AMT与高精度磁测在红石泉地区铀矿勘查中的应用

李 涛,杨 明,王 伟,何佳军

(1.核工业二〇三研究所,西安 710000;2.核工业航测遥感中心,石家庄 050002)

0 引言

随着近几年红石泉铀矿找矿工作的开展,前人总结出红石泉铀矿体的空间分布大多由断裂及其次级断裂控制,伟晶花岗岩(Pt1γρ)是红石泉矿床的含矿主岩[1],分布于由龙首山复向斜北翼,由龙首山群地层组成的背斜轴部附近,呈一短轴状岩体。查明伟晶状花岗岩岩体的分布情况、主要控矿断裂的展布以及与岩体的接触关系是指引红石泉地区深部找矿工作方向的关键地质问题。

1 研究区地质概况

红石泉地区处于阿拉善地块南缘龙首山断隆带的中段,南接河西走廊过渡带大地构造处在活动大陆边缘,在漫长的地质构造演化过程中,经历了裂解—闭合—再裂解—再闭合的多阶段构造演化[3]。该地区属祁连—龙首山成矿带,成矿条件优越。工作区内断裂构造发育,与成矿相关的构造主要为东西向F1断裂(见图1)。

图1 红石泉地段地质图Fig.1 Geological map of Hongshiquan section1-第四系;2-下白垩统庙沟群砂砾岩;3-新元古界孩母山群下亚群千枚岩、含砾千枚岩;4-中元古界墩子沟群上亚群钙质千枚岩;5-中元古界墩子沟群中亚群硅质条带灰岩;6-中元古界墩子沟群下亚群硅质条带灰岩;7-古元古界龙首山群塌马子沟组板岩、大理岩;8-古元古界龙首山白家咀子组混合岩;9-碱性杂岩;10-肉红色中粗粒花岗岩;11-伟晶状花岗岩;12-地层界线;13-不整合接触界线;14-断裂;15-热液型铀矿床;16-研究区

F1断裂具有多期次活动的特点,多沿伟晶花岗岩与变质岩的接触面展布,是后期含矿热液的主要运移通道,断裂构造产状变化破碎部位是铀矿富集沉淀的有利部位。试验区及其外围出露的地层主要有古元古界龙首山群白家咀子组(Pt1b)、塌马子沟组(Pt1t)、中元古界墩子沟群(Pt2dn)、新元古界孩母山群(Pt3hm)、古生界寒武系香山群(∈2xn)、下白垩统庙沟群组(K1mg)及新近系(N1)和第四系(Q),地层出露情况见图1。

2 岩石电阻率和磁性特征

此次研究区岩石电阻率和磁性特征收集了前人测量数据,并实测了主要岩石的电阻率和磁化率,结果见表1龙首山地区不同岩石电阻率参数统计表。

表1 龙首山地区不同岩石物性参数统计表Tab.1 Statistical of parametric statistics of different physical properties in Longshoushan area

综合分析,红石泉地段元古宇(Pt)灰岩、板岩表现为相对低阻、弱磁特征,混合岩表现为相对中高阻、中等磁特征,大理岩表现为相对高阻、弱磁特征。中粗粒花岗岩(O3γ)、伟晶状花岗岩(Pt1γρ)表现为相对中阻体,弱磁特征;碱性杂岩表现为相对中阻体、强磁特征。

3 AMT与高精度磁测的应用

如图2所示,垂直于研究区主要地质构造线走向,共完成10条音频大地电磁测量剖面(编号:AMT01～AMT10)和19条高精度磁法测量剖面(编号:M01～M19),部分测量剖面彼此重合,以期大致查明F1断裂及其次级断裂的位置、产状和深部延伸情况,揭示伟晶花岗岩与中元古界变质岩岩性接触带展布特征。由于篇幅所限,这里重点以AMT06线解释研究为例进行对比分析。

图2 红石泉地段地质及测线布置图Fig.2 Geology and survey line layout of Hongshiquan section1-第四系冲积物;2-下白垩统庙沟群砂砾岩;3-新元古界孩母山群下亚群千枚岩、含砾千枚岩;4-中元古界墩子沟群上亚群钙质千枚岩;5-中元古界墩子沟群中亚群硅质条带灰岩;6-中元古界墩子沟群下亚群硅质条带灰岩;7-古元古界龙首山群塌马子沟组板岩、大理岩;8-古元古界龙首山白家咀子组混合岩;9-碱性杂岩;10-肉红色中粗粒花岗岩;11-伟晶状花岗岩;12-地层界线;13-不整合接触界线;14-断裂;15-热液型铀矿床;16 -音频大地电磁测量测线及编号;17-地面高精度磁法测量测线及编号

3.1 AMT06线地质剖面与反演电阻率断面电、磁性特征研究

AMT06线位于AMT05线东侧200 m,由南向北沿线出露的地质体分别为加里东期碱性杂岩(S1ξ)、加里东期中粗粒花岗岩(O3γ)、伟晶状花岗岩(Pt1γρ)、中元古界墩子沟群(Pt2dn)灰岩、板岩,测线方向0°,长度为1 700 m。

图3为收集的区内地质勘探剖面图。由图可见,钻孔揭露到伟晶状花岗岩与反演电阻率断面平距750 m～1 040 m,标高2 100 m～2 380 m的团块状中高阻体,基本相对应,该岩体向北倾伏、受F1和Fc断裂所控制。

图3 龙首山成矿带红石泉地段8号勘探线铀矿地质剖面图Fig.3 Geological profile of uranium uine on exploration line 8 in Hongshiquan Section of Longshoushan uetallogenic belt1—第四系浮土、残坡积物;2—中元古界墩子沟群灰岩;3—中元古界墩子沟群变质砂岩;4 —中元古界墩子沟群变质砾岩;5—新元古界龙首山群石英岩;6—新元古界龙首山群黑云母斜长片岩;7—晚奥陶世花岗岩;8—古元古代伟晶花岗岩;9—古元古代斜长花岗岩;10—煌斑岩脉;11—构造破碎带;12—断层;13—绿泥石化;14—赤铁矿化;15—工业矿体;16—矿化体;17—异常体;18—钻孔

将反演电阻率剖面[6]和磁测剖面与图切地质剖面进行比对(图4),可以看出:

图4 AMT06线反演电阻率断面与图切地质剖面对比图Fig.4 Comparison between inversion resistivity section of AMT06 line and geological section of tucut1-中元古界墩子沟群灰岩、板岩;2-肉红色碱性杂岩;3-肉红色中粗粒花岗岩;4-伟晶状花岗岩;5-推断解释断裂;6-钻孔及编号;7-推断地质界线

伟晶花岗岩(Pt1γρ)由于受加里东期岩浆的侵入,主要以残留体及相对中阻体的形式分布于F1与Fc断裂夹持区的中上部,标高在2 150 m以上,F1为伟晶花岗岩与中元古界地层的接触带界线;Fc断裂为伟晶花岗岩与肉红色中粗粒花岗岩接触界线。标高1 900 m～2 200 m之间,钻孔揭露到中粗粒花岗岩(O3γ),反演电阻率断面上表现为小于300 Ω·m、向深部延伸的低阻体,推测中粗粒花岗岩(O3γ)受断裂构造影响,岩石较为破碎。

1)平距0 m～200 m,根据实地岩性观察,为加里东期碱性杂岩(S1ξ),反演电阻率介于200 Ω·m ～400 Ω·m,呈中低阻体,ΔT反映为明显的正磁异常,幅值200 nT以上。

2)平距200 m～700 m,为加里东期中粗粒花岗岩(O3γ),反演电阻率介于400 Ω·m ～1 000 Ω·m,呈中高阻体,ΔT反映为明显的负磁异常,场值-200 nT～ -60 nT。

3)平距700 m～1 100 m,为伟晶状花岗岩(Pt1γρ),反演电阻率介于300 Ω·m ～500 Ω·m,呈中阻体,ΔT反映为明显的正、负磁异常。

4)平距1 100 m～1 350 m,为中元古界墩子沟群灰岩(Pt2dn2)反演电阻率大于700 Ω·m,呈高阻体,ΔT反映为平缓变化的负磁异常,幅值-20 nT左右。

5)平距1 350 m～1 700 m,为中元古界墩子沟群(Pt2dn2)板岩,反演电阻率小于120 Ω·m,呈低阻体,ΔT反映为平缓变化的负磁异常。

3.2 实验区地质体及断裂解释依据

根据工作区内典型综合剖面、断面特征及地质体磁场特征[7]分析,结合区内地质资料、岩石电阻率及磁性参数与实地观测结果,构建了区内物探资料地质推断解释依据(表2)。断裂构造的解释依据主要根据断裂构造在反演电阻率断面图上两种表现特征:①构造破碎带常引起电阻率明显降低,因此断裂构造在反演电阻率断面图上多表现为舌状低阻带,如Fc。②反演电阻率等值线面貌突变、高低阻等值线梯度带、密集带指示着断裂构造的位置,如Fb、F1、Fd。

表2 反演电阻率断面图推断解释依据一览表Tab.2 List of inference and interpretation basis of inversion resistivity profile

由表及以上分析可见,伟晶花岗岩(Pt1γρ)主要受F1与Fc断裂控制,区内以残留体及相对中阻或中高阻体的形式分布于两断裂夹持区的中上部,其ΔT磁场主要以正负弱磁异常为特征。

3.3 AMT06线断裂推断解释

根据断裂解释标志,该断面推断解释断裂构造5条,其地表位置及深部延伸特征如图5所示。

图5 F1断裂和伟晶花岗岩展布特征Fig.5 Distribution characteristics of F1 fault and pegmatite granite1—推断解释断裂及编号;2—伟晶花岗岩分布范围

1)平距100 m处,反演电阻率等值线出现密集带、高阻与低阻分界线,ΔT反映为不同磁异常分界,推测为F2断裂通过处。该断裂倾向东,倾角约75°,切割深度超过600 m。

2)平距400 m处,反演电阻率等值线出现密集带、高阻与低阻分界线,ΔT反映为正负磁异常分界,推测为Fb断裂通过处。该断裂倾向东,倾角约75°,切割深度超过600 m。

3)平距750 m处,反演电阻率等值线出现密集带、高阻与低阻分界线,ΔT反映为平缓的负磁异常,推测为Fc断裂通过处。该断裂倾向北,倾角约75°,切割深度超过600 m。

4)平距1 100 m处,反演电阻率等值线出现密集带、高阻与低阻分界线,ΔT反映为平缓的负磁异常,推测为黄F1断裂通过处。该断裂倾向北,浅部在表高2 200 m以上约80°向,向下近乎直立,切割深度超过800 m。

5)平距1 250 m处,反演电阻率等值线出现密集带、高阻与低阻分界线,ΔT反映为平缓的负磁异常,推测为Fd断裂通过处。该断裂倾向北,倾角约80°,切割深度超过800 m。

3.4 F1断裂及接触带的展布特征

以AMT06线为例对其他各线进行推断解释可以看出:F1断裂位于工作区中部,为已知主要控矿断裂,工作区内控制长度3.6 km,贯穿AMT01～AMT10线,在AMT03～AMT04线之间被次级断裂Fe错断。反演电阻率反映为等值线梯度变化带,北部为向深部延伸的长条状高阻带,南部反映为中低阻体,ΔT西段反映为线性梯度带。F1断裂EW走向,倾向N,倾角超过70°,断裂宽几米到几十米,切割深度超过700 m。F1断裂在标高2 000 m以上控制了伟晶花岗岩(Pt1γρ)与中元古界墩子沟群(Pt2dn2)展布,标高2 000 m以下,控制了伟晶花岗岩(Pt1γρ)与加里东期中粗粒花岗岩(O3γ)展布。

伟晶状花岗岩体(Pt1rρ)北部与中元古界墩子沟群灰岩(Pt2dn2)呈断层接触,主要受到F1控制,EW走向,沿走向长约1 600 m,倾向N。南侧与晚奥陶世中粗粒花岗岩呈侵入接触(O3γ),主要受到Fc断裂控制,伟晶状花岗岩体(Pt1rρ)以残留体形式存在,位于标高2 000 m以上F1断裂西段控制了加里东期碱性杂岩(S1ξ)和中元古界墩子沟群灰岩(Pt2dn)的接触界线,东段控制了伟晶花岗岩与中元古界墩子沟群展布。该断裂为EW走向,倾向N,浅部倾角较缓,往深部逐步变陡,倾角超过80°,切割深度超过900 m。伟晶状花岗岩体受加里东期中粗粒花岗岩(O3γ)混合岩化作用,以残留体形式存在,受F1、Fc和Fe断裂控制,伟晶状花岗岩体位于Fe断裂以东,标高2 000 m以上,呈透镜状,自西向逐渐变宽,在AMT06线处宽约400 m,向东逐渐收窄直至尖灭(图5)。

4 结论

笔者旨在通过结合音频大地电磁法和地面高精度磁法这两种物探方法的优势[8-10],在对断裂的查明及岩体接触关系的分析方面进行了实地应用,通过对比前人资料和实际测量反演结果,得出以下结论:

1)大致查明了F1作为主要控矿断裂在AMT03～AMT04线之间被次级断裂Fe错断,F1断裂西段控制了加里东期碱性杂岩(S1ξ)和中元古界墩子沟群灰岩(Pt2dn)的接触界线,东段控制了伟晶花岗岩与中元古界墩子沟群展布。该断裂为EW走向,倾向N,浅部倾角较缓,往深部逐步变陡,倾角超过80°,切割深度超过900 m,为下一步钻孔布设提供了一定依据。

2)伟晶状花岗岩体是红石泉主要成矿岩体,研究发现此岩体受F1和其他次级断裂控制,其展布情况为:伟晶状花岗岩体位于Fe断裂以东,标高2 000 m以上,呈透镜状,自西向逐渐变宽,在AMT06线处宽约400 m,向东逐渐收窄直至尖灭,大致确定了矿体延伸情况。

3)红石泉地段,F1断裂沿线两侧岩性电性差异明显,AMT探测对其反映较为明显,但由于F1断裂两侧伟晶花岗岩与中元古界墩子沟群岩石都呈弱磁性特征,故地面高精度磁测对F1断裂反映不明显。

4)针对红石泉地区的电性和磁性调查研究表明,音频大地电磁测深法(AMT)和地面高精度磁法对断裂的探测和岩性接触带展布的研究是一种比较有效的物理方法[11]。