20～50 m，個別大于80 m。第四系繼承了古近系和新近系的沉積范圍，以沖積、洪積和風積物為主[11]。

盆地中新生代構(gòu)造活動在不同地段有較大差異。近盆地邊緣一帶構(gòu)造活動強烈，且斷裂發(fā)育，以近EW向斷裂為主；而研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動相對較弱，以NE向或近EW向斷裂為主體，NW向斷裂次之[12]，這些斷裂對基底起伏、蓋層沉積起著控制作用，同時也是油氣及深部流體運移的良好通道。

2 研究方法

HFU-24號異常位于輪臺縣城南37 km處，以石油鉆井的排水池為中心，異常呈長方形，航放總量多大于15 Ur(圖2b)。地表均被第四系堆積物覆蓋(圖2a)。

為了查明異常成因，筆者分別進行了伽馬總計數(shù)率、伽馬能譜、土壤氡和土壤地球化學4種測量方法。其中伽馬總計數(shù)率測量主要用于確定異常位置，并基本圈定異常范圍，伽馬能譜測量則用于現(xiàn)場確定放射性元素當量含量，土壤氡及其子體測量用于反映深部的放射性信息，土壤地球化學取樣則用于后期準確確定放射性元素含量。

為此，共布置了4條測線，每條測線長800 m，線距160～220 m，測量點距40 m，異常地段點距加密至5～20 m(圖2b)。共采集了7件土壤樣品進行K、U、Th、Ra等元素含量分析。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)圖(a)與航放總量等值線圖(b)

3 異常特征分析

伽馬總計數(shù)率、能譜及土壤氡的濃度在排水池附近都達到了極大值。該排水池呈長方形(圖3)，為石油鉆井排泄承壓水所建。附近的石油鉆井距排水池約150 m，兩者以溝渠相連。石油鉆井現(xiàn)已廢棄，排水池也已干涸。池內(nèi)土壤呈褐黃色至褐黑色，較為致密，厚度大于80 cm，與研究區(qū)內(nèi)普遍分布的灰色疏松沙土有明顯差異(圖4)。

圖3 石油鉆井排水池

圖4 排水池內(nèi)土壤

3.1 伽馬總計數(shù)率測量

伽馬總計數(shù)率基本圈定了異常的范圍，測量顯示放射性異常區(qū)總體呈近EW向的長方形(圖5a)，長約300 m，寬約180 m，并以石油鉆井的排水池為中心。排水池內(nèi)表層土壤伽馬總計數(shù)率一般為800～5000 Ur，最高可達10 900 Ur。隨著土壤深度的增加，總計數(shù)率測量值有明顯的升高。排水池外圍被鉆井承壓水浸泡過的土壤，伽馬總計數(shù)率在50～150 Ur之間。而距離排水池較遠的未被承壓水浸泡的灰色疏松沙土，測量值則有明顯偏低，一般為18～20 Ur。

3.2 伽馬能譜測量

伽馬能譜測量確定了異常區(qū)當量鉀(K)、鈾(U)、釷(Th)含量，顯示的異常范圍與總計數(shù)率測量結(jié)果基本一致，以排水池為中心，總體呈EW向展布的長方形。異常范圍基本覆蓋了排水池及其外圍受承壓水浸泡過的土壤區(qū)。

能譜總道(TC)異常范圍長約360 m，寬約200 m，異常區(qū)測量值一般為30～1600 Ur，最高值可達11 070 Ur，排水池內(nèi)測量值均高于300 Ur。在主異常東南部分布有長約60 m，寬約40 m的次級異常區(qū)，地勢相對低洼，TC測量值分布在30～40 Ur范圍。除以上兩個地區(qū)外，研究區(qū)內(nèi)TC均分布在12～20 Ur的范圍內(nèi)(圖5b)。

K異常范圍長約260 m，寬約100 m。異常區(qū)內(nèi)K含量一般為2.5%～5%，最高值大于6%，背景場的K含量分布在1.4%～2.2%范圍內(nèi)(圖5c)。

U、Th異常范圍長約320 m，寬約180 m。異常區(qū)內(nèi)當量U含量一般為(55～1100)×10-6，最高可達6911×10-6；當量Th含量一般為(30～1300)×10-6，最高可達7485×10-6。排水池內(nèi)當量U含量均高于300×10-6，當量Th含量均大于500×10-6，明顯高于背景場測量值(8～16)×10-6(圖5d、5e)。

圖5 HFU-24號放射性異常特征圖

3.3 土壤氡及其子體測量

土壤氡濃度的異常范圍以排水池為中心，呈不規(guī)則狀(圖5f)，異常區(qū)測量值主要分布在3000～11 000 Bq/m3，最高可達344 163 Bq/m3，排水池內(nèi)測量值普遍高于10 000 Bq/m3。

3.4 土壤地球化學測量

土壤地球化學分析結(jié)果見表1，樣品w(K)=0.96%～1.94%，w(Th)=(7.38～14.4)×10-6，w(U)=(1.45～2.35)×10-6，均未顯示明顯的高值特征，與伽馬能譜測量結(jié)果(表2)無明顯相關性。

在能譜測量顯示相對低值的土壤樣品中，w(Ra)=(0.53～1.80)×10-11，鈾鐳平衡系數(shù)為10.06～29.09；而在能譜測量顯示相對高值的土壤樣品中，w(Ra)=(26.60～135.00)×10-11，鈾鐳平衡系數(shù)為539.55～2015.53。土壤鐳含量、鈾鐳平衡系數(shù)與伽馬能譜測量結(jié)果顯示出明顯的正相關性(表1、表2)。

表1 HFU-24異常土壤地球化學測量結(jié)果

表2 HFU-24異常土壤取樣點伽馬總量及當量鈾、釷、鉀含量

4 異常成因與成礦潛力

4.1 異常成因

放射性主異常區(qū)以石油鉆井的排水池為中心，受承壓水浸泡過的土壤呈現(xiàn)明顯的放射性高場特征，表明研究區(qū)內(nèi)異常的形成與承壓水密切相關，土壤淋濾的承壓水越多，異常強度也越高。

結(jié)合土壤地球化學分析結(jié)果，承壓水中應含有較高含量的鐳，并通過淋濾作用，使鐳富集在土壤之中，從而產(chǎn)生了放射性異常。

除主異常外，局部放射性異常多分布在地勢低洼地帶，如主異常東南部顯示的TC異常，這些局部異常可能是季節(jié)性雨水淋濾排水池外圍土壤并在低洼處匯集所致。

放射性異常的形成與Ra元素密切相關，鐳應來源于深部富鈾層位中U元素的衰變。結(jié)合區(qū)域地層資料，可初步判斷鉆井穿過的地層中存在較好的富鈾層。由鐳引起的航放異常是塔里木盆地北緣深部鈾礦找礦的重要線索。

研究區(qū)內(nèi)良好的成礦環(huán)境是富鈾層位形成的關鍵，下文將重點從構(gòu)造、物源和水文三個方面進一步探討異常形成的內(nèi)在機制。

4.2 成礦條件

4.2.1 構(gòu)造條件

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動相對較弱，且構(gòu)造活動主要發(fā)生在中生代以前，進入中生代后趨于平靜。研究區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造對基底起伏、蓋層沉積起著控制作用，同時也是油氣及深部流體運移的良好通道，可為淺部鈾還原提供條件[12]。

燕山晚期為庫車坳陷與沙雅隆起填平補齊階段，喜馬拉雅運動使研究區(qū)以北的庫車凹陷整體抬升[13]，與異常區(qū)形成了由北向南較為穩(wěn)定的斜坡沉積，從而為發(fā)育沖積扇、辮狀河、三角洲等鈾成礦相帶提供了有利的構(gòu)造條件，同時也為滲入型地下水的改造成礦作用奠定了較好的基礎。

4.2.2 物源條件

研究區(qū)北部蝕源區(qū)發(fā)育的沉積巖和巖漿巖都具有較高的鈾含量。物性測量顯示，新元古界片巖鈾含量為5×10-6，中酸性侵入巖鈾含量為(4.75～6.1)×10-6。下二疊統(tǒng)的火山角礫巖、石英斑巖、安山巖和石炭系火山凝灰?guī)r鈾含量均大于6×10-6。中生界和新生界整體鈾含量較高，鈾含量一般大于3.3×10-6，特別是吉迪克組泥巖、細砂巖、泥質(zhì)砂巖鈾含量可達10.5×10-6[8]。

蝕源區(qū)老地層和巖體均具備為異常區(qū)提供鈾源的較好條件，且中、新生界層位本身含鈾較高，鈾活化運移特征較明顯，有利于鈾的富集成礦，具有較好的鈾成礦潛力。

4.2.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)有較好的含水巖層。第四系沉積物直接接受大氣降水和地表水的補給，水量充足，與下伏巖層有較強的水動力聯(lián)系。上新統(tǒng)庫車組—上三疊統(tǒng)哈拉哈塘組含水巖層以礫巖、砂巖與泥巖互層產(chǎn)出，單層厚度一般為20～80 m，膠結(jié)方式以泥質(zhì)、弱鈣質(zhì)為主，較為疏松，頂、底板隔水層為粉砂質(zhì)泥巖和泥巖，頂?shù)装搴穸榷啻笥?0 m[9]，具有較穩(wěn)定的“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)。

研究區(qū)處在以羅布泊為匯流中心的區(qū)域徑流場內(nèi)，地下水總體由北部向盆地中部運移[14]。北側(cè)盆緣一帶斷裂構(gòu)造發(fā)育，目的層產(chǎn)狀較陡，直接出露地表，有利于地表水的補給。從盆緣至塔里木河一帶中新生界發(fā)育，地層“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)完整，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，有利于含水層的徑流。塔里木河流域一帶為排泄區(qū)，異常分布在塔里木河以北徑排過渡帶。以上特征表明，異常區(qū)具有充足的含鈾含氧水補給，且有長距離的徑流區(qū)和較好的排泄區(qū)，具備由北向南完整的補徑排水動力條件。

4.3 深部找礦有利層位探討

北部盆地邊緣一帶，三疊系至新近系中普遍發(fā)育砂體，砂體以河流相-三角洲相為主，多具有穩(wěn)定的“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)。在前期的鈾礦勘查中，已發(fā)現(xiàn)多個鈾礦床(點)，對尋找研究區(qū)內(nèi)的有利層位具有一定的指導意義。

新近系的有利層位包括吉迪克組和庫車組，吉迪克組厚約400 m，庫車組厚約3000 m，以三角洲相為主，地層具備較好的“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)，砂體厚20～50 m，個別大于80 m[8，11]，是研究區(qū)含鈾含水層最有可能分布的層位。

白堊系的有利層位包括亞格列木組和巴西蓋組，沉積厚200～400 m，埋深大于3500 m，為一套河流—三角洲相沉積[8，15]。區(qū)域上分布穩(wěn)定，與上、下含水層的水力聯(lián)系較小，具備較好的砂巖型鈾成礦環(huán)境。

侏羅系在研究區(qū)內(nèi)分布較少，而三疊系埋藏相對較深[8]，找礦意義有限。

5 結(jié)論

1)研究區(qū)內(nèi)放射性異常的形成主要由鐳的局部富集引起，鉆井穿過的地層中存在較好的富鈾層。由鐳引起的航放異常是塔里木盆地北緣深部鈾礦找礦的重要線索。

2)研究區(qū)內(nèi)與成礦有利的構(gòu)造、物源和水文條件是異常形成的內(nèi)在機制，研究區(qū)具備較好的砂巖型鈾成礦環(huán)境。

3)結(jié)合區(qū)域鈾成礦特征，研究區(qū)內(nèi)新近系和白堊系含有較好的找礦有利層位，具備一定的找鈾潛力，建議在研究區(qū)內(nèi)繼續(xù)開展鈾礦勘查工作。