地球物理-地质模型在龙首山地区铀矿勘查中的应用

王志宏，汪 冰，邓国武，张俊伟

(核工业航测遥感中心，石家庄 050002)

地球物理-地质模型在龙首山地区铀矿勘查中的应用

王志宏，汪 冰，邓国武，张俊伟

(核工业航测遥感中心，石家庄 050002)

根据龙首山地区的岩矿石电性、磁性参数，结合区内铀成矿模式等建立了地电及地磁等地球物理模型，对模型进行了正反演计算，对其结果的电、磁性特征进行了科学合理的定性分析，建立了区内铀矿找矿有利地段的地质-地球物理模型。对S01线实测数据进行了处理及解释，推断了断裂构造的位置、产状，对闪长岩分布范围进行了推断解释，圈定了铀找矿有利地段，收到良好的效果。

龙首山地区； 地质-地球物理模型； 电、磁特征； 铀找矿有利地段

0 引言

龙首山地区是我国西北地区重要的铀矿集中区之一。近几年在区内开展了地面高精度磁法、电磁法、瞬变电磁法及放射性物探等单方法测量，取得了一些成果。但由于铀矿品位低，分布范围小，控矿断裂变化快，加之单一物探方法的多解性及其局限性，使测量成果的不确定性大大增加，很难准确确定铀矿成矿的有利地段，勘查成果至今很难突破。

为了提高物化探技术在区内铀资源勘查中的适应性和探有能力，开展了物化探综合测量研究，根据地质模型，建立了地球物理-地质铀找矿有利地段模型，以达到有效、经济地解决地质问题的目的，取得好的找矿效果。

国内、外学者在这方面开展了大量的相应研究，于仕祥等[1]通过建立地质-地球物理找矿模型，发现了陈台沟大型隐伏铁矿床；汤井田等[2]通过研究沃溪矿区地质地球物理条件，建立了矿区的地质地球物理，取得了好的找矿成果；刘国辉等[3]在内蒙古东部地区建立了多金属矿的地质-地球物理综合找矿模型，该模型对区内深入找矿工作具有重要指导意义；Ian[5]、Basokur等[4]针对电磁法、激发极化结合地质情况建立了地质-地球物理模型，取得了较好的成果。

1 地质概况及电、磁性特征

1.1 地质特征

地层主要是古元古界龙首山群、中元古界墩子沟群和震旦系韩母山群。龙首山群由片岩、片麻岩、大理岩和混合岩等变质岩组成，为一套浅海—滨海碎屑—碳酸盐夹中基性火山岩建造，属于绿片岩—角闪岩相；墩子沟群的主要岩性是千枚岩、灰岩和砂岩，为浅海相薄层沉积；韩母山群下部以碎屑岩为主，上部由灰岩组成。

马路沟断裂与次级断裂在剖面上呈Y字型，在平面上呈入字型的构造夹持区，岩石破碎程度较高，是热液减压区，为各种地球化学作用矿床次生富集作用提供了有利条件，也为铀矿床的赋存提供了良好空间，是铀成矿的有利空间部位；广泛发育的钠交代(闪长岩附近)具有热液成矿承前启后的重要作用，铀成矿作用延续时间长，多期多阶段，并且晚期叠加早期成矿作用很普遍，因此,多期次热液叠加部位是形成富铀矿体的关键地段。

铀矿床位于马路沟断裂(F101)下盘10 m～300 m范围内钠长石化花岗岩中，矿体侧列，大体与F101平行，铀矿化则赋存于次级东西向扭性断裂构造(碎裂蚀变)带中。矿床一般由多条碎裂蚀变带组成，矿体走向近东西向，向南陡倾，隐伏于地下数米到120 m。单个矿体长数米至120 m，宽十几米至数十米，沿倾斜延伸最大180 m。矿体形态复杂，分支复合、膨涨收缩现象明显可见[6-9]。

1.2 岩石电、磁性特征

由表1可知，区内岩石电性、磁性存在一定的差异，龙首山群大理岩破碎状态下为低阻电性特征，完整的大理岩为高阻电性特征。震旦系、墩子沟群及龙首山群、大理岩无磁性；龙首山群角闪岩磁性变化范围大；钠交代岩、花岗岩整体磁性变化较大，部分为相对中强磁性特征，部分为弱磁性特征；闪长岩体磁性变化范围大，整体磁性较强；含矿化的花岗岩磁性减弱，表现为弱磁特征。

表1 龙首山地区岩石物性参数统计表

Tab.1 Statistics of rock magnetic susceptibility and resistivity in Longshoushan zone

地层岩性电阻率/Ω·m磁化率/×10-5SI范围常见值范围常见值韩母岩群灰岩、变质砂岩2～149墩子沟群千枚岩、硅质条带白云岩、灰岩2～159龙首山群大理岩(破碎)125.4～2631603.9～14.37大理岩(完整)426～23571520角闪岩、角闪片岩10.0～412.0210片麻岩、二长云英片岩117.7～11322574～30.623加里东晚期中细粒花岗岩236～16126824.2～224132蚀变中细粒花岗岩383～1182646中粗粒斑状花岗岩378～1283833164～730590中粗粒斑状花岗岩(矿化岩心)17～4732中粗粒花岗岩12～198120蚀变中粗粒斑状花岗岩587～29491694矿化中粗粒斑状花岗岩100.6～474.2291加里东中期花岗闪长岩32.7～450330钠交代岩18～12072灰白色中粗粒花岗岩72.7～587510加里东早期闪长岩330～1220114095～923255

2 地球物理—地质模型

2.1 铀成矿地质模型

由区内铀矿地质特征可知，深部成矿热液沿断裂构造运移至物理化学场突变部位即压力骤减部位时高压热液产生爆腾，形成隐爆钠交代角砾岩，为后期铀的沉淀提供了良好的赋矿空间。北西向马路沟大断裂及其次级断裂控矿，大断裂的变异部位、主次断裂的交汇部位，最有利于矿化富集。断裂构造多期次活动，钠交代岩的二次破碎是铀矿在钠交代岩体中形成的必要条件。钠交代岩的原岩多种多样，但以中粗粒斑状花岗、中粗粒花岗岩为主，这两种岩性与闪长岩的接触带是最有利于钠交代岩形成的部位[8-9]。在详细了解区域地质特征、结合铀矿床地质特征的基础上,建立了简单铀成矿地质模型[10-13](图1)。

图1 龙首山地区铀成矿模式图Fig.1 Metallogenic model for uranium deposits in Longshoushan zone

图2 龙首山地区地电模型Fig.2 Geoelectric model for in Longshoushan zone

2.2 地电模型

根据区内铀成矿模式，结合岩石电性特征建立了二维地电模型(图2)，图2中1 500 Ω·m(黄色)高阻体代表完整的大理岩，1 000 Ω·m (浅绿色)中高阻体代表闪长岩及碱交代岩等，500 Ω·m(绿色)中阻体代表花岗岩围岩，10 Ω·m(蓝色)、50 Ω·m (淡蓝色)的低阻体分别代表断裂破碎带及蚀变带等。模型中大断裂与其次级断裂在-400 m左右交汇，形成构造结。闪长岩及碱交代岩沿断裂分布。

2.3 地磁模型

根据区内铀成矿模型，结合岩石磁性特征建立了二维地磁模型(图3)，图3中大理岩、花岗岩及破碎带均为弱磁性，磁化率分别为10×10-5SI、20×10-5SI、50×10-5SI，闪长岩沿断裂分布，为中等磁性，磁化率为250×10-5SI。

图3 龙首山地区地磁模型Fig.3 Geomagnetic model in Longshoushan zone

3 模型响应分析

3.1 地电模型响应

由图4可以看出，电磁法2D反演结果能更好地反映断裂及相关地质信息，1D反演结果对断裂位置有较好反映，但对断裂产状、地层电性信息等不能很好反映。铀找矿有利地段，断裂交汇的构造结部位，其次为密集的节理带附近，岩石破碎程度较高，裂隙发育，蚀变较强，电阻率明显降低[7-9]。在图1中，a、d位于花岗岩体及大理岩内，这些部位未受到断裂的影响，岩石完整性好，远离蚀变带，可能在热变质作用下，岩石硅化，反演电阻率较高，一般为100 Ω·m～1 000 Ω·m；b位于闪长岩内，位于断裂附近、热液蚀变、碱交代相对发育，岩石破碎，电阻率一般在50 Ω·m～100 Ω·m左右，呈中等电阻率特征；c位于断裂带内，该部位岩石破碎，节理裂隙发育，部分地段含水性好，在电性特征上呈低电阻率或电阻率梯度变化；e位于“Y”字形断裂交汇部位，岩石破碎程度较高，在电性特征呈现为明显的低阻特征，电阻率一般小于50 Ω·m。

3.2 电磁异常模型的响应

由图5可以看出，由于受构造作用，岩石破碎，同时构造也改造或破碎了原主岩的铁磁性物质结构，使磁性降低，一般在构造部位有相对弱的磁异常信息。闪长岩由于其磁性相对较强，△T磁异常曲线表现弱正磁异常；不同地层、岩性变化地段，△T磁异常曲线有明显异常。在图1中，b、c处由于闪长岩及断层构造的影响，在地表引起明显的中等强度磁异常，磁异常一般为100 nT左右。在大理岩与花岗岩接触地段，由于其磁性差异明显，△T磁异常出现明显由正变负再变正的跳跃、突变等现象。

图4 地电模型1D、2D反演电阻率断面图Fig.4 Resistivity sections of geoelectric model(a)1D反演结果；(b)2D反演结果3.2 地磁模型响应

图5 地磁模型及正演计算△T磁异常曲线Fig.5 Magnetic anomaly curve of geomagnetic model

4 铀矿地质-地球物理找矿模型

1)地质标志。铀成矿有利地段一般位于北西向马路沟断裂、近东西向马路沟次级断裂及破碎带的交汇部位，在平面上呈“入”字型，断面上呈“Y“字型的交叉部位。中粗粒斑状花岗岩、中粗粒花岗岩与闪长岩接触带是最有利于钠交代岩形成的部位，同时在岩体的内、外接触带，碱性热液活动强烈，特别是大规模钾交代发育区段，预示着有可能出现晚期钠交代作用或钠交代型矿化[14]。

2)地球物理标志。图4中铀成矿有利地段一般位于中高阻到低阻梯度过渡带出现扭曲变形地段或中阻低区，反演电阻率一般小于400 Ω·m；铀成矿有利地段一般位于磁异常变化带或较弱磁异常区内，磁场强度一般在0 nT～100 nT之间[15-16]。

5 勘查成果及分析

基于铀矿地质-地球物理模型综合分析，在区内开展了音频大地电磁与地面高精度磁法测量，取得了较好的找矿成果。

图6为S01线电磁测量综合断面图。由图6(a)可知，平距分别为110 m、350 m、690 m、910 m反演电阻率曲线呈现梯度变化带或电阻率等值线不连续或错断，在相应部位△T磁异常曲线也出现变化，推测F1011、F1012、F1013、F1014四个断层。其中F1012为区内控矿断裂马路沟断裂、F1013、F1014为马路沟次级断裂，与F1012上呈“Y”字交叉。与铀成矿有紧密联系的闪长岩主要分布平距为350 m～900 m段的中部，反演电阻率相对较高，一般大于200 Ω·m。

由图6(b)可知，沿测线主要分布有四个闪长岩体(S1、S2、S3、S4)，均分布于F1011、F1012、F1013、F1014断裂附近。S1、S3、S4体积较小，中心埋深均小于150 m ，沿F1012断裂分布的闪长岩S2体积大，其上顶埋深约50 m，向下延深大。

根据区内铀矿地质-地球物理找矿模式推测，F1012、F1013、F1014断裂交汇部位，岩石破碎、裂隙相对发育，其在断面图上呈“Y”字型，附近发育闪长岩，为铀矿找矿有利地段。

后期对物探资料结果进行了钻探查证，在平距分别为600 m、700 m、900 m附近分别施工了ZKb29-3、ZKb29-1、ZKb29-2三个钻孔(图6)，推测的闪长岩分布范围与钻探查证分布范围基本一致，但断裂构造位置、产状有一定差异，F1011、F1012与已知位置吻合，F1013、F1014与已知位置均向北偏移。这也足以说明所建立的地质-地球物理模型是正确的，可行的。

图6 S01线电、测量综合断面图Fig.6 Cross sections of integrated geophysical exploration along line S01(a)电阻率反演断面图；(b)△T磁异常反演剖面；(c)钻探查证断面图

6 结论

1)在龙首山地区铀矿勘查中，利用音频大地电磁测量推断断裂位置及大致产状，利用地面高精度磁法测量确定侵入岩规模及位置，两种方法相结合，可以取得较好的成果。

2)区内铀矿成矿有利地段一般为中高阻到低阻梯度过渡带，出现在扭曲变形地段或中阻低区、磁异常化带或较弱磁异常区内。

3)根据铀矿地球物理—地质找矿模型，综合分析圈定深部铀矿找矿有利地段，实现了地质找矿新突破，取得了好的勘查成果。

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The application of geology-geophysical model to exploration of uranium deposits in Longshoushan zone

WANG Zhi-hong,WANG Bing,DENG Guo-wu,ZHANG Jun-wei

(Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry,Geological Science and Technology Department,shijiazhuang 050002，China)

Electrical model and magnetic model are built by the resistivity and magnetic capacity characteristics of rock.Based on these model,magnetic and electric characteristics are analyzed.It usually tends to form a tectonic fracture,low resistivity and magnetic anomaly in the favorable uranium metallogenic.Builds the uranium deposits geology-geophysical prospecting model of uranium deposit with uranium geology and geophysical characteristics.Through the practice and test,the result shows that fault structure and intrusive rock could be well detected by using the AMT and ground magnetic survey.This proved that it is effective for detecting the favorable uranium area by the uranium deposits geology-geophysical prospecting.

Longshoushan area; geology-geophysical model; electric and magnetic characteristics; favorable uranium metallogenic

2015-08-18 改回日期：2015-10-20

王志宏(1973-)，男，博士，高级工程师，主要从事地球物理生产研究工作,E-mail：wzhsjz@163.com。

1001-1749(2016)06-0715-07

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