乌库尔其层间氧化带砂岩型铀矿床磁场特征及解释

陈 虎，付 锦，龚育龄，赵宁博， 张 凯

（1.东华理工大学，南昌 330013；2.核工业北京地质研究院，遥感信息与图像分析技术国家重点实验室，北京 100029）

乌库尔其层间氧化带砂岩型铀矿床磁场特征及解释

陈 虎1，付 锦2，龚育龄1，赵宁博2， 张 凯1

（1.东华理工大学，南昌 330013；2.核工业北京地质研究院，遥感信息与图像分析技术国家重点实验室，北京 100029）

层间氧化带砂岩型铀矿床覆盖层较厚，地表异常信息微弱，找矿十分困难。通过分析新疆伊犁盆地南缘乌库尔其铀矿床的地面高精度磁测数据资料，发现该区层间氧化带砂岩型铀矿床磁异常特征与其地球化学分带明显相关，根据铀矿成矿地球化学机制结合试验区的航磁资料及实际预测成果，指出铀矿矿化带大致位于磁异常从负值向正值过渡的零值线前端附近。地面高精度弱磁异常是该区铀矿床特征异常之一，可作为一种标志信息运用到铀矿找矿中。

地面高精度磁测；砂岩型铀矿；零值线

铀矿物属于顺磁性矿物，磁化率低，可视为无磁性，一直以来磁法普遍被认为只能寻找与成矿相关的地质构造间接找矿，而不能用于直接找铀矿［1］。随着美国在科罗拉多州发现沉积岩铀矿床上方磁场要低于非含矿地段特点以来，各国利用磁法寻找砂岩型铀矿床取得了新的突破。例如哈萨克斯坦在磁法寻找砂岩型铀矿时发现铀矿化与磁异常之间呈负相关，在铀矿床的远景部位上方有（-15～15 nT）磁异常。国内许多铀矿研究单位和专家利用地面磁法和航磁资料在寻找可地浸砂岩型铀矿上做了诸多有益的尝试，取得了一定找矿效果［2-4］。 例如刘祜， 刘章月等［5］在鄂尔多斯盆地进行地面高精度磁测，总结出该方法可定位层间氧化带砂岩型铀矿矿床位置。笔者通过研究乌库尔其高精度磁测资料和矿床地球化学分带相应磁性矿物及成矿机理，表明乌库尔其矿床位置对应于磁异常从负值区向正值过渡的零值区前端附近。

1 区域地质概况

伊犁盆地为箕状山间陆相盆地［6-7］位于哈萨克斯坦板块以东，夹于塔里木板块与准噶尔板块之间，由早古生代地层和海西期花岗岩结晶基底构造层、晚古生代火山岩过渡层和中新生代沉积盖层3个构造层构成。研究区处于乌库尔其微凸区，东部有一压扭性倒转断层构造（扎吉斯坦凹陷），基底由二叠系组成，代表性岩石为流纹斑岩、安山岩、安山玢岩、玄武岩、中基性火山岩、砂岩凝灰岩。沉积盖层有三叠系、侏罗系、 白垩系、古、新近系和第四系。三叠系上部为棕色泥岩、灰色粉砂岩夹杂色砂砾岩及灰色细砂岩；下部以杂色砂砾岩为主，钙泥质胶结。中下侏罗统水西沟群为该区的含矿建造，为一套陆相暗色含煤屑岩建造，上部以细砂岩与紫红色泥岩、碱交代岩为主；下部由砾岩、砂岩、炭质泥岩深灰色、灰黄色含铁砾岩及砂岩、泥岩及煤层组成，是铀矿床赋存的主要层位。白垩系上段为灰白、浅黄、玫瑰色至红色钙质砾岩，与水西沟群呈低角度不整合；下段为灰白色薄层灰岩与浅褐色砂质泥岩互层。古、新近系主要以褐黄色砾岩和含砾钙质泥岩岩性为主，大部分分布于盆地北部地区，与下伏地层呈不整合接触。第四系基本覆盖于盆地地表，以砂、砾、卵石和亚沙土等松散堆积为主，属于山麓洪积相沉积。

2 磁法原理及测线布置

磁法勘探是以岩矿石间的磁性差异为基础，通过观测和研究天然地磁场及人工磁场变化规律，查明地质构造和寻找岩石及矿产（藏）的一种物探方法［8］。地壳中各种岩石和矿物的磁性不同，产生的地磁场也会不同，使得局部地区形成磁异常，而高精度磁测正是通过测定这些磁异常并且根据其异常特征推断地质构造或矿体的赋存状态（包括形状、大小、位置、产状和埋深）等物性参数，从而达到勘查目的。

本次测区分别选择伊犁盆地南缘乌库尔其、扎吉斯坦、洪海沟矿区，其中乌库尔其矿区为主要研究区，布设9条SN向测线，总长度96 km，高精度磁测网格为500m×20m。野外磁测采用的是GEM Systems，Inc.制造的GSM-19T梯度质子磁力仪，分辨率为0.01 nT，精度为1 nT（±0.5 nT）。

3 乌库尔其成矿模式及地球物理特征

3.1 层间氧化带砂岩型铀矿成矿模式

伊犁盆地区域基底以古生代火山岩为主，盖层为中新生代的砂岩、泥岩、煤等。在干旱、半干旱气候条件下，含铀含氧水从蚀源区的强烈造山带进入盆地中的构造斜坡带上的中新生代地层（图1），在泥-砂-泥结构的地层中，形成承压水。承压水在减压带（一般为构造窗—断层、褶皱、 岩性相变等）处排泄，形成水的补给—迁流—排泄机制［9］。含铀含氧水在渗透性的砂体内迁流过程中，携带砂体中的活化铀，在氧化还原过渡带附近被还原富集形成卷形矿体［10］。

图1 乌库尔其层间氧化带砂岩型铀矿成矿模式示意图（据赵希刚，2001）Fig.1 Schematic ofmetallogenicmodel for interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit in Wukuerqi（After Zhao Xigang，2001）

3.2 氧化还原带岩石磁化率特征

对伊犁盆地南缘测区钻孔岩心的磁化率测量统计结果（表1）表明，各矿区氧化-还原带钻孔岩心磁化率特征明显，氧化带中岩心平均磁化率范围为60×10-5～110×10-5；还原带中钻孔岩心平均磁化率在20×10-5～40× 10-5之间；过渡带中（铀矿化带内）岩心平均磁化率最小，通常小于20×10-5。从伊犁盆地主要地层岩石的磁化率测量统计结果（表2）可见，下二叠统中凝灰岩磁化率为最高，玄武岩、中基性火山岩次之；上二叠统中砂岩、安山质次火山岩的磁化率较高，而侏罗纪地层中岩石磁化率都很高。岩心标本和各地层中的岩石磁化率研究结果可为磁异常划分氧化带、氧化-还原过渡带、还原带和氧化-还原前锋线提供物性依据。

3.3 研究区地磁场特征

研究区位于伊犁盆地南缘（图2），地磁场异常具有串珠状和条带状分布特征，异常场正多负少，异常范围约-300～300 nT。全区磁场从南到北整体为高—低—高趋势，反映盆地的基本构造格局。西南、中东部地磁场最低，北部地区地磁场平缓，变化不大，其中乌库尔其以东约5 km，六十八团煤矿以北有一东西近似椭圆形、异常值在-100 nT，面积约100 km2的负异常区，对应为扎吉斯坦凹陷区且可能存在近NW向断层。乌库尔其以东约2 km处，有一长约10 km，宽约3 km的3个呈串珠状分布的NW向磁场正异常对应为乌库尔其隆起。

4 乌库尔其矿区磁异常特征及其解释

从乌库尔其矿区磁异常（ΔT）图上看（图3），测区磁场总体分区明显。ΔT表现为南段磁场正负相间、变化大，中段为磁场从负到正的梯度带，逐渐过渡到北段低缓磁场正异常。全区磁异常幅值变化范围为-240～240 nT。测区西南部为磁场正异常值，其异常值波动大；中南部为负磁异常区，中部呈现一个近似东西走向的零值线贯穿。全区磁异常等值线分布近似平行状，从南向北磁异常呈现高—低—高变化，最后趋于平缓。

表1 研究区氧化-还原带岩石磁化率平均值Table 1 Averagemagnetic susceptibility of oxidation reduction belts in the study area

表2 伊犁盆地南缘主要地层岩石磁性参数表Table 2 M agnetic parameters ofmain stratum and rock at the southern margin of Yilibasin

图2 伊犁盆地南缘乌库尔其地区磁力异常等值线图（据核工业航测遥感中心删改，1991）Fig.2 Magnetic anomaly contour map ofWukuerqi district in Yilibasin（Modified after Aerial Remote Sensing Center of Nuclear Industry，1991）

图3 乌库尔其测区ΔT平面等值线图Fig.3 Map show ingmagnetic anomalies（ΔT）in W ukuerqisurvey area

图4 乌库尔其测区磁异常向上延拓300（A）、500（B）和1 000m（C）结果Fig.4 M ap show ingmagnetic anomalies after 300（A），500（B）and 1 000m（C）upward continuation in Wukuerqisurvey area

图5 乌库尔其W 3号线平滑后ΔT与钻孔剖面示意图Fig.5 Smoothingmagnetic anomaly（ΔT）and drilling section diagram of LineW 3 in Wukuerqi

经过向上延拓300、500和1 000m（图4）可见，向上延拓300 m时测区西南部局部的高异常值区依然可见，南端蚀源区（临近造山带）—南部氧化带正异常值向上延拓后有130nT的变化幅度，而且向上延拓500、1000m时异常变化幅度继续增大，这说明该部分磁场差异是由基底岩性变化所引起。由已知的地质资料分析，该异常是由南部造山带中早侏罗纪地层及早二叠世中酸性火山岩出露所引起；而向上延拓后中东部氧化带负异常区更加突出，说明该区不是由浅部不均匀体引起而是由于基底岩性发生了改变，根据实际地质资料推测为一断裂凹陷即扎吉斯坦凹陷所引起；中南部氧化-还原过渡带大致在磁异常零值点位置，呈东西走向等值线近似平行分布，延拓后异常变化微弱，说明是由浅部磁性不均匀所致；在蚀源区与氧化带之间同样出现了异常零值点，由实际地质资料推测该处是乌库尔其隆起与扎吉斯坦凹陷的断裂构造分界点，致使该区基底磁性基岩发生改变，加之基底埋深加大而引起；而测区北部还原带则以白垩系、第四系为主，高异常区变化趋于平缓，异常值200 nT左右，推测这些异常是由浅部磁性不均匀引起。

图5是乌库尔其矿区W3号线磁测剖面与实际钻孔示意图，从中可见，剖面ΔT整体表现为高—低—高趋势，如前所述，这与测区内区域构造吻合，即在蚀源区 ΔT为高频无序、幅度变化梯度大、曲线跳动剧烈等特点，氧化带ΔT则表现为低值呈无规则微弱锯齿状波动，变化梯度较为明显。而在氧化-还原过渡带位置上，剖面ΔT均呈现出由零值以下逐渐上升到零值以上的齿轮状波动特征。还原区内的ΔT波动较小近似趋于平稳。根据已知钻孔实际资料发现这些零值过渡区与已知矿化孔和工业孔的位置十分吻合。为此，笔者在对这两条剖面进行7点平滑后发现，经圆滑处理后，剖面ΔT在氧化-还原过渡带上特征更加突出。

将该区高精度磁测成果（图6）与已知铀矿地质资料对比发现，该研究区域的已知工业孔和铀矿化带及铀矿床大致位于磁场ΔT负值向正值过渡的零值线前端，与氧化-还原过渡带对应，而负异常基本与氧化带对应，还原带则位于正异常区域。

图6 乌库尔其氧化-还原前锋线磁测预测等值线图（A）和剖面平面图（B）Fig.6 Contour（A）and profile（B）ofmagnetic survey to forecast the redox front in W ukuerqi

综合以上分析结果可知，本地区南部为发育三叠系、侏罗系，北部发育白垩系、古近系和新近系，相当于一个构造斜坡带的地质环境。该区南部蚀源区含铀、含氧水从蚀源区的强烈造山带运移到盆地中的构造斜坡带上的中新生代地层，在氧化带，铁以三价的赤铁矿、针铁矿、纤铁矿存在，褐铁矿虽为铁磁性矿物，但由于逆磁性矿物—赤铁矿的存在，相互间的磁性抵消掉一部分使氧化带内硫、二价铁类矿物被氧化，磁性减弱，但基底磁铁性矿物占绝对优势，所以磁异常主要由基底所致；进入氧化-还原过渡带（铀矿化带），基底铁磁性矿物与浅部沉积层内的三价铁类矿物部分被还原成二价铁，二价氧化铁再与赤铁矿结合形成磁铁矿，经硫化作用形成磁黄铁矿、菱铁矿、钛磁铁矿等，使该带磁铁矿、菱铁矿、钛铁矿含量显著增加，磁性增强，但是基底磁性矿物仍占主要作用，加之浅部磁性不均匀体引起磁异常的叠加使异常值趋于零值。到还原带，含铁矿物则趋于正常的磁性。综上所述，我们可以发现磁异常负值区对应氧化带，正值区对应还原带，由负值向正值过渡区的零值附近则对应氧化-还原过渡带，表明通过地面高精度磁测异常可以划分层间砂岩型铀矿氧化带、氧化-还原过渡带、还原带及其它们之间的对应关系。

5 结 论

本次试验通过对伊犁南缘乌库尔其铀矿区进行地面高精度磁测，结果显示地面高精度磁异常可以清晰地区分出层间砂岩型铀矿找矿目的层的氧化带、氧化-还原过渡带、还原带位置及其对应关系并取得预期的效果，说明高精度磁测对划分地球化学分带，确定与铀成矿紧密相关的氧化-还原过渡带是可行的。但地面高精度磁测在寻找砂岩型铀矿床还处于探索阶段，应用地区较少，尚未成为寻找砂岩型铀矿的主要物探方法。建议继续将该方法应用于其他已知铀矿床进行研究并不断完善，充分结合层间氧化带成矿模式及成矿条件，为寻找此类铀矿床或缩小靶区，加快勘查速度等提供重要依据。

致谢：研究工作得到了付锦高级工程师 （研究员级）、赵宁博工程师、张凯极大的帮助，在此表示感谢！

参考文献：

［1］李曼，方根显，张志勇，等.地面高精度磁测在交点型铀矿勘探中的应用［J］.物探与化探，2012，6（3）:356-359.

［2］赵忠华.可地浸砂岩型铀矿预测评价的一种新思路:深源成矿论［J］.国外铀金地质（现名:世界核地质科学），2000，17（1）:44-50.

［3］倪卫冲.层间氧化带砂岩型铀矿床上航磁弱信息形成机理的初探［J］.航测与遥感，1998，4（4）: 16-20.

［4］倪卫冲.在伊犁盆地南缘地区开展航放航磁弱信息提取的应用效果［J］.航测与遥感，2000，6（1-2）:8-19.

［5］刘祐，刘章月，柯丹，等.层间氧化带砂岩型铀矿的高精度磁测定位技术研究［J］.铀矿地质，2009，9（5）:296-302.

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［8］ 管志宁.地磁场与磁力勘探［M］.北京:地质出版社，2005.

［9］ 王果，华仁民，秦立峰.乌库尔其地区层间铀成矿过程中的流体作用研究［J］.矿床地质，2000，4（3）:340-349.

［10］赵希刚.综合物化探方法勘探层间氧化带砂岩型铀矿［J］.物探与化探，2001，2（1）:14-21.

M agnetic field characteristics and geological exp lanation for interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit in W ukuerqi

CHEN Hu，FU Jin，GONG Yuling，ZHAO Ningbo，ZHANG Kai
（1.East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China；2.National Key Laboratory of Remote Sensing Information and Image Analysis Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

The interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit is very difficult to prospect because the cover is thicker and the surface anomaly information isweak.Through the analysis on high precision ground magnetic survey data of Wukuerqi uranium deposit in the southern Yili basin in Xinjiang，we found that the interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposits is obviously correlated to the geochemical zonation and magnetic anomalies.According to the uranium ore-forming geochemical and aeromagnetic data of the test area， the uranium mineralization belt is located approximately in the zero line near the front from negative to positive value of the magnetic anomaly. Therefore，theweak anomaliesofhigh precision groundmagnetic survey is the characteristic of interlayer oxidation zone sandstone typeuranium depositsand can be used asa symbol for theuranium exploration.

high precision ground magnetic survey；sandstone type uranium deposit；zero line

P318.4＋1；P619.14

A

1672-0636（2015）01-0039-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.01.008

2014-09-27；

2014-12-17

陈 虎（1987—），男，江苏徐州人，在读硕士研究生，主要研究地磁场与磁力勘探。

E-mail：276255479@qq.com