综合物探测量法在相山红盆地区铀矿勘查中的应用

孟凡兴　山　亚　邱崇涛　冯春园　张　岩

(1.核工业航测遥感中心；2.中核集团公司铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室))



综合物探测量法在相山红盆地区铀矿勘查中的应用

孟凡兴1,2山亚1,2邱崇涛1,2冯春园1,2张岩1,2

(1.核工业航测遥感中心；2.中核集团公司铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室))

摘要中新生代陆相红层与铀矿化具有密切的时空关系，红层的形成时期发育了区域性的铀成矿作用，因此红盆地区地层识别与断裂划分对于进一步开展铀矿勘查工作具有重要意义。本研究以相山地区为例，将音频大地电磁法与土壤氡测量法相结合在红盆地区开展铀矿勘查工作，成效显著，可供类似铀矿勘查工作参考。

关键词音频大地电磁测量土壤氡测量红层铀矿勘查

红层与铀矿化具有密切的时空对应关系，红层与砂岩型、不整合脉型、煤铀型、花岗岩型、火山岩型、古岩溶型等铀矿床关系密切，该类铀矿化不仅在时间上与红层形成相近，在空间上多分布于红层底部，或被其覆盖。红层与铀矿床均形成于拉张构造环境中，红盆为残留构造盆地，控盆断裂表现为隆升、掀斜的特征，红盆两侧的抬升剥蚀程度不一致，一侧或两侧有铀矿化分布的红盆，其内部的基底具有较大的资源潜力[1]。因此，探测和确定红层的厚度及分布形态、划分和识别红盆断裂形态，即为探索矿化赋存部位及其大致展布形态的过程。相山矿田处于红盆边缘，本研究将音频大地电磁测量法与土壤氡测量法相结合在该地区开展铀矿勘查研究。

1区域地质概况

勘查区位于同富—郭岭一带，处于相山矿田西缘，东部有河元背、牛头山等铀矿床产出。地层总体分3层结构，基底为震旦系变质岩，基底之上为上侏罗统火山岩，火山岩之上有上白垩统红层覆盖。区内出露岩性主要有震旦系(Z)千枚岩 、上侏罗统鹅湖岭组(J3e)碎斑熔岩、上白垩统南雄组(K2n)砂砾岩及第四系(Q)冲积、坡积、残积物。上侏罗统鹅湖岭组(J3e)在区内分布广泛，根据岩石结构构造，可划分为碎斑熔岩和熔灰状碎斑熔岩，为铀矿化的主要赋矿层位。上白垩统南雄组(K2n)覆盖于上侏罗统鹅岭组(J3e)之上，主要分布于区内西北部和中部，表现为厚层状岩屑杂砂岩与砂砾岩互层。燕山早期细粒黑云母花岗岩呈岩株产出。花岗斑岩脉较发育，侵入于碎斑熔岩中。区内NW，NE向断裂发育，NE向河元背断裂控制着铀矿化的产出。区内不同岩性的电阻率值见表1。

表1　相山西部地区岩性电阻率

由表1可知：红层即上白垩统南雄组红色砂砾岩呈低阻电性特征，震旦系千枚岩呈中阻电性特征，上侏罗统鹅湖岭组碎斑熔岩呈高阻电性特征。

2综合物探法原理

音频大地电磁法以岩石导电性差异为基础进行电法勘探，该方法利用的场源是由太阳风或雷电引起的天然电磁场，利用的电磁波频率10～100 kHz，可用于探测浅部、深部地质信息，解决勘查区岩性分布、隐伏断裂构造、脉体发育等地质问题[2]。本研究采用美国EMI公司和Geometrics公司联合生产的双源型EH-4连续电导率剖面仪，相对于其余电法仪较为轻便。

氡气为惰性气体，不易与其余元素发生化学反应，因此在断裂构造上方地表易形成较强的氡气晕。氡是铀发生放射性衰变产生的子体之一，在断裂破碎带上方，是一种地下自然存在的特殊气体。由于氡的半衰期较长且溶于水，因此地层深处产生的氡射气有足够的时间通过地下水或沿基岩破裂构造等岩石疏松或孔隙相对较多的地段由地下深处运移至地表，在断层上部的土壤中形成氡的富集带。可见，在断裂破碎带的上方常常存在氡异常。隐伏断裂为氡气从地下向上运移提供了通道，地下氡气沿着该通道向上作团簇运动最终到达地表，所以在隐伏断裂带上测量氡气含量易发现异常，测量隐伏断裂上方土壤中氡含量，有助于获得隐伏断裂的信息[3]。本研究土壤氡测量采用的仪器为国产FD-3017 RaA测氡仪，采用剖面测量方式，与音频大地电磁测量同步进行。

3数据处理方法与异常解译依据

3.1数据处理方法

音频大地电磁测量数据处理流程：①预处理，在对测区天然电磁场信号与噪声特征深入分析的基础上，在时间域序列进行观测信号的选择与识别，剔除噪声干扰，选择有用信号；②反演处理，采用一维Bostick直接反演法处理数据，可基本保持资料的原始面貌。此外，由于区内地形切割剧烈，有必要进行相应的地形改正。

土壤氡测量数据处理流程：首先整理计算每个测点的测量值，依据仪器标定证书中提供的浓度换算因子(K=204 Bq·m-3/(2min)-1)换算为氡浓度值；然后采用算术平均法统计不同地区(区段)的背景值，确定异常下限、高场下限。

3.2异常解译依据

①呈低阻电性特征推测为第四系坡积物、残积物等；②呈高阻电性特征推测为上侏罗统鹅湖岭组碎斑熔岩；③呈中低、中阻电性特征推测为震旦系绢云母千枚岩；④呈中高阻电性特征推测为花岗斑岩脉；⑤等值线梯度带或低阻带、相对低阻带往往为断裂构造通过之处。

4应用成果

4.1GF01#线地质推断解译

GF01#线主要穿越震旦系、侏罗系、第四系等地层，长1 750 m，方向50°，地质推断解译断面见图1。

图1　相山地区GF01#线地质推断解译断面

(1)平距520 m附近。呈现较明显的向下延伸的低阻区，两侧均呈中高阻。氡浓度变化较明显，范围较宽，氡浓度值最高可达8 772 Bq·m-3，推断为F1-1断裂，倾向SW，产状较缓，倾角约65°，下延深度约350 m，在该断裂周围，呈低阻区，并有范围较宽的氡异常，表明岩石破碎较强烈。

(2)平距750 m处。呈较明显的等值线梯度带，具有范围较大幅值较高的氡异常，平距900 m处氡浓度值达19 176 Bq·m-3，推断为F1-2断裂，倾向SW，倾角约75°，规模巨大，下延深度超过900 m，控制着燕山早期花岗岩与上侏罗统鹅湖岭组碎斑熔岩的深部展布。

(3)平距1 025 m处。呈向下延伸的低阻带，氡浓度变化不明显，推断为F1-3断裂，倾向NE，上部产状较陡，下部变缓，倾角约60°，下延深度约380 m。

(4)平距1 425 m处。呈向下延伸的低阻带或相对低阻带，在1 425～1 500 m处，氡异常最大值为12 648 Bq·m-3，推断为F1-4断裂，倾向NE，倾角约75°，规模较大，下延深度超过900 m。在野外作业中，也发现该处岩石具有碎裂迹象。

(5)平距775～1 550 m处。海拔100 m以浅区域，呈层状低阻电性特征，推断为第四系覆盖，厚度一般小于20 m。F1-2断裂的南西部，总体呈中低、中阻电性特征，推断为震旦系千枚岩，厚度大于900 m；F1-1断裂的北东部，呈中阻、高阻电性特征，电阻率变化杂乱，推断为上侏罗统鹅湖岭组碎斑熔岩；在平距325 m处的NE向至F1-1断裂间，海拔0～50 m的区域内，电阻率变化较大，浅部低阻区认为是鹅湖岭组碎斑熔岩与下伏的震旦系千枚岩呈不整合接触。在F1-1断裂周围存有范围较大的低阻区，氡浓度在该区间整体偏高，并存有多处氡异常，反映该地段构造裂隙十分发育，岩石破碎程度较高。

4.2GF03#线地质推断解译

相山地区GF03#线主要穿越白垩系、侏罗系、第四系等地层，其反演电阻率断面如图2所示。

图2　相山地区GF03#线地质推断解译断面

图2横向上呈高低阻相间的电性特征；纵向上呈上低下高的电性特征[5]。图2近地表呈层状低阻电性特征，推断为第四系覆盖，厚度一般小于80 m；在F3-1断裂以西、测线平距0～1 400 m段，海拔 -300 m以上的区域，呈低阻电性特征，反演电阻率一般小于75 Ω·m，推断为上白垩统南雄组砂砾岩，区内最大厚度可达400 m；在F3-1断裂以东，海拔 -300 m以下的区域，呈中高、高阻电性特征，反演电阻率值75～700 Ω·m，均推断为上侏罗统鹅湖岭组碎斑熔岩。平距725～1 050 m处，呈柱状中高阻体，推断为后期侵入的花岗斑岩脉，该脉体呈岩枝状侵入碎斑熔岩中。平距约1 425 m处，呈明显的等值线梯度带，南东侧反演电阻率呈高阻电性特征，北西侧则为低阻电性特征，推断为F3-1断裂，规模巨大，下延深度超过900 m。平距约1 650，1 750， 1 925 m 处，分别呈现3个向下延伸的相对低阻带，依次推断为F3-2、F3-3、F3-4断裂，该3条断裂倾向SE、倾角较陡、规模较小，发育于鹅湖岭组碎斑熔岩中，据地质资料可知，该地段断裂密集，并有多处铀异常点产出。在F3-1断裂东西两侧，均认为是碎斑熔岩，但电阻率差异极大，主要原因是受F3-1断裂和后期侵入的花岗斑岩脉共同影响，导致碎斑熔岩呈低电阻率特征。在F3-1断裂以东，同为碎斑熔岩，浅深部电阻率差异亦较大：浅部岩体电阻率相对较低，主要由于在该区间内有F3-2、F3-3、F3-4等3条断裂平行发育，岩石破碎强烈，并伴有铀矿化；深部电阻率极高，由于未受到构造运动影响，岩石较完整。上白垩统红色砂砾岩厚100～400 m，与下伏上侏罗统鹅湖岭组碎斑熔岩接触面形态相对简单。图2清晰反映了上白垩统红色砂砾岩与上侏罗统鹅湖岭组碎斑熔岩的分布范围，大致反映了铀矿化的控矿因素和赋存空间。

5结语

根据相山地区岩石电阻率参数和地质、钻孔资料，将音频大地电磁测量法和土壤氡测量法相结合，构建了综合物探测量模型，对区内开展了铀矿勘查工作，结果表明：在红盆地区，通过反演电阻率形态和氡异常规模等特征，有效划分岩性并识别断层，从而间接指示出深部铀矿化赋存部位，是该地区铀矿勘查的一种行之有效的方法。

参考文献

[1]张万良.华南红盆与铀矿保存[J].矿产与地质，2007，21(2)：118-121.

[2]朱德辉，朱帝杰.利用综合物探法精准探测弓长岭露天矿采空区[J].金属矿山，2015(10)：163-167.

[3]亢俊健，刘泰峰，李明亮，等.218Po快速测氡法——方法、仪器及其应用[M].北京：地质出版社，2010.

(收稿日期2015-07-21)

孟凡兴(1987—)，男，助理工程师，硕士研究生，050002 河北省石家庄市学府路11号。