葉雷剛， 時志浩， 婁漢生， 陳 擎

(核工業(yè)二○三研究所，陜西 咸陽 712000)

核能在我國能源結(jié)構(gòu)中地位日益提高，鈾礦是發(fā)展核能的最主要原料(張金帶等，2019)。鈾礦有多種類型，其中硬巖型鈾礦是我國主要的鈾礦類型之一。隱伏在地表以下的鈾礦，由于礦體賦存深度深淺不一，其在地面可產(chǎn)生不同強(qiáng)度的放射性異常(李必紅等，2018)，這種放射性異常是鈾礦找礦最直接的標(biāo)志。地面伽馬能譜測量是一種多參數(shù)的放射性地球物理找礦方法，主要通過測量覆蓋層下礦體中235U、232Th、40K三種天然放射性元素的含量以及相對應(yīng)比值，通過對多元信息的融合提取獲得異常，以此解釋鈾礦體賦存位置(陳凱等2018；李必紅等，2017；曹秋義等，2016)。地面伽馬能譜測量，已成為鈾礦找礦的重要技術(shù)手段之一。

查查香卡地區(qū)位于柴達(dá)木盆地東北緣，系祁連南山、阿爾金山、東昆侖山三山環(huán)繞，區(qū)內(nèi)發(fā)育大型金屬礦藏、石油以及煤炭等能源礦產(chǎn)(潘彤，2019；陳琰等，2019；陳磊等，2019)。1990年代，柴達(dá)木北緣地區(qū)進(jìn)行了1∶20萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查、1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，對該區(qū)鈾礦成礦條件進(jìn)行分析，并預(yù)測了資源量。查查香卡地處柴達(dá)木盆地北緣逆沖構(gòu)造帶，其構(gòu)造活動強(qiáng)烈，具有較大的鈾成礦潛力。前人對柴達(dá)木盆地地質(zhì)特征做了大量研究，雖然研究區(qū)鈾礦地質(zhì)工作開展較早，但小范圍大比例尺鈾礦相關(guān)的地質(zhì)物探工作程度較低，對于該區(qū)覆蓋層以下放射性異常特征以及鈾礦體的空間展布特征未做深入研究。

鑒于此，筆者根據(jù)查查香卡地區(qū)鈾礦地質(zhì)成果，開展1∶1萬地面伽馬能譜測量工作，研究該區(qū)在構(gòu)造活動和熱液蝕變影響下，不同層位的放射性異常特征和鈾礦體分布形態(tài)，并圈出隱伏礦體賦存范圍及為鉆孔施工提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)出露地層主要劃分為古元古界達(dá)肯達(dá)坂群(Pt1D)、下古生界灘間山巖群(OST1)、新生界全新統(tǒng)(Q4)(劉林等，2013；廉康等，2016)。達(dá)肯達(dá)坂群出露范圍較廣，為熱液型鈾礦的含礦層位，巖性為花崗質(zhì)混合巖、云母石英巖、斜長角閃巖等中-高級變質(zhì)巖系，巖系遭受區(qū)域動力熱液變質(zhì)作用和區(qū)域混合巖化作用，構(gòu)成柴達(dá)木盆地的結(jié)晶基底。灘澗山巖群為區(qū)內(nèi)主要的含鈾建造，巖性為玄武巖、變安山巖、變晶屑玻屑凝灰?guī)r、黑云斜長角閃片巖和變長石石英砂巖等。全新統(tǒng)主要為化學(xué)堆積層，為粉砂質(zhì)石鹽、含砂石膏，中細(xì)粒砂夾亞砂土、亞粘土、有機(jī)質(zhì)腐植土等。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以北西向韌-脆性斷裂(F4)為主，北西向斷裂(F5)次之，組成網(wǎng)格狀構(gòu)造格架，控制著鈾礦化的分布(圖1，廉康等，2016；鐘軍等，2018)。F4周圍的巖漿活動頻繁、強(qiáng)烈，且侵入巖體從中元古代至晚三疊世廣泛發(fā)育。南北向成礦后期斷裂F10切穿北西向斷裂F4、F5，對區(qū)內(nèi)礦體造成破壞。巖漿活動不僅歷時較長，而且形成了鎂鐵質(zhì)巖-中性巖-中酸性巖-酸性巖較為完整的巖漿演化系列。

圖1 查查香卡地區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 The structure outline map of the Chachashanka area 1.第四系坡積物、沖積物；2.奧陶-志留系灘間山群下段；3.奧陶-志留系灘間山群上段；4.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖；5.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖夾眼球狀片麻巖；6.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群石英片巖；7.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群角閃巖；8.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群a段；9.肉紅色中粒黑云母花崗巖；10.灰綠或灰白色中粗?；◢忛W長巖；11.深灰綠色閃長細(xì)晶巖脈；12.深灰或灰綠色中粒及粗粒輝石角閃石巖；13.花崗巖脈；14.偉晶花崗巖脈；15.黑綠色細(xì)粒角閃輝長巖脈；16.構(gòu)造破碎帶；17.實(shí)測及推測性質(zhì)不明斷層；18.逆斷層

1.2 研究區(qū)放射性特征

王德鵬等(2019)對柴北緣地區(qū)地層和巖體鈾礦化地球物理特征進(jìn)行了歸納總結(jié)。筆者依據(jù)測井資料，對研究區(qū)出露的主要巖體放射性特征進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)(表1)。

表1 查查香卡地區(qū)地層和巖體放射性特征統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical results of radiological characteristics of stratum rocks in the Chachaxiangka area

從表1可以得出，研究區(qū)出露的地層放射性特征差異明顯，其中第四系下更新統(tǒng)出露的地層呈現(xiàn)鈾當(dāng)量(eU)、釷當(dāng)量(eTh)含量顯著偏高，而鉀(K)含量偏低的特點(diǎn)，表明第四系下更新統(tǒng)具有較好的鈾富集條件，鈾礦成礦潛力較大。早古生代奧陶-志留系出露的巖石中放射性元素的含量差異明顯，其中千枚巖、砂巖的eU、eTh、K平均含量較高，分別為7.0×10-6、19.0×10-6、2.4×10-2；而板巖的eU、eTh、K平均含量偏低，分別為1.0×10-6、3.4×10-6、0.6×10-2。古元古界達(dá)肯達(dá)坂群地層中的巖體主要有黑云母斜長片麻巖、片巖及混合巖等，各類巖體中eU、eTh、K平均含量均較高，其中黑云母斜長片麻巖的eU、eTh、K平均含量明顯偏高，分別為7.2×10-6、22.5×10-6、3.7×10-2。由此可知，各類侵入巖放射性強(qiáng)弱變化較大。研究區(qū)地層中花崗巖、花崗斑巖放射性強(qiáng)度呈較高趨勢，其中印支期花崗斑巖eU、eTh、K平均含量最高，分別為10.5×10-6、39.0×10-6、4.0×10-2，而這些侵入巖類是區(qū)內(nèi)鈾成礦最直接、最有利的鈾源體。

2 測量方法及數(shù)據(jù)處理

研究區(qū)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，破碎蝕變糜棱巖帶橫貫研究區(qū)中部，其中以北西向斷裂最為發(fā)育，形成時間相對較早，為大斷裂的次級構(gòu)造，是該區(qū)主要的儲礦、控礦構(gòu)造，且同時有著多期次活動疊加。本次1∶1萬地面伽馬能譜測量采用雙基線控制，基線方向90°，測線布置與區(qū)內(nèi)主構(gòu)造線垂直，測線方位0°，以100 m×20 m網(wǎng)度控制全區(qū)，測線32條，測點(diǎn)4 516個，測量面積9.6 km2(圖2)。

圖2 工程布置圖Fig.2 Engineering layout drawing1.第四系坡積物、沖積物；2.奧陶-志留系灘間山群下段；3.奧陶-志留系灘間山群上段；4.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖；5.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖夾眼球狀片麻巖；6.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群石英片巖；7.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群角閃巖；8.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群a段；9.肉紅色中粒黑云母花崗巖；10.灰綠或灰白色中粒粗?；◢忛W長巖；11.深灰綠色閃長細(xì)晶巖脈；12.深灰或灰綠色中粒及粗粒輝石角閃石巖；13.花崗巖脈；14.偉晶花崗巖脈；15.黑綠色細(xì)粒角閃輝長巖脈；16.構(gòu)造破碎帶；17.實(shí)測及推測性質(zhì)不明斷層；18.逆斷層；19.能譜測量點(diǎn)

野外測量工作選用上海核儀器廠生產(chǎn)的FD-3022智能伽馬能譜儀，測量前進(jìn)行校準(zhǔn)，并用逆矩陣解譜法求得U、Th、K計(jì)算系數(shù)。對測區(qū)各地質(zhì)層(體)鈾當(dāng)量(eU)、釷當(dāng)量(eTh)含量的背景值(μx)及標(biāo)準(zhǔn)差(Sx)，采用下列公式計(jì)算(趙希剛等，2009)：

(1)

(2)

式中，μx為背景值，Sx為標(biāo)準(zhǔn)差，xi為第i個測量處相應(yīng)的元素含量，N為總測點(diǎn)數(shù)。

以此求得測區(qū)鈾當(dāng)量、釷當(dāng)量含量的背景值分別為3.9×10-6和16.1×10-6及標(biāo)準(zhǔn)差分別為2.7和4.1。測量數(shù)據(jù)采用GEOSOFT5.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過Surfer軟件進(jìn)行克里金插值形成grd文件，再由MapGis繪圖軟件繪制成相應(yīng)的eU、eTh、K等值線圖。

3 伽馬能譜多元素綜合特征分析

3.1 多元素伽馬能譜特征

從圖3中可以看出，研究區(qū)鈾當(dāng)量含量異常整體分為三部分，即條帶狀展布高場區(qū)、零星分布的偏高場區(qū)和低值場區(qū)。高場區(qū)位于紅色異常范圍內(nèi)部，主要由A1、A2、A3和A4四個異常暈帶組成，整體呈北西向的條帶狀展布，對應(yīng)巖性主要為硅化、褐鐵礦化等蝕變破碎帶，異常帶中蝕變強(qiáng)烈，主要見有碳酸鹽化、赤鐵礦化、褐鐵礦化、綠泥石化、鉀化和硅化，異常部位見有大量黃鐵礦。能譜鈾含量的走向特征整體反映斷裂蝕變帶發(fā)育情況，多期的熱液蝕變作用使得后生蝕變疊加于原生蝕變帶，使得異常走向明顯呈北西向帶狀展布。其中，A4異常的走向特征表明了奧陶-志留系灘澗山群和下元古界達(dá)肯大坂群黑綠色角閃巖及角閃片巖之間的斷裂發(fā)育特征，且A4異常暈圈為全區(qū)鈾含量異常值和異常范圍最大，主要原因是該處為北西向次級斷裂F4與一條近南北向次級斷裂F10相互交匯，為F4斷裂帶的膨大部位，巖石破碎程度高，加之多期次熱液蝕變，故鈾礦化體發(fā)育較好。

圖3 查查香卡地區(qū)能譜鈾異常圖Fig.3 The energy spectrum uranium anomaly map in the Chachaxiangka area1.第四系坡積物、沖積物；2.奧陶-志留系灘間山群下段；3.奧陶-志留系灘間山群上段；4.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖；5.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖夾眼球狀片麻巖；6.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群石英片巖；7.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群角閃巖；8.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群a段；9.肉紅色中粒黑云母花崗巖；10.灰綠或灰白色中粗?；◢忛W長巖；11.深灰綠色閃長細(xì)晶巖脈；12.深灰或灰綠色中粒及粗粒輝石角閃石巖；13.花崗巖脈；14.偉晶花崗巖脈；15.黑綠色細(xì)粒角閃輝長巖脈；16.構(gòu)造破碎帶；17.實(shí)測及推測性質(zhì)不明斷層；18.逆斷層

圖4為研究區(qū)釷異常分布圖，釷異常分布于測區(qū)東北部，整體以北西向鋸齒狀條帶展布，與F4斷裂蝕變帶吻合較好。B1號異常包含12個鈾釷混合異常點(diǎn)，中心異常近似塊狀，長約80 m，寬約20 m。異常區(qū)主要受黑綠色細(xì)粒角閃輝長巖脈和肉紅色正常巖脈及正長細(xì)晶巖脈控制，最大釷當(dāng)量含量異常值為161.0×10-6。B2號異常呈北西向條帶狀連續(xù)展布，與F4斷裂帶吻合，該異常暈最大釷當(dāng)量含量異常值為641.2×10-6，異常區(qū)極值為全區(qū)最高，有赤鐵礦化、褐鐵礦化，且斷裂破碎帶的多期熱液蝕變疊加使得該處異常規(guī)模、連續(xù)性及極值為全區(qū)釷異常最高。B2號釷異常暈在北西向F4斷裂和多組北東向的斷裂節(jié)點(diǎn)部位異常特征和鈾含量異常曲線形態(tài)及展布特征相似，表明該處為鈾釷混合異常，且為全區(qū)成礦最有利地段。

圖4 查查香卡地區(qū)能譜當(dāng)量釷異常圖Fig.4 The energy spectrum thorium anomaly map in the Chachaxiangka area1. 第四系坡積物、沖積物；2. 奧陶-志留系灘間山群下段；3. 奧陶-志留系灘間山群上段；4. 古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖；5. 古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖夾眼球狀片麻巖；6. 古元古界達(dá)肯達(dá)坂群石英片巖；7. 古元古界達(dá)肯達(dá)坂群角閃巖；8. 古元古界達(dá)肯達(dá)坂群a段；9. 肉紅色中粒黑云母花崗巖；10. 灰綠或灰白色中粗?；◢忛W長巖；11. 深灰綠色閃長細(xì)晶巖脈；12. 深灰或灰綠色中粒及粗粒輝石角閃石巖；13. 花崗巖脈；14. 偉晶花崗巖脈；15. 黑綠色細(xì)粒角閃輝長巖脈；16. 構(gòu)造破碎帶；17. 實(shí)測及推測性質(zhì)不明斷層；18. 逆斷層

圖5為研究區(qū)鉀異常分布圖，整體以大的區(qū)塊分布，以北西向的F4和F5斷裂為分界，弱異常C1主要分布于測區(qū)東北部，主要反映的巖性為海西期灰白色中粗粒-粗?；◢忛W長巖，內(nèi)部見有零星的硅質(zhì)脈體和石英脈體，在該弱異常的偏高場主要反映的地層為奧陶-志留系灘澗山群。相對強(qiáng)異常C2分布于測區(qū)西南部，偏高場異常主要反映了古元古界達(dá)肯大坂群黑綠色角閃巖、角閃片巖、云母石英片巖夾細(xì)條帶片麻巖的分布特征。強(qiáng)弱異常的F4和F5分界線主要反映北西向斷裂破碎蝕變帶的分布形態(tài)和走向特征。

3.2 Th/U異常特征

依據(jù)地面伽馬能譜測量，地層中鈾豐度大于3×10-6，巖體中鈾豐度大于5×10-6可作為含鈾層(體)。將區(qū)內(nèi)地層和巖體中U、Th含量進(jìn)行比值計(jì)算，繪制釷當(dāng)量含量與鈾當(dāng)量含量比值異常圖(圖6)。從圖6中可以看出，Th/U<3的含鈾層(體)為富鈾層(體)，即D1、D2、D3異常區(qū)。D1異常區(qū)中其低值異常明顯，呈條帶狀展布，特征是富鈾貧釷。北部對應(yīng)海西期灰白色中粗粒-粗?；◢忛W長巖；南部異常與鈾當(dāng)量含量A4異常相對應(yīng)，并且吻合較好。D2異常的邊界位置和鈾當(dāng)量含量中南部橙色異常相對應(yīng)，區(qū)內(nèi)主要以第四系砂礫土為主體，其基底巖石為古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖等。D3異常呈團(tuán)塊狀，該處巖性風(fēng)化強(qiáng)烈。該異常與肉紅色正常巖脈及正長細(xì)晶巖脈密切相關(guān)。圖6中D4異常呈條帶、鋸齒狀。異常區(qū)Th/U>4.6的地質(zhì)體，極值也位于該異常區(qū)，最大值為34.6，均值為6.7，表現(xiàn)為富釷貧鈾。結(jié)合鈾含量異常分析，該處鈾含量偏高，推斷與該異常區(qū)賦存的肉紅色正長巖脈及正長細(xì)晶巖脈相關(guān)。這些結(jié)果反映了地殼演化過程中，鈾元素遷移、釷元素穩(wěn)定的特征。

圖6 查查香卡地區(qū)能譜釷鈾比異常圖Fig.6 The energy spectrum thorium-uranium ratio anomaly map in the Chachaxiangka area1.第四系坡積物、沖積物；2.奧陶-志留系灘間山群下段；3.奧陶-志留系灘間山群上段；4.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖；5.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群片麻巖夾眼球狀片麻巖；6.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群石英片巖；7.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群角閃巖；8.古元古界達(dá)肯達(dá)坂群a段；9.肉紅色中粒黑云母花崗巖；10.灰綠或灰白色中粗?；◢忛W長巖；11.深灰綠色閃長細(xì)晶巖脈；12.深灰或灰綠色中粒及粗粒輝石角閃石巖；13.花崗巖脈；14.偉晶花崗巖脈；15.黑綠色細(xì)粒角閃輝長巖脈；16.構(gòu)造破碎帶；17.實(shí)測及推測性質(zhì)不明斷層；18.逆斷層

3.3 綜合分析

綜上地面伽馬能譜異常特征，鈾含量為(0.2～511.1)×10-6，平均值為4.0×10-6，變異系數(shù)為56.2%；釷含量為(2.1～641.2)×10-6，平均值為15.9×10-6，變異系數(shù)為54.6%，Th/U平均值為5.2，小于地殼地層和巖體的平均值(5.7×10-6，黎彤等，1990)。鉀含量變化范圍為0.1%～6.4%，平均值是1.9%，變異系數(shù)為35%。結(jié)合Th/U值，說明測區(qū)鈾、釷含量之間的差異大，鈾元素發(fā)生了局部富集，且鈾、釷元素變異系數(shù)大，表明研究區(qū)存在明顯的能譜鈾、釷異常。

測區(qū)斷裂帶鉀化蝕變發(fā)育，受區(qū)域性大斷裂的影響，在近北東和南西向壓應(yīng)力作用下，北西向F4韌性剪切帶開始形成。強(qiáng)烈的韌性剪切作用導(dǎo)致韌性剪切帶周圍花崗質(zhì)巖石中成礦物質(zhì)活化，同時區(qū)內(nèi)脈巖發(fā)育，從基性-酸性均有出露，深部中基性巖脈(閃長玢巖、輝石角閃巖)侵入，其中長英質(zhì)脈和正長巖脈與鈾礦富集密切相關(guān)。受區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造F4、F5的影響，能譜鈾含量異常的走向特征整體反映了斷裂蝕變帶的鈾礦化發(fā)育范圍，其A4鈾異常帶地處北西向次級斷裂F4與一條近南北向次級斷裂F10相互交匯，為F4斷裂帶的膨大部位，鈾含量范圍最大，且?guī)r石破碎程度高加之多期次熱液蝕變，故鈾礦化體發(fā)育較好。

多期的熱液蝕變作用致使后生蝕變疊加于原生蝕變帶，從而使得異常走向明顯呈北西向帶狀展布。鈾、釷、鉀的異常分布整體顯示出異常場成條帶狀展布，且北西向的破碎帶為異常場的主要控礦斷裂，表明斷裂破碎蝕變帶的多期次熱液蝕變作用相互疊加使得鈾、釷元素富集。而Th/U平均值小于地殼地層和巖體的平均值(5.7)，說明鈾元素發(fā)生了遷移，并在局部富集。后期經(jīng)過鉆孔驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦化孔，且礦體賦存在構(gòu)造斷裂帶中，延續(xù)性較好。

4 結(jié)論

(1)查查香卡地區(qū)下更新統(tǒng)及元古界地層中鈾、釷、鉀含量均高于背景值，其元古界達(dá)肯達(dá)坂群黑云母斜長片麻巖以及元古代侵入巖類斜長花崗巖、石英閃長巖、印支期二長花崗巖、花崗斑巖中鈾、釷、鉀含量明顯偏高，局部相對富集，區(qū)內(nèi)存在較好的鈾源體，具有一定的成礦潛力。

(2)研究區(qū)內(nèi)異常帶均分布于斷裂帶處，其展布形態(tài)和走向特征受斷裂構(gòu)造控制，尤其在斷裂破碎帶附近可見硅化、褐鐵礦化等蝕變，鈾釷含量相對較高；斷裂蝕變成為研究區(qū)鈾元素遷移、富集的重要因素。

(3)區(qū)內(nèi)受北西向大斷裂構(gòu)造的影響，疊加巖漿及后期熱液的多次侵入改造作用，使得在斷裂帶附近蝕變越強(qiáng)烈，鈾礦體越發(fā)育。