下莊礦田鈾礦勘查中綜合物探法的應用實踐*

李英賓 孫棟華 謝明宏 劉 波 張 偉

(1.核工業航測遙感中心；2.中核集團鈾資源地球物理勘查技術中心重點實驗室)

下莊礦田是我國花崗巖型鈾礦的重要產地，也是南嶺鈾-多金屬成礦帶中鈾礦富集區之一。該礦田內鈾成礦條件優越，找礦成果顯著，至今其深部仍具有較大的鈾礦找礦前景[1]。礦田內的斷裂構造嚴格控制了鈾礦床、礦(化)點的分布，是該區開展“攻深找盲”工作的關鍵所在。研究區位于下莊礦田竹筒尖地區，本研究通過綜合應用AMT[2-3]、地面伽瑪能譜和RaA測氡綜合測量在該區進行深部鈾礦找礦勘探研究，來劃分巖體界線，查明研究區斷裂構造的空間形態及其含礦性，進而推斷成礦有利部位，為在下莊礦田內進一步開展鈾礦深部找礦工作提供借鑒。

1 研究區概況

1.1 地質特征

圖1 研究區地質特征

1.2 地球物理特征

1.2.1 巖體電性特征

研究區巖體電阻率參數見表1。

表1 巖體電阻率參數

1.2.2 巖石放射性特征

研究區巖石放射性參數見表2。由表2可知：①Th含量在不同期次、不同階段花崗巖中的分布差別較大，利用Th含量可以大致劃分研究區內中粒斑狀黑云母花崗巖與細粒二云母花崗巖的界線，有效彌補了按照電性特征難以劃分該區中、細?；◢弾r界線的不足；②U含量和K含量受構造活動和熱液活動的影響，在巖石中含量局部升高和變低，故可利用該特征來尋找隱伏斷裂[5]。

表2 巖石放射性特征參數[6]

2 綜合物探法原理

2.1 方法原理

(1)AMT。AMT以交變電磁場理論為基礎，低頻段主要通過接收天然電磁場信號，高頻段可以選擇接收人工發射信號來探測地下不同電性地質體的分布特征，頻率較高的數據反應淺部地層特征，頻率較低的數據則反應較深的地層信息。AMT原理和大地電磁測深法一致，測量頻率為1～20 000 Hz。由于儀器輕便，數據采集時間較短，成本較低，且不受高阻層屏蔽的影響，已被應用于礦產勘查和工程勘查等多個領域。該方法在覆蓋層較厚的區域有獨特優勢，尤其在硬巖地區探測隱伏斷裂效果較明顯[7-8]。

(2)地面伽瑪能譜測量。地面伽瑪能譜測量可以快速、直接地分別測定被測對象中U 、Th、K 3種放射性核素的含量。在硬巖地區進行鈾礦勘查時，該方法在區分鈾、釷礦床，研究鈾元素的遷移、富集規律以及發現與評價鈾礦床等方面顯示了獨特優勢。此外，在研究與放射性元素共生的其他礦床、尋找鉀鹽礦床以及化探找鈾方面也發揮了重要作用[9-10]。

(3)RaA測氡。一般來講，裂隙和構造都能為氡氣提供良好的通道[11]。當壓力、抽吸力以及擴散、對流等條件滿足時，氡氣即可被運移至地表，氡氣所到之處必有它的固態子體沉淀或附著于通道上，因此在地表可通過測量發現裂隙和構造的位置。RaA測氡對反映隱伏構造在地表的位置、指示深部鈾礦化信息均具有較好的效果[12]。

2.2 測線布置

研究區整體構造走向為NE向，本研究垂直于構造走向方向共布置了AMT、地面伽瑪能譜測量和RaA測氡探測剖面7條(圖1)，其中15#剖面與15#地質勘探線地質剖面重合，點距20 m，測線方位為130°～160°不等。

3 綜合解譯分析

3.1 放射性對巖體界線的反映

Th活動性差故而可基本保留原巖的放射性特征，其含量在同一期次、同一階段花崗巖中分布具有一定的規律。K、U由于受構造活動和熱液活動的影響，易發生活化遷移、擴散富集，K、U含量受斷裂構造控制明顯，故本研究應用Th含量來劃分巖體的界線。分析圖2可知：白水石祭巖體中的中粗粒斑狀黑云母花崗巖Th含量與龜尾山巖體中的細粒二云母花崗巖中的Th含量存在明顯差異，中粗粒斑狀黑云母花崗巖和細粒二云母花崗巖在地質圖中的界線和Th含量等值線密集梯度帶的位置基本一致，因此由Th含量等值線密集梯度帶可以推斷出研究區中粒斑狀黑云母花崗巖、細粒二云母花崗巖在淺部的地質界線。

圖2 巖體界線及Th含量平面等值線[8]

3.2 構造斷裂帶綜合物探異常特征

竹筒尖地區斷裂及蝕變帶空間展布形態復雜，本研究以15#勘探線為例來分析區內構造斷裂帶的物探異常特征。AMT測線方位160°，測線長650 m，地面伽瑪能譜測量和RaA測氡測線重合，測線長390 m。15#勘探線基本垂直穿過區內的F3硅化帶。15#勘探線的綜合物探剖面見圖3。

分析圖3可知：①反演電阻率斷面圖橫向電性差異較大，對比完整巖體，總體呈中低阻特征，視電阻率值小于1 000 Ω·m，一般為500～1 000 Ω·m，說明該地段巖石整體破碎并受熱液活動影響發生了蝕變；②U、K和RaA含量值先增高，后下降直至平穩延伸，推測由斷裂構造和熱液活動引起；Th含量總體表現為中間低兩側高，推測與深部是否存在細粒二云母花崗巖以及埋藏深度、規模有關；③反演視電阻率斷面圖(圖3(b))中，平距70～270 m段，從地表沿傾角約70°向下、向右，出現了一電阻率低值條帶，視電阻率一般為100～900 Ω·m，推測為F1構造破碎帶，與已知地質剖面圖上的F3-5、F3-6、F3-0、F3-1、F3-3、F3-4斷裂破碎帶相對應，低阻條帶為已知6條斷裂的綜合反映。

3.2.1 控礦構造斷裂帶綜合物探異常特征

下莊礦田內已經發現的多個鈾礦床及一批礦(化)點嚴格受斷裂構造控制，查明礦田內的控礦構造斷裂帶的綜合物探異常特征對于該區的鈾礦找礦工作意義重大。本研究以F1構造破碎帶(圖3(b)70～170 m平距段)為例進行分析。該段自地表向下延伸總體視電阻率值較低，一般為50～900 Ω·m，標高250 m以上的視電阻率值一般為50～400 Ω·m，推測該處為多條斷裂破碎帶的交匯部位，也為成礦最有利的部位。

平距120 m處，在圖3(a)中，U、K、Th含量和測氡值都出現極值，且遠遠高于背景值，推測該處斷裂和熱液活動強烈，致使U、Th、K和氡及其子體析出。尤其是K含量遠遠高于背景值，推測為堿交代型鈾礦發生堿交代作用的反映，故推斷該處構造破碎帶為控礦構造。

綜上所述，下莊礦田控礦構造斷裂帶綜合物探異常特征為：反演電阻率出現高阻與中低阻分界，且沿垂向深部延伸方向出現等值線密集帶分布，地表U、K、Th含量和氡濃度反映為醒目的異常，且遠遠高于背景值。

3.2.2 非控礦構造斷裂帶綜合物探異常特征

本研究以F1構造破碎帶(圖3(b)170～270 m平距段)以及F2斷裂構造帶為例進行分析。

(1)F1構造破碎帶170～270 m平距段自地表向下延伸總體視電阻率值較低，但相比70～170 m平距段視電阻率值相對較高，推測F1構造破碎帶在該處構造破碎和熱液蝕變范圍不大、強度較低。170～270 m平距段，地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖(圖3(a))中，Th含量發生了變化，小于12×10-6，推測對應的巖性為細粒二云母花崗巖或細粒二云母花崗巖埋深較淺；K含量和測氡值出現跳動，但極值不大，U含量值呈現背景場平穩延伸，故推測F1構造破碎帶在170～270 m平距段成礦條件不佳。

(2)420～500 m平距段視電阻率自地表沿低阻舌狀體向下延伸，延伸至標高約620 m處，視電阻率低阻條帶出現分叉，一條沿原來趨勢繼續向下延伸，一條以小角度沿高阻體之間延伸，推測此處為構造斷裂帶F2。420～500 m平距段，地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖(圖3(a))中， Th、K含量值總體表現為反復跳動，Th含量值極值較大，推測為中粒黑云母花崗巖的反映；K含量值極值不大，推測為弱鉀化的反映；U含量、測氡值以背景值平穩延伸，故推測F2斷裂破碎帶成礦條件不佳。

圖3 15#勘探線綜合物探剖面

綜上所述，下莊礦田非控礦構造斷裂帶綜合物探異常特征為：反演電阻率出現高阻與中低阻分界，且沿垂向深部延伸方向出現等值線密集帶分布，地表U、K含量和氡濃度極值不大或以背景值平穩延伸。

4 綜合物探成果

通過在研究區開展綜合物探工作，基本查明了區內構造格架，且在推測的成礦有利部位發現了不同規模的礦體。基本查明了黃陂硅化斷裂帶和龜尾山硅化斷裂帶的空間展布形態。黃陂硅化斷裂帶“上硅下堿”特征明顯，傾向NW，局部直立，淺部產狀較陡，且以硅質巖和強硅化花崗巖充填為主；深部產狀變緩、寬度變寬，以硅化蝕變花崗巖、硅化角礫巖充填為主；龜尾山硅化斷裂帶南段分支構造傾向SE，整體以近平行向下延伸，切割深度約500 m，以硅化碎裂花崗巖、蝕變碎裂花崗巖充填為主，局部地段為硅質巖、白色石英脈。

通過對下莊礦田內的鈾礦化富集規律及綜合物探成果的綜合分析，發現在15#勘探線反演視電阻率斷面圖(圖3(b))中，70～170 m平距段、標高250 m以上視電阻率較低，且在地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖中(圖3(a))，U、K、Th含量和測氡值都出現了極值，且遠遠高于背景值，故認為該處為多條斷裂破碎帶的交匯部位，且斷裂和熱液活動強烈，為成礦最有利的部位。由15#勘探線鉆孔揭露成果(圖4)分析可知， F3-5、F3-6、F3-03條斷裂在平距200 m、標高500 m處交匯，在交匯部位沿構造破碎帶方向形成了長約200 m的礦體。鉆孔揭露情況驗證了本研究有關“多條斷裂破碎帶交匯的部位為成礦有利部位”以及“F3-5、F3-6、F3-03條斷裂破碎帶為控礦構造”的推斷。在15#勘探線上布置的多個鉆孔分別在不同深度見礦，驗證了本研究對區內控礦斷裂構造物探異常特征的分析。

通過對本研究綜合物探成果的進一步分析，構建了研究區電性參數和放射性找礦模型。工作區視電阻率與巖性的對應關系可以大致劃分為：花崗巖電阻率一般為數千至10 000 Ω·m，平均約為6 000 Ω·m，表現為相對高阻，在斷面圖上顯示為背景場；斷裂破碎帶電阻率為數十至1 000 Ω·m，在反演視電阻率斷面圖(圖3(b))中表現為舌狀低阻帶或等值線密集梯度帶；鈾礦化后巖石的電阻率為50～400 Ω·m，在反演視電阻率斷面圖(圖3(b))上表現為明顯的低阻體，且在地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖(圖3(b))中，U、K含量和測氡值都遠遠高于背景值的極值，尤其是K含量為背景值的2～3倍。

5 結 論

(1)Th由于活動性差，基本保留了原巖的放射性特征，其含量在同一期次、同一階段花崗巖中分布具有一定的規律，K、U由于受到構造活動和熱液活動的影響，易發生活化遷移、擴散富集，因此可以根據Th含量來劃分巖體界線。

(2)黃陂硅化斷裂帶“上硅下堿”特征明顯，傾向NW，局部直立，淺部產狀較陡，以硅化蝕變花崗巖、硅化角礫巖充填為主；龜尾山硅化斷裂帶南段分支構造傾向SE，整體以近平行向下延伸，以硅化碎裂花崗巖、蝕變碎裂花崗巖充填為主。

(3)地面伽瑪能譜測量和RaA測氡主要通過測量放射性核素在地表的遷移和富集規律來提取與鈾礦化相關的有用信息，故可根據地面伽瑪能譜和RaA測氡值來判斷斷裂的含礦性。

(4)鈾礦體巖石的電阻率為50～400 Ω·m，在反演視電阻率斷面圖上表現為明顯的低阻體，且在地面伽瑪能譜和RaA測氡剖面圖中U、K含量和RaA測氡值都遠遠高于背景值的極值。

(5)AMT、地面伽瑪能譜與RaA測氡綜合物探測量在該區能夠查明隱伏斷裂構造的空間展布、大致判斷深部礦化信息和劃分中粒黑云母花崗巖和細粒二云母花崗巖的界線，該方法可在其他花崗巖型鈾礦區的勘查工作中進行推廣應用。

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圖4 15#勘探線鉆孔揭露情況