AMT與高精度磁測(cè)在紅石泉地區(qū)鈾礦勘查中的應(yīng)用

李 濤,楊 明,王 偉,何佳軍

(1.核工業(yè)二〇三研究所,西安 710000;2.核工業(yè)航測(cè)遙感中心,石家莊 050002)

0 引言

隨著近幾年紅石泉鈾礦找礦工作的開展,前人總結(jié)出紅石泉鈾礦體的空間分布大多由斷裂及其次級(jí)斷裂控制,偉晶花崗巖(Pt1γρ)是紅石泉礦床的含礦主巖[1],分布于由龍首山復(fù)向斜北翼,由龍首山群地層組成的背斜軸部附近,呈一短軸狀巖體。查明偉晶狀花崗巖巖體的分布情況、主要控礦斷裂的展布以及與巖體的接觸關(guān)系是指引紅石泉地區(qū)深部找礦工作方向的關(guān)鍵地質(zhì)問(wèn)題。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

紅石泉地區(qū)處于阿拉善地塊南緣龍首山斷隆帶的中段,南接河西走廊過(guò)渡帶大地構(gòu)造處在活動(dòng)大陸邊緣,在漫長(zhǎng)的地質(zhì)構(gòu)造演化過(guò)程中,經(jīng)歷了裂解—閉合—再裂解—再閉合的多階段構(gòu)造演化[3]。該地區(qū)屬祁連—龍首山成礦帶,成礦條件優(yōu)越。工作區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,與成礦相關(guān)的構(gòu)造主要為東西向F1斷裂(見圖1)。

圖1 紅石泉地段地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Hongshiquan section1-第四系;2-下白堊統(tǒng)廟溝群砂礫巖;3-新元古界孩母山群下亞群千枚巖、含礫千枚巖;4-中元古界墩子溝群上亞群鈣質(zhì)千枚巖;5-中元古界墩子溝群中亞群硅質(zhì)條帶灰?guī)r;6-中元古界墩子溝群下亞群硅質(zhì)條帶灰?guī)r;7-古元古界龍首山群塌馬子溝組板巖、大理巖;8-古元古界龍首山白家咀子組混合巖;9-堿性雜巖;10-肉紅色中粗?；◢弾r;11-偉晶狀花崗巖;12-地層界線;13-不整合接觸界線;14-斷裂;15-熱液型鈾礦床;16-研究區(qū)

F1斷裂具有多期次活動(dòng)的特點(diǎn),多沿偉晶花崗巖與變質(zhì)巖的接觸面展布,是后期含礦熱液的主要運(yùn)移通道,斷裂構(gòu)造產(chǎn)狀變化破碎部位是鈾礦富集沉淀的有利部位。試驗(yàn)區(qū)及其外圍出露的地層主要有古元古界龍首山群白家咀子組(Pt1b)、塌馬子溝組(Pt1t)、中元古界墩子溝群(Pt2dn)、新元古界孩母山群(Pt3hm)、古生界寒武系香山群(∈2xn)、下白堊統(tǒng)廟溝群組(K1mg)及新近系(N1)和第四系(Q),地層出露情況見圖1。

2 巖石電阻率和磁性特征

此次研究區(qū)巖石電阻率和磁性特征收集了前人測(cè)量數(shù)據(jù),并實(shí)測(cè)了主要巖石的電阻率和磁化率,結(jié)果見表1龍首山地區(qū)不同巖石電阻率參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。

表1 龍首山地區(qū)不同巖石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical of parametric statistics of different physical properties in Longshoushan area

綜合分析,紅石泉地段元古宇(Pt)灰?guī)r、板巖表現(xiàn)為相對(duì)低阻、弱磁特征,混合巖表現(xiàn)為相對(duì)中高阻、中等磁特征,大理巖表現(xiàn)為相對(duì)高阻、弱磁特征。中粗?；◢弾r(O3γ)、偉晶狀花崗巖(Pt1γρ)表現(xiàn)為相對(duì)中阻體,弱磁特征;堿性雜巖表現(xiàn)為相對(duì)中阻體、強(qiáng)磁特征。

3 AMT與高精度磁測(cè)的應(yīng)用

如圖2所示,垂直于研究區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造線走向,共完成10條音頻大地電磁測(cè)量剖面(編號(hào):AMT01～AMT10)和19條高精度磁法測(cè)量剖面(編號(hào):M01～M19),部分測(cè)量剖面彼此重合,以期大致查明F1斷裂及其次級(jí)斷裂的位置、產(chǎn)狀和深部延伸情況,揭示偉晶花崗巖與中元古界變質(zhì)巖巖性接觸帶展布特征。由于篇幅所限,這里重點(diǎn)以AMT06線解釋研究為例進(jìn)行對(duì)比分析。

圖2 紅石泉地段地質(zhì)及測(cè)線布置圖Fig.2 Geology and survey line layout of Hongshiquan section1-第四系沖積物;2-下白堊統(tǒng)廟溝群砂礫巖;3-新元古界孩母山群下亞群千枚巖、含礫千枚巖;4-中元古界墩子溝群上亞群鈣質(zhì)千枚巖;5-中元古界墩子溝群中亞群硅質(zhì)條帶灰?guī)r;6-中元古界墩子溝群下亞群硅質(zhì)條帶灰?guī)r;7-古元古界龍首山群塌馬子溝組板巖、大理巖;8-古元古界龍首山白家咀子組混合巖;9-堿性雜巖;10-肉紅色中粗?；◢弾r;11-偉晶狀花崗巖;12-地層界線;13-不整合接觸界線;14-斷裂;15-熱液型鈾礦床;16 -音頻大地電磁測(cè)量測(cè)線及編號(hào);17-地面高精度磁法測(cè)量測(cè)線及編號(hào)

3.1 AMT06線地質(zhì)剖面與反演電阻率斷面電、磁性特征研究

AMT06線位于AMT05線東側(cè)200 m,由南向北沿線出露的地質(zhì)體分別為加里東期堿性雜巖(S1ξ)、加里東期中粗?；◢弾r(O3γ)、偉晶狀花崗巖(Pt1γρ)、中元古界墩子溝群(Pt2dn)灰?guī)r、板巖,測(cè)線方向0°,長(zhǎng)度為1 700 m。

圖3為收集的區(qū)內(nèi)地質(zhì)勘探剖面圖。由圖可見,鉆孔揭露到偉晶狀花崗巖與反演電阻率斷面平距750 m～1 040 m,標(biāo)高2 100 m～2 380 m的團(tuán)塊狀中高阻體,基本相對(duì)應(yīng),該巖體向北傾伏、受F1和Fc斷裂所控制。

圖3 龍首山成礦帶紅石泉地段8號(hào)勘探線鈾礦地質(zhì)剖面圖Fig.3 Geological profile of uranium uine on exploration line 8 in Hongshiquan Section of Longshoushan uetallogenic belt1—第四系浮土、殘坡積物;2—中元古界墩子溝群灰?guī)r;3—中元古界墩子溝群變質(zhì)砂巖;4 —中元古界墩子溝群變質(zhì)礫巖;5—新元古界龍首山群石英巖;6—新元古界龍首山群黑云母斜長(zhǎng)片巖;7—晚奧陶世花崗巖;8—古元古代偉晶花崗巖;9—古元古代斜長(zhǎng)花崗巖;10—煌斑巖脈;11—構(gòu)造破碎帶;12—斷層;13—綠泥石化;14—赤鐵礦化;15—工業(yè)礦體;16—礦化體;17—異常體;18—鉆孔

將反演電阻率剖面[6]和磁測(cè)剖面與圖切地質(zhì)剖面進(jìn)行比對(duì)(圖4),可以看出:

圖4 AMT06線反演電阻率斷面與圖切地質(zhì)剖面對(duì)比圖Fig.4 Comparison between inversion resistivity section of AMT06 line and geological section of tucut1-中元古界墩子溝群灰?guī)r、板巖;2-肉紅色堿性雜巖;3-肉紅色中粗粒花崗巖;4-偉晶狀花崗巖;5-推斷解釋斷裂;6-鉆孔及編號(hào);7-推斷地質(zhì)界線

偉晶花崗巖(Pt1γρ)由于受加里東期巖漿的侵入,主要以殘留體及相對(duì)中阻體的形式分布于F1與Fc斷裂夾持區(qū)的中上部,標(biāo)高在2 150 m以上,F1為偉晶花崗巖與中元古界地層的接觸帶界線;Fc斷裂為偉晶花崗巖與肉紅色中粗?；◢弾r接觸界線。標(biāo)高1 900 m～2 200 m之間,鉆孔揭露到中粗粒花崗巖(O3γ),反演電阻率斷面上表現(xiàn)為小于300 Ω·m、向深部延伸的低阻體,推測(cè)中粗?；◢弾r(O3γ)受斷裂構(gòu)造影響,巖石較為破碎。

1)平距0 m～200 m,根據(jù)實(shí)地巖性觀察,為加里東期堿性雜巖(S1ξ),反演電阻率介于200 Ω·m ～400 Ω·m,呈中低阻體,ΔT反映為明顯的正磁異常,幅值200 nT以上。

2)平距200 m～700 m,為加里東期中粗?；◢弾r(O3γ),反演電阻率介于400 Ω·m ～1 000 Ω·m,呈中高阻體,ΔT反映為明顯的負(fù)磁異常,場(chǎng)值-200 nT～ -60 nT。

3)平距700 m～1 100 m,為偉晶狀花崗巖(Pt1γρ),反演電阻率介于300 Ω·m ～500 Ω·m,呈中阻體,ΔT反映為明顯的正、負(fù)磁異常。

4)平距1 100 m～1 350 m,為中元古界墩子溝群灰?guī)r(Pt2dn2)反演電阻率大于700 Ω·m,呈高阻體,ΔT反映為平緩變化的負(fù)磁異常,幅值-20 nT左右。

5)平距1 350 m～1 700 m,為中元古界墩子溝群(Pt2dn2)板巖,反演電阻率小于120 Ω·m,呈低阻體,ΔT反映為平緩變化的負(fù)磁異常。

3.2 實(shí)驗(yàn)區(qū)地質(zhì)體及斷裂解釋依據(jù)

根據(jù)工作區(qū)內(nèi)典型綜合剖面、斷面特征及地質(zhì)體磁場(chǎng)特征[7]分析,結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料、巖石電阻率及磁性參數(shù)與實(shí)地觀測(cè)結(jié)果,構(gòu)建了區(qū)內(nèi)物探資料地質(zhì)推斷解釋依據(jù)(表2)。斷裂構(gòu)造的解釋依據(jù)主要根據(jù)斷裂構(gòu)造在反演電阻率斷面圖上兩種表現(xiàn)特征:①構(gòu)造破碎帶常引起電阻率明顯降低,因此斷裂構(gòu)造在反演電阻率斷面圖上多表現(xiàn)為舌狀低阻帶,如Fc。②反演電阻率等值線面貌突變、高低阻等值線梯度帶、密集帶指示著斷裂構(gòu)造的位置,如Fb、F1、Fd。

表2 反演電阻率斷面圖推斷解釋依據(jù)一覽表Tab.2 List of inference and interpretation basis of inversion resistivity profile

由表及以上分析可見,偉晶花崗巖(Pt1γρ)主要受F1與Fc斷裂控制,區(qū)內(nèi)以殘留體及相對(duì)中阻或中高阻體的形式分布于兩斷裂夾持區(qū)的中上部,其ΔT磁場(chǎng)主要以正負(fù)弱磁異常為特征。

3.3 AMT06線斷裂推斷解釋

根據(jù)斷裂解釋標(biāo)志,該斷面推斷解釋斷裂構(gòu)造5條,其地表位置及深部延伸特征如圖5所示。

圖5 F1斷裂和偉晶花崗巖展布特征Fig.5 Distribution characteristics of F1 fault and pegmatite granite1—推斷解釋斷裂及編號(hào);2—偉晶花崗巖分布范圍

1)平距100 m處,反演電阻率等值線出現(xiàn)密集帶、高阻與低阻分界線,ΔT反映為不同磁異常分界,推測(cè)為F2斷裂通過(guò)處。該斷裂傾向東,傾角約75°,切割深度超過(guò)600 m。

2)平距400 m處,反演電阻率等值線出現(xiàn)密集帶、高阻與低阻分界線,ΔT反映為正負(fù)磁異常分界,推測(cè)為Fb斷裂通過(guò)處。該斷裂傾向東,傾角約75°,切割深度超過(guò)600 m。

3)平距750 m處,反演電阻率等值線出現(xiàn)密集帶、高阻與低阻分界線,ΔT反映為平緩的負(fù)磁異常,推測(cè)為Fc斷裂通過(guò)處。該斷裂傾向北,傾角約75°,切割深度超過(guò)600 m。

4)平距1 100 m處,反演電阻率等值線出現(xiàn)密集帶、高阻與低阻分界線,ΔT反映為平緩的負(fù)磁異常,推測(cè)為黃F1斷裂通過(guò)處。該斷裂傾向北,淺部在表高2 200 m以上約80°向,向下近乎直立,切割深度超過(guò)800 m。

5)平距1 250 m處,反演電阻率等值線出現(xiàn)密集帶、高阻與低阻分界線,ΔT反映為平緩的負(fù)磁異常,推測(cè)為Fd斷裂通過(guò)處。該斷裂傾向北,傾角約80°,切割深度超過(guò)800 m。

3.4 F1斷裂及接觸帶的展布特征

以AMT06線為例對(duì)其他各線進(jìn)行推斷解釋可以看出:F1斷裂位于工作區(qū)中部,為已知主要控礦斷裂,工作區(qū)內(nèi)控制長(zhǎng)度3.6 km,貫穿AMT01～AMT10線,在AMT03～AMT04線之間被次級(jí)斷裂Fe錯(cuò)斷。反演電阻率反映為等值線梯度變化帶,北部為向深部延伸的長(zhǎng)條狀高阻帶,南部反映為中低阻體,ΔT西段反映為線性梯度帶。F1斷裂EW走向,傾向N,傾角超過(guò)70°,斷裂寬幾米到幾十米,切割深度超過(guò)700 m。F1斷裂在標(biāo)高2 000 m以上控制了偉晶花崗巖(Pt1γρ)與中元古界墩子溝群(Pt2dn2)展布,標(biāo)高2 000 m以下,控制了偉晶花崗巖(Pt1γρ)與加里東期中粗粒花崗巖(O3γ)展布。

偉晶狀花崗巖體(Pt1rρ)北部與中元古界墩子溝群灰?guī)r(Pt2dn2)呈斷層接觸,主要受到F1控制,EW走向,沿走向長(zhǎng)約1 600 m,傾向N。南側(cè)與晚奧陶世中粗粒花崗巖呈侵入接觸(O3γ),主要受到Fc斷裂控制,偉晶狀花崗巖體(Pt1rρ)以殘留體形式存在,位于標(biāo)高2 000 m以上F1斷裂西段控制了加里東期堿性雜巖(S1ξ)和中元古界墩子溝群灰?guī)r(Pt2dn)的接觸界線,東段控制了偉晶花崗巖與中元古界墩子溝群展布。該斷裂為EW走向,傾向N,淺部?jī)A角較緩,往深部逐步變陡,傾角超過(guò)80°,切割深度超過(guò)900 m。偉晶狀花崗巖體受加里東期中粗?；◢弾r(O3γ)混合巖化作用,以殘留體形式存在,受F1、Fc和Fe斷裂控制,偉晶狀花崗巖體位于Fe斷裂以東,標(biāo)高2 000 m以上,呈透鏡狀,自西向逐漸變寬,在AMT06線處寬約400 m,向東逐漸收窄直至尖滅(圖5)。

4 結(jié)論

筆者旨在通過(guò)結(jié)合音頻大地電磁法和地面高精度磁法這兩種物探方法的優(yōu)勢(shì)[8-10],在對(duì)斷裂的查明及巖體接觸關(guān)系的分析方面進(jìn)行了實(shí)地應(yīng)用,通過(guò)對(duì)比前人資料和實(shí)際測(cè)量反演結(jié)果,得出以下結(jié)論:

1)大致查明了F1作為主要控礦斷裂在AMT03～AMT04線之間被次級(jí)斷裂Fe錯(cuò)斷,F1斷裂西段控制了加里東期堿性雜巖(S1ξ)和中元古界墩子溝群灰?guī)r(Pt2dn)的接觸界線,東段控制了偉晶花崗巖與中元古界墩子溝群展布。該斷裂為EW走向,傾向N,淺部?jī)A角較緩,往深部逐步變陡,傾角超過(guò)80°,切割深度超過(guò)900 m,為下一步鉆孔布設(shè)提供了一定依據(jù)。

2)偉晶狀花崗巖體是紅石泉主要成礦巖體,研究發(fā)現(xiàn)此巖體受F1和其他次級(jí)斷裂控制,其展布情況為:偉晶狀花崗巖體位于Fe斷裂以東,標(biāo)高2 000 m以上,呈透鏡狀,自西向逐漸變寬,在AMT06線處寬約400 m,向東逐漸收窄直至尖滅,大致確定了礦體延伸情況。

3)紅石泉地段,F1斷裂沿線兩側(cè)巖性電性差異明顯,AMT探測(cè)對(duì)其反映較為明顯,但由于F1斷裂兩側(cè)偉晶花崗巖與中元古界墩子溝群巖石都呈弱磁性特征,故地面高精度磁測(cè)對(duì)F1斷裂反映不明顯。

4)針對(duì)紅石泉地區(qū)的電性和磁性調(diào)查研究表明,音頻大地電磁測(cè)深法(AMT)和地面高精度磁法對(duì)斷裂的探測(cè)和巖性接觸帶展布的研究是一種比較有效的物理方法[11]。