综合物探方法在桂北地区铀矿勘查中的应用

2022-01-20焦智伟王亚飞孔志召

矿产与地质 2021年5期

焦智伟，王亚飞，艾虎，孔志召，汪来

(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 )

0 引言

桂北地区铀矿床属于碳硅泥岩型，所处的大地构造位置与广子田、大江背、土地堂等大中型铀矿床的特征相似，成矿地质构造条件优越，具有较好的找矿前景。本文以桂北地区为例，通过开展音频大地电磁测量、高精度磁测和210Po测量，进行数据处理和异常提取，查明了控矿层位、控矿断层发育情况，结合区内铀成矿特征及找矿标志，预测了成矿有利区段，取得了较好的效果。

碳硅泥岩型铀矿床是我国重要铀矿床类型之一[1-5]。经过多轮的找矿工作，认为矿体的产出直接受岩性和断层控制[6-9]。在以往的勘查工作中多以放射性勘查为主，以寻找异常点带为目的，对于点面结合的综合研究较少，对已知矿(化)体的深部揭露和研究程度较低。单一的物探方法对寻找深部构造难以取得很好的效果，开展综合物探可以提高推断解释和深部找矿预测的准确性[10-17]。

1 物探方法简介

音频大地电磁法(简称AMT)：AMT以交变电磁场为基础，通过接收天然电磁场信号，来探测地下不同电性地质体结构。AMT是张量测量，对二维构造反映较为真实，适应不同深度金属矿勘探[18-19]。

高精度磁测：高精度磁测是在地面观测地下介质磁性差异引起的磁场变化的一种地球物理勘查方法[20]。利用高精度磁测可达到划分岩性界线、勾勒构造形迹的作用。

210Po测量：210Po法是测量岩石铀及氡衰变子体210Po的α射线强度，来寻找铀矿床的一种放射性测量方法。210Po的量直接反映了222Rn的平均值，成为确定铀矿和断层破碎带的重要方法[21]。

2 地质概况及地球物理特征

2.1 地质概况

研究区位于扬子地块与华南褶皱系交接部位的西南缘，越城岭复背斜和凤凰田背斜之间的大西江-咸水坳陷西翼[22](图1)。受多期次构造影响，褶皱、断层较发育，褶皱自西向东分布有越城岭复背斜、大西江—龙水向斜、凤凰田背斜，NE向扭性断层是重要的控矿构造，控制着铀矿床和铀矿体的空间分布[23]。

图1 研究区区域地质构造略图

1—下白垩统 2—泥盆系-石炭系 3—震旦系-奥陶系 4—燕山期花岗岩 5—加里东期花岗岩 6—实测断层 7—推测断层8—向斜 9—背斜 10—铀矿床 11—地质界线 12—不整合地层界线 13—研究区

2.1.1 地层

研究区出露地层有下奥陶统黄隘组(O1h)砂质页岩、下泥盆统郁江组(D1y)砂岩、中泥盆统信都组(D2x)细碎屑岩、中泥盆统东岗岭组(D2d)及下石炭统岩关阶(C1y)碳酸盐岩。

2.1.2 构造

研究区构造以NNE向的F1断层、F0断层及与F1斜交的扭性断层组为特征，具体特征如下：

F1断层：中泥盆统信都组第五段(D2x5)细碎屑岩与中泥盆系东岗岭组(D2d)碳酸盐岩接触部位。走向为NNE，倾向SE，其走向和倾向上均呈舒缓波状膨胀收缩延伸，为一多期次、多阶段、长期活动的层间挤压破碎带。

F0断层：该断层沿NE向呈“S”形弯曲展布，倾向NW，具压扭性特征，并作逆时针方向扭动。断层NW盘上升，SE盘下降，老地层逆冲于新地层之上。

与F1斜交的扭性断层组：区内发育规模较小的平移断层呈NNE、NNW以及NWW向展布，错断泥盆系及F1断层，规模较小。断层构造面以扭性为主，兼有张性和压性。

2.1.3 铀矿化特征

铀矿化产于大西江-龙水向斜西翼中、上泥盆统中，严格受中泥盆统信都组第五段、东岗岭组下部控制。矿体呈似层状、透镜状，其产状与地层及层间断裂破碎带F1产状基本一致[23]。

2.2 研究区地球物理特征

通过对研究区内岩心标本进行物性参数测量，获得了岩矿石物性参数，统计结果见表1。各地层的岩石电阻率、磁化率具有如下特征：

表1 研究区电阻率及磁化率参数统计

下奥陶统黄隘组(O1h)：岩性以砂质页岩夹砂岩为主，电阻率表现为低阻特征；磁化率值相对较高，磁性略强。

下泥盆统郁江组(D1y)和中泥盆统信都组(D2x)：岩性以砂岩、砂砾岩、粉砂岩为主，电阻率表现为中低阻夹中高阻特征，磁化率变化范围较大，郁江组及信都组第四、五段砂岩、粉砂岩由于赤铁矿化磁化率值稍高，信都组第一、二、三层则呈弱磁特征。

中泥盆统东岗岭组(D2d)：岩性以白云岩、石灰岩为主，电阻率值较高，呈高阻特征；磁化率值较低，呈弱磁或无磁特征。

下石炭统岩关阶(C1y)：以石灰岩、灰质页岩为主，电阻率呈相对中阻特征；而磁化率值较低，表现为弱磁及无磁特征。

综上，研究区不同地层、岩性之间均存在电阻率及磁性差异，尤其是中泥盆统信都组细碎屑岩与东岗岭组碳酸盐岩之间存在明显电阻率、磁化率差异，为资料的解释提供了理论依据。

3 物探工作布置

研究区铀矿点、矿化点均受NE向断层控制。依据物探剖面线应与主构造线、矿化(异常)带、蚀变带的走向尽量垂直的原则，布置AMT测线5条(图2)，测线方向139°，测线间距900 m，点距25 m；210Po测线5条，与AMT测线重合；高精度磁测测线13条，线测方向139°，测线间距300 m，测点距25 m。

图2 研究区地质及测线布置简图

4 物探方法应用效果

4.1 高精度磁测资料解释

研究区处于碳酸盐岩环境中，岩石本身磁性较弱，仅在一些碎屑沉积岩内，由于在沉积过程中夹杂一些火山岩或变质岩细粒或粉末，或在压缩过程中形成次生的赤铁矿化，从而具有一定的磁性，产生微弱的正磁异常[24]。

结合ΔT剖面平面图(图3)和ΔT等值线平面图(图4)可以看出：磁场自NW向SE呈逐步减弱趋势：NW部磁场值略微偏高，至中部呈正负磁场相互叠加，SE端则表现为较弱的磁场特征。磁场的阶梯式变化及展布方向，与地层的展布特征极为相近。

图3 研究区ΔT剖面平面图及断层推断解释图

图4 研究区ΔT等值线平面图及断层推断解释图

北西部(Ⅰ)：以平稳的正磁场为特征，基本与下奥陶统黄隘组砂质页岩、下泥盆统郁江组砂砾岩及中泥盆统信都组砂砾岩等碎屑沉积岩相对应。

中部(Ⅱ)：以正负磁场值复杂变化为特征，正负磁异常相间分布，在ΔT等值线平面图上表现为正负磁异常等值圈呈串珠状、链状分布，基本对应中泥盆统东岗岭组白云岩、灰岩。

南东部(Ⅲ)：以平稳的负磁异常为特征。在ΔT等值线平面图上主要以负磁异常分布，呈面状、团块状、串珠状、长条状分布。该磁场区为下石炭统岩关阶碳酸盐岩的反映。

断层构造附近，由于岩石原有磁性受到破坏，ΔT磁异常值也会因磁性变化出现或高或低的跳跃，反映构造的形迹。根据断层构造ΔT磁异常特征，共推断解释断层3条。

F1-1断层：位于研究区北西部。在ΔT剖面平面图上磁异常表现为相对高值特征；在ΔT平面等值线图上表现为串珠状正磁异常带。

F1断层：位于Ⅰ区、Ⅱ区交界部位。ΔT剖面平面图上呈磁异常值阶梯式变化或负磁异常特征；ΔT等值线平面图上表现正负磁场交变带。

F0断层：位于研究区南东部，Ⅱ区、Ⅲ区分界线附近。在ΔT剖面平面图上表现磁线性跳跃的正负磁异常；在ΔT平面等值线图上表现为串珠状负磁异常带及等值线错动带。

4.2 210Po资料解释分析

4.2.1210Po异常划分标准

通过对研究区内各条测线210Po含量进行统计，获得了210Po含量统计表(表2)和210Po含量统计图(图5)。由表2、图5可知，研究区210Po含量值主要集中分布在5～25 Bq/kg。确定了区域背景值为17.63 Bq/kg，标准偏差为10.25 Bq/kg。

表2 研究区210Po含量统计

图5 研究区210Po含量分布统计图

背景值2.5倍标准偏差确定异常晕下限为43.25 Bq/kg，背景值加3倍标准偏差确定异常点下限为48.38 Bq/kg。根据研究区210Po含量分布特征将其按晕级进行了划分(表3)。

表3 研究区210Po含量晕级划分

4.2.2210Po异常分布特征

根据数据统计结果，得到研究区210Po含量剖面平面图(图6)和210Po晕级分布图(图7)。

图6 研究区210Po含量剖面平面图及断层推断解释图

图7 研究区210Po含量异常分布图

通过剖面平面图，可以宏观的分析断层的展布特征。各剖面210Po含量沿断层两侧升高，呈单峰式、双峰式、多峰式异常特征。通过晕级分布图可以清晰反映出研究区210Po含量异常分布特征。

210Po偏高晕：较为分散，晕圈呈链状、豆荚状、串珠状分布，总体表现为NE向带状特征，沿NE向断层分布。

210Po增高晕：呈串珠状、星点状分布，主要分布在断层F1、F1-1附近及耀门前—湾屋田—钟家一带。为断层密集分布、岩石破碎的反映。

210Po异常晕：分布在F1-1断层两侧及其与F1断层之间，呈串珠状、独立环状分布，地表观测岩石破碎、裂隙密集发育，为较好的铀矿化信息反映。

总体分析：研究区210Po异常呈面积不大且星散分布的特征，其中分布于F1与F1-1断层夹持区域，位于中泥盆统信都组中，呈串珠状分布，具有成矿较好的深部铀信息。

4.3 AMT资料解释

E14线位于研究区长岭脚-湾屋田一带，全长2 km，方向139°，横穿F1断层。

断层在AMT反演电阻率断面图(图8)上表现为等值线梯度变异带、等值线密集带、舌状低阻带。以此为依据推断解释断层5条：

F1-1断层：位于平距125 m处，反演电阻率等值线呈低阻条带特征；210Po含量达90 Bq/kg，呈尖峰异常。该断层倾向SE，倾角约55°，切割深度约300 m。

F1断层：平距400 m处，浅部表现为电阻率舌状低阻体，深部表现为等值线密集带和梯度变异带；ΔT磁异常值剖面呈正负磁异常跳跃变化特征。该断层倾向SE，倾角约为60°，上陡下缓，切割深度约700 m。

F1-2断层：平距650 m处，反演电阻率等值线发生错断，表现为等值线密集带；ΔT磁异常值为明显的正磁异常跳变特征；210Po含量剖面呈峰值特征。该断层倾向SE，与F1断层保持一致，倾角约为80°，切割深度约600 m。

F1-3断层：平距约1100 m处，反演电阻率等值线呈低阻带和等值线密集带；ΔT磁异常值表现为正负磁异常跳变特征；210Po含量剖面呈峰值特征。该断层倾向SE，倾角约70°，切割深度约300 m。

F0断层：平距1500 m处，第三、第四电性层之间，整体表现为宽缓的低阻带，深部为等值线密集带和梯度变异带；ΔT磁异常值呈平缓的负磁异常。该断层在此处倾向NW，倾角约60°，上陡下缓，下切至高程-800 m，并继续向下延伸。

图8 研究区E14线综合剖面地质解释图

由E14线反演电阻率断面图可知，电性层总体反映为四层结构：

第一电性层：平距0～700 m、高程-800 m以上，至高程100 m以下的三角状区域，为反演电阻率值小于1000 Ω·m的低阻体，等值线稀疏平缓，为下奥陶统黄隘组砂质页岩夹砂岩的反映。

第二电性层：平距900～1000 m、高程-600 m以上至地表平距0～400 m以下区域，总体表现为带状中低阻电性特征；ΔT磁异常值在该段表现为平稳的正磁异常特征；210Po含量剖面呈锯齿状变化，为下泥盆统郁江组和泥盆统信都组砂砾岩、砂岩的反映。

第三电性层：断面图中部断层F1和F0断层夹持的区域，反演电阻率值多在10 000 Ω·m以上，总体表现为中高阻电性特征；ΔT磁异常值为正负磁异常交替变化；210Po含量以稳定的低值为主，局部较高，为中泥盆统东岗岭组白云岩、石灰岩的反映。

第四电性层：断层F0下盘，平距700～2000 m、高程-800 m以上，至地表浅层平距1500～2000 m、高程200 m以下区域，反演电阻率整体呈中低阻电性特征；磁测剖面图上ΔT值约在-10 nT；210Po含量剖面总体变化不大。该电性层为下石炭统岩关阶石灰岩、灰质页岩的反映。

5 综合找矿成果

5.1 控矿断层特征

矿体呈似层状、透镜状，受层间断层破碎带F1及其次级断层控制F1-1(图9)。其发育特征如下：

F1断层：走向NE，倾向SE，贯穿全区分布，呈上陡下缓特征。在反演电阻率断面图上该断层反映为明显的等值线梯度带和变异带；地面高精度磁测对于该断层的反映较为明显，在ΔT剖面平面图上表现为正负磁异常跳变带，ΔT等值线平面图上为正负磁场的分界线，充分说明该断层为岩性的界线；210Po剖面平面图上多表现为单峰异常特征，反映了断层上盘岩石较为致密的特征。

F1-1断层：位于F1断层下盘(NW侧)，走向NE°，倾向SE，切割深度在400～700 m，为F1断层的一条规模较大的次级断层。在AMT反演电阻率断面图上呈舌状、串珠状低阻异常带；在ΔT剖面平面图上表现为线性降低的ΔT磁场值；ΔT等值线平面图上表现为串珠状负磁—弱磁异常；210Po含量剖面平面图上呈明显的双峰式异常特征。

图9 控矿断层、地层走向及深部延伸图

5.2 控矿岩层特征

研究区铀矿化产于大西江-龙水向斜西翼中、上泥盆统中，严格受中泥盆统信都组控制，其发育特征如下：

中泥盆统信都组与中泥盆统东岗岭组被F1断层顺层切开，呈断层接触关系，地层产状较陡。在反演电阻率断面图中总体呈中低阻电性特征，210Po异常晕在该地层分布较广，推断由于受断层影响，该段部分岩石破碎，裂隙发育，在局部有异常点分布，具有较好的铀成矿信息。在ΔT等值线平面图上体现为带状分布特征，走向NE，地层总体厚度不大，在深部至F0断层处被截断，受F0断层逆冲推覆作用影响，岩层整体向上抬升。

5.3 铀成矿有利地段评价

根据本次综合物探测量推断解释成果，结合地质资料及研究区铀矿找矿标志，综合分析认为研究区铀成矿有利地段位于南宅地区钟家-耀门前一线NW部(图7)。该地段处于中泥盆统信都组砂岩、粉砂岩与中泥盆统东岗岭组白云岩接触带，并有层间断裂带F1、F1-1分布，总体构成一条宽度较大的构造破碎带。在反演电阻率断面图上表现为低阻带特征；ΔT等值线平面图表现为串珠状、条带状磁异常特征；并有多个210Po异常分布，具有较好的铀成矿信息。

5.4 钻探工程验证

图10为ΔT剖面图、210Po含量剖面图、1 km底界纵向电导剖面图、反演电阻率地质解释断面与后期钻孔资料对比图。

图10 物探剖面与勘探剖面对比图

由图10可见，反演断面左下区域，反演电阻率500～10 000 Ω·m，等值线呈团块状、水平层状，与中泥盆统信都组第四段至第五段(D2x4-5)泥质粉砂岩、砂岩相对应；反演断面右上区域，反演电阻率在500～5000 Ω·m，表现为中低阻特征，与中泥盆统东岗岭组第一段至第二段(D2d1-2)相对应；浅地表分布有0～50 m厚的电阻率小于500 Ω·m 的低阻电性层，与第四系堆积物相对应。此外断面平距50 m处为断层在地表通过的位置，反演电阻率在剖面上反映为舌状低阻带，反演电阻率等值线密集带分布。对应的ΔT磁异常值跳跃变化；210Po含量值呈尖峰异常；底界1 km纵向电导剖面在平距0～100 m呈相对高值特征，自平距100 m开始递减，这与相对应的F1断层较为吻合，较好的反映了该断层的特征。