陈 涛，陈 聪，王生云，周俊杰，胡 渤

高精度磁法和音频大地电磁测深法在红石泉铀成矿区的应用

陈 涛，陈 聪，王生云，周俊杰，胡 渤

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

通过分析研究红石泉铀矿区主要岩石的物性参数，总结了研究区的电、磁异常特征，发现不同地层和岩体存在明显电性、磁性差异。进而应用地面高精度磁法和音频大地电磁探测工作，获取了研究区的磁异常及地下电性资料，得出了测区磁异常信息和地下电阻率分布规律，增加了对研究区地球物理特征及区域深部构造空间分布情况的了解；结合含矿主岩与肉红色中粒花岗岩的伴生关系，推断了红石泉铀矿区隐伏伟晶状白岗岩体的深部延伸情况，揭示了深部铀成矿的可能性，为进一步铀矿勘查部署提供技术支撑。

地球物理特征；高精度磁测；音频大地电磁；隐伏伟晶状白岗岩

甘肃龙首山红石泉铀矿床位于祁连—昆仑铀成矿省之龙首山—祁连山铀成矿带西段[1-2]，是我国少有的伟晶状白岗岩型铀矿床，与纳米比亚的罗辛矿床有诸多相似之处[3]。自20世纪50年代以来，先后有多家单位在龙首山地区开展了铀矿普查和综合科研工作，做了大量的放射性测量和浅层钻探，较系统的总结了龙首山地区铀成矿条件及矿床成因规律。近年来，龙首山地区部分矿床深部及外围勘查成果表明，已知矿床区仍具有巨大的找矿潜力，显示深部存在第二找矿空间。随着找矿工作的推进，深部肓矿探测已经成为龙首山铀成矿带的主要找矿方向。作者运用地面高精度磁测和音频大地电磁法（Audio-frequency magnetotelluric method, AMT）在红石泉地区开展了进一步的研究工作，利用得到的电、磁数据资料对研究区地球物理特征和伟晶状白岗岩体的深部延伸情况进行了深入分析，为下一步铀矿勘查工作提供依据。

1 地质概况

红石泉铀矿床位于华北地台西缘、阿拉善地块南缘的龙首山拱断带西段，南接河西走廊过渡带，北邻潮水盆地[4]。研究区出露地层较多，主要有古元古界龙首山群（Pt1）、中元古界蓟县系墩子沟群（Pt2）、新元古界震旦系韩母山群（Z2）、下石炭统（C1）、下侏罗统（J1）及第四系（Q）（图1）。区域上褶皱和断裂构造非常发育，大地构造单元均以长期活动的深断裂为主。研究区及周边岩浆活动自中条期到燕山期均有发育，其中以中条期和加里东期最为强烈。岩石发育主要以侵入岩为主，且有超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩、碱性岩等多种类型，其中花岗岩类最为广泛且花岗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。伟晶状白岗岩在区内特别发育，铀矿体产于侵入到下元古界龙首山群中的伟晶状白岗岩体中。

1—第四系；2—下白垩统；3—下侏罗统；4—下石炭统；5—新元古界震旦系韩母山群；6—中元古界蓟县系墩子沟群；7—古元古界龙首山群；8—肉红色中粒花岗岩；9—碱性岩；10—伟晶状白岗岩；11—铀异常点；12—地面高精度磁测测区；13—AMT测线；14—断裂构造；15—测线名称。

2 岩石物性特征

根据已知资料[5-7]，龙首山群板岩和大理岩整体可视为相对稳定的弱磁性层；第四系洪积物砂砾石层和风化物磁性较弱；肉红色中粗粒斑状花岗岩、肉红色中粗粒斑状黑云母花岗岩、灰白色中粗粒花岗岩和花岗闪长岩具有较强磁性。区内各地层及岩石电阻率差异也较大，大理岩、花岗岩有明显的高阻特征；第四系砂岩则表现为明显的低阻特征。

为了对研究区岩石物性特征有更加具体的了解，在红石泉地区采集了部分岩石标本并开展了物性测试与验证工作，经测试统计得到物性参数统计结果如表1所示。由表1可知肉红色中粒花岗岩的磁化率为329.3×10-5～ 917.3×10-5SI，表现明显的高磁特征；片麻岩、伟晶状白岗岩和大理岩的磁化率常见值不高于20×10-5SI，与肉红色中粒花岗岩的磁性有明显差异。电性特征方面，伟晶状白岗岩电阻率为1 300 ～ 11 956 Ω·m,明显高于除大理岩外的其它岩石。综合前人物性研究成果可知，研究区内不同地层和不同岩石组合之间存在明显的电性及磁性差异，伟晶状白岗岩与其它岩性相比具有高阻、低磁的典型地球物理特性。

表1 红石泉地区主要岩石物性参数统计表

3 地球物理方法

3.1 地面高精度磁测

磁法勘探是利用地壳内各种岩（矿）石间的磁性差异所引起的磁异常来寻找有用矿产或查明地下地质构造的一种地球物理勘探方法[8]。该方法具有明显的体积效应，横向分辨能力较好。本次磁测工作采取比例尺1:10 000的高精度磁法面积测量，测量仪器为GSM-19T质子磁力仪。实际测量工作中垂直岩体走向布设测线，测线方向13°，测量面积8 km2（图1）。

磁异常是地下磁性体的综合反映，磁异常（Δ）的求取主要包括日变改正、正常场改正和高度改正等步骤。本次工作中日变改正采用GSM-19T质子磁力仪自带软件程序GEMLink5.0完成，正常场改正和高度改正利用国际地磁参考场（IGRF）模型计算完成。

得到Δ之后，通过化极处理减弱斜磁化影响，既易于分辨某些叠加异常，又有利于圈定磁性体的边界和走向；通过向上延拓方法将原观测高度上的数据转换到海拔更高的观测面上，使中浅层规模较小的地质体产生的高频异常更快地衰减，从而突出规模大且埋藏深的地质体产生的低频异常，最后通过Oasis Montaj、Surfer等软件进行处理并成图。

3.2 音频大地电磁法

音频大地电磁法（AMT）是利用天然大地电磁场作为场源，测定地下岩石的电性参数，并通过研究地电断面的变化了解地质构造，达到找矿、找水等目的[9]。该方法的特点是纵向分辨率较高，可区分岩体接触位置及深部延伸情况。

本次工作共布设四条AMT剖面，均匀分布在研究区内，并与磁测剖面L6、L13、L19和L26重合（图1），以期达到了解岩体平面延伸和深部发育情况的目的。本次数据采集使用加拿大Phoenix公司生产的V8多功能电法仪，该仪器具有轻便、观测灵活、配置可选择、工作温度范围宽、接收单元可通过GPS同步等特点[10]。布极方式采用张量方式。野外数据采集时采用一个V8主机和2个RXU-3ER接收盒同时工作，各自采集电道，用一个磁道的采集方式。

AMT数据处理流程主要包括前期的数据预处理和后期的反演计算。预处理能得到大致反映地下介质情况的视电阻率和相位信息，为后期的反演做准备。反演计算最终得到地下介质的真实电阻率分布。目前成熟的反演软件有EMAGE-2D和Pioneer，通过对比研究两种反演软件的最终反演结果，最终采用Pioneer软件反演得到的结果。

4 地球物理特征及隐伏岩体推断

通过对磁测数据进行处理，发现研究区不同地层和岩体有明显磁性差异，Δ变化范围在-140～ 300 nT之间。磁异常化极等值线图（图2a）显示，研究区整体磁异常北低南高，北部呈中低磁异常，中东部呈低磁异常，南部则表现为高磁异常。图2b是上延200 m后的化极磁异常图，通过上延可对浅地表不均匀磁性体引起的干扰进行有效压制，上延后的化极磁异常特征更加明显，由于肉红色中粒花岗岩表现为高磁性，南部脉状高磁异常特征很好地反映了研究区内肉红色中粒花岗岩的分布范围。从图2中可以看出高磁异常沿控矿岩体走向往东连续且有一定延伸，高磁异常一直穿过AMT剖面L26线往东到达研究区边界处，南北平均宽度约400 m。北部区域磁场基本平稳，结合地质资料推测低磁区为白垩纪、石炭纪地层。由于研究区伟晶状白岗岩体与变质地层（片岩、片麻岩、大理岩等）及石炭纪地层（砂泥岩、灰岩等）都具有无磁或弱磁的磁性特征，仅靠磁异常特征不易区分，在研究区同时开展了AMT测量。

通过AMT测量主要查明了研究区主要岩体在深部的延伸情况。4条AMT剖面电阻率值多为几个 ～5 000 Ω·m，其中剖面L6、L13、L19的电阻率分布规律相似，根据地质资料，这三条测线南端不同位置都依次穿过东西走向的肉红色中粒花岗岩和伟晶状白岗岩，可以确定三条剖面南端的高磁异常都是由肉红色中粒花岗岩引起，低磁高电阻率部分由伟晶状白岗岩导致。在此以典型的L13剖面和L26剖面进行对比分析。

图3所示为L13剖面的物探测量综合成果及地质解译图。磁异常曲线在剖面0～400 m呈现高磁异常，且跳变明显，异常幅值超过200 nT，推测是肉红色中粒花岗岩体磁性的反映。剖面400 m向北磁异常曲线平稳，表明地下浅部无高磁性岩体。电阻率断面图显示整条剖面地下介质电阻率值差异较大，剖面北部电阻率大多小于200 Ω·m，推测与之对应的是龙首山群变质地层和石炭纪地层。整条剖面主要在400～500 m和1 000～1 700 m两处电阻率值超过1 000 Ω·m，结合地质资料可知，剖面400～500 m处出露的高阻体为东西走向且北倾的伟晶状白岗岩体，该岩体向深部有一定的延伸，表明矿体有向深部延伸的可能；剖面1 000～1 700 m处块状形态高阻体应为石炭纪硅质灰岩。

a—化极磁异常；b—上延200 m化极磁异常。

1—石炭纪砂岩；2—石炭纪灰岩；3—片岩、大理岩；4—肉红色中粒花岗岩；5—伟晶状白岗岩。

1—石炭纪砂岩；2—石炭纪灰岩；3—片岩、大理岩；4—肉红色中粒花岗岩；5—伟晶状白岗岩。

L26线布设于控矿岩体露头向东约400 m处，其目的是揭示隐伏伟晶状白岗岩体的空间延伸情况。L26剖面磁异常曲线在剖面0～700 m之间有明显跳变，异常幅值超过200 nT，与L13线南端的高磁异常特征类似，结合L13剖面结果推测该磁异常是肉红色中粒花岗岩体的反映；L26剖面700 m以北的磁异常曲线基本平稳，且值较低，表明地下浅部不存在高磁性岩体。L26剖面综合物探成果图（图4）较L13线稍复杂，整条剖面电阻率较高，高阻区在横向上分布较为分散，但剖面上存在两大主要高阻区的规律与L13剖面保持一致，仅是相对位置略有变化。L26剖面400～800 m处的高阻区在电阻率值和直观形态上与L13剖面400～500 m处的高阻区都十分接近，且同样向北倾斜，参考地质资料和区域岩石物性特征，推测该高阻区为伟晶状白岗岩体在地下横向上的延伸，即该处存在隐伏伟晶状白岗岩。L26剖面1 200～1 800 m块状形态高阻同样与L13剖面1 000～1 700 m高阻有一定相似性，推断该处为石炭纪硅质灰岩。

综合高精度磁测和AMT剖面解译结果，肉红色中粒花岗岩主要呈现出高磁化率和低电阻率的特征，化极磁异常图上为东西向脉状连续高磁异常，磁异常幅值和规模都很大，东西向延伸从L6线直到测区东部边界，南北宽度约400 m，推测岩体在东部隐伏，其水平长度范围约1 000 m，从上延结果来看，肉红色中粒花岗岩体边界更加清晰，207铀矿床处于磁异常的过渡带上。伟晶状白岗岩体是铀矿的赋矿岩体，主要呈现高电阻率低磁化率的特征，在4条剖面的南端都有很好的体现，表明在测区东部（见L26线）仍有伟晶状白岗岩体隐伏，其产状特征和肉红色中粒花岗岩类似，推测平面范围向东延伸约1 000 m，向下延伸到海拔约1 800 m。由地面高精度磁测和AMT结果综合推断，测区肉红色中粒花岗岩和伟晶状白岗岩体出露部位以东古元古界龙首山群区域仍有较大铀成矿潜力，其有利成矿位置为上延磁异常的梯度带区域。

5 结 论

1）研究区不同岩性岩石的物性特征差异明显，根据物性测试统计结果总结了不同岩性岩石的地球物理规律：研究区伟晶状白岗岩呈现高电阻率低磁化率的特征，与其伴生的肉红色中粒花岗岩呈现低电阻率高磁化率的特征。

2）利用上述规律，通过地面高精度磁测和AMT测量结合的方法，对该区域不同岩性界面以及深部构造在空间上的延伸情况进行了推测。通过分析地电断面上大致相同位置的高阻体分布规律，并参考L13剖面相对应高阻处出露的岩性，结合磁异常特征，预测研究区东部地下深部存在一定规模隐伏伟晶状白岗岩体。由于研究区已知铀矿主控矿岩体为伟晶状白岗岩，推测肉红色中粒花岗岩和伟晶状白岗岩体出露部位以东古元古界龙首山群区域仍有较大铀成矿潜力，在深部可能存在良好的成矿环境，对今后深部找矿工作有很大的参考价值。

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Application of high-precision magnetic method and AMT in Hongshiquan uranium deposit area

CHEN Tao, CHEN Cong, WANG Shengyun, ZHOU Junjie, HU Bo

(Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China)

By analyzing the physical parameters of the main rocks in Hongshiquan uranium deposit area, the characteristics of electrical and magnetic anomalies in the study area were summarized, and found that there were obvious differences in electrical and magnetic properties between different strata and rock masses. Furthermore, the magnetic anomaly and underground electrical property data of the study area were obtained by applying ground high-precision magnetic survey and audio-frequency magnetotelluric method. The magnetic anomaly information and the distribution law of underground resistivity were obtained, the understanding of the geophysical characteristics and the spatial distribution of deep structures in the study area was increased; Combined with the associated relationship between the ore-bearing host rock and the fleshy red medium-grained granite. The distribution range in the underground of the concealed pegmatoid alaskite was inferred, and the possibility of deep uranium mineralization was revealed, which provides technical support for further uranium exploration deployment.

geophysical characteristics; high-precision magnetic survey; AMT; concealed pegmatoid alaskite

P619.14；P631

A

1672-0636 (2021) 03-0351-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2021.03.008

中国核工业地质局科研专项（编号：201654）资助。

2021-01-22

陈涛（1991— ），男，湖南澧县人，本科，主要从事铀矿地球物理勘查工作。E-mail: 739055847@qq.com