孟凡興　山　亞　邱崇濤　馮春園　張　巖

(1.核工業(yè)航測遙感中心；2.中核集團(tuán)公司鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點實驗室))

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綜合物探測量法在相山紅盆地區(qū)鈾礦勘查中的應(yīng)用

孟凡興1,2山亞1,2邱崇濤1,2馮春園1,2張巖1,2

(1.核工業(yè)航測遙感中心；2.中核集團(tuán)公司鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點實驗室))

摘要中新生代陸相紅層與鈾礦化具有密切的時空關(guān)系，紅層的形成時期發(fā)育了區(qū)域性的鈾成礦作用，因此紅盆地區(qū)地層識別與斷裂劃分對于進(jìn)一步開展鈾礦勘查工作具有重要意義。本研究以相山地區(qū)為例，將音頻大地電磁法與土壤氡測量法相結(jié)合在紅盆地區(qū)開展鈾礦勘查工作，成效顯著，可供類似鈾礦勘查工作參考。

關(guān)鍵詞音頻大地電磁測量土壤氡測量紅層鈾礦勘查

紅層與鈾礦化具有密切的時空對應(yīng)關(guān)系，紅層與砂巖型、不整合脈型、煤鈾型、花崗巖型、火山巖型、古巖溶型等鈾礦床關(guān)系密切，該類鈾礦化不僅在時間上與紅層形成相近，在空間上多分布于紅層底部，或被其覆蓋。紅層與鈾礦床均形成于拉張構(gòu)造環(huán)境中，紅盆為殘留構(gòu)造盆地，控盆斷裂表現(xiàn)為隆升、掀斜的特征，紅盆兩側(cè)的抬升剝蝕程度不一致，一側(cè)或兩側(cè)有鈾礦化分布的紅盆，其內(nèi)部的基底具有較大的資源潛力[1]。因此，探測和確定紅層的厚度及分布形態(tài)、劃分和識別紅盆斷裂形態(tài)，即為探索礦化賦存部位及其大致展布形態(tài)的過程。相山礦田處于紅盆邊緣，本研究將音頻大地電磁測量法與土壤氡測量法相結(jié)合在該地區(qū)開展鈾礦勘查研究。

1區(qū)域地質(zhì)概況

勘查區(qū)位于同富—郭嶺一帶，處于相山礦田西緣，東部有河元背、牛頭山等鈾礦床產(chǎn)出。地層總體分3層結(jié)構(gòu)，基底為震旦系變質(zhì)巖，基底之上為上侏羅統(tǒng)火山巖，火山巖之上有上白堊統(tǒng)紅層覆蓋。區(qū)內(nèi)出露巖性主要有震旦系(Z)千枚巖 、上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組(J3e)碎斑熔巖、上白堊統(tǒng)南雄組(K2n)砂礫巖及第四系(Q)沖積、坡積、殘積物。上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組(J3e)在區(qū)內(nèi)分布廣泛，根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造，可劃分為碎斑熔巖和熔灰狀碎斑熔巖，為鈾礦化的主要賦礦層位。上白堊統(tǒng)南雄組(K2n)覆蓋于上侏羅統(tǒng)鵝嶺組(J3e)之上，主要分布于區(qū)內(nèi)西北部和中部，表現(xiàn)為厚層狀巖屑雜砂巖與砂礫巖互層。燕山早期細(xì)粒黑云母花崗巖呈巖株產(chǎn)出?；◢彴邘r脈較發(fā)育，侵入于碎斑熔巖中。區(qū)內(nèi)NW，NE向斷裂發(fā)育，NE向河元背斷裂控制著鈾礦化的產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)不同巖性的電阻率值見表1。

表1　相山西部地區(qū)巖性電阻率

由表1可知：紅層即上白堊統(tǒng)南雄組紅色砂礫巖呈低阻電性特征，震旦系千枚巖呈中阻電性特征，上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖呈高阻電性特征。

2綜合物探法原理

音頻大地電磁法以巖石導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)進(jìn)行電法勘探，該方法利用的場源是由太陽風(fēng)或雷電引起的天然電磁場，利用的電磁波頻率10～100 kHz，可用于探測淺部、深部地質(zhì)信息，解決勘查區(qū)巖性分布、隱伏斷裂構(gòu)造、脈體發(fā)育等地質(zhì)問題[2]。本研究采用美國EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合生產(chǎn)的雙源型EH-4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀，相對于其余電法儀較為輕便。

氡氣為惰性氣體，不易與其余元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此在斷裂構(gòu)造上方地表易形成較強的氡氣暈。氡是鈾發(fā)生放射性衰變產(chǎn)生的子體之一，在斷裂破碎帶上方，是一種地下自然存在的特殊氣體。由于氡的半衰期較長且溶于水，因此地層深處產(chǎn)生的氡射氣有足夠的時間通過地下水或沿基巖破裂構(gòu)造等巖石疏松或孔隙相對較多的地段由地下深處運移至地表，在斷層上部的土壤中形成氡的富集帶?？梢?，在斷裂破碎帶的上方常常存在氡異常。隱伏斷裂為氡氣從地下向上運移提供了通道，地下氡氣沿著該通道向上作團(tuán)簇運動最終到達(dá)地表，所以在隱伏斷裂帶上測量氡氣含量易發(fā)現(xiàn)異常，測量隱伏斷裂上方土壤中氡含量，有助于獲得隱伏斷裂的信息[3]。本研究土壤氡測量采用的儀器為國產(chǎn)FD-3017 RaA測氡儀，采用剖面測量方式，與音頻大地電磁測量同步進(jìn)行。

3數(shù)據(jù)處理方法與異常解譯依據(jù)

3.1數(shù)據(jù)處理方法

音頻大地電磁測量數(shù)據(jù)處理流程：①預(yù)處理，在對測區(qū)天然電磁場信號與噪聲特征深入分析的基礎(chǔ)上，在時間域序列進(jìn)行觀測信號的選擇與識別，剔除噪聲干擾，選擇有用信號；②反演處理，采用一維Bostick直接反演法處理數(shù)據(jù)，可基本保持資料的原始面貌。此外，由于區(qū)內(nèi)地形切割劇烈，有必要進(jìn)行相應(yīng)的地形改正。

土壤氡測量數(shù)據(jù)處理流程：首先整理計算每個測點的測量值，依據(jù)儀器標(biāo)定證書中提供的濃度換算因子(K=204 Bq·m-3/(2min)-1)換算為氡濃度值；然后采用算術(shù)平均法統(tǒng)計不同地區(qū)(區(qū)段)的背景值，確定異常下限、高場下限。

3.2異常解譯依據(jù)

①呈低阻電性特征推測為第四系坡積物、殘積物等；②呈高阻電性特征推測為上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖；③呈中低、中阻電性特征推測為震旦系絹云母千枚巖；④呈中高阻電性特征推測為花崗斑巖脈；⑤等值線梯度帶或低阻帶、相對低阻帶往往為斷裂構(gòu)造通過之處。

4應(yīng)用成果

4.1GF01#線地質(zhì)推斷解譯

GF01#線主要穿越震旦系、侏羅系、第四系等地層，長1 750 m，方向50°，地質(zhì)推斷解譯斷面見圖1。

圖1　相山地區(qū)GF01#線地質(zhì)推斷解譯斷面

(1)平距520 m附近。呈現(xiàn)較明顯的向下延伸的低阻區(qū)，兩側(cè)均呈中高阻。氡濃度變化較明顯，范圍較寬，氡濃度值最高可達(dá)8 772 Bq·m-3，推斷為F1-1斷裂，傾向SW，產(chǎn)狀較緩，傾角約65°，下延深度約350 m，在該斷裂周圍，呈低阻區(qū)，并有范圍較寬的氡異常，表明巖石破碎較強烈。

(2)平距750 m處。呈較明顯的等值線梯度帶，具有范圍較大幅值較高的氡異常，平距900 m處氡濃度值達(dá)19 176 Bq·m-3，推斷為F1-2斷裂，傾向SW，傾角約75°，規(guī)模巨大，下延深度超過900 m，控制著燕山早期花崗巖與上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖的深部展布。

(3)平距1 025 m處。呈向下延伸的低阻帶，氡濃度變化不明顯，推斷為F1-3斷裂，傾向NE，上部產(chǎn)狀較陡，下部變緩，傾角約60°，下延深度約380 m。

(4)平距1 425 m處。呈向下延伸的低阻帶或相對低阻帶，在1 425～1 500 m處，氡異常最大值為12 648 Bq·m-3，推斷為F1-4斷裂，傾向NE，傾角約75°，規(guī)模較大，下延深度超過900 m。在野外作業(yè)中，也發(fā)現(xiàn)該處巖石具有碎裂跡象。

(5)平距775～1 550 m處。海拔100 m以淺區(qū)域，呈層狀低阻電性特征，推斷為第四系覆蓋，厚度一般小于20 m。F1-2斷裂的南西部，總體呈中低、中阻電性特征，推斷為震旦系千枚巖，厚度大于900 m；F1-1斷裂的北東部，呈中阻、高阻電性特征，電阻率變化雜亂，推斷為上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖；在平距325 m處的NE向至F1-1斷裂間，海拔0～50 m的區(qū)域內(nèi)，電阻率變化較大，淺部低阻區(qū)認(rèn)為是鵝湖嶺組碎斑熔巖與下伏的震旦系千枚巖呈不整合接觸。在F1-1斷裂周圍存有范圍較大的低阻區(qū)，氡濃度在該區(qū)間整體偏高，并存有多處氡異常，反映該地段構(gòu)造裂隙十分發(fā)育，巖石破碎程度較高。

4.2GF03#線地質(zhì)推斷解譯

相山地區(qū)GF03#線主要穿越白堊系、侏羅系、第四系等地層，其反演電阻率斷面如圖2所示。

圖2　相山地區(qū)GF03#線地質(zhì)推斷解譯斷面

圖2橫向上呈高低阻相間的電性特征；縱向上呈上低下高的電性特征[5]。圖2近地表呈層狀低阻電性特征，推斷為第四系覆蓋，厚度一般小于80 m；在F3-1斷裂以西、測線平距0～1 400 m段，海拔 -300 m以上的區(qū)域，呈低阻電性特征，反演電阻率一般小于75 Ω·m，推斷為上白堊統(tǒng)南雄組砂礫巖，區(qū)內(nèi)最大厚度可達(dá)400 m；在F3-1斷裂以東，海拔 -300 m以下的區(qū)域，呈中高、高阻電性特征，反演電阻率值75～700 Ω·m，均推斷為上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖。平距725～1 050 m處，呈柱狀中高阻體，推斷為后期侵入的花崗斑巖脈，該脈體呈巖枝狀侵入碎斑熔巖中。平距約1 425 m處，呈明顯的等值線梯度帶，南東側(cè)反演電阻率呈高阻電性特征，北西側(cè)則為低阻電性特征，推斷為F3-1斷裂，規(guī)模巨大，下延深度超過900 m。平距約1 650，1 750， 1 925 m 處，分別呈現(xiàn)3個向下延伸的相對低阻帶，依次推斷為F3-2、F3-3、F3-4斷裂，該3條斷裂傾向SE、傾角較陡、規(guī)模較小，發(fā)育于鵝湖嶺組碎斑熔巖中，據(jù)地質(zhì)資料可知，該地段斷裂密集，并有多處鈾異常點產(chǎn)出。在F3-1斷裂東西兩側(cè)，均認(rèn)為是碎斑熔巖，但電阻率差異極大，主要原因是受F3-1斷裂和后期侵入的花崗斑巖脈共同影響，導(dǎo)致碎斑熔巖呈低電阻率特征。在F3-1斷裂以東，同為碎斑熔巖，淺深部電阻率差異亦較大：淺部巖體電阻率相對較低，主要由于在該區(qū)間內(nèi)有F3-2、F3-3、F3-4等3條斷裂平行發(fā)育，巖石破碎強烈，并伴有鈾礦化；深部電阻率極高，由于未受到構(gòu)造運動影響，巖石較完整。上白堊統(tǒng)紅色砂礫巖厚100～400 m，與下伏上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖接觸面形態(tài)相對簡單。圖2清晰反映了上白堊統(tǒng)紅色砂礫巖與上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖的分布范圍，大致反映了鈾礦化的控礦因素和賦存空間。

5結(jié)語

根據(jù)相山地區(qū)巖石電阻率參數(shù)和地質(zhì)、鉆孔資料，將音頻大地電磁測量法和土壤氡測量法相結(jié)合，構(gòu)建了綜合物探測量模型，對區(qū)內(nèi)開展了鈾礦勘查工作，結(jié)果表明：在紅盆地區(qū)，通過反演電阻率形態(tài)和氡異常規(guī)模等特征，有效劃分巖性并識別斷層，從而間接指示出深部鈾礦化賦存部位，是該地區(qū)鈾礦勘查的一種行之有效的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]張萬良.華南紅盆與鈾礦保存[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2007，21(2)：118-121.

[2]朱德輝，朱帝杰.利用綜合物探法精準(zhǔn)探測弓長嶺露天礦采空區(qū)[J].金屬礦山，2015(10)：163-167.

[3]亢俊健，劉泰峰，李明亮，等.218Po快速測氡法——方法、儀器及其應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，2010.

(收稿日期2015-07-21)

孟凡興(1987—)，男，助理工程師，碩士研究生，050002 河北省石家莊市學(xué)府路11號。