松辽盆地中敖本台地区放射性变化特征及铀矿找矿潜力分析

郝晓飞，王常东，张韶华，李杨

（核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000）

松辽盆地是我国东北部具断、坳双重结构的大型中-新生代沉积盆地［1］。近年来，随着在盆地西南部钱家店、宝龙山中-大型砂岩型铀矿床及多个铀矿产地的陆续发现，使得松辽盆地西南部已成为我国砂岩型铀矿找矿的重要地区之一［1-6］。中敖本台地区位于松辽盆地西南部目前发现的主控矿氧化带西侧，由于前期勘查主要集中在氧化带的东侧，且找矿成效显著，致使对氧化带西侧的勘查投入有限，亟需加强对氧化带西侧铀成矿条件的研究与分析。

笔者通过对中敖本台地区深部钻孔伽马测井照射量率及1∶5 万放射性测量数据的统计分析，初步对比研究了区内深部及地面放射性变化特征，归纳了铀迁移富集规律，评价了铀成矿潜力，并开展了成矿远景预测，以期对主氧化带西侧铀矿找矿工作的突破提供依据。

1 地质背景

松辽盆地位于中亚造山带东段，盆地四周以深大断裂为界（图1a）［7-10］。中敖本台地区位于松辽盆地西南部，跨越了松辽盆地中的开鲁坳陷及西南隆起区两个二级构造单元［11-13］。前人资料显示，研究区基底及边缘广泛分布有加里东期、华力西期和燕山期花岗岩及花岗闪长岩，其中以华力西期花岗岩分布最广［13-14］；盖层由中-新生代沉积地层组成。区内主要发育北东、北西和近东西向三组断裂，且以北东向断裂为主（图1b）。这些断裂多为基底断裂的继承性断裂或嫩江期末构造反转形成的同期派生断裂，沟通了深部与地表的联系，将深部的物质和能量传递至地表，主要表现为沿断裂深部还原流体的上涌与基性脉岩的充填［1，11，13-14］。此外，部分学者认为沿断裂侵位的基性脉岩为本区铀成矿提供了成矿流体及热源［15-21］。

图1 松辽盆地大地构造位置（a）及中本敖台地区构造背景简图（b）Fig.1 The tectonic location of Songliao Basin（a）and schematic map of structural background in Zhong’aobentai area（b）

2 数据来源及分析处理方法

2.1 数据来源

本文放射性变化特征分析数据主要来源于研究区伽马测井照射量率数据和地面放射性测量数据。伽马测井照射量率数据均为核工业二四三大队完成的勘查钻孔测井所得，共收集数据298 组，垂向数据采集点距均为0.05 m。地面放射性测量数据主要包括地面伽马能谱测量、土壤钋-210 测量和放射性水化学调查测量，均为核工业二四三大队在2016—2020 年针对研究区开展的1∶5 万矿产地质调查过程中采集所得［22-23］。其中地面伽马能谱数据为46 230个，采集网度为500 m×100 m；土壤钋-210 测量数据为6 614 个，放射性水化学数据为751 个。

2.2 数据分析处理方法

2.2.1 伽马测井照射量率数据

伽马测井照射量率可用来表征地下放射性元素的变化特征。本次对研究区内298 个钻孔的伽马测井照射量率数据按不同深度进行均值统计（表1），用以研究区内放射性含量的变化特征。但考虑到该统计方法忽略了不同深度岩性不同这一实际情况对放射性含量变化的影响，为了更加具有说服力，本次按不同地层对研究区内各钻孔提取了第四系、嫩江组、姚家组上段、姚家组下段伽马测井照射量率均值，并对数据进行了分析处理（表2）。

表1 中敖本台地区不同深度伽马测井照射量率特征参数统计表Table 1 The characteristic parameters of gamma logging at different depths in Zhong'aobentai area

表2 中敖本台地区不同层位伽马测井照射量平均值统计表Table 2 The average expose rate of gamma logging at different layers in Zhong'aobentai area

2.2.2 地面放射性测量数据

针对地面各类放射性数据，经迭代剔除后进行各类参数的计算（表3）。其中，针对数据采集时间跨度较大，受测量时间及测量仪器影响相对较大的地面伽马能谱数据进行了衬度处理，以消除因测量年度不同可能引起的数据系统误差。

表3 中敖本台地区地面放射性测量特征参数统计表Table 3 The characteristic parameters of surface radioactivity measurement in Zhong'aobentai area

3 放射性特征分析

3.1 深部放射性特征分析

从研究区内298 个钻孔的不同深度伽马测井照射量率统计结果可以看出（表1），随深度的增加，伽马测井照射量率平均值（以下简称“均值”）有增大的趋势。其中0～120 m均值变化较小，这是因为该埋深范围均为第四系，放射性元素含量整体偏低，这与地表放射性测量结果相吻合；120 m以深，因为受基岩影响，均值增加明显；360 m 以深，均值再次趋于稳定，这是因为放射性元素含量背景值较高的姚家组占据主导位置。结合各钻孔主要地层埋深（表4），从不同深度均值箱型图可以看出（图2），均值的下四分位数、中位数及上四分位数均随深度的增加而增加，其中120 m 以浅变化较小，在120～200 m 之间下四分位数、中位数及上四分位数增加较快，这与嫩江组泥岩对放射性元素吸附能力较强有关；200～280 m 范围，各特征参数变化较小，但进入姚家组下段（280 m以深），下四分位数及中位数变化较小，上四分位数有明显增加，同时箱体增大，且上部增大明显，反映了姚家组下段伽马测井照射量率均值普遍偏高，因此，研究区主要的富铀层位仍为上白垩统姚家组。此外由不同深度均值等值线图可以看出（图3），随深度的增加放射性元素含量也在增加，这与前文论述结果一致。

图2 地下不同埋深处伽马测井照射量率均值箱型图Fig.2 Box plot of gamma logging exposure rates at different depths underground

表4 中敖本台地区各地层埋深范围一览表Table 4 List of depth range of layers in Zhong'aobentai area

从不同地层切片数据统计结果及箱型图可以看出（表2，图4），地层伽马照射量率均值呈现出姚家组＞嫩江组＞第四系的特征，同时姚家组下段均值略高于姚家组上段，这反映出姚家组下段成矿潜力要高于姚家组上段。但从不同地层伽马测井照射量率变化特征来看，放射性元素含量整体存在一定的继承性，这可能与后期构造改造及铀的迁移富集有关（图5）。

图4 不同地层伽马测井照射量率均值箱型图Fig.4 Box plot of the average exposure rates of gamma logging in different formations

图5 中敖本台地区不同地层伽马测井照射量率变化特征剖析图Fig.5 Feature analysis of gamma logging exposure rate of different strata in Zhong’aobentai area

3.2 地面放射性特征分析

从地面伽马能谱铀含量衬度等值图可以看出（图6a），研究区内铀含量变化总体较平稳，铀高值区主要呈弧状、带状展布。其中呈弧状展布的高值区主要分布在研究区的北部、东南部及西南部，多分布在三级构造单元界线附近。这是因为构造单元界线部位多为构造活跃部位，构造的活动造成了深部富铀层位与地表的沟通，使得铀、钍衰变子体运移并到达地表浅层［24-26］。带状高值区主要呈北东向或北西向分布在研究区中部及东南部，展布形态受构造控制明显（图6a）。从土壤钋-210 含量等值图可以看出（图6b），研究区内钋高值区受构造控制明显，多分布于构造交汇部分。这是由于构造的存在为物源氡气体运移提供了通道，钋作为氡的长寿命子体，其高场晕及异常晕多赋存于构造结点处，这些部位多是深部富铀层位于地表联系较紧密的区域，也是铀成矿最为有利的区域。从放射性水化学水中铀含量等值图可以看出（图6c），铀含量高值区主要集中在断裂构造发育部位及构造剥蚀天窗附近，受构造控制较为明显，位于区域或局部排泄带附近，这些部位的潜水长期接受承压水的排泄补给，加之蒸发作用强烈，水中铀含量逐步富集。这些部位地下水矿化度相对较高，地下水中铀主要来源于承压水沿断裂向潜水的排泄，由此可以看出研究区目的层承压水铀含量较高，所遇地层还原介质丰富，有利于铀沉淀富集。

图6 中敖本台地区地面放射性特征剖析图Fig.6 Feature analysis of surface radioactivity in Zhong’aobentai area

目前已发现的铀矿床、矿带位于研究区东部放射性异常套合较好的区域，铀矿化主要发育在姚家组下段。无论从平面抑或垂向分布而言，已发现的铀矿床及矿带均分布在前文论述中有利于成矿的异常区域中。从这一角度而言，研究区具有较有利的铀成矿条件。

此外，由于钍元素相对稳定且易原地保留、铀元素相对活泼而易迁移富集［27-29］，为了更客观的反映研究区内铀元素的迁移富集规律，本次利用了古铀含量（GU）、古铀迁移量（FU）及相对变迁系数（B）3 个参数进行表征。

从古铀含量分布特征来看，研究区除受西辽河控制分布于西辽河两侧钱家店—爱国屯一带古铀含量较高外（图7a），其他部位变化均相对平缓，反映了除西辽河两侧钱家店—爱国屯一带同沉积预富集作用较强外，其他位置铀同生沉积预富集作用较弱。事实上，近年来新发现的铀矿带多位于发生了同沉积预富集作用的古铀高值区内。从古铀迁移量的铀迁移特征来看，研究区铀主要迁入区的分布受构造单元界线及北东、北西向构造控制，集中位于构造薄弱、有利于铀卸载富集还原流体上移的区域（图7b）；就目前勘查成果来看，现已发现的铀矿床及矿带均分布在后生富集作用明显的受北西、北东向构造及构造单元界线控制明显的铀的迁入区。从相对变迁系数反映的铀迁移特征来看，铀的迁入区主要分布在研究区的西北和东南部位，其中西北部位主要受乌兰花凸起的三级构造单元界线及北东向构造控制呈弧状、带状展布，东南部位主要受西南隆起区与开鲁坳陷二级构造单元界线控制呈弧状展布（图7c）；除此之外，在北东向构造与北西向构造交汇部位多发生铀的明显迁入，如白兴吐苏木一带北东向展布的铀迁入区。

图7 中敖本台地区地面伽马能谱古铀含量、古铀迁移量及相对变迁系数特征等值图Fig.7 Isograms of characteristic parameters paleo-uranium content，paleo-uranium migration and coefficient of relative change of gamma-ray spectrometry in Zhong’aobentai area

总之，研究区内铀偏高场除新立屯—爱国屯一带存在明显的原生预富集外，其余均以后生富集叠加作用为主。

4 找矿潜力分析

研究区位于开鲁坳陷的北部及其与西南隆起区的过渡部位，包括钱家店凹陷东部、大林凹陷和架玛吐凸起等三级构造单元（图1b）。切壳断裂F1由研究区东侧穿过，该断裂一方面控制了构造单元和地层的空间展布形态，一方面在导通深部还原流体和地下水排泄等方面均具有主导作用，使得下伏断陷层序内的还原流体在构造作用下对上覆姚家组盖层进行后生还原改造，为铀的富集沉淀提供了有利的还原环境。实际上，近年来所发现铀矿床均围绕构造天窗分布的事实也说明了这一问题。此外，研究区内沿辽河镇—哲日根吐发育一条北北东向的氧化带，氧化-还原过渡带则主要分布于钱家店凹陷乌斯吐—爱国屯、敖力布皋镇—海白兴吐和四方地—中敖本台一带。

目前，研究区发现的矿床及矿带主要分布在氧化还原过渡带前锋线附近，且均表现出了非典型层间氧化带型特征，具有着明显的同生沉积预富集成矿作用及后生富集成矿作用［30-32］。矿体整体呈板状集中分布在姚家组下段，且自北向南埋深逐渐增加［30-32］，矿体稳定连续。对比深部及地面铀含量分布特征可知，已发现的铀矿床或矿带受构造控制明显，大多分布在姚家组下段铀含量高值区与地面放射性异常重叠区。同时，无论古铀迁移量特征或伽马能谱相对变迁系数特征均反映出这些区域具有着明显的铀的迁入，铀的后生富集成矿作用明显。近年来新的勘探成果同样印证了这一成矿规律。

基于以上认识，根据成矿有利层位姚家组下段铀含量分布特征与地面放射性分布特征的套合关系及古铀含量分布与后期铀迁移富集情况，结合姚家组岩性岩相及氧化还原过渡带的空间展布等条件，针对研究区内深部铀含量高值区与地面铀含量高值区套合较好的部位、古铀含量较高的部位、后期铀迁移富集明显的部位圈定铀矿找矿远景区6 片（图8）。其中，位于主氧化带东侧的新立屯—钱家店、西佳木斯—二龙山、乌斯吐—爱国屯远景区均处在辫状河砂体发育的氧化带前锋线附近，区内深部及地面铀异常套合较好，且存在明显的古铀预富集及后期铀的多次富集叠加；近期在乌斯吐—爱国屯远景区内已发现较好的铀工业矿体，成矿潜力较好。位于研究区北侧的哲日根吐—白兴吐远景区处于白兴吐剥蚀天窗南侧，虽然未见明显的古铀预富集，但由于具有较为有利的补-径-排体系，后期铀的富集叠加作用强烈，形成了较强的深部及地面铀异常，成矿条件有利，目前发现的铀矿床均位于该远景区内。位于主氧化带西侧的中敖本台和花吐古拉—辽河远景区处在辫状河砂体发育的氧化带前锋线附近，该位置深部铀异常与地面铀异常套合较好，且均存在古铀异常，显示其经历了铀原始预富集，后期铀富集叠加作用明显（图8c、d）。同时，这两个远景区位于三级构造单元界线附近，为凸起凹陷转折部位，具有有利的反转背斜带及单斜地层发育条件，有利于层间氧化作用的发生，成矿条件有利，可作为研究区西部找矿的主要探索区域。

图8 中敖本台地区放射性含量变化特征剖析及远景预测图Fig.8 Feature analysis of radioactivity areas and the uranium prospective prediction in Zhong’aobentai area

5 结论

1）通过对中敖本台地区放射性含量变化特征的分析得出，该地区放射性矿产找矿目的层位主要为上白垩统姚家组下段，放射性异常以后生富集叠加作用为主。

2）区内地面铀异常与深部放射性异常套合较好，已发现的铀矿床及矿带多分布于氧化还原过渡带内异常套合较好、古铀含量较高及古铀迁移量、相对变迁系数偏高的部位。这些部位铀原始预富集及后期铀富集叠加发育，成矿地质条件较好。

3）中敖本台地区内新立屯—钱家店、中敖本台、西佳木斯—二龙山、乌斯吐—爱国屯、花吐古拉—辽河、哲日根吐—白兴吐等区域存在明显的铀迁入偏高场区，成矿潜力较好。