综合物探方法在柴达木盆地北缘查查香卡地区铀矿勘查中的应用

时志浩，叶雷刚，陈擎，贺建国，杜亚龙

（核工业二〇三研究所，陕西 西安 710086）

目前，常规的单一放射性物探方法已不能满足硬岩型隐伏铀矿勘探的需要，主要通过综合物探方法来集优勘探。刘祜、程纪星、汪来等［1-3］采用以音频大地电磁为主、高精度磁测为辅的综合物探方法，较好地探测到矿区深部地质构造，为矿区硬岩型铀矿攻深找盲提供了技术支持；王志宏等［4］运用可控源音频大地电磁法（CSAMT）和地面磁测查明桃山地区断裂带特征，圈定与铀成矿相关的岩石分布范围，总结归纳地质-地球物理找矿模式，勘查效果明显；史剑锋等［5］利用地面伽马能谱测量圈定柳林花岗岩型铀矿区铀异常范围，再辅以激电测深查明深部铀矿体展布特征，综合分析放射性异常带与地质构造的铀成矿关系，找矿效果显著；周乾等［6］采用地面伽马能谱、CSAMT 和土壤氡气测量的综合物探方法在山北花岗岩型铀矿区圈定铀矿化异常，结合矿区地质条件，查明了与矿化体相关联的花岗岩体接触带以及断裂发育情况，对铀矿化特征以及成矿关系有了更进一步的认识。前人在铀矿勘查中采用地球物理方法攻深找盲做了大量尝试，并取得了较好的找矿效果。

查查香卡地区地处柴达木盆地北缘逆冲构造带，构造活动强烈，具有较大的成矿潜力［7］。20 世纪90 年代，柴北缘地区开展了一系列地质、物化探工作，获取了大量物化探异常信息，发现一批铀异常带，虽区内地质研究工作开展较早，但对于较小范围内与铀矿相关的大比例尺地质物化探工作开展程度较低，且区内构造条件复杂，对于区内地质构造条件下地层岩性放射性异常特征与深部铀矿体之间的对应关系未做深入研究。

本文基于以往查查香卡地区铀矿地质成果，针对该区复杂的地质构造条件，为查明该区铀矿化分布特征以及铀成矿环境，采用地面伽马能谱测量、激电测深和可控源音频大地电磁相结合的综合物探方法，圈定区内铀异常范围，确定主要控矿（含矿）断裂位置，大致查明断裂构造深部延伸位置，进一步追索含矿断裂深部发育情况，并讨论其与铀成矿关系，从而为地质钻探工作提供物探依据。

1 研究区地质及地球物理特征

1.1 地质特征

查查香卡地区位于柴达木盆地东北缘，处于陶力隆起与泽日肯隆起夹持的托莫尔日特蛇绿混杂岩带，隆起区主要由古元古代达肯达坂群片麻岩组、中元古代陶力片麻岩体组成；蛇绿混杂岩带主要为滩涧山群变质火山岩组、壳幔混合型（H）中性侵入岩及壳型造山中酸性岩浆岩及中酸性-碱性岩浆岩（S）等，受构造活动影响，地层岩石变形强烈且裂隙发育，为地层中铀的活化、迁移和富集提供通道，其中奥陶-志留系滩涧山群是区内的主要含矿地层。区内第四系主要分布于山前地带及河谷中，厚度较薄，以冲、洪积物为主。

研究区历经吕梁期至喜山期多次构造运动，构成了以北西西向断裂为主、北东向次之的网状构造格架，区内断裂具有韧性-脆性多期多阶段发育特点（图1）。F4韧-脆性断裂贯穿全区，宽度大，破碎带内可见糜棱岩、碎裂岩和构造角砾岩等，倾角较大，岩石蚀变强烈，该断裂是区内主要控矿构造。F5脆性断裂贯穿全区，构造带中岩石呈碎块状，褐铁矿化发育，有大量石英脉灌入。F10在南部切穿F4、F5断裂，断裂带中岩石呈碎块状，具强烈的褐铁矿化、绿泥石化。

图1 查查香卡地区地质及物探工作部署图Fig.1 Geological sketch and geophysical exploration profiles of Chachaxiangka area

区内岩浆活动频繁剧烈，不仅有大规模的复式岩体贯入，而且与之相伴的火山活动也十分频繁，华力西期灰白色中-粗粒花岗闪长岩为铀矿床的主要赋矿围岩。

1.2 地球物理特征

研究区不同岩性伽马能谱放射性含量统计，见表1。区内地层岩性放射性特征差异明显，其中硅化、褐铁矿化等蚀变破碎带脉体中铀、钍、钾平均含量最高，分别为16.6×10-6、52.1×10-6、3.6×10-6；黑绿色角闪岩及角闪片岩铀、钍、钾平均含量次之，分别为13.7×10-6、43.6×10-6、2.8×10-6；云母石英片岩、片麻岩铀、钍、钾平均含量偏低，分别为1.9×10-6、10.4×10-6、1.7×10-6。前述可知，研究区地层中硅化、褐铁矿化等蚀变带脉体、角闪岩及角闪片岩放射性强度较高，而此类岩石是区内铀富集成矿的最主要铀源体。区内Th/U 均值为5.2，小于地层和岩体的平均值5.7，表明铀元素发生了局部富集，且研究区断裂蚀变发育，Th/U 均值小于地壳地层和岩体的平均值，再次证明铀元素进行迁移、局部富集［8］。

表1 查查香卡地区岩石放射性参数统计Table 1 Statistics of radioactivity parameters of rocks in Chachaxiangka area

通过表2 可看出，斜长角闪岩和斜长角闪片岩极化率平均值较高，分别为2.04、2.75，其电阻率也表现为相对中高阻特征，且依据伽马测井资料，放射性异常段主要出现在斜长角闪片岩内，而其表现为高极化高阻的特征。其中高极化特征主要是由金属硫化物引起的，高阻特征主要是硅化的反应。根据研究区矿化体特征，矿化体中普遍发育黄铁矿化，其矿物成分中普遍含有黄铜矿等金属硫化物。这些金属硫化物具有较强的激发极化效应，对采用激电测量提供了充分的物性基础。

表2 查查香卡地区岩石物性参数统计Table 2 Statistics of electric and magnetic parameters of rocks in Chachaxiangka area

综合研究区地层岩石的放射性、电阻率、极化率特征，本次物探测量，主要将高铀含量、中高电阻率和高极化率作为圈定成矿有利区的依据，这是本次伽马能谱测量、CSAMT 与激电测量寻找铀矿化体的物理前提。

2 数据采集及处理

2.1 地面伽马能谱

依据研究区地质资料，区内断裂构造发育，控矿构造带走向总体为北西向，叠加多期次热液活动。本次1：10 000 地面伽马能谱［9］测量测线布置与主构造线大体垂直，测线方位0°。测量采用双基线控制，基线方向90°，网度100 m×20 m（见图1）。

本次能谱测量采用FD-3022 能谱仪，测量前进行仪器校准，在铀、钍、钾饱和模型上测定换算系数［10］。研究区伽马能谱U、Th 元素含量背景值分别为3.9×10-6、16.1×10-6，标准差分别为2.7、4.1。采用GeoSoft 软件处理能谱测量数据，并由Surfer 软件进行克里金插值计算后，将生成的grd 文件经MapGis 制图软件处理形成相应的等值线图。

2.2 可控源音频大地电磁

由能谱测量圈定的异常区内，在较平缓的地方进行可控源音频大地电磁（CSAMT）［11-12］探测工作。根据实际情况野外布设1 条测线，供电偶极距AB=1 000 m，测量电极距MN=50 m，收发距为10 km，测深点距为25 m（见图1）；高频供电电流为4 A，中低频最大供电电流为25 A，发射频率选择0.125～8 192 Hz，采用多次叠加观测提高信噪比。

反演解释处理采用Zonge 公司一维、二维反演软件，初试模型为1D 模拟平滑模型，第一层厚度为25 m，圆滑系数为0.50，其余参数均选取默认值。2D 反演采用圆滑模型反演（Occam）算法对卡尼亚电阻率与阻抗进行迭代运算，确定反演模型的电性分布特征，依据野外探测资料求一个多层地球物理模型的最光滑解，模型采用均方误差判决数据拟合度及模型的粗糙度，使所得模型更圆滑且拟合度较高。

2.3 激电测深

针对区内已发现的矿化体和成矿有利地段，布置4 条激电测深［13-14］剖面，其主要目的是探测区内已发现的两条控矿构造蚀变带深部含矿情况。采用对称四极装置方式进行测量，测深点距40 m，供电极距AB/2 变换采用对数坐标等间距一级8 个点进行，最小AB/2 为2.8 m，最大为700 m，测量极距MN/2 依据AB/2 的1/10等比变换，布极方向与剖面线方向一致（见图1）。

3 物探资料综合分析

3.1 地面伽马能谱

铀含量背景值为3.9×10-6，从能谱铀含量图2 中可以看出，区内铀元素分布较为清晰，铀异常大致呈现三种展布态势，即条带状铀高场、分布零散的铀偏高场和低铀场。如图2所示，研究区铀含量异常整体呈现A1、A2、A3和A4四个异常晕带（≥9.1×10-6），呈北西向展布，与岩层走向、构造断裂方向基本一致，其含矿体主要为构造断裂带中与硅化、黄铁矿化、褐铁矿化等相关岩体，铀异常带中热液蚀变也非常发育，构造带尤为突出，与铀成矿有关的蚀变主要有赤铁矿化、绿泥石化、钠长石化、硅化、绢云母化、碳酸盐化，且铀矿体中见有大量黄铁矿［8］。A3异常带走向呈近北西向的条带状展布，异常区内铀异常较明显，该条带状异常晕表明北西走向的灰白色黑云母花岗闪长岩内部断裂带热液活动的存在特征，见有绿泥石化、褐铁矿化和矽卡岩化；其中A4异常区内铀异常较明显，为区内范围最大的异常带，异常走向表明了奥陶-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，同时多期的热液蚀变作用，致使该异常晕见有褐铁矿化、绿泥石化、矽卡岩化等热液蚀变现象，且区内北西向主要断裂F4、F5与近南北向次级断裂F10相互交汇，使得能谱铀异常展布特征整体反映出断裂蚀变带的发育情况。

图2 查查香卡地区能谱铀异常图Fig.2 Uranium anomaly of energy spectrum in Chachaxiangka area

综上所述，从整体铀异常晕空间展布来看，整个铀异常晕主要分布于区内断裂构造发育部位，且其延伸方向受区内主要断裂构造F4、F5控制较为明显，并受后期热液活动改造。因此，断裂构造部位十分有利于铀成矿，地层铀元素迁移、富集具有一定的方向性，区内地质构造对成矿规模与空间展布有着较强控制。

3.2 可控源音频大地电磁

从40 号线可控源音频大地电磁测深反演电阻率断面图（图3）可以看出，整体视电阻率偏高，呈现出明显的高低电阻率横向分层，纵向电阻率等值线不连续。因此，依据地质资料及电阻率纵横向变化特征，推断出4 条断层和1条韧性断裂带，与地质观测基本吻合，由南向北分别是F6、F5、F4。

图3 查查香卡地区40 线反演电阻率断面及地质解释图Fig.3 Cross-section of electric resistance inversion and geological interpretation of exploration Line 40 in Chachaxiangka area

F6断层推断为南倾逆断层。反演电阻率断面图显示：断层上盘电阻率等值线密集，但幅值相较于下盘偏小，结合地质特征推断上（南）盘为Pt1D，下（北）盘为OST；断层带电阻率值较上下盘地层均呈相对低阻，这是构造岩结构变化所致。

F5断层推断为南倾逆断层，浅部向北倾斜。反演电阻率断面图显示：上（南）盘电阻率幅值明显高于下（北）盘，推断该断层为“犁”型南倾逆断层。

F4断层从反演电阻率断面图上看出，断层等值线为低值密集直立状（南北电阻率明显高于断层带内，低阻区在断层带内圈闭），初步分析该断层为一充水近直立断层，浅部显示为南倾。

推断的韧性断裂带位于22～26 号点之间，反演电阻率断面图显示南北电阻率较韧性断裂带高，但电阻率等值线在带内外连续，未见错断。

3.3 激电测深

依据CSAMT 探测推断出的断裂构造位置及展布特征，开展激电测深对发现的控矿断裂带进行追踪控制，验证CSAMT 解释结果，并查明区内深部含矿情况，了解矿化体的空间产出状态，为进一步的探矿工程提供勘查依据。限于篇幅，本文选择典型勘探线40、3 号线激电测量成果进行解释，并将反演极化率η、反演电阻率ρ剖面、40 与3 号线能谱铀含量曲线图与推断的地质断面置于一张图上，构成激电测深与能谱铀含量曲线综合断面图，以此来控制区内断裂的走向与延伸。

图4 为40 号线激电测深综合断面图，反演电阻率剖面图显示，在4001 点到4005 点整体表现为相对低阻异常，4006 点到4009 点整体表现为相对高阻异常，推断为岩体表现，且南部埋藏深度大，北部埋藏浅；依据反演电阻率ρ异常反映推断了2 条断裂构造（F4和F5），在 点4004 附近可明显的推断出断裂构造带F4，其断层两盘电阻率相对较高，且高于断层带内的电阻率，其对应视极化率ηs 梯度较陡；在4008 点附近推断为另一条断裂构造（F5）反应，显示其上（南）盘电阻率幅值明显高于下（北）盘，倾向北，这与CSAMT 解释结果相一致；推断剖面的电阻率ρ在4005 点到4009 点浅部呈现的高阻异常为地层奥陶-志留系滩间山群下岩段（OST1a）的灰绿色斜长角闪片岩的表现。在推断的断裂构造F4的两侧均有相对中高阻异常反应，为硅化表现，是其主要找矿目标体。反演极化率η断面图显示，极化率η异常点在4002～4009 点，高η值自距地表100 m 一直向下延伸，且伴有层状高极化率异常特征，在4003 点深度300 m、4006 点深度350 m、4008 点深度1 350 m 显示高极化率异常，高极化率异常整体向北倾斜。结合研究区内地质及岩矿石物性特征推测，矿化带内高极化异常与围岩蚀变区内存在的金属硫化物有关。依据ρ、η异常分布特征，推 断4003 点、4006、4007 点 及4008 点的中高阻和高极化率的接触带边缘部位为成矿有利带，与断裂构造带方向一致，即北侧倾斜。

图4 查查香卡地区40 号线激电测深与能谱铀含量综合断面图Fig.4 Sections of induced polarizattion sounding and energy spectrum uranium content for Line 40 in Chachaxiangka area

图5 为3 号线激电测深综合断面图，反演电阻率断面图显示，在剖面两侧表现为相对高阻异常，312 点到301 点深部电阻率整体较低；根据反演电阻率ρ异常反应推断了2 条断裂构造（F4和F5），312 点和311 点地层电阻率等值线不连续，明显错断，右侧抬升，且左侧电阻率明显高于右侧，推断为断裂构造F5反应倾向北，这与CSAMT解释结果以及40 号线所推断结果相一致；在305点附近电阻率等值线呈现低值密集状，与周围两侧电阻率不连续，推断为F4 断裂构造反应，为直立断层，这与CSAMT 解释结果相一致；推断305、306点为奥陶-志留系滩间山群上岩段（OST1b）与下岩段（OST1a）界线，且在推断的两条断裂构造两侧均有相对的中高阻异常反映，为硅化的表现，是其主要找矿标志。反演极化率η断面图显示，在对应的中高阻异常段均出现高极化异常，其中异常点315、311、306、305、304及303异常幅值高，向两侧均有一定延伸，且306与302点异常相联通形成似拱形的高值异常，且高极化率的脉状矿化带同样和富含金属硫化物有关；313 到317 异常点幅值较低。依据ρ、η异常分布特征，推断315 点、311 点、306 点、305 点、304 点、303 点及302 点为成矿有利带，为高极化率与中高阻的接触带部位及边缘部位，与断裂构造带方向一致，即北侧倾斜。

图5 查查香卡地区3 号线激电测深与能谱铀含量综合断面图Fig.5 Sections of induced polarizattion sounding and energy spectrum uranium content for Line 3 in Chachaxiangka area

3.4 综合分析

综合分析研究区地面伽马能谱测量、CSAMT 与激电测深获取的异常特征，结合地质条件，可以看出区内放射性强度强弱明显，铀元素含量较高，异常区域较大，且成条带状分布于断裂构造附近，这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元素富集，成为铀矿体赋存的最有利部位。基于研究区控矿构造的重要性，通过CSAMT 大致查明区内与铀矿体相关的断裂构造，推断出断裂带的空间展布特征，即北西向断裂带为铀成矿提供了有利条件，为进一步为探查研究区铀矿体沿断裂蚀变带发育提供一定的物探技术支撑。激电测深推断出多条成矿有利带，其激电异常显示中高电阻率与高极化率复合部位为识别成矿有利带的物探找矿标志。对区内主要断裂构造进行追踪，结合CSAMT 解释结果，确定了矿体的延伸方向与断裂构造方向一致，在空间上成矿主要受断裂构造F4控制，且在深部有错断，右侧有明显的抬升。而北东向断裂构造F10为晚期的构造，对F4断裂构造有一定的破坏作用，在异常上的表现为弱的极化率和电阻率。

综上所述，结合查查香卡铀矿床地质特征，能谱铀含量异常表明铀矿化均赋存于滩间山群斜长角闪片岩夹斜长角闪岩中，为区内初始铀源层。受北西-北西西向断裂带F4、F5影响，铀异常晕呈条带状分布于构造断裂带，且后期多期次岩浆活动为铀矿富集提供热源和物源，表明区内北西西向构造断裂带为主要控矿构造，为深部铀矿化迁移、活化、富集提供通道，断裂蚀变带中多期次热液蚀变作用叠加促使铀元素富集。

依据此次物探解译成果，后期经过钻孔验证（见图4、图5），发现工业矿化孔，其铀矿体埋深在40～170 m 之间，在250～310 m 也见有工业矿体，厚度0.75～5.16 m，品位0.050%～0.251%；测井解释证明矿化段赋存在北西向韧性剪切构造断裂带中，矿体向深部延续性较好，且铀矿体厚度变大、品位变富，在带内存在大量的0.03%以上的矿化体。说明物探解释成果与实际情况相吻合，证明研究区采用综合物探方法探测是有效的、可靠的，提高了研究区找矿效率，加快勘探进度。

4 结论

地面伽马能谱探测对放射性异常反映灵敏，能很好地圈定铀矿异常，本次测得的铀异常晕成条带状展布于构造破碎带周围；铀成矿受区内断裂构造控制，CSAMT 探测可推断研究区地下隐伏构造及其空间延伸特征；激电测深进一步追踪查明区内已发现的含矿构造带及深部含矿情况，与CSAMT 解释结果相互印证可提高解释精度。采用三种方法联合探查，较好地查明了查查香卡地区铀矿化体的空间产出形态，圈定了成矿有利带，具有很好的应用前景。