青海查查香卡地区地面伽马能谱特征与铀成矿关系研究

叶雷刚， 时志浩， 娄汉生， 陈 擎

(核工业二○三研究所，陕西 咸阳 712000)

核能在我国能源结构中地位日益提高，铀矿是发展核能的最主要原料(张金带等，2019)。铀矿有多种类型，其中硬岩型铀矿是我国主要的铀矿类型之一。隐伏在地表以下的铀矿，由于矿体赋存深度深浅不一，其在地面可产生不同强度的放射性异常(李必红等，2018)，这种放射性异常是铀矿找矿最直接的标志。地面伽马能谱测量是一种多参数的放射性地球物理找矿方法，主要通过测量覆盖层下矿体中235U、232Th、40K三种天然放射性元素的含量以及相对应比值，通过对多元信息的融合提取获得异常，以此解释铀矿体赋存位置(陈凯等2018；李必红等，2017；曹秋义等，2016)。地面伽马能谱测量，已成为铀矿找矿的重要技术手段之一。

查查香卡地区位于柴达木盆地东北缘，系祁连南山、阿尔金山、东昆仑山三山环绕，区内发育大型金属矿藏、石油以及煤炭等能源矿产(潘彤，2019；陈琰等，2019；陈磊等，2019)。1990年代，柴达木北缘地区进行了1∶20万区域地质矿产调查、1∶5万区域地质调查工作，对该区铀矿成矿条件进行分析，并预测了资源量。查查香卡地处柴达木盆地北缘逆冲构造带，其构造活动强烈，具有较大的铀成矿潜力。前人对柴达木盆地地质特征做了大量研究，虽然研究区铀矿地质工作开展较早，但小范围大比例尺铀矿相关的地质物探工作程度较低，对于该区覆盖层以下放射性异常特征以及铀矿体的空间展布特征未做深入研究。

鉴于此，笔者根据查查香卡地区铀矿地质成果，开展1∶1万地面伽马能谱测量工作，研究该区在构造活动和热液蚀变影响下，不同层位的放射性异常特征和铀矿体分布形态，并圈出隐伏矿体赋存范围及为钻孔施工提供参考。

1 研究区概况

1.1 研究区地质特征

研究区出露地层主要划分为古元古界达肯达坂群(Pt1D)、下古生界滩间山岩群(OST1)、新生界全新统(Q4)(刘林等，2013；廉康等，2016)。达肯达坂群出露范围较广，为热液型铀矿的含矿层位，岩性为花岗质混合岩、云母石英岩、斜长角闪岩等中-高级变质岩系，岩系遭受区域动力热液变质作用和区域混合岩化作用，构成柴达木盆地的结晶基底。滩涧山岩群为区内主要的含铀建造，岩性为玄武岩、变安山岩、变晶屑玻屑凝灰岩、黑云斜长角闪片岩和变长石石英砂岩等。全新统主要为化学堆积层，为粉砂质石盐、含砂石膏，中细粒砂夹亚砂土、亚粘土、有机质腐植土等。

区内断裂构造发育，以北西向韧-脆性断裂(F4)为主，北西向断裂(F5)次之，组成网格状构造格架，控制着铀矿化的分布(图1，廉康等，2016；钟军等，2018)。F4周围的岩浆活动频繁、强烈，且侵入岩体从中元古代至晚三叠世广泛发育。南北向成矿后期断裂F10切穿北西向断裂F4、F5，对区内矿体造成破坏。岩浆活动不仅历时较长，而且形成了镁铁质岩-中性岩-中酸性岩-酸性岩较为完整的岩浆演化系列。

图1 查查香卡地区构造纲要图Fig.1 The structure outline map of the Chachashanka area 1.第四系坡积物、冲积物；2.奥陶-志留系滩间山群下段；3.奥陶-志留系滩间山群上段；4.古元古界达肯达坂群片麻岩；5.古元古界达肯达坂群片麻岩夹眼球状片麻岩；6.古元古界达肯达坂群石英片岩；7.古元古界达肯达坂群角闪岩；8.古元古界达肯达坂群a段；9.肉红色中粒黑云母花岗岩；10.灰绿或灰白色中粗粒花岗闪长岩；11.深灰绿色闪长细晶岩脉；12.深灰或灰绿色中粒及粗粒辉石角闪石岩；13.花岗岩脉；14.伟晶花岗岩脉；15.黑绿色细粒角闪辉长岩脉；16.构造破碎带；17.实测及推测性质不明断层；18.逆断层

1.2 研究区放射性特征

王德鹏等(2019)对柴北缘地区地层和岩体铀矿化地球物理特征进行了归纳总结。笔者依据测井资料，对研究区出露的主要岩体放射性特征进行归纳统计(表1)。

表1 查查香卡地区地层和岩体放射性特征统计表Table 1 Statistical results of radiological characteristics of stratum rocks in the Chachaxiangka area

从表1可以得出，研究区出露的地层放射性特征差异明显，其中第四系下更新统出露的地层呈现铀当量(eU)、钍当量(eTh)含量显著偏高，而钾(K)含量偏低的特点，表明第四系下更新统具有较好的铀富集条件，铀矿成矿潜力较大。早古生代奥陶-志留系出露的岩石中放射性元素的含量差异明显，其中千枚岩、砂岩的eU、eTh、K平均含量较高，分别为7.0×10-6、19.0×10-6、2.4×10-2；而板岩的eU、eTh、K平均含量偏低，分别为1.0×10-6、3.4×10-6、0.6×10-2。古元古界达肯达坂群地层中的岩体主要有黑云母斜长片麻岩、片岩及混合岩等，各类岩体中eU、eTh、K平均含量均较高，其中黑云母斜长片麻岩的eU、eTh、K平均含量明显偏高，分别为7.2×10-6、22.5×10-6、3.7×10-2。由此可知，各类侵入岩放射性强弱变化较大。研究区地层中花岗岩、花岗斑岩放射性强度呈较高趋势，其中印支期花岗斑岩eU、eTh、K平均含量最高，分别为10.5×10-6、39.0×10-6、4.0×10-2，而这些侵入岩类是区内铀成矿最直接、最有利的铀源体。

2 测量方法及数据处理

研究区断裂构造十分发育，破碎蚀变糜棱岩带横贯研究区中部，其中以北西向断裂最为发育，形成时间相对较早，为大断裂的次级构造，是该区主要的储矿、控矿构造，且同时有着多期次活动叠加。本次1∶1万地面伽马能谱测量采用双基线控制，基线方向90°，测线布置与区内主构造线垂直，测线方位0°，以100 m×20 m网度控制全区，测线32条，测点4 516个，测量面积9.6 km2(图2)。

图2 工程布置图Fig.2 Engineering layout drawing1.第四系坡积物、冲积物；2.奥陶-志留系滩间山群下段；3.奥陶-志留系滩间山群上段；4.古元古界达肯达坂群片麻岩；5.古元古界达肯达坂群片麻岩夹眼球状片麻岩；6.古元古界达肯达坂群石英片岩；7.古元古界达肯达坂群角闪岩；8.古元古界达肯达坂群a段；9.肉红色中粒黑云母花岗岩；10.灰绿或灰白色中粒粗粒花岗闪长岩；11.深灰绿色闪长细晶岩脉；12.深灰或灰绿色中粒及粗粒辉石角闪石岩；13.花岗岩脉；14.伟晶花岗岩脉；15.黑绿色细粒角闪辉长岩脉；16.构造破碎带；17.实测及推测性质不明断层；18.逆断层；19.能谱测量点

野外测量工作选用上海核仪器厂生产的FD-3022智能伽马能谱仪，测量前进行校准，并用逆矩阵解谱法求得U、Th、K计算系数。对测区各地质层(体)铀当量(eU)、钍当量(eTh)含量的背景值(μx)及标准差(Sx)，采用下列公式计算(赵希刚等，2009)：

(1)

(2)

式中，μx为背景值，Sx为标准差，xi为第i个测量处相应的元素含量，N为总测点数。

以此求得测区铀当量、钍当量含量的背景值分别为3.9×10-6和16.1×10-6及标准差分别为2.7和4.1。测量数据采用GEOSOFT5.1软件进行数据处理，经过Surfer软件进行克里金插值形成grd文件，再由MapGis绘图软件绘制成相应的eU、eTh、K等值线图。

3 伽马能谱多元素综合特征分析

3.1 多元素伽马能谱特征

从图3中可以看出，研究区铀当量含量异常整体分为三部分，即条带状展布高场区、零星分布的偏高场区和低值场区。高场区位于红色异常范围内部，主要由A1、A2、A3和A4四个异常晕带组成，整体呈北西向的条带状展布，对应岩性主要为硅化、褐铁矿化等蚀变破碎带，异常带中蚀变强烈，主要见有碳酸盐化、赤铁矿化、褐铁矿化、绿泥石化、钾化和硅化，异常部位见有大量黄铁矿。能谱铀含量的走向特征整体反映断裂蚀变带发育情况，多期的热液蚀变作用使得后生蚀变叠加于原生蚀变带，使得异常走向明显呈北西向带状展布。其中，A4异常的走向特征表明了奥陶-志留系滩涧山群和下元古界达肯大坂群黑绿色角闪岩及角闪片岩之间的断裂发育特征，且A4异常晕圈为全区铀含量异常值和异常范围最大，主要原因是该处为北西向次级断裂F4与一条近南北向次级断裂F10相互交汇，为F4断裂带的膨大部位，岩石破碎程度高，加之多期次热液蚀变，故铀矿化体发育较好。

图3 查查香卡地区能谱铀异常图Fig.3 The energy spectrum uranium anomaly map in the Chachaxiangka area1.第四系坡积物、冲积物；2.奥陶-志留系滩间山群下段；3.奥陶-志留系滩间山群上段；4.古元古界达肯达坂群片麻岩；5.古元古界达肯达坂群片麻岩夹眼球状片麻岩；6.古元古界达肯达坂群石英片岩；7.古元古界达肯达坂群角闪岩；8.古元古界达肯达坂群a段；9.肉红色中粒黑云母花岗岩；10.灰绿或灰白色中粗粒花岗闪长岩；11.深灰绿色闪长细晶岩脉；12.深灰或灰绿色中粒及粗粒辉石角闪石岩；13.花岗岩脉；14.伟晶花岗岩脉；15.黑绿色细粒角闪辉长岩脉；16.构造破碎带；17.实测及推测性质不明断层；18.逆断层

图4为研究区钍异常分布图，钍异常分布于测区东北部，整体以北西向锯齿状条带展布，与F4断裂蚀变带吻合较好。B1号异常包含12个铀钍混合异常点，中心异常近似块状，长约80 m，宽约20 m。异常区主要受黑绿色细粒角闪辉长岩脉和肉红色正常岩脉及正长细晶岩脉控制，最大钍当量含量异常值为161.0×10-6。B2号异常呈北西向条带状连续展布，与F4断裂带吻合，该异常晕最大钍当量含量异常值为641.2×10-6，异常区极值为全区最高，有赤铁矿化、褐铁矿化，且断裂破碎带的多期热液蚀变叠加使得该处异常规模、连续性及极值为全区钍异常最高。B2号钍异常晕在北西向F4断裂和多组北东向的断裂节点部位异常特征和铀含量异常曲线形态及展布特征相似，表明该处为铀钍混合异常，且为全区成矿最有利地段。

图4 查查香卡地区能谱当量钍异常图Fig.4 The energy spectrum thorium anomaly map in the Chachaxiangka area1. 第四系坡积物、冲积物；2. 奥陶-志留系滩间山群下段；3. 奥陶-志留系滩间山群上段；4. 古元古界达肯达坂群片麻岩；5. 古元古界达肯达坂群片麻岩夹眼球状片麻岩；6. 古元古界达肯达坂群石英片岩；7. 古元古界达肯达坂群角闪岩；8. 古元古界达肯达坂群a段；9. 肉红色中粒黑云母花岗岩；10. 灰绿或灰白色中粗粒花岗闪长岩；11. 深灰绿色闪长细晶岩脉；12. 深灰或灰绿色中粒及粗粒辉石角闪石岩；13. 花岗岩脉；14. 伟晶花岗岩脉；15. 黑绿色细粒角闪辉长岩脉；16. 构造破碎带；17. 实测及推测性质不明断层；18. 逆断层

图5为研究区钾异常分布图，整体以大的区块分布，以北西向的F4和F5断裂为分界，弱异常C1主要分布于测区东北部，主要反映的岩性为海西期灰白色中粗粒-粗粒花岗闪长岩，内部见有零星的硅质脉体和石英脉体，在该弱异常的偏高场主要反映的地层为奥陶-志留系滩涧山群。相对强异常C2分布于测区西南部，偏高场异常主要反映了古元古界达肯大坂群黑绿色角闪岩、角闪片岩、云母石英片岩夹细条带片麻岩的分布特征。强弱异常的F4和F5分界线主要反映北西向断裂破碎蚀变带的分布形态和走向特征。

3.2 Th/U异常特征

依据地面伽马能谱测量，地层中铀丰度大于3×10-6，岩体中铀丰度大于5×10-6可作为含铀层(体)。将区内地层和岩体中U、Th含量进行比值计算，绘制钍当量含量与铀当量含量比值异常图(图6)。从图6中可以看出，Th/U<3的含铀层(体)为富铀层(体)，即D1、D2、D3异常区。D1异常区中其低值异常明显，呈条带状展布，特征是富铀贫钍。北部对应海西期灰白色中粗粒-粗粒花岗闪长岩；南部异常与铀当量含量A4异常相对应，并且吻合较好。D2异常的边界位置和铀当量含量中南部橙色异常相对应，区内主要以第四系砂砾土为主体，其基底岩石为古元古界达肯达坂群片麻岩等。D3异常呈团块状，该处岩性风化强烈。该异常与肉红色正常岩脉及正长细晶岩脉密切相关。图6中D4异常呈条带、锯齿状。异常区Th/U>4.6的地质体，极值也位于该异常区，最大值为34.6，均值为6.7，表现为富钍贫铀。结合铀含量异常分析，该处铀含量偏高，推断与该异常区赋存的肉红色正长岩脉及正长细晶岩脉相关。这些结果反映了地壳演化过程中，铀元素迁移、钍元素稳定的特征。

图6 查查香卡地区能谱钍铀比异常图Fig.6 The energy spectrum thorium-uranium ratio anomaly map in the Chachaxiangka area1.第四系坡积物、冲积物；2.奥陶-志留系滩间山群下段；3.奥陶-志留系滩间山群上段；4.古元古界达肯达坂群片麻岩；5.古元古界达肯达坂群片麻岩夹眼球状片麻岩；6.古元古界达肯达坂群石英片岩；7.古元古界达肯达坂群角闪岩；8.古元古界达肯达坂群a段；9.肉红色中粒黑云母花岗岩；10.灰绿或灰白色中粗粒花岗闪长岩；11.深灰绿色闪长细晶岩脉；12.深灰或灰绿色中粒及粗粒辉石角闪石岩；13.花岗岩脉；14.伟晶花岗岩脉；15.黑绿色细粒角闪辉长岩脉；16.构造破碎带；17.实测及推测性质不明断层；18.逆断层

3.3 综合分析

综上地面伽马能谱异常特征，铀含量为(0.2～511.1)×10-6，平均值为4.0×10-6，变异系数为56.2%；钍含量为(2.1～641.2)×10-6，平均值为15.9×10-6，变异系数为54.6%，Th/U平均值为5.2，小于地壳地层和岩体的平均值(5.7×10-6，黎彤等，1990)。钾含量变化范围为0.1%～6.4%，平均值是1.9%，变异系数为35%。结合Th/U值，说明测区铀、钍含量之间的差异大，铀元素发生了局部富集，且铀、钍元素变异系数大，表明研究区存在明显的能谱铀、钍异常。

测区断裂带钾化蚀变发育，受区域性大断裂的影响，在近北东和南西向压应力作用下，北西向F4韧性剪切带开始形成。强烈的韧性剪切作用导致韧性剪切带周围花岗质岩石中成矿物质活化，同时区内脉岩发育，从基性-酸性均有出露，深部中基性岩脉(闪长玢岩、辉石角闪岩)侵入，其中长英质脉和正长岩脉与铀矿富集密切相关。受区内主要断裂构造F4、F5的影响，能谱铀含量异常的走向特征整体反映了断裂蚀变带的铀矿化发育范围，其A4铀异常带地处北西向次级断裂F4与一条近南北向次级断裂F10相互交汇，为F4断裂带的膨大部位，铀含量范围最大，且岩石破碎程度高加之多期次热液蚀变，故铀矿化体发育较好。

多期的热液蚀变作用致使后生蚀变叠加于原生蚀变带，从而使得异常走向明显呈北西向带状展布。铀、钍、钾的异常分布整体显示出异常场成条带状展布，且北西向的破碎带为异常场的主要控矿断裂，表明断裂破碎蚀变带的多期次热液蚀变作用相互叠加使得铀、钍元素富集。而Th/U平均值小于地壳地层和岩体的平均值(5.7)，说明铀元素发生了迁移，并在局部富集。后期经过钻孔验证，发现工业铀矿化孔，且矿体赋存在构造断裂带中，延续性较好。

4 结论

(1)查查香卡地区下更新统及元古界地层中铀、钍、钾含量均高于背景值，其元古界达肯达坂群黑云母斜长片麻岩以及元古代侵入岩类斜长花岗岩、石英闪长岩、印支期二长花岗岩、花岗斑岩中铀、钍、钾含量明显偏高，局部相对富集，区内存在较好的铀源体，具有一定的成矿潜力。

(2)研究区内异常带均分布于断裂带处，其展布形态和走向特征受断裂构造控制，尤其在断裂破碎带附近可见硅化、褐铁矿化等蚀变，铀钍含量相对较高；断裂蚀变成为研究区铀元素迁移、富集的重要因素。

(3)区内受北西向大断裂构造的影响，叠加岩浆及后期热液的多次侵入改造作用，使得在断裂带附近蚀变越强烈，铀矿体越发育。