江西相山火山盆地岩石物性基本特征

喻翔，陈聪，周俊杰，程纪星，腰善丛，杨龙泉，陈涛，艾永亮

（1.中国核工业地质局，北京 100013；2.核工业北京地质研究院 铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

相山火山盆地是我国最重要的火山岩型铀矿产地之一，历经数十年的勘探开发，已成为我国铀矿勘查和生产的重要基地之一［1］。随着时间的推移，铀资源的调查与研究工作逐步深入，重力法、磁法、电法等非震物探方法显得不可或缺，这些方法能否在深部资源评价中发挥作用，前提是必须充分了解和掌握研究区的岩石物性特征［2-5］。

前人主要对盆地西部、北部相关矿床的部分岩石进行采样和密度、磁化率、电阻率等测量［6］，而以整个盆地为研究对象，并未开展过系统的物性研究工作。本次岩石物性特征研究将采集岩石标本分为东部、西部、南部、北部、中部和地表6个类别，以标本物性测量结果为依据，系统整理和统计了相山火山盆地典型岩石物性参数，分析了典型岩石标本物性特征，为在本区开展非震地球物理勘探方法的选取、资料处理和解译提供支撑［7-10］。

1 地质概况

相山火山盆地位于扬子板块和华夏古陆构造单元的过渡带内，面积约316 km2。火山盆地主要由下白垩统打鼓顶组和鹅湖岭组喷发的酸性、中酸性火山熔岩、火山碎屑岩以及沉积岩夹层等构成，岩性主要为流纹英安岩和碎斑熔岩。基底主要为震旦系千枚岩和片岩以及下石炭统华山岭组变质石英砂岩、含云母暗紫色细砂岩和粉砂岩、上三叠统安源组粗-细粒石英砂岩、含燧石砾石的石英砂岩夹碳质页岩、砂页岩、含碳砂岩等（图1）［11-13］。

图1 相山火山盆地地质简图及物性标本采样位置（底图据参考文献［14］）Fig.1 Geological sketch and sampling locations for rock physical properties in Xiangshan volcanic basin（modified after reference［14］）

2 标本采集与测量

2014—2016 年，通过近3 年的岩石物性样品采集和整理，收集了相山火山盆地区内大部分钻孔资料，优选出70 多口钻孔并对其进行了岩心取样。地表采样过程中，依据地质图将采样点尽量布设在有岩石出露的地方，如采石场、采矿场等新鲜岩石出露区。利用手持GPS 记录采集点坐标，并记录标本岩矿石名称、地层或岩体单元等信息。

本次采样工作从钻孔岩心库中取样1 085块、地表及坑道取样421 块。地表岩石样品主要包括盆地内出露的各类典型岩矿石，其中变质岩（包括红卫、奥村、马口河、龙潭、八角亭等10 地）取样213 块，相山中心相碎斑流纹岩21 块（下泥浆和相山顶），流纹英安岩34 块（河源背、庙上采石场），碎斑流纹岩38块（云际、湖西），花岗斑岩62块（云际、浯章、黍山），砂岩9 块（梅溪、同富），采样位置见图1。

针对地表取样，为了获取能够代表岩石物性特征的可靠参数，采用GPS 导航仪结合地形图定点，手工采集并现场确定岩性。在条件允许的情况下，每个采集点采集手标本4 块以上，单块岩石标本的质量在300 g以上。采样过程中，去掉风化层后再采集新鲜部分。在室内将采集的钻孔岩样和地表岩样切割制成固定长、宽、高的圆柱体和长方体，并对每块岩样进行编号、拍照记录，测量密度采用XB2200C 天秤，精度达到0.01 g，测量结果保留两位小数；磁化率采用捷克生产的SM-30 便携式磁化率仪进行测量，灵敏度为10-7SI，测量结果保留两位小数；电阻率采用加拿大GDD公司生产的SCIP 岩石样本测量仪进行测量，采用电压测量模式测量，分辨率为1µV，测量结果保留至整数位。随机抽取其中60 块样品进行抽查重复测量，检查岩石样本达总量的3.5%，岩石样本密度参数均方误差为0.02 g/cm3，磁化率相对误差为7%，电阻率相对误差为6.4%［15］。

3 物性资料统计与分析

3.1 物性参数统计方法

本次主要针对相山火山盆地典型的碎斑熔岩、流纹英安岩、变质岩和花岗斑岩四大岩类进行统计与分析，因采集的沉积岩、火山碎屑岩等样品数量较少且非研究重点，不列入统计范围。为了获得更加合理的物性参数变化范围，在统计分析过程中，采用求取置信区间的方法来确定岩石物性参数变化范围，计算时根据样本数量分为两种情况［16］：

1）样本较少时，则使用下式计算置信度为100（1-α）%变化范围：

2）样本较多时，在100（1-α）%可信度上的置信区间为：

式（1）、（2）中，n为样本数；为样品均值；σ为标准误差；Z∂/2为标准正态分布的侧分布点；Z(n-1)，∂/2是t分布中自由度为n-1且单侧值为∂/2的t值。

例如在已取样的变质岩中取得n=210 样本，测量得到所有样本的密度值，经计算样本均值为X=2.75 g/cm3，样本密度标准误差为σ=0.045，根据以上公式计算95%可信度（α=0.05）时密度值的置信区间，查表可知Z∂/2=1.96，则得到在可信度为95%时，该类变质岩密度的置信区间为［2.74，2.76］，因此认为该类变质岩岩石密度在2.74～2.76 g/cm3之间的概率为95%，文中计算各物性参数区间范围α 均取值为0.05。

3.2 物性参数统计分析

3.2.1 碎斑熔岩

样本取自相山火山盆地西部、中部龙巴岭、阳光、李家岭、居隆庵、牛头山、牛脑上等地钻孔，东部林头-苔洲地区钻孔，南部叼元村地区钻孔，北部梅峰山、湖田矿床地区钻孔以及北部游坊、中部上谙等地地表岩石，密度、磁化率和电阻率参数统计结果如表1 所示。

表1 相山火山盆地碎斑熔岩物性参数统计Table 1 Statistics of petrophysical parameters of porphryclastic lava in Xiangshan volcanic basin

对密度、磁化率、电阻率参数测量值少数异常值剔除后，选择649 个样本进行统计，根据上文计算置信区间，结果表明，碎斑熔岩密度变化范围主体在2.62～2.65 g/cm3，均值2.62 g/cm3，表现为中低密度；西部样品磁化率均值为115×10-5SI，多数样品磁化率约为200×10-5SI，属于偏高磁性，其余各部地区样品相对较少且表现为弱碱性碎斑熔岩、中酸性碎斑熔岩等不同蚀变类型碎斑熔岩，磁化率有所下降，均值约为50×10-5SI；电阻率变化范围较大，均值60 000 Ω·m，表现为高阻特征。

3.2.2 流纹英安岩

样本取自相山火山盆地西部龙巴岭、阳光、李家岭、居隆庵、牛头山地区和东部林头-苔洲等地钻孔及井下坑道，各类少数异常值剔除后，选择284个样本进行统计（表2）。统计计算结果表明，流纹英安岩密度主体在2.53～2.71 g/cm3，均值2.66 g/cm3，表现为中低等密度；磁化率多低于100×10-5SI，属于低磁性，少量偏高磁（900×10-5SI）的样本（李家岭地区样本）有黑色细脉穿插，可能富含铁磁性矿物；电性特征方面，电阻率多在5 000 Ω·m以下，总体表现为低阻特征。

表2 相山火山盆地流纹英安岩物性参数统计Table 2 Statistics of petrophysical parameters of rhyolitic dacite in Xiangshan volcanic basin

3.2.3 变质岩

样本分别取自相山火山盆地西部邹家山深钻（16 个样本）、北部梅峰山、湖田等地钻孔（23 个样本）、东部林头-苔洲钻孔（28 个样本）、火山盆地北部外围（240 个样本）和火山盆地东南部（72 个样本）。

统计结果如表3 所示，相山火山盆地变质岩密度上整体特征表现为高密度，均值为2.74 g/cm3，由于东部花岗斑岩较发育，受其影响该区变质岩部分呈现出低密度特征，均值为2.68 g/cm3；磁性上总体表现为低磁特征，均值＜10×10-5SI；电性上，变质岩总体呈现高阻特征，而东部及东南部出现少量变质砂岩、泥质千枚岩类等表现为低阻特征，均值约为1 200～4 000 Ω·m。

表3 相山火山盆地变质岩物性参数统计Table 3 Statistics of petrophysical parameters of metamorphic rocks in Xiangshan volcanic basin

3.2.4 花岗斑岩

样本取自相山火山盆地南部刁元村钻孔（101 个样）西部李家岭、居隆庵地区钻孔（13 个样）、东部林头-苔洲地区钻孔（37 个）和北部云际地区地表样（43 个）。

统计结果表明（表4），花岗斑岩密度主体在2.54～2.68 g/cm3，均值为2.63 g/cm3，与碎斑熔岩重叠；磁性方面，北部地表、西部、东部地区均表现为低磁，其中西部、东部地区钻孔中所见花岗斑岩大多数岩性为扉细斑岩，数量较少，呈现显著低磁（＜18×10-5SI）特点；南部钻孔花岗斑岩样本磁性分组特征明显，主要为早白垩世似斑状微细粒二长花岗岩，总体呈现高磁特征且均值为240×10-5SI；电性特征方面，南部花岗斑岩电阻率多在50 000 Ω·m 以上，均值62 526 Ω·m，表现为高阻特征；由于西部、东部钻孔出现的花岗斑岩主要是少量扉细斑岩，电阻率显然要低得多，均值分别为2 070 Ω·m 和11 107 Ω·m，而北部地表花岗斑岩电阻率均值为19 468 Ω·m，与北部碎斑熔岩电性差异较小，区分度低。

表4 相山火山盆地花岗斑岩物性参数统计Table 4 Statistics of petrophysical parameters of granite porphyry in Xiangshan volcanic basin

4 结论

综上所述有关相山火山盆地典型岩石密度、磁化率、电阻率参数特征，发现盆地岩石物性参数特征整体一致且有规律，局部地区略有不同，得出以下认识。

1）碎斑熔岩表现为低密度（均值2.62 g/cm3），高磁性（约200×10-5SI），高阻（n×10 000 Ω·m）的特征。

2）流纹英安岩表现为中低密度（均值2.66 g/cm3），低磁性（n×10-5SI），低阻（＜5 000 Ω·m）的特征。少量偏高磁（900×10-5SI）的样本（李家岭）有黑色细脉穿插，可能富含铁磁性矿物。

3）变质岩表现为高密度（＞2.74 g/cm3），低磁性（＜10×10-5SI），高阻（10 000 Ω·m）的特征。结合相山西部地区科学深钻样本，发现大部分深部变质岩如基底黑云母石英片岩等呈现相对高阻特征。但是东部及东南部出现少量变质砂岩、泥质千枚岩类等变质岩，呈现出低密度（2.68 g/cm3）、低阻特征（1 200～4 000 Ω·m）。

4）花岗斑岩大多表现为低密度（均值2.63 g/cm3）的特征。磁性、电性方面，北部地表、西部、东部地区钻孔中所见花岗斑岩大多数岩性为扉细斑岩，数量较少，呈现显著低磁（＜18×10-5SI）中阻（11 107 Ω·m）特点；南部钻孔花岗斑岩样本磁性分组特征明显，主要为早白垩世似斑状微细粒二长花岗岩，总体呈现高磁特征（均值240×10-5SI）；电性特征方面，南部花岗斑岩电阻率大部分在50 000 Ω·m 以上，均值62 526 Ω·m，表现为高阻特征；而北部地表花岗斑岩电阻率均值为19 468 Ω·m，与北部碎斑熔岩电性差异较小，区分度低；

5）通过本次工作，对相山火山盆地4 大类岩石的密度、磁化率、电阻率特征有了较全面的认识，可为该区后续非震地球物理方法的实施和数据反演解释以及其他地质工作提供基础资料。

致谢：样品采集与物性参数测量过程中得到了核工业二七〇研究所、江西省核工业地质局二六一大队、中核抚州金安铀业有限公司有关领导和科研技术人员的大力支持和帮助，研究过程中多次与东华理工大学林子瑜老师团队进行了有益的研讨，在此一并表示感谢。