江西相山火山岩型铀矿田邹家山与牛头岭矿区地球物理特征对比研究

戴清峰，方根显，林万里

(东华理工大学核工程与地球物理学院，江西南昌 330013)



江西相山火山岩型铀矿田邹家山与牛头岭矿区地球物理特征对比研究

戴清峰，方根显，林万里

(东华理工大学核工程与地球物理学院，江西南昌 330013)

江西相山火山盆地是我国火山岩型铀矿的重要产地，其地形复杂，切割强烈，矿藏分布不均，各矿区具有不同的地球物理特征。利用相山地区重力资料，结合磁法、MT数据以及相关地质资料，运用地球物理反演，比较了邹家山与牛头岭矿床，并用钻孔、遥感以及地质资料做了验证。推测相山矿田存在东、西双岩浆活动中心，邹家山与牛头岭之间存在大型断裂带，两边各有次生断裂，两地矿床在成矿地质环境、物质来源以及成矿深度上存在差异。

相山铀矿田 地球物理特征 反演技术 钻孔 江西

Dai Qing-feng, Fang Gen-xian, Lin Wan-li. Comparison of geophysical characteristics between the Zoujiashan and Niutoushan deposits in the Xiangshan uranium orefield, Jiangxi Province[J]. Geology and Exploration, 2015, 51(3):0555-0562.

相山火山盆地蕴藏着丰富的矿产资源，是我国火山岩型铀矿重要产地，其中邹家山与牛头岭地区分别是相山矿田的两个重要矿床区，且邹家山矿床是相山地区最大的铀矿床。前人对其研究从未中断，期间进行了大量的勘探工作，探明了一系列铀矿床和铀矿化点带，取得了丰硕成果。

近些年，邵飞等(2008)、张万良等(2010)对相山矿田成矿模式进行了研究。姜耀辉等(2004)讨论了相山地幔流体成矿可能性，阐明地幔流体成矿特征，邵飞等(2008)进一步对相山成矿物质来源进行探讨，认为岩浆作用实现了铀从“源”到“汇”之间的物质转换，水-岩相互作用对相山铀成矿起到重要作用。魏祥荣等(2006)说明邹家山-石洞断裂带的控矿作用，郑光高等(2011)具体研究了邹家山矿床构造与矿化垂直分带特征。魏祥荣等(1996)、曹受孙等(2008)、刘彦华等(2009)都运用重力和磁法等资料研究过相山地区，但并没有对相山铀矿田不同矿区地球物理特征进行对比研究，也未利用重磁资料对相山铀矿田的成矿物质来源及成矿环境作更深入的对比分析。笔者在以上理论研究基础上，参考吕庆田等(2012)对庐枞矿集区结构特征重磁研究及成矿指示和张德会等(2011)对成岩成矿深度的研究，综合利用重力、磁法及MT资料，运用地球物理反演方法，进一步推测相山存在东、西双岩浆活动中心，并对比邹家山与牛头岭矿区成矿地质环境，最后，结合钻孔、遥感和地质资料进一步验证推测。

1 地质背景

相山火山盆地位于扬子板块与华夏古陆两大构造单元的交接带，赣杭构造火山岩轴成矿带与赣中南花岗岩轴成矿带的结合部位。盆地内蕴藏着丰富的铀矿资源，但其地形复杂，切割强烈，矿藏分布不均，区内主要为中低山区，正向地形，中间高、四周低，邹家山位于相山西部，牛头岭位于邹家山西南角。矿田受相山火山-侵入杂岩控制，产于EW向、NE向等多组基地构造的复合部位,杂岩体平面形态呈椭圆形，东西长约26km，南北宽16km，面积约316km2。相山盆地总体为一塌陷型火山盆地，基底以震旦系片岩、片麻岩为主，其内火山岩系由上侏罗统打鼓顶组(J3d)和鹅湖岭组(J3e)组成(沿用早期资料)，其中打鼓顶组由中、酸性火山熔岩、火山碎屑岩和沉积岩组成，鹅湖岭组主要由流纹质碎斑熔岩组成。矿田内存在相山一破火山口，并无发现几处火山喷发中心(图1)。邹家山矿区内地层出露简单，主要为晚侏罗世碎斑熔岩，含矿主岩为流纹英安斑岩和碎斑熔岩，矿床内断裂构造主要为NE向邹-石断裂带，由一系列平行的首尾相接的裂隙带组成。牛头岭矿区含矿主岩与邹家山矿区大致相同，西部即为邹-石断裂带，内部存在多处小的次生断裂。

2 物性分析

研究相山地区的岩矿石物性参数是做好地球物理工作以及更好解释地质现象的前提。统计相山地区已有钻井和物性资料，总结出相山地区主要岩性可分为三类：第一类为震旦系变质岩,平均密度2744kg/m3；第二类为上侏罗统火山系，包括打鼓顶组流纹英安岩和鹅湖岭组碎斑熔岩，平均密度分别为2624kg/m3和2687kg/m3；第三类燕山晚期花岗斑岩，平均密度2641kg/m3，其物性见表1。

从表中可以看出，基底变质岩平均密度相对较大，较火山岩系、白垩纪红层、花岗斑岩和花岗岩以及三叠系和石炭系砂岩之间存在一定的密度差，表明区内存在多个不同密度值界面，这些不同密度值界面也是重力数据进行三维反演的必要前提。

3 重力数据处理与解释

重力勘探是测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常以确定这些地质体存在的空间位置﹑大小和形状﹐从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。重力的变化与地下物质密度分布不均匀有关，而物质密度的分布又与地质构造及矿产分布有密切的联系(曾华霖，2005)。从相山地区1∶50000剩余重力异常图(图2)可以看出，NE向沙洲-奥村-戴家村至相山-芙蓉山一带为重力低值区，呈“J”型展布，西部与南部边缘也为重力低值区，此外还有少部分重力低值区散布于中部地区；重力高值区则散布于研究区中心及北部、东部边缘，区内整体重力场正负异常值相间；邹家山与牛头岭重力值存在差异。由于重力资料是地球自然场的反映，它包含了地下所有不均匀地质体的叠加信息，而邹家山与牛头岭重力资料上的差异也反映出两地地质构造以及矿产分布可能存在着不同。

图1 相山铀矿田地质略图Fig. 1 Schematic geologic map of Xiangshan uranium ore-field 1-白垩系红层；2-鹅湖岭组火山沉积岩；3-打鼓顶组火山沉积岩；4-安源组黑色碎屑岩；5-震旦系变质岩；6- 花岗斑岩；7-花岗岩；8-破火山口；9-断裂 1-Cretaceous red bed; 2-Ehuling Formation volcanic rock; 3-Daguding Formation volcanic rock; 4-Ayuan Formation black clastic rock; 5-Sinian metamorphic rock; 6- porphyry; 7-granite; 8-caldera; 9-fault表1 相山地区主要地层岩石密度参数表Table 1 Density of values main rocks in Xiangshan area

地层代号岩性密度(kg/m3)变化范围平均值K砂砾岩2516～25672533J3e2碎斑熔岩2545～26772624J3e1砂岩2680～27762721J3d2流纹英安岩2644～27762687J3d1砂岩2655～27872719a砂岩2523～26222589h砂岩2578～26122592Z片岩、千枚岩2688～28202744γπ花岗斑岩2600～26662641γ花岗岩2633～26622646

注：数据引自龙期华(2002)硕士论文

为了更好地研究相山矿田及邹家山与牛头岭地区成矿地质环境，对相山矿田地下7000m处进行重力异常反演成图(图3)，可以清晰地看出：

(1) 重力低值区呈带状集中分布于研究区西部、东南角以及相山中心区，重力高值区则集中分布于研究区北部、北东角以及呈“葫芦状”分布于湖溪-鸡笼庵-石洞一带，邹家山与牛头岭重力值存在差异，邹家山处于重力正值区，牛头岭则处于重力负值区。

(2) 邹家山-牛头岭之间为线性重力高与重力低的过渡带，而邹家山-石洞一线为重力异常正值区，其两侧为重力异常负值区，使得邹家山-石洞一线成为两侧异常特征明显不同的分界线，说明邹家山与牛头岭之间存在断裂带，此断裂带对两地有一定的控矿作用。

(3) 牛头岭-石洞、邹家山-石洞都是线性重力高与重力低之间的过渡带，并且过渡带的长短存在差异，推测牛头岭和邹家山周边各自都存在次生断裂，而次生断裂构造也有一定的控矿作用，这些发育不同的次生断裂构造对牛头岭和邹家山的矿产分布造成影响,使得两地成矿地质环境出现不同，矿藏埋藏存在差异。

图2 相山地区1∶5万地表剩余重力异常图Fig.2 Map of 1∶50000 scale showing residual gravity anomalies of Xiangshan area

图3 相山地区1∶5万重力异常反演图(深度：7000 m)Fig.3 Map of 1∶50000 scale showing gravity inversion of Xiangshan area (at depth 7000 m)

此外，对相山重力异常三维图(图4)切片可以得到不同深度重力异常分层图(图5)，从上至下每层距离地表的深度分别为1000m、4000m、7000m、10000m，从图中可以直观地看出重力异常的整个变化过程。得到相关认识：重力低值异常区分布于研究区西部边缘和东部相山中心地区，由于重力高值异常为高密度地质体导致，重力低值异常对应地下低密度地质体，而相山地区重力异常与地表出露岩浆岩对应良好。从重力异常值的范围和大小结合地质特征判断，重力异常由岩浆引起，推测相山存在东、西双岩浆活动中心；相山地区成矿物质来源受岩浆活动影响大，岩浆作用实现了铀从“源”到“汇”之间的物质转换。而邹家山和牛头岭受之间断裂带阻隔，靠近东、西向不同岩浆活动中心，受不同岩浆活动中心影响，其成矿物质来源不同；在-1000m处以相山为中心的重力低值区仍清晰可见，但西部重力低值区就相对模糊了。再对比两地其他深度切片图，看出岩浆从地下深部往上侵入，其侵入深度是不同的，东部相山岩浆活动中心岩浆侵入深度较西部岩浆侵入要深。由于邹家山与牛头岭受不同岩浆活动中心影响，加之到不同岩浆活动中心距离不同，导致两地成矿深度存在差异。对比两地重力异常三维剖面图(图6)，显然两地重力异常值自上至下存在差异。牛头岭重力异常值从中间向两端大致呈对称分布，重力异常值也由中间向两端递减，整体为重力异常负值区；邹家山重力异常值从地表向下经过低到高再到低的过程，整体为重力异常正值区，说明邹家山与牛头岭的成矿深度和成矿地质环境存在差异。

图4 相山地区重力反演异常3D图Fig.4 3D view of gravity anomalies in Xiangshan area from inversion

4 磁法及MT数据处理与解释

以上重力数据特点论证了邹家山与牛头岭两者的不同，为更好地推断相山矿田存在东、西双岩浆活动中心以及两地成矿地质环境存在差异，对相关岩(矿)石密度以及磁法数据进行3D处理，分别得到相山盆地变质岩3D分布图(图7)以及高(低)磁化率3D分布图(图8)。

图5 相山地区重力反演异常分层图Fig.5 Layering view of gravity anomalies in Xiangshan area from inversio

图6 牛头岭与邹家山重力异常3D剖面图Fig.6 3D view of gravity anomalies in Niutoushan and Zoujiashan

变质岩本身的密度值变化较大(2.76 g/cm3～2.98 g/cm3)，图7(a)为密度数据体的3D展布，图7(b)是大于2.76 g/cm3密度数据体的3D展布(视角从南往北，从底向顶看)，对比图7(a)、图7(b)两图可以看出，盆地的高密度体(变质岩)东南角、南、西三边深部均被低密度取代(结合相山相关地质资料，推测低密度体为加里东期的花岗岩)，中心也为低密度取代(低密度体推测为碎斑熔岩)，北部从地表至-3000 m均为高密度体(变质岩)。因此，推测邹家山以东为以碎斑熔岩为主的相山火山活动中心，牛头岭以西为以花岗岩为主的火山活动中心，且四周被变质岩体所包围。

图7 相山盆地变质岩3D分布图Fig.7 3D view of metamorphic rock in Xiangshan basin

图8(a)为磁化率数据体的3D展布，图8(b)是大于0.007SI高磁化率数据体的3D展布(视角从南往北，从底向顶看)。从图8(a)、(b)可以看出，以芙蓉山-相山一线为高磁化率体，邹家山附近存在一高磁化率体，东南角存在一高磁化率体，且相对之间存在明显分界面。结合相山地质资料可以推断，这些高磁化率表示在燕山期受侵入体影响。图8(c)是小于0.004SI低磁化率数据体的3D展布(视角从南往北，从底向顶看)。从图8(c)可以看出，盆地北部及北东部的变质岩为低磁化率，而南西两边的变质岩为中高磁化率，东邹家山地区与西牛头岭地区低磁化率展布不同，说明相山盆地变质岩后期经过了不同的演化。

图8 相山盆地高(低)磁化率3D分布图Fig.8 3D distribution of high and low susceptibility in Xiangshan basin

图9 大地电磁二维反演结果图Fig.9 Profile showing two-dimensional inversion of MT data 1-变质岩；2-碎斑熔岩；3-花岗岩流纹英安岩 1-metamorphicrock; 2-porphyroclast lava; 3-granite hyodacite

综上所述，东邹家山地区与西牛头岭地区岩性存在差异。变质岩后期经过不同演化过程，两地区在演化过程中表现出的差异将造成其成矿地质环境的不同。燕山期，东邹家山区与西牛头岭区都受到侵入体的影响，其间明显的分界面则表明两地侵入体的来源是不同的。因此，可推断相山矿田存在东邹家山和西牛头岭两个岩浆活动中心，且两地区的成矿地质环境存在差异。

大地电磁测深(MT)是以天然大地电磁场为场源，以电磁感应效应为基础的一种电法勘探方法。为了更好地分析邹家山和牛头岭地区成矿地质环境存在的差异，选取芙蓉山-上元测线MT数据(测线横穿邹家山与牛头岭中间部位)，处理得到深度与电阻率的二维反演结果图(图9)，从而对两地周边地质环境进行分析。

相山地区物性测试结果表明，变质岩总体上表现为低电阻率，碎斑熔岩表现为高电阻率，而花岗斑岩和流纹英安岩则表现相对高电阻率的特点。根据反演成果中所反映出的电阻率变化，结合相关地质资料，可以推测出岩性的大致分布范围以及断层的相对位置。从图中可以看出，测线上存在多处断裂带以及次生断裂，分布于邹家山与牛头岭周边，对两地的矿产具有一定的控制作用，致使两地成矿地质环境出现差异。

5 钻孔与地质遥感资料验证

为了更好地验证邹家山与牛头岭之间存在的差异，对两地钻孔资料进行统计，对比分析两地岩性、矿产埋藏深度及分布状况，得到以下信息：

(1) 邹家山出露岩性主要为碎斑熔岩、流纹英安岩、砂岩及少量花岗斑岩；牛头岭出露岩性主要为碎斑熔岩、流纹英安岩及少量花岗斑岩，与邹家山岩性种类差异较小，但相同岩性的位置和埋深存在一定差异。

(2) 经统计，邹家山地区矿化带垂深与牛头岭地区不同。邹家山矿化带垂深最大达到千米以上，平均在600～800m不等，而牛头岭矿化带垂深在500m范围内，结合地质资料验证，两地矿化带在形态和范围上存在差异。

(3) 钻孔数据统计还发现，邹家山地区钻孔数相对较多，但钻孔出矿率较低，矿藏分布不集中；牛头岭地区钻孔数较少，但出矿率较高，矿藏分布相对较集中，结合两地地质资料发现，邹家山矿床与牛头岭矿床在分布、埋深以及出矿量上都差异较大。

通过ALOS遥感影像数据处理和解译，在相山火山盆地中发现具有复杂结构的环形构造，两矿区内分别存在不同环形构造，且东邹家山区环形构造范围相对较大，构造中心接近相山破火山口处。西牛头岭区存在的小型环形构造，其中心位于牛头岭西北向处。结合岩石磁组构测量确定的岩浆流动方向，两区岩浆活动并无明显交汇，且被邹-石断裂带阻隔，因此不属同一火山构造系统。

根据相山铀矿田最新地质资料，在东邹家山区新发现了大量隐爆碎屑岩及霏细(斑)岩脉，而西牛头岭区并无发现。这些隐爆碎屑岩及细斑花岗斑岩脉、霏细(斑)岩脉具有多期次发育的特点，多数见有较多细脉浸染状黄铁矿，有的见富黄铁矿或镜铁矿的角砾，显示它们和富S、Fe气液活动有较密切关系。说明东邹家山区存在一岩浆活动中心，且与西牛头岭区无关。

此外，通过对相山盆地精确同位素年龄测定，发现东邹家山区与西牛头岭区同位素年龄存在差异。邹家山矿床铀矿脉中水云母年龄为122.8Ma，牛头山ZK26-101孔铀矿脉旁水云母年龄为109.2Ma，推测是由不同地质背景造成。同时，两矿区在野外火山集块岩分布、碎斑熔岩中变质岩角砾的定向性产状、浆屑产状及环状断裂、节理等产状也不相同。因此，可推断相山矿田存在东邹家山与西牛头岭不同岩浆活动中心。

6 结论与讨论

(1) 推断相山存在东、西双岩浆活动中心。邹家山地区离东部岩浆活动中心较远，受岩浆活动影响较小，矿体埋藏较深；相反，牛头岭地区离西部岩浆活动中心较近，受岩浆活动影响较大，矿体埋藏较浅。

(2) 邹家山与牛头岭之间存在大型断裂带，两地各有次生断裂构造。从重力异常值的范围和大小结合地质特征识别断裂带的存在，断裂带和次生断裂使得邹家山和牛头岭两地的矿产埋深及分布特点各不相同，这点从钻孔数据处理中得到验证。

(3) 邹家山与牛头岭地区成矿物质来源不同。成矿物质与岩浆的生成和侵入密切相关，从不同深度重力反演异常中可以推断邹家山地区成矿物质来源与东部岩浆活动中心有关，而牛头岭地区成矿物质来源受到西部岩浆活动中心影响。

上述结论，让我们对相山矿田地质构造以及邹家山和牛头岭地区的成矿地质环境有了更全面的认识，对地球物理反演方法在地质解释中的作用有了更深入的了解，同时对相山矿田的基础地质研究和深层找矿靶区选定有一定的借鉴意义。

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[附中文参考文献]

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Comparison of Geophysical Characteristics between the Zoujiashan and Niutoushan Deposits in the Xiangshan Uranium Orefield, Jiangxi Province

DAI Qing-feng, FANG Gen-xian，LIN Wan-li

(EastChinaInstituteofTechnology,SchoolofNuclearEngineeringandGeophysics,Nanchang,Jiangxi330013)

The Xiangshan volcanic basin is an important locality of uranium ore in China. It has a complex terrain and strong incision, where mineral resources are unevenly distributed. Every deposit of this orefiled should have distinct geophysical characters. By using gravity data, combined with magnetic and MT data as well as relevant geological literature, this work compared the Zoujiashan and Niutoushan deposits in this area through geophysical inversion. The results show that these two deposits are different in some aspects, which is verified drilling, remote sensing and geological data. It is speculated that there exist two igneous activity centers in the Xiangshan region. A large fault zone is present between the two mountains, Zhoujiasan and Niutoyuling, with secondary faults on either side. The two deposits are also different in the metallogenic geological environment, source material and the depth of mineralization.

Xiangshan uranium ore-field, geophysical characteristics, inverion technique, drill hole, Jiangxi

2014-08-14；

2015-01-21；[责任编辑]陈伟军。

放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室开放基金项目(编号：2011RGET02)、江西省教育厅科技项目(编号：GJJ12376)和三维地质填图相山火山盆地深部地质调查(编号：1212011120836)联合资助。

戴清峰(1989年-)，男，东华理工大学在读研究生，研究方向为重磁与地震勘探。E-mail:yctcdaiqingfeng@163.com。

方根显(1963年-)，男，副教授，主要从事勘查地球物理专业方面的教学和科研工作。E-mail：1276256517@qq.com。

P618

A

0495-5331(2015)03-0555-08