内蒙古卫境地区铀矿找矿预测

余长发, 张元涛

(核工业北京地质研究院， 遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室， 北京 100029)

近年来，遥感技术已经成为地质勘查中的重要手段之一。其应用主要表现为利用遥感技术和图像信息处理技术，快速而有效地提取与区域成矿相关的构造和蚀变信息。一方面，利用遥感影像开展区域构造解译，可以直观、逼真地反映构造要素特征及其空间展布规律；另一方面遥感技术具有宏观性的特点，能在宏观上分析和研究区域地质构造格局，进而开展区域构造控矿作用研究[1-3]。在遥感影像上，构造信息通常以不同的纹理、色调、地形地貌突变、水系的变化等线性特征表现出来[4-5]，如线性连续的沟谷、节理、构造破碎带等。大量研究表明，遥感影像线性构造大多反映的是构造应力作用下的地层、岩石的形变带、软弱带，是导矿与容矿的场所[6-7]。通过对构造的遥感解译与分析，从不同侧面揭示地质构造和地质活动特征，为不同区域的成矿预测提供了重要的遥感信息[8-12]。

卫境地区位于内蒙古自治区中北部，属于巴音宝力格隆起铀成矿带。前人在该地区发现了大量的花岗岩型铀矿化点、异常点，显示出该区优越的花岗岩型铀成矿潜力[13]。特别是近年来核工业208队在该地区开展了新一轮的铀矿资源潜力评价，通过钻探查证工作，在卫境查干哈达地区发现了多处较好的工业铀矿化，进一步揭示了该地区具有巨大的铀成矿潜力[14]。但是，由于已有的工作大多集中在重点地段，对整个卫境地区的研究较薄弱。拟利用遥感技术宏观性的特征，对整个卫境地区开展遥感构造解译，分析研究区的构造格架，并结合已有的地质资料，探讨构造与铀成矿的关系，为进一步开展铀矿勘查提供依据。并根据遥感解译查证结果，开展大比例尺γ能谱扫面测量工作，圈定潜在铀矿化异常。

图1 卫境地区区域地质简图[17]Fig.1 Regional geological sketch of Weijing area[17]

1 区域地质背景及铀矿化地质特征

1.1 区域地质背景

卫境地区位于内蒙古自治区中北部，巴音宝力格隆起铀成矿带西南段。大地构造位置位于西伯利亚板块南缘与华北陆块北缘接壤部位(图1)[15]，中亚造山带中部，艾勒格庙-锡林浩特前寒武系地块的中西段[16]。

区内发育的主要地层有青白口系艾勒格庙群大理岩、石英片岩、炭质板岩等；二叠系大石寨组变质流纹岩、晶屑凝灰岩、炭质板岩等；白垩系白彦花组泥岩、砂岩等。其他还有长城系、侏罗系以及第四系地层零星出露。其中青白口系艾勒格庙群和二叠系大石寨组是主要的含矿地层。区内褶皱、断裂构造十分发育，褶皱构造以贵勒斯泰背斜和西力庙向斜为主体。断裂构造以区域性近东西向西力庙-达青牧场大断裂和北东向二连-达茂旗大断裂为主[13]，其他还发育多组北东向、近东西向和北西向次级断裂。已有的研究表明，近东西向断裂与铀矿化关系密切。区内岩浆岩十分发育，以志留纪、二叠纪和侏罗纪花岗岩体为主，兼有二叠纪闪长岩(图1)。其中与铀矿化密切相关的主要是侏罗纪黑云母花岗岩。

1.2 主要铀矿化地质特征

目前，卫境地区已经查明的铀矿化主要产于查干哈达和巴彦敖包地区[17-18]。

查干哈达地区地表铀矿化主要产于侏罗纪中粗粒黑云母花岗岩的碎裂带中，矿化体呈脉状，走向与东西向断裂一致，受断裂构造与碱交代体控制。钻探结果显示，在侏罗纪花岗岩体内部以及与艾勒格庙群变质岩接触带附近均发育铀矿化，围岩蚀变主要有硅化、褐铁矿化、赤铁矿化等，铀矿化受接触带或岩体内部的碎裂带控制明显，沿裂隙面可见沥青铀矿充填。

巴彦敖包地区的铀矿化主要产于二叠纪花岗岩与青白口系艾勒格庙群变质岩的接触带中，矿体空间展布与接触带平行，地表铀矿化大多受后期北西向等次级断裂构造控制[17]。围岩蚀变主要有硅化、赤铁矿化、褐铁矿化等。

2 构造遥感解译

2.1 遥感数据

近年来，中国高分遥感数据在地质填图与找矿中得到了良好的应用[19-20]。遥感解译主要是基于高分二号(GF-2)卫星L1A级遥感数据(景号：L1A L1A0002253019、L1A0002253015、L1A0002246573、L1A0002246602等6景数据)，采集时间为2017年3月18日。GF-2卫星于2014年8月发射，全色图像分辨率1 m；多光谱图像包含4个波段：0.45～0.52、0.52～0.59、0.63～0.69、0.77～0.89 μm，空间分辨率4 m。重访周期5 d，星下点影像空间分辨率可达0.8 m[21]。

进行遥感构造解译之前，在ENVI5.3软件中对数据进行了大气校正、图像融合等预处理，以满足遥感地质解译应用的需求。

2.2 构造遥感解译

利用遥感技术开展构造解译以及铀成矿预测已经得到了良好的应用[22-23]。将经过预处理完成之后的遥感数据导入ArcGIS软件平台，主要通过目视解译的方法在ArcGIS软件平台完成遥感构造信息提取。通过观察分析遥感影像的特征，并结合已有的地质资料，建立工作区构造遥感解译标志，主要包括纹理标志、色调标志、水系标志、地貌标志等(图2)。

根据构造遥感解译标志，通过目视解译与人机交互解译的方法开展构造解译。结果显示，工作区主要发育北东东向、北北东向、近东西向、北西向、近南北向5组构造。不同级别的线性构造与成矿的关系是不同的，深大断裂控制着矿田或成矿带的位置，而有工业远景的矿床往往分布在与主干断裂斜交或平行的次级断裂带和节理带中[6]。因此，划分线性构造级别对铀成矿预测具有重要的意义。线性构造级别的划分没有明确的标准，主要依据线性构造的延伸规模、展布特征、纹理特征、清晰程度及在区域构造中的作用综合划分。根据以上划分依据，综合将遥感解译构造划分为3级。

其中1级构造两组(北东-北东东向F12、北北东向F11，图3)。北东-北东东向F12和北北东向F11是重要的控岩控矿构造。从区域上看，两组1级构造将卫境地区大致分为3个部分：西北部、中部和东南部。

图2 构造遥感解译标志 Fig.2 Marks of remote sensing interpretation

图3 遥感解译构造与铀矿化分布Fig.3 Distribution of remote sensing interpreted structures and uranium mineralization

3个不同地段的构造发育情况完全不同，西北部主要发育近东西向的2级构造，发育少量平行于F11的次级北北东向构造；中部地区构造活动强烈而且复杂，北西向构造、北东向构造、南北向构造均有发育，其中以北西向构造最为发育；而东南部构造发育则较弱，主要发育次级北东-北东东向构造。

此外，卫境地区的铀矿化在3个不同地段也具有明显的差异。从区域上看，卫境地区的铀矿化大多分布在两组1级构造F11和F12附近，或者分布在1级构造与近东西向、北西向次级构造交汇部位，北东-北东东向F12和北北东向F11构造与工作区铀矿化关系十分密切(图3)。但是，具体到3个不同地段的铀矿化又有不同。西北部铀矿化主要产于北北东向F11构造与近东西向F23构造交汇部位、或者是次级北北东向F21构造与近东西向F22构造交汇部位(图3)。总体而言，北北东向F11构造及其次级构造与近东西向构造的交汇部位是重要的铀矿化空间。中部地区构造复杂，铀矿化相对较弱，大多沿着北西向2级构造(如F25)分布。东南部铀矿化特征明显，大多沿着北东-北东东向F12构造分布(图3)。

2.3 野外验证

为判别遥感解译构造的准确性以及解译构造与铀矿化的关系，选取代表性的解译构造进行野外查证。结果发现，解译构造主要表现为：断裂构造、构造破碎带、强烈片理化地层以及岩体中广泛发育的平行节理。尤其在苏莫查干敖包地区发现了受北东东-北东向F12构造控制的铀矿化构造破碎带(图3)。构造破碎带倾向315 °～345°，倾角39°，地表沿走向延伸超过500 m，铀矿化以构造破碎带的形式断续产出。围岩为大石寨组三段炭质板岩、片岩，板理、片理产状与构造破碎带产状一致。构造破碎带中岩石发育强烈的硅化、钠长石化、赤铁矿化、褐铁矿化、碳酸盐化等蚀变(图4)。

岩石样品镜下鉴定结果显示其主要成分为钠长石、石英，次生矿物为方解石、褐铁矿、赤铁矿等。岩石具有变晶结构，块状构造。钠长石有两种形态：一种为半自形柱状；另一种为梳状集合体，呈脉状，被后期的石英脉等穿切。少量金属矿物主要是黄铁矿和褐铁矿残留，大部分充填在钠长石颗粒间。分析岩石原岩为钠长石化岩，在后期动力变质作用下，发生碎裂岩化，可见有石英脉、钠长石脉以及碳酸盐脉沿裂隙充填。

野外查证中发现的重要矿化异常点均采样分析，样品分析在核工业北京地质研究院分析测试中心完成，分析方法采用《硅酸盐岩石化学分析方法》(GB/T 14506.30—2010)要求，利用德国赛默飞公司产高分辨电感耦合等离子体质谱仪(仪器型号为Element XR)完成分析测试。主要矿化异常样品岩石地球化学分析结果(表1)显示，U含量为220×10-6～4 448×10-6，Th含量为142×10-6～3 244×10-6，表明该地区铀矿化异常明显。

Fe为褐铁矿;Py为黄铁矿;Ab为钠长石;Q-Vein为石英脉; C-Vein为方解石脉; Ab-Vein为钠长石脉图4 典型铀矿化异常样品照片Fig.4 Photos of uranium mineralization samples

表1 样品地球化学分析结果

在野外查证中发现，卫境地区构造以北西向最为发育，其次为北东向、近东西向和南北向。显示卫境地区的构造十分发育且复杂，经历了多期次的构造演化过程，区域构造应力场从加里东期到燕山期一直在发生变化，导致区内构造变形强烈[17,24]。但是，区内的主要构造格架是清晰的，以北东向、北西向和东西向构造为主，北东-北东东向F12和北北东向F11构造是区内重要的控岩控矿构造和格架构造，形成时间较早，后期发生变形；北西向构造形成较晚，多为次级构造。F12构造在苏莫查干敖包地区发现有较好的露头(图5)，为一前人剥土废弃的人工露头，构造破碎带产于大石寨组三段炭质板岩、片岩中，岩石十分破碎，断层带内可见断层泥，发育强烈的硅化、赤铁矿化、褐铁矿化等蚀变。断层倾向315°～345°，倾角39°。

3 γ能谱扫面测量

γ能谱测量是铀矿勘查中常用方法之一，能够快速、高效提供区域放射性信息，对研究与铀矿化有关的蚀变带、侵入体等地质问题具有重要的作用[25-28]。根据遥感解译的野外查证结果，选定了敖包吐—苏莫查干敖包地区开展γ能谱扫面测量工作。

图5 铀矿化构造破碎带野外照片Fig.5 Field picture of uranium mineralized tectonic fracture zone

研究区γ能谱扫面测量按1∶10 000比例尺展开。采用的仪器为便携式γ能谱仪(HD-2002)，使用前对仪器进行了放射性计量检定，并取得合格证书。测量方法按照《地面伽玛能谱测量规范》(EJ/T 363—2012)要求，设计了20 m×100 m(线距100 m，点距20 m)的网格，测线走向NW，共设计完成74条线，8 722个γ能谱测量点，完成检查测量点918个，U、Th、K合格率均满足要求(表2)，证明γ能谱测量数据真实可信。

γ能谱扫面测量结果显示，U背景值为3×10-6，Th背景值为13.55×10-6。单套地层中，以黑云母花岗岩中的U、Th背景值最高(U含量为3.64×10-6，Th含量为38.83×10-6)，并且在黑云母花岗岩中Th/U为2.05～58.59，表现出Th的强烈富集以及U的迁移。

γ能谱测量数据处理在ArcGIS平台进行，采用克里金插值法制作了测区各元素含量等值线图。

由图6可知，苏莫查干敖包地区U背景值较低，U含量小于3×10-6范围或3×10-6～6×10-6区间。异常主要分布在二叠系大石寨组三段的炭质板岩中，呈北东向延伸的带状分布。结合遥感解译构造可以发现，U异常主要沿着北东向构造或者北东向构造与次级北西向构造的交汇部位分布，受构造控制作用十分明显。尤其在测区东北部异常发育十分明显，往东南延伸逐渐变弱，断续出露，可能是由于第四系覆盖较厚，铀异常不明显。

苏莫查干敖包地区Th的总体分布明显受地层控制(图7)，二叠系大石寨组炭质板岩中的Th含量最低，白垩系黑云母花岗岩中Th的含量最高。此外，钍铀共生的特点也较明显，在二叠系大石寨组炭质板岩中U异常发育的地区，Th含量也相对较高。在3～28号点测得Th含量930.51×10-6，3～23号点测得Th含量799.23×10-6，99～186号测得Th含量887.1×10-6。但是Th异常多呈单点式异常出现，异常延伸不好。

表2 测区能谱测量参数统计

图6 敖包吐—苏莫查干敖包地区γ能谱U异常与遥感解译构造分布Fig.6 Distribution of γ spectrum U anomaly and remote sensing interpreted structures in Obotu-Sumochagan Obo area

图7 敖包吐—苏莫查干敖包地区γ能谱Th异常与遥感解译构造分布Fig.7 Distribution of γ spectrum Th anomaly and remote sensing interpreted structures in Obotu-Sumochagan Obo area

4 结论

(1)卫境地区构造遥感解译结果表明，研究区内构造十分发育，构造组合型式复杂，构造以北东向、北西向和东西向为主。提出了北东-北东东向F12和北北东向F11构造是区内的格架构造，也是重要的控岩控矿构造的新认识。

(2)遥感解译构造与卫境地区铀矿化具有密切的联系，北东-北东东向F12和北北东向F11构造与次级近东西向构造、北西向构造、地层接触带等的交汇部位与γ能谱扫面测量发现的铀矿化相吻合，是铀成矿的有利空间部位，具有良好的铀矿找矿前景。

(3)γ能谱测量结果显示，在苏莫查干敖包西南地区存在受北东向构造控制的U、Th放射性异常带，表明该地区具有良好的铀成矿潜力。