綜合物探測量在大興安嶺南段炒米房地區(qū)鈾礦勘查中的應用

于 兵，王常東，余弘龍，郭恒飛，周 艦，林天發(fā)，吳燕清

(核工業(yè)二四三大隊,內蒙古赤峰 024000)

0 引言

炒米房地區(qū)位于大興安嶺南段的托河火山塌陷盆地(圖1)，托河盆地為典型的破火山口，略呈北西向延伸的近橢圓形(祝洪濤，2013；黎偉等，2017；姜山等，2018)。托河盆地經20世紀60年代末至80年代初開展的鈾礦地質填圖及伽瑪測量、地表工程等工作，先后發(fā)現(xiàn)了多個鈾礦點(江昌祿，2015；唐大偉等，2019；祝洪濤等，2019)。但這些工作多基于淺部礦體的規(guī)律總結，亟待找礦方法拓展。以往開展的物探方法精度不高，反映的深度有限。2016年核工業(yè)二四三大隊在炒米房地區(qū)開展綜合物探方法，包括可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)、氡氣測量、高精度磁測及地面伽瑪能譜測量，目的是探索綜合物探方法在該地區(qū)如何應用、方法組合的有效性等問題，從而實現(xiàn)該地區(qū)鈾礦找礦突破，經有利地段鉆孔驗證，發(fā)現(xiàn)鈾工業(yè)孔。證明運用綜合地球物理勘查方法，在該地區(qū)鈾礦勘查中有較大的指導意義。

1 研究區(qū)基本概況

1.1 地質概況

研究區(qū)屬于索倫山-西拉木倫結合帶，是古生代古亞洲構造域與中生代濱西太平洋構造域轉換疊加的區(qū)域(潘桂堂等，2009；李鐵剛等，2014)。該區(qū)主要岀露中生代和新生代地層(苗安中，2020)。中新生代地層屬濱太平洋地層區(qū)大興安嶺-燕山地層分區(qū)之烏蘭浩特-赤峰地層小區(qū)(圖1)，主要包括上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組(J3mk)、新近系漢諾壩組(N1h)。

圖1 大興安嶺南段托河盆地地質構造圖

滿克頭鄂博組為一套酸性火山熔巖、火山碎屑巖，偶夾中性火山巖，巖性為粗面巖、流紋巖、英安巖、熔結凝灰?guī)r夾安山巖。在炒米房地區(qū)內僅見滿克頭鄂博組的流紋質角礫晶屑凝灰?guī)r、流紋質晶屑巖屑凝灰?guī)r、流紋質熔結凝灰?guī)r。漢諾壩組巖性為玄武巖及含煤碎屑巖，不整合覆蓋于上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組之上(圖2)。

研究區(qū)內巖漿活動頻繁，出露有黑云母花崗巖、花崗斑巖、輝綠巖。黑云母花崗巖巖體位于廣興巖體南緣(祝洪濤等，2019)，區(qū)內黑云母花崗巖侵入滿克頭鄂博組，被新近系漢諾壩組玄武巖不整合覆蓋，礦體巖體內部發(fā)育較多NNE向的花崗斑巖脈。研究區(qū)位于百岔河斷裂帶中段，受百岔河斷裂帶控制，斷裂構造見有NE向、NW向兩組主干斷裂，地貌上表現(xiàn)為第四系溝谷。

1.2 鈾礦化特征

鈾礦化賦存在于不整合面附近的漢諾壩組蓋層中，不整合面由上覆的新近系漢諾壩組(N1h)和燕山期花崗巖組成。其中漢諾壩組是一套分布規(guī)模較大的玄武巖，厚度變化較大，由數(shù)十米到數(shù)百米，巖性主要為堿性橄欖玄武巖，存在多期次的火山噴發(fā)，其集塊狀與氣孔狀多具韻律性。

圖2 炒米房地區(qū)地質簡圖

鈾礦化呈層狀，厚度不大，但延伸較遠，展布方向大體與不整合面平行。鈾礦化主要賦存在不整合面，圍巖蝕變以低溫蝕變?yōu)橹?蝕變有硅化、綠泥石化、綠簾石化、高嶺石化、弱赤鐵礦化等，蝕變相對強烈,出露地表的鈾礦伽瑪測量值平均在100×10-6以上。

1.3 巖石物性特征

在研究區(qū)內實際取樣，進行物性參數(shù)測量。表1、2為研究區(qū)巖石物性參數(shù)表。

表1 研究區(qū)巖石電性及磁性參數(shù)統(tǒng)計表

表2 研究區(qū)主要巖石放射性eU、eTh、K含量統(tǒng)計表

從表1中可以看出：(1)新近系漢諾壩組玄武巖具有低阻強磁的特征；(2)上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組流紋質凝灰?guī)r具有低阻弱磁的特征；(3)晚侏羅世黑云母花崗巖具有高阻弱磁的特征，花崗閃長巖具有中阻強磁的特征。

從表2中可以看出：玄武巖具有低K、低eU、低eTh的特點；流紋質凝灰?guī)r、流紋巖具有高K、高eU、高eTh的特點；黑云母花崗巖、花崗斑巖具有高K、中eU、高eTh的特點。

2 測量方法及數(shù)據(jù)處理

2.1 測量方法

根據(jù)本區(qū)的地質及地球物理特征選用了地面伽瑪能譜測量、氡氣測量、可控源音頻大地電磁測量及高精度磁測(圖3)，其工作方法如下。

圖3 研究區(qū)工程部署圖

伽瑪能譜測量作為一種核地球物理探礦方法，依據(jù)測定的U、Th、K元素的含量及其比值的分布情況，判斷放射性礦體的可能賦存位置。野外實際工作中，地面伽瑪能譜測量直接對象主要是鈾、釷的衰變子體(盧輝雄等，2015；張國亞，2015)。本次測量工作采用加拿大生產的RS-230伽瑪能譜儀，其特點是可現(xiàn)場獲得直讀值，探測靈敏度高，操作及存儲簡便。

由于放射性元素Rn在形成和衰變過程會產生α輻射，這為氡氣測量提供了物理基礎。巖石破碎、孔隙度變大會加快氡的運移，因此在地質構造上方或鈾、鐳富集地段會形成氡的富集，根據(jù)鈾異常的高低，可進行找尋有礦體及構造破碎帶(甘伏平等，2012；牛禹等，2017)。常規(guī)氡測量方法是一種最早用于土壤氡測量的方法(程業(yè)勛等，2005)，本次測量工作采用HCD-C型環(huán)境測氡儀，其特點是現(xiàn)場快速獲得測量結果，探測靈敏度高，操作簡便。

可控源音頻大地電磁法(CSAMT)是一種使用人工源、在改變頻率的條件下測量卡尼亞電阻率的測深方法(王志宏等，2015；孟凡星，2017；王偉等，2019；杜利明，2021)。該方法具有勘探深度大、分辨能力強、觀測效率高等特點(王恒等2019；吳燕清等，2019)，是尋找地下隱伏礦體及深部構造的有效手段。目前，該方法廣泛應用于地質礦產勘查中，并取得較好的效果(王志宏等，2017；周乾等，2019；宋明春等，2022)。本次工作采用的儀器是加拿大鳳凰公司生產的V8多功能電法儀。

磁法勘探是以地殼中巖礦石磁性差異為基礎(邰文星等，2019；李飛等，2020)，通過觀察和研究天然地磁場和人工磁場的變化規(guī)律，來尋找礦產及查明地質構造的一種地球物理勘探方法(焦新華和吳燕岡，2009)。本次工作采用加拿大GEM公司生產的GSM-19T型質子磁力儀。

2.2 綜合物探數(shù)據(jù)處理

伽瑪能譜測量數(shù)據(jù)處理需計算所有測點的平均值及標準偏差，將平均值加3倍標準差的數(shù)值剔除，重新計算剩余數(shù)據(jù)的平均值及標準偏差，作為研究區(qū)的背景值及標準偏差，計算公式如下：

(1)

(2)

表3 異常點、異常暈鈾釷性質劃分標準

氡氣測量數(shù)據(jù)處理相對簡單，首先計算所有測點的平均值及標準偏差(牛禹等，2017,李富等，2019)，將平均值加2倍標準差的數(shù)值舍棄，重新計算剩余數(shù)據(jù)的平均值及標準偏差，作為研究區(qū)的背景值及標準偏差；其計算方法與伽瑪能譜背景值與標準偏差相似，將大于研究區(qū)背景值加3倍標準偏差的稱之為異常暈。根據(jù)以上繪制氡氣含量變化曲線，確定曲線中的有效異常，并與地質實際情況相結合，推斷地下構造及鈾富集地段。

CSAMT測量數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)整理、預處理、遠區(qū)數(shù)據(jù)頻點選擇、靜態(tài)校正、數(shù)據(jù)反演五個部分(李鶴，2015；張衡，2017)。本次在數(shù)據(jù)處理采用MT-Pioneer反演軟件，可控源反演軟件都是以MT反演計算方法為基礎，主要針對的是遠區(qū)數(shù)據(jù)進行反演計算。要求反演數(shù)據(jù)必須為遠區(qū)及過渡區(qū)數(shù)據(jù)，近區(qū)數(shù)據(jù)不能參與。地形改正采用MT-Pioneer反演軟件進行地形校正，此軟件只要在反演前編輯生成地形文件，反演過程打開所需要的地形文件即可。經上述各項數(shù)據(jù)處理后，最終選用經過靜態(tài)校正處理﹑剔除近區(qū)數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)，采用MT-Pioneer反演軟件進行反演。

磁測數(shù)據(jù)處理過程是根據(jù)磁異常的數(shù)學物理特征，對實測的磁異常進行必要的數(shù)學加工處理，提高信噪比，突出有用磁異常使實際磁異常滿足或接近解釋理論所要求的條件(畢炳坤等，2019；張利明等，2019)，主要包括日變改正、正常場改正、磁異常劃分等內容(焦新華和吳燕岡，2009)。

3 成果分析及工程驗證

3.1 成果分析

通過在炒米房地段開展1:1萬伽瑪能譜測量，區(qū)內圈定多處1處鈾異常暈，鈾異常暈位于玄武巖與花崗巖接觸帶，2033號異常點為該地場區(qū)，Th/U<2，判定該點為鈾異常；1處釷異常暈，位于工作區(qū)北部的花崗巖中，Th/U>10，判定該點為釷異常(圖4)。

圖5 氡氣測量等值線平面圖(a)及剖面圖(b)

研究區(qū)完成1條物探綜合剖面，該剖面經過2033號鈾異常點，下面對其進行綜合解釋斷面圖進行分析、解釋。氡氣測量L7線與綜合剖面重合，位于綜合剖面180～1180 m處；起點位于晚侏羅世黑云母花崗巖中，自西向東穿過新近系漢諾壩組玄武巖，終點位于下侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組凝灰?guī)r。測線在680 m處穿過異常點2033，并在該異常點處施工一個鉆孔ZK01。

該剖面電阻率反演斷面圖高、低電阻率結構清晰：剖面大部分顯示為中高阻體，局部有低阻體；△T剖面整體表現(xiàn)為正異常，局部地段出現(xiàn)正負磁異常劇烈震蕩的差異現(xiàn)象；氡氣含量測量剖面除有一處含量變化比較明顯的地段，整體表現(xiàn)平穩(wěn)(圖6)。

該測線共推斷解釋斷裂6條(圖6)，自西向東分別為F1、F2、F3、F4、F5及F6。距離340 m為一處電阻率高低異常梯度帶，對應△T剖面為磁異常梯度帶，推斷為斷裂F1，該斷裂傾向為西，下沿深度大約為800 m；距離600 m，為一較寬的低阻帶，兩側存在高阻，△T剖面為正異常，氡氣測量曲線含量在附近有明顯峰值異常，故推斷此處為F2經過之處，該斷裂傾向為西，下沿深度大約為950 m；距離800 m，為一處電阻率高低異常梯度帶，△T剖面對應為正負異常高低震蕩，氡氣含量在此處劇烈升高，故推斷此處為F3經過之處，該斷裂傾向為西，下沿深度大約為800 m；距離1800 m，為一處極為明顯的電阻率高低異常梯度帶，△T剖面對應為正異常，推斷此處為構造F4，該斷裂傾向為東，下沿深度為大約800 m；距離2150 m，為一處電阻率高低異常梯度帶，△T剖面對應為正異常，推斷F5通過此處，該斷裂傾向為西，下沿深度大約至800 m；距離2220 m，此處位移低阻帶，兩側存在高阻，△T剖面為正異常，推斷F6經過，該斷裂傾向為東，傾角較緩，下沿深度大約至1050 m。

圖6 綜合剖面解譯圖

從圖6可以大致將斷面分為3段：

第1段為斷裂F2與F5之間，水平距離600～2200 m，為一層中低阻體，厚度在50～150 m之間。其中在水平距離1000～2200 m處，厚度增加，深度至標高800 m，對應的△T剖面呈較大正磁異常，局部出現(xiàn)劇烈的正負異常震蕩現(xiàn)象，解釋為新近系漢諾壩組玄武巖。

第2段為距離0～2400 m，標高在1250～800 m;主要表現(xiàn)為中高阻，△T剖面對應相對平穩(wěn)的異常，高阻體解釋為晚侏羅世黑云母花崗巖，距離180～600 m，標高1000～1250 m存在兩處低阻帶，解釋為斷裂構造，距離160 ～900 m，標高800 ～1050 m存在兩處中阻體，解釋為花崗閃長巖脈。

第3段為距離2200 ～2400 m，標高1120 ～1200 m存在一低阻體，解釋為上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組凝灰?guī)r。

通過綜合物探方法的解釋，根據(jù)地面伽瑪能譜測量圈定鈾異常1處，釷異常1處，在重點地段開展氡氣測量圈定異常3處，可控源大地電磁測深及地面高精度磁測解譯構造6條，大致圈定隱伏巖體的埋深與形態(tài)。

3.2 工程驗證

根據(jù)以上綜合物探解譯，在綜合剖面680 m處的2033鈾異常點，在該異常點顯示高低磁劇烈震蕩，氡氣含量明顯增高，伽瑪能譜測量鈾含量明顯增高，故布置鉆孔ZK01進行工程揭露(見圖7)，鉆孔顯示地表蓋層為漢諾壩組玄武巖，厚度約為90 m，在鉆孔77～92 m之間發(fā)現(xiàn)兩處鈾工業(yè)礦體，每段厚度約為0.5 m，鈾工業(yè)礦體產于黑云母花崗巖不整合面上的玄武巖蓋層中，且在78.20～94.90 m為構造破碎帶。在鉆孔深部存在較為厚大的花崗閃長巖脈，這與斷面圖中存在的中阻體對應較好，根據(jù)以上揭露，可以得出鈾礦體主要受構造斷裂及巖性接觸帶控制，在斷面圖1800～2200 m處，既存在深大斷裂，又為黑云母花崗巖與玄武巖的不整合面，故此處找礦前景較好，可以進行下一步鉆探揭露工作。

圖7 鉆孔ZK01剖面圖

4 結論

在炒米房地區(qū)應用綜合物探測量效果顯著，值得大面積推廣使用，但應注意各種方法的組合、異常的聯(lián)合解譯，同時需要結合地質資料進行綜合評估。通過伽瑪能譜測量大致查明了研究區(qū)內巖石放射性特征，并明確鈾、釷異常的性質，但無法確定引起放射性異常的原因，在放射性異常重點地段開展氡氣測量，可以確定放射性異常與構造相關，大致確定構造位置，但不能確定構造深部發(fā)育情況，可控源音頻大地電磁測深可確定構造發(fā)育情況，推測斷裂的大致產狀，大致查明了花崗巖與漢諾壩組玄武巖的巖性界線及花崗閃長巖的深部發(fā)育情況，地面高精度磁測可進一步提高以上方法推斷斷裂構造的可靠性。經以上方法的綜合分析結果，經鉆孔驗證效果較好。該研究為研究區(qū)下一步工作提供較為有效的找礦依據(jù)，可為找礦工作提供有效的技術手段。