焦智偉，王亞飛，艾 虎，孔志召，汪 來(lái)

(1．核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北 石家莊 050002；2．中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，河北 石家莊 050002 )

0 引言

桂北地區(qū)鈾礦床屬于碳硅泥巖型，所處的大地構(gòu)造位置與廣子田、大江背、土地堂等大中型鈾礦床的特征相似，成礦地質(zhì)構(gòu)造條件優(yōu)越，具有較好的找礦前景。本文以桂北地區(qū)為例，通過(guò)開(kāi)展音頻大地電磁測(cè)量、高精度磁測(cè)和210Po測(cè)量，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和異常提取，查明了控礦層位、控礦斷層發(fā)育情況，結(jié)合區(qū)內(nèi)鈾成礦特征及找礦標(biāo)志，預(yù)測(cè)了成礦有利區(qū)段，取得了較好的效果。

碳硅泥巖型鈾礦床是我國(guó)重要鈾礦床類型之一[1-5]。經(jīng)過(guò)多輪的找礦工作，認(rèn)為礦體的產(chǎn)出直接受巖性和斷層控制[6-9]。在以往的勘查工作中多以放射性勘查為主，以尋找異常點(diǎn)帶為目的，對(duì)于點(diǎn)面結(jié)合的綜合研究較少，對(duì)已知礦(化)體的深部揭露和研究程度較低。單一的物探方法對(duì)尋找深部構(gòu)造難以取得很好的效果，開(kāi)展綜合物探可以提高推斷解釋和深部找礦預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性[10-17]。

1 物探方法簡(jiǎn)介

音頻大地電磁法(簡(jiǎn)稱AMT)：AMT以交變電磁場(chǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)接收天然電磁場(chǎng)信號(hào)，來(lái)探測(cè)地下不同電性地質(zhì)體結(jié)構(gòu)。AMT是張量測(cè)量，對(duì)二維構(gòu)造反映較為真實(shí)，適應(yīng)不同深度金屬礦勘探[18-19]。

高精度磁測(cè)：高精度磁測(cè)是在地面觀測(cè)地下介質(zhì)磁性差異引起的磁場(chǎng)變化的一種地球物理勘查方法[20]。利用高精度磁測(cè)可達(dá)到劃分巖性界線、勾勒構(gòu)造形跡的作用。

210Po測(cè)量：210Po法是測(cè)量巖石鈾及氡衰變子體210Po的α射線強(qiáng)度，來(lái)尋找鈾礦床的一種放射性測(cè)量方法。210Po的量直接反映了222Rn的平均值，成為確定鈾礦和斷層破碎帶的重要方法[21]。

2 地質(zhì)概況及地球物理特征

2.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于揚(yáng)子地塊與華南褶皺系交接部位的西南緣，越城嶺復(fù)背斜和鳳凰田背斜之間的大西江-咸水坳陷西翼[22](圖1)。受多期次構(gòu)造影響，褶皺、斷層較發(fā)育，褶皺自西向東分布有越城嶺復(fù)背斜、大西江—龍水向斜、鳳凰田背斜，NE向扭性斷層是重要的控礦構(gòu)造，控制著鈾礦床和鈾礦體的空間分布[23]。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖

1—下白堊統(tǒng) 2—泥盆系-石炭系 3—震旦系-奧陶系 4—燕山期花崗巖 5—加里東期花崗巖 6—實(shí)測(cè)斷層 7—推測(cè)斷層8—向斜 9—背斜 10—鈾礦床 11—地質(zhì)界線 12—不整合地層界線 13—研究區(qū)

2.1.1 地層

研究區(qū)出露地層有下奧陶統(tǒng)黃隘組(O1h)砂質(zhì)頁(yè)巖、下泥盆統(tǒng)郁江組(D1y)砂巖、中泥盆統(tǒng)信都組(D2x)細(xì)碎屑巖、中泥盆統(tǒng)東崗嶺組(D2d)及下石炭統(tǒng)巖關(guān)階(C1y)碳酸鹽巖。

2.1.2 構(gòu)造

研究區(qū)構(gòu)造以NNE向的F1斷層、F0斷層及與F1斜交的扭性斷層組為特征，具體特征如下：

F1斷層：中泥盆統(tǒng)信都組第五段(D2x5)細(xì)碎屑巖與中泥盆系東崗嶺組(D2d)碳酸鹽巖接觸部位。走向?yàn)镹NE，傾向SE，其走向和傾向上均呈舒緩波狀膨脹收縮延伸，為一多期次、多階段、長(zhǎng)期活動(dòng)的層間擠壓破碎帶。

F0斷層：該斷層沿NE向呈“S”形彎曲展布，傾向NW，具壓扭性特征，并作逆時(shí)針?lè)较蚺?dòng)。斷層NW盤(pán)上升，SE盤(pán)下降，老地層逆沖于新地層之上。

與F1斜交的扭性斷層組：區(qū)內(nèi)發(fā)育規(guī)模較小的平移斷層呈NNE、NNW以及NWW向展布，錯(cuò)斷泥盆系及F1斷層，規(guī)模較小。斷層構(gòu)造面以扭性為主，兼有張性和壓性。

2.1.3 鈾礦化特征

鈾礦化產(chǎn)于大西江-龍水向斜西翼中、上泥盆統(tǒng)中，嚴(yán)格受中泥盆統(tǒng)信都組第五段、東崗嶺組下部控制。礦體呈似層狀、透鏡狀，其產(chǎn)狀與地層及層間斷裂破碎帶F1產(chǎn)狀基本一致[23]。

2.2 研究區(qū)地球物理特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)巖心標(biāo)本進(jìn)行物性參數(shù)測(cè)量，獲得了巖礦石物性參數(shù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。各地層的巖石電阻率、磁化率具有如下特征：

表1 研究區(qū)電阻率及磁化率參數(shù)統(tǒng)計(jì)

下奧陶統(tǒng)黃隘組(O1h)：巖性以砂質(zhì)頁(yè)巖夾砂巖為主，電阻率表現(xiàn)為低阻特征；磁化率值相對(duì)較高，磁性略強(qiáng)。

下泥盆統(tǒng)郁江組(D1y)和中泥盆統(tǒng)信都組(D2x)：巖性以砂巖、砂礫巖、粉砂巖為主，電阻率表現(xiàn)為中低阻夾中高阻特征，磁化率變化范圍較大，郁江組及信都組第四、五段砂巖、粉砂巖由于赤鐵礦化磁化率值稍高，信都組第一、二、三層則呈弱磁特征。

中泥盆統(tǒng)東崗嶺組(D2d)：巖性以白云巖、石灰?guī)r為主，電阻率值較高，呈高阻特征；磁化率值較低，呈弱磁或無(wú)磁特征。

下石炭統(tǒng)巖關(guān)階(C1y)：以石灰?guī)r、灰質(zhì)頁(yè)巖為主，電阻率呈相對(duì)中阻特征；而磁化率值較低，表現(xiàn)為弱磁及無(wú)磁特征。

綜上，研究區(qū)不同地層、巖性之間均存在電阻率及磁性差異，尤其是中泥盆統(tǒng)信都組細(xì)碎屑巖與東崗嶺組碳酸鹽巖之間存在明顯電阻率、磁化率差異，為資料的解釋提供了理論依據(jù)。

3 物探工作布置

研究區(qū)鈾礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)均受NE向斷層控制。依據(jù)物探剖面線應(yīng)與主構(gòu)造線、礦化(異常)帶、蝕變帶的走向盡量垂直的原則，布置AMT測(cè)線5條(圖2)，測(cè)線方向139°，測(cè)線間距900 m，點(diǎn)距25 m；210Po測(cè)線5條，與AMT測(cè)線重合；高精度磁測(cè)測(cè)線13條，線測(cè)方向139°，測(cè)線間距300 m，測(cè)點(diǎn)距25 m。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)及測(cè)線布置簡(jiǎn)圖

4 物探方法應(yīng)用效果

4.1 高精度磁測(cè)資料解釋

研究區(qū)處于碳酸鹽巖環(huán)境中，巖石本身磁性較弱，僅在一些碎屑沉積巖內(nèi)，由于在沉積過(guò)程中夾雜一些火山巖或變質(zhì)巖細(xì)?；蚍勰?，或在壓縮過(guò)程中形成次生的赤鐵礦化，從而具有一定的磁性，產(chǎn)生微弱的正磁異常[24]。

結(jié)合ΔT剖面平面圖(圖3)和ΔT等值線平面圖(圖4)可以看出：磁場(chǎng)自NW向SE呈逐步減弱趨勢(shì)：NW部磁場(chǎng)值略微偏高，至中部呈正負(fù)磁場(chǎng)相互疊加，SE端則表現(xiàn)為較弱的磁場(chǎng)特征。磁場(chǎng)的階梯式變化及展布方向，與地層的展布特征極為相近。

圖3 研究區(qū)ΔT剖面平面圖及斷層推斷解釋圖

圖4 研究區(qū)ΔT等值線平面圖及斷層推斷解釋圖

北西部(Ⅰ)：以平穩(wěn)的正磁場(chǎng)為特征，基本與下奧陶統(tǒng)黃隘組砂質(zhì)頁(yè)巖、下泥盆統(tǒng)郁江組砂礫巖及中泥盆統(tǒng)信都組砂礫巖等碎屑沉積巖相對(duì)應(yīng)。

中部(Ⅱ)：以正負(fù)磁場(chǎng)值復(fù)雜變化為特征，正負(fù)磁異常相間分布，在ΔT等值線平面圖上表現(xiàn)為正負(fù)磁異常等值圈呈串珠狀、鏈狀分布，基本對(duì)應(yīng)中泥盆統(tǒng)東崗嶺組白云巖、灰?guī)r。

南東部(Ⅲ)：以平穩(wěn)的負(fù)磁異常為特征。在ΔT等值線平面圖上主要以負(fù)磁異常分布，呈面狀、團(tuán)塊狀、串珠狀、長(zhǎng)條狀分布。該磁場(chǎng)區(qū)為下石炭統(tǒng)巖關(guān)階碳酸鹽巖的反映。

斷層構(gòu)造附近，由于巖石原有磁性受到破壞，ΔT磁異常值也會(huì)因磁性變化出現(xiàn)或高或低的跳躍，反映構(gòu)造的形跡。根據(jù)斷層構(gòu)造ΔT磁異常特征，共推斷解釋斷層3條。

F1-1斷層：位于研究區(qū)北西部。在ΔT剖面平面圖上磁異常表現(xiàn)為相對(duì)高值特征；在ΔT平面等值線圖上表現(xiàn)為串珠狀正磁異常帶。

F1斷層：位于Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)交界部位。ΔT剖面平面圖上呈磁異常值階梯式變化或負(fù)磁異常特征；ΔT等值線平面圖上表現(xiàn)正負(fù)磁場(chǎng)交變帶。

F0斷層：位于研究區(qū)南東部，Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)分界線附近。在ΔT剖面平面圖上表現(xiàn)磁線性跳躍的正負(fù)磁異常；在ΔT平面等值線圖上表現(xiàn)為串珠狀負(fù)磁異常帶及等值線錯(cuò)動(dòng)帶。

4.2 210Po資料解釋分析

4.2.1210Po異常劃分標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)各條測(cè)線210Po含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得了210Po含量統(tǒng)計(jì)表(表2)和210Po含量統(tǒng)計(jì)圖(圖5)。由表2、圖5可知，研究區(qū)210Po含量值主要集中分布在5～25 Bq/kg。確定了區(qū)域背景值為17.63 Bq/kg，標(biāo)準(zhǔn)偏差為10.25 Bq/kg。

表2 研究區(qū)210Po含量統(tǒng)計(jì)

圖5 研究區(qū)210Po含量分布統(tǒng)計(jì)圖

背景值2.5倍標(biāo)準(zhǔn)偏差確定異常暈下限為43.25 Bq/kg，背景值加3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差確定異常點(diǎn)下限為48.38 Bq/kg。根據(jù)研究區(qū)210Po含量分布特征將其按暈級(jí)進(jìn)行了劃分(表3)。

表3 研究區(qū)210Po含量暈級(jí)劃分

4.2.2210Po異常分布特征

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得到研究區(qū)210Po含量剖面平面圖(圖6)和210Po暈級(jí)分布圖(圖7)。

圖6 研究區(qū)210Po含量剖面平面圖及斷層推斷解釋圖

圖7 研究區(qū)210Po含量異常分布圖

通過(guò)剖面平面圖，可以宏觀的分析斷層的展布特征。各剖面210Po含量沿?cái)鄬觾蓚?cè)升高，呈單峰式、雙峰式、多峰式異常特征。通過(guò)暈級(jí)分布圖可以清晰反映出研究區(qū)210Po含量異常分布特征。

210Po偏高暈：較為分散，暈圈呈鏈狀、豆莢狀、串珠狀分布，總體表現(xiàn)為NE向帶狀特征，沿NE向斷層分布。

210Po增高暈：呈串珠狀、星點(diǎn)狀分布，主要分布在斷層F1、F1-1附近及耀門(mén)前—灣屋田—鐘家一帶。為斷層密集分布、巖石破碎的反映。

210Po異常暈：分布在F1-1斷層兩側(cè)及其與F1斷層之間，呈串珠狀、獨(dú)立環(huán)狀分布，地表觀測(cè)巖石破碎、裂隙密集發(fā)育，為較好的鈾礦化信息反映。

總體分析：研究區(qū)210Po異常呈面積不大且星散分布的特征，其中分布于F1與F1-1斷層夾持區(qū)域，位于中泥盆統(tǒng)信都組中，呈串珠狀分布，具有成礦較好的深部鈾信息。

4.3 AMT資料解釋

E14線位于研究區(qū)長(zhǎng)嶺腳-灣屋田一帶，全長(zhǎng)2 km，方向139°，橫穿F1斷層。

斷層在AMT反演電阻率斷面圖(圖8)上表現(xiàn)為等值線梯度變異帶、等值線密集帶、舌狀低阻帶。以此為依據(jù)推斷解釋斷層5條：

F1-1斷層：位于平距125 m處，反演電阻率等值線呈低阻條帶特征；210Po含量達(dá)90 Bq/kg，呈尖峰異常。該斷層傾向SE，傾角約55°，切割深度約300 m。

F1斷層：平距400 m處，淺部表現(xiàn)為電阻率舌狀低阻體，深部表現(xiàn)為等值線密集帶和梯度變異帶；ΔT磁異常值剖面呈正負(fù)磁異常跳躍變化特征。該斷層傾向SE，傾角約為60°，上陡下緩，切割深度約700 m。

F1-2斷層：平距650 m處，反演電阻率等值線發(fā)生錯(cuò)斷，表現(xiàn)為等值線密集帶；ΔT磁異常值為明顯的正磁異常跳變特征；210Po含量剖面呈峰值特征。該斷層傾向SE，與F1斷層保持一致，傾角約為80°，切割深度約600 m。

F1-3斷層：平距約1100 m處，反演電阻率等值線呈低阻帶和等值線密集帶；ΔT磁異常值表現(xiàn)為正負(fù)磁異常跳變特征；210Po含量剖面呈峰值特征。該斷層傾向SE，傾角約70°，切割深度約300 m。

F0斷層：平距1500 m處，第三、第四電性層之間，整體表現(xiàn)為寬緩的低阻帶，深部為等值線密集帶和梯度變異帶；ΔT磁異常值呈平緩的負(fù)磁異常。該斷層在此處傾向NW，傾角約60°，上陡下緩，下切至高程-800 m，并繼續(xù)向下延伸。

圖8 研究區(qū)E14線綜合剖面地質(zhì)解釋圖

由E14線反演電阻率斷面圖可知，電性層總體反映為四層結(jié)構(gòu)：

第一電性層：平距0～700 m、高程-800 m以上，至高程100 m以下的三角狀區(qū)域，為反演電阻率值小于1000 Ω·m的低阻體，等值線稀疏平緩，為下奧陶統(tǒng)黃隘組砂質(zhì)頁(yè)巖夾砂巖的反映。

第二電性層：平距900～1000 m、高程-600 m以上至地表平距0～400 m以下區(qū)域，總體表現(xiàn)為帶狀中低阻電性特征；ΔT磁異常值在該段表現(xiàn)為平穩(wěn)的正磁異常特征；210Po含量剖面呈鋸齒狀變化，為下泥盆統(tǒng)郁江組和泥盆統(tǒng)信都組砂礫巖、砂巖的反映。

第三電性層：斷面圖中部斷層F1和F0斷層夾持的區(qū)域，反演電阻率值多在10 000 Ω·m以上，總體表現(xiàn)為中高阻電性特征；ΔT磁異常值為正負(fù)磁異常交替變化；210Po含量以穩(wěn)定的低值為主，局部較高，為中泥盆統(tǒng)東崗嶺組白云巖、石灰?guī)r的反映。

第四電性層：斷層F0下盤(pán)，平距700～2000 m、高程-800 m以上，至地表淺層平距1500～2000 m、高程200 m以下區(qū)域，反演電阻率整體呈中低阻電性特征；磁測(cè)剖面圖上ΔT值約在-10 nT；210Po含量剖面總體變化不大。該電性層為下石炭統(tǒng)巖關(guān)階石灰?guī)r、灰質(zhì)頁(yè)巖的反映。

5 綜合找礦成果

5.1 控礦斷層特征

礦體呈似層狀、透鏡狀，受層間斷層破碎帶F1及其次級(jí)斷層控制F1-1(圖9)。其發(fā)育特征如下：

F1斷層：走向NE，傾向SE，貫穿全區(qū)分布，呈上陡下緩特征。在反演電阻率斷面圖上該斷層反映為明顯的等值線梯度帶和變異帶；地面高精度磁測(cè)對(duì)于該斷層的反映較為明顯，在ΔT剖面平面圖上表現(xiàn)為正負(fù)磁異常跳變帶，ΔT等值線平面圖上為正負(fù)磁場(chǎng)的分界線，充分說(shuō)明該斷層為巖性的界線；210Po剖面平面圖上多表現(xiàn)為單峰異常特征，反映了斷層上盤(pán)巖石較為致密的特征。

F1-1斷層：位于F1斷層下盤(pán)(NW側(cè))，走向NE°，傾向SE，切割深度在400～700 m，為F1斷層的一條規(guī)模較大的次級(jí)斷層。在AMT反演電阻率斷面圖上呈舌狀、串珠狀低阻異常帶；在ΔT剖面平面圖上表現(xiàn)為線性降低的ΔT磁場(chǎng)值；ΔT等值線平面圖上表現(xiàn)為串珠狀負(fù)磁—弱磁異常；210Po含量剖面平面圖上呈明顯的雙峰式異常特征。

圖9 控礦斷層、地層走向及深部延伸圖

5.2 控礦巖層特征

研究區(qū)鈾礦化產(chǎn)于大西江-龍水向斜西翼中、上泥盆統(tǒng)中，嚴(yán)格受中泥盆統(tǒng)信都組控制，其發(fā)育特征如下：

中泥盆統(tǒng)信都組與中泥盆統(tǒng)東崗嶺組被F1斷層順層切開(kāi)，呈斷層接觸關(guān)系，地層產(chǎn)狀較陡。在反演電阻率斷面圖中總體呈中低阻電性特征，210Po異常暈在該地層分布較廣，推斷由于受斷層影響，該段部分巖石破碎，裂隙發(fā)育，在局部有異常點(diǎn)分布，具有較好的鈾成礦信息。在ΔT等值線平面圖上體現(xiàn)為帶狀分布特征，走向NE，地層總體厚度不大，在深部至F0斷層處被截?cái)?，受F0斷層逆沖推覆作用影響，巖層整體向上抬升。

5.3 鈾成礦有利地段評(píng)價(jià)

根據(jù)本次綜合物探測(cè)量推斷解釋成果，結(jié)合地質(zhì)資料及研究區(qū)鈾礦找礦標(biāo)志，綜合分析認(rèn)為研究區(qū)鈾成礦有利地段位于南宅地區(qū)鐘家-耀門(mén)前一線NW部(圖7)。該地段處于中泥盆統(tǒng)信都組砂巖、粉砂巖與中泥盆統(tǒng)東崗嶺組白云巖接觸帶，并有層間斷裂帶F1、F1-1分布，總體構(gòu)成一條寬度較大的構(gòu)造破碎帶。在反演電阻率斷面圖上表現(xiàn)為低阻帶特征；ΔT等值線平面圖表現(xiàn)為串珠狀、條帶狀磁異常特征；并有多個(gè)210Po異常分布，具有較好的鈾成礦信息。

5.4 鉆探工程驗(yàn)證

圖10為ΔT剖面圖、210Po含量剖面圖、1 km底界縱向電導(dǎo)剖面圖、反演電阻率地質(zhì)解釋斷面與后期鉆孔資料對(duì)比圖。

圖10 物探剖面與勘探剖面對(duì)比圖

由圖10可見(jiàn)，反演斷面左下區(qū)域，反演電阻率500～10 000 Ω·m，等值線呈團(tuán)塊狀、水平層狀，與中泥盆統(tǒng)信都組第四段至第五段(D2x4-5)泥質(zhì)粉砂巖、砂巖相對(duì)應(yīng)；反演斷面右上區(qū)域，反演電阻率在500～5000 Ω·m，表現(xiàn)為中低阻特征，與中泥盆統(tǒng)東崗嶺組第一段至第二段(D2d1-2)相對(duì)應(yīng)；淺地表分布有0～50 m厚的電阻率小于500 Ω·m 的低阻電性層，與第四系堆積物相對(duì)應(yīng)。此外斷面平距50 m處為斷層在地表通過(guò)的位置，反演電阻率在剖面上反映為舌狀低阻帶，反演電阻率等值線密集帶分布。對(duì)應(yīng)的ΔT磁異常值跳躍變化；210Po含量值呈尖峰異常；底界1 km縱向電導(dǎo)剖面在平距0～100 m呈相對(duì)高值特征，自平距100 m開(kāi)始遞減，這與相對(duì)應(yīng)的F1斷層較為吻合，較好的反映了該斷層的特征。

6 結(jié)論

1)通過(guò)綜合物探方法查明了控礦斷層F1及其次級(jí)斷層F1-1的位置、走向及深部延伸特征，兩條斷層走向NE，傾向SE，在不同地區(qū)不同測(cè)線，產(chǎn)狀變化不一，其中斷層F1切割深度一般大于1000 m，F(xiàn)1-1切割深度在400～700 m。

2)通過(guò)210Po資料分析，區(qū)內(nèi)210Po異常走向?yàn)镹E向，主要受斷層F1及其次級(jí)斷層F1-1控制，異常峰值高，范圍大，為區(qū)內(nèi)提供了深部找礦信息。

3)根據(jù)本次物探成果結(jié)合鈾成礦條件分析，對(duì)區(qū)內(nèi)鈾成礦有利地段進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)后續(xù)鉆探查證發(fā)現(xiàn)了鈾礦化并驗(yàn)證了F1斷層的存在，取得了較好的應(yīng)用效果。