孔志召,张正阳,赵璐

(核工业航测遥感中心,河北 石家庄 050002)

铀矿体由于其在物理、化学性质上的特殊性,在浅地表时可以由放射性法实现直接找矿,而在深部铀矿体识别方面存在较大的难度,近年来始终未取得突破性进展。娄汉生、赵希刚等[1--2]利用活性炭吸附测氡的氡浓度和能谱测量的总道含量比值确定铀矿矿致异常;李子伟、吴曲波等[3--4]利用地震数据和测井的声波、密度数据进行波阻抗反演,可以实现对地层的岩性解释;李文平等[5]利用土壤氡气测量和分量化探测量识别(隐伏)断裂带,捕获深部铀矿信息;康欢[6]通过表层土壤瞬时氡浓度测量、细粒级土壤活动态铀和210Po含量分析推断地表土壤瞬时氡浓度异常为隐伏砂岩型铀矿床的矿致异常。本文结合在龙首山地区实施的音频大地电磁(AMT)测量及航磁、航电数据,综合钻孔揭露资料,研究和探索了深部铀矿体识别的方法与技术。

1 地质概况及岩石电、磁参数特征

1.1 地质概况

研究区出露的地层主要为古元古界龙首山群白家咀子组(Pt11b)、塌马子沟组(Pt12t)、中元古界墩子沟组(Pt2dz)、震旦系韩母山群(Z2hm)、新近系(N1)及第四系(Q)。岩性主要为混合岩、片麻岩、大理岩、板岩、石英片岩、千枚岩、浅灰色大理岩、紫红色浅变质砂岩、砂砾岩(图1)。

侵入岩种类多,有超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩、碱性岩等,岩浆侵入活动主要集中在加里东期,早期为石英闪长岩(δo31),岩浆由南向北侵入;中期为灰白色中粗粒斑状花岗岩(γ32-2)及灰白色中粗粒花岗岩(γ32-1)、中细粒闪长岩(δ32-1);晚期为浅肉红色中粗粒及中细粒花岗岩、斑状、中粗粒花岗岩(γ33),呈岩基、岩株状产出。岩体的分布明显受到北西向构造控制,形成与构造带方向基本一致的花岗岩带[7]。

图1 研究区地质及测线布置简图(据参考文献[8--9]修改)Fig.1 Geologic sketch and layout of exploration profiles of the study area(modified after reference[8--9])

区内断裂构造发育,与成矿相关的构造主要为北西向马路沟断裂(F101)及其次级断裂,总体走向280°～315°,西岔地段倾向南,向西逐渐转变为向北倾,长约20 km,为一高角度逆冲断裂,分枝断裂较多。沿该断裂带分布有芨岭矿床(701)、新水井矿床(706)和240、白芨芨、小白芨芨沟等一系列矿点、矿化点。

1.2 矿床特征

芨岭矿床位于马路沟断裂(F101)的下盘10～300 m 范围内的钠长石化花岗岩中,矿体侧列隐伏于地下数米到120 m,单个矿体长数米至120 m,宽十几米至几十米,沿倾向延伸最大180 m,在29号勘探剖面中揭露了该矿体的特征(图2):矿体位于马路沟断裂(F101、F102)下盘,其上盘为古元古界龙首山群白云质大理岩,下盘为加里东中粗粒花岗岩。构造蚀变带主要沿马路沟断裂下盘发育,宽约60～100 m,长约600 m,走向290°～310°,倾向南西,倾角约为60°～80°。赋矿岩性为钠交代岩,主要发育钠长石化、碳酸盐化、赤铁矿化和绿泥石化,其次为绢云母化、高岭石化和硅化[8--9]。

图2 研究区29号勘探线剖面简图(据参考文献[9]修改)Fig.2 Schematic diagram of exploration line 29 in the study area(modified after reference[9])

1.3 岩石电、磁参数特征

根据前人统计结果(表1),研究区电、磁参数具有以下特征:

第四系及新近系砂泥岩呈低阻(常见值为50～200Ω·m)花岗岩呈中阻特征(常见值为650～830Ω·m),闪长岩呈高阻(常见值为1 140Ω·m),龙首山群大理岩呈高阻(常见值1 520Ω·m),即本区常规岩石电阻率:Q＋N＜γ＜δ＜Pt蚀变及矿化岩石均呈低阻,包括中粗粒斑状花岗岩、钠交代岩(常见值为290～300Ω·m)及多数二长云英片岩、破碎大理岩(常见值为160～260Ω·m)。

第四系、新近系及新元古界震旦系韩母山群、中元古界蓟县系墩子沟群、龙首山群大理岩呈无(微)磁性(常见值多小于20×10－5SI);龙首山群角闪岩、角闪片岩呈中等磁性(常见值为210×10－5SI);花岗岩、矿化中粗粒斑状花岗岩、钠交代岩呈弱磁性(常见值为(30～130)×10－5SI),斑状花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩呈中等磁性(常见值为(250～590)×10－5SI)。

上述岩石之间存在电、磁性差异,特别是矿化花岗岩及钠交代岩呈中低阻弱磁特征,为本次研究区开展电磁法测量提供了物性基础。

1.4 研究测线分布情况

根据已知地质情况、铀矿床位置及钻孔剖面,分别选择了航空电磁法剖面L2140,地面高精度磁测剖面C513 及地面电磁法剖面X506等3条不同方法的物探测线进行研究(图1)。其中航空电磁法剖面与勘探线剖面基本一致,地面高磁及AMT 剖面距离勘探线剖面约

150 m。

2 航空物探异常特征分析

该地区开展的航磁航放航电综合研究,包括航空VTEM 电磁测量、航放测量及航磁测量。VTEM 电磁测量采用加拿大Geotech 公司的VTEMplus系统[10--12];航磁梯度测量系统由两台高精度铯光泵磁力仪组成;航放测量系统采用RS--500多道航空伽马能谱仪[13--14]。

通过比对L2140测线与地面29号钻探剖面,得出了铀矿带的航空电磁异常综合剖面特征,如图3所示。

可以看出:在矿体上方对应有航电异常,其中dB/dt曲线表现为一宽缓的双峰状,矿体位于双峰异常中间。该双峰航电异常为陡倾角的低阻体的反应,是铀矿体、钠交代蚀变、构造破碎带的整体电磁响应。该异常对应视电阻率呈中低阻,值一般为80～300Ω·m。磁矢量三维反演结果表明,铀矿带下部存在大规模弱磁性体(推断为花岗岩体),矿带上部存在两个轴向相向的磁性体(推断为闪长岩体)。矿带上方两个轴向相向的磁性体,与马路沟断裂(F101、F102)及F105断裂吻合。矿带空间上位于弱磁性体顶部与磁性体接触带,且接触带由东往西逐渐变深,与矿带地下空间产出特点一致,且与前人总结的多数铀矿体产于花岗岩体与闪长岩体接触带的地质情况吻合,是深部铀矿找矿的有利空间。

表1 研究区岩石电磁参数统计[8--9]Table 1 Statistics of rock resistivity and magnetic parameters in the study area

3 地面物探异常特征分析

地面物探主要开展了电磁综合研究,包括AMT 和地面高精度磁测。AMT 采用EH-4连续电导率剖面仪;地面高精度磁测采用了GSM-19T 质子磁力仪。

3.1 电性结构及维度分析

3.1.1 电性构造方位统计分析

根据地质情况,该测线所经地质情况复杂,以岩体、变质岩等为主,断裂构造发育,故在阻抗张量分解中采用了针对二维、三维介质的巴尔分解法(Bahr)、相位张量法(CBB)及共轭阻抗法(CZZ),其结果如图4所示,可以看出,三种方法所得结果基本一致,因此可以任选其一,此次选择的是CBB 法。最终确定的电性构造方位为110°(即主构造方向),这与实际地质情况是较为吻合的。

3.1.2 维度分析

维性分析主要是以获取区域构造维性信息为目的[15--16]。本次维度分析采用了3个参数,分别是阻抗一维偏离度、倾子二维偏离度和有效二维指数(图5)。构造维性分析是一个非常有用的工具,可以提供一些非常有价值的信息,如构造主轴方向随深度的变化。一维偏离度等值线图(图5a)总体反映了该测线一维电性层的分布状况,该线总体一维偏离度较高,特别是浅地表的高频段。图5b则反映了该线二维偏离度的分布情况,可见该线总体以二维电性结果为特征,仅在局部二维偏离度较高,接近三维电性异常分布。图5c为该线有效二维指数的反映,由于有效二维指数既压制了一维性,又压制了三维性,因此在二维性很强的地方,往往是线性构造很强的地方,即可能为断裂发育的地方。由图5可见,在500～700 m 频率2 000～3 000 Hz段,具有较强的三维性,面积较大,可识别度较高。其与矿体的位置较为吻合,推断为矿体的反映。

图3 芨岭L2140线航空电磁异常综合剖面图(据参考文献[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滤波(d B x/d t第20道);d—视电阻率;e—视磁化率。

3.2 地面物探综合异常分析

3.2.1 地面物探异常分析

图6为X506 线地面电磁综合剖面图,其中地面高精度磁测ΔT磁异常剖面总体反映两端以正磁异常为主,而中间以平缓变化的负磁异常为特征;反演电阻率断面总体反映为两端高、中间低的电性特征。

图4 地面AMT 测量电性构造方位统计分析玫瑰图Fig.4 Rose diagram of inferred structure strike by ground AMT measurement

根据地质、钻孔资料及物性参数特征,X506线反演电阻率断面图基本上可分为两部分:反演电阻率大于300Ω·m 的高阻体,为闪长岩的反映;反演电阻率小于300Ω·m 的低阻体,为花岗岩的反映。反演电阻率小于100Ω·m的超低阻体,为断裂破碎富水、裂隙密集发育的反映;而电阻率在120～180Ω·m 的低阻体,则为铀矿体的主要富集区,主要在F101与F103断裂之间分布。

3.2.2 异常特征分析

图5 地面AMT 测量X506线维度分析图Fig.5 Dimension analyses of ground AMT measurement of Line X506

根据钻孔揭露结果,在平距550～750 m,海拔2 100～2 250 m 的扁豆状低阻体,其位置与芨岭铀矿床揭露的矿体位置大体吻合,可以看出其电阻率有以下特征:1)在电性上呈低阻特征,电阻率在120～180Ω·m;2)电阻率等值线宽缓,未发生剧烈的梯度变化;3)低阻体呈下窄上宽的喇叭口状。

根据以上电阻率特征,预测了铀成矿有利地段两处:1)位于平距900～1 000 m,海拔2 150～2 250 m 的团块状低阻体;2)平距650～800 m,海拔1 880～2 150 m 的椭球状低阻体,此两处与已揭露矿体相关度较高,具有较好的成矿远景。

图6 X506线地面电磁综合断面及地质推断解释图Fig.6 Integrated ground electromagnetic section and geological interpretation of exploration Line X506

综上所述,航空物探异常特征主要反映铀矿床的区域成矿环境特征,可用于快速圈定找矿靶区的位置;地面物探异常特征主要反映了铀矿床的空间发育特征,可以间接用于确定找矿远景区。二者结合,有效地减少了多解性,对于今后的找矿工作具有较好的指导意义。

4 结论

1)芨岭铀矿床航空物探异常特征:矿床航电特征表现为dB/dt曲线呈双峰状异常,视电阻率呈板状中低阻体,磁矢量特征表现为低缓磁异常带。

2)芨岭铀矿床地面物探异常特征:矿床呈扁豆状低阻体,在维性上具有三维片状特征,电阻率值120～180Ω·m,位于ΔT磁异常低缓部位。

3)空、地物探方法虽未实现铀矿直接找矿的目的,但空、地联合及综合物探方法的应用,是减少物探多解性、增加矿体可识别性的有利武器,为今后开展类似工作提供了借鉴。