安徽黃梅尖地區鈾成礦地球物理特征及找礦預測

周 乾,楊 彪,曹達旺,許強平,吳姿穎,陳光旭,付光明

(1.安徽省核工業勘查技術總院,安徽 蕪湖 241000;2.安徽省地質礦產勘查局327地質隊,安徽 合肥 230011;3.東華理工大學 地球物理與測控技術學院,江西 南昌 330013)

黃梅尖地區屬于沿江構造巖漿巖帶控制的NE向長江下游鈾成礦帶的一部分,黃梅尖巖體是安徽江北A型花崗巖帶的重要組成部分[1]。1950年,第二機械工業部華東608隊開展航空放射性和地面伽瑪總量測量時,在黃梅尖地區發現了多個鈾異常點[2]。1979—1985年,南京大學地質系對黃梅尖巖體進行研究,將其劃分為4個侵入階段,主要巖性分別為似斑狀黑云母正長巖、黑云母石英正長巖、正長斑巖、石英正長巖及細粒似斑狀石英正長巖[3]。1970—1991年、2000—2018年,安徽省核工業勘查技術總院在該區進行區域地質、鈾礦化規律、成礦遠景及鈾儲量計算等專項研究,通過地質、物探及化探工作,在該區發現了2個中型鈾礦床(8411鈾礦床、8413鈾礦床)、6個鈾礦點 (8412鈾礦點、白虎山鈾礦點、4360鈾礦點、黃龍橋鈾礦點、4340鈾礦點和周潭鈾礦點)[4]。劉惠華[5]對黃梅尖地區地質背景、鈾成礦規律開展研究,認為礦床成因與燕山晚期石英正長巖體、侏羅紀砂巖及構造活動有關。史春旺等[6]對黃梅尖巖體地球化學特征進行了研究,發現親硫元素Cu、Pb、Zn可作為尋找鈾礦化的指示元素。楊彪等[7]通過分析黃梅尖地區基性巖脈年代學特征,認為鈾成礦可能與輝綠玢巖具有成因聯系。此外,一些學者發現黃梅尖地區鈾礦床(點)主要受燕山晚期石英正長巖體、NW向與近EW向斷裂多重影響,具有較好的成礦地質條件,找礦潛力巨大[8-16]。然而,該區地球物理方面的研究成果較少,未能詳細闡述該區地球物理特征與鈾成礦的關系。本文運用地面能譜、伽瑪總量、激發極化法等多種物探手段在黃梅尖地區進行數據采集,經后期數據處理,結合鈾成礦地質背景,系統總結了黃梅尖地區典型鈾礦床(點)的地質、地球物理特征,分析其與鈾成礦之間的關系,為該地區進一步尋找與堿性巖有關的鈾礦床(點)提供物探依據。

1 地質概況

研究區位于廬樅火山盆地東南緣(圖1),地處揚子板塊北緣,西鄰郯廬深斷裂,東接長江斷裂帶,是安徽省沿江鈾成礦帶的重要組成部分。區內出露的地層主要是早侏羅世磨山組和中侏羅世羅嶺組。中侏羅世羅嶺組分布較廣,出露于黃梅尖巖體南、北兩側,巖性以中粗粒石英長石砂巖、細砂巖、粉砂巖為主。早侏羅世磨山組出露于研究區東北部,巖性為硅化石英砂巖、含碳質粉砂巖。

研究區巖漿侵入活動頻繁,侵入巖為燕山晚期黃梅尖巖體,該巖體是廬樅盆地出露面積最大的巖體,是廬樅A型花崗巖帶的重要組成部分,分為2個侵入階段4次侵入活動:一階段一次侵入為黑云母(石英)正長巖,二次侵入為石英正長巖;二階段一次侵入為細粒石英正長(斑)巖,二次侵入為花崗巖。

研究區主要發育NW向、EW向、SN向和NE向斷裂。NW向斷裂主要分布在黃梅尖巖體北緣和西部,切穿燕山晚期黃梅尖巖體,是區內鈾礦的主要控礦、含礦構造。EW向F1斷裂是8411鈾礦床的主要控礦構造,分布于黃梅尖巖體北側,活動持續時間長、規模大,走向延伸穩定,是區內重要的控巖和控礦斷裂。F86斷裂是8413鈾礦床的主要控礦構造。

1.第四系;2.早白堊世磚橋組;3.早白堊世龍門院組;4.中侏羅世羅嶺組;5.早侏羅世磨山組;6.燕山晚期二階段二次侵入細?；◢弾r;7.燕山晚期二階段一次侵入正長斑巖;8.燕山晚期二階段一次侵入細粒似斑狀石英正長巖;9.燕山晚期一階段二次侵入石英正長巖;10.燕山晚期一階段一次侵入黑云母石英正長巖;11.隱爆角礫巖;12.輝石粗安玢巖;13.正長巖脈;14.花崗巖脈;15.石英正長巖脈;16.正長斑巖脈;17.閃長玢巖脈;18.輝綠玢巖脈;19.斷裂;20.激電剖面及編號;21.鈾礦床(點)圖1 安徽省黃梅尖地區地質略圖[2]Fig. 1 Geological sketch map of Huangmeijian area in Anhui Province[2]

2 巖石物性特征

巖石物性參數是物探異常解釋的基礎,黃梅尖地區主要地層(巖石)放射性參數見表1。由于研究區各地質體的沉積環境、巖性以及火山噴發或巖漿侵入的熱液影響程度不同,導致地質體中γ(伽瑪照射量率,是描述γ射線強弱的單位,表示單位時間內的照射量)、U、Th含量有較大差別。羅嶺組、磨山組砂巖分布在黃梅尖石英正長巖體邊緣,一般γ<6.00 nC/kg·h,U含量一般<6.0×10-6。燕山晚期黃梅尖巖體U、Th含量均較高,侵入期次由早到晚,U、Th含量逐漸升高,U含量一般>7.7×10-6,一般γ>13.19 nC/kg·h,全區最高,說明區內燕山晚期石英正長巖體是富鈾巖體,含有活動鈾源,其標準均方差S、變異系數Cv均較大,U容易產生活化、分離。巖漿熱液作用使U進一步活化遷移,在接觸帶及圍巖處富集,形成工業鈾礦化。

表1 黃梅尖地區主要地層(巖石)放射性參數

由黃梅尖地區主要地層(巖石)電性參數(表2)可知:區內各類地質體之間存在較大的電性差異,其中黑云母石英正長巖電阻率最高(電阻率最高達15 643 Ω·m),平均值為7 236 Ω·m;石英正長巖電阻率較高,平均值為4 870 Ω·m;構造破碎帶電阻率較低,平均值為1 903 Ω·m;粉砂巖、泥巖視電阻率最低。石英砂巖、粉砂巖、泥巖的極化率偏低,最低值為0.37%,礦化破碎帶中巖石的極化率明顯高于圍巖的極化率,平均值為3.5%,此低阻高極化電性特征對后期含礦構造破碎帶的圈定有較好的指示作用。

表2 黃梅尖地區主要地層(巖石)電性參數

3 工作方法

3.1 地面伽瑪能譜測量

地面伽瑪能譜測量在鈾礦勘查中被廣泛應用,是最直接有效的放射性物探找礦手段。本次工作大致查明U、Th、K元素分布特征,研究放射性元素在不同地段巖層及巖體中的遷移富集規律,為鈾礦床(點)評價成礦預測提供信息[17]。使用儀器為FD-3022四道能譜儀,比例尺為1∶50 000,布置地面伽瑪能譜測線70條,測線方向正南北向,線距500 m,點距100 m。

3.2 伽瑪總量測量

通過系統測定各地質體巖石伽瑪照射量率,確定各地質體巖石的放射性強度,大致查明地面放射性異常特征。分析伽瑪場分布特征并與能譜場特征進行對比,找出與鈾礦化關系密切的異常,指導下一步找礦工作部署。使用儀器為FD-3013,比例尺為1∶25 000,布置地面伽瑪總量測線142條,測線方向正南北向,線距250 m,點距50 m。與激電剖面同線的伽瑪總量測線2條,比例尺為1∶10 000,點距40 m。

3.3 激發極化法

激發極化法是一種電法勘探方法,主要測量巖石的電阻率和極化率,分析對比各類地質體的激電效應差異,研究激電場的分布規律,從而進行直接或者間接找礦[18-19]。本次電法工作選用對稱四極裝置開展剖面測量,供電極距、測量極距AB為220 m,MN為20 m,測量點距為20 m,使用電法儀器DWD-2A型微機電測儀。根據研究區礦床(點)分布位置、放射性異常分布特征布置測線,總體沿垂直地表出露的巖體接觸界面布置,盡量向巖體內側延伸,以期完整反映巖體接觸帶分布的電性曲線,在巖體南、北兩側外接觸帶附近共布設9條電測剖面,其中巖體南緣布設3條、北緣布設5條、東緣布設1條。

4 地球物理特征

4.1 能譜場特征

研究區能譜U元素場由偏高場((6～10)×10-6)、高場((10～15)×10-6)和異常場(>15×10-6)組成(圖2)。鈾礦床(點)一般位于能譜U異常場—高場梯度帶上或U高場—偏高場梯度帶上。U異常場暈主要分布在黃梅尖巖體內或外接觸帶附近。黃梅尖巖體內U高場暈規模大,說明黃梅尖巖體是富鈾巖體,但梯度變化緩慢,對U礦化不利。巖體北部、南部內、外接觸帶與U高值場暈的梯度變化帶相吻合,呈陡梯度變化?？拷佑|帶外側砂巖中的異常暈大多以偏高場出現,強度相對較弱,但梯度變化較快,U易于富集,有利于鈾礦化。

圖2 黃梅尖地區U等值線分布圖Fig. 2 Uranium isoline map of Huangmeijian area

8411礦床位于黃梅尖巖體西北部,處于U高場—異常場梯度帶上,U平均含量為120×10-6。8413礦床位于黃梅尖巖體東北部,處于U偏高場,U平均含量為46.5×10-6。周潭礦點位于黃梅尖巖體南部,處于U偏高場—高場梯度帶上,異常整體呈團塊狀展布,U平均含量為129.2×10-6。

4.2 伽瑪場特征

研究區伽瑪場由偏高場(7.5～11.9 nC/kg·h)、高場(11.9～16.3 nC/kg·h)以及異常場(>16.3 nC/kg·h)組成,伽瑪場暈與能譜U場暈的分布特征類似,總體上伽瑪場呈現北西高南東低的趨勢。偏高場主要集中分布于巖體內,反映黃梅尖巖體的基本輪廓,表明黃梅尖巖體是有利于鈾成礦的堿性巖體。偏高場在接觸帶附近零星分布,呈團塊狀展布,主要分布在黃梅尖巖體北西部、西南部、北東部,受NW向、近EW向斷裂控制。在巖體接觸帶0～500 m內,靠近接觸帶內側巖體內的高場暈梯度較緩,推測伽瑪場受巖性和構造雙重控制,與紅化蝕變呈正相關,紅化蝕變顏色越紅,伽瑪總量越高?？拷佑|帶外側高場暈呈不規則帶狀,場級梯度變化明顯,主要分布在含礦蝕變斷裂部位。

礦床(點)主要位于與黃梅尖巖體形態大致吻合的有利基礎場背景上,北部和西部出現較多的活躍復雜的伽瑪高場暈,它們嚴格受多組斷裂控制,形態復雜(圖3)。其中8411礦床位于伽瑪高場—異常場梯度帶上,該異常主要受EW向F1斷裂控制,熱液蝕變強烈,主要賦存于羅嶺組砂巖中。8413礦床位于伽瑪偏高場—高場梯度帶上,該異常處于EW向F86斷裂與巖體接觸帶夾持部位,主要賦存于磨山組砂巖中,硅化、紅化、碳酸鹽化、水云母化、鈉化等蝕變較發育。周潭礦點位于伽瑪偏高場—高場梯度帶上,該異常受NE向F132斷裂及SN向次級斷裂控制,主要賦存于羅嶺組砂巖中。

1.第四系;2.早白堊世磚橋組;3.早白堊世龍門院組;4.中侏羅世羅嶺組;5.早侏羅世磨山組;6.燕山晚期二階段二次侵入細?；◢弾r;7.燕山晚期二階段一次侵入正長斑巖;8.燕山晚期二階段一次侵入細粒似斑狀石英正長巖;9.燕山晚期一階段二次侵入石英正長巖;10.燕山晚期一階段一次侵入黑云母石英正長巖;11.花崗巖脈;12.正長巖脈;13.石英正長巖脈;14.正長斑巖脈;15.閃長玢巖脈;16.輝綠玢巖脈;17.隱爆角礫巖;18.遠景區;19.斷裂;20.鈾礦點圖3 黃梅尖地區伽瑪相對等值線圖Fig. 3 Gamma relative isoline map of Huangmeijian area

4.3 電性剖面特征

結合地質和鉆探資料進一步分析電性剖面異常曲線,推斷黃梅尖地區與堿性巖有關的典型鈾礦床(點)的電性特征。通過對測線分布地段的地質、物探異常特征進行綜合推斷,認為研究區相對低阻高極化的礦化蝕變帶或含礦構造破碎帶是較好的找礦標志。

通過分析8413礦床激電剖面電性特征(圖4(a)、(b)),將電性參數曲線與對應地質資料對比,發現石英正長巖體表現為高阻中極化特征,沉積巖表現中阻低極化特征,褪色蝕變帶極化率明顯偏高。極化率曲線有2處峰值:一處峰值位于8—13點地段,表現為低阻高極化異常,極化率最高5.3%,對應砂巖地層中的構造破碎帶;另一處峰值位于30—41點地段,表現為低阻高極化異常,極化率最高5.1%,對應巖體外接觸帶F86斷裂和8413礦點出露部位,該地段極化率高值異常與已發現的放射性礦化點帶較吻合,伽瑪總量最高值達18.6 nC/kg·h。根據礦化破碎帶相對低阻高極化的電性特征,推斷為含礦斷裂。

通過分析周潭礦點激電剖面電性特征(圖4(c)、(d)),發現黑云母石英正長巖體表現為高阻中極化特征,沉積巖表現中阻低極化特征。極化率曲線有2處峰值:一處峰值位于5—7點地段,表現為低阻高極化異常,極化率最高3.4%,推斷為巖體與砂巖接觸帶部位破碎構造,對應NW向F132斷裂;另一處峰值位于20—23點地段,表現為低阻高極化異常,極化率最高3.7%,為巖體外帶砂巖地層中構造破碎帶,與已發現放射性礦化點相對應,伽瑪總量最高值達10.8 nC/kg·h,推斷是含礦斷裂。

圖4 8413礦床(a,b)及周潭礦點(c,d)激電剖面電性特征圖Fig. 4 IP section electrical characteristics of 8413 deposit (a,b) and Zhoutan ore occurrence (c,d)

4.4 地質、地球物理找礦標志

將黃梅尖地區伽瑪總量、伽瑪能譜、激電剖面異常等地球物理特征與巖性、構造、蝕變等鈾礦化信息相結合,歸納總結了黃梅尖地區鈾礦床(點)地質、地球物理找礦標志 (表3)。

表3 黃梅尖地區與堿性巖有關鈾礦床(點)地質、地球物理特征

(1)地質特征。黃梅尖地區鈾床(點)在空間上主要圍繞黃梅尖巖體內外接觸帶分布,石英正長巖與侏羅紀砂巖均含礦,但礦化主要賦存在羅嶺組和磨山組;鈾床(點)與構造關系密切,大多賦存于SN向、NE向或NW向斷裂內。

(2)地球物理特征。鈾礦床(點)多分布在伽瑪偏高—高場梯度帶及能譜U高場—異常場梯度帶上,跟礦化有關的斷裂表現為低阻高極化的電性特征。

綜合分析地質、地球物理特征與鈾成礦信息,推斷鈾成礦有利區域,劃分出2處成礦遠景區:一處是Ⅰ區,位于黃梅尖巖體內部,伽瑪偏高場處,推斷在巖體形成后遭受多次的構造變動,在巖體內斷裂處發生鈾元素富集;另一處是Ⅱ區,位于8413礦床東側,伽瑪高場、偏高場處,在巖體接觸帶的圍巖部位,推測巖石機械物理性能差異大,構造和熱液蝕變均發育,可能導致活性鈾富集,形成鈾礦化。

5 結論

(1)黃梅尖地區與堿性巖有關的鈾礦床(點)主要分布在能譜U高場—異常場梯度帶及伽瑪場偏高場—高場梯度帶上,含礦斷裂表現為低阻高極化異常。

(2)黃梅尖地區鈾礦床(點)主要由堿性巖體提供鈾源,通過NW向和EW向斷裂活動,在侏羅紀砂巖有利層位富集。根據已知礦床(點)的地質、地球物理特征,劃分出黃梅尖巖體成礦遠景區和8413礦床東側成礦遠景區,為進一步研究與堿性巖有關鈾礦勘查工作指明方向。