综合物探方法在长排-学堂坳地区花岗岩型铀矿勘查中的应用

颜嘉庆，庞雅庆，刘 祜，邓善桥，董益捷，郑智阳，廖 磊

(1. 核工业二九〇研究所，广东 韶关 512029；2.核工业北京地质研究院，北京 100029)

硬岩型铀矿中的粤北花岗岩型铀矿是国内最重要的铀矿类型之一(夏宗强等，2016)。前人在诸广岩体南部的百顺、长江、城口和全安4个地区进行了大量的找矿地质工作，发现了一大批花岗岩铀矿床(点)(章邦桐等，1988，1990；邵飞等，2011)。其中，长江矿区位于北北东向、北东东向、近南北向和北西向四组断裂构造的交汇区(冯海生等，2009)。但长江矿区经过几十年的开采，可开采资源储备量已接近枯竭，因此，急需寻找新的接替资源量(宋振涛等，2017)。

音频大地电磁法(AMT)的测量频率范围为10～104Hz，适于资源勘探。该方法在探测地下电性结构、寻找低阻体、确定覆盖层厚度、矿体产状及埋深等方面有较好的效果。这为在长江矿区周边寻找类似的矿床提供了有效的方法和勘探策略(刘天佑，2004；李金铭，2005；武斌等，2011；张西君等，2015；孙栋华等，2015)。

磁法勘探是地球物理学科中一门成熟的勘探方法，它基于岩石的磁化率差异，通过测量磁场的空间分布形态，研究其异常特征来解析地质问题。其中，断裂构造带往往由于构造破裂、热液蚀变等影响，其磁场也会发生显著的变化，因此利用磁法来探测断裂构造也是一种有效方法(韩雪平等，2018)。

地处粤、赣、湘三省交界处的长江矿区，目前已发现的铀矿床主要集中在近南北向的水石-书楼丘中心区一带，其两侧铀成矿条件较好，但研究程度相对较低，仅开展过少量的地表揭露工程，对铀矿床外围及深部“第二成矿空间”的探索存在明显不足。笔者通过音频大地电磁和高精度磁测在长江矿区东北部长排-学堂坳地区花岗岩体的应用，圈出了成矿靶区，通过钻探取样验证，最终发现数个隐伏铀矿体，实现了找矿突破。

1 研究区概况

1.1 地质概况

长排-学堂坳地区位于诸广岩体南部长江矿区棉花坑矿床的东部，处于北西向油洞断裂和北东东向棉花坑断裂之间的区域。区内岩性错综复杂，是构造、岩浆、多金属成矿作用长期活动的地区。出露的岩浆岩主要为燕山早期中粒黑云母花岗岩等，其次为印支期中粒二云母花岗岩等(赵春江等，2012)，印支-燕山期花岗岩类的主要岩体具有岩石铀含量≥13×10-6的富铀地质背景。

1.2 铀矿化特征

铀矿化富集于不同岩体接触部位。厚大工业矿体常富集于细粒二云母花岗岩与细不等粒黑云母花岗岩、中粒黑云母花岗岩的接触界面附近的断裂蚀变带中。如9号带ZK215-4钻孔等地段，铀矿体(化)发育于构造带穿过中粒黑云母花岗岩与中粗粒斑状黑云母二长花岗岩、中细粒小斑状二云母花岗岩接触带附近地段，该现象在整个长江矿区内普遍存在。铀矿化(体)产出严格受北西、北北西向构造控制。如北西向油洞断裂，铀矿化(体)主要赋存于煌斑岩脉与其他方向的构造交汇部位，矿体沿交汇轨迹线分布；在北北西向构造中，铀矿主要富集于该组构造的硅质“骨架”或其两侧的蚀变碎裂花岗岩中。因此，不同岩体的接触带和断裂构造是该区铀矿化的主要控矿因素。

1.3 物性特征

为了解研究区岩石物性特征，指导地球物理测量成果解释，课题组在工作区内收集了岩石物性标本共130个，分析了密度、磁化率、电阻率、极化率4个参数。其中电阻率和磁化率为本次工作需要的基础数据。

图1为不同岩性、不同深部电阻率分布特征图。从图1可看出：①中粒黑云母花岗岩和中粒二云母花岗岩的电阻率分布范围均很宽，中粒二云母花岗岩电阻率大致分布在1 000～10 000 Ω·m，中粒黑云母花岗岩电阻率大致分布在1 000～15 000 Ω·m，中粒黑云母花岗岩电阻率稍高。②随着取样深度的增加，各不同岩性电阻率大致也是增加的。中粒二云母花岗岩样品电阻率没有超过10 000 Ω·m，可能与取样深度较浅有关(样品深度都不超过200 m)。③不管是二云母花岗岩还是黑云母花岗岩，蚀变后岩石电阻率都显著降低，大部分不超过500 Ω·m。蚀变岩石通常存在于断裂构造附近，因此利用电法勘探，在花岗岩地区查找断裂构造应是一有效方法。

图1 花岗岩电阻率分布图Fig.1 Distributional characteristic of granite electrical resistivity

图2为不同岩性、不同深部磁化率分布特征图。从图3可看出：①中粒二云母花岗岩和中粒黑云母花岗岩磁化率都相对较小，一般不大于150×10-6SI，差别不是很大。②二云母花岗岩蚀变后，其磁化率变化不大，但黑云母花岗岩蚀变后，磁化率增大。

图2 花岗岩磁化率分布图Fig.2 Distributional characteristic of granite magnetisability

2 测量方法及测线部署

2.1 测线部署

在诸广南部长排-学堂坳地区，部署了8条互相平行的AMT及高精度磁测线，以9号蚀变带C4测线为中心往两边铺开，测线间距约为1 km，每条测线长度为5.2～6.8 km，测线走向为北东77°(图3)，AMT测量点距20 m，高精度磁法测量点距10 m。

图3 长排-学堂坳地区构造地质及物探测线部署图Fig.3 The structure geology and geophysical prospecting survey line deployment diagram of Changpai-Xuetang′ao region 1.第四系；2.煌斑岩；3.花岗斑岩；4.细粒二云母花岗岩；5.细粒黑云母花岗岩；6.中细粒二云母花岗岩；7.中粒黑云母花岗岩；8.中细粒 小斑状二云母花岗岩；9.中粒黑云母花岗岩；10.中粒斑状黑云母二长花岗岩；11.中粗粒斑状黑云母二长花岗岩；12.碱交代岩； 13.断裂；14.实、推测地质界线；15.成矿脉带及编号；16.矿床；17.钻孔；18.物探测线

2.2 野外工作方法

2.2.1 AMT野外工作方法

(1)仪器设备。本次AMT测量采用加拿大凤凰公司的V8多功能电磁采集系统的AMT测量单元。V8系统是目前国际最先进的电磁法勘探仪器之一，采用了24位A/D转换。V8测量系统通过全球定位系统(GPS)和世界标准时间系统(UTC)同步，并组合热晶振器件(OCXO)同步方式，长期的锁定精度为1 μs或更精确，实现了各测站间同步，从而提高野外工作效率。在进行AMT测量时使用的是AMTC-30探头。

(2)测站布设。为了保障野外数据测量质量，野外AMT测站布设方法步骤为： ①极和磁棒的方位角使用森林罗盘仪等工具现场实测，其方位角偏差小于2°。②采用“十”字张量布站。③布设电极时避开表层电性不均匀体的地方(如树根处、流水旁或沟坎内)。④采用不锈钢电极。不锈钢电极插入土中(深度不少于20 cm)，确保电极与土壤接触良好以减小电极间的接地电阻，一般要求电极间的接地电阻小于5 000 Ω·m。⑤AMT电极距20 m，磁探测器埋入土中约20 cm，并用水平尺保证其水平放置。⑥使用黏土或石块等压实连接仪器的所有电缆，使其不悬空，不晃动。

(3)AMT观测方式。利用磁道共享的方式进行测量，即利用中间一台V8主机测量磁场Hx、Hy和电场Ex、Ey，两边布置的仪器仅测量电场Ex、Ey，多台仪器同时测量。由于测量的点距为20 m，电极距也为20 m，因此实际测量时组成了EMAP工作方式，这种方式可减少静态效应影响和野外布线工作量，提高工作效率。

AMT野外采集时间保证在30 min以上，以确保AMT能采集到最低5 Hz的天然场信息，并且信号的信噪比较高，从而达到探测1 500～2 000 m深度范围内地质目标的效果。

(4)平行试验。野外工作中，电道和磁道在XY方向上信号会出现接收不一致的情况，为了保持其信号一致性，在测量的不同阶段，要进行平行试验。在平行试验时XY和YX两个方向在高频段个别频点有干扰，进行挑选后XY和YX两个方向的电阻率及相位差曲线形态基本一致，说明仪器工作稳定，能一致接收信号，数据质量有较好的可靠性。

2.2.2 高精度磁测野外工作方法

高精度磁测使用加拿大GeoSystem公司生产的GSM-19GW高精度磁力仪。其分辨率为0.01 nT，灵敏度为0.05 nT，精度为0.2 nT。野外施工前，对仪器进行了计量检查和一致性检查。野外施工时，设立了日变观测站等，保证野外数据采集质量的可靠。

2.3 数据处理方法

2.3.1 音频大地电磁数据处理反演方法

在野外采集过程中，由于各种人为或自然因素影响，使所得到的资料中有一些非正常跳动的数据。在室内处理时，根据视电阻率曲线形态来判断有无干扰。一些地段干扰比较大时，可以看到在一些频率上视电阻率曲线出现较大跳跃，为了避免这些畸变点对数据反演的影响，要对较大畸变频点的数据进行标记，不让其加入反演计算。

AMT反演处理的目的是利用测量得到的视电阻率和相位数据，经过反算得到地下介质真实电阻率分布。二维反演方法是目前一种实用的反演方法，其反演结果稳定，反演速度适中，对大多数地质模型通过简化是可以采用的。本次采用了正则化二维反演方法，使用美国劳雷工业公司的EMAGE-2D软件。

2.3.2 高精度磁测数据处理方法

仪器实测的磁测数据是地表磁场的总强度，包含了该研究目标的地质体和其他地质体以及各种干扰因素的响应，如果直接对实测磁场数据进行解释，解释结果的误差会很大，甚至得到错误的结论。因此对实测磁异常解释之前，先要对磁场数据进行某些变换或处理，以消除干扰，同时把各种不同规模地质体引起的磁异常划分开来，使最终解释成果符合实际地质情况。

3 应用效果分析

C4线长6.8 km，地表大部分出露的岩石为印支期第三阶段的中细粒小斑状二云母花岗岩，局部有中粗粒斑状黑云母二长花岗岩，同时剖面穿过了多条断裂构造带。从图4可看出，电阻率断面除在局部地段为低阻分布外，剖面整体表现高阻特征，大于8 000 Ω·m。在浅部分布有似层状低阻，结合本区的地质特征，认为浅部薄的低阻层应由岩石风化后引起。在0～2 100 m段为高阻-低阻-高阻特征，推测此区域主要为高阻岩性的中粗粒斑状黑云母二长花岗岩，中间的低阻主要为构造蚀变区，其他区域主要为中细粒小斑状二云母花岗岩。

图4 长排-学堂坳地区C4测线物探成果及钻孔位置图Fig.4 C4 line geophysical prospecting achievement and drill location of Changpai-Xuetang′ao region a.高精度磁测曲线(T为地表磁场的总强度)；b.AMT测量反演电阻率断面图；c.地质推断解释断面 及钻孔位置图(F系列为已知断裂构造，Fy系列为推测断裂构造，ZKX-Y为钻孔编号)

根据电阻率断面上局部低阻发育特征、电阻率等值线分布特征、磁测曲线异常特征推测了13条断裂，其中有7条断裂构造在地面的位置与已知构造蚀变带基本一致，其他6条断裂构造为新推测的断裂，现简述如下:

F10、F8、F9三条已知的构造蚀变带位于剖面平距650 m、1 150 m、1 500 m处，3条断裂构造在电阻率断面上均存在低阻异常或等值线的错断，在磁测曲线上，也存在较明显的磁异常，其中F10、F8断裂倾向为东北，F9断裂倾向为西南。

F112、F111、F42、F110四条已知的构造蚀变带位于剖面平距2 100 m、2 700 m、3 200 m、3 700 m处，4条断裂构造在电阻率断面上均存在低阻异常或等值线的错断。在磁测曲线上，F111断裂存在较明显的磁异常，其他3条断裂构造磁异常不明显。F112、F111、F110断裂倾向为南西，F42断裂倾向为北东。

Fy4-1、Fy4-2、Fy4-3、Fy4-4、Fy4-5、Fy4-6为新推测的6条断裂构造，在断裂构造处都存在明显的磁异常，在电阻率断面上也存在等值线错断现象或低阻异常。

根据电阻率断面深部变化特征，以及新推测断裂构造发育特征等，推测存在1个有利成矿区。其位于C4剖面平距为700～1 500 m，标高为-600～200 m区域。此区域为F10、F8、F9构造蚀变带发育区，同时存在大面积低阻发育，应为岩石蚀变结果，推测为有利成矿区域。

根据近年来在长排地区钻探施工结果显示，物探推测的断裂构造位置与已知断裂构造地表出露位置吻合很好，其产状特征与实际情况基本吻合。从图5可看出，推测的F8、F9断裂构造与已知情况基本吻合，根据产状特征，其在深部应该会相交。勘探剖面揭示的深部岩石特征表明，F8断裂以西为黑云母花岗岩，以东为二云母花岗岩，并且二云母花岗岩在浅部覆盖在黑云母花岗岩上，此特征与F8附近电阻率等值线的变化相一致(图4)。在磁测曲线上1 500 m以西曲线跳跃变化快，即高频磁异常分布较多，而右侧相对较平稳，这与西部岩石主要为黑云母花岗岩，而东部为二云母花岗岩的磁性特征一致(图4)。由于黑云母花岗岩相对二云母花岗岩磁性变化范围宽，磁异常复杂，因此引起的地面磁测高频异常多，而二云母花岗岩磁化率变化较小，其变化平稳。根据岩石的物性特征、地质资料推测的岩体接触关系基本与钻探成果相符，表明了利用电(磁)综合探测方法探测的成果可靠性较高。

图5 长排-学堂坳地区X号带南部Y号勘探线剖面图Fig.5 Profile of exploration line Y in the south of zone X in Changpai-Xuetang′ao region

4 结论

通过以上综合物探工作表明：

(1)音频大地电磁具有较好的垂向分辨力，能够较准确地探测岩体的厚度、断裂构造规模及深部延伸情况、确定破碎带和裂隙带空间展布特征等；高精度磁测在花岗岩地区可用来查明不同岩体的接触带，以及与铀成矿有密切关系的断裂构造，脉体位置等。

(2)大致查明长排-学堂坳地区属于花岗岩型铀矿区，断裂构造和不同岩体的接触带为主要控矿因素，不同岩体接触带的两侧主要为黑云母岩体和二云母岩体，黑云母花岗岩相对二云母花岗岩磁性、电阻率都要高，电阻率断面在岩性接触面两侧一般表现为梯级带变化，因此通过结合已知地质情况等，可推测黑云母花岗岩与二云母花岗岩接触界面深部的变化特征。

(3)通过对长排-学堂坳地区物探成果综合分析，推测出13条断裂，1片有利成矿区，其中有7条断裂构造在地面的位置与已知构造蚀变带基本一致，1片有利成矿区通过钻孔揭露，发现数个铀矿化体。认为综合运用两种物探方法可以实现优势互补，为花岗岩型铀矿攻深找盲、外围扩大找矿提供有效技术手段。