綜合物探測量法在相山紅盆地區鈾礦勘查中的應用

孟凡興　山　亞　邱崇濤　馮春園　張　巖

(1.核工業航測遙感中心；2.中核集團公司鈾資源地球物理勘查技術中心(重點實驗室))

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綜合物探測量法在相山紅盆地區鈾礦勘查中的應用

孟凡興1,2山亞1,2邱崇濤1,2馮春園1,2張巖1,2

(1.核工業航測遙感中心；2.中核集團公司鈾資源地球物理勘查技術中心(重點實驗室))

摘要中新生代陸相紅層與鈾礦化具有密切的時空關系，紅層的形成時期發育了區域性的鈾成礦作用，因此紅盆地區地層識別與斷裂劃分對于進一步開展鈾礦勘查工作具有重要意義。本研究以相山地區為例，將音頻大地電磁法與土壤氡測量法相結合在紅盆地區開展鈾礦勘查工作，成效顯著，可供類似鈾礦勘查工作參考。

關鍵詞音頻大地電磁測量土壤氡測量紅層鈾礦勘查

紅層與鈾礦化具有密切的時空對應關系，紅層與砂巖型、不整合脈型、煤鈾型、花崗巖型、火山巖型、古巖溶型等鈾礦床關系密切，該類鈾礦化不僅在時間上與紅層形成相近，在空間上多分布于紅層底部，或被其覆蓋。紅層與鈾礦床均形成于拉張構造環境中，紅盆為殘留構造盆地，控盆斷裂表現為隆升、掀斜的特征，紅盆兩側的抬升剝蝕程度不一致，一側或兩側有鈾礦化分布的紅盆，其內部的基底具有較大的資源潛力[1]。因此，探測和確定紅層的厚度及分布形態、劃分和識別紅盆斷裂形態，即為探索礦化賦存部位及其大致展布形態的過程。相山礦田處于紅盆邊緣，本研究將音頻大地電磁測量法與土壤氡測量法相結合在該地區開展鈾礦勘查研究。

1區域地質概況

勘查區位于同富—郭嶺一帶，處于相山礦田西緣，東部有河元背、牛頭山等鈾礦床產出。地層總體分3層結構，基底為震旦系變質巖，基底之上為上侏羅統火山巖，火山巖之上有上白堊統紅層覆蓋。區內出露巖性主要有震旦系(Z)千枚巖 、上侏羅統鵝湖嶺組(J3e)碎斑熔巖、上白堊統南雄組(K2n)砂礫巖及第四系(Q)沖積、坡積、殘積物。上侏羅統鵝湖嶺組(J3e)在區內分布廣泛，根據巖石結構構造，可劃分為碎斑熔巖和熔灰狀碎斑熔巖，為鈾礦化的主要賦礦層位。上白堊統南雄組(K2n)覆蓋于上侏羅統鵝嶺組(J3e)之上，主要分布于區內西北部和中部，表現為厚層狀巖屑雜砂巖與砂礫巖互層。燕山早期細粒黑云母花崗巖呈巖株產出。花崗斑巖脈較發育，侵入于碎斑熔巖中。區內NW，NE向斷裂發育，NE向河元背斷裂控制著鈾礦化的產出。區內不同巖性的電阻率值見表1。

表1　相山西部地區巖性電阻率

由表1可知：紅層即上白堊統南雄組紅色砂礫巖呈低阻電性特征，震旦系千枚巖呈中阻電性特征，上侏羅統鵝湖嶺組碎斑熔巖呈高阻電性特征。

2綜合物探法原理

音頻大地電磁法以巖石導電性差異為基礎進行電法勘探，該方法利用的場源是由太陽風或雷電引起的天然電磁場，利用的電磁波頻率10～100 kHz，可用于探測淺部、深部地質信息，解決勘查區巖性分布、隱伏斷裂構造、脈體發育等地質問題[2]。本研究采用美國EMI公司和Geometrics公司聯合生產的雙源型EH-4連續電導率剖面儀，相對于其余電法儀較為輕便。

氡氣為惰性氣體，不易與其余元素發生化學反應，因此在斷裂構造上方地表易形成較強的氡氣暈。氡是鈾發生放射性衰變產生的子體之一，在斷裂破碎帶上方，是一種地下自然存在的特殊氣體。由于氡的半衰期較長且溶于水，因此地層深處產生的氡射氣有足夠的時間通過地下水或沿基巖破裂構造等巖石疏松或孔隙相對較多的地段由地下深處運移至地表，在斷層上部的土壤中形成氡的富集帶。可見，在斷裂破碎帶的上方常常存在氡異常。隱伏斷裂為氡氣從地下向上運移提供了通道，地下氡氣沿著該通道向上作團簇運動最終到達地表，所以在隱伏斷裂帶上測量氡氣含量易發現異常，測量隱伏斷裂上方土壤中氡含量，有助于獲得隱伏斷裂的信息[3]。本研究土壤氡測量采用的儀器為國產FD-3017 RaA測氡儀，采用剖面測量方式，與音頻大地電磁測量同步進行。

3數據處理方法與異常解譯依據

3.1數據處理方法

音頻大地電磁測量數據處理流程：①預處理，在對測區天然電磁場信號與噪聲特征深入分析的基礎上，在時間域序列進行觀測信號的選擇與識別，剔除噪聲干擾，選擇有用信號；②反演處理，采用一維Bostick直接反演法處理數據，可基本保持資料的原始面貌。此外，由于區內地形切割劇烈，有必要進行相應的地形改正。

土壤氡測量數據處理流程：首先整理計算每個測點的測量值，依據儀器標定證書中提供的濃度換算因子(K=204 Bq·m-3/(2min)-1)換算為氡濃度值；然后采用算術平均法統計不同地區(區段)的背景值，確定異常下限、高場下限。

3.2異常解譯依據

①呈低阻電性特征推測為第四系坡積物、殘積物等；②呈高阻電性特征推測為上侏羅統鵝湖嶺組碎斑熔巖；③呈中低、中阻電性特征推測為震旦系絹云母千枚巖；④呈中高阻電性特征推測為花崗斑巖脈；⑤等值線梯度帶或低阻帶、相對低阻帶往往為斷裂構造通過之處。

4應用成果

4.1GF01#線地質推斷解譯

GF01#線主要穿越震旦系、侏羅系、第四系等地層，長1 750 m，方向50°，地質推斷解譯斷面見圖1。

圖1　相山地區GF01#線地質推斷解譯斷面

(1)平距520 m附近。呈現較明顯的向下延伸的低阻區，兩側均呈中高阻。氡濃度變化較明顯，范圍較寬，氡濃度值最高可達8 772 Bq·m-3，推斷為F1-1斷裂，傾向SW，產狀較緩，傾角約65°，下延深度約350 m，在該斷裂周圍，呈低阻區，并有范圍較寬的氡異常，表明巖石破碎較強烈。

(2)平距750 m處。呈較明顯的等值線梯度帶，具有范圍較大幅值較高的氡異常，平距900 m處氡濃度值達19 176 Bq·m-3，推斷為F1-2斷裂，傾向SW，傾角約75°，規模巨大，下延深度超過900 m，控制著燕山早期花崗巖與上侏羅統鵝湖嶺組碎斑熔巖的深部展布。

(3)平距1 025 m處。呈向下延伸的低阻帶，氡濃度變化不明顯，推斷為F1-3斷裂，傾向NE，上部產狀較陡，下部變緩，傾角約60°，下延深度約380 m。

(4)平距1 425 m處。呈向下延伸的低阻帶或相對低阻帶，在1 425～1 500 m處，氡異常最大值為12 648 Bq·m-3，推斷為F1-4斷裂，傾向NE，傾角約75°，規模較大，下延深度超過900 m。在野外作業中，也發現該處巖石具有碎裂跡象。

(5)平距775～1 550 m處。海拔100 m以淺區域，呈層狀低阻電性特征，推斷為第四系覆蓋，厚度一般小于20 m。F1-2斷裂的南西部，總體呈中低、中阻電性特征，推斷為震旦系千枚巖，厚度大于900 m；F1-1斷裂的北東部，呈中阻、高阻電性特征，電阻率變化雜亂，推斷為上侏羅統鵝湖嶺組碎斑熔巖；在平距325 m處的NE向至F1-1斷裂間，海拔0～50 m的區域內，電阻率變化較大，淺部低阻區認為是鵝湖嶺組碎斑熔巖與下伏的震旦系千枚巖呈不整合接觸。在F1-1斷裂周圍存有范圍較大的低阻區，氡濃度在該區間整體偏高，并存有多處氡異常，反映該地段構造裂隙十分發育，巖石破碎程度較高。

4.2GF03#線地質推斷解譯

相山地區GF03#線主要穿越白堊系、侏羅系、第四系等地層，其反演電阻率斷面如圖2所示。

圖2　相山地區GF03#線地質推斷解譯斷面

圖2橫向上呈高低阻相間的電性特征；縱向上呈上低下高的電性特征[5]。圖2近地表呈層狀低阻電性特征，推斷為第四系覆蓋，厚度一般小于80 m；在F3-1斷裂以西、測線平距0～1 400 m段，海拔 -300 m以上的區域，呈低阻電性特征，反演電阻率一般小于75 Ω·m，推斷為上白堊統南雄組砂礫巖，區內最大厚度可達400 m；在F3-1斷裂以東，海拔 -300 m以下的區域，呈中高、高阻電性特征，反演電阻率值75～700 Ω·m，均推斷為上侏羅統鵝湖嶺組碎斑熔巖。平距725～1 050 m處，呈柱狀中高阻體，推斷為后期侵入的花崗斑巖脈，該脈體呈巖枝狀侵入碎斑熔巖中。平距約1 425 m處，呈明顯的等值線梯度帶，南東側反演電阻率呈高阻電性特征，北西側則為低阻電性特征，推斷為F3-1斷裂，規模巨大，下延深度超過900 m。平距約1 650，1 750， 1 925 m 處，分別呈現3個向下延伸的相對低阻帶，依次推斷為F3-2、F3-3、F3-4斷裂，該3條斷裂傾向SE、傾角較陡、規模較小，發育于鵝湖嶺組碎斑熔巖中，據地質資料可知，該地段斷裂密集，并有多處鈾異常點產出。在F3-1斷裂東西兩側，均認為是碎斑熔巖，但電阻率差異極大，主要原因是受F3-1斷裂和后期侵入的花崗斑巖脈共同影響，導致碎斑熔巖呈低電阻率特征。在F3-1斷裂以東，同為碎斑熔巖，淺深部電阻率差異亦較大：淺部巖體電阻率相對較低，主要由于在該區間內有F3-2、F3-3、F3-4等3條斷裂平行發育，巖石破碎強烈，并伴有鈾礦化；深部電阻率極高，由于未受到構造運動影響，巖石較完整。上白堊統紅色砂礫巖厚100～400 m，與下伏上侏羅統鵝湖嶺組碎斑熔巖接觸面形態相對簡單。圖2清晰反映了上白堊統紅色砂礫巖與上侏羅統鵝湖嶺組碎斑熔巖的分布范圍，大致反映了鈾礦化的控礦因素和賦存空間。

5結語

根據相山地區巖石電阻率參數和地質、鉆孔資料，將音頻大地電磁測量法和土壤氡測量法相結合，構建了綜合物探測量模型，對區內開展了鈾礦勘查工作，結果表明：在紅盆地區，通過反演電阻率形態和氡異常規模等特征，有效劃分巖性并識別斷層，從而間接指示出深部鈾礦化賦存部位，是該地區鈾礦勘查的一種行之有效的方法。

參考文獻

[1]張萬良.華南紅盆與鈾礦保存[J].礦產與地質，2007，21(2)：118-121.

[2]朱德輝，朱帝杰.利用綜合物探法精準探測弓長嶺露天礦采空區[J].金屬礦山，2015(10)：163-167.

[3]亢俊健，劉泰峰，李明亮，等.218Po快速測氡法——方法、儀器及其應用[M].北京：地質出版社，2010.

(收稿日期2015-07-21)

孟凡興(1987—)，男，助理工程師，碩士研究生，050002 河北省石家莊市學府路11號。