地球物理-地質模型在龍首山地區鈾礦勘查中的應用

王志宏，汪 冰，鄧國武，張俊偉

(核工業航測遙感中心，石家莊 050002)

地球物理-地質模型在龍首山地區鈾礦勘查中的應用

王志宏，汪 冰，鄧國武，張俊偉

(核工業航測遙感中心，石家莊 050002)

根據龍首山地區的巖礦石電性、磁性參數，結合區內鈾成礦模式等建立了地電及地磁等地球物理模型，對模型進行了正反演計算，對其結果的電、磁性特征進行了科學合理的定性分析，建立了區內鈾礦找礦有利地段的地質-地球物理模型。對S01線實測數據進行了處理及解釋，推斷了斷裂構造的位置、產狀，對閃長巖分布范圍進行了推斷解釋，圈定了鈾找礦有利地段，收到良好的效果。

龍首山地區； 地質-地球物理模型； 電、磁特征； 鈾找礦有利地段

0 引言

龍首山地區是我國西北地區重要的鈾礦集中區之一。近幾年在區內開展了地面高精度磁法、電磁法、瞬變電磁法及放射性物探等單方法測量，取得了一些成果。但由于鈾礦品位低，分布范圍小，控礦斷裂變化快，加之單一物探方法的多解性及其局限性，使測量成果的不確定性大大增加，很難準確確定鈾礦成礦的有利地段，勘查成果至今很難突破。

為了提高物化探技術在區內鈾資源勘查中的適應性和探有能力，開展了物化探綜合測量研究，根據地質模型，建立了地球物理-地質鈾找礦有利地段模型，以達到有效、經濟地解決地質問題的目的，取得好的找礦效果。

國內、外學者在這方面開展了大量的相應研究，于仕祥等[1]通過建立地質-地球物理找礦模型，發現了陳臺溝大型隱伏鐵礦床；湯井田等[2]通過研究沃溪礦區地質地球物理條件，建立了礦區的地質地球物理，取得了好的找礦成果；劉國輝等[3]在內蒙古東部地區建立了多金屬礦的地質-地球物理綜合找礦模型，該模型對區內深入找礦工作具有重要指導意義；Ian[5]、Basokur等[4]針對電磁法、激發極化結合地質情況建立了地質-地球物理模型，取得了較好的成果。

1 地質概況及電、磁性特征

1.1 地質特征

地層主要是古元古界龍首山群、中元古界墩子溝群和震旦系韓母山群。龍首山群由片巖、片麻巖、大理巖和混合巖等變質巖組成，為一套淺海—濱海碎屑—碳酸鹽夾中基性火山巖建造，屬于綠片巖—角閃巖相；墩子溝群的主要巖性是千枚巖、灰巖和砂巖，為淺海相薄層沉積；韓母山群下部以碎屑巖為主，上部由灰巖組成。

馬路溝斷裂與次級斷裂在剖面上呈Y字型，在平面上呈入字型的構造夾持區，巖石破碎程度較高，是熱液減壓區，為各種地球化學作用礦床次生富集作用提供了有利條件，也為鈾礦床的賦存提供了良好空間，是鈾成礦的有利空間部位；廣泛發育的鈉交代(閃長巖附近)具有熱液成礦承前啟后的重要作用，鈾成礦作用延續時間長，多期多階段，并且晚期疊加早期成礦作用很普遍，因此,多期次熱液疊加部位是形成富鈾礦體的關鍵地段。

鈾礦床位于馬路溝斷裂(F101)下盤10 m～300 m范圍內鈉長石化花崗巖中，礦體側列，大體與F101平行，鈾礦化則賦存于次級東西向扭性斷裂構造(碎裂蝕變)帶中。礦床一般由多條碎裂蝕變帶組成，礦體走向近東西向，向南陡傾，隱伏于地下數米到120 m。單個礦體長數米至120 m，寬十幾米至數十米，沿傾斜延伸最大180 m。礦體形態復雜，分支復合、膨漲收縮現象明顯可見[6-9]。

1.2 巖石電、磁性特征

由表1可知，區內巖石電性、磁性存在一定的差異，龍首山群大理巖破碎狀態下為低阻電性特征，完整的大理巖為高阻電性特征。震旦系、墩子溝群及龍首山群、大理巖無磁性；龍首山群角閃巖磁性變化范圍大；鈉交代巖、花崗巖整體磁性變化較大，部分為相對中強磁性特征，部分為弱磁性特征；閃長巖體磁性變化范圍大，整體磁性較強；含礦化的花崗巖磁性減弱，表現為弱磁特征。

表1 龍首山地區巖石物性參數統計表

Tab.1 Statistics of rock magnetic susceptibility and resistivity in Longshoushan zone

地層巖性電阻率/Ω·m磁化率/×10-5SI范圍常見值范圍常見值韓母巖群灰巖、變質砂巖2～149墩子溝群千枚巖、硅質條帶白云巖、灰巖2～159龍首山群大理巖(破碎)125.4～2631603.9～14.37大理巖(完整)426～23571520角閃巖、角閃片巖10.0～412.0210片麻巖、二長云英片巖117.7～11322574～30.623加里東晚期中細粒花崗巖236～16126824.2～224132蝕變中細粒花崗巖383～1182646中粗粒斑狀花崗巖378～1283833164～730590中粗粒斑狀花崗巖(礦化巖心)17～4732中粗粒花崗巖12～198120蝕變中粗粒斑狀花崗巖587～29491694礦化中粗粒斑狀花崗巖100.6～474.2291加里東中期花崗閃長巖32.7～450330鈉交代巖18～12072灰白色中粗粒花崗巖72.7～587510加里東早期閃長巖330～1220114095～923255

2 地球物理—地質模型

2.1 鈾成礦地質模型

由區內鈾礦地質特征可知，深部成礦熱液沿斷裂構造運移至物理化學場突變部位即壓力驟減部位時高壓熱液產生爆騰，形成隱爆鈉交代角礫巖，為后期鈾的沉淀提供了良好的賦礦空間。北西向馬路溝大斷裂及其次級斷裂控礦，大斷裂的變異部位、主次斷裂的交匯部位，最有利于礦化富集。斷裂構造多期次活動，鈉交代巖的二次破碎是鈾礦在鈉交代巖體中形成的必要條件。鈉交代巖的原巖多種多樣，但以中粗粒斑狀花崗、中粗粒花崗巖為主，這兩種巖性與閃長巖的接觸帶是最有利于鈉交代巖形成的部位[8-9]。在詳細了解區域地質特征、結合鈾礦床地質特征的基礎上,建立了簡單鈾成礦地質模型[10-13](圖1)。

圖1 龍首山地區鈾成礦模式圖Fig.1 Metallogenic model for uranium deposits in Longshoushan zone

圖2 龍首山地區地電模型Fig.2 Geoelectric model for in Longshoushan zone

2.2 地電模型

根據區內鈾成礦模式，結合巖石電性特征建立了二維地電模型(圖2)，圖2中1 500 Ω·m(黃色)高阻體代表完整的大理巖，1 000 Ω·m (淺綠色)中高阻體代表閃長巖及堿交代巖等，500 Ω·m(綠色)中阻體代表花崗巖圍巖，10 Ω·m(藍色)、50 Ω·m (淡藍色)的低阻體分別代表斷裂破碎帶及蝕變帶等。模型中大斷裂與其次級斷裂在-400 m左右交匯，形成構造結。閃長巖及堿交代巖沿斷裂分布。

2.3 地磁模型

根據區內鈾成礦模型，結合巖石磁性特征建立了二維地磁模型(圖3)，圖3中大理巖、花崗巖及破碎帶均為弱磁性，磁化率分別為10×10-5SI、20×10-5SI、50×10-5SI，閃長巖沿斷裂分布，為中等磁性，磁化率為250×10-5SI。

圖3 龍首山地區地磁模型Fig.3 Geomagnetic model in Longshoushan zone

3 模型響應分析

3.1 地電模型響應

由圖4可以看出，電磁法2D反演結果能更好地反映斷裂及相關地質信息，1D反演結果對斷裂位置有較好反映，但對斷裂產狀、地層電性信息等不能很好反映。鈾找礦有利地段，斷裂交匯的構造結部位，其次為密集的節理帶附近，巖石破碎程度較高，裂隙發育，蝕變較強，電阻率明顯降低[7-9]。在圖1中，a、d位于花崗巖體及大理巖內，這些部位未受到斷裂的影響，巖石完整性好，遠離蝕變帶，可能在熱變質作用下，巖石硅化，反演電阻率較高，一般為100 Ω·m～1 000 Ω·m；b位于閃長巖內，位于斷裂附近、熱液蝕變、堿交代相對發育，巖石破碎，電阻率一般在50 Ω·m～100 Ω·m左右，呈中等電阻率特征；c位于斷裂帶內，該部位巖石破碎，節理裂隙發育，部分地段含水性好，在電性特征上呈低電阻率或電阻率梯度變化；e位于“Y”字形斷裂交匯部位，巖石破碎程度較高，在電性特征呈現為明顯的低阻特征，電阻率一般小于50 Ω·m。

3.2 電磁異常模型的響應

由圖5可以看出，由于受構造作用，巖石破碎，同時構造也改造或破碎了原主巖的鐵磁性物質結構，使磁性降低，一般在構造部位有相對弱的磁異常信息。閃長巖由于其磁性相對較強，△T磁異常曲線表現弱正磁異常；不同地層、巖性變化地段，△T磁異常曲線有明顯異常。在圖1中，b、c處由于閃長巖及斷層構造的影響，在地表引起明顯的中等強度磁異常，磁異常一般為100 nT左右。在大理巖與花崗巖接觸地段，由于其磁性差異明顯，△T磁異常出現明顯由正變負再變正的跳躍、突變等現象。

圖4 地電模型1D、2D反演電阻率斷面圖Fig.4 Resistivity sections of geoelectric model(a)1D反演結果；(b)2D反演結果3.2 地磁模型響應

圖5 地磁模型及正演計算△T磁異常曲線Fig.5 Magnetic anomaly curve of geomagnetic model

4 鈾礦地質-地球物理找礦模型

1)地質標志。鈾成礦有利地段一般位于北西向馬路溝斷裂、近東西向馬路溝次級斷裂及破碎帶的交匯部位，在平面上呈“入”字型，斷面上呈“Y“字型的交叉部位。中粗粒斑狀花崗巖、中粗粒花崗巖與閃長巖接觸帶是最有利于鈉交代巖形成的部位，同時在巖體的內、外接觸帶，堿性熱液活動強烈，特別是大規模鉀交代發育區段，預示著有可能出現晚期鈉交代作用或鈉交代型礦化[14]。

2)地球物理標志。圖4中鈾成礦有利地段一般位于中高阻到低阻梯度過渡帶出現扭曲變形地段或中阻低區，反演電阻率一般小于400 Ω·m；鈾成礦有利地段一般位于磁異常變化帶或較弱磁異常區內，磁場強度一般在0 nT～100 nT之間[15-16]。

5 勘查成果及分析

基于鈾礦地質-地球物理模型綜合分析，在區內開展了音頻大地電磁與地面高精度磁法測量，取得了較好的找礦成果。

圖6為S01線電磁測量綜合斷面圖。由圖6(a)可知，平距分別為110 m、350 m、690 m、910 m反演電阻率曲線呈現梯度變化帶或電阻率等值線不連續或錯斷，在相應部位△T磁異常曲線也出現變化，推測F1011、F1012、F1013、F1014四個斷層。其中F1012為區內控礦斷裂馬路溝斷裂、F1013、F1014為馬路溝次級斷裂，與F1012上呈“Y”字交叉。與鈾成礦有緊密聯系的閃長巖主要分布平距為350 m～900 m段的中部，反演電阻率相對較高，一般大于200 Ω·m。

由圖6(b)可知，沿測線主要分布有四個閃長巖體(S1、S2、S3、S4)，均分布于F1011、F1012、F1013、F1014斷裂附近。S1、S3、S4體積較小，中心埋深均小于150 m ，沿F1012斷裂分布的閃長巖S2體積大，其上頂埋深約50 m，向下延深大。

根據區內鈾礦地質-地球物理找礦模式推測，F1012、F1013、F1014斷裂交匯部位，巖石破碎、裂隙相對發育，其在斷面圖上呈“Y”字型，附近發育閃長巖，為鈾礦找礦有利地段。

后期對物探資料結果進行了鉆探查證，在平距分別為600 m、700 m、900 m附近分別施工了ZKb29-3、ZKb29-1、ZKb29-2三個鉆孔(圖6)，推測的閃長巖分布范圍與鉆探查證分布范圍基本一致，但斷裂構造位置、產狀有一定差異，F1011、F1012與已知位置吻合，F1013、F1014與已知位置均向北偏移。這也足以說明所建立的地質-地球物理模型是正確的，可行的。

圖6 S01線電、測量綜合斷面圖Fig.6 Cross sections of integrated geophysical exploration along line S01(a)電阻率反演斷面圖；(b)△T磁異常反演剖面；(c)鉆探查證斷面圖

6 結論

1)在龍首山地區鈾礦勘查中，利用音頻大地電磁測量推斷斷裂位置及大致產狀，利用地面高精度磁法測量確定侵入巖規模及位置，兩種方法相結合，可以取得較好的成果。

2)區內鈾礦成礦有利地段一般為中高阻到低阻梯度過渡帶，出現在扭曲變形地段或中阻低區、磁異常化帶或較弱磁異常區內。

3)根據鈾礦地球物理—地質找礦模型，綜合分析圈定深部鈾礦找礦有利地段，實現了地質找礦新突破，取得了好的勘查成果。

[1]于仕祥，姚良德，李厚民，等.鞍山陳臺溝鐵礦地質-地球物理找礦模型[J].地質找礦叢論，2013，28(3):361-365.YU S X，YAO L D，LI H M.et al.Geologic-geophysicalexploration model of Chentaigou iron deposit in Anshan area[J].Contributions to Geology and Mineral Resources Research,2013，28(3):361-365.(In Chinese)

[2]湯井田，戴前偉.湘西金礦沃溪礦區的地質地球物理模型[J].物探與化探，2000，24(4):310-313.TANG J T，DAI Q W.The geological-geophysical model of the woxi gold ore district in western Hunan[J].Computing Techniques for Geophystcal and Geochemical exploration，2000，24(4):310-313.(In Chinese)

[3]劉國輝，孫士輝，徐晶，等.綜合物探方法在內蒙東部某地金屬礦勘查中的應用[J].工程地球物理學報，2011，8(1):55-60.LIU G H ，SUN S H，XU J,et al.Application of Integrated geophysical method to exploring one polymetallic deposit of eastern Inner Mongolia[J].Chinese Journal of Engineering Geophysics，2011，8(1):55-60.(In Chinese)

[4]BASOKUR A T，RASMUSSEN T M，KAYA C，et al.Comparison of induced-polarization and controlled-source audion-magnetotellurics methods for massive chalcopyrite exploration in a volcanic area[J].Geophysics，1997，62(6):1087-1096.

[5]WU X H，IAN J F，ALAN G J.Magnetotelluric response and geogelectric structure of the great slave lake shear zone[J].Earth and Planetary Scicence Letters，2002，196:35-50.

[6]杜樂天.再論堿交代作用理論在鈾礦成礦和找礦中的重要價值[M].北京：地質出版社,2009.DU L T.Theory of alkali metasomatism theory in uranium mineralization and prospecting the important value[M].BeiJing：Geological Publishing House,2009.(In Chinese)

[7]王青山.龍首山鈉交代巖型鈾礦地球化學特征及其控礦因素[J].甘肅地質，2008，17(1):23-29.WANG Q S，Geochemical features and ore-control factors of soda metasomatite type uramium deposits in LongShouShan[J].Gansu Geology，2008，17(1):23-29.(In Chinese)

[8]陳云杰，趙如意、武彬.甘肅龍首山地區芨嶺鈾礦床陷爆角礫巖發現及成因探討[J].地質與勘探，2012，48(6):1101-1108.CHEN Y J，ZHAO R Y，WU B.Discovery of cryptoexplosiveburccias in the Jinling uranium deposit of the Longshoushan area Gansu provice and their genesis[J].Geology and Exploration,2012，48(6):1101-1108.(In Chinese)

[9]趙如意，陳云杰，武斌,等.甘肅龍首山芨嶺地區鈉交代型鈾礦成礦模式研究[J].地質與勘探，2013,49(1):67-74.ZHAO R Y，CHEN Y J，WU B,et al.A metallogenic model of the Sodic-Metasomatic type.Uranium ore deposit in the JiLing area of Longshoushan Gansu province[J].Geology and Exploration，2013,49(1):67-74.(In Chinese)

[10]邊祥會，薛軍平，鄧志剛,等.HMT法在格爾托金礦深邊部盲礦體勘查上的應用研究[J].地質與勘探，2013，49(5):951-957.BIAN X H，XUE J P，DENG Z G,et al.Application of the high-frequency magnetotelluric sounding method(HMT) to prospecting of deep-Seated and marginal blind orebodies in the Gertuo Gold mine’ Gansu province[J].Geology and Exploration，2013，49(5):951-957.(In Chinese)

[11]萬芬，王光杰，楊曉勇,等.皖南云嶺金礦地球物理找礦模型[J].地球科學與環境學報，2014，36(1):185-192.WAN F，WANG G J，YANG X Y,et al.Geophysical prospecting models of Yunling Au deposit in the southern AnHui[J].Journal of Earth Sciences and Environment，2014，36(1):185-192.(In Chinese)

[12]徐浩，崔煥敏，蔡煜琦,等.桃山-諸廣巖體鈾礦床地質-地球物理找礦模型探討[J].東華理工大學學報:自然科學版，2011，34(4):315-322.XU H，CUI H M，CAI Y Q,et al.Study on geology-geophysical prospecting model of Uranium deposit of Taoshan-Zhuguangshan Rock[J].Journal of East China Institute of Techmology，2011，34(4):315-322.(In Chinese)

[13]鄭光文，張凱，吳明安,等.安徽沙溪斑巖銅礦物探找礦方法的試驗和檢驗[J].地質與勘探，2013,49(4):737-750.ZHENG G W，ZHANG K，WU M G,et al.Application of geophysical prospecting methods to the Shaxi porphyry copper deposit and its Validation[J].Geology and Exploration，2013,49(4):737-750.(In Chinese)

[14]張金帶，徐高中，彭云彪,等.西北鈾礦地質志[R].北京：中國核工業地質局，2015.ZHAG J D，XU G Z，PENG I B,et al.The north west Uranium Geology [R].Beijing：China Nuclear Geology，2015.(In Chinese)

[15]王志宏，全旭東，王利民,等.綜合物探測量在桃山地區鈾礦勘查中的應用[J].物探與化探，2014，38(1):35-40.WANG Z H，QUAN X D，WANG L M,et al.The application of integrated geophysical survey to the uranium exploration of TaoShan areas[J].Geophysical and Geochemical exploration，2014，38(1):35-40.(In Chinese)

[16]王志宏，全旭東，王利民,等.硬巖型鈾礦化(點、帶)地球物理特征[J].物探化探計算技術，2013，35(5):506-511.WANG Z H，QUAN X D，WANG L M,et al.Eophysical characteristics of hard rock-Hosted Uranium Deposits[J].Computing Techniques for Geophysical and Geochemical exploration，2013，35(5):506-511.(In Chinese)

The application of geology-geophysical model to exploration of uranium deposits in Longshoushan zone

WANG Zhi-hong,WANG Bing,DENG Guo-wu,ZHANG Jun-wei

(Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry,Geological Science and Technology Department,shijiazhuang 050002，China)

Electrical model and magnetic model are built by the resistivity and magnetic capacity characteristics of rock.Based on these model,magnetic and electric characteristics are analyzed.It usually tends to form a tectonic fracture,low resistivity and magnetic anomaly in the favorable uranium metallogenic.Builds the uranium deposits geology-geophysical prospecting model of uranium deposit with uranium geology and geophysical characteristics.Through the practice and test,the result shows that fault structure and intrusive rock could be well detected by using the AMT and ground magnetic survey.This proved that it is effective for detecting the favorable uranium area by the uranium deposits geology-geophysical prospecting.

Longshoushan area; geology-geophysical model; electric and magnetic characteristics; favorable uranium metallogenic

2015-08-18 改回日期：2015-10-20

王志宏(1973-)，男，博士，高級工程師，主要從事地球物理生產研究工作,E-mail：wzhsjz@163.com。

1001-1749(2016)06-0715-07

P 631.3