下庄矿田铀矿勘查中综合物探法的应用实践*

李英宾 孙栋华 谢明宏 刘 波 张 伟

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

下庄矿田是我国花岗岩型铀矿的重要产地，也是南岭铀-多金属成矿带中铀矿富集区之一。该矿田内铀成矿条件优越，找矿成果显著，至今其深部仍具有较大的铀矿找矿前景[1]。矿田内的断裂构造严格控制了铀矿床、矿(化)点的分布，是该区开展“攻深找盲”工作的关键所在。研究区位于下庄矿田竹筒尖地区，本研究通过综合应用AMT[2-3]、地面伽玛能谱和RaA测氡综合测量在该区进行深部铀矿找矿勘探研究，来划分岩体界线，查明研究区断裂构造的空间形态及其含矿性，进而推断成矿有利部位，为在下庄矿田内进一步开展铀矿深部找矿工作提供借鉴。

1 研究区概况

1.1 地质特征

图1 研究区地质特征

1.2 地球物理特征

1.2.1 岩体电性特征

研究区岩体电阻率参数见表1。

表1 岩体电阻率参数

1.2.2 岩石放射性特征

研究区岩石放射性参数见表2。由表2可知：①Th含量在不同期次、不同阶段花岗岩中的分布差别较大，利用Th含量可以大致划分研究区内中粒斑状黑云母花岗岩与细粒二云母花岗岩的界线，有效弥补了按照电性特征难以划分该区中、细粒花岗岩界线的不足；②U含量和K含量受构造活动和热液活动的影响，在岩石中含量局部升高和变低，故可利用该特征来寻找隐伏断裂[5]。

表2 岩石放射性特征参数[6]

2 综合物探法原理

2.1 方法原理

(1)AMT。AMT以交变电磁场理论为基础，低频段主要通过接收天然电磁场信号，高频段可以选择接收人工发射信号来探测地下不同电性地质体的分布特征，频率较高的数据反应浅部地层特征，频率较低的数据则反应较深的地层信息。AMT原理和大地电磁测深法一致，测量频率为1～20 000 Hz。由于仪器轻便，数据采集时间较短，成本较低，且不受高阻层屏蔽的影响，已被应用于矿产勘查和工程勘查等多个领域。该方法在覆盖层较厚的区域有独特优势，尤其在硬岩地区探测隐伏断裂效果较明显[7-8]。

(2)地面伽玛能谱测量。地面伽玛能谱测量可以快速、直接地分别测定被测对象中U 、Th、K 3种放射性核素的含量。在硬岩地区进行铀矿勘查时，该方法在区分铀、钍矿床，研究铀元素的迁移、富集规律以及发现与评价铀矿床等方面显示了独特优势。此外，在研究与放射性元素共生的其他矿床、寻找钾盐矿床以及化探找铀方面也发挥了重要作用[9-10]。

(3)RaA测氡。一般来讲，裂隙和构造都能为氡气提供良好的通道[11]。当压力、抽吸力以及扩散、对流等条件满足时，氡气即可被运移至地表，氡气所到之处必有它的固态子体沉淀或附着于通道上，因此在地表可通过测量发现裂隙和构造的位置。RaA测氡对反映隐伏构造在地表的位置、指示深部铀矿化信息均具有较好的效果[12]。

2.2 测线布置

研究区整体构造走向为NE向，本研究垂直于构造走向方向共布置了AMT、地面伽玛能谱测量和RaA测氡探测剖面7条(图1)，其中15#剖面与15#地质勘探线地质剖面重合，点距20 m，测线方位为130°～160°不等。

3 综合解译分析

3.1 放射性对岩体界线的反映

Th活动性差故而可基本保留原岩的放射性特征，其含量在同一期次、同一阶段花岗岩中分布具有一定的规律。K、U由于受构造活动和热液活动的影响，易发生活化迁移、扩散富集，K、U含量受断裂构造控制明显，故本研究应用Th含量来划分岩体的界线。分析图2可知：白水石祭岩体中的中粗粒斑状黑云母花岗岩Th含量与龟尾山岩体中的细粒二云母花岗岩中的Th含量存在明显差异，中粗粒斑状黑云母花岗岩和细粒二云母花岗岩在地质图中的界线和Th含量等值线密集梯度带的位置基本一致，因此由Th含量等值线密集梯度带可以推断出研究区中粒斑状黑云母花岗岩、细粒二云母花岗岩在浅部的地质界线。

图2 岩体界线及Th含量平面等值线[8]

3.2 构造断裂带综合物探异常特征

竹筒尖地区断裂及蚀变带空间展布形态复杂，本研究以15#勘探线为例来分析区内构造断裂带的物探异常特征。AMT测线方位160°，测线长650 m，地面伽玛能谱测量和RaA测氡测线重合，测线长390 m。15#勘探线基本垂直穿过区内的F3硅化带。15#勘探线的综合物探剖面见图3。

分析图3可知：①反演电阻率断面图横向电性差异较大，对比完整岩体，总体呈中低阻特征，视电阻率值小于1 000 Ω·m，一般为500～1 000 Ω·m，说明该地段岩石整体破碎并受热液活动影响发生了蚀变；②U、K和RaA含量值先增高，后下降直至平稳延伸，推测由断裂构造和热液活动引起；Th含量总体表现为中间低两侧高，推测与深部是否存在细粒二云母花岗岩以及埋藏深度、规模有关；③反演视电阻率断面图(图3(b))中，平距70～270 m段，从地表沿倾角约70°向下、向右，出现了一电阻率低值条带，视电阻率一般为100～900 Ω·m，推测为F1构造破碎带，与已知地质剖面图上的F3-5、F3-6、F3-0、F3-1、F3-3、F3-4断裂破碎带相对应，低阻条带为已知6条断裂的综合反映。

3.2.1 控矿构造断裂带综合物探异常特征

下庄矿田内已经发现的多个铀矿床及一批矿(化)点严格受断裂构造控制，查明矿田内的控矿构造断裂带的综合物探异常特征对于该区的铀矿找矿工作意义重大。本研究以F1构造破碎带(图3(b)70～170 m平距段)为例进行分析。该段自地表向下延伸总体视电阻率值较低，一般为50～900 Ω·m，标高250 m以上的视电阻率值一般为50～400 Ω·m，推测该处为多条断裂破碎带的交汇部位，也为成矿最有利的部位。

平距120 m处，在图3(a)中，U、K、Th含量和测氡值都出现极值，且远远高于背景值，推测该处断裂和热液活动强烈，致使U、Th、K和氡及其子体析出。尤其是K含量远远高于背景值，推测为碱交代型铀矿发生碱交代作用的反映，故推断该处构造破碎带为控矿构造。

综上所述，下庄矿田控矿构造断裂带综合物探异常特征为：反演电阻率出现高阻与中低阻分界，且沿垂向深部延伸方向出现等值线密集带分布，地表U、K、Th含量和氡浓度反映为醒目的异常，且远远高于背景值。

3.2.2 非控矿构造断裂带综合物探异常特征

本研究以F1构造破碎带(图3(b)170～270 m平距段)以及F2断裂构造带为例进行分析。

(1)F1构造破碎带170～270 m平距段自地表向下延伸总体视电阻率值较低，但相比70～170 m平距段视电阻率值相对较高，推测F1构造破碎带在该处构造破碎和热液蚀变范围不大、强度较低。170～270 m平距段，地面伽玛能谱和RaA测氡剖面图(图3(a))中，Th含量发生了变化，小于12×10-6，推测对应的岩性为细粒二云母花岗岩或细粒二云母花岗岩埋深较浅；K含量和测氡值出现跳动，但极值不大，U含量值呈现背景场平稳延伸，故推测F1构造破碎带在170～270 m平距段成矿条件不佳。

(2)420～500 m平距段视电阻率自地表沿低阻舌状体向下延伸，延伸至标高约620 m处，视电阻率低阻条带出现分叉，一条沿原来趋势继续向下延伸，一条以小角度沿高阻体之间延伸，推测此处为构造断裂带F2。420～500 m平距段，地面伽玛能谱和RaA测氡剖面图(图3(a))中， Th、K含量值总体表现为反复跳动，Th含量值极值较大，推测为中粒黑云母花岗岩的反映；K含量值极值不大，推测为弱钾化的反映；U含量、测氡值以背景值平稳延伸，故推测F2断裂破碎带成矿条件不佳。

图3 15#勘探线综合物探剖面

综上所述，下庄矿田非控矿构造断裂带综合物探异常特征为：反演电阻率出现高阻与中低阻分界，且沿垂向深部延伸方向出现等值线密集带分布，地表U、K含量和氡浓度极值不大或以背景值平稳延伸。

4 综合物探成果

通过在研究区开展综合物探工作，基本查明了区内构造格架，且在推测的成矿有利部位发现了不同规模的矿体。基本查明了黄陂硅化断裂带和龟尾山硅化断裂带的空间展布形态。黄陂硅化断裂带“上硅下碱”特征明显，倾向NW，局部直立，浅部产状较陡，且以硅质岩和强硅化花岗岩充填为主；深部产状变缓、宽度变宽，以硅化蚀变花岗岩、硅化角砾岩充填为主；龟尾山硅化断裂带南段分支构造倾向SE，整体以近平行向下延伸，切割深度约500 m，以硅化碎裂花岗岩、蚀变碎裂花岗岩充填为主，局部地段为硅质岩、白色石英脉。

通过对下庄矿田内的铀矿化富集规律及综合物探成果的综合分析，发现在15#勘探线反演视电阻率断面图(图3(b))中，70～170 m平距段、标高250 m以上视电阻率较低，且在地面伽玛能谱和RaA测氡剖面图中(图3(a))，U、K、Th含量和测氡值都出现了极值，且远远高于背景值，故认为该处为多条断裂破碎带的交汇部位，且断裂和热液活动强烈，为成矿最有利的部位。由15#勘探线钻孔揭露成果(图4)分析可知， F3-5、F3-6、F3-03条断裂在平距200 m、标高500 m处交汇，在交汇部位沿构造破碎带方向形成了长约200 m的矿体。钻孔揭露情况验证了本研究有关“多条断裂破碎带交汇的部位为成矿有利部位”以及“F3-5、F3-6、F3-03条断裂破碎带为控矿构造”的推断。在15#勘探线上布置的多个钻孔分别在不同深度见矿，验证了本研究对区内控矿断裂构造物探异常特征的分析。

通过对本研究综合物探成果的进一步分析，构建了研究区电性参数和放射性找矿模型。工作区视电阻率与岩性的对应关系可以大致划分为：花岗岩电阻率一般为数千至10 000 Ω·m，平均约为6 000 Ω·m，表现为相对高阻，在断面图上显示为背景场；断裂破碎带电阻率为数十至1 000 Ω·m，在反演视电阻率断面图(图3(b))中表现为舌状低阻带或等值线密集梯度带；铀矿化后岩石的电阻率为50～400 Ω·m，在反演视电阻率断面图(图3(b))上表现为明显的低阻体，且在地面伽玛能谱和RaA测氡剖面图(图3(b))中，U、K含量和测氡值都远远高于背景值的极值，尤其是K含量为背景值的2～3倍。

5 结 论

(1)Th由于活动性差，基本保留了原岩的放射性特征，其含量在同一期次、同一阶段花岗岩中分布具有一定的规律，K、U由于受到构造活动和热液活动的影响，易发生活化迁移、扩散富集，因此可以根据Th含量来划分岩体界线。

(2)黄陂硅化断裂带“上硅下碱”特征明显，倾向NW，局部直立，浅部产状较陡，以硅化蚀变花岗岩、硅化角砾岩充填为主；龟尾山硅化断裂带南段分支构造倾向SE，整体以近平行向下延伸，以硅化碎裂花岗岩、蚀变碎裂花岗岩充填为主。

(3)地面伽玛能谱测量和RaA测氡主要通过测量放射性核素在地表的迁移和富集规律来提取与铀矿化相关的有用信息，故可根据地面伽玛能谱和RaA测氡值来判断断裂的含矿性。

(4)铀矿体岩石的电阻率为50～400 Ω·m，在反演视电阻率断面图上表现为明显的低阻体，且在地面伽玛能谱和RaA测氡剖面图中U、K含量和RaA测氡值都远远高于背景值的极值。

(5)AMT、地面伽玛能谱与RaA测氡综合物探测量在该区能够查明隐伏断裂构造的空间展布、大致判断深部矿化信息和划分中粒黑云母花岗岩和细粒二云母花岗岩的界线，该方法可在其他花岗岩型铀矿区的勘查工作中进行推广应用。

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图4 15#勘探线钻孔揭露情况