钱家店铀矿集区磁放重特征及勘查方向探讨

张仁红，宁媛丽，段晨宇，王正其

（1.核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002；2.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心（重点实验室），河北 石家庄 050002；3.东华理工大学地球科学学院，江西 南昌 330013）

钱家店铀矿集区（以下简称“研究区”）位于松辽盆地西南部内蒙古自治区通辽市境内，地跨科尔沁区、科尔沁左翼后旗及科尔沁左翼中旗3 个县级行政单位，面积约3 300 km2。

最初被发现的钱Ⅱ块铀矿床，是辽河油田勘探管理局在石油勘探过程中，通过石油钻孔γ 测井发现了上白垩统姚家组下段（K2y1）中存在铀异常；后期辽河油田、核工业北京地质研究院、核工业二四三大队等多家勘查、科研单位，经多年的铀矿勘查实践，不断落实、扩大［1］。到目前为止，该地区已相继发现了钱Ⅱ、钱Ⅲ、钱Ⅳ和宝龙山、海力锦铀矿床，以及大林-双宝铀矿带。从该区勘探前景看，仍有继续扩大的趋势，预计将来该区可能发展成为我国北方中新生代沉积盆地中又一个规模巨大的砂岩型铀矿集区。

研究区大地构造上位于松辽盆地的西南隆起区与开鲁坳陷过渡部位的钱家店凹陷东北端［2］。钱家店凹陷处于开鲁凹陷东北部，是一个次级负向构造单元。凹陷呈北东-南西向带状展布，是在海西褶皱基底上发育起来的中新生代断坳叠合型凹陷［2-4］。区内地层自下而上可分为古生代变质岩和岩浆岩基底，下白垩统义县组、九佛堂组、沙海组、阜新组和上白垩统泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组，其上为古近系-第四系的松散沉积物。

区内砂岩型铀矿化主要分布于上白垩统姚家组下段（K2y1），其次产于上白垩统泉头组、青山口组、嫩江组和新近系泰康组。铀矿化类型按其成因可分为同生沉积后生层间氧化叠加型、同生沉积及潜水氧化淋滤型3 种类型［5］。同生沉积后生层间氧化叠加型，主要发育于上白垩统姚家组和泉头组中，以层间氧化为主，发育在盆地内部反转构造形成的剥蚀天窗周边，是松辽盆地主要的工业铀矿类型，找矿潜力大。

研究区已知铀矿化分布严格受NNE 向F2-1断裂（中央断裂带-西支）、近EW 向F5断裂（西拉木伦深断裂）和近SN 向F6断裂（通榆-康平或八面山断裂）三组深断裂夹持和围限。目前已发现的工业铀矿化，均产于西拉木伦深断裂（F5）以北。

铀矿化主要受NE 向次级断裂控制，且NE向与近EW 向断裂交汇处矿化异常最为密集，说明NE 向断裂对铀矿化具有控制作用。据航磁资料推断，NNE 向、近EW 向次级断裂控制着地下浅部侵入的隐伏辉绿岩脉分布。铀矿（床）区内的主要控矿因素有5 个，即上白垩统姚家组、辫状河相砂体、断裂构造的多重作用、层间氧化带及基性岩浆侵入带来的热液改造［6］。

本文的主要研究思路：基于钱家店铀矿集区地球物理场背景，从研究区“磁放重”地球物理特征场的角度进行综合推断与解释，捕捉特征场与砂岩铀成矿密切相关的构造-建造-改造方面的特征信息。旨在分析铀矿（床）区内已知矿床平面空间分布与地球物理特征场（或称异常场）的对应关系，建立其与砂岩铀成矿地质环境之间的内在联系，进一步探讨研究区其他地段砂岩型铀矿找矿方向。

1 区域地球物理场特征

1.1 磁场特征

研究区磁场面貌总体表现为弱负磁场背景，磁场变化较平稳，磁场幅值变化一般在0～-120 nT 之间［7］。磁异常展布方向各异，中西部以NE、NNE 和NW 向为主，仅在通辽-大林及以东一带，局部正负磁异常呈近EW 向断续相间分布（图1a、b）；东部边界以近SN 向展布的巨型正磁异常带为主，该异常带主要反映了前寒武纪变质结晶基底（An∈）及华力西期中酸性侵入体（γ43）的磁场特征。

此外，叠加于中西部背景场上的局部磁异常，多呈团块状和短轴状。根据磁异常幅值大小，大致可分为低磁异常（0～50 nT）和高磁异常（60～200 nT）两种类型。推测低磁异常主要为基底局部凸起引起，高磁异常为隐伏中酸性侵入岩和中基性火山岩（J3、βν、βQ）的强磁性反映。

在航磁ΔT化极上延3 km 后，NE 向、近SN向区域磁异常展布特征更为突出，研究区中南部NW 向展布的局部异常连续性差，呈不规则形态断续分布（图1c），说明NE 向、近SN 向异常相较于中南部NW 向展布异常是由更深的地质体引起。

从图1a、b 中可以看出，研究区磁场面貌在线性构造特征反映上较为明显。初步认为NNE 向展布的F2-1断裂是控制钱家店铀矿集区的主干断裂，从南至北基本表现为贯通全区的线性低值异常带，并且位于F2-1断裂两侧的次级断裂，也有较为明显的磁异常梯度带和磁场改变带的表现。F5断裂表现为近EW 向展布的串珠状异常，且断裂南北两侧的磁异常方向变化明显。而F6断裂位于研究区东部近SN 向正磁异常带西侧的密集线性梯度带上，磁场特征反映出断裂两侧基底岩性差异明显。在F5断裂以北，钱家店铀矿集区周边，局部磁异常多呈环形带状和不规则状分布，受次级断裂控制作用明显。而F5断裂南侧，在片状弱磁异常背景中叠加了大量的团块状异常，这些异常明显受NW 和NE 向断裂控制（图1a）。

图1 研究区航磁ΔT 化极等值图Fig.1 Contour of aeromagnetic △T after reducing to the pole in the study area

以上航磁特征研究成果表明，利用处理后的高精度航磁测量资料，进行航磁区域场特征分析，可以明确推断盆地基本断裂构造格架及分布特征，包括深断裂、区域大断裂和次级断裂等；能够大致判断盆地（或坳陷）基底特征、沉积盖层分布与沉积物性质；圈定半隐伏及隐伏局部磁异常等重要的地质构造要素和成矿环境问题。

1.2 放射场特征

区域航放资料表明，研究区航空放射性场分布存在一定的规律性。从航放铀含量（U）、铀增量（ΔU）等值线平面图（图2a、b）可以看出，铀含量均值约1.82 ×10-6，一般铀含量变化在（1.10～2.20）×10-6之间，局部高值地段可达2.40 ×10-6以上。研究区内铀含量总体表现为低值背景特征。

图2 研究区航放铀含量、铀增量等值图Fig.2 Contours of aerial radioactivity uranium content and uranium increment of the study area

2019 年，在内蒙古自治区通辽地区开展野外地面放射性调查证实，本区地面伽马能谱铀含量的高低变化，与不同类型第四系沉积物分布有着十分密切的关系。主要沉积物类型有河漫滩沉积物、现代河床和风成沙三种。其中，河漫滩沉积物分布区实测铀含量最高，平均为2.05×10-6，且钍含量也最高，平均为7.70×10-6；其次为现代河床沉积区，平均为1.49×10-6；最低是风成沙覆盖区，平均仅为1.16×10-6。在研究区范围内确为低放射性背景（图2a），仅在西辽河和新开河河道漫滩沉积物分布区（带），形成了较为明显的南北两条铀偏高-高值带，证实这些偏高-高值带的形成与表生带铀的迁移富集有关［7］。

尽管研究区中部地段，航空放射性场受表生带铀富集作用的影响较大，客观上掩盖了来自深部潜在铀矿化贡献的铀含量增高信息，但从铀含量和铀增量图上还是可以看到，与偏高-高值带相邻的背景区域（亦包括高值带中局部地段）的铀含量和铀增量存在着微弱增高显示（图2b），铀含量的变化范围在（1.9～2.2）×10-6，铀增量在（0.1～0.3）×10-6之间。

以上研究区航空放射性与地面放射性测量数据对比说明，虽然盆地内第四系覆盖厚，压制了目的层放射性信息的贡献，但是深部铀矿化信息在航放区域场上还是有较明显体现的。再运用“方差法”数据处理和航放弱信息增强处理等技术手段，可以更有效地提高潜在铀矿化贡献信息的识别度。这也为航空放射性测量方法在北方砂岩盆地铀矿找矿提供了方法支持。由于方法原理不是本文重点，在这里不再展开叙述该内容。若有对此方法感兴趣的同行，可以参考文献［8］。

1.3 重力场特征

整个研究区布格重力异常场面貌，相对于磁场特征来说较为简单。从图3 可以明显看出，以大林—宝龙山一线NW 向的重力异常梯度带为界，梯度带两侧重力场高低差异较为明显。南北可分为重力低值区（-17～-31）×10-5m/s2和重力高值异常区（-16～-5）×10-5m/s2。图3 中可以看出，重力场特征与基底隆坳的对应关系较好［7-8，12］。笔者分析认为，西南部重力低值区对应于开鲁坳陷范围，东北部及东部的重力高值区对应于（狭义的）西南隆起区。

值得特别注意的是，在架玛吐附近分布一个NNE 向椭圆状重力高值区，推测可能对应于架玛吐凸起。在其南西侧还分布一规模较小的NNE 向展布的椭圆状偏高重力异常，推测可能为一规模较小的局部凸起构造。在舍伯吐—通辽一线，分布一NNW 向重力低值异常区，由于受F5断裂改造，重力异常走向向西南异常方向发生明显改变，推测其为一基底凹陷。而位于F5断裂南东方向的片状重力高值区，推测为前寒武纪结晶基底（An∈）或局部叠加华力西期中酸性侵入体（γ43）分布区。

图3 中显示，研究区深断裂、大断裂重力特征明显。其中大林—宝龙山一线重力异常梯度带和架玛吐镇—大林一线的串珠状重力异常带，分别对应NW 向断裂（Fg1）和NNE 向F2-1深断裂通过的位置。而F5断裂在重力场上表现为南北两侧重力异常的形态和方向的改变。研究区重力异常变化趋势，大体呈自东向西逐渐降低的特征。宝龙山—北西一线也表现为重力异常梯度带，推测为西南隆起区与钱家店凹陷的分界断裂位置（Fg1）。该断裂南北两侧同样分布各一条与之平行的NW 向断裂，其重力场特征基本相似。

图3 研究区布格重力等值图Fig.3 Contour of bouguer gravity and faults in the study area

1.4 磁放重组合特征

研究区磁场为弱的负磁场背景，幅值变化较平稳，一般在（0～-120）nT 之间。航放铀含量一般在（1.10～2.20）×10-6之间，均值约1.82×10-6，总体表现为低放背景。钱家店铀矿集区布格重力异常值在（-23.3～-11.0）×10-5m/s2之间，有较为明显的重力梯度变化，故此推断矿（床）区位于重力异常梯度带过渡部位。在钱家店铀矿集区及周边，平稳的弱负磁背景反映了沉积盖层岩石地层组合以陆相碎屑沉积物为主；上白垩统上覆一定厚度新生界地层导致航放铀含量为偏低背景。重力异常梯度带指示基底埋深具有明显变化的特点。

综合上述航磁、航放和重力场特征，笔者认为钱家店铀矿集区主要表现为“弱磁环境、低放背景和重力梯度变化带”的地球物理场组合特征。

1.5 半定量预测

砂岩型铀矿的形成有其特殊的地球化学环境，并反映在地球物理场上，如磁场、伽马场和重力场等。半定量预测技术根据已知矿床的地球物理场特征，选取各物理场及其相关转换场组合关系，通过调整矿床与物理场的相关系数、有利信息面积比及菲舍尔判据等参数，来确定最佳场值组合关系，然后应用到整个研究区。

应用半定量预测技术，采用覆盖研究区范围的“磁放重”数据中31 种地球物理转换参量对研究区进行了成矿有利度预测［7-8］。从图4中可以看出，在研究区中部，成矿有利度高值带沿F2-1断裂走向展布特征最为突出。F2-1断裂西侧的Fg1与F5断裂夹持区，有利度信息较为集中，其他地段相对较为分散。

图4 研究区砂岩型铀矿半定量建模预测成矿有利度分布图Fig.4 The distribution map of uranium metallization favorability with semi-quantitative modeling prediction of study area

2 断裂构造与成矿特征分析

2.1 主要断裂构造与断块升降

Fg1断裂走向NW，它是对盆地基底形态产生明显改造的区域性断裂带，控制着断裂南北两侧盆地基底断块升降。Fg1断裂北侧断块明显抬升，形成（狭义的）西南隆起区，而南侧断块相对沉降，逐步发育形成了开鲁坳陷（见图3）。

F2-1断裂走向NNE，线性特征在磁场、重力场上均有明显反映。它及其旁侧的次级断裂自晚白垩世以来的继承性活动，也明显地控制着局部断块的升降（见图1）。分析认为，F2-1断裂西侧以块体沉降为主，即钱家店凹陷单元。东侧则以抬升为主，即架玛吐凸起单元。

根据重磁特征推测，在该断裂带的不同地段，断裂两侧的升降幅度也存在明显差异。如腰哈根艾里构造天窗部位的抬升作用较强烈［6］，而沿F2-1断裂向北东或向南西延伸方向，相对升降作用可能较弱。

2.2 断裂构造与铀矿化

F2断裂位于松辽盆地中部，包括F2-1和F2-2断裂两支。图5 中的F2-1为中央断裂带的西支断裂，断裂带的影响宽度可能有几千米至十几千米。由于该断裂带局部地段受NW 向断裂改造影响，导致了浅部磁场特征不连续。主要表现为宽缓区域异常的梯度带，局部为不同磁场分界线（图1a）。仅在F2-1断裂南北两端，表现为跳变场与平静场的分界线。上延3 km 后，F2-1断裂处于NNE 向展布的负磁异常带内，基底断裂特征反映显著（图1c）。

F2-1断裂形成于早白垩世，晚白垩世—古新世有明显的继承性活动［9］，它主要控制着开鲁坳陷的形成与发育。后期的构造反转作用导致上白垩统地层反转，上部地层遭受长期剥蚀，形成构造天窗［10］。

从图5 可知，研究区已发现的海力锦、钱Ⅱ、钱Ⅳ、宝龙山铀矿床和大林-双宝铀矿带的空间分布基本上受F2-1的控制，且向南西和北东方向有较好的发展趋势。研究区内找矿目标层姚家组下段（K2y1），因受反转构造隆升影响，易于遭受剥蚀而裸露地表，形成构造天窗，天窗使姚家组地下水承压力减小，形成局部排泄源，从而改变了地下水循环体系，有利于形成层间氧化带。铀矿化主要受断裂构造、沉积相与砂体、后生还原改造、后生氧化、热流体改造等因素控制，属于复合成因的层间氧化带型砂岩铀矿床［6，10］。

图5 研究区推断断裂构造与砂岩型铀矿化分布关系图Fig.5 The distribution relation of inferred faults and uranium mineralization of study area

3 勘查方向探讨

从已发现铀矿及铀矿化分布来看（图5），F2-1断裂（含次级断裂）明显控制着铀矿化的平面空间展布。成矿有利度偏高-高值带亦表现为NNE 向展布，规模也远远超出了已知铀矿化分布范围（图4）。以下为各铀矿床磁、重特征：

钱Ⅱ、钱Ⅳ块铀矿床位于钱家店镇NNE 向的胡力海镇一带，处于F4主干断裂西侧，东与宝龙山铀矿床相对分布，南东侧为大林-双宝铀矿带。航磁区域场处于弱磁背景，梯度变化小，属平稳降低的负磁场，磁场幅值在（0～100）nT 之间。处于架玛吐凸起（重力高）和乌兰花凸起（重力偏高）夹持部位，平面形态为东、西、北三面呈反“U”型的重力梯度带，向南西侧为钱家店凹陷，布格重力异常值在（-22～-15）×10-5m/s2之间，重力梯度变化较小。

宝龙山铀矿床位于科左中旗宝龙山-白兴吐一带，处于F4主干断裂东侧，西与宝龙山相对分布，南西侧为大林-双宝铀矿带。航磁区域场处于弱磁背景，梯度变化小，属平稳降低的负磁场，磁场幅值在（-100～0）nT 之间。处于架玛吐凸起（重力高）西南部边缘，平面形态为东、西、南三面呈“U”型的重力梯度带，向南西进入钱家店凹陷，布格重力异常值在（15.0～-4.0）×10-5m/s2之间，重力梯度变化较大。

大林-双宝铀矿带位于西辽河钱家店段的南岸，钱家店镇东侧大林-双宝窝铺一带，处于F4主干断裂东侧，沿北东方向与宝龙山铀矿床展布方向基本一致，北西侧相隔F4断裂，与钱Ⅱ、钱Ⅳ块铀矿床相对应。航磁区域场处于弱磁背景，梯度变化小，属平稳降低的负磁场，磁场幅值在（-100～0）nT 之间。大林-双宝铀矿带处于架玛吐凸起南西侧的低凸起（重力偏高）与凹陷过渡部位，低凸起为NNE 向展布的椭圆状，表现为NNE 向展布的宽缓重力梯度带，向南西进入深凹陷区，布格重力异常值在（-20.0～-15.0）×10-5m/s2之间，重力梯度变化较小。

海力锦铀矿床位于F4断裂西侧，处于新开河以北地区，大地构造位置属瞻榆凹陷，推测与其他铀矿床部位基底性质存在明显差异。航磁区域场为弱负磁背景，磁场幅值在（-50～-100）nT之间。位于架玛吐凸起（重力高）西北侧的重力梯度带上，梯度带呈朝向北的“U”型展布，布格重力异常值在（-16.0～-10.0）×10-5m/s2之间。

从研究区“磁放重”特征综合分析认为，早白垩世坳陷沉积时期，F2-1断裂控制着上白垩统岩性岩相分布，后期断裂活化作用使上白垩世坳陷地层发生反转，之后由于长期剥蚀形成局部构造天窗。构造天窗部位地下水承压力减小，形成局部排泄源，有利于层间氧化带形成。

建议今后研究区勘查方向，应当重点沿F2-1断裂带走向方向，即向北东方向和南西方向向外推移，并且可向其东西两侧控制一定的勘探网格间距和延长一定的勘探线长度。

4 结论

1）通过对研究区航磁、航放和重力场特征的综合研究，揭示了研究区地球物理场背景。研究成果显示，利用地球物理异常场（或称特征场）信息，可以建立其与区域地质背景、砂岩型铀成矿地质环境以及控矿因素、找矿线索之间的内在联系。

2）航磁、重力资料可大致推断主要断裂展布方向、规模和性质，分析断裂对基底岩性岩相分布、局部断块升降，以及其对沉积盖层反转的影响。半定量预测结果可以间接指示砂岩型铀成矿有利区段。特别是磁重资料联合处理与解释，能够清晰反映覆盖区区域构造格架和构造背景。

3）航磁、航放和重力资料三者结合，可以有效地指导研究区进一步的铀矿勘查工作方向，并且可以将研究区“磁放重”地球物理场组合特征推广到松辽盆地的其他地段，是一种快速分析铀成矿条件的地球物理找矿手段。