楊 艷，林子瑜

（東華理工大學(xué)，撫州 344000）

砂巖型鈾礦是賦存于中新生代沉積盆地中的重要核能資源，指富含U6＋（以絡(luò)合離子或分子形式存在）的地下水滲透到盆地砂巖透水層中，在砂體中運移至氧化－還原地球化學(xué)障附近發(fā)生沉淀富集形成的外生后成鈾礦床［1，2］，地表被沉積蓋層覆蓋，多為隱伏礦體。近年來，隨著砂巖型鈾礦找礦工作的開展，利用航空能譜測量數(shù)據(jù)開展砂巖型鈾礦成礦預(yù)測受到越來越多地質(zhì)工作者的重視和關(guān)注。

航空放射性測量作為鈾礦資源潛力預(yù)測評價最直接、有效的物探方法，測量數(shù)據(jù)蘊含豐富的找礦信息［3］。雖然它反映的是地表巖石的放射性特征，但可以利用測量鈾、釷、鉀元素的地球化學(xué)特征差異，建立航空能譜測量多元素特征參數(shù)組合，提取砂巖型鈾礦成礦的預(yù)測要素。因此，在澳大利亞弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾礦找礦預(yù)測中，利用航空能譜測量數(shù)據(jù)，根據(jù)弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾礦的鈾、釷、鉀元素的地球化學(xué)特征差異，建立并計算古鈾量、活性鈾、地球化學(xué)活動性指數(shù)等航空能譜測量特征參數(shù)，分析該區(qū)盆地構(gòu)造、古河道展布以及地層巖性等地質(zhì)特征，在ARCGIS 10 平臺上融合并識別出鈾源區(qū)、鈾元素遷入?yún)^(qū)、氧化－還原地球化學(xué)障等成礦預(yù)測要素，從而圈定研究區(qū)砂巖型鈾礦找礦的有利區(qū)。

1 弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾礦地質(zhì)特征

收集弗羅姆湖地區(qū)地質(zhì)資料，在ARCGIS 10平臺上按地質(zhì)特征、鈾礦床、航空能譜測量等專題組，以樹形結(jié)構(gòu)方式集成了弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾礦專題信息系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)在ARCGIS平臺上輸出弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾礦地質(zhì)簡圖（圖1）。

圖1 澳大利亞弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾礦地質(zhì)簡圖Fig．1 Generalized geological map of sandstone－type uranium deposit in the Frome Lake region of Australia

弗羅姆湖地區(qū)位于南澳大利亞新生代盆地—卡拉伯納亞盆地中。盆地蓋層主要由第三紀淺海沉積物組成，上覆第四紀陸源沉積物。盆地基底為前寒武紀柯拉莫尼克拉通變質(zhì)巖，基底巖石基本被年輕沉積物所覆蓋，只在少部分地區(qū)見到露頭，包括弗林德斯山脈上的芒特潘因特、芒特巴貝奇以及奧拉里山脈上的威利亞馬，這些巖石出露區(qū)巖體中含有大量富鈾花崗片麻巖、花崗質(zhì)和長英質(zhì)斑巖、長英質(zhì)火成巖以及變質(zhì)沉積物等（鈾含量均值為4．8×10－6），為研究區(qū)砂巖型鈾礦的形成提供了豐富的鈾源。

本區(qū)已探明的大型砂巖型鈾礦床3 個，中型3個，小型2個，還有許多鈾礦點。盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多條第三紀古河道的痕跡，且已知鈾礦床基本富集于這些古河道沉積物中，故本區(qū)鈾元素的遷移富集與古河道展布有關(guān)。晚中新世構(gòu)造運動抬升了弗林德斯山脈，形成了弗羅姆湖灣的西部邊緣，奧拉里和巴里爾兩條山脈向南部和東部形成了一個堰州和分水嶺［4］。

通過統(tǒng)計分析研究區(qū)不同巖性（層）的放射性含量（表1），可知研究區(qū)不同巖層巖性的鈾含量差異大。鈾元素的高場區(qū)位于芒特潘因特、芒特巴貝奇以及威利亞馬這三個古老富鈾花崗片麻巖、花崗質(zhì)和長英質(zhì)斑巖、長英質(zhì)火成巖以及變質(zhì)沉積物的出露區(qū)，鈾元素的均值范圍為（2．2～6．4）×10－6；鈾元素偏低場區(qū)和低場區(qū)分別位于第三系砂巖、粉砂巖和第四紀沉積巖中，鈾含量均值范圍為（0．9～1．3）×10－6；研究區(qū)元古代基底巖層中的鈾（2．2～6．4）×10－6、釷（19．3～33．9）×10－6、鉀（1．8～3．1）×10－6含量均明顯高于新生代沉積巖層鈾（0．9～1．3）×10－6、釷（8．1～8．5）×10－6、鉀（0．8～1．0）×10－6含量，且不同巖性（層）的鈾含量變異系數(shù)變化大，故研究區(qū)屬于理想的鈾礦成礦區(qū)。

表1 弗羅姆湖地區(qū)航空能譜測量不同巖性（層）的U、Th、K 含量統(tǒng)計Table 1 Statistical of U，Th，K contents by using of airborne radioactive spectrum measurement in different strata（litho horizons）in the Frome Lake region

2 航空能譜測量數(shù)據(jù)預(yù)處理

2．1 航空能譜測量數(shù)據(jù)源

在澳大利亞官方地球科學(xué)網(wǎng)上的地球物理歸檔數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（Geophysical Archive Data Delivery System）中下載了航空能譜測量數(shù)據(jù)。下載的數(shù)據(jù)為經(jīng)地形初步校正、3×3窗口低通濾波處理和重新采樣網(wǎng)格化處理的數(shù)據(jù)，網(wǎng)格間距為100×100m，投影基準面為GDA94，數(shù)據(jù)格式為ER MAPPER（＊．ers）。U 和Th 的單位為ppm（10－6），K 的單位為pct（%）。

2．2 預(yù)處理

在對航空能譜測量數(shù)據(jù)做深入分析前，使用軟件ARCGIS 10和ERDAS IMAGINE 9．2先對航空能譜測量數(shù)據(jù)進行了投影轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一背景值、去極值等處理。由于澳大利亞規(guī)定的礦權(quán)區(qū)申請單位為Sub－Block（1′×1′大小的網(wǎng)格），為了未來應(yīng)用的系統(tǒng)性和成礦預(yù)測的實用性，對數(shù)據(jù)進行了重新采樣處理，采樣的方法為雙線性內(nèi)插法，采樣后數(shù)據(jù)網(wǎng)格大小為0．25′×0．25′。

3 航空能譜測量數(shù)據(jù)處理

3．1 航空能譜測量特征參數(shù)建立的依據(jù)

航空能譜測量是一種多參數(shù)的地球化學(xué)找礦方法，可以同時獲得放射性總道計數(shù)和鈾、釷、鉀3個天然放射性元素含量值［5］。在自然狀態(tài)下，不同的地球化學(xué)條件以不同方式影響著放射性元素的活動性［6］。鈾元素的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，在還原條件下，鈾元素以四價形式（U4＋）存在，不可溶，活動性不強，但在氧化條件下，四價鈾（U4＋）會轉(zhuǎn)化為六價鈾（U6＋），此時它的遷移能力很強，在地下水中以鈾酰離子的形式搬運遷移。與鈾元素不同，釷元素的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，常常以碎屑物形式搬運沉積，一般不產(chǎn)生富集和分散，故在氧化環(huán)境下，鈾元素被淋失發(fā)生遷移時，釷元素則保留下來。鉀元素只有一種化合價，它在氧化和還原條件下同樣活潑，易遷移。

利用航空能譜測量U、Th、K 元素含量之間的地球化學(xué)特征差異，建立古鈾量、活性鈾、地球化學(xué)活動性指數(shù)3個特征參數(shù)，分別用于識別弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾礦鈾源區(qū)、鈾元素遷入?yún)^(qū)、氧化－還原地球化學(xué)障等成礦預(yù)測要素。

3．2 航空能譜測量特征參數(shù)的計算

3．2．1 古鈾量

古鈾量（即古鈾當(dāng)量含量），是用現(xiàn)代釷含量表征的古鈾含量［7］，其主要理論為在氧化還原條件下，鈾元素會隨著地球化學(xué)條件的改變發(fā)生四價和六價之間的轉(zhuǎn)換，被淋濾、遷移、富集，而釷元素始終為四價，被保留下來，所以說現(xiàn)代釷元素的當(dāng)量含量和“古釷”一致；同一地質(zhì)單元內(nèi)鈾場和釷場比值基本保持不變，故可以通過鈾釷元素之間的關(guān)系計算古鈾量。古鈾量的高值區(qū)指示并可圈定砂巖型鈾礦的鈾源區(qū)。特征參數(shù)計算式如下［8，9］：

GU為每個測點的古鈾量；meanU／meanTh為直線方程的斜率；U、Th分別為鈾、釷元素的實測值；meanU、meanTh為研究區(qū)鈾、釷元素平均值。

根據(jù)公式1，在ERDAS IMAGINE 9．2軟件建模工具下計算弗羅姆湖地區(qū)的古鈾量GU（圖2）。根據(jù)圖2劃出三個明顯的古鈾高值區(qū)，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征，這些地區(qū)為古老富鈾花崗片麻巖、花崗質(zhì)和長英質(zhì)斑巖、長英質(zhì)火成巖以及變質(zhì)沉積物的出露區(qū)，推測這3個區(qū)域可能為弗羅姆湖地區(qū)的鈾源。為驗證這一推測，通過計算特征參數(shù)活性鈾判斷這三個區(qū)域是否存在成巖后期鈾元素的活化遷移。

3．2．2 活性鈾

活性鈾（或鈾元素遷移量）是用來表征鈾元素與“古鈾”之間的差異表征鈾元素在成巖后期活化遷移的數(shù)值［10］?；钚遭櫿当硎驹诔蓭r后期存在鈾元素的遷入，負值表示鈾元素遷出。特征參數(shù)公式為：

FU為每個測點的活性鈾含量；U為鈾元素實測值；GU為每個測點的古鈾量。

根據(jù)公式2，在ERDAS IMAGINE 9．2軟件建模工具下，計算弗羅姆湖地區(qū)的活性鈾FU（圖3）。從圖3中可以看出3個活性鈾低值區(qū)，即鈾元素的活化遷出區(qū)，這3個低值區(qū)與圖2古鈾量高值區(qū)的位置吻合，表明這3個地區(qū)確實為弗羅姆湖地區(qū)的鈾源區(qū)。研究區(qū)盆地的活性鈾表現(xiàn)為相對高值區(qū)（圖3），可以判斷出該區(qū)鈾元素的遷移方向為由盆地四周古老富鈾巖體向盆地遷移。

3．2．3 地球化學(xué)活動性指數(shù)

砂巖型鈾礦成礦的另一個預(yù)測要素是氧化－還原地球化學(xué)障。六價鈾在氧化條件下轉(zhuǎn)化為四價從而發(fā)生鈾元素的遷移，而在還原條件下發(fā)生沉淀富集。因此在氧化還原條件發(fā)生變化時，鈾、鉀的放射性含量數(shù)值波動較大，而釷含量數(shù)值的波動小，表現(xiàn)為U／Th和K／Th同時發(fā)生變化，顯示了地球化學(xué)變異帶的變化情況。特征參數(shù)公式為［11］：

TF為每個測點的地球化學(xué)活動性指數(shù)；U、Th、K分別為鈾、釷、鉀元素的實測值

根據(jù)公式3，在ERDAS IMAGINE 9．2軟件建模工具下，計算弗羅姆湖地區(qū)的地球化學(xué)活動性指數(shù)TF（圖4）。從圖4可看出盆地內(nèi)的地球化學(xué)活動性指數(shù)為低值，是研究區(qū)的還原區(qū)；盆地周圍山脈的地球化學(xué)活動性指數(shù)為高值，是研究區(qū)的氧化區(qū)，它們之間的過渡部分即為研究區(qū)的氧化還原地球化學(xué)障。

圖3 弗羅姆湖地區(qū)的活性鈾分布圖Fig．3 Distribution map of activated uranium containing areas in the Frome Lake region

圖4 弗羅姆湖地區(qū)地球化學(xué)活動性指數(shù)分布圖Fig．4 Distribution map of geochemical activity indexes in the Frome Lake region

4 成礦預(yù)測要素識別

在計算得到上述3個航空能譜測量能譜特征參數(shù)后，基于ARCGIS 10平臺，利用這些參數(shù)識別弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾礦成礦鈾源區(qū)和氧化－還原地球化學(xué)障等成礦預(yù)測要素。

4．1 識別鈾源區(qū)

根據(jù)研究區(qū)的古鈾量和活性鈾可知，鈾源區(qū)位于古鈾的高場區(qū)和活性鈾的低場區(qū)。為了圈出鈾源，將古鈾量和活性鈾進行假彩色合成，古鈾量賦為紅色，活性鈾賦為綠色。鈾源區(qū)一般位于盆地周邊古老富鈾地質(zhì)體，故在假彩色合成圖上疊上盆地的范圍，即可圈出研究區(qū)的鈾源范圍。

4．2 計算鈾元素遷入?yún)^(qū)

根據(jù)活性鈾可知，活性鈾的正值區(qū)為遷入?yún)^(qū)，在ERDAS IMAGINE 9．2軟件建模工具中，通過條件判斷計算研究區(qū)鈾元素遷入?yún)^(qū)。

4．3 識別氧化－還原地球化學(xué)障

由地球化學(xué)活動性指數(shù)可知，氧化－還原地球化學(xué)障位于地球化學(xué)活動性指數(shù)高低過渡帶。已知鈾礦床一般在氧化－還原地球化學(xué)障處附近，根據(jù)以上兩點，在地球化學(xué)活動性指數(shù)圖上識別出研究區(qū)的氧化－還原地球化學(xué)障位置。

5 成礦預(yù)測

利用航空能譜測量數(shù)據(jù)得到鈾源區(qū)、鈾元素遷入?yún)^(qū)、氧化－還原地球化學(xué)障等成礦預(yù)測要素，對弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾礦成礦進行預(yù)測。由弗羅姆湖地區(qū)砂巖型鈾成礦模式可知，該區(qū)找礦有利區(qū)位于新生代盆地內(nèi)的氧化－還原地球化學(xué)障附近，需要有豐富的鈾源、繼承性的古河道、后期鈾元素的遷入等成礦因素。綜合古鈾量和活性鈾識別出鈾源區(qū)，活性鈾進一步提取得到鈾元素遷入?yún)^(qū)，從地球化學(xué)活動性指數(shù)識別出的氧化－還原地球化學(xué)障，綜合分析研究區(qū)地質(zhì)特征，特別是古河道位置等，最后基于ARCGIS 10平臺，在弗羅姆湖地區(qū)地質(zhì)圖上識別出3個找礦有利區(qū)（圖5）。

6 結(jié)論

數(shù)據(jù)處理和成礦預(yù)測平臺的選擇非常關(guān)鍵。結(jié)合ERDAS IMAGINE 9．2 軟件建模工具和ARCGIS 10平臺，建立弗羅姆湖地區(qū)專題信息數(shù)據(jù)庫并提取了成礦預(yù)測要素，對圈定該區(qū)找礦有利區(qū)具有一定的指導(dǎo)作用。利用航空能譜測量數(shù)據(jù)并結(jié)合研究區(qū)砂巖型鈾礦成礦預(yù)測要素，對航空能譜測量數(shù)據(jù)進行增強處理和提取，達到分析鈾源區(qū)、鈾元素活化遷移區(qū)及氧化－還原地球化學(xué)障位置的目的，更好地預(yù)測研究區(qū)砂巖型鈾礦找礦有利遠景區(qū)。

圖5 弗羅姆湖地區(qū)航空能譜測量特征參數(shù)綜合解譯圖Fig．5 Comprehensive interpretation map of airborne radiometric survey parameters in the Frome Lake region

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