鄂尔多斯盆地西南部多元地学特征及其找铀意义

2020-08-07孙栋华江民忠陈江源韩鹏辉王培建

铀矿地质 2020年4期

孙栋华，江民忠，陈江源，韩鹏辉，王培建

（1. 核工业航测遥感中心，河北石家庄 050002；2. 中核集团铀资源地球物理勘查技术中心（重点实验室），河北石家庄 050002）

鄂尔多斯盆地是我国主要的砂岩型铀矿产地［1-2］。研究区位于鄂尔多斯盆地西南部，地理上处于甘肃平凉-陕西彬县一带，前人已发现众多的铀矿床（点）、矿化点、异常点［3-5］，显示了较好的找铀潜力。但由于中央古隆起的存在，鄂尔多斯盆地内的地层基本都有向西、向南增厚的趋势，导致研究区主要找矿目的层埋深大、厚度厚［6］，影响了找矿效果。

利用地、物、化、遥等多元地学信息的综合找矿技术，被认为是盆地内寻找隐伏矿产主要的手段之一［7-9］。前人在研究区通过对1∶20 万航磁、重力和遥感等资料的分析，推断了断裂构造，解释了基底岩相、岩性及其埋深［10-13］，解决了铀成矿的地质背景问题。有人结合地质资料，揭示了铀-油关系，建立了找矿模型，进行了成矿预测，圈定铀成矿有利区多处［1，5，14-15］。通过对以往工作的回顾，认为主要存在两个方面的问题：一是通过对航磁、重力和遥感资料分析主要侧重挖掘其反映构造的信息，属于间接找铀，没有利用到对铀矿有直接反映的放射性物探资料；二是所使用的航磁资料比例尺较小（1∶20 万），已不能满足新一轮找矿的需要。

本次通过对研究区最新的1∶5 万高精度航放、航磁数据的分析，并结合重力资料，进行综合研究，提取了与成矿有关的信息，重点分析了砂岩型铀矿航放弱信息提取技术，在此基础上建立了找矿标志，圈定了铀成矿有利区，并对其中一片开展了地面查证，化学取样分析结果显示铀含量超过边界品位，具有重要的找矿前景。

本研究成果是中国核工业地质局和中国地质调查局联合设立的 “鄂尔多斯盆地南缘1∶5 万航空物探调查” 项目的成果之一。本次航空物探调查工作以Y12 飞机为装载平台，主要技术指标：平均飞行高度为114 m，航放测量总精度为钾为0.16%、铀为0.81×10-6、钍为0.98×10-6，航磁测量总精度为1.68 nT。

1 地质概况

1.1 成矿地质背景

研究区主体为华北陆块鄂尔多斯陆块鄂尔多斯盆地，南缘跨及汾渭裂谷［16］，见图1。鄂尔多斯盆地具 “双重” 基底，即结晶基底和直接基底，盆地盖层则主要由三叠系、侏罗系和下白垩统组成；盆地结晶基底由太古宙及古-中元古代变质结晶岩系组成，直接基底主要由古生界海相沉积岩构成［17-19］。研究区涉及鄂尔多斯盆地西南部的西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、渭北隆起4 个次级构造单元。

1.2 铀矿化特征

研究区内已知铀矿化主要产于中侏罗统直罗组和下白垩统中。产于直罗组中的铀矿化以炭店铀矿化点为代表，产于下白垩统中的铀矿化以国家湾铀矿床为代表。

图1 鄂尔多斯盆地构造分区图（据文献［14，16］修改）Fig. 1 The structure units division of Ordos Basin

炭店铀矿化点位于渭北隆起与伊陕斜坡的过渡部位，处于直罗组向北西缓倾的大型单斜构造之上，构造环境总体较为稳定，与鄂尔多斯盆地北缘东胜产铀地区构造环境相类似［20］。其铀源主要来自于秦祁昆造山系的花岗岩，其形成经历了沉积成岩预富集、古潜水氧化、层间氧化、油气还原改造等作用［21］，铀矿化类型属潜水和层间氧化带型。

国家湾铀矿床位于西缘冲断带内，处于李家河北西-南东向向斜南西翼。该向斜是沿基底凹陷发育的宽缓向斜，两翼斜坡是铀矿化发育的有利部位。铀矿化类型属一种是产于构造活动带内、层间氧化成矿作用发育在前构造活动抬升在后的成矿类型。秦祁昆造山系的前寒武系和中酸性岩体为铀矿化提供了铀源。

2 多元地学特征及其有利信息提取

2.1 有利地质信息提取

构造条件：西缘冲断带、渭北隆起与伊陕斜坡和天环坳陷的接触过渡区，中生界具有向盆内缓倾的单斜构造样式，对层间氧化带及铀矿的形成均有利。基底断裂为油气向上逸散提供了通道，有利于层间氧化和还原蚀变砂岩型铀矿的形成。

地层条件：中侏罗统直罗组和下白垩统具备形成砂岩型铀成矿的沉积体系、地层结构和发育大规模河流相骨架砂体等有利的条件。

水文地质条件：研究区中东部直罗组中发育丰富的含水层位，与下伏延安组和上覆直罗组内部的泥质岩类为底、顶板隔水层，形成了地下承压水动力系统。西部地下水的补给区为六盘山和西南部山区，地下水向东、北东方向径流，具备渗入型地下水的动力条件。

铀源条件：铀源主要来自四周的古老变质岩系及花岗岩体，盆地岩层本身提供的二次铀源也是铀成矿至关重要和不可忽视的因素。

2.2 有利磁场信息提取

图2 研究区航磁及重力特征图Fig. 2 Aeromagenetic and gravity contour map and derived faults in the study area

由航磁ΔT 化极上延1 km 图（图2）可知，从北向南，磁场逐渐降低，北西以正磁场为特征，正磁异常梯度缓、 ΔT 值一般为100～380 nT；南东以负磁场为特征ΔT 值一般为－160～－100 nT。实测岩石磁性参数（表1）可知，研究区沉积盖层和直接基底的磁性均很弱，只有结晶基底属强磁性层。通过与前人资料的比对［22］，推测正磁异常是结晶基底的反应，负磁异常是直接基底、沉积盖层共同的反映。磁场的展布方向主要受基底断裂控制。区域磁异常方向以北东向、北东东向为主，局部可见近东西向和北西向，表明研究区存在这四组基底断裂。

从已发现的铀矿点、矿化点和异常点的分布情况看，它们既可位于正磁异常上，也可处于平稳的负磁场中，主要位于中低磁场区梯度带上［23］，且磁异常值相对较高一侧与能提供铀源的地质层（体）对应。

2.3 有利重力场信息提取

由收集的区域重力资料（图2）可知，研究区剩余布格重力异常整体表现为东西成带、南北分块且具有从北西向南东逐渐升高的特点，与航磁场变化特征相反。鄂尔多斯盆地南北向和东西向油气藏连井剖面显示，地层总体具有由北向南、由西向东抬升的趋势［24］，直接基底在渭北隆起均已出露，与研究区内南部近东西向重力高值带对应。由表1 可知，基底与盖层间存在的密度差异，因此，认为布格重力异常的变化主要反映了研究区奥陶系顶界面的起伏［10，14］。

利用航磁、重力资料提取与砂岩型铀矿有关的信息，实际是解决与铀矿化有关的地质问题。根据航磁和剩余布格重力异常特征，可划分不同级别的断裂，确定盆地局部隆起区［25］。从已发现的铀矿点、矿化点和异常点的分布情况看，它们和基底断裂及局部隆起之间的关系密切，铀矿化多分布在多组基底断裂交汇部位或局部隆起的边部，如图2。

2.4 有利放射性信息提取

2.4.1 区域放射性核素分布特征

由于航放总量与钾含量、钍含量变化趋势基本一致，故本次以航放总量和铀含量图件（图3）为基础进行分析。

由图3 可知，高场-偏高场位于研究区北部，以圆点状、不规则状展布，主要与第四系、白垩系、侏罗系、三叠系等地层对应，推测主要由第四系中黏土吸附铀局部富集及其它地层中出露的铀含量较高的砂岩、细砂岩、粉砂岩等引起；中部以偏低场-背景场为主，呈不规则状展布，主要与第四系砂、砂砾石、黏土有关；南部低场主要与震旦系、寒武系、奥陶系碳酸盐岩有关，部分与下白垩统宜君组、第四系风积层和地表水体对应。统计了每个地质单元的航放测量数据，结果表明上三叠统、中侏罗统、下白垩统等地层的平均铀含量值高，且变异系数、偏度和峰度值大，是铀成矿的有利地质（层）体。从已发现的铀矿点、矿化点和异常点的分布情况看，铀矿化主要分布在高场-偏高场区。

2.4.2 铀迁移规律

古铀含量由现今钍含量高低及铀钍比值来确定，代表了原岩中铀的含量。古铀含量与实测铀含量的差值称为活性铀，活性铀大于零，说明地层铀缺失或亏损，即铀有向外迁出；活性铀小于零，说明地层有铀的迁入，铀有富集现象。由图3 可知，研究区活性铀含量南高北低，大致以陇县-崇信-泾川-长武-旬邑一带为界，以南的地区活性铀含量以正值为主，显示了铀有大量迁移流失现象；以北的地区活性铀以负值为主，富集量大于1.0×10-6的地区主要分布在下白垩统中，呈带状、片状、点状局部分布，最大富集量达3.2×10-6，位于城阳-泾川一带。已知的铀矿化均位于活性铀富集区或迁出区中的局部富集区。

表1 研究区实测岩石磁性、密度统计表Table 1 The measured rock magnetic susceptibility and density in the study area

图3 研究区航放特征图Fig. 3 The aeroradioactive contour map of the study area

活性铀的变化趋势与重力场特征相同。鄂尔多斯盆地南缘和东缘分别从古生代和中生代开始，受到由南向北、由东向西挤压作用，造成了盆地南缘、东缘的强烈抬升［26-27］，为砂岩型铀矿定位创造了条件［28-29］。随着老地层的不断抬升，其中的铀元素不断被活化而向研究区西北方向迁移，最终在合适地方富集成矿。活性铀的变化趋势正是这一过程的响应。

2.4.3 航放高场与局部异常特征

根据航放场特征共筛选航放高场12 片、航放异常51 个，它们均位于活性铀富集区或迁出区中的局部富集区，是寻找铀矿直接线索。 51 个航放异常中大部分位于铀矿目的层中，其中5 个与已知铀矿化对应。

2.5 有利航放弱信息技术研究

2.5.1 提取技术

由于地气持续不断向上运动，穿越隐伏铀矿体时，携带铀及其子体至地表，形成活动铀晕，从而能被高精度航空伽玛能谱测量观测到［30-31］。通过对航放钾、铀、钍元素进行组合处理，能够增强和提取与砂岩型铀矿成矿有关的微弱信息［32］。综合前人研究结果，这些组合处理包括：古铀、活性铀、铀增量、铀归一化和sm9 等［23，33-35］。

2.5.2 已知矿化点航放弱信息对比研究

国家湾地区已发现铀矿化点3 个、施工钻孔1 个（无矿孔）。 3 个铀矿化点分布在偏高场、高场之间的低场、背景场中，对应航放铀含量值为0.85×10-6～1.75×10-6，已知铀矿点特征不明显，分辨不出深部铀矿化信息。通过地质单元归一法统计后，计算了包括古铀、活性铀、铀增量、铀归一化和sm9 等在内9 个参数，由图4 可知，古铀含量图上，东北部高值区与地层对应，对应活性铀含量高值区，推测该地层为铀源层、后期有铀的迁出；东南部高值区与1 个已知铀矿化点对应。铀增量高值呈条呈北西向展布， 1 个铀矿化点处在高值上， 2 个铀矿化点位于其边缘，无矿孔对应低值区；铀归一化高值区对应2个铀矿化点与无矿孔对中、低值区； 3 个铀矿化点都与sm9 高值条带有关。

图4 国家湾地区航放弱信息特征图Fig. 4 Extracted weak information from areoradioactivity and uranium mineralization in Guojiawan area

2.5.3 弱信息提取

在对航放数据进行地质单元编码统计、去除背景干扰后，利用活性铀迁入区（＜0）圈定铀矿有利区段，用古铀＞2.00×10-6、活性铀＜-0.05×10-6、铀归一＞0.30×10-6、铀增量＞0.20×10-6、 sm9＞0.30×10-6套合区识别深部铀矿化。

地质单元编码统计、去除背景干扰技术是一种消除岩性、测量条件等因素影响，突出铀含量增高信息的方法［23、33］。其具体的实现过程是首先将研究区内出露的地层分成不同的地质单元并编码，再按编码，利用钍元素的稳定性来计算不同地质单元的古铀、活性铀、铀增量等参数，最后进行统计、分析，以达到消除各种因素的影响，突出铀含量的增高信息。

3 找矿标志建立与成矿预测

3.1 找矿标志建立

通过对实测的1∶5 万高精度航磁、航放资料及收集的地质和重力资料分析，结合砂岩型航放弱信息提取结果，建立了找矿标志（表2）。

3.2 成矿预测

根据上述找矿标志，进行成矿预测，共圈定铀成矿远景区5 片（图3），包括一、二级远景区各2 片、三级远景区1 片。其中，一、二级远景区前人均开展过一些工作，建议继续加大工作力度、以扩大找矿潜力，重点要对以往未曾引起注意的1 片三级远景区开展工作、以期发现新的勘查地。下面简单介绍其中1 片远景区。

1 号远景区位于研究区北西部，地层总体倾向东，西部六盘山出露的老地层可为成矿提供丰富的铀源，有找矿目的层下白垩统出露；由于紧邻蚀源区，含矿层易开启，易形成地下水补-径-排体系；西侧外围发现铀异常点1 个，中部发育近南北向展布的2 条层间氧化带前锋线；在野外工作中发现地表有多个 “磕头机”，表明深部有油气藏。 1 号远景区位于航放高场区中，铀含量一般为2.5×10-6～3.5×10-6，最高达4.6×10-6；选编航放局部异常6 个。古铀＞2.00×10-6、活性铀＜-0.05×10-6的地段大面积分布，表明远景区初始铀含量较高且后期铀以迁入为主；铀增量＞0.20×10-6、铀归一＞0.30×10-6、sm9＞0.30×10-6的地段总体呈北西向条带状展布，与出露的地层对应。在航磁图上，远景区处在等轴状正磁异常西北缘梯度带上，磁场值为90～150 nT，共筛选航磁局部异常3 个，它们都位于推测的氧化还原带前锋线的周围。在布格重力异常图上，总体位于－207×10-5m/s2～－202×10-5m/s2的低值区，可见升高约8×10-5m/s2局部重力高。

对1 号远景区开展了地面查证，重点对其中的3 个航放异常进行了地面查证，结果显示航放异常产于黄色砂岩及褐红色泥质粉砂岩中，地面伽马能谱测量铀含量最高达556×10-6，岩石取样化学分析铀含量最高为0.018%（边界品位0.01%），具有重要的找矿前景。