巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床與其地面伽馬能譜特征關系分析

曹俊淸 陳鳳興 王浩鋒

摘要：為了探索巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床與其地面伽馬能譜特征的關系，利用地面伽馬能譜資料對區內鈾、釷、鉀元素含量的總體特征及各地質單元鈾、釷、鉀元素含量特征進行了統計和對比研究，將測區各地層劃分為富鈾源體、富鈾體、貧鈾源體、貧鈾體；運用鈾釷比值構建了古鈾、活性鈾、鈾遷移富集指數等參數，探索了區內鈾的遷移規律，認為各巖體內大地構造破碎帶、以及盆地邊緣是活性鈾的主要富集區，區內活性鈾疊加復合地段是鈾礦找礦的有利地段。

關鍵詞：巴音戈壁盆地；塔木素鈾礦床；地面伽馬能譜特征；鈾成礦有利地段

地面γ能譜測量是同時測定U、Th、K三種放射性元素當量含量，查明不同地質體U、Th、K元素分布規律，甚至直接發現鈾異?；虻V化的放射性勘查方法。該方法是應用時間最早、使用范圍最廣、最經濟的鈾礦找礦方法之一。但是，在中新生代沉積盆地砂巖型鈾礦勘查中，由于受地表土壤蓋層的影響，人們較少使用。本文利用巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床及其周邊地區1：5萬地面伽馬能譜測量資料，探索了鈾元素在地質引力作用下活化遷移及相對富集情況，并結合區域地質資料及鈾成礦模式，進一步解析巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床與其地面伽馬能譜特征的關系。

1.區域地質背景

巴音戈壁盆地及鄰區（巴丹吉林盆地）處于華北板塊、西伯利亞板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的交接部位，是古生代時期陸—陸碰撞的結合部位，構造屬性較為復雜。盆地北部在區域上為內蒙古—大興安嶺古生代褶皺帶的一部分，構造巖漿活動強烈，是在地槽褶皺帶基礎上發育的斷陷盆地，早白堊世斷陷盆地沉積結束后，構造活動性仍較強，造成沉積蓋層中斷裂構造發育。一級構造單元有2個坳陷帶、和1個中央隆起帶3個，亞一級構造單元又可劃分為7個坳陷和5個隆起，二級構造單元共有31個凹陷和25個凸起。

2.地面伽馬能譜特征

通過對塔木素鈾礦床及其周邊地區地面伽馬能譜測量數據的系統統計，初步探索了區內鈾、釷、鉀元素含量的總體特征及各地質單元鈾、釷、鉀元素含量特征及其分布規律。

2.1區內鈾、釷、鉀元素含量總體特征

（1）研究區U、Th、K等元素含量均呈單峰偏正態分布。（見圖1）

（2）鈾元素含量的變異系數（CV=0.45）相對較小，但峰度度（CE=907.63）比較大，顯示出較強的分異性特征和濃集特點，說明在漫長的地質演化進程中整個研究區發生過鈾元素活化遷移及預富集。

（3）釷、鉀元素的峰度值相對較小，分別為Th=11.69、K= 14.10，表明其分異性相對較弱，元素含量相對穩定。

2.2區內各地質單元鈾、釷、鉀元素含量特征

（1）塔木素鈾礦床及其周邊地區各地質單元之間鈾、釷、鉀元素含量存在較顯著性差異：巴音戈壁組上段（K1b2）地層鈾元素含量為3.48×10-6，明顯高于巴音戈壁組下段（K1b1）的含量2.46×10-6及其他地層；且該地層的eTh/eU比值低于測區其他地質單元的eTh/eU比值，表現出了較為明顯的鈾元素富集特征，是區內主要的富鈾富集體或貧鈾源富集體（見表2及圖2）。

（2）二疊紀（Pγβ）、三疊紀（Tγβ）以及侏羅紀（J1-2）的黑云母花崗巖中鈾、釷元素含量普遍高于其他花崗巖體，作為一種富鈾巖體出現，是區內主要的富鈾源富集體。

2.3區內各地質單元鈾、釷、鉀元素含量分布特征

（1）鈾元素含量（U）平面分布特征

鈾元素含量在研究區內的分布具有較強的趨勢性，偏高區或高值區基本呈北東向條帶狀展布，一處位于研究區的西北角，該處為二疊紀中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細?；◢忛W長巖（Pγδ）集中出露區；一處貫穿整個研究區的中部，對應于下白堊統巴音戈壁組上段（K1b2）地層出露區（圖3）。

（2）釷元素含量（Th）平面分布特征

研究區釷元素含量的偏高區或高值區基本位于圖幅的西北角，對應于二疊紀中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細?；◢忛W長巖（Pγδ）集中出露區。研究區中部地區基本呈現為背景場，研究區東南大部分地區的釷含量相對較低，呈現出低場或偏低場。整體上具有一定的分級性，并北東向展布趨勢（圖3）。

（3）鉀元素含量（K）平面分布特征

鉀元素含量在研究區的分布于與釷元素相似，偏高區或高值區基本位于圖幅的西北角，與二疊紀中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細粒花崗閃長巖（Pγδ）集中出露區相對應。研究區的中部地區為背景場，低場或偏低場位于研究區的東南大部分地區（圖3）。

2.4研究區鈾元素活化遷移及預富集趨勢

由于鈾較活潑的化學性質易在氧化條件下進行活化遷移，因此，地面伽馬能譜測量測到的是在地表巖石土壤中經由化學遷移、機械遷移后殘余的鈾含量。而釷較穩定的化學性質不易遷移，釷元素含量高低則反映了原巖中放射性元素的狀態，所以，參考現今釷元素含量高低及鈾釷比值可間接估算地質體的古鈾（GU）含量。活性鈾含量（FU）是一個反映古鈾遷出或遷入量大小的量化參數，鈾遷移系數[16]（UC）是一個反映鈾的動態遷移方向和遷入量率相對大小的參數。GU、FU、UC應用在沉積成巖作用之后，鈾元素的遷移變化和遷移方向的研究。其計算公式如下：

當FU>0時，地層（體）中的活化鈾是遷入的；當FU<0時，地層（體）中的活化鈾是遷出的；當FU=0時，地層（體）中沒有活化鈾存在；UC>1表示趨于富集，UC<小于1表示趨于貧化。

鈾的活化遷移和貧失富集是鈾成礦的必要條件，為了研究塔木素鈾礦床及其周邊地區鈾地球化學的分布情況，采用古鈾含量、活性鈾含量和鈾遷移系數等多元特征參數的復合信息來探索研究區鈾源、鈾活化遷移方向及鈾沉積預富集區。

（1）圖4A顯示：研究區西北部二疊紀中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細?；◢忛W長巖（Pγδ）集中出露區古鈾量（GU）相對較高，研究區東南大部分地區的古鈾量（GU）比較小，該部分地區多為沙漠覆蓋區。

（2）圖4B顯示：研究區中部巴音戈壁組上段（K1b2）地層出露地段活化鈾量（FU）呈現正值，反映鈾元素發生了預富集；相反西北部二疊紀中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細?；◢忛W長巖（Pγδ）集中出露區活化鈾量（FU）呈現負值；表明該地段鈾元素產生了活化遷移，遷移方向由西北向東南。

（3）圖4C顯示：研究區中部鈾的遷移富集指數（UC）明顯大于其它他地方，表現出較強的鈾遷入跡象。表明研究區后期鈾的運移富集主要發生在該地段。

縱觀圖4A、圖8B、圖9C：研究區內鈾活化、遷移富集表現出了顯著的規律性，圖幅北部北東向展布的二疊紀中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細?；◢忛W長巖（Pγδ）巖體廣泛出露區古鈾含量相對較高，是區內主要的鈾源體。但其形成以后，受地質及地化作用影響，活性鈾含量則表現為負值區，鈾遷出強烈，而毗鄰蝕源區的盆緣地帶，活性鈾含量則表現為高值區，呈明顯的遷入狀態，且鈾的遷移預富集指數明顯大于1，是區內鈾成礦的有利地段，塔木素鈾礦床正好位于該地段。

3.塔木素鈾礦床與其地面伽馬能譜特征關系分析

前人研究認為：塔木素鈾礦床鈾成礦作用包括同生沉積型鈾成礦、層間氧化作用鈾成礦、熱流體疊加改造作用鈾成礦和層間氧化作用疊加鈾成礦4個階段。

（1）同生沉積型鈾成礦階段：湖盆中心不斷有來自蝕源區的含氧含鈾水徑流，形成潛水氧化作用。由于間歇性的盆地蒸發濃縮，鈾濃度不斷加大的同時泥巖、粉砂巖中的炭屑、黃鐵礦等對鈾的吸附，在細碎屑巖中形成同生沉積泥巖型鈾礦化。

（2）層間氧化作用鈾成礦階段：巴音戈壁組上段在研究區內主要為扇三角洲沉積體系，這種砂體沉積為鈾成礦提供了充足的空間。砂體沉積的同時，也接受來自蝕源區含氧含鈾地下水的滲入，于氧化還原界面附近鈾初始富集，形成鈾異常暈。由于泥巖中有機質、黃鐵礦等還原性物質不斷消耗氧化流體中的自由氧，使得鈾由六價變成四價沉淀下來而被泥巖中強吸附性物質，與有機質一道吸附，而形成鈾礦體。

（3）熱流體疊加改造作用鈾成礦階段：塔木素鈾礦床中發現了一些低溫熱液礦物如硒鉛礦、閃鋅礦、螢石等礦物，鈾成礦過程中可能經歷了熱流體的疊加改造作用。蘇紅圖時期噴發的大量巖漿，為盆地內成巖、成礦物質活動提供條件。熱流體改造亦使得鈾礦化進一步富集，深部層位的還原劑如瀝青增強了地層還原能力。

（4）層間氧化作用疊加鈾成礦階段：蘇紅圖期之后，塔木素鈾礦床周邊巴音戈壁組上段一直處于抬升剝蝕階段，這一時期蝕源區的含氧含鈾地下水始終流向盆地內部，層間滲入成礦作用在此過程中也在持續進行。在此過程中由于含氧含鈾地下水的作用早期形成的礦體有可能遭受破壞形成翼部礦體或殘留體。

綜上所述：塔木素鈾礦床形成的各個階段都伴隨著鈾的活化遷移和貧失富集，地面伽馬能譜特征信息中的古鈾含量、活化鈾量、鈾遷移富集指數的變化趨勢正好揭示了其起始鈾源；其次，其所在地段正處于地面伽馬能譜特征信息所預測的成礦有地段。說明塔木素鈾礦床與其地面伽馬能譜特征存在著一定的因果關系。

4.結論

通過塔木素鈾礦床與其周邊地面伽馬能譜特征間關系分析，認為：

（1）鈾活化遷移方向指示了塔木素鈾礦床的有利賦存空間位置。

（2）活化鈾量指示了塔木素鈾礦床鈾的來源，并為推算地層含鈾性和評價資源潛力，提供了多源條件，將鈾源研究實現了由定性評價提升為定量評價。

（3）地面伽馬能譜測量雖然反映的是地表淺部天然放射性水平，但通過構建古鈾含量、活化鈾量、鈾遷移富集指數等特征參數、運用多信息復合參數，進行綜合解釋，仍然可對覆蓋層較厚的中新生代鈾成礦潛力做出評價，繼續發揮其“多快好省”的技術優勢。

參考文獻：

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