川井坳陷砂巖型鈾礦多元地學特征及遠景預測

田宇，陳江源，劉丹，常樹帥

（1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002；2.國家核應急航空監(jiān)測中心，河北 石家莊 050002；3.中核集團鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心重點實驗室，河北 石家莊 050002）

［關(guān)鍵字］航放弱信息；多元地學特征；鈾成礦預測；川井坳陷

近年來，二連盆地鈾礦勘查取得了一系列重大進展，相繼在烏蘭察布坳陷、馬尼特坳陷等地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一批砂巖型鈾礦床、礦點，顯示出二連盆地具有良好的勘探前景［1-3］。利用地、物、化、遙等多元地學信息的綜合找礦技術(shù)，被認為是盆地內(nèi)尋找隱伏礦產(chǎn)主要的手段之一［4-6］。前人曾利用20 世紀60—80 年代的航磁、航放及遙感、重力等資料對川井坳陷基底形態(tài)、斷裂構(gòu)造、上古生界結(jié)構(gòu)和古河道位置等進行了推斷解釋，開展了鈾成礦預測，圈定了多片成礦遠景區(qū)［7-9］。本次基于川井坳陷1∶5 萬高精度航放、航磁資料，結(jié)合重力及地質(zhì)資料進行了綜合處理，提取了與成礦有關(guān)的多元地學信息；重點分析了砂巖型鈾礦航放弱信息提取技術(shù)，建立了川井坳陷砂巖型鈾礦多元地學信息預測原則，圈定了鈾成礦預測區(qū)。

1 地質(zhì)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 成礦地質(zhì)背景

川井坳陷位于二連盆地西部，其東部與烏蘭察布坳陷相接，西以寶音圖隆起為分隔與巴音戈壁盆地相鄰，南部為狼山-白云鄂博隆起，北部為索倫山隆起［10］。川井坳陷基底分割性強，可劃分為白音查干凹陷、桑根達來凹陷、包龍凹陷和巴音杭蓋凸起、白彥花凸起，坳陷南部盆緣為山間盆地［11］。坳陷內(nèi)深大斷裂主要為其周邊的控盆斷裂，北為扎嘎烏蘇-索侖山-西拉木倫大斷裂，西為白音查干凹陷北西緣斷裂，南為巴音前達門-川井-白云鄂博大斷裂（圖1）。坳陷內(nèi)蓋層主要為下白堊統(tǒng)阿爾善組、騰格爾組、賽漢組、上白堊統(tǒng)二連組及古近系，其中賽漢組可分為賽漢組上段和賽漢組下段；賽漢組上段是坳陷內(nèi)主要找礦目的層，為辮狀河-辮狀河三角洲-湖沼沉積，砂體發(fā)育［10］。盆地基底主要為元古宙－古生代變質(zhì)巖、火山碎屑巖（圖1）。寶音圖隆起、索倫山隆起和狼山-白云鄂博隆起發(fā)育華力西期、燕山期酸性巖體，鈾含量達3.2～5.1 μg/g，可為坳陷內(nèi)鈾成礦提供豐富的鈾源［10］。

1.2 鈾礦化特征

川井坳陷內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的鈾礦化主要分為兩類：潛水-層間氧化型和同沉積型。潛水-層間氧化型鈾礦化在坳陷范圍內(nèi)均有分布，主要受坳陷東部蘇海布龍-桑根達來剝蝕窗口和坳陷西部白音查干剝蝕窗口控制，包龍凹陷地區(qū)鈾礦化異常主要受包龍坳陷北西部斜坡帶辮狀河三角洲側(cè)向?qū)娱g氧化作用控制；同沉積型鈾礦化主要分布于坳陷南部山間盆地地區(qū)，在巴音杭蓋地區(qū)漸新統(tǒng)中也有少量分布（圖1）［12］。

圖1 川井坳陷地質(zhì)簡圖及地層柱狀圖（據(jù)參考文獻［10］修改）Fig.1 Geological sketch and stratigraphic column of Chuanjing depression（modified after reference［10］）

1.3 數(shù)據(jù)來源

1∶5 萬高精度航放、航磁數(shù)據(jù)來源于核工業(yè)航測遙感中心2009—2010 年、2018 年實測，布格重力異常數(shù)據(jù)由1∶50 萬二連地區(qū)布格重力異常圖（石油物探局普查隊1983 年編制）矢量化提取。

2 多元地學特征及其有利信息提取

找礦遠景預測是一項綜合性很強的技術(shù)工作，依靠單一找礦方法獲取的信息進行成礦遠景評價往往較為片面。不同找礦方法獲取的地學信息，如地質(zhì)、物探、化探等信息，是鈾礦床不同特征的反映。研究各類地學信息之間的相互關(guān)系，進行成礦有利信息的提取，對圈定鈾成礦預測區(qū)具有重要意義［13］。

2.1 磁場特征及有利信息提取

根據(jù)航磁ΔT異常強度和展布特征將川井坳陷以巴音前達門－巴音－白音賽罕一線劃分為南北兩個磁場區(qū)（圖2a）。北部低緩負磁場區(qū)（-150～0 nT）屬于蘇尼特右旗晚華力西地槽褶皺帶，為埋深較大的磁性基底及沉積蓋層的磁場特征；局部疊加的NE、近EW 和NW 向正磁異常帶（50～500 nT）為隱伏的中基性侵入巖體或磁性基底局部凸起的反映。南部磁場整體為變化平穩(wěn)的正磁場區(qū)（0～150 nT），局部疊加200～300 nT的圓形、橢圓形異常；該區(qū)正磁背景場主要是埋深較淺的前古生代基底的磁性特征，局部疊加的異常是隱伏侵入巖體的磁場特征；烏拉特中旗等地表現(xiàn)為正負強烈變化的磁場特征，構(gòu)造上與狼山-白云鄂博臺緣坳陷對應，主要為中新生界強磁性火山巖的反映。

位于坳陷南部山間盆地的同沉積型鈾礦化部分位于正磁異常上，部分處于平穩(wěn)的負磁場中，這與該區(qū)較為復雜的地質(zhì)特征密切相關(guān)（如隱伏侵入巖體發(fā)育）；坳陷北部的潛水-層間氧化型鈾礦化則主要處于變化平穩(wěn)的負磁背景場中。總而言之，川井坳陷的鈾礦化主要位于中低磁場區(qū)的梯度帶上，與磁性基底局部凸起的邊部相對應（圖2b）。

根據(jù)前人研究成果，認為氧化還原過渡帶地表土壤鐵磁性礦物含量明顯增高，使相應地段磁性增強，從而在砂巖型鈾礦的氧化還原過渡帶（鈾礦體）范圍內(nèi)產(chǎn)生微弱磁異常［14-17］。本次采用巴特沃斯帶通濾波（濾波窗口250～2 500 m）對航磁網(wǎng)格數(shù)據(jù)進行了微弱磁異常的提取。處理結(jié)果顯示，在巴音杭蓋等地的潛水-層間氧化型鈾礦化發(fā)育地區(qū)存在明顯的弱磁異常，異常強度在1～6 nT。

2.2 重力場特征及有利信息提取

川井坳陷布格重力異常軸向從西向東，由NE向過渡到近EW 向，主要由兩個規(guī)模較大的重力低值帶和一個重力高值帶組成，三者以重力梯度線型密集帶為界，反映了川井地區(qū)凹陷與凸起相間的基底格局，并明顯受邊界斷裂控制（圖2c）。已知鈾礦化主要分布于重力高值帶與重力低值帶的梯級帶上，這與盆地內(nèi)的局部隆起與局部凹陷的邊界相對應；巴音杭蓋地區(qū)的鈾礦化則位于局部的重力高值區(qū)，即盆地內(nèi)的局部隆起區(qū)。

圖2 川井坳陷航磁及重力綜合成果圖Fig.2 The integrated results of aeromagnetic and gravity exploration in the Chuanjing depression

利用航磁、重力資料提取與砂巖型鈾礦有關(guān)的信息，實際是解決與鈾礦化有關(guān)的地質(zhì)問題。依據(jù)航磁和重力異常特征，可劃分盆地構(gòu)造單元、推斷斷裂構(gòu)造及圈定沉積盆地中的局部隆起等。盆地內(nèi)的隆起區(qū)，尤其是盆地邊緣的局部隆起是成礦的有利環(huán)境，在布格重力異常場中表現(xiàn)為局部的重力高場。從鈾礦化（異常）點和鈾礦化（異常）孔的分布情況看，它們和基底斷裂及局部隆起之間關(guān)系密切，鈾礦化多分布在多組基底斷裂交匯部位或局部隆起的邊部，規(guī)律性明顯（圖2d）。

2.3 放射性特征有利信息提取

2.3.1區(qū)域航空放射性特征

中新生代碎屑巖大面積出露區(qū)主要以偏低場-背景場為主，航放總量介于7.8～10 Uγ，鈾以0.6～1.5 μg/g 的低值-背景值為主，局部有1.5～2.4 μg/g的偏高值，鈾釷比值一般在0.5左右，表明存在鈾的遷入（圖3a、b）。坳陷西部及南緣蝕源區(qū)則以偏高場-高場為主，航放總量為15～25 Uγ，西部蝕源區(qū)的鈾含量有明顯升高，該區(qū)花崗巖為川井坳陷砂巖型鈾成礦提供了豐富的鈾源。同沉積型鈾礦化主要分布在高場-偏高場區(qū)；潛水-層間氧化型鈾礦化主要處于低場-背景場中，局部有鈾含量異?；蚋邎鲲@示。

2.3.2鈾遷移富集特征

初始鈾含量由現(xiàn)今釷含量及鈾釷比值來確定，代表了原巖中的鈾含量。活性鈾含量為初始鈾含量與現(xiàn)今鈾含量的差值，活性鈾含量大于零，說明鈾缺失或虧損，即鈾向外遷出；活性鈾含量小于零，說明有鈾的遷入，鈾有富集現(xiàn)象［6］。

初始鈾含量高值區(qū)集中分布于坳陷西部及南部的蝕源區(qū)，在山間盆地地區(qū)亦有部分初始鈾含量高值顯示，巴音查干凹陷等地則處于明顯的初始鈾含量低值區(qū)（圖3c）。川井坳陷活性鈾含量具有西高東低、南高北低特征，坳陷西部、南部蝕源區(qū)及巴音杭蓋凸起西南側(cè)活性鈾含量以正值為主，顯示了鈾有大量遷移流失現(xiàn)象；巴音查干凹陷、桑根達來凹陷及包龍凹陷的局部活性鈾含量以負值為主，表明上述地區(qū)存在鈾的富集現(xiàn)象。已知的鈾礦化主要位于活性鈾富集區(qū)或遷出區(qū)中的局部富集區(qū)（圖3d）。

圖3 川井坳陷航放特征圖Fig.3 Aerial radioactivity characteristics of Chuanjing depression

活性鈾的變化趨勢與區(qū)域構(gòu)造演化具有顯著的關(guān)聯(lián)。晚白堊世二連組沉積后，受大興安嶺隆起影響，川井坳陷由東向西整體抬升，二連組、賽漢組上段在坳陷東部遭受剝蝕，形成蘇海布龍-桑根達來大型剝蝕窗口，該時期構(gòu)造地貌特征為北東高南西低，含氧含鈾水順剝蝕窗口滲入坳陷內(nèi)，發(fā)育潛水-層間氧化作用，利于形成砂巖型鈾礦。古近紀后，受印度洋板塊影響，坳陷西部狼山-寶音圖隆起快速抬升，古近系、二連組、賽漢組上段遭受強烈剝蝕，形成了一系列雁列狀褶皺、斷裂和雁列狀洼陷，同時在坳陷西部形成白音查干大型剝蝕窗口，該時期古構(gòu)造地貌類型為西高東低，南高北低，古流體方向為由西向東和由南向北［12］?；钚遭櫟淖兓厔菡沁@一構(gòu)造演化過程的響應。

2.3.3有利航放弱信息提取

砂巖型鈾礦與成礦相關(guān)的信息在地表異常場中十分微弱、難以識別，因此需要用針對性的數(shù)據(jù)處理技術(shù)來突出航放有利信息，提取多元信息異常。依據(jù)核工業(yè)航測遙感中心等單位多年來應用航放資料研究鈾成礦環(huán)境放射性特征的成果和經(jīng)驗，砂巖型鈾礦的信息提取技術(shù)方法包括：鈾增量、初始鈾、活性鈾、地球化學活動性指數(shù)和鈾遷移富集系數(shù)等［13，18-20］。本次以巴音杭蓋地區(qū)為例，說明航放弱信息與鈾礦化的關(guān)系。

巴音杭蓋地區(qū)的礦化類型以潛水-層間氧化型為主。鈾礦化（異常）孔主要分布在低場-背景場中，對應的鈾含量為0.72～1.64 μg/g，無明顯異常特征，分辨不出航放數(shù)據(jù)所蘊含的鈾礦化信息（圖4a）。通過地質(zhì)單元歸一法統(tǒng)計后，計算了包括初始鈾、活性鈾、鈾增量和地球化學活動性指數(shù)等在內(nèi)多個參數(shù)。在鈾增量圖上（圖4b），該區(qū)西南部及北部雖有局部的團塊狀鈾增量高值區(qū)，但同于其整體鈾含量較低，大多數(shù)鈾礦化（異常）孔處于鈾增量的低值區(qū)，但局部的鈾增量高值區(qū)值得重視；初始鈾含量圖上（圖4c），除東北部蝕源區(qū)的花崗巖表現(xiàn)為高值外（2.0 μg/g左右），鈾礦化（異常）孔對應的初始鈾含量均為低值（1.0 μg/g左右），說明花崗巖可為鈾成礦提供豐富的鈾源，沉積蓋層自身的鈾含量較低，主要依靠蝕源區(qū)鈾的補給；活性鈾含量特征同初始鈾含量特征較為相似，鈾礦化（異常）孔的活性鈾含量介于-0.45～0 μg/g之間，表明沉積蓋層的鈾主要來自于盆緣的蝕源區(qū)（圖4d）；地球化學活動性指數(shù)呈現(xiàn)出多處團塊狀及帶狀高值區(qū)，且鈾礦化（異常）孔主要處于地球化學活動性指數(shù)大于0.12 的區(qū)域內(nèi)（圖4e）；少量鈾異?？滋幱阝欉w移富集系數(shù)低值區(qū)內(nèi)（0.1左右），鈾礦化孔對應于鈾遷移富集系數(shù)高值區(qū)（大于0.3）（圖4f）。

圖4 巴音杭蓋地區(qū)航放弱信息特征圖Fig.4 Map of weak airborne radioactivity information in Bayinhanggai area

3 預測原則與遠景預測

3.1 預測原則

在綜合分析航磁、航放、重力及地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合航放弱信息提取結(jié)果，建立了砂巖型鈾礦多元地學信息預測原則（表1）。

表1 川井坳陷砂巖型鈾礦多元地學信息預測原則一覽表Table 1 Principles for multivariate geological information prediction of sandstone-type uranium deposits in Chuanjing depression

3.2 遠景預測

根據(jù)上述預測原則，開展了成礦預測工作，圈定了鈾成礦預測區(qū)3 片（圖5）。

圖5 川井坳陷鈾成礦預測圖Fig.5 Prediction map of uranium mineralization in Chuanjing depression

Ⅰ號預測區(qū)主體位于巴音查干凹陷內(nèi)，該區(qū)發(fā)育古近紀大型剝蝕窗口，在氧化帶前鋒線及氧化還原過渡帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)多個鈾礦化（異常）孔。預測區(qū)整體處于航放偏低場-背景場中，局部有團塊狀的鈾含量高值區(qū)，鈾含量達2.5 μg/g 左右；活性鈾含量小于-0.1 μg/g 的地段大面積分布，表明該區(qū)鈾以遷入為主；鈾遷移富集系數(shù)大于0.25、地球化學活動性指數(shù)大于0.15 地段呈團塊狀分布，并且與出露的賽漢組有一定的對應關(guān)系。通過航磁及重力資料推斷了多條NE 向及近EW 向斷裂，在斷裂的溝通作用下，油氣等還原性物質(zhì)運移至上部層位中，給鈾成礦提供豐富的還原劑，對于形成鈾礦床十分有利。

Ⅱ號預測區(qū)位于白音查干凹陷東部蘇海布龍晚白堊世大型剝蝕窗口的兩側(cè)，順剝蝕窗口發(fā)育大型潛水-層間氧化，并發(fā)現(xiàn)了多個鈾礦化（異常）孔，礦化異常位于氧化帶前鋒線及過渡帶內(nèi)。該區(qū)位于航放背景場中，局部存在團塊狀鈾含量高值區(qū)，鈾含量達2.0 μg/g 左右，鈾礦化（異常）孔對應的鈾增量大于0.20 μg/g；初始鈾含量及活性鈾含量均表現(xiàn)為大面積的低值區(qū)，表明鈾以遷入為主；鈾遷移富集系數(shù)、地球化學活動性指數(shù)高值區(qū)呈EW 向帶狀分布，并與鈾礦化（異常）孔具有較強的對應關(guān)系。

Ⅲ號預測區(qū)位于坳陷南部盆緣的山間盆地內(nèi)，區(qū)內(nèi)固陽組出露地表，固陽組發(fā)育扇三角洲-湖相沉積，在同沉積鈾礦化作用下，同時能夠接受潛水氧化作用；南部華力西晚期酸性、中酸性巖體大面積發(fā)育，鈾含量較高，可提供豐富的鈾源。該區(qū)整體處于航放背景場-偏高場中，鈾異常點部位有明顯的航放鈾異常顯示，鈾含量達2.7 μg/g，鈾增量大于0.2 μg/g地段大面積分布；除鈾異常點部位的初始鈾含量較高外，其他地段均處于初始鈾含量低值區(qū)內(nèi)，在活性鈾含量圖件上，處于活性鈾小于0 μg/g 的區(qū)域內(nèi)，說明鈾源主要來自外部蝕源區(qū)；本區(qū)主要處于鈾遷移富集系數(shù)及地球化學活動性指數(shù)高值區(qū)內(nèi)。預測區(qū)南部及坳陷南緣存在多處正負伴生的團塊狀異常，推斷為火山巖的反映，該區(qū)火山噴發(fā)這一熱事件的存在有利于鈾的活化。

4 結(jié)論

1）航磁異常梯度帶、航放活性鈾遷入?yún)^(qū)、地球化學活動性指數(shù)高值區(qū)、局部重力異常梯級帶等多元地學信息的復合區(qū)與已知鈾礦化密切相關(guān)。

2）航放弱信息能較好地圈定鈾礦化。利用活性鈾遷入?yún)^(qū)（＜0 μg/g）、地球化學活動性指數(shù)＞0.12 及鈾遷移富集系數(shù)＞0.25 套合區(qū)圈定的航放弱信息，與鈾礦化（異常）點、鈾礦化（異常）孔具有較強的對應關(guān)系。

3）圈定3 片鈾成礦預測區(qū)，為鈾礦勘查提供了有利線索。