陳江源 ，白強，段晨宇，牛家驥，陳志鵬，盧亞運，曹秋義

（1.核工業(yè)航測遙感中心，中核集團鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心重點實驗室，河北 石家莊 050002；2.青海省核工業(yè)地質(zhì)局，青海 西寧 810000）

前人已對甘肅北山地區(qū)開展了一定的鈾礦地質(zhì)勘查和科研工作，20 世紀(jì)90 年代原中國核工業(yè)地質(zhì)局在該區(qū)開展了鈾成礦遠(yuǎn)景調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)了一批鈾礦床 （如紅柳河鈾礦、方山口鈾-釩-磷礦床）、礦點、礦化點和眾多的異常點帶，初步劃分和歸納了鈾礦化類型及特征，確定了下寒武統(tǒng)和下-中奧陶統(tǒng)是區(qū)內(nèi)最主要的找礦目的層［1］。90 年代以后，核工業(yè)北京地質(zhì)地研院、華東地質(zhì)學(xué)院等單位進(jìn)行過區(qū)域上的鈾成礦條件綜合分析和評述［2-7］。核工業(yè)航測遙感中心2011—2012 年在該區(qū)開展過1:5 萬航空物探調(diào)查工作，筆者結(jié)合前人研究成果及異常查證，梳理研究區(qū)鈾成礦條件，通過對已知典型鈾礦床特征的分析研究，建立碳硅泥巖型鈾礦物理-數(shù)學(xué)預(yù)測模型，對紅柳河-方山口地區(qū)進(jìn)行了找礦遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

甘肅紅柳河-方山口地區(qū)北部的紅柳河地區(qū)位于哈薩克斯坦板塊之星星峽-旱山微板塊（Ⅰ）白玉山南-公婆泉-七一山早古生代活動陸緣帶（Ⅰ-3）次級單元的西段，南部的方山口地區(qū)位于塔里木-華北板塊之敦煌微板塊（Ⅱ）方山口-營毛沱-鷹嘴紅山早古生代被動陸緣帶（Ⅱ-1）次級單元的西段（圖1）［8-9］。區(qū)內(nèi)地層除缺失中生界，從元古宇到新生界均有出露，包括平頭山群 （Z2Pn）、雙鷹山組、下-中奧陶統(tǒng)（O1＋2）、錫林柯博群（O3X）、奧陶-志留系（O-S）、阿爾特梅什布拉克群（Sar）、紅柳河組（P1ha）、中新統(tǒng)白楊河組（N1b）、上新統(tǒng)苦泉組（N2k）、第四系（Q）。區(qū)內(nèi)巖漿作用強烈，形成了分布較廣的多期次侵入巖。巖漿作用受深大斷裂控制。侵入巖侵入時期包括加里東期和華力西早、中、晚期，以華力西中期侵入最為強烈。從巖性看酸性、中性和超基性均有分布，以酸性侵入巖為主。區(qū)域上褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，尤其是斷裂構(gòu)造活動十分強烈。區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要呈北東、北西、近東西向展布［10］。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造單元劃分示意圖Fig.1 Schematic diagram of geotectonic unit division in the research area

2 鈾礦成礦條件

2.1 構(gòu)造條件

研究區(qū)處于紅柳河華力西期金、銀、錫、鐵、磷、鈾成礦帶中，區(qū)內(nèi)碳硅泥巖型鈾礦床、礦點一帶多分布斷裂構(gòu)造，礦化主要分布在斷裂破碎帶中。切層的斷裂破碎帶通常形成在背斜的核部、向斜軸部、大斷裂的上盤和旁側(cè)、層間破碎帶的旁側(cè)。部分切層破碎帶是各類巖脈上侵的通道。切層破碎帶與層間破碎帶疊合時，會導(dǎo)致原先的層間破碎帶更為破碎，為鈾的進(jìn)一步富集創(chuàng)造條件，紅柳河礦床屬于此類。區(qū)內(nèi)該類型礦化層位多，主要分布在古生界 （寒武系和奧陶系）。鈾礦化受層位控制，鈾礦體形成于鈾源層及其附近的層間破碎帶中。

2.2 地層及熱液-淋濾作用

區(qū)內(nèi)鈾礦床 （點）、異常點主要產(chǎn)于下寒武統(tǒng)雙鷹山組、中-下奧陶統(tǒng)中，礦化產(chǎn)于碳質(zhì)、硅質(zhì)、泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖中，受層位控制。這類鈾礦化是經(jīng)地表水、地下水或熱液作用，使鈾源層中的鈾溶解、運移，進(jìn)入有利層位或構(gòu)造中富集成礦。

2.3 鈾源

根據(jù)航空放射性場特征來看，研究區(qū)出露地層為一套賦鈾建造，本身目的層鈾含量較高，如震旦系鈾含量為（1.20～1.60）×10-6，奧陶系鈾含量為（1.60～4.40）×10-6，志留系鈾含量為（2.40～2.80）×10-6［11］，是該區(qū)碳硅泥巖型鈾成礦的主要鈾源。

2.4 巖脈

區(qū)內(nèi)鈾礦床（如紅柳河）鈾礦化主要受基性巖脈控制，區(qū)域上有一條北西西向展布的輝綠巖脈。在分布于泥巖與硅質(zhì)巖中的輝綠巖脈發(fā)現(xiàn)鈾礦化和異常。鈾礦化還與更晚期的小斷裂有關(guān)，斷裂和巖脈的交匯部位礦化更加富集［12］。

3 典型鈾礦床、鈾異常特征分析

3.1 紅柳河鈾礦床特征分析

3.1.1 礦床特征

礦床位于研究區(qū)東北角，距紅柳河站約6 km，與其西部的3533 鈾礦點均屬碳硅泥巖型。主要出露二疊系紅柳河組安山玢巖、玄武巖、砂巖，志留系阿爾特梅什布拉克群砂巖、片巖，寒武系雙鷹山組含釩磷硅質(zhì)巖、灰?guī)r、頁巖，震旦系平頭山群大理巖、白云巖（圖2a）。該區(qū)北部巖漿巖較為發(fā)育，主要為華力西期花崗巖、閃長巖和加里東期花崗巖。斷裂構(gòu)造較發(fā)育，呈近東西向和北西向展布。礦床產(chǎn)于下寒武統(tǒng)雙鷹山組與上震旦統(tǒng)平頭山群接觸帶上。由紅柳河礦床向西，礦化層蜿蜒至塔水長約20 km 范圍內(nèi)都有較好鈾礦化分布［13］。礦化受層位和構(gòu)造雙重控制，有高嶺石化、綠泥石化、褐鐵礦化和硅化等蝕變。礦床伴生釩、磷元素含量較高。

3.1.2 航放特征

1）礦床位于鈾含量較高的地層中

圖2 紅柳河地區(qū)航放特征綜合對比圖Fig.2 Comprehensive comparison of aero-radioactive characteristics in Hongliuhe area

礦床產(chǎn)于高鈾含量的下寒武統(tǒng)雙鷹山組與上震旦統(tǒng)平頭山群接觸帶上，接觸帶呈蛇曲狀延展，沿接觸帶分布有高場。雙鷹山組鈾含量為（2.1～2.9）×10-6，局部高達(dá)9.0×10-6。

2）礦床有航放異常顯示

礦床周邊新發(fā)現(xiàn)航放異常4 個，分別為HFU-02、HFU-04、HFU-11 和HFU-14 （圖2b），位于研究區(qū)東北部。經(jīng)查證，HFU-11是紅柳河鈾礦床的顯示，地面伽馬能譜測量鈾含量高達(dá)萬分之六；HFU-14 是紅柳河礦渣的反映；HFU-02 產(chǎn)于寒武系雙鷹山組碳質(zhì)泥巖中，見錳礦化、褐鐵礦化，地面伽馬能譜測量鈾含量近萬分之四；HFU-04 產(chǎn)于志留系（Sar）與寒武系接觸帶上，巖性為泥巖、砂巖，異常區(qū)為正在開采的石墨?？梢娫搮^(qū)航放異常有的是鈾礦床的顯示，有的是與鈾伴生的釩、錳、磷礦化的顯示，這充分顯示了航放測量方法的找礦有效性。

3）礦床有其它信息異常顯示

鈾礦床點產(chǎn)出地段鈾鉀比值和鈾標(biāo)準(zhǔn)偏差均有高值異常反映，鈾鉀比值達(dá)2.5×10-4，鈾標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)2.8×10-4（圖2c、d）。該區(qū)鈾鉀比值和鈾標(biāo)準(zhǔn)偏差高值區(qū)是鈾礦勘查值得重視的區(qū)段。

3.2 HFU-13 異常特征分析

3.2.1 異常區(qū)地質(zhì)特征

異常處于研究區(qū)南東部，距紅柳河鈾礦床南約25 km，產(chǎn)于奧陶系（O1＋2）中（圖3）［9］，巖性為硅質(zhì)巖、鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖互層及石英脈，產(chǎn)狀190°∠72°；粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖中含有機質(zhì)，在主異常一帶見一條近東西向的斷裂構(gòu)造，寬約35 m，斷裂破碎帶中見硅化及棕紅色、鮮黃色釩酸鉀鈾礦化、炭灰色水釩礦化（圖4）。

圖3 異常區(qū)及周邊地質(zhì)簡圖Fig.3 Geological sketch of abnormal zone and the surrounding area

3.2.2 異常區(qū)物化探特征

1）地面伽馬總量

異常區(qū)呈近東西向帶狀展布，向東還有延伸的趨勢，長度大于1 200 m，寬度由西向東逐漸增寬，異常區(qū)西部寬度約200 m，東部寬約300 m，但東部較西部異常強度降低；異常值一般值在26～50 nC/（kg·h），最高值大于700 nC/（kg·h），背景值在14～22 nC/（kg·h）。

2）地面伽馬能譜

測量結(jié)果顯示鉀、鈾、釷元素尖峰異常明顯，實地觀察異常分布在近東西向的斷裂構(gòu)造的破碎帶中，在異常一帶清晰可見棕紅色、鮮黃色釩酸鉀鈾礦化、炭灰色水釩礦化。

3）巖石地球化學(xué)

在野外查證時取巖石樣3 個，經(jīng)分析鉀、鈾、釷含量見表1，地表釩礦化地段撿塊樣化學(xué)分析V2O5含量達(dá)0.3%。從分析結(jié)果可以看出：釩含量很高，鈾量較高，分析認(rèn)為該異常是尋找釩、鈾伴生礦床的有利線索。

3.2.3 異常區(qū)評價

異常區(qū)位于紅柳河鈾、金、鐵、錳、釩等成礦帶中，異常周邊相同地質(zhì)背景已有多處開采的釩鈾礦床，均產(chǎn)于硅質(zhì)巖、富含有機質(zhì)砂巖、粉砂巖、泥灰?guī)r及泥巖中；異常區(qū)石英脈發(fā)育，熱液作用使沉積巖中的V2O5和鈾元素富集。近地表沿斷裂構(gòu)造帶的礦化層風(fēng)化后，淋濾作用使V2O5和鈾元素沿斷裂破碎帶進(jìn)一步富集。主異常區(qū)見棕紅色、鮮黃色釩酸鉀鈾礦化、炭灰色水釩礦化。分析認(rèn)為該異常區(qū)具備尋找熱液-淋濾型釩鈾礦成礦地質(zhì)條件。

4 鈾成礦預(yù)測

半定量預(yù)測技術(shù)是核工業(yè)航測遙感中心從俄羅斯引進(jìn)的一項新技術(shù)，經(jīng)近幾年生產(chǎn)應(yīng)用，又融入新的預(yù)測參數(shù)，使之不斷得到完善，應(yīng)用效果較好［14-17］。

圖4 異常區(qū)巖石野外觀察特征Fig.4 The characteristics of outcrops in the anomaly area

表1 巖石樣品化學(xué)分析一覽表Table 1 Chemical analysis result of some rock samples

建模預(yù)測原理是通過分析已知礦床與物理場的關(guān)系，調(diào)整兩者之間的相關(guān)系數(shù)、有利信息面積比等參數(shù)進(jìn)行建模。再將所有參量進(jìn)行信息疊加分析，生成成礦有利度評價參量，并將成礦有利度高的地段作為該類型礦床最有可能成礦遠(yuǎn)景區(qū)。預(yù)測流程包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、位場轉(zhuǎn)換、模型建立、信息疊置預(yù)測、制圖輸出5 大部分。

4.1 模型建立

針對2011—2012 年航空物探測量整個測區(qū)的鈾礦床、礦點分布特征，本次選用航放鉀、鈾、釷和航磁4 種信息源，建立了紅柳河碳硅泥巖型鈾礦床航放、航磁、物理-數(shù)學(xué)模型，模型比例尺1:5 萬。礦床物理數(shù)學(xué)模型參數(shù)見表2。

從表中可見，建模涉及的參量較多，包括相應(yīng)場的平均值、局部異常、水平梯度模、垂向?qū)?shù)、熵、偏度、峰度，根據(jù)以往對已知鈾礦建模較好效果的試驗經(jīng)驗，最終選定面積比在0.2～0.3 之間、費歇判據(jù)大于60 為建模參量。最終紅柳河鈾礦床預(yù)測模型選用參量為23 種，包括4 種鉀信息、6 種鈾信息、4 種釷信息、4 種磁信息和5 種重力信息。從模型顯示圖上來看（圖5），紅柳河礦床及周邊成礦有利度較高。

4.2 成礦預(yù)測

將與模型有同樣顯示的地段作為成礦有利地段，可將成礦有利度高值區(qū)作為篩選遠(yuǎn)景區(qū)的重要依據(jù)之一。通過對航測區(qū)進(jìn)行半定量預(yù)測（圖6），在區(qū)內(nèi)分布的已知礦床上具有明顯成礦有利度高值區(qū)帶，如紅柳河鈾礦床，高值區(qū)呈為團塊狀，成礦有利度大于7.5；南山、營毛宅、黑山地區(qū)成礦有利度均大于7.5。在其它無鈾礦產(chǎn)分布地區(qū)也零星分布成礦有利度高值區(qū)，如紅柳河鈾礦床及周邊分布有點狀成礦有利度高值區(qū)域；鯉魚梁東西向20 km 處，成礦有利度高值區(qū)域呈條帶狀環(huán)形分布；牛圈子北東方向11 km 處，成礦有利度高值區(qū)域呈北西向條帶狀分布；輝銅山礦以西15 km 處；馬蓮井周邊成礦有利度高值區(qū)域呈東南向線性展布。這些地段與紅柳河礦床模型參數(shù)相近，表明具有相似的地球物理場特征，分析認(rèn)為這些地段是尋找碳硅泥巖型鈾礦的有利區(qū)段，值得重視。

表2 紅柳河鈾礦床航放、航磁、重力物理-數(shù)學(xué)模型參數(shù)表Table 2 Airborne radioactivity and magnetic，gravity parameters and geophysical-mathematics model for Hongliuhe uranium deposit

圖5 紅柳河碳硅泥巖型鈾礦床模型顯示圖Fig.5 Model derive probability for carbonaceous-siliceous-argillaceous type uranium metallization around Hongliuhe deposit

圖6 碳硅泥巖型鈾礦成礦半定量預(yù)測圖 （采用紅柳河模型預(yù)測）Fig.6 The semi-quantitative predict map of carbonaceous-siliceous-argillaceous type uranium deposit（using Hongliuhe，prediction model）

4.3 鈾礦成礦遠(yuǎn)景區(qū)

4.3.1 碳硅泥巖型鈾礦遠(yuǎn)景區(qū)劃分原則

1）區(qū)內(nèi)碳硅泥巖型鈾礦床在大地構(gòu)造上受塔里木地臺邊緣隆起帶和馬鬃山中間古隆起帶的控制，遠(yuǎn)景區(qū)與已知礦處在同一構(gòu)造帶上。

2）位于下寒武統(tǒng)雙鷹山組及中-下奧陶統(tǒng)中，酸性、基性脈巖發(fā)育，且與鈾礦化相關(guān)的蝕變現(xiàn)象強烈區(qū)段。

3）有碳硅泥巖型鈾礦（化）點或航放異常分布，均產(chǎn)于泥巖、硅質(zhì)巖、板巖中，其中HFU-13 異常一帶見明顯棕紅色、鮮黃色釩酸鉀鈾礦化、炭灰色水釩礦化、紅化、硅化、鈣鈾云母化等蝕變強烈，地面伽馬能譜測量鈾含量及化學(xué)分析V2O5含量較高；HFU-02、HFU-04、HFU-12 異常航放、地質(zhì)特征均與紅柳河礦床相似。這些地段均為尋找該類型鈾礦提供了重要找礦線索。

4）遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)分布大面積團塊狀、圓點狀航放異常區(qū)和高場區(qū)，航放鈾含量高，活性鈾含量高值區(qū)與實測鈾含量對應(yīng)較好。

5）有鈾解析信號與鈾含量標(biāo)準(zhǔn)偏差高值區(qū)分布。

6）有碳硅泥巖型鈾礦模型預(yù)測信息值高區(qū)分布。

4.3.2 鈾成礦遠(yuǎn)景區(qū)特征

在整理、分析前人資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)成礦預(yù)測結(jié)果，結(jié)合野外異常查證情況，本次篩選了紅柳河-方山口碳硅泥巖型鈾成礦遠(yuǎn)景區(qū)兩片，編號為TGN-1、TGN-2，均處在紅柳河金、錳、釩、鐵、磷、鈾成礦帶中。兩片遠(yuǎn)景區(qū)西側(cè)已出航空物探測量區(qū)范圍，故本次僅對飛行測量區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行遠(yuǎn)景區(qū)篩選，導(dǎo)致遠(yuǎn)景區(qū)西側(cè)未閉合（圖7）。兩片遠(yuǎn)景區(qū)特征分述如下：

圖7 紅柳河鈾礦一級遠(yuǎn)景區(qū)綜合顯示圖Fig.7 Aero-radioactivity and geologic feature of the first-level prospect aroud Hongliuhe uranium deposit

TGN-1 遠(yuǎn)景區(qū)位于紅柳河以西及以南一帶，面積約320 km2。主要出露紅柳河組（P1ha）、阿爾特梅什布拉克群（Sar）、雙鷹山組、平頭山群（Z2Pn）和華力西中期次花崗巖。北西向斷裂構(gòu)造發(fā)育。航放特征表現(xiàn)為高場，鈾含量一般在（2.0～4.0）×10-6，最高達(dá)12.0×10-6。區(qū)內(nèi)分布紅柳河鈾礦床、3533 鈾礦點、HFU-02、HFU-04、HFU-11、HFU-12、HFU-14 號航放異常，已知礦床分布在航測區(qū)西北部，HFU-11、HFU-14 位于紅柳河礦床附近，為已知礦床的反應(yīng)，HFU-02、HFU-04、HFU-12 位于已知礦床西部及南部，具有相似的地質(zhì)背景，異常與已知礦床航放特征相似。區(qū)內(nèi)成礦有利度大于6.5 的模型預(yù)測有利信息高值區(qū)有3 片，分布在紅柳河鈾礦床及以西一帶、HFU-12 異常以南；鈾解析信號大于0.002×10-6，與鈾含量標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍大于0.7×10-6的高值區(qū)團塊狀零星分布；活性鈾富集區(qū)含量范圍大于1.5×10-6的高值區(qū)只分布在HFU-14 異常周邊。

TGN-2 遠(yuǎn)景區(qū)位于方山口及以東一帶，面積約220 km2。主要出露錫林柯博群（O3X）、下-中奧陶統(tǒng)（O1＋2）、平頭山群（Z2Pn）、苦泉組（N2k）。航放特征表現(xiàn)為高場，鈾含量一般在（1.8～3.6）×10-6，最高達(dá)10.0×10-6。區(qū)內(nèi)分布方山口鈾礦床、HFU-13、HFU-17、HFU-18、HFU-20 號航放異常，鈾礦床位于航測區(qū)西北部，HFU-17 異常位于已知礦床附近，具有相同的地質(zhì)背景，HFU-13 異常位于已知礦床東部，HFU-18、HFU-20 異常位于其南部，異常與已知礦床航放特征相似。區(qū)內(nèi)成礦有利度大于6.5 的模型預(yù)測有利信息高值區(qū)有1 片，分布在HFU-13 異常及周邊；鈾解析信號大于0.002×10-6，與鈾含量標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍大于0.7×10-6的高值區(qū)團塊狀零星分布；活性鈾富集區(qū)含量范圍大于1.5×10-6的高值區(qū)只分布在HFU-17、HFU-18 異常周邊。

查證結(jié)果發(fā)現(xiàn)異常多數(shù)產(chǎn)于寒武系和奧陶系硅質(zhì)巖、泥巖、板巖中，HFU-13 異常分布在近東西向的斷裂構(gòu)造的破碎帶中，主異常一帶見明顯釩礦化，鈾含量相對較高。HFU-02 異常分布在碳質(zhì)泥巖中，地面伽馬能譜測量鈾含量近萬分之四。該類異常礦化產(chǎn)于碳質(zhì)、硅質(zhì)、泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖中，是受層位控制的鈾礦化。鈾礦化是經(jīng)地表水、地下水或熱液作用，使鈾源層中的鈾溶解、運移，進(jìn)入有利層位或構(gòu)造中富集形成的。

綜合分析認(rèn)為這兩片遠(yuǎn)景區(qū)具備較好的碳硅泥巖型鈾成礦地質(zhì)條件，分布的異常是尋找鈾礦重要找礦線索。

5 結(jié)論

1）HFU-13 號異常位于斷裂破碎帶中，產(chǎn)于硅質(zhì)巖、富含有機質(zhì)砂巖、粉砂巖、泥灰?guī)r及泥巖中，查證發(fā)現(xiàn)異常見明顯鈾礦化和釩礦化，礦化受層位、巖性控制，與構(gòu)造、熱液、淋濾作用密切相關(guān)，該異常是尋找碳硅泥巖型鈾礦的重要找礦線索。

2）富含有機質(zhì)磷酸鹽、釩酸鹽、鐵錳質(zhì)等細(xì)碎屑巖和含雜色的碳酸鹽巖硅質(zhì)巖建造，且伴有褐鐵礦化、碳酸鹽化等表生蝕變現(xiàn)象，可作為研究區(qū)碳硅泥巖型鈾礦的找礦標(biāo)志。

3）研究區(qū)具備有利的地層、巖性、構(gòu)造等鈾成礦條件，半定量預(yù)測結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)分布成礦有利度高值區(qū)帶，結(jié)合查證情況，篩選了兩片鈾成礦遠(yuǎn)景區(qū)，是進(jìn)一步開展鈾礦勘查工作的首選地段。