综合物探方法在锂铍稀有、稀土矿勘查中的应用研究

2022-03-07保善东白宗海黄青华苑永涛熊寿加

地质与资源 2022年1期

保善东，曾彪，白宗海，黄青华，苑永涛，祁文，熊寿加

青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室/青海省地质调查院，青海西宁 810012

0 引言

锂、铍等稀有金属是重要的战略资源［1］，也是不可再生资源［2］，在社会经济发展中的应用日益广泛［3］.在南祁连地块和全吉地块相接的宗务隆山构造带东段茶卡北山地区发现了锂辉石伟晶岩脉群［4］，该类碱性花岗岩脉追索难度较大.2017年实施的青海省察汗诺-茶卡北山地区1∶2.5万水系沉积物测量和2018年青海省天峻县茶卡北山地区锂稀有稀土矿预查项目，提出了矿石中238U、232Th、40K三种元素含量组合与岩石的含矿性有一定相关性的设想［5］.结合锂铍稀土矿各类型矿石矿物组合中普遍存在的锂辉石、锂云母、绿柱石、钠长石化白云母花岗伟晶岩脉中的实际情况，为提高找矿效果，实施了更为有效的地球物理勘探方法——地面伽玛能谱和磁法测量［6］.通过物化探异常与地质矿产成果综合应用研究，新发现了多处矿化有利地段［7］，对研究区锂铍稀土矿资源勘查起到一定的促进作用［8］.

1 地质背景

茶卡北山地处柴达木盆地东北缘，位于欧龙布鲁克-乌兰成矿带东段.该成矿带是青海省稀有、稀土成矿有利地区，石乃亥伟晶岩型铌钽铷矿床、沙柳泉铷铌钽多金属伟晶岩型矿产于带中.

研究区内地层及岩浆岩的展布方向受北西向断裂控制（图1）.出露的主要地层为石炭—二叠系土尔根大坂组，岩性以石英砂岩夹千枚状黑云片岩为主.南部小面积出露果可山组地层，岩性有灰白色白云岩等.北部、中部分布两条中浅部构造韧性剪切带，呈北西向展布，沿断裂及其次级裂隙构造发育地段为伟晶岩脉密集分布地段.南部二叠纪中酸性中细粒石英闪长岩沿区域性断裂产出，呈北西向长条带状展布.区内的脉岩主要为花岗伟晶岩，脉体走向与构造线方向基本一致.

图1 茶卡北山地区地质图Fig.1 Geological sketch map of Chakabeishan area

圈定出的1∶20万水系异常中，Li元素异常较为突出，其峰值为46.93×10-6，表明茶卡北山地区具有较好的稀有多金属矿找矿前景.圈定1∶5万水系异常6处，异常主元素为Rb、Y、W等，但对具有成矿意义的Li、Be等元素未作分析.

对花岗伟晶岩脉集中区进行了地表踏勘及捡块样分析，发现9条花岗伟晶岩脉，基本沿土尔根大坂组上段地层中断裂及次级节理、裂隙侵入.脉体规模不等，脉宽一般10～20 m，最宽达40 m，长50～400 m，呈透镜状、巢状、囊状、条带状等形态展布，多呈北西向，部分呈东西、北东向.锂主要赋存于锂辉石、锂云母花岗伟晶岩脉中；铍赋存于绿柱石花岗伟晶岩脉中；铷、铌钽赋存在钠长石化白云母花岗伟晶岩脉中，矿化与钠长石化、白云母化等关系密切.

2 工作技术方法

2.1 技术方法选择

依据研究区基岩裸露较好、第四系覆盖较薄等地貌，确定开展大比例尺高精度磁法和地面伽玛能谱测量.采用高精度磁法测量了解研究区各地质体和花岗伟晶岩等目标地质体的磁性特征和分布情况［9］，地面伽玛能谱测量可直接对放射性异常进行全面系统的检查，确定其放射性核素铀、钍、钾含量分布规律和铀异常位置［10］，大致查明异常和构造性质，以较小的经济代价有效地对研究区稀有稀土矿异常作出快速评价.

2.2 仪器参数及测量网度

磁法测量采用ENVI Pro型质子磁力仪，磁场测量精度为±1 nT，分辨率为0.1 nT［11］.伽玛能谱测量采用ARD型多道伽玛能谱仪，分辨率7.5%，能量范围40 ke V～3 MeV［12］.开工前后对磁力仪进行探头、主机及单多台一致性和噪声水平测定，对能谱仪进行仪器、短期稳定性及一致性测定等，各项性能指标均符合技术要求［13］.测线方位35°，网度100 m×20 m，面积41.4 km2，实测物理点均为20 724个.

3 物性特征

3.1 磁性特征

测定磁物性标本306块，采用ENVI Pro质子磁力仪，选用高斯第二位置，测定参数为磁化率k、剩余磁化强度Jr.研究区岩（矿）石磁性特征（表1）如下.

表1 茶卡北山地区岩（矿）石磁物性统计结果表Table 1 Magnetic and physical properties of rocks（ores）in Chakabeishan area

（1）果可山组和土尔根大阪组中大理岩、二云石英片岩、糜棱岩显示弱磁性，磁化率均值分别为85.9、81.8、58.2（10-6×4πSI），地磁图上皆显示弱磁或无磁异常.而花岗质片麻岩略显强磁性，磁化率均值为929.4（10-6×4πSI）.

（2）中酸性侵入岩石英闪长岩和花岗岩磁化率均值为77.2、112.3（10-6×4πSI），皆显示弱磁性.

（3）糜棱岩化石英闪长岩较石英闪长岩磁性略高，磁化率均值为121.1（10-6×4πSI）.地磁图上显示大面积弱正磁异常，石英闪长岩侵入二云石英片岩接触部位显示跳跃状正负伴生强磁异常.

（4）含石榴子石、电气石、绿柱石、白云母花岗伟晶岩，磁化率均值为74.7（10-6×4πSI），剩余磁化强度均值为28.7×10-3A/m，显示无磁性，与围岩强磁性形成反差［10］.

3.2 放射性特征

通过统计研究区各地质体放射性背景值（表2），可见在花岗伟晶岩、二云石英片岩和糜棱岩中eU、eTh、eK的背景值较高，其次为石英闪长岩体，再次为果可山组大理岩地层，说明断裂蚀变发育地带，以及细晶岩脉、伟晶岩脉等脉体发育地段为放射性成矿的有利地段.U、Th、K三种元素的含量及总道计数率值与研究区出露的一套浅变质岩、沉积岩、冲洪积物等存在显著的差异，这形成了良好的地球物理勘探前提［14］，可较准确地划分出可能的含矿岩体，然后根据岩石中U、Th、K三种天然放射性元素含量值［15］，通过多参数组合进行微弱信息增强和提取［16］，可获得丰富的地质勘探信息，从而将碱性岩体中锂铍稀有矿的矿（化）体与围岩区分开来［17］，为后期找矿工作提供依据.

表2 各类地质体放射性背景值统计表Table 2 Radioactive background values of various geological bodies

4 综合分析

4.1 磁异常特征

根据磁异常特征，结合地质背景，自北向南划分为4个磁异常区（图2），各分区特征如下.

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图2 △T磁异常等值线平面图Fig.2 Plan of△T magnetic anomaly isoline

（1）北部面状强正磁异常区：圈定C1磁异常，以面状正磁异常为主，幅值30～100 nT，出露岩性主要为细粒黑云石英片岩，推测与深部隐伏中酸性岩体有关.

（2）中部条带状弱正磁异常区：圈定C2、C3、C4磁异常，以椭圆状正磁异常为主，局部负异常伴生，幅值20～60 nT，出露中粗粒含石榴子石二云石英片岩和石英闪长岩.C3磁异常北西向展布，其中C3-2磁异常西北侧地表出露石英闪长岩.C2磁异常呈北东向椭圆状或条带状展布，其中C2-2磁异常东南侧出露石英闪长岩.综合分析，推测C2、C3和C4磁异常可能与隐伏石英闪长岩有关.

（3）南部面状弱负磁异常区：主要出露大理岩和长石石英砂岩，为大面积平稳负磁异常，东侧呈现大面积面状负磁异常，西侧显示带状负磁异常，圈定磁异常C5、C6，推测为无磁地层.

（4）东南部条带状强正负磁异常区：圈定C7、C8磁异常.C7磁异常为正负伴生磁异常，幅值-371～+360 nT，呈北西向椭圆状展布，异常部位出露石英闪长岩岩株，北侧有大理岩分布.推测C7磁异常为中、酸性岩体侵入碳酸盐岩接触带中磁性矿物富集引起［18］.

研究区推测断裂构造共11条.其中近南北向2条：F1、F2；北东向3条：F3、F4、F5；北西向6条：F6—F11.断裂构造有磁性分界面、磁异常错动带、串珠状磁异常等分布特征，部分北西向断裂与地质解释较吻合.近南北向、北东向为推测的隐伏次级断裂.

4.2 铀钍钾特征

4.2.1 平面分布特征

通过能谱铀、钍、钾含量参数统计（表3）看出，铀含量介于0.2×10-6～7.3×10-6，均值3.0×10-6，变异系数（30%）变化较大；钍含量介于3.8×10-6～42.4×10-6，均值14.8×10-6，变异系数（21%）变化较大；钾含量介于0.1×10-6～4.6×10-2，均值1.9×10-2，变异系数（50%）变化大.Th/U均值（5.6）大于地壳地层和岩体均值（4.7）.U/K均值为1.6，Th/K均值为7.9，反映了在去钾元素背景下铀、钍元素的相对富集情况.U/K比值较低，说明铀元素的迁移富集不是很充足.综上所述，说明茶卡北山地区钍含量的差异大，变异系数变化大，偏度负偏，峰度大，钍元素发生了局部富集；相对而言，铀元素亦发生局部富集，但富集程度相对较低；钾变化范围大，变异系数偏大，研究区断裂钾化蚀变发育，为蚀变岩脉提供了局部容矿空间［19］.

表3 茶卡北山地区铀、钍、钾含量参数统计表Table 3 Content parameters of U，Th and K in Chakabeishan area

4.2.2 异常区、带、点划分

采用迭代法确定6种地质体的背景值（X）和标准偏差（S），最后选择2倍系数，即X+2S作为各类地质体的标准方差，确定研究区各地质体背景值及异常划分原则.放射性含量整体呈现北高南低特征，钍、钾富集特征相关性极好，异常形态极为相似.共划分出3个放射性异常分区，圈出U异常带3条、异常点22个（图3）；Th异常带3条、异常点20个（图4）；圈出K异常带3条，异常点18个.钾与铀、钍异常相关性较好，钾、钍相关性更强.重点将研究区中、南部铀钍异常区、带、点特征（表4、5）总结如下.

表4 茶卡北山地区铀异常带统计表Table 4 Characteristics of U anomaly belts in Chakabeishan area

图3 U含量等值线平面图Fig.3 Plan of U content isoline

（1）中部条带状中高值异常区以条带状异常为主，受控因素为有限的局部侵入岩体、细晶岩脉体、花岗伟晶岩脉体等，多为铀钍混合异常，一般钾化程度不高，局部钾化强度较高.铀、钍、钾总量的相关性较好，总体呈现为中等偏高的含量分区，铀含量介于0.4×10-6～4.9×10-6，均值2.8×10-6；钍介于4.9×10-6～23.1×10-6，均值15.4×10-6；钾介于0.6×10-6～3.4×10-2，均值2.1×10-2.多地段存在北西向串珠状高值异常带，部分异常带与含稀有稀土矿伟晶岩脉带位置较吻合.

该异常分区圈定2条北西向铀（钍、钾）异常带，分别为U1（TH1、K1）和U2（TH2、K2），其中U2异常带内u14—u20异常点部位均发现含稀有稀土矿花岗伟晶岩脉，而U1异常带内u9—u13异常点部位寻找稀有稀土矿的潜力较大.

（2）南部条带状低值背景区为大面积地质背景，仅西侧有北西向铀钍混合型异常，钾化程度较高，铀、钍、钾呈现低含量.部分地段第四系覆盖，出露岩性主要为大理岩及石英片岩.该异常分区内划分出U3（TH3、K3）异常带，圈定u21、u22异常点，其中u21异常点发现花岗伟晶岩脉，与异常点u22展布特征极为相似.推测南部为浅变质地层背景，铀钍混合型异常受控因素为局部侵入石英闪长岩脉和花岗伟晶岩脉等.

4.2.3 铀、钍、钾相关性特征

从铀、钍、钾相关性统计特征（表6）看出，整体铀、钍、钾相关性较好，在北侧第二层二云石英片岩部位，铀、钍、钾相关性略有差异，中部及南部断裂构造部位、石英闪长岩和糜棱岩化石英闪长岩位置，铀、钍、钾相关性和同向性很高，再次说明北西走向断裂构造蚀变带和北西走向地层与中酸性侵入岩的接触夹持部位及其周缘，成矿潜力相对较大［20］.

表6 茶卡北山地区铀、钍、钾相关性统计表Table 6 Correlation characteristics of U，Th and K in Chakabeishan area

4.2.4 异常筛选、评价

地面伽玛能谱测量Th/U比值是地球化学特征的重要参数，可以判断岩石中铀元素的活化迁移规律.通过古铀系数（Th/U）特征分析，Th/U比值小于3为纯铀型，Th/U比值在3～5之间为偏铀型或铀钍混合型，Th/U比值在5～7之间为钍铀混合型，Th/U比值大于7为纯钍型.由此总结出重要异常点含铀性及异常类型（表7）.

表5 茶卡北山地区钍异常带统计表Table 5 Characteristics of Th anomaly belts in Chakabeishan area

表7 茶卡北山地区异常点类型划分表Table 7 Division of anomaly types in Chakabeishan area

通过U/K和Th/K的比值，在花岗岩型矿化中反映了铀钍元素和钾元素的地化作用性状，即较高的U/K和Th/K比值清楚地反映了在钠交代过程中铀钍相对富集而去钾的特征.整体规律为矿化有利地段U/K比值一般较大，并且异常连续性较好，规模较大，地质成矿要素有利，而Th/K比值范围更大，异常更高.可见，Th/K比值（图5）较高地段是寻找钠交代型矿床的重要场所［21］.

图5 Th/K含量比值平面等值线图Fig.5 Plan of Th/K content ratio isoline

在放射性异常点、带的类型划分基础上，结合U/K、Th/U、Th/K特征评价，对磁异常进行窗口法场分离突出局部异常（图6），综合确定异常类型及异常分类，划分出3处稀土矿成矿有利区.

图6 物探综合解释推断成果图Fig.6 Results of integrated geophysical interpretation and inference

4.3 验证

通过磁法和能谱测量工作取得了较好找矿效果，C3-3、C5、C6（即u18、u19、u20及Th18等异常点）异常部位揭露了9条含绿柱石、锂辉石伟晶岩脉（Li2O平均品位在1.11%～3.13%，BeO平均品位0.06%）和13条含绿柱石伟晶岩（BeO平均品位0.044%～0.056%），显示出巨大的找矿潜力.