高精度磁法和音頻大地電磁測(cè)深法在紅石泉鈾成礦區(qū)的應(yīng)用

陳 濤，陳 聰，王生云，周俊杰，胡 渤

高精度磁法和音頻大地電磁測(cè)深法在紅石泉鈾成礦區(qū)的應(yīng)用

陳 濤，陳 聰，王生云，周俊杰，胡 渤

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

通過分析研究紅石泉鈾礦區(qū)主要巖石的物性參數(shù)，總結(jié)了研究區(qū)的電、磁異常特征，發(fā)現(xiàn)不同地層和巖體存在明顯電性、磁性差異。進(jìn)而應(yīng)用地面高精度磁法和音頻大地電磁探測(cè)工作，獲取了研究區(qū)的磁異常及地下電性資料，得出了測(cè)區(qū)磁異常信息和地下電阻率分布規(guī)律，增加了對(duì)研究區(qū)地球物理特征及區(qū)域深部構(gòu)造空間分布情況的了解；結(jié)合含礦主巖與肉紅色中粒花崗巖的伴生關(guān)系，推斷了紅石泉鈾礦區(qū)隱伏偉晶狀白崗巖體的深部延伸情況，揭示了深部鈾成礦的可能性，為進(jìn)一步鈾礦勘查部署提供技術(shù)支撐。

地球物理特征；高精度磁測(cè)；音頻大地電磁；隱伏偉晶狀白崗巖

甘肅龍首山紅石泉鈾礦床位于祁連—昆侖鈾成礦省之龍首山—祁連山鈾成礦帶西段[1-2]，是我國(guó)少有的偉晶狀白崗巖型鈾礦床，與納米比亞的羅辛礦床有諸多相似之處[3]。自20世紀(jì)50年代以來，先后有多家單位在龍首山地區(qū)開展了鈾礦普查和綜合科研工作，做了大量的放射性測(cè)量和淺層鉆探，較系統(tǒng)的總結(jié)了龍首山地區(qū)鈾成礦條件及礦床成因規(guī)律。近年來，龍首山地區(qū)部分礦床深部及外圍勘查成果表明，已知礦床區(qū)仍具有巨大的找礦潛力，顯示深部存在第二找礦空間。隨著找礦工作的推進(jìn)，深部肓礦探測(cè)已經(jīng)成為龍首山鈾成礦帶的主要找礦方向。作者運(yùn)用地面高精度磁測(cè)和音頻大地電磁法（Audio-frequency magnetotelluric method, AMT）在紅石泉地區(qū)開展了進(jìn)一步的研究工作，利用得到的電、磁數(shù)據(jù)資料對(duì)研究區(qū)地球物理特征和偉晶狀白崗巖體的深部延伸情況進(jìn)行了深入分析，為下一步鈾礦勘查工作提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

紅石泉鈾礦床位于華北地臺(tái)西緣、阿拉善地塊南緣的龍首山拱斷帶西段，南接河西走廊過渡帶，北鄰潮水盆地[4]。研究區(qū)出露地層較多，主要有古元古界龍首山群（Pt1）、中元古界薊縣系墩子溝群（Pt2）、新元古界震旦系韓母山群（Z2）、下石炭統(tǒng)（C1）、下侏羅統(tǒng)（J1）及第四系（Q）（圖1）。區(qū)域上褶皺和斷裂構(gòu)造非常發(fā)育，大地構(gòu)造單元均以長(zhǎng)期活動(dòng)的深斷裂為主。研究區(qū)及周邊巖漿活動(dòng)自中條期到燕山期均有發(fā)育，其中以中條期和加里東期最為強(qiáng)烈。巖石發(fā)育主要以侵入巖為主，且有超基性巖、基性巖、中性巖、酸性巖、堿性巖等多種類型，其中花崗巖類最為廣泛且花崗巖體的分布明顯受到北西向構(gòu)造控制，形成與構(gòu)造帶方向基本一致的花崗巖帶。偉晶狀白崗巖在區(qū)內(nèi)特別發(fā)育，鈾礦體產(chǎn)于侵入到下元古界龍首山群中的偉晶狀白崗巖體中。

1—第四系；2—下白堊統(tǒng)；3—下侏羅統(tǒng)；4—下石炭統(tǒng)；5—新元古界震旦系韓母山群；6—中元古界薊縣系墩子溝群；7—古元古界龍首山群；8—肉紅色中?；◢弾r；9—堿性巖；10—偉晶狀白崗巖；11—鈾異常點(diǎn)；12—地面高精度磁測(cè)測(cè)區(qū)；13—AMT測(cè)線；14—斷裂構(gòu)造；15—測(cè)線名稱。

2 巖石物性特征

根據(jù)已知資料[5-7]，龍首山群板巖和大理巖整體可視為相對(duì)穩(wěn)定的弱磁性層；第四系洪積物砂礫石層和風(fēng)化物磁性較弱；肉紅色中粗粒斑狀花崗巖、肉紅色中粗粒斑狀黑云母花崗巖、灰白色中粗?；◢弾r和花崗閃長(zhǎng)巖具有較強(qiáng)磁性。區(qū)內(nèi)各地層及巖石電阻率差異也較大，大理巖、花崗巖有明顯的高阻特征；第四系砂巖則表現(xiàn)為明顯的低阻特征。

為了對(duì)研究區(qū)巖石物性特征有更加具體的了解，在紅石泉地區(qū)采集了部分巖石標(biāo)本并開展了物性測(cè)試與驗(yàn)證工作，經(jīng)測(cè)試統(tǒng)計(jì)得到物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。由表1可知肉紅色中粒花崗巖的磁化率為329.3×10-5～ 917.3×10-5SI，表現(xiàn)明顯的高磁特征；片麻巖、偉晶狀白崗巖和大理巖的磁化率常見值不高于20×10-5SI，與肉紅色中?；◢弾r的磁性有明顯差異。電性特征方面，偉晶狀白崗巖電阻率為1 300 ～ 11 956 Ω·m,明顯高于除大理巖外的其它巖石。綜合前人物性研究成果可知，研究區(qū)內(nèi)不同地層和不同巖石組合之間存在明顯的電性及磁性差異，偉晶狀白崗巖與其它巖性相比具有高阻、低磁的典型地球物理特性。

表1 紅石泉地區(qū)主要巖石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3 地球物理方法

3.1 地面高精度磁測(cè)

磁法勘探是利用地殼內(nèi)各種巖（礦）石間的磁性差異所引起的磁異常來尋找有用礦產(chǎn)或查明地下地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理勘探方法[8]。該方法具有明顯的體積效應(yīng)，橫向分辨能力較好。本次磁測(cè)工作采取比例尺1:10 000的高精度磁法面積測(cè)量，測(cè)量?jī)x器為GSM-19T質(zhì)子磁力儀。實(shí)際測(cè)量工作中垂直巖體走向布設(shè)測(cè)線，測(cè)線方向13°，測(cè)量面積8 km2（圖1）。

磁異常是地下磁性體的綜合反映，磁異常（Δ）的求取主要包括日變改正、正常場(chǎng)改正和高度改正等步驟。本次工作中日變改正采用GSM-19T質(zhì)子磁力儀自帶軟件程序GEMLink5.0完成，正常場(chǎng)改正和高度改正利用國(guó)際地磁參考場(chǎng)（IGRF）模型計(jì)算完成。

得到Δ之后，通過化極處理減弱斜磁化影響，既易于分辨某些疊加異常，又有利于圈定磁性體的邊界和走向；通過向上延拓方法將原觀測(cè)高度上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到海拔更高的觀測(cè)面上，使中淺層規(guī)模較小的地質(zhì)體產(chǎn)生的高頻異常更快地衰減，從而突出規(guī)模大且埋藏深的地質(zhì)體產(chǎn)生的低頻異常，最后通過Oasis Montaj、Surfer等軟件進(jìn)行處理并成圖。

3.2 音頻大地電磁法

音頻大地電磁法（AMT）是利用天然大地電磁場(chǎng)作為場(chǎng)源，測(cè)定地下巖石的電性參數(shù)，并通過研究地電斷面的變化了解地質(zhì)構(gòu)造，達(dá)到找礦、找水等目的[9]。該方法的特點(diǎn)是縱向分辨率較高，可區(qū)分巖體接觸位置及深部延伸情況。

本次工作共布設(shè)四條AMT剖面，均勻分布在研究區(qū)內(nèi)，并與磁測(cè)剖面L6、L13、L19和L26重合（圖1），以期達(dá)到了解巖體平面延伸和深部發(fā)育情況的目的。本次數(shù)據(jù)采集使用加拿大Phoenix公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀，該儀器具有輕便、觀測(cè)靈活、配置可選擇、工作溫度范圍寬、接收單元可通過GPS同步等特點(diǎn)[10]。布極方式采用張量方式。野外數(shù)據(jù)采集時(shí)采用一個(gè)V8主機(jī)和2個(gè)RXU-3ER接收盒同時(shí)工作，各自采集電道，用一個(gè)磁道的采集方式。

AMT數(shù)據(jù)處理流程主要包括前期的數(shù)據(jù)預(yù)處理和后期的反演計(jì)算。預(yù)處理能得到大致反映地下介質(zhì)情況的視電阻率和相位信息，為后期的反演做準(zhǔn)備。反演計(jì)算最終得到地下介質(zhì)的真實(shí)電阻率分布。目前成熟的反演軟件有EMAGE-2D和Pioneer，通過對(duì)比研究?jī)煞N反演軟件的最終反演結(jié)果，最終采用Pioneer軟件反演得到的結(jié)果。

4 地球物理特征及隱伏巖體推斷

通過對(duì)磁測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)不同地層和巖體有明顯磁性差異，Δ變化范圍在-140～ 300 nT之間。磁異?；瘶O等值線圖（圖2a）顯示，研究區(qū)整體磁異常北低南高，北部呈中低磁異常，中東部呈低磁異常，南部則表現(xiàn)為高磁異常。圖2b是上延200 m后的化極磁異常圖，通過上延可對(duì)淺地表不均勻磁性體引起的干擾進(jìn)行有效壓制，上延后的化極磁異常特征更加明顯，由于肉紅色中粒花崗巖表現(xiàn)為高磁性，南部脈狀高磁異常特征很好地反映了研究區(qū)內(nèi)肉紅色中?；◢弾r的分布范圍。從圖2中可以看出高磁異常沿控礦巖體走向往東連續(xù)且有一定延伸，高磁異常一直穿過AMT剖面L26線往東到達(dá)研究區(qū)邊界處，南北平均寬度約400 m。北部區(qū)域磁場(chǎng)基本平穩(wěn)，結(jié)合地質(zhì)資料推測(cè)低磁區(qū)為白堊紀(jì)、石炭紀(jì)地層。由于研究區(qū)偉晶狀白崗巖體與變質(zhì)地層（片巖、片麻巖、大理巖等）及石炭紀(jì)地層（砂泥巖、灰?guī)r等）都具有無磁或弱磁的磁性特征，僅靠磁異常特征不易區(qū)分，在研究區(qū)同時(shí)開展了AMT測(cè)量。

通過AMT測(cè)量主要查明了研究區(qū)主要巖體在深部的延伸情況。4條AMT剖面電阻率值多為幾個(gè) ～5 000 Ω·m，其中剖面L6、L13、L19的電阻率分布規(guī)律相似，根據(jù)地質(zhì)資料，這三條測(cè)線南端不同位置都依次穿過東西走向的肉紅色中?；◢弾r和偉晶狀白崗巖，可以確定三條剖面南端的高磁異常都是由肉紅色中?；◢弾r引起，低磁高電阻率部分由偉晶狀白崗巖導(dǎo)致。在此以典型的L13剖面和L26剖面進(jìn)行對(duì)比分析。

圖3所示為L(zhǎng)13剖面的物探測(cè)量綜合成果及地質(zhì)解譯圖。磁異常曲線在剖面0～400 m呈現(xiàn)高磁異常，且跳變明顯，異常幅值超過200 nT，推測(cè)是肉紅色中粒花崗巖體磁性的反映。剖面400 m向北磁異常曲線平穩(wěn)，表明地下淺部無高磁性巖體。電阻率斷面圖顯示整條剖面地下介質(zhì)電阻率值差異較大，剖面北部電阻率大多小于200 Ω·m，推測(cè)與之對(duì)應(yīng)的是龍首山群變質(zhì)地層和石炭紀(jì)地層。整條剖面主要在400～500 m和1 000～1 700 m兩處電阻率值超過1 000 Ω·m，結(jié)合地質(zhì)資料可知，剖面400～500 m處出露的高阻體為東西走向且北傾的偉晶狀白崗巖體，該巖體向深部有一定的延伸，表明礦體有向深部延伸的可能；剖面1 000～1 700 m處塊狀形態(tài)高阻體應(yīng)為石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r。

a—化極磁異常；b—上延200 m化極磁異常。

1—石炭紀(jì)砂巖；2—石炭紀(jì)灰?guī)r；3—片巖、大理巖；4—肉紅色中?；◢弾r；5—偉晶狀白崗巖。

1—石炭紀(jì)砂巖；2—石炭紀(jì)灰?guī)r；3—片巖、大理巖；4—肉紅色中?；◢弾r；5—偉晶狀白崗巖。

L26線布設(shè)于控礦巖體露頭向東約400 m處，其目的是揭示隱伏偉晶狀白崗巖體的空間延伸情況。L26剖面磁異常曲線在剖面0～700 m之間有明顯跳變，異常幅值超過200 nT，與L13線南端的高磁異常特征類似，結(jié)合L13剖面結(jié)果推測(cè)該磁異常是肉紅色中?；◢弾r體的反映；L26剖面700 m以北的磁異常曲線基本平穩(wěn)，且值較低，表明地下淺部不存在高磁性巖體。L26剖面綜合物探成果圖（圖4）較L13線稍復(fù)雜，整條剖面電阻率較高，高阻區(qū)在橫向上分布較為分散，但剖面上存在兩大主要高阻區(qū)的規(guī)律與L13剖面保持一致，僅是相對(duì)位置略有變化。L26剖面400～800 m處的高阻區(qū)在電阻率值和直觀形態(tài)上與L13剖面400～500 m處的高阻區(qū)都十分接近，且同樣向北傾斜，參考地質(zhì)資料和區(qū)域巖石物性特征，推測(cè)該高阻區(qū)為偉晶狀白崗巖體在地下橫向上的延伸，即該處存在隱伏偉晶狀白崗巖。L26剖面1 200～1 800 m塊狀形態(tài)高阻同樣與L13剖面1 000～1 700 m高阻有一定相似性，推斷該處為石炭紀(jì)硅質(zhì)灰?guī)r。

綜合高精度磁測(cè)和AMT剖面解譯結(jié)果，肉紅色中?；◢弾r主要呈現(xiàn)出高磁化率和低電阻率的特征，化極磁異常圖上為東西向脈狀連續(xù)高磁異常，磁異常幅值和規(guī)模都很大，東西向延伸從L6線直到測(cè)區(qū)東部邊界，南北寬度約400 m，推測(cè)巖體在東部隱伏，其水平長(zhǎng)度范圍約1 000 m，從上延結(jié)果來看，肉紅色中?；◢弾r體邊界更加清晰，207鈾礦床處于磁異常的過渡帶上。偉晶狀白崗巖體是鈾礦的賦礦巖體，主要呈現(xiàn)高電阻率低磁化率的特征，在4條剖面的南端都有很好的體現(xiàn)，表明在測(cè)區(qū)東部（見L26線）仍有偉晶狀白崗巖體隱伏，其產(chǎn)狀特征和肉紅色中?；◢弾r類似，推測(cè)平面范圍向東延伸約1 000 m，向下延伸到海拔約1 800 m。由地面高精度磁測(cè)和AMT結(jié)果綜合推斷，測(cè)區(qū)肉紅色中?；◢弾r和偉晶狀白崗巖體出露部位以東古元古界龍首山群區(qū)域仍有較大鈾成礦潛力，其有利成礦位置為上延磁異常的梯度帶區(qū)域。

5 結(jié) 論

1）研究區(qū)不同巖性巖石的物性特征差異明顯，根據(jù)物性測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果總結(jié)了不同巖性巖石的地球物理規(guī)律：研究區(qū)偉晶狀白崗巖呈現(xiàn)高電阻率低磁化率的特征，與其伴生的肉紅色中?；◢弾r呈現(xiàn)低電阻率高磁化率的特征。

2）利用上述規(guī)律，通過地面高精度磁測(cè)和AMT測(cè)量結(jié)合的方法，對(duì)該區(qū)域不同巖性界面以及深部構(gòu)造在空間上的延伸情況進(jìn)行了推測(cè)。通過分析地電斷面上大致相同位置的高阻體分布規(guī)律，并參考L13剖面相對(duì)應(yīng)高阻處出露的巖性，結(jié)合磁異常特征，預(yù)測(cè)研究區(qū)東部地下深部存在一定規(guī)模隱伏偉晶狀白崗巖體。由于研究區(qū)已知鈾礦主控礦巖體為偉晶狀白崗巖，推測(cè)肉紅色中?；◢弾r和偉晶狀白崗巖體出露部位以東古元古界龍首山群區(qū)域仍有較大鈾成礦潛力，在深部可能存在良好的成礦環(huán)境，對(duì)今后深部找礦工作有很大的參考價(jià)值。

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Application of high-precision magnetic method and AMT in Hongshiquan uranium deposit area

CHEN Tao, CHEN Cong, WANG Shengyun, ZHOU Junjie, HU Bo

(Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China)

By analyzing the physical parameters of the main rocks in Hongshiquan uranium deposit area, the characteristics of electrical and magnetic anomalies in the study area were summarized, and found that there were obvious differences in electrical and magnetic properties between different strata and rock masses. Furthermore, the magnetic anomaly and underground electrical property data of the study area were obtained by applying ground high-precision magnetic survey and audio-frequency magnetotelluric method. The magnetic anomaly information and the distribution law of underground resistivity were obtained, the understanding of the geophysical characteristics and the spatial distribution of deep structures in the study area was increased; Combined with the associated relationship between the ore-bearing host rock and the fleshy red medium-grained granite. The distribution range in the underground of the concealed pegmatoid alaskite was inferred, and the possibility of deep uranium mineralization was revealed, which provides technical support for further uranium exploration deployment.

geophysical characteristics; high-precision magnetic survey; AMT; concealed pegmatoid alaskite

P619.14；P631

A

1672-0636 (2021) 03-0351-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2021.03.008

中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局科研專項(xiàng)（編號(hào)：201654）資助。

2021-01-22

陳濤（1991— ），男，湖南澧縣人，本科，主要從事鈾礦地球物理勘查工作。E-mail: 739055847@qq.com