王 睿, 李占龍, 林澤付
(1.黑龍江省第五地質(zhì)勘查院,哈爾濱 150090;2.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院,哈爾濱 150036)
地面伽馬能譜測(cè)量是探測(cè)陸地介質(zhì)放射的伽馬射線,并依據(jù)射線能量計(jì)算放射性核素含量的方法,尋找放射性異?;蚍派湫栽龈叩囟?,借以發(fā)現(xiàn)放射性礦床的一種放射性測(cè)量方法[1]。地面伽馬能譜測(cè)量是鈾礦普查的主要方法,它適用于各種地形、地貌和氣候條件。在基巖出露良好和覆蓋層不厚的地區(qū)尤為有利,可以測(cè)定巖(礦)石或土壤中所含鈾、釷、鉀的含量,研究鈾元素遷移、富集與蝕源區(qū)確定、鈾礦床評(píng)價(jià),圈定鈾異常(礦化)范圍和成礦遠(yuǎn)景區(qū)。實(shí)踐證明該方法很有成效,我國(guó)鈾礦床大都是由地面伽馬測(cè)量發(fā)現(xiàn)的[2]。方法缺點(diǎn)是測(cè)量深度淺,受多種因素影響,鈾異常評(píng)價(jià)工作難度較高。另外自然界中鈾系80%以上的γ射線,都是由鐳及其子體衰變時(shí)所釋放出來(lái)的,能譜測(cè)量的指示元素是鐳而不是鈾,其結(jié)果中的鈾含量也是當(dāng)量鈾含量[3]。在實(shí)際工作中,應(yīng)注重地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理?xiàng)l件等多方面綜合分析,才能做出異常正確的估價(jià),進(jìn)一步提高和擴(kuò)大了地面伽馬能譜測(cè)量的找礦效果。因此,筆者以伊春威嶺地區(qū)的放射性異常為例,利用伽馬能譜測(cè)量成果數(shù)據(jù)深度挖掘,并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件,探討放射性異常成因及鈾成礦前景。
研究區(qū)位于小興安嶺-張廣才嶺(造山帶)內(nèi),是黑龍江省最重要的鉛、鋅、銀、鐵、鎢、鉬、金等多金屬共生的成礦帶,地層主要為新-中元古界東風(fēng)山巖群基底變質(zhì)巖,多被后期侵入巖或火山巖侵入覆蓋,致使變質(zhì)地質(zhì)體遭受破壞、零星分布,多呈殘留的小塊地質(zhì)體。變質(zhì)巖以區(qū)域變質(zhì)巖為主,由于受到多期變質(zhì)作用和動(dòng)力、熱接觸變質(zhì)作用疊加,使區(qū)域變質(zhì)巖改造強(qiáng)烈,達(dá)到低-中壓角閃巖相(圖1)。
圖1 研究區(qū)地質(zhì)及能譜數(shù)據(jù)點(diǎn)位圖Fig.1 Location of regional geological and the measuring point of energy spectrum data measurement
研究區(qū)內(nèi),寶泉組上部為紫灰色粉砂泥質(zhì)板巖夾灰白色變余鈣質(zhì)石英砂巖透鏡體及薄層英安玢巖質(zhì)凝灰熔巖;下部為紫灰色粉砂泥質(zhì)板巖夾白色細(xì)粒螢石化大理巖透鏡體及碧玉巖型條帶狀鈣硅質(zhì)巖。于湯旺河斷裂帶東側(cè)呈北西-北北西向分布,傾角48°,受構(gòu)造變質(zhì)作用影響,巖石不同程度變質(zhì),發(fā)生片理化、片麻化、糜棱巖化。巖石風(fēng)化強(qiáng)烈,較破碎。侵入巖以晚三疊世正長(zhǎng)花崗巖組(T3ξγ)為主,總體呈灰白-淺肉紅色中細(xì)、中粗粒正長(zhǎng)花崗巖,糜棱巖化花崗巖,巖石變質(zhì)程度較高,糜棱巖化強(qiáng)烈。
晚三疊世正長(zhǎng)花崗巖西部發(fā)育一條北西向糜棱巖化花崗巖脈,原巖為正中細(xì)、中粗粒正長(zhǎng)花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖,受湯旺河斷裂壓扭應(yīng)力作用,巖石發(fā)生錯(cuò)動(dòng),并由強(qiáng)烈塑性作用形成糜棱巖化變形,該類(lèi)蝕變與研究區(qū)所處地質(zhì)構(gòu)造背景相符。
研究區(qū)內(nèi)來(lái)源數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2010年—2012年,覆蓋黑龍江省小興安嶺地區(qū)的航空放射性測(cè)量及相應(yīng)的查證工作。采用核工業(yè)航測(cè)遙感中心產(chǎn)ARD多道伽馬能譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,能譜儀均通過(guò)國(guó)防科技工業(yè)1313二級(jí)計(jì)量站檢定,各儀器之間具有良好的一致性,相對(duì)誤差均不超過(guò)±5%;儀器穩(wěn)定性好,當(dāng)eU含量≤10×10-6時(shí),絕對(duì)誤差≤2×10-6,eU含量>10×10-6時(shí),相對(duì)誤差<20%;Th含量≤15×10-6時(shí),絕對(duì)誤差≤3×10-6,Th含量>15×10-6時(shí),相對(duì)誤差<20%;K含量≤5%時(shí),絕對(duì)誤差≤1%,K含量>5%時(shí),相對(duì)誤差<20%,所測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量符合規(guī)范要求。
研究區(qū)內(nèi)共完成地面伽馬能譜測(cè)量點(diǎn)4 701個(gè),測(cè)量數(shù)據(jù)包括U、Th、K及伽瑪總量。測(cè)網(wǎng)密度采用100×20,異常段局部加密采取數(shù)據(jù)。測(cè)線方向采用45°垂直于區(qū)域航放異常帶及主構(gòu)造線走向方向,目的是明確地面伽馬異常范圍,研究鈾元素遷移富集規(guī)律。
統(tǒng)計(jì)分析小興安嶺北部部分地質(zhì)單元放射性特征參數(shù)(表1),可以幫助了解研究區(qū)各地質(zhì)單元放射性元素的豐度、離散程度,判定蝕源區(qū)的鈾源情況和目的單元的含鈾性,確定各地質(zhì)單元放射性元素的背景值,為航放異常信息提取提供借鑒[4]。
1)全新統(tǒng)主要分布于湯旺河兩岸及研究區(qū)中部溝谷、地勢(shì)低洼地區(qū),巖性以腐殖土、坡積砂礫土為主,鈾、釷平均含量低于全區(qū)背景值,鉀含量與背景值相近,鈾、釷標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd和變異系數(shù)Cv低于全區(qū)背景值,鉀標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd和變異系數(shù)Cv高于全區(qū)背景值。
2)砂巖主要分布于湯旺河兩岸,鈾、釷、鉀平均含量、標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd和變異系數(shù)Cv低于全區(qū)背景值。
3)凝灰?guī)r主要出露于研究區(qū)北部侏羅系中統(tǒng)太安屯組及中部奧陶系下統(tǒng)寶泉組地層內(nèi),其鈾元素平均含量、標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd和變異系數(shù)Cv略高于全區(qū)背景值,釷、鉀平均含量、標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd和變異系數(shù)Cv低于全區(qū)背景值。表明鈾元素在中酸性火山巖地層內(nèi)含量較高,具有一定程度的富集現(xiàn)象,而釷、鉀元素?zé)o富集現(xiàn)象,說(shuō)明火山巖地層中的放射性異常屬于純鈾異常,屬于較好鈾蝕源區(qū)。
4)正長(zhǎng)花崗巖巖體鈾、釷、鉀平均含量高于全區(qū)背景值,標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd和變異系數(shù)Cv低于全區(qū)背景值,表明該區(qū)花崗巖中鈾、釷、鉀含量較高,但分布不均勻,成礦潛力較低。
5)二長(zhǎng)花崗巖在研究區(qū)內(nèi)大面積出露,其鈾、釷、鉀平均含量高于全區(qū)背景值,鈾、釷標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd略高于全區(qū)背景值,鉀標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd低于全區(qū)背景值,三種元素變異系數(shù)Cv低于全區(qū)背景值,表明該區(qū)花崗巖中鈾、釷、鉀含量較高,但分布不均勻,成礦潛力較低。
6)碎裂巖化花崗巖,主要分布于湯旺河兩側(cè),呈北東向帶狀分布,與區(qū)域主構(gòu)造線方向一致,鈾、釷平均含量、標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd和變異系數(shù)Cv高于全區(qū)背景值,鉀平均含量、標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd和變異系數(shù)Cv低于全區(qū)背景值,表明碎裂巖化花崗巖中鈾、釷含量較高,分布不均勻,存在局部富集現(xiàn)象,尤其湯旺河南段東岸,鈾元素富集明顯,具備成礦潛力。
本次研究利用公式:
Cv=S/X
(1)
式中:X為平均值;S為標(biāo)準(zhǔn)偏差;Cv為變異系數(shù)。
圖2 威嶺地區(qū)鈾、釷、鉀能譜異常分布圖Fig.2 Gamma anomaly distribution characteristic of uranium, thorium and potassium in the Weiling area(a)鈾元素異常分布圖;(b)釷元素異常分布圖;(c)鉀元素異常分布圖
對(duì)地面伽馬能譜采集到U、K、Th元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理,計(jì)算出各特征參數(shù)并形成等值線圖(圖2),其中鈾最高值為18.5×10-6,釷最高值為28.9×10-6,鉀最高值為6.0×10-2。
鈾異常暈總體呈北西向帶狀沿湯旺河?xùn)|岸展布,規(guī)模較大,空間分布特征明顯。異常伴有鈾高暈、偏高暈,異常暈下限計(jì)算(表2)。異??傮w寬150 m~700 m,長(zhǎng)約3 100 m,賦存于奧陶系中統(tǒng)寶泉組(O1-2b)與晚三疊世正長(zhǎng)花崗巖組(T3ξγ)接觸部位內(nèi)的北西-南東向片麻狀花崗巖體內(nèi),其在空間分布是朝著構(gòu)造活動(dòng)和巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈的地方集中,而含量中等或者較低的侵入體,則處于構(gòu)造活動(dòng)較平靜的區(qū)域。
地殼不同類(lèi)巖石中鈾、釷絕對(duì)含量可能差異很大;但Th/U比值比較恒定,大約在3~4之間[5],與中國(guó)沉積層Th/U≈4.4、中國(guó)上陸殼Th/U≈3.1接近[6],顯示巖漿作用過(guò)程中Th、U具有相似的地球化學(xué)行為。但鈾、釷地球化學(xué)性質(zhì)差異較大,鈾易受后期環(huán)境影響,活化、遷移流失,釷則較穩(wěn)定而保存于原地。局部釷鈾比值的變化是后期構(gòu)造或者熱液活動(dòng)中釷、鈾分離的結(jié)果。低Th/U預(yù)示后期有二次鈾的富集,是成礦有利指示因素;高Th/U則預(yù)示鈾有遷移流失,不利于鈾富集成礦[7]。
古鈾量(Gu)通常指巖石形成時(shí)的鈾含量,在一個(gè)包含鈾遷出、遷入的較大區(qū)域內(nèi),求得該區(qū)域內(nèi)釷量與鈾量之比,可以反映鈾釷元素未發(fā)生分離時(shí)的初始比值[8],這樣就可以利用公式計(jì)算出古鈾量。
(2)
表1 巖石伽馬能譜特征統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Characteristics of rock gama-ray spectrum parameters
表2 伽馬能譜異常劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Classification criteria of gama-ray spectrum
圖3 研究區(qū)地質(zhì)及鈾元素遷移對(duì)比圖Fig.3 The comparison map of geology and uranium migration in the study area(a)研究區(qū)地質(zhì)圖;(b)鈾元素等值線圖;(c)古鈾含量等值線圖
本次工作中,利用ARD多道伽馬能譜儀在研究區(qū)內(nèi)以100 m×20 m的網(wǎng)度進(jìn)行野外測(cè)量,共采集數(shù)據(jù)4 701組,經(jīng)檢查測(cè)量表明數(shù)據(jù)是可靠的。能譜特征參數(shù)Th/U反映了低溫氧化環(huán)境下U、Th分離程度和礦化疊加程度,而本次研究中反應(yīng)U、Th未分離時(shí)的比值采用的是包括本區(qū)在內(nèi)的整個(gè)湯旺河異常帶,總面積19 km2。包括了28%的能譜高場(chǎng)和72%的背景及低場(chǎng)區(qū),采用了8 263組地面能譜數(shù)據(jù),計(jì)算出:
(3)
區(qū)域性釷鈾比:
(4)
表3 異常樣品分析結(jié)果Tab.3 The analysis results of abnormal samples
圖4 成礦模式圖Fig.4 Metallogenic model diagram
進(jìn)而求出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的古鈾含量值。
通過(guò)能譜測(cè)量鈾含量與古鈾含量的對(duì)比(圖3),能反映鈾的遷入、遷出狀態(tài),快速判斷鈾成礦有利地段。
由圖2可見(jiàn),鈾異常暈總體呈北西向帶狀沿湯旺河?xùn)|岸展布,異常規(guī)模較大,規(guī)律明顯,鈾含量平均值為29.94×10-6,最高值為70.7×10-6,異常伴有鈾高暈、偏高暈,且范圍較大,總體寬為150 m~700 m,長(zhǎng)約3 100 m,賦存于奧陶系中統(tǒng)寶泉組(O1-2b)與晚三疊世正長(zhǎng)花崗巖組(T3ξγ)接觸部位內(nèi)的北西-南東向片麻狀花崗巖體內(nèi),呈北西向帶狀分布,異??傮w較高,規(guī)模較大,空間分布特征明顯。
通過(guò)圖2(b)、圖2(c),鈾元素的遷移、富集過(guò)程均局限于糜棱巖化帶內(nèi),北部巖體內(nèi)古鈾量存在兩處鈾濃集中心A1、A2,對(duì)比現(xiàn)代鈾含量發(fā)現(xiàn)鈾元素在糜棱巖化帶內(nèi)有向南部A異常中心遷移的過(guò)程,而中部巖體古鈾量濃集中心B1則向南遷移至B處。在區(qū)域地質(zhì)背景上,A、B兩處濃集中心均位于糜棱巖化帶與寶泉組斷接觸面附近,表明了富鈾巖漿熱液的遷移活動(dòng)與接觸面處的蝕變作用使后期鈾元素富集的主要成因。
對(duì)地面伽馬異常濃集中心進(jìn)行槽探揭露驗(yàn)證,地質(zhì)背景均為糜棱巖化花崗巖、片麻狀正長(zhǎng)花崗巖。分別在U異常中心采取分析樣品,分析結(jié)果(表3)顯示:鈾含量平均值約為85×10-6,最高值為108.51×10-6;釷含量平均值約為155.93×10-6,最高值為180.32×10-6,與地面能譜測(cè)量結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),鈾礦化異常位置基本相符,但分析成果釷鈾比遠(yuǎn)低于地表能譜數(shù)據(jù),應(yīng)為土壤吸收導(dǎo)致,且土壤對(duì)不同能級(jí)伽馬射線的吸收率存在差異。
研究區(qū)內(nèi)鈾異常主要在奧陶系中下統(tǒng)寶泉組地層及三疊紀(jì)晚世正長(zhǎng)花崗巖體間的糜棱巖化花崗巖脈上,異常分布受巖體、構(gòu)造控制,且經(jīng)歷了多期疊加改造作用,異常成因主要有以下幾個(gè)方面:
1)區(qū)域上北西、北東向湯旺河斷裂構(gòu)造發(fā)育,筆者認(rèn)為這是一條極為重要的區(qū)域性構(gòu)造,大體上把威嶺地區(qū)分為東西兩部分,自斷裂形成以后,威嶺東、西兩分布的地質(zhì)特征出現(xiàn)了較大的差異,最直觀的表現(xiàn)是東部侵入巖明顯多于西部。東部侵入巖體和鈾異常受斷裂控制,該斷裂主要是繼承古生代發(fā)育的雛形而追蹤發(fā)育,兩側(cè)巖體、巖層中節(jié)理有切割現(xiàn)象,花崗巖均遭破碎,并有熱液活動(dòng),表明斷裂活動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)且有強(qiáng)烈的繼承性活動(dòng),具有張扭性特征[6]。
2)區(qū)域上印支期二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖依次先后侵入,呈近北東向分布,吞蝕、破壞原始地層及構(gòu)造,促使北東-南西向引張力的加強(qiáng),切割已形成巖體及地層,同時(shí)受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力影響,產(chǎn)生不同程度變質(zhì),北西向的糜棱巖化正長(zhǎng)花崗巖表現(xiàn)為由淺、暗色礦物(多為黑云母,少量角閃石)斷續(xù)定向分布形成,有的連續(xù),由長(zhǎng)英物質(zhì)組成,表明條帶、片麻理是變形與變質(zhì)結(jié)晶幾乎同時(shí)作用下的產(chǎn)物。片麻理表現(xiàn)為巖漿結(jié)晶期的鉀長(zhǎng)石、石英的定向或黑云母的集中定向,反映出擠壓應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)力就位特征。
3)威嶺地區(qū)東部含鈾的糜棱巖化正長(zhǎng)花崗巖體,遭受多期強(qiáng)烈而復(fù)雜的變質(zhì)變形作用(圖4),其含礦巖體特征具有典型的巖漿巖型鈾礦成因特點(diǎn),即高硅、堿質(zhì)、鋁和低鈣、鎂的特點(diǎn),里特曼指數(shù)(δ):1.79~2.13,為鈣堿性巖石;鋁飽和指數(shù)(ASI)A/CNK>1,為過(guò)鋁質(zhì)巖石[7]。在巖漿演化分異過(guò)程中,晚三疊世正長(zhǎng)花崗巖邊緣相鈾相對(duì)富集,通常而言,鈾礦化體是巖漿演化分異的產(chǎn)物,在侵入過(guò)程中巖漿中鈾元素豐都不斷增加富集,以至于晚期就位的巖漿相對(duì)富鈾,這一點(diǎn)通過(guò)前面古鈾含量可以看出,晚期就位的正長(zhǎng)花崗巖體富鈾,鈾含量分別為5.22×10-6、4.59×10-6,最高值分別為20.90×10-6、22.00×10-6,而在威嶺地區(qū)則是區(qū)域巖漿多期次活動(dòng)的中心,形成了斷裂-花崗巖帶疊加復(fù)式花崗巖體,其中最具有控礦意義的是富鈾巖體與淺變質(zhì)巖體之間的接觸帶,淺變質(zhì)地層、巖體在本文中指的是經(jīng)歷了區(qū)域變質(zhì)作用的寶泉組地層和后期侵入的正長(zhǎng)花崗巖,其分別形成了變質(zhì)石英砂巖、板巖及糜棱巖化正長(zhǎng)花崗巖。 按花崗巖體、地層與成礦構(gòu)造組合形成關(guān)系,可劃分為層斷亞型的線型鈾礦化[9],表現(xiàn)為線狀構(gòu)造(湯旺河斷裂)-接觸面-裂隙帶組合(糜棱巖化正長(zhǎng)花崗巖帶)。
綜上所述,該區(qū)域內(nèi)花崗巖由于巖漿分異作用,鈾元素背景值較高,經(jīng)北西向糜棱巖化花崗巖脈后期補(bǔ)充侵入及多期次熱液活動(dòng)等完成了鈾的預(yù)富集。另外,北西向的湯旺河斷裂活動(dòng)同樣影響著鈾元素局部富集,其體現(xiàn)為提供了含鈾熱液運(yùn)移通道、存礦空間等,這點(diǎn)從古鈾量和現(xiàn)代鈾含量對(duì)比(圖2)不難發(fā)現(xiàn),鈾的遷移都是沿著花崗巖接觸帶的微細(xì)斷裂構(gòu)造和北西向次級(jí)斷裂進(jìn)行的。
1)地面伽馬能譜測(cè)量對(duì)放射性異常反應(yīng)靈敏,在植被覆蓋、巖石出露較差的區(qū)域能夠準(zhǔn)確、快速圈定靶區(qū),指導(dǎo)地質(zhì)及探礦工程布置。
2)通過(guò)對(duì)能譜數(shù)據(jù)特征進(jìn)一步挖掘,計(jì)算古鈾含量、鈾釷比系數(shù),能直觀、有效呈現(xiàn)鈾遷移規(guī)律,劃分鈾淋失區(qū)、遷入?yún)^(qū),約束靶區(qū)勘查范圍。
3)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景,對(duì)比異常帶中帶晨明鈾礦點(diǎn)[10],可以確定在巖漿演化過(guò)程中,鈾向晚期形成的巖體富集,鈾礦化發(fā)生于巖體、巖層接觸帶或與斷裂構(gòu)造的結(jié)點(diǎn)處并隨區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的持續(xù),巖體內(nèi)有元素發(fā)生二次富集。