甘肃红柳河-方山口地区碳硅泥岩型铀矿找矿方向探讨

2020-11-26陈江源白强段晨宇牛家骥陈志鹏卢亚运曹秋义

铀矿地质 2020年6期

陈江源，白强，段晨宇，牛家骥，陈志鹏，卢亚运，曹秋义

（1.核工业航测遥感中心，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；2.青海省核工业地质局，青海西宁 810000）

前人已对甘肃北山地区开展了一定的铀矿地质勘查和科研工作，20 世纪90 年代原中国核工业地质局在该区开展了铀成矿远景调查工作，发现了一批铀矿床（如红柳河铀矿、方山口铀-钒-磷矿床）、矿点、矿化点和众多的异常点带，初步划分和归纳了铀矿化类型及特征，确定了下寒武统和下-中奥陶统是区内最主要的找矿目的层［1］。90 年代以后，核工业北京地质地研院、华东地质学院等单位进行过区域上的铀成矿条件综合分析和评述［2-7］。核工业航测遥感中心2011—2012 年在该区开展过1:5 万航空物探调查工作，笔者结合前人研究成果及异常查证，梳理研究区铀成矿条件，通过对已知典型铀矿床特征的分析研究，建立碳硅泥岩型铀矿物理-数学预测模型，对红柳河-方山口地区进行了找矿远景区预测。

1 区域地质背景

甘肃红柳河-方山口地区北部的红柳河地区位于哈萨克斯坦板块之星星峡-旱山微板块（Ⅰ）白玉山南-公婆泉-七一山早古生代活动陆缘带（Ⅰ-3）次级单元的西段，南部的方山口地区位于塔里木-华北板块之敦煌微板块（Ⅱ）方山口-营毛沱-鹰嘴红山早古生代被动陆缘带（Ⅱ-1）次级单元的西段（图1）［8-9］。区内地层除缺失中生界，从元古宇到新生界均有出露，包括平头山群（Z2Pn）、双鹰山组、下-中奥陶统（O1＋2）、锡林柯博群（O3X）、奥陶-志留系（O-S）、阿尔特梅什布拉克群（Sar）、红柳河组（P1ha）、中新统白杨河组（N1b）、上新统苦泉组（N2k）、第四系（Q）。区内岩浆作用强烈，形成了分布较广的多期次侵入岩。岩浆作用受深大断裂控制。侵入岩侵入时期包括加里东期和华力西早、中、晚期，以华力西中期侵入最为强烈。从岩性看酸性、中性和超基性均有分布，以酸性侵入岩为主。区域上褶皱、断裂构造发育，尤其是断裂构造活动十分强烈。区内构造主要呈北东、北西、近东西向展布［10］。

图1 研究区大地构造单元划分示意图Fig.1 Schematic diagram of geotectonic unit division in the research area

2 铀矿成矿条件

2.1 构造条件

研究区处于红柳河华力西期金、银、锡、铁、磷、铀成矿带中，区内碳硅泥岩型铀矿床、矿点一带多分布断裂构造，矿化主要分布在断裂破碎带中。切层的断裂破碎带通常形成在背斜的核部、向斜轴部、大断裂的上盘和旁侧、层间破碎带的旁侧。部分切层破碎带是各类岩脉上侵的通道。切层破碎带与层间破碎带叠合时，会导致原先的层间破碎带更为破碎，为铀的进一步富集创造条件，红柳河矿床属于此类。区内该类型矿化层位多，主要分布在古生界（寒武系和奥陶系）。铀矿化受层位控制，铀矿体形成于铀源层及其附近的层间破碎带中。

2.2 地层及热液-淋滤作用

区内铀矿床（点）、异常点主要产于下寒武统双鹰山组、中-下奥陶统中，矿化产于碳质、硅质、泥质岩和碳酸盐岩中，受层位控制。这类铀矿化是经地表水、地下水或热液作用，使铀源层中的铀溶解、运移，进入有利层位或构造中富集成矿。

2.3 铀源

根据航空放射性场特征来看，研究区出露地层为一套赋铀建造，本身目的层铀含量较高，如震旦系铀含量为（1.20～1.60）×10-6，奥陶系铀含量为（1.60～4.40）×10-6，志留系铀含量为（2.40～2.80）×10-6［11］，是该区碳硅泥岩型铀成矿的主要铀源。

2.4 岩脉

区内铀矿床（如红柳河）铀矿化主要受基性岩脉控制，区域上有一条北西西向展布的辉绿岩脉。在分布于泥岩与硅质岩中的辉绿岩脉发现铀矿化和异常。铀矿化还与更晚期的小断裂有关，断裂和岩脉的交汇部位矿化更加富集［12］。

3 典型铀矿床、铀异常特征分析

3.1 红柳河铀矿床特征分析

3.1.1 矿床特征

矿床位于研究区东北角，距红柳河站约6 km，与其西部的3533 铀矿点均属碳硅泥岩型。主要出露二叠系红柳河组安山玢岩、玄武岩、砂岩，志留系阿尔特梅什布拉克群砂岩、片岩，寒武系双鹰山组含钒磷硅质岩、灰岩、页岩，震旦系平头山群大理岩、白云岩（图2a）。该区北部岩浆岩较为发育，主要为华力西期花岗岩、闪长岩和加里东期花岗岩。断裂构造较发育，呈近东西向和北西向展布。矿床产于下寒武统双鹰山组与上震旦统平头山群接触带上。由红柳河矿床向西，矿化层蜿蜒至塔水长约20 km 范围内都有较好铀矿化分布［13］。矿化受层位和构造双重控制，有高岭石化、绿泥石化、褐铁矿化和硅化等蚀变。矿床伴生钒、磷元素含量较高。

3.1.2 航放特征

1）矿床位于铀含量较高的地层中

图2 红柳河地区航放特征综合对比图Fig.2 Comprehensive comparison of aero-radioactive characteristics in Hongliuhe area

矿床产于高铀含量的下寒武统双鹰山组与上震旦统平头山群接触带上，接触带呈蛇曲状延展，沿接触带分布有高场。双鹰山组铀含量为（2.1～2.9）×10-6，局部高达9.0×10-6。

2）矿床有航放异常显示

矿床周边新发现航放异常4 个，分别为HFU-02、HFU-04、HFU-11 和HFU-14 （图2b），位于研究区东北部。经查证，HFU-11是红柳河铀矿床的显示，地面伽马能谱测量铀含量高达万分之六；HFU-14 是红柳河矿渣的反映；HFU-02 产于寒武系双鹰山组碳质泥岩中，见锰矿化、褐铁矿化，地面伽马能谱测量铀含量近万分之四；HFU-04 产于志留系（Sar）与寒武系接触带上，岩性为泥岩、砂岩，异常区为正在开采的石墨。可见该区航放异常有的是铀矿床的显示，有的是与铀伴生的钒、锰、磷矿化的显示，这充分显示了航放测量方法的找矿有效性。

3）矿床有其它信息异常显示

铀矿床点产出地段铀钾比值和铀标准偏差均有高值异常反映，铀钾比值达2.5×10-4，铀标准偏差达2.8×10-4（图2c、d）。该区铀钾比值和铀标准偏差高值区是铀矿勘查值得重视的区段。

3.2 HFU-13 异常特征分析

3.2.1 异常区地质特征

异常处于研究区南东部，距红柳河铀矿床南约25 km，产于奥陶系（O1＋2）中（图3）［9］，岩性为硅质岩、钙质粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩互层及石英脉，产状190°∠72°；粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩中含有机质，在主异常一带见一条近东西向的断裂构造，宽约35 m，断裂破碎带中见硅化及棕红色、鲜黄色钒酸钾铀矿化、炭灰色水钒矿化（图4）。

图3 异常区及周边地质简图Fig.3 Geological sketch of abnormal zone and the surrounding area

3.2.2 异常区物化探特征

1）地面伽马总量

异常区呈近东西向带状展布，向东还有延伸的趋势，长度大于1 200 m，宽度由西向东逐渐增宽，异常区西部宽度约200 m，东部宽约300 m，但东部较西部异常强度降低；异常值一般值在26～50 nC/（kg·h），最高值大于700 nC/（kg·h），背景值在14～22 nC/（kg·h）。

2）地面伽马能谱

测量结果显示钾、铀、钍元素尖峰异常明显，实地观察异常分布在近东西向的断裂构造的破碎带中，在异常一带清晰可见棕红色、鲜黄色钒酸钾铀矿化、炭灰色水钒矿化。

3）岩石地球化学

在野外查证时取岩石样3 个，经分析钾、铀、钍含量见表1，地表钒矿化地段捡块样化学分析V2O5含量达0.3%。从分析结果可以看出：钒含量很高，铀量较高，分析认为该异常是寻找钒、铀伴生矿床的有利线索。

3.2.3 异常区评价

异常区位于红柳河铀、金、铁、锰、钒等成矿带中，异常周边相同地质背景已有多处开采的钒铀矿床，均产于硅质岩、富含有机质砂岩、粉砂岩、泥灰岩及泥岩中；异常区石英脉发育，热液作用使沉积岩中的V2O5和铀元素富集。近地表沿断裂构造带的矿化层风化后，淋滤作用使V2O5和铀元素沿断裂破碎带进一步富集。主异常区见棕红色、鲜黄色钒酸钾铀矿化、炭灰色水钒矿化。分析认为该异常区具备寻找热液-淋滤型钒铀矿成矿地质条件。

4 铀成矿预测

半定量预测技术是核工业航测遥感中心从俄罗斯引进的一项新技术，经近几年生产应用，又融入新的预测参数，使之不断得到完善，应用效果较好［14-17］。

图4 异常区岩石野外观察特征Fig.4 The characteristics of outcrops in the anomaly area

表1 岩石样品化学分析一览表Table 1 Chemical analysis result of some rock samples

建模预测原理是通过分析已知矿床与物理场的关系，调整两者之间的相关系数、有利信息面积比等参数进行建模。再将所有参量进行信息叠加分析，生成成矿有利度评价参量，并将成矿有利度高的地段作为该类型矿床最有可能成矿远景区。预测流程包括数据准备、位场转换、模型建立、信息叠置预测、制图输出5 大部分。

4.1 模型建立

针对2011—2012 年航空物探测量整个测区的铀矿床、矿点分布特征，本次选用航放钾、铀、钍和航磁4 种信息源，建立了红柳河碳硅泥岩型铀矿床航放、航磁、物理-数学模型，模型比例尺1:5 万。矿床物理数学模型参数见表2。

从表中可见，建模涉及的参量较多，包括相应场的平均值、局部异常、水平梯度模、垂向导数、熵、偏度、峰度，根据以往对已知铀矿建模较好效果的试验经验，最终选定面积比在0.2～0.3 之间、费歇判据大于60 为建模参量。最终红柳河铀矿床预测模型选用参量为23 种，包括4 种钾信息、6 种铀信息、4 种钍信息、4 种磁信息和5 种重力信息。从模型显示图上来看（图5），红柳河矿床及周边成矿有利度较高。

4.2 成矿预测

将与模型有同样显示的地段作为成矿有利地段，可将成矿有利度高值区作为筛选远景区的重要依据之一。通过对航测区进行半定量预测（图6），在区内分布的已知矿床上具有明显成矿有利度高值区带，如红柳河铀矿床，高值区呈为团块状，成矿有利度大于7.5；南山、营毛宅、黑山地区成矿有利度均大于7.5。在其它无铀矿产分布地区也零星分布成矿有利度高值区，如红柳河铀矿床及周边分布有点状成矿有利度高值区域；鲤鱼梁东西向20 km 处，成矿有利度高值区域呈条带状环形分布；牛圈子北东方向11 km 处，成矿有利度高值区域呈北西向条带状分布；辉铜山矿以西15 km 处；马莲井周边成矿有利度高值区域呈东南向线性展布。这些地段与红柳河矿床模型参数相近，表明具有相似的地球物理场特征，分析认为这些地段是寻找碳硅泥岩型铀矿的有利区段，值得重视。

表2 红柳河铀矿床航放、航磁、重力物理-数学模型参数表Table 2 Airborne radioactivity and magnetic，gravity parameters and geophysical-mathematics model for Hongliuhe uranium deposit

图5 红柳河碳硅泥岩型铀矿床模型显示图Fig.5 Model derive probability for carbonaceous-siliceous-argillaceous type uranium metallization around Hongliuhe deposit

图6 碳硅泥岩型铀矿成矿半定量预测图（采用红柳河模型预测）Fig.6 The semi-quantitative predict map of carbonaceous-siliceous-argillaceous type uranium deposit（using Hongliuhe，prediction model）

4.3 铀矿成矿远景区

4.3.1 碳硅泥岩型铀矿远景区划分原则

1）区内碳硅泥岩型铀矿床在大地构造上受塔里木地台边缘隆起带和马鬃山中间古隆起带的控制，远景区与已知矿处在同一构造带上。

2）位于下寒武统双鹰山组及中-下奥陶统中，酸性、基性脉岩发育，且与铀矿化相关的蚀变现象强烈区段。

3）有碳硅泥岩型铀矿（化）点或航放异常分布，均产于泥岩、硅质岩、板岩中，其中HFU-13 异常一带见明显棕红色、鲜黄色钒酸钾铀矿化、炭灰色水钒矿化、红化、硅化、钙铀云母化等蚀变强烈，地面伽马能谱测量铀含量及化学分析V2O5含量较高；HFU-02、HFU-04、HFU-12 异常航放、地质特征均与红柳河矿床相似。这些地段均为寻找该类型铀矿提供了重要找矿线索。

4）远景区内分布大面积团块状、圆点状航放异常区和高场区，航放铀含量高，活性铀含量高值区与实测铀含量对应较好。

5）有铀解析信号与铀含量标准偏差高值区分布。

6）有碳硅泥岩型铀矿模型预测信息值高区分布。

4.3.2 铀成矿远景区特征

在整理、分析前人资料的基础上，根据成矿预测结果，结合野外异常查证情况，本次筛选了红柳河-方山口碳硅泥岩型铀成矿远景区两片，编号为TGN-1、TGN-2，均处在红柳河金、锰、钒、铁、磷、铀成矿带中。两片远景区西侧已出航空物探测量区范围，故本次仅对飞行测量区域内部进行远景区筛选，导致远景区西侧未闭合（图7）。两片远景区特征分述如下：

图7 红柳河铀矿一级远景区综合显示图Fig.7 Aero-radioactivity and geologic feature of the first-level prospect aroud Hongliuhe uranium deposit

TGN-1 远景区位于红柳河以西及以南一带，面积约320 km2。主要出露红柳河组（P1ha）、阿尔特梅什布拉克群（Sar）、双鹰山组、平头山群（Z2Pn）和华力西中期次花岗岩。北西向断裂构造发育。航放特征表现为高场，铀含量一般在（2.0～4.0）×10-6，最高达12.0×10-6。区内分布红柳河铀矿床、3533 铀矿点、HFU-02、HFU-04、HFU-11、HFU-12、HFU-14 号航放异常，已知矿床分布在航测区西北部，HFU-11、HFU-14 位于红柳河矿床附近，为已知矿床的反应，HFU-02、HFU-04、HFU-12 位于已知矿床西部及南部，具有相似的地质背景，异常与已知矿床航放特征相似。区内成矿有利度大于6.5 的模型预测有利信息高值区有3 片，分布在红柳河铀矿床及以西一带、HFU-12 异常以南；铀解析信号大于0.002×10-6，与铀含量标准偏差范围大于0.7×10-6的高值区团块状零星分布；活性铀富集区含量范围大于1.5×10-6的高值区只分布在HFU-14 异常周边。

TGN-2 远景区位于方山口及以东一带，面积约220 km2。主要出露锡林柯博群（O3X）、下-中奥陶统（O1＋2）、平头山群（Z2Pn）、苦泉组（N2k）。航放特征表现为高场，铀含量一般在（1.8～3.6）×10-6，最高达10.0×10-6。区内分布方山口铀矿床、HFU-13、HFU-17、HFU-18、HFU-20 号航放异常，铀矿床位于航测区西北部，HFU-17 异常位于已知矿床附近，具有相同的地质背景，HFU-13 异常位于已知矿床东部，HFU-18、HFU-20 异常位于其南部，异常与已知矿床航放特征相似。区内成矿有利度大于6.5 的模型预测有利信息高值区有1 片，分布在HFU-13 异常及周边；铀解析信号大于0.002×10-6，与铀含量标准偏差范围大于0.7×10-6的高值区团块状零星分布；活性铀富集区含量范围大于1.5×10-6的高值区只分布在HFU-17、HFU-18 异常周边。

查证结果发现异常多数产于寒武系和奥陶系硅质岩、泥岩、板岩中，HFU-13 异常分布在近东西向的断裂构造的破碎带中，主异常一带见明显钒矿化，铀含量相对较高。HFU-02 异常分布在碳质泥岩中，地面伽马能谱测量铀含量近万分之四。该类异常矿化产于碳质、硅质、泥质岩和碳酸盐岩中，是受层位控制的铀矿化。铀矿化是经地表水、地下水或热液作用，使铀源层中的铀溶解、运移，进入有利层位或构造中富集形成的。

综合分析认为这两片远景区具备较好的碳硅泥岩型铀成矿地质条件，分布的异常是寻找铀矿重要找矿线索。