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(guān)系，利用地面伽馬能譜資料對區(qū)內(nèi)鈾、釷、鉀元素含量的總體特征及各地質(zhì)單元鈾、釷、鉀元素含量特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和對比研究，將測區(qū)各地層劃分為富鈾源體、富鈾體、貧鈾源體、貧鈾體；運(yùn)用鈾釷比值構(gòu)建了古鈾、活性鈾、鈾遷移富集指數(shù)等參數(shù)，探索了區(qū)內(nèi)鈾的遷移規(guī)律，認(rèn)為各巖體內(nèi)大地構(gòu)造破碎帶、以及盆地邊緣是活性鈾的主要富集區(qū)，區(qū)內(nèi)活性鈾疊加復(fù)合地段是鈾礦找礦的有利地段。

關(guān)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(shí)測定U、Th、K三種放射性元素當(dāng)量含量，查明不同地質(zhì)體U、Th、K元素分布規(guī)律，甚至直接發(fā)現(xiàn)鈾異?；虻V化的放射性勘查方法。該方法是應(yīng)用時(shí)間最早、使用范圍最廣、最經(jīng)濟(jì)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(qū)1：5萬地面伽馬能譜測量資料，探索了鈾元素在地質(zhì)引力作用下活化遷移及相對富集情況，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及鈾成礦模式，進(jìn)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(guān)系。

1.區(qū)域地質(zhì)背景

巴音戈壁盆地及鄰區(qū)（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(shí)期陸—陸碰撞的結(jié)合部位，構(gòu)造屬性較為復(fù)雜。盆地北部在區(qū)域上為內(nèi)蒙古—大興安嶺古生代褶皺帶的一部分，構(gòu)造巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，是在地槽褶皺帶基礎(chǔ)上發(fā)育的斷陷盆地，早白堊世斷陷盆地沉積結(jié)束后，構(gòu)造活動(dòng)性仍較強(qiáng)，造成沉積蓋層中斷裂構(gòu)造發(fā)育。一級構(gòu)造單元有2個(gè)坳陷帶、和1個(gè)中央隆起帶3個(gè)，亞一級構(gòu)造單元又可劃分為7個(gè)坳陷和5個(gè)隆起，二級構(gòu)造單元共有31個(gè)凹陷和25個(gè)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(qū)地面伽馬能譜測量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，初步探索了區(qū)內(nèi)鈾、釷、鉀元素含量的總體特征及各地質(zhì)單元鈾、釷、鉀元素含量特征及其分布規(guī)律。

2.1區(qū)內(nèi)鈾、釷、鉀元素含量總體特征

（1）研究區(qū)U、Th、K等元素含量均呈單峰偏正態(tài)分布。（見圖1）

（2）鈾元素含量的變異系數(shù)（CV=0.45）相對較小，但峰度度（CE=907.63）比較大，顯示出較強(qiáng)的分異性特征和濃集特點(diǎn)，說明在漫長的地質(zhì)演化進(jìn)程中整個(gè)研究區(qū)發(fā)生過鈾元素活化遷移及預(yù)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(wěn)定。

2.2區(qū)內(nèi)各地質(zhì)單元鈾、釷、鉀元素含量特征

（1）塔木素鈾礦床及其周邊地區(qū)各地質(zhì)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(qū)其他地質(zhì)單元的eTh/eU比值，表現(xiàn)出了較為明顯的鈾元素富集特征，是區(qū)內(nèi)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(jì)（Pγβ）、三疊紀(jì)（Tγβ）以及侏羅紀(jì)（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(xiàn)，是區(qū)內(nèi)主要的富鈾源富集體。

2.3區(qū)內(nèi)各地質(zhì)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(qū)內(nèi)的分布具有較強(qiáng)的趨勢性，偏高區(qū)或高值區(qū)基本呈北東向條帶狀展布，一處位于研究區(qū)的西北角，該處為二疊紀(jì)中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀(jì)似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細(xì)?；◢忛W長巖（Pγδ）集中出露區(qū)；一處貫穿整個(gè)研究區(qū)的中部，對應(yīng)于下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段（K1b2）地層出露區(qū)（圖3）。

（2）釷元素含量（Th）平面分布特征

研究區(qū)釷元素含量的偏高區(qū)或高值區(qū)基本位于圖幅的西北角，對應(yīng)于二疊紀(jì)中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀(jì)似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細(xì)粒花崗閃長巖（Pγδ）集中出露區(qū)。研究區(qū)中部地區(qū)基本呈現(xiàn)為背景場，研究區(qū)東南大部分地區(qū)的釷含量相對較低，呈現(xiàn)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(qū)的分布于與釷元素相似，偏高區(qū)或高值區(qū)基本位于圖幅的西北角，與二疊紀(jì)中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀(jì)似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細(xì)粒花崗閃長巖（Pγδ）集中出露區(qū)相對應(yīng)。研究區(qū)的中部地區(qū)為背景場，低場或偏低場位于研究區(qū)的東南大部分地區(qū)（圖3）。

2.4研究區(qū)鈾元素活化遷移及預(yù)富集趨勢

由于鈾較活潑的化學(xué)性質(zhì)易在氧化條件下進(jìn)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(jīng)由化學(xué)遷移、機(jī)械遷移后殘余的鈾含量。而釷較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)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(tài)，所以，參考現(xiàn)今釷元素含量高低及鈾釷比值可間接估算地質(zhì)體的古鈾（GU）含量。活性鈾含量（FU）是一個(gè)反映古鈾遷出或遷入量大小的量化參數(shù)，鈾遷移系數(shù)[16]（UC）是一個(gè)反映鈾的動(dòng)態(tài)遷移方向和遷入量率相對大小的參數(shù)。GU、FU、UC應(yīng)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(jì)算公式如下：

當(dāng)FU>0時(shí)，地層（體）中的活化鈾是遷入的；當(dāng)FU<0時(shí)，地層（體）中的活化鈾是遷出的；當(dāng)FU=0時(shí)，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(qū)鈾地球化學(xué)的分布情況，采用古鈾含量、活性鈾含量和鈾遷移系數(shù)等多元特征參數(shù)的復(fù)合信息來探索研究區(qū)鈾源、鈾活化遷移方向及鈾沉積預(yù)富集區(qū)。

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

（2）圖4B顯示：研究區(qū)中部巴音戈壁組上段（K1b2）地層出露地段活化鈾量（FU）呈現(xiàn)正值，反映鈾元素發(fā)生了預(yù)富集；相反西北部二疊紀(jì)中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀(jì)似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細(xì)粒花崗閃長巖（Pγδ）集中出露區(qū)活化鈾量（FU）呈現(xiàn)負(fù)值；表明該地段鈾元素產(chǎn)生了活化遷移，遷移方向由西北向東南。

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

縱觀圖4A、圖8B、圖9C：研究區(qū)內(nèi)鈾活化、遷移富集表現(xiàn)出了顯著的規(guī)律性，圖幅北部北東向展布的二疊紀(jì)中粗粒黑云母花崗巖（Pγβ）、二疊紀(jì)似斑狀黑云母花崗巖（Pγπβ）及中細(xì)粒花崗閃長巖（Pγδ）巖體廣泛出露區(qū)古鈾含量相對較高，是區(qū)內(nèi)主要的鈾源體。但其形成以后，受地質(zhì)及地化作用影響，活性鈾含量則表現(xiàn)為負(fù)值區(qū)，鈾遷出強(qiáng)烈，而毗鄰蝕源區(qū)的盆緣地帶，活性鈾含量則表現(xiàn)為高值區(qū)，呈明顯的遷入狀態(tài)，且鈾的遷移預(yù)富集指數(shù)明顯大于1，是區(qū)內(nèi)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(guān)系分析

前人研究認(rèn)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(gè)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(qū)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(fā)濃縮，鈾濃度不斷加大的同時(shí)泥巖、粉砂巖中的炭屑、黃鐵礦等對鈾的吸附，在細(xì)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(qū)內(nèi)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(shí)，也接受來自蝕源區(qū)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(jī)質(zhì)、黃鐵礦等還原性物質(zhì)不斷消耗氧化流體中的自由氧，使得鈾由六價(jià)變成四價(jià)沉淀下來而被泥巖中強(qiáng)吸附性物質(zhì)，與有機(jī)質(zhì)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(fā)現(xiàn)了一些低溫?zé)嵋旱V物如硒鉛礦、閃鋅礦、螢石等礦物，鈾成礦過程中可能經(jīng)歷了熱流體的疊加改造作用。蘇紅圖時(shí)期噴發(fā)的大量巖漿，為盆地內(nèi)成巖、成礦物質(zhì)活動(dòng)提供條件。熱流體改造亦使得鈾礦化進(jìn)一步富集，深部層位的還原劑如瀝青增強(qiáng)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(shí)期蝕源區(qū)的含氧含鈾地下水始終流向盆地內(nèi)部，層間滲入成礦作用在此過程中也在持續(xù)進(jìn)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(gè)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(shù)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(yù)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(guān)系。

4.結(jié)論

通過塔木素鈾礦床與其周邊地面伽馬能譜特征間關(guān)系分析，認(rèn)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(jià)資源潛力，提供了多源條件，將鈾源研究實(shí)現(xiàn)了由定性評價(jià)提升為定量評價(jià)。

（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(gòu)建古鈾含量、活化鈾量、鈾遷移富集指數(shù)等特征參數(shù)、運(yùn)用多信息復(fù)合參數(shù)，進(jìn)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(jià)，繼續(xù)發(fā)揮其“多快好省”的技術(shù)優(yōu)勢。

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