高精度磁法和音頻大地電磁測深法在紅石泉鈾成礦區的應用

陳 濤，陳 聰，王生云，周俊杰，胡 渤

高精度磁法和音頻大地電磁測深法在紅石泉鈾成礦區的應用

陳 濤，陳 聰，王生云，周俊杰，胡 渤

（核工業北京地質研究院，北京 100029）

通過分析研究紅石泉鈾礦區主要巖石的物性參數，總結了研究區的電、磁異常特征，發現不同地層和巖體存在明顯電性、磁性差異。進而應用地面高精度磁法和音頻大地電磁探測工作，獲取了研究區的磁異常及地下電性資料，得出了測區磁異常信息和地下電阻率分布規律，增加了對研究區地球物理特征及區域深部構造空間分布情況的了解；結合含礦主巖與肉紅色中?；◢弾r的伴生關系，推斷了紅石泉鈾礦區隱伏偉晶狀白崗巖體的深部延伸情況，揭示了深部鈾成礦的可能性，為進一步鈾礦勘查部署提供技術支撐。

地球物理特征；高精度磁測；音頻大地電磁；隱伏偉晶狀白崗巖

甘肅龍首山紅石泉鈾礦床位于祁連—昆侖鈾成礦省之龍首山—祁連山鈾成礦帶西段[1-2]，是我國少有的偉晶狀白崗巖型鈾礦床，與納米比亞的羅辛礦床有諸多相似之處[3]。自20世紀50年代以來，先后有多家單位在龍首山地區開展了鈾礦普查和綜合科研工作，做了大量的放射性測量和淺層鉆探，較系統的總結了龍首山地區鈾成礦條件及礦床成因規律。近年來，龍首山地區部分礦床深部及外圍勘查成果表明，已知礦床區仍具有巨大的找礦潛力，顯示深部存在第二找礦空間。隨著找礦工作的推進，深部肓礦探測已經成為龍首山鈾成礦帶的主要找礦方向。作者運用地面高精度磁測和音頻大地電磁法（Audio-frequency magnetotelluric method, AMT）在紅石泉地區開展了進一步的研究工作，利用得到的電、磁數據資料對研究區地球物理特征和偉晶狀白崗巖體的深部延伸情況進行了深入分析，為下一步鈾礦勘查工作提供依據。

1 地質概況

紅石泉鈾礦床位于華北地臺西緣、阿拉善地塊南緣的龍首山拱斷帶西段，南接河西走廊過渡帶，北鄰潮水盆地[4]。研究區出露地層較多，主要有古元古界龍首山群（Pt1）、中元古界薊縣系墩子溝群（Pt2）、新元古界震旦系韓母山群（Z2）、下石炭統（C1）、下侏羅統（J1）及第四系（Q）（圖1）。區域上褶皺和斷裂構造非常發育，大地構造單元均以長期活動的深斷裂為主。研究區及周邊巖漿活動自中條期到燕山期均有發育，其中以中條期和加里東期最為強烈。巖石發育主要以侵入巖為主，且有超基性巖、基性巖、中性巖、酸性巖、堿性巖等多種類型，其中花崗巖類最為廣泛且花崗巖體的分布明顯受到北西向構造控制，形成與構造帶方向基本一致的花崗巖帶。偉晶狀白崗巖在區內特別發育，鈾礦體產于侵入到下元古界龍首山群中的偉晶狀白崗巖體中。

1—第四系；2—下白堊統；3—下侏羅統；4—下石炭統；5—新元古界震旦系韓母山群；6—中元古界薊縣系墩子溝群；7—古元古界龍首山群；8—肉紅色中?；◢弾r；9—堿性巖；10—偉晶狀白崗巖；11—鈾異常點；12—地面高精度磁測測區；13—AMT測線；14—斷裂構造；15—測線名稱。

2 巖石物性特征

根據已知資料[5-7]，龍首山群板巖和大理巖整體可視為相對穩定的弱磁性層；第四系洪積物砂礫石層和風化物磁性較弱；肉紅色中粗粒斑狀花崗巖、肉紅色中粗粒斑狀黑云母花崗巖、灰白色中粗粒花崗巖和花崗閃長巖具有較強磁性。區內各地層及巖石電阻率差異也較大，大理巖、花崗巖有明顯的高阻特征；第四系砂巖則表現為明顯的低阻特征。

為了對研究區巖石物性特征有更加具體的了解，在紅石泉地區采集了部分巖石標本并開展了物性測試與驗證工作，經測試統計得到物性參數統計結果如表1所示。由表1可知肉紅色中粒花崗巖的磁化率為329.3×10-5～ 917.3×10-5SI，表現明顯的高磁特征；片麻巖、偉晶狀白崗巖和大理巖的磁化率常見值不高于20×10-5SI，與肉紅色中?；◢弾r的磁性有明顯差異。電性特征方面，偉晶狀白崗巖電阻率為1 300 ～ 11 956 Ω·m,明顯高于除大理巖外的其它巖石。綜合前人物性研究成果可知，研究區內不同地層和不同巖石組合之間存在明顯的電性及磁性差異，偉晶狀白崗巖與其它巖性相比具有高阻、低磁的典型地球物理特性。

表1 紅石泉地區主要巖石物性參數統計表

3 地球物理方法

3.1 地面高精度磁測

磁法勘探是利用地殼內各種巖（礦）石間的磁性差異所引起的磁異常來尋找有用礦產或查明地下地質構造的一種地球物理勘探方法[8]。該方法具有明顯的體積效應，橫向分辨能力較好。本次磁測工作采取比例尺1:10 000的高精度磁法面積測量，測量儀器為GSM-19T質子磁力儀。實際測量工作中垂直巖體走向布設測線，測線方向13°，測量面積8 km2（圖1）。

磁異常是地下磁性體的綜合反映，磁異常（Δ）的求取主要包括日變改正、正常場改正和高度改正等步驟。本次工作中日變改正采用GSM-19T質子磁力儀自帶軟件程序GEMLink5.0完成，正常場改正和高度改正利用國際地磁參考場（IGRF）模型計算完成。

得到Δ之后，通過化極處理減弱斜磁化影響，既易于分辨某些疊加異常，又有利于圈定磁性體的邊界和走向；通過向上延拓方法將原觀測高度上的數據轉換到海拔更高的觀測面上，使中淺層規模較小的地質體產生的高頻異常更快地衰減，從而突出規模大且埋藏深的地質體產生的低頻異常，最后通過Oasis Montaj、Surfer等軟件進行處理并成圖。

3.2 音頻大地電磁法

音頻大地電磁法（AMT）是利用天然大地電磁場作為場源，測定地下巖石的電性參數，并通過研究地電斷面的變化了解地質構造，達到找礦、找水等目的[9]。該方法的特點是縱向分辨率較高，可區分巖體接觸位置及深部延伸情況。

本次工作共布設四條AMT剖面，均勻分布在研究區內，并與磁測剖面L6、L13、L19和L26重合（圖1），以期達到了解巖體平面延伸和深部發育情況的目的。本次數據采集使用加拿大Phoenix公司生產的V8多功能電法儀，該儀器具有輕便、觀測靈活、配置可選擇、工作溫度范圍寬、接收單元可通過GPS同步等特點[10]。布極方式采用張量方式。野外數據采集時采用一個V8主機和2個RXU-3ER接收盒同時工作，各自采集電道，用一個磁道的采集方式。

AMT數據處理流程主要包括前期的數據預處理和后期的反演計算。預處理能得到大致反映地下介質情況的視電阻率和相位信息，為后期的反演做準備。反演計算最終得到地下介質的真實電阻率分布。目前成熟的反演軟件有EMAGE-2D和Pioneer，通過對比研究兩種反演軟件的最終反演結果，最終采用Pioneer軟件反演得到的結果。

4 地球物理特征及隱伏巖體推斷

通過對磁測數據進行處理，發現研究區不同地層和巖體有明顯磁性差異，Δ變化范圍在-140～ 300 nT之間。磁異?；瘶O等值線圖（圖2a）顯示，研究區整體磁異常北低南高，北部呈中低磁異常，中東部呈低磁異常，南部則表現為高磁異常。圖2b是上延200 m后的化極磁異常圖，通過上延可對淺地表不均勻磁性體引起的干擾進行有效壓制，上延后的化極磁異常特征更加明顯，由于肉紅色中?；◢弾r表現為高磁性，南部脈狀高磁異常特征很好地反映了研究區內肉紅色中?；◢弾r的分布范圍。從圖2中可以看出高磁異常沿控礦巖體走向往東連續且有一定延伸，高磁異常一直穿過AMT剖面L26線往東到達研究區邊界處，南北平均寬度約400 m。北部區域磁場基本平穩，結合地質資料推測低磁區為白堊紀、石炭紀地層。由于研究區偉晶狀白崗巖體與變質地層（片巖、片麻巖、大理巖等）及石炭紀地層（砂泥巖、灰巖等）都具有無磁或弱磁的磁性特征，僅靠磁異常特征不易區分，在研究區同時開展了AMT測量。

通過AMT測量主要查明了研究區主要巖體在深部的延伸情況。4條AMT剖面電阻率值多為幾個 ～5 000 Ω·m，其中剖面L6、L13、L19的電阻率分布規律相似，根據地質資料，這三條測線南端不同位置都依次穿過東西走向的肉紅色中?；◢弾r和偉晶狀白崗巖，可以確定三條剖面南端的高磁異常都是由肉紅色中?；◢弾r引起，低磁高電阻率部分由偉晶狀白崗巖導致。在此以典型的L13剖面和L26剖面進行對比分析。

圖3所示為L13剖面的物探測量綜合成果及地質解譯圖。磁異常曲線在剖面0～400 m呈現高磁異常，且跳變明顯，異常幅值超過200 nT，推測是肉紅色中?；◢弾r體磁性的反映。剖面400 m向北磁異常曲線平穩，表明地下淺部無高磁性巖體。電阻率斷面圖顯示整條剖面地下介質電阻率值差異較大，剖面北部電阻率大多小于200 Ω·m，推測與之對應的是龍首山群變質地層和石炭紀地層。整條剖面主要在400～500 m和1 000～1 700 m兩處電阻率值超過1 000 Ω·m，結合地質資料可知，剖面400～500 m處出露的高阻體為東西走向且北傾的偉晶狀白崗巖體，該巖體向深部有一定的延伸，表明礦體有向深部延伸的可能；剖面1 000～1 700 m處塊狀形態高阻體應為石炭紀硅質灰巖。

a—化極磁異常；b—上延200 m化極磁異常。

1—石炭紀砂巖；2—石炭紀灰巖；3—片巖、大理巖；4—肉紅色中?；◢弾r；5—偉晶狀白崗巖。

1—石炭紀砂巖；2—石炭紀灰巖；3—片巖、大理巖；4—肉紅色中?；◢弾r；5—偉晶狀白崗巖。

L26線布設于控礦巖體露頭向東約400 m處，其目的是揭示隱伏偉晶狀白崗巖體的空間延伸情況。L26剖面磁異常曲線在剖面0～700 m之間有明顯跳變，異常幅值超過200 nT，與L13線南端的高磁異常特征類似，結合L13剖面結果推測該磁異常是肉紅色中粒花崗巖體的反映；L26剖面700 m以北的磁異常曲線基本平穩，且值較低，表明地下淺部不存在高磁性巖體。L26剖面綜合物探成果圖（圖4）較L13線稍復雜，整條剖面電阻率較高，高阻區在橫向上分布較為分散，但剖面上存在兩大主要高阻區的規律與L13剖面保持一致，僅是相對位置略有變化。L26剖面400～800 m處的高阻區在電阻率值和直觀形態上與L13剖面400～500 m處的高阻區都十分接近，且同樣向北傾斜，參考地質資料和區域巖石物性特征，推測該高阻區為偉晶狀白崗巖體在地下橫向上的延伸，即該處存在隱伏偉晶狀白崗巖。L26剖面1 200～1 800 m塊狀形態高阻同樣與L13剖面1 000～1 700 m高阻有一定相似性，推斷該處為石炭紀硅質灰巖。

綜合高精度磁測和AMT剖面解譯結果，肉紅色中?；◢弾r主要呈現出高磁化率和低電阻率的特征，化極磁異常圖上為東西向脈狀連續高磁異常，磁異常幅值和規模都很大，東西向延伸從L6線直到測區東部邊界，南北寬度約400 m，推測巖體在東部隱伏，其水平長度范圍約1 000 m，從上延結果來看，肉紅色中粒花崗巖體邊界更加清晰，207鈾礦床處于磁異常的過渡帶上。偉晶狀白崗巖體是鈾礦的賦礦巖體，主要呈現高電阻率低磁化率的特征，在4條剖面的南端都有很好的體現，表明在測區東部（見L26線）仍有偉晶狀白崗巖體隱伏，其產狀特征和肉紅色中粒花崗巖類似，推測平面范圍向東延伸約1 000 m，向下延伸到海拔約1 800 m。由地面高精度磁測和AMT結果綜合推斷，測區肉紅色中?；◢弾r和偉晶狀白崗巖體出露部位以東古元古界龍首山群區域仍有較大鈾成礦潛力，其有利成礦位置為上延磁異常的梯度帶區域。

5 結 論

1）研究區不同巖性巖石的物性特征差異明顯，根據物性測試統計結果總結了不同巖性巖石的地球物理規律：研究區偉晶狀白崗巖呈現高電阻率低磁化率的特征，與其伴生的肉紅色中?；◢弾r呈現低電阻率高磁化率的特征。

2）利用上述規律，通過地面高精度磁測和AMT測量結合的方法，對該區域不同巖性界面以及深部構造在空間上的延伸情況進行了推測。通過分析地電斷面上大致相同位置的高阻體分布規律，并參考L13剖面相對應高阻處出露的巖性，結合磁異常特征，預測研究區東部地下深部存在一定規模隱伏偉晶狀白崗巖體。由于研究區已知鈾礦主控礦巖體為偉晶狀白崗巖，推測肉紅色中?；◢弾r和偉晶狀白崗巖體出露部位以東古元古界龍首山群區域仍有較大鈾成礦潛力，在深部可能存在良好的成礦環境，對今后深部找礦工作有很大的參考價值。

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Application of high-precision magnetic method and AMT in Hongshiquan uranium deposit area

CHEN Tao, CHEN Cong, WANG Shengyun, ZHOU Junjie, HU Bo

(Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China)

By analyzing the physical parameters of the main rocks in Hongshiquan uranium deposit area, the characteristics of electrical and magnetic anomalies in the study area were summarized, and found that there were obvious differences in electrical and magnetic properties between different strata and rock masses. Furthermore, the magnetic anomaly and underground electrical property data of the study area were obtained by applying ground high-precision magnetic survey and audio-frequency magnetotelluric method. The magnetic anomaly information and the distribution law of underground resistivity were obtained, the understanding of the geophysical characteristics and the spatial distribution of deep structures in the study area was increased; Combined with the associated relationship between the ore-bearing host rock and the fleshy red medium-grained granite. The distribution range in the underground of the concealed pegmatoid alaskite was inferred, and the possibility of deep uranium mineralization was revealed, which provides technical support for further uranium exploration deployment.

geophysical characteristics; high-precision magnetic survey; AMT; concealed pegmatoid alaskite

P619.14；P631

A

1672-0636 (2021) 03-0351-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2021.03.008

中國核工業地質局科研專項（編號：201654）資助。

2021-01-22

陳濤（1991— ），男，湖南澧縣人，本科，主要從事鈾礦地球物理勘查工作。E-mail: 739055847@qq.com