綜合物探方法在長排-學(xué)堂坳地區(qū)花崗巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用

顏嘉慶，龐雅慶，劉 祜，鄧善橋，董益捷，鄭智陽，廖 磊

(1. 核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關(guān) 512029；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029)

硬巖型鈾礦中的粵北花崗巖型鈾礦是國內(nèi)最重要的鈾礦類型之一(夏宗強(qiáng)等，2016)。前人在諸廣巖體南部的百順、長江、城口和全安4個(gè)地區(qū)進(jìn)行了大量的找礦地質(zhì)工作，發(fā)現(xiàn)了一大批花崗巖鈾礦床(點(diǎn))(章邦桐等，1988，1990；邵飛等，2011)。其中，長江礦區(qū)位于北北東向、北東東向、近南北向和北西向四組斷裂構(gòu)造的交匯區(qū)(馮海生等，2009)。但長江礦區(qū)經(jīng)過幾十年的開采，可開采資源儲(chǔ)備量已接近枯竭，因此，急需尋找新的接替資源量(宋振濤等，2017)。

音頻大地電磁法(AMT)的測量頻率范圍為10～104Hz，適于資源勘探。該方法在探測地下電性結(jié)構(gòu)、尋找低阻體、確定覆蓋層厚度、礦體產(chǎn)狀及埋深等方面有較好的效果。這為在長江礦區(qū)周邊尋找類似的礦床提供了有效的方法和勘探策略(劉天佑，2004；李金銘，2005；武斌等，2011；張西君等，2015；孫棟華等，2015)。

磁法勘探是地球物理學(xué)科中一門成熟的勘探方法，它基于巖石的磁化率差異，通過測量磁場的空間分布形態(tài)，研究其異常特征來解析地質(zhì)問題。其中，斷裂構(gòu)造帶往往由于構(gòu)造破裂、熱液蝕變等影響，其磁場也會(huì)發(fā)生顯著的變化，因此利用磁法來探測斷裂構(gòu)造也是一種有效方法(韓雪平等，2018)。

地處粵、贛、湘三省交界處的長江礦區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床主要集中在近南北向的水石-書樓丘中心區(qū)一帶，其兩側(cè)鈾成礦條件較好，但研究程度相對(duì)較低，僅開展過少量的地表揭露工程，對(duì)鈾礦床外圍及深部“第二成礦空間”的探索存在明顯不足。筆者通過音頻大地電磁和高精度磁測在長江礦區(qū)東北部長排-學(xué)堂坳地區(qū)花崗巖體的應(yīng)用，圈出了成礦靶區(qū)，通過鉆探取樣驗(yàn)證，最終發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)隱伏鈾礦體，實(shí)現(xiàn)了找礦突破。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

長排-學(xué)堂坳地區(qū)位于諸廣巖體南部長江礦區(qū)棉花坑礦床的東部，處于北西向油洞斷裂和北東東向棉花坑斷裂之間的區(qū)域。區(qū)內(nèi)巖性錯(cuò)綜復(fù)雜，是構(gòu)造、巖漿、多金屬成礦作用長期活動(dòng)的地區(qū)。出露的巖漿巖主要為燕山早期中粒黑云母花崗巖等，其次為印支期中粒二云母花崗巖等(趙春江等，2012)，印支-燕山期花崗巖類的主要巖體具有巖石鈾含量≥13×10-6的富鈾地質(zhì)背景。

1.2 鈾礦化特征

鈾礦化富集于不同巖體接觸部位。厚大工業(yè)礦體常富集于細(xì)粒二云母花崗巖與細(xì)不等粒黑云母花崗巖、中粒黑云母花崗巖的接觸界面附近的斷裂蝕變帶中。如9號(hào)帶ZK215-4鉆孔等地段，鈾礦體(化)發(fā)育于構(gòu)造帶穿過中粒黑云母花崗巖與中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖、中細(xì)粒小斑狀二云母花崗巖接觸帶附近地段，該現(xiàn)象在整個(gè)長江礦區(qū)內(nèi)普遍存在。鈾礦化(體)產(chǎn)出嚴(yán)格受北西、北北西向構(gòu)造控制。如北西向油洞斷裂，鈾礦化(體)主要賦存于煌斑巖脈與其他方向的構(gòu)造交匯部位，礦體沿交匯軌跡線分布；在北北西向構(gòu)造中，鈾礦主要富集于該組構(gòu)造的硅質(zhì)“骨架”或其兩側(cè)的蝕變碎裂花崗巖中。因此，不同巖體的接觸帶和斷裂構(gòu)造是該區(qū)鈾礦化的主要控礦因素。

1.3 物性特征

為了解研究區(qū)巖石物性特征，指導(dǎo)地球物理測量成果解釋，課題組在工作區(qū)內(nèi)收集了巖石物性標(biāo)本共130個(gè)，分析了密度、磁化率、電阻率、極化率4個(gè)參數(shù)。其中電阻率和磁化率為本次工作需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1為不同巖性、不同深部電阻率分布特征圖。從圖1可看出：①中粒黑云母花崗巖和中粒二云母花崗巖的電阻率分布范圍均很寬，中粒二云母花崗巖電阻率大致分布在1 000～10 000 Ω·m，中粒黑云母花崗巖電阻率大致分布在1 000～15 000 Ω·m，中粒黑云母花崗巖電阻率稍高。②隨著取樣深度的增加，各不同巖性電阻率大致也是增加的。中粒二云母花崗巖樣品電阻率沒有超過10 000 Ω·m，可能與取樣深度較淺有關(guān)(樣品深度都不超過200 m)。③不管是二云母花崗巖還是黑云母花崗巖，蝕變后巖石電阻率都顯著降低，大部分不超過500 Ω·m。蝕變巖石通常存在于斷裂構(gòu)造附近，因此利用電法勘探，在花崗巖地區(qū)查找斷裂構(gòu)造應(yīng)是一有效方法。

圖1 花崗巖電阻率分布圖Fig.1 Distributional characteristic of granite electrical resistivity

圖2為不同巖性、不同深部磁化率分布特征圖。從圖3可看出：①中粒二云母花崗巖和中粒黑云母花崗巖磁化率都相對(duì)較小，一般不大于150×10-6SI，差別不是很大。②二云母花崗巖蝕變后，其磁化率變化不大，但黑云母花崗巖蝕變后，磁化率增大。

圖2 花崗巖磁化率分布圖Fig.2 Distributional characteristic of granite magnetisability

2 測量方法及測線部署

2.1 測線部署

在諸廣南部長排-學(xué)堂坳地區(qū)，部署了8條互相平行的AMT及高精度磁測線，以9號(hào)蝕變帶C4測線為中心往兩邊鋪開，測線間距約為1 km，每條測線長度為5.2～6.8 km，測線走向?yàn)楸睎|77°(圖3)，AMT測量點(diǎn)距20 m，高精度磁法測量點(diǎn)距10 m。

圖3 長排-學(xué)堂坳地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)及物探測線部署圖Fig.3 The structure geology and geophysical prospecting survey line deployment diagram of Changpai-Xuetang′ao region 1.第四系；2.煌斑巖；3.花崗斑巖；4.細(xì)粒二云母花崗巖；5.細(xì)粒黑云母花崗巖；6.中細(xì)粒二云母花崗巖；7.中粒黑云母花崗巖；8.中細(xì)粒 小斑狀二云母花崗巖；9.中粒黑云母花崗巖；10.中粒斑狀黑云母二長花崗巖；11.中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖；12.堿交代巖； 13.斷裂；14.實(shí)、推測地質(zhì)界線；15.成礦脈帶及編號(hào)；16.礦床；17.鉆孔；18.物探測線

2.2 野外工作方法

2.2.1 AMT野外工作方法

(1)儀器設(shè)備。本次AMT測量采用加拿大鳳凰公司的V8多功能電磁采集系統(tǒng)的AMT測量單元。V8系統(tǒng)是目前國際最先進(jìn)的電磁法勘探儀器之一，采用了24位A/D轉(zhuǎn)換。V8測量系統(tǒng)通過全球定位系統(tǒng)(GPS)和世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)(UTC)同步，并組合熱晶振器件(OCXO)同步方式，長期的鎖定精度為1 μs或更精確，實(shí)現(xiàn)了各測站間同步，從而提高野外工作效率。在進(jìn)行AMT測量時(shí)使用的是AMTC-30探頭。

(2)測站布設(shè)。為了保障野外數(shù)據(jù)測量質(zhì)量，野外AMT測站布設(shè)方法步驟為： ①極和磁棒的方位角使用森林羅盤儀等工具現(xiàn)場實(shí)測，其方位角偏差小于2°。②采用“十”字張量布站。③布設(shè)電極時(shí)避開表層電性不均勻體的地方(如樹根處、流水旁或溝坎內(nèi))。④采用不銹鋼電極。不銹鋼電極插入土中(深度不少于20 cm)，確保電極與土壤接觸良好以減小電極間的接地電阻，一般要求電極間的接地電阻小于5 000 Ω·m。⑤AMT電極距20 m，磁探測器埋入土中約20 cm，并用水平尺保證其水平放置。⑥使用黏土或石塊等壓實(shí)連接儀器的所有電纜，使其不懸空，不晃動(dòng)。

(3)AMT觀測方式。利用磁道共享的方式進(jìn)行測量，即利用中間一臺(tái)V8主機(jī)測量磁場Hx、Hy和電場Ex、Ey，兩邊布置的儀器僅測量電場Ex、Ey，多臺(tái)儀器同時(shí)測量。由于測量的點(diǎn)距為20 m，電極距也為20 m，因此實(shí)際測量時(shí)組成了EMAP工作方式，這種方式可減少靜態(tài)效應(yīng)影響和野外布線工作量，提高工作效率。

AMT野外采集時(shí)間保證在30 min以上，以確保AMT能采集到最低5 Hz的天然場信息，并且信號(hào)的信噪比較高，從而達(dá)到探測1 500～2 000 m深度范圍內(nèi)地質(zhì)目標(biāo)的效果。

(4)平行試驗(yàn)。野外工作中，電道和磁道在XY方向上信號(hào)會(huì)出現(xiàn)接收不一致的情況，為了保持其信號(hào)一致性，在測量的不同階段，要進(jìn)行平行試驗(yàn)。在平行試驗(yàn)時(shí)XY和YX兩個(gè)方向在高頻段個(gè)別頻點(diǎn)有干擾，進(jìn)行挑選后XY和YX兩個(gè)方向的電阻率及相位差曲線形態(tài)基本一致，說明儀器工作穩(wěn)定，能一致接收信號(hào)，數(shù)據(jù)質(zhì)量有較好的可靠性。

2.2.2 高精度磁測野外工作方法

高精度磁測使用加拿大GeoSystem公司生產(chǎn)的GSM-19GW高精度磁力儀。其分辨率為0.01 nT，靈敏度為0.05 nT，精度為0.2 nT。野外施工前，對(duì)儀器進(jìn)行了計(jì)量檢查和一致性檢查。野外施工時(shí)，設(shè)立了日變觀測站等，保證野外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的可靠。

2.3 數(shù)據(jù)處理方法

2.3.1 音頻大地電磁數(shù)據(jù)處理反演方法

在野外采集過程中，由于各種人為或自然因素影響，使所得到的資料中有一些非正常跳動(dòng)的數(shù)據(jù)。在室內(nèi)處理時(shí)，根據(jù)視電阻率曲線形態(tài)來判斷有無干擾。一些地段干擾比較大時(shí)，可以看到在一些頻率上視電阻率曲線出現(xiàn)較大跳躍，為了避免這些畸變點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)反演的影響，要對(duì)較大畸變頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，不讓其加入反演計(jì)算。

AMT反演處理的目的是利用測量得到的視電阻率和相位數(shù)據(jù)，經(jīng)過反算得到地下介質(zhì)真實(shí)電阻率分布。二維反演方法是目前一種實(shí)用的反演方法，其反演結(jié)果穩(wěn)定，反演速度適中，對(duì)大多數(shù)地質(zhì)模型通過簡化是可以采用的。本次采用了正則化二維反演方法，使用美國勞雷工業(yè)公司的EMAGE-2D軟件。

2.3.2 高精度磁測數(shù)據(jù)處理方法

儀器實(shí)測的磁測數(shù)據(jù)是地表磁場的總強(qiáng)度，包含了該研究目標(biāo)的地質(zhì)體和其他地質(zhì)體以及各種干擾因素的響應(yīng)，如果直接對(duì)實(shí)測磁場數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，解釋結(jié)果的誤差會(huì)很大，甚至得到錯(cuò)誤的結(jié)論。因此對(duì)實(shí)測磁異常解釋之前，先要對(duì)磁場數(shù)據(jù)進(jìn)行某些變換或處理，以消除干擾，同時(shí)把各種不同規(guī)模地質(zhì)體引起的磁異常劃分開來，使最終解釋成果符合實(shí)際地質(zhì)情況。

3 應(yīng)用效果分析

C4線長6.8 km，地表大部分出露的巖石為印支期第三階段的中細(xì)粒小斑狀二云母花崗巖，局部有中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖，同時(shí)剖面穿過了多條斷裂構(gòu)造帶。從圖4可看出，電阻率斷面除在局部地段為低阻分布外，剖面整體表現(xiàn)高阻特征，大于8 000 Ω·m。在淺部分布有似層狀低阻，結(jié)合本區(qū)的地質(zhì)特征，認(rèn)為淺部薄的低阻層應(yīng)由巖石風(fēng)化后引起。在0～2 100 m段為高阻-低阻-高阻特征，推測此區(qū)域主要為高阻巖性的中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖，中間的低阻主要為構(gòu)造蝕變區(qū)，其他區(qū)域主要為中細(xì)粒小斑狀二云母花崗巖。

圖4 長排-學(xué)堂坳地區(qū)C4測線物探成果及鉆孔位置圖Fig.4 C4 line geophysical prospecting achievement and drill location of Changpai-Xuetang′ao region a.高精度磁測曲線(T為地表磁場的總強(qiáng)度)；b.AMT測量反演電阻率斷面圖；c.地質(zhì)推斷解釋斷面 及鉆孔位置圖(F系列為已知斷裂構(gòu)造，F(xiàn)y系列為推測斷裂構(gòu)造，ZKX-Y為鉆孔編號(hào))

根據(jù)電阻率斷面上局部低阻發(fā)育特征、電阻率等值線分布特征、磁測曲線異常特征推測了13條斷裂，其中有7條斷裂構(gòu)造在地面的位置與已知構(gòu)造蝕變帶基本一致，其他6條斷裂構(gòu)造為新推測的斷裂，現(xiàn)簡述如下:

F10、F8、F9三條已知的構(gòu)造蝕變帶位于剖面平距650 m、1 150 m、1 500 m處，3條斷裂構(gòu)造在電阻率斷面上均存在低阻異常或等值線的錯(cuò)斷，在磁測曲線上，也存在較明顯的磁異常，其中F10、F8斷裂傾向?yàn)闁|北，F(xiàn)9斷裂傾向?yàn)槲髂稀?/p>

F112、F111、F42、F110四條已知的構(gòu)造蝕變帶位于剖面平距2 100 m、2 700 m、3 200 m、3 700 m處，4條斷裂構(gòu)造在電阻率斷面上均存在低阻異?；虻戎稻€的錯(cuò)斷。在磁測曲線上，F(xiàn)111斷裂存在較明顯的磁異常，其他3條斷裂構(gòu)造磁異常不明顯。F112、F111、F110斷裂傾向?yàn)槟衔鳎現(xiàn)42斷裂傾向?yàn)楸睎|。

Fy4-1、Fy4-2、Fy4-3、Fy4-4、Fy4-5、Fy4-6為新推測的6條斷裂構(gòu)造，在斷裂構(gòu)造處都存在明顯的磁異常，在電阻率斷面上也存在等值線錯(cuò)斷現(xiàn)象或低阻異常。

根據(jù)電阻率斷面深部變化特征，以及新推測斷裂構(gòu)造發(fā)育特征等，推測存在1個(gè)有利成礦區(qū)。其位于C4剖面平距為700～1 500 m，標(biāo)高為-600～200 m區(qū)域。此區(qū)域?yàn)镕10、F8、F9構(gòu)造蝕變帶發(fā)育區(qū)，同時(shí)存在大面積低阻發(fā)育，應(yīng)為巖石蝕變結(jié)果，推測為有利成礦區(qū)域。

根據(jù)近年來在長排地區(qū)鉆探施工結(jié)果顯示，物探推測的斷裂構(gòu)造位置與已知斷裂構(gòu)造地表出露位置吻合很好，其產(chǎn)狀特征與實(shí)際情況基本吻合。從圖5可看出，推測的F8、F9斷裂構(gòu)造與已知情況基本吻合，根據(jù)產(chǎn)狀特征，其在深部應(yīng)該會(huì)相交。勘探剖面揭示的深部巖石特征表明，F(xiàn)8斷裂以西為黑云母花崗巖，以東為二云母花崗巖，并且二云母花崗巖在淺部覆蓋在黑云母花崗巖上，此特征與F8附近電阻率等值線的變化相一致(圖4)。在磁測曲線上1 500 m以西曲線跳躍變化快，即高頻磁異常分布較多，而右側(cè)相對(duì)較平穩(wěn)，這與西部巖石主要為黑云母花崗巖，而東部為二云母花崗巖的磁性特征一致(圖4)。由于黑云母花崗巖相對(duì)二云母花崗巖磁性變化范圍寬，磁異常復(fù)雜，因此引起的地面磁測高頻異常多，而二云母花崗巖磁化率變化較小，其變化平穩(wěn)。根據(jù)巖石的物性特征、地質(zhì)資料推測的巖體接觸關(guān)系基本與鉆探成果相符，表明了利用電(磁)綜合探測方法探測的成果可靠性較高。

圖5 長排-學(xué)堂坳地區(qū)X號(hào)帶南部Y號(hào)勘探線剖面圖Fig.5 Profile of exploration line Y in the south of zone X in Changpai-Xuetang′ao region

4 結(jié)論

通過以上綜合物探工作表明：

(1)音頻大地電磁具有較好的垂向分辨力，能夠較準(zhǔn)確地探測巖體的厚度、斷裂構(gòu)造規(guī)模及深部延伸情況、確定破碎帶和裂隙帶空間展布特征等；高精度磁測在花崗巖地區(qū)可用來查明不同巖體的接觸帶，以及與鈾成礦有密切關(guān)系的斷裂構(gòu)造，脈體位置等。

(2)大致查明長排-學(xué)堂坳地區(qū)屬于花崗巖型鈾礦區(qū)，斷裂構(gòu)造和不同巖體的接觸帶為主要控礦因素，不同巖體接觸帶的兩側(cè)主要為黑云母巖體和二云母巖體，黑云母花崗巖相對(duì)二云母花崗巖磁性、電阻率都要高，電阻率斷面在巖性接觸面兩側(cè)一般表現(xiàn)為梯級(jí)帶變化，因此通過結(jié)合已知地質(zhì)情況等，可推測黑云母花崗巖與二云母花崗巖接觸界面深部的變化特征。

(3)通過對(duì)長排-學(xué)堂坳地區(qū)物探成果綜合分析，推測出13條斷裂，1片有利成礦區(qū)，其中有7條斷裂構(gòu)造在地面的位置與已知構(gòu)造蝕變帶基本一致，1片有利成礦區(qū)通過鉆孔揭露，發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)鈾礦化體。認(rèn)為綜合運(yùn)用兩種物探方法可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，為花崗巖型鈾礦攻深找盲、外圍擴(kuò)大找礦提供有效技術(shù)手段。