甘肅芨嶺鈾礦床空、地物探異常特征分析

孔志召,張正陽,趙璐

(核工業航測遙感中心,河北 石家莊 050002)

鈾礦體由于其在物理、化學性質上的特殊性,在淺地表時可以由放射性法實現直接找礦,而在深部鈾礦體識別方面存在較大的難度,近年來始終未取得突破性進展。婁漢生、趙希剛等[1--2]利用活性炭吸附測氡的氡濃度和能譜測量的總道含量比值確定鈾礦礦致異常;李子偉、吳曲波等[3--4]利用地震數據和測井的聲波、密度數據進行波阻抗反演,可以實現對地層的巖性解釋;李文平等[5]利用土壤氡氣測量和分量化探測量識別(隱伏)斷裂帶,捕獲深部鈾礦信息;康歡[6]通過表層土壤瞬時氡濃度測量、細粒級土壤活動態鈾和210Po含量分析推斷地表土壤瞬時氡濃度異常為隱伏砂巖型鈾礦床的礦致異常。本文結合在龍首山地區實施的音頻大地電磁(AMT)測量及航磁、航電數據,綜合鉆孔揭露資料,研究和探索了深部鈾礦體識別的方法與技術。

1 地質概況及巖石電、磁參數特征

1.1 地質概況

研究區出露的地層主要為古元古界龍首山群白家咀子組(Pt11b)、塌馬子溝組(Pt12t)、中元古界墩子溝組(Pt2dz)、震旦系韓母山群(Z2hm)、新近系(N1)及第四系(Q)。巖性主要為混合巖、片麻巖、大理巖、板巖、石英片巖、千枚巖、淺灰色大理巖、紫紅色淺變質砂巖、砂礫巖(圖1)。

侵入巖種類多,有超基性巖、基性巖、中性巖、酸性巖、堿性巖等,巖漿侵入活動主要集中在加里東期,早期為石英閃長巖(δo31),巖漿由南向北侵入;中期為灰白色中粗粒斑狀花崗巖(γ32-2)及灰白色中粗?；◢弾r(γ32-1)、中細粒閃長巖(δ32-1);晚期為淺肉紅色中粗粒及中細?；◢弾r、斑狀、中粗?；◢弾r(γ33),呈巖基、巖株狀產出。巖體的分布明顯受到北西向構造控制,形成與構造帶方向基本一致的花崗巖帶[7]。

圖1 研究區地質及測線布置簡圖(據參考文獻[8--9]修改)Fig.1 Geologic sketch and layout of exploration profiles of the study area(modified after reference[8--9])

區內斷裂構造發育,與成礦相關的構造主要為北西向馬路溝斷裂(F101)及其次級斷裂,總體走向280°～315°,西岔地段傾向南,向西逐漸轉變為向北傾,長約20 km,為一高角度逆沖斷裂,分枝斷裂較多。沿該斷裂帶分布有芨嶺礦床(701)、新水井礦床(706)和240、白芨芨、小白芨芨溝等一系列礦點、礦化點。

1.2 礦床特征

芨嶺礦床位于馬路溝斷裂(F101)的下盤10～300 m 范圍內的鈉長石化花崗巖中,礦體側列隱伏于地下數米到120 m,單個礦體長數米至120 m,寬十幾米至幾十米,沿傾向延伸最大180 m,在29號勘探剖面中揭露了該礦體的特征(圖2):礦體位于馬路溝斷裂(F101、F102)下盤,其上盤為古元古界龍首山群白云質大理巖,下盤為加里東中粗?；◢弾r。構造蝕變帶主要沿馬路溝斷裂下盤發育,寬約60～100 m,長約600 m,走向290°～310°,傾向南西,傾角約為60°～80°。賦礦巖性為鈉交代巖,主要發育鈉長石化、碳酸鹽化、赤鐵礦化和綠泥石化,其次為絹云母化、高嶺石化和硅化[8--9]。

圖2 研究區29號勘探線剖面簡圖(據參考文獻[9]修改)Fig.2 Schematic diagram of exploration line 29 in the study area(modified after reference[9])

1.3 巖石電、磁參數特征

根據前人統計結果(表1),研究區電、磁參數具有以下特征:

第四系及新近系砂泥巖呈低阻(常見值為50～200Ω·m)花崗巖呈中阻特征(常見值為650～830Ω·m),閃長巖呈高阻(常見值為1 140Ω·m),龍首山群大理巖呈高阻(常見值1 520Ω·m),即本區常規巖石電阻率:Q＋N＜γ＜δ＜Pt蝕變及礦化巖石均呈低阻,包括中粗粒斑狀花崗巖、鈉交代巖(常見值為290～300Ω·m)及多數二長云英片巖、破碎大理巖(常見值為160～260Ω·m)。

第四系、新近系及新元古界震旦系韓母山群、中元古界薊縣系墩子溝群、龍首山群大理巖呈無(微)磁性(常見值多小于20×10－5SI);龍首山群角閃巖、角閃片巖呈中等磁性(常見值為210×10－5SI);花崗巖、礦化中粗粒斑狀花崗巖、鈉交代巖呈弱磁性(常見值為(30～130)×10－5SI),斑狀花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖呈中等磁性(常見值為(250～590)×10－5SI)。

上述巖石之間存在電、磁性差異,特別是礦化花崗巖及鈉交代巖呈中低阻弱磁特征,為本次研究區開展電磁法測量提供了物性基礎。

1.4 研究測線分布情況

根據已知地質情況、鈾礦床位置及鉆孔剖面,分別選擇了航空電磁法剖面L2140,地面高精度磁測剖面C513 及地面電磁法剖面X506等3條不同方法的物探測線進行研究(圖1)。其中航空電磁法剖面與勘探線剖面基本一致,地面高磁及AMT 剖面距離勘探線剖面約

150 m。

2 航空物探異常特征分析

該地區開展的航磁航放航電綜合研究,包括航空VTEM 電磁測量、航放測量及航磁測量。VTEM 電磁測量采用加拿大Geotech 公司的VTEMplus系統[10--12];航磁梯度測量系統由兩臺高精度銫光泵磁力儀組成;航放測量系統采用RS--500多道航空伽馬能譜儀[13--14]。

通過比對L2140測線與地面29號鉆探剖面,得出了鈾礦帶的航空電磁異常綜合剖面特征,如圖3所示。

可以看出:在礦體上方對應有航電異常,其中dB/dt曲線表現為一寬緩的雙峰狀,礦體位于雙峰異常中間。該雙峰航電異常為陡傾角的低阻體的反應,是鈾礦體、鈉交代蝕變、構造破碎帶的整體電磁響應。該異常對應視電阻率呈中低阻,值一般為80～300Ω·m。磁矢量三維反演結果表明,鈾礦帶下部存在大規模弱磁性體(推斷為花崗巖體),礦帶上部存在兩個軸向相向的磁性體(推斷為閃長巖體)。礦帶上方兩個軸向相向的磁性體,與馬路溝斷裂(F101、F102)及F105斷裂吻合。礦帶空間上位于弱磁性體頂部與磁性體接觸帶,且接觸帶由東往西逐漸變深,與礦帶地下空間產出特點一致,且與前人總結的多數鈾礦體產于花崗巖體與閃長巖體接觸帶的地質情況吻合,是深部鈾礦找礦的有利空間。

表1 研究區巖石電磁參數統計[8--9]Table 1 Statistics of rock resistivity and magnetic parameters in the study area

3 地面物探異常特征分析

地面物探主要開展了電磁綜合研究,包括AMT 和地面高精度磁測。AMT 采用EH-4連續電導率剖面儀;地面高精度磁測采用了GSM-19T 質子磁力儀。

3.1 電性結構及維度分析

3.1.1 電性構造方位統計分析

根據地質情況,該測線所經地質情況復雜,以巖體、變質巖等為主,斷裂構造發育,故在阻抗張量分解中采用了針對二維、三維介質的巴爾分解法(Bahr)、相位張量法(CBB)及共軛阻抗法(CZZ),其結果如圖4所示,可以看出,三種方法所得結果基本一致,因此可以任選其一,此次選擇的是CBB 法。最終確定的電性構造方位為110°(即主構造方向),這與實際地質情況是較為吻合的。

3.1.2 維度分析

維性分析主要是以獲取區域構造維性信息為目的[15--16]。本次維度分析采用了3個參數,分別是阻抗一維偏離度、傾子二維偏離度和有效二維指數(圖5)。構造維性分析是一個非常有用的工具,可以提供一些非常有價值的信息,如構造主軸方向隨深度的變化。一維偏離度等值線圖(圖5a)總體反映了該測線一維電性層的分布狀況,該線總體一維偏離度較高,特別是淺地表的高頻段。圖5b則反映了該線二維偏離度的分布情況,可見該線總體以二維電性結果為特征,僅在局部二維偏離度較高,接近三維電性異常分布。圖5c為該線有效二維指數的反映,由于有效二維指數既壓制了一維性,又壓制了三維性,因此在二維性很強的地方,往往是線性構造很強的地方,即可能為斷裂發育的地方。由圖5可見,在500～700 m 頻率2 000～3 000 Hz段,具有較強的三維性,面積較大,可識別度較高。其與礦體的位置較為吻合,推斷為礦體的反映。

圖3 芨嶺L2140線航空電磁異常綜合剖面圖(據參考文獻[9]修改)Fig.3 Comprehensive section of the aero electromagnetic anomalies of exploration line L2140 in Jiling(modified after reference[9])a—航磁ΔT;b—d B/d t(15～45);c—Fraser濾波(d B x/d t第20道);d—視電阻率;e—視磁化率。

3.2 地面物探綜合異常分析

3.2.1 地面物探異常分析

圖6為X506 線地面電磁綜合剖面圖,其中地面高精度磁測ΔT磁異常剖面總體反映兩端以正磁異常為主,而中間以平緩變化的負磁異常為特征;反演電阻率斷面總體反映為兩端高、中間低的電性特征。

圖4 地面AMT 測量電性構造方位統計分析玫瑰圖Fig.4 Rose diagram of inferred structure strike by ground AMT measurement

根據地質、鉆孔資料及物性參數特征,X506線反演電阻率斷面圖基本上可分為兩部分:反演電阻率大于300Ω·m 的高阻體,為閃長巖的反映;反演電阻率小于300Ω·m 的低阻體,為花崗巖的反映。反演電阻率小于100Ω·m的超低阻體,為斷裂破碎富水、裂隙密集發育的反映;而電阻率在120～180Ω·m 的低阻體,則為鈾礦體的主要富集區,主要在F101與F103斷裂之間分布。

3.2.2 異常特征分析

圖5 地面AMT 測量X506線維度分析圖Fig.5 Dimension analyses of ground AMT measurement of Line X506

根據鉆孔揭露結果,在平距550～750 m,海拔2 100～2 250 m 的扁豆狀低阻體,其位置與芨嶺鈾礦床揭露的礦體位置大體吻合,可以看出其電阻率有以下特征:1)在電性上呈低阻特征,電阻率在120～180Ω·m;2)電阻率等值線寬緩,未發生劇烈的梯度變化;3)低阻體呈下窄上寬的喇叭口狀。

根據以上電阻率特征,預測了鈾成礦有利地段兩處:1)位于平距900～1 000 m,海拔2 150～2 250 m 的團塊狀低阻體;2)平距650～800 m,海拔1 880～2 150 m 的橢球狀低阻體,此兩處與已揭露礦體相關度較高,具有較好的成礦遠景。

圖6 X506線地面電磁綜合斷面及地質推斷解釋圖Fig.6 Integrated ground electromagnetic section and geological interpretation of exploration Line X506

綜上所述,航空物探異常特征主要反映鈾礦床的區域成礦環境特征,可用于快速圈定找礦靶區的位置;地面物探異常特征主要反映了鈾礦床的空間發育特征,可以間接用于確定找礦遠景區。二者結合,有效地減少了多解性,對于今后的找礦工作具有較好的指導意義。

4 結論

1)芨嶺鈾礦床航空物探異常特征:礦床航電特征表現為dB/dt曲線呈雙峰狀異常,視電阻率呈板狀中低阻體,磁矢量特征表現為低緩磁異常帶。

2)芨嶺鈾礦床地面物探異常特征:礦床呈扁豆狀低阻體,在維性上具有三維片狀特征,電阻率值120～180Ω·m,位于ΔT磁異常低緩部位。

3)空、地物探方法雖未實現鈾礦直接找礦的目的,但空、地聯合及綜合物探方法的應用,是減少物探多解性、增加礦體可識別性的有利武器,為今后開展類似工作提供了借鑒。