航空能谱测量数据在砂岩型铀矿找矿预测中的应用＊

杨 艳，林子瑜

（东华理工大学，抚州 344000）

砂岩型铀矿是赋存于中新生代沉积盆地中的重要核能资源，指富含U6＋（以络合离子或分子形式存在）的地下水渗透到盆地砂岩透水层中，在砂体中运移至氧化－还原地球化学障附近发生沉淀富集形成的外生后成铀矿床［1，2］，地表被沉积盖层覆盖，多为隐伏矿体。近年来，随着砂岩型铀矿找矿工作的开展，利用航空能谱测量数据开展砂岩型铀矿成矿预测受到越来越多地质工作者的重视和关注。

航空放射性测量作为铀矿资源潜力预测评价最直接、有效的物探方法，测量数据蕴含丰富的找矿信息［3］。虽然它反映的是地表岩石的放射性特征，但可以利用测量铀、钍、钾元素的地球化学特征差异，建立航空能谱测量多元素特征参数组合，提取砂岩型铀矿成矿的预测要素。因此，在澳大利亚弗罗姆湖地区砂岩型铀矿找矿预测中，利用航空能谱测量数据，根据弗罗姆湖地区砂岩型铀矿的铀、钍、钾元素的地球化学特征差异，建立并计算古铀量、活性铀、地球化学活动性指数等航空能谱测量特征参数，分析该区盆地构造、古河道展布以及地层岩性等地质特征，在ARCGIS 10 平台上融合并识别出铀源区、铀元素迁入区、氧化－还原地球化学障等成矿预测要素，从而圈定研究区砂岩型铀矿找矿的有利区。

1 弗罗姆湖地区砂岩型铀矿地质特征

收集弗罗姆湖地区地质资料，在ARCGIS 10平台上按地质特征、铀矿床、航空能谱测量等专题组，以树形结构方式集成了弗罗姆湖地区砂岩型铀矿专题信息系统，应用该系统在ARCGIS平台上输出弗罗姆湖地区砂岩型铀矿地质简图（图1）。

图1 澳大利亚弗罗姆湖地区砂岩型铀矿地质简图Fig．1 Generalized geological map of sandstone－type uranium deposit in the Frome Lake region of Australia

弗罗姆湖地区位于南澳大利亚新生代盆地—卡拉伯纳亚盆地中。盆地盖层主要由第三纪浅海沉积物组成，上覆第四纪陆源沉积物。盆地基底为前寒武纪柯拉莫尼克拉通变质岩，基底岩石基本被年轻沉积物所覆盖，只在少部分地区见到露头，包括弗林德斯山脉上的芒特潘因特、芒特巴贝奇以及奥拉里山脉上的威利亚马，这些岩石出露区岩体中含有大量富铀花岗片麻岩、花岗质和长英质斑岩、长英质火成岩以及变质沉积物等（铀含量均值为4．8×10－6），为研究区砂岩型铀矿的形成提供了丰富的铀源。

本区已探明的大型砂岩型铀矿床3 个，中型3个，小型2个，还有许多铀矿点。盆地内已发现多条第三纪古河道的痕迹，且已知铀矿床基本富集于这些古河道沉积物中，故本区铀元素的迁移富集与古河道展布有关。晚中新世构造运动抬升了弗林德斯山脉，形成了弗罗姆湖湾的西部边缘，奥拉里和巴里尔两条山脉向南部和东部形成了一个堰州和分水岭［4］。

通过统计分析研究区不同岩性（层）的放射性含量（表1），可知研究区不同岩层岩性的铀含量差异大。铀元素的高场区位于芒特潘因特、芒特巴贝奇以及威利亚马这三个古老富铀花岗片麻岩、花岗质和长英质斑岩、长英质火成岩以及变质沉积物的出露区，铀元素的均值范围为（2．2～6．4）×10－6；铀元素偏低场区和低场区分别位于第三系砂岩、粉砂岩和第四纪沉积岩中，铀含量均值范围为（0．9～1．3）×10－6；研究区元古代基底岩层中的铀（2．2～6．4）×10－6、钍（19．3～33．9）×10－6、钾（1．8～3．1）×10－6含量均明显高于新生代沉积岩层铀（0．9～1．3）×10－6、钍（8．1～8．5）×10－6、钾（0．8～1．0）×10－6含量，且不同岩性（层）的铀含量变异系数变化大，故研究区属于理想的铀矿成矿区。

表1 弗罗姆湖地区航空能谱测量不同岩性（层）的U、Th、K 含量统计Table 1 Statistical of U，Th，K contents by using of airborne radioactive spectrum measurement in different strata（litho horizons）in the Frome Lake region

2 航空能谱测量数据预处理

2．1 航空能谱测量数据源

在澳大利亚官方地球科学网上的地球物理归档数据传输系统（Geophysical Archive Data Delivery System）中下载了航空能谱测量数据。下载的数据为经地形初步校正、3×3窗口低通滤波处理和重新采样网格化处理的数据，网格间距为100×100m，投影基准面为GDA94，数据格式为ER MAPPER（＊．ers）。U 和Th 的单位为ppm（10－6），K 的单位为pct（%）。

2．2 预处理

在对航空能谱测量数据做深入分析前，使用软件ARCGIS 10和ERDAS IMAGINE 9．2先对航空能谱测量数据进行了投影转换、统一背景值、去极值等处理。由于澳大利亚规定的矿权区申请单位为Sub－Block（1′×1′大小的网格），为了未来应用的系统性和成矿预测的实用性，对数据进行了重新采样处理，采样的方法为双线性内插法，采样后数据网格大小为0．25′×0．25′。

3 航空能谱测量数据处理

3．1 航空能谱测量特征参数建立的依据

航空能谱测量是一种多参数的地球化学找矿方法，可以同时获得放射性总道计数和铀、钍、钾3个天然放射性元素含量值［5］。在自然状态下，不同的地球化学条件以不同方式影响着放射性元素的活动性［6］。铀元素的化学性质十分活泼，在还原条件下，铀元素以四价形式（U4＋）存在，不可溶，活动性不强，但在氧化条件下，四价铀（U4＋）会转化为六价铀（U6＋），此时它的迁移能力很强，在地下水中以铀酰离子的形式搬运迁移。与铀元素不同，钍元素的化学性质相当稳定，常常以碎屑物形式搬运沉积，一般不产生富集和分散，故在氧化环境下，铀元素被淋失发生迁移时，钍元素则保留下来。钾元素只有一种化合价，它在氧化和还原条件下同样活泼，易迁移。

利用航空能谱测量U、Th、K 元素含量之间的地球化学特征差异，建立古铀量、活性铀、地球化学活动性指数3个特征参数，分别用于识别弗罗姆湖地区砂岩型铀矿铀源区、铀元素迁入区、氧化－还原地球化学障等成矿预测要素。

3．2 航空能谱测量特征参数的计算

3．2．1 古铀量

古铀量（即古铀当量含量），是用现代钍含量表征的古铀含量［7］，其主要理论为在氧化还原条件下，铀元素会随着地球化学条件的改变发生四价和六价之间的转换，被淋滤、迁移、富集，而钍元素始终为四价，被保留下来，所以说现代钍元素的当量含量和“古钍”一致；同一地质单元内铀场和钍场比值基本保持不变，故可以通过铀钍元素之间的关系计算古铀量。古铀量的高值区指示并可圈定砂岩型铀矿的铀源区。特征参数计算式如下［8，9］：

GU为每个测点的古铀量；meanU／meanTh为直线方程的斜率；U、Th分别为铀、钍元素的实测值；meanU、meanTh为研究区铀、钍元素平均值。

根据公式1，在ERDAS IMAGINE 9．2软件建模工具下计算弗罗姆湖地区的古铀量GU（图2）。根据图2划出三个明显的古铀高值区，结合研究区地质特征，这些地区为古老富铀花岗片麻岩、花岗质和长英质斑岩、长英质火成岩以及变质沉积物的出露区，推测这3个区域可能为弗罗姆湖地区的铀源。为验证这一推测，通过计算特征参数活性铀判断这三个区域是否存在成岩后期铀元素的活化迁移。

3．2．2 活性铀

活性铀（或铀元素迁移量）是用来表征铀元素与“古铀”之间的差异表征铀元素在成岩后期活化迁移的数值［10］。活性铀正值表示在成岩后期存在铀元素的迁入，负值表示铀元素迁出。特征参数公式为：

FU为每个测点的活性铀含量；U为铀元素实测值；GU为每个测点的古铀量。

根据公式2，在ERDAS IMAGINE 9．2软件建模工具下，计算弗罗姆湖地区的活性铀FU（图3）。从图3中可以看出3个活性铀低值区，即铀元素的活化迁出区，这3个低值区与图2古铀量高值区的位置吻合，表明这3个地区确实为弗罗姆湖地区的铀源区。研究区盆地的活性铀表现为相对高值区（图3），可以判断出该区铀元素的迁移方向为由盆地四周古老富铀岩体向盆地迁移。

3．2．3 地球化学活动性指数

砂岩型铀矿成矿的另一个预测要素是氧化－还原地球化学障。六价铀在氧化条件下转化为四价从而发生铀元素的迁移，而在还原条件下发生沉淀富集。因此在氧化还原条件发生变化时，铀、钾的放射性含量数值波动较大，而钍含量数值的波动小，表现为U／Th和K／Th同时发生变化，显示了地球化学变异带的变化情况。特征参数公式为［11］：

TF为每个测点的地球化学活动性指数；U、Th、K分别为铀、钍、钾元素的实测值

根据公式3，在ERDAS IMAGINE 9．2软件建模工具下，计算弗罗姆湖地区的地球化学活动性指数TF（图4）。从图4可看出盆地内的地球化学活动性指数为低值，是研究区的还原区；盆地周围山脉的地球化学活动性指数为高值，是研究区的氧化区，它们之间的过渡部分即为研究区的氧化还原地球化学障。

图3 弗罗姆湖地区的活性铀分布图Fig．3 Distribution map of activated uranium containing areas in the Frome Lake region

图4 弗罗姆湖地区地球化学活动性指数分布图Fig．4 Distribution map of geochemical activity indexes in the Frome Lake region

4 成矿预测要素识别

在计算得到上述3个航空能谱测量能谱特征参数后，基于ARCGIS 10平台，利用这些参数识别弗罗姆湖地区砂岩型铀矿成矿铀源区和氧化－还原地球化学障等成矿预测要素。

4．1 识别铀源区

根据研究区的古铀量和活性铀可知，铀源区位于古铀的高场区和活性铀的低场区。为了圈出铀源，将古铀量和活性铀进行假彩色合成，古铀量赋为红色，活性铀赋为绿色。铀源区一般位于盆地周边古老富铀地质体，故在假彩色合成图上叠上盆地的范围，即可圈出研究区的铀源范围。

4．2 计算铀元素迁入区

根据活性铀可知，活性铀的正值区为迁入区，在ERDAS IMAGINE 9．2软件建模工具中，通过条件判断计算研究区铀元素迁入区。

4．3 识别氧化－还原地球化学障

由地球化学活动性指数可知，氧化－还原地球化学障位于地球化学活动性指数高低过渡带。已知铀矿床一般在氧化－还原地球化学障处附近，根据以上两点，在地球化学活动性指数图上识别出研究区的氧化－还原地球化学障位置。

5 成矿预测

利用航空能谱测量数据得到铀源区、铀元素迁入区、氧化－还原地球化学障等成矿预测要素，对弗罗姆湖地区砂岩型铀矿成矿进行预测。由弗罗姆湖地区砂岩型铀成矿模式可知，该区找矿有利区位于新生代盆地内的氧化－还原地球化学障附近，需要有丰富的铀源、继承性的古河道、后期铀元素的迁入等成矿因素。综合古铀量和活性铀识别出铀源区，活性铀进一步提取得到铀元素迁入区，从地球化学活动性指数识别出的氧化－还原地球化学障，综合分析研究区地质特征，特别是古河道位置等，最后基于ARCGIS 10平台，在弗罗姆湖地区地质图上识别出3个找矿有利区（图5）。

6 结论

数据处理和成矿预测平台的选择非常关键。结合ERDAS IMAGINE 9．2 软件建模工具和ARCGIS 10平台，建立弗罗姆湖地区专题信息数据库并提取了成矿预测要素，对圈定该区找矿有利区具有一定的指导作用。利用航空能谱测量数据并结合研究区砂岩型铀矿成矿预测要素，对航空能谱测量数据进行增强处理和提取，达到分析铀源区、铀元素活化迁移区及氧化－还原地球化学障位置的目的，更好地预测研究区砂岩型铀矿找矿有利远景区。

图5 弗罗姆湖地区航空能谱测量特征参数综合解译图Fig．5 Comprehensive interpretation map of airborne radiometric survey parameters in the Frome Lake region

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