芨嶺巖體馬路溝斷裂地球物理特征及其與鈾成礦關(guān)系

張 偉， 宋振濤， 沈正新， 王 偉,榮 驍， 王 剛， 管少斌， 王生云

(1.核工業(yè)航測遙感中心，石家莊 050002；2.東華理工大學(xué)，南昌 330013；3.核工業(yè)二○三研究所，咸陽 712000；4.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029)

芨嶺巖體馬路溝斷裂地球物理特征及其與鈾成礦關(guān)系

張 偉1,2， 宋振濤1， 沈正新1， 王 偉3,榮 驍3， 王 剛3， 管少斌1， 王生云4

(1.核工業(yè)航測遙感中心，石家莊 050002；2.東華理工大學(xué)，南昌 330013；3.核工業(yè)二○三研究所，咸陽 712000；4.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029)

研究區(qū)位于芨嶺巖體南帶，屬于龍首山鈾成礦帶。為了探測控礦構(gòu)造馬路溝斷裂帶在深部的發(fā)育情況，開展了音頻大地電磁測量(AMT)和地面高精度磁法測量。根據(jù)物探資料，總結(jié)了芨嶺巖體馬路溝斷裂的地球物理特征，確定了斷裂的位置、產(chǎn)狀及深部延伸情況，厘清了馬路溝斷裂與其次級(jí)斷裂之間的關(guān)系。結(jié)果表明，馬路溝斷裂發(fā)育于西岔-芨嶺地段北部，走向近北西，總體傾向南西，中部被北東向F201斷裂所錯(cuò)斷，傾角70°左右，切割深度大于700 m。在北西段傾向北東，至南東段總體傾向南西，產(chǎn)狀具復(fù)雜多變特征。根據(jù)區(qū)域鈾成礦規(guī)律及堿交代型鈾礦成礦特點(diǎn)，預(yù)測了鈾成礦有利地段，為下一步地質(zhì)找礦提供了借鑒。

AMT； 地面高精度磁法； 馬路溝斷裂； 地球物理特征； 芨嶺巖體

0 引言

馬路溝斷裂是龍首山鈾-多金屬成礦帶芨嶺巖體內(nèi)一條重要的控礦構(gòu)造[1-5]，為一組高角度逆沖斷裂，由3條～5條次級(jí)斷裂組成，沿?cái)嗔逊植加写罅康膲A交代型鈾礦床、礦點(diǎn)，如芨嶺礦床(701)、新水井礦床(706)和240號(hào)礦點(diǎn)、白芨芨溝、小白芨芨溝等[2]。其中芨嶺礦床最為著名，該礦床產(chǎn)于馬路溝斷裂與次級(jí)斷裂交匯處的鈉交代角礫巖筒內(nèi)[6-8]。

馬路溝斷裂與鈾成礦關(guān)系密切，前人由于受到經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)條件的限制，對(duì)該斷裂的研究工作主要集中于地表及400 m以淺區(qū)域[4-5]，而其深部延伸情況以及上、下盤的地電結(jié)構(gòu)特征尚不明確。已有資料表明[9-12]，應(yīng)用綜合物探方法在探索花崗巖型鈾礦控礦構(gòu)造方面，具有較好的勘探效果。筆者根據(jù)研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)與地形、地貌條件以及鈾礦化特征，選擇音頻大地電磁測深(AMT)和地面高精度磁法測量對(duì)馬路溝斷裂開展研究。通過數(shù)據(jù)處理及地質(zhì)-地球物理模型的對(duì)比分析，總結(jié)了馬路溝斷裂的地球物理特征，基本查明了馬路溝斷裂的地表形跡、產(chǎn)狀變化及深部延伸等情況，為進(jìn)一步工作提供了參考。

1 地質(zhì)概況及巖石地球物理特征

1.1 地質(zhì)概況

圖1 芨嶺礦床地質(zhì)及測線布置圖Fig.1 Geology and survey lines layout map in Jiling uranium deposit

研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以北西向?yàn)橹?、其次為北北西向和北東向。北西向馬路溝斷裂是區(qū)內(nèi)發(fā)育最早的斷裂構(gòu)造，為一組高角度逆沖斷裂，分枝斷裂達(dá)5條之多，總體走向280°～315°，長約20 km；北北西向斷裂規(guī)模較小，具有壓扭性；北東向斷裂發(fā)育時(shí)間最晚，將北西向和北北西向斷裂錯(cuò)斷。

1.2 巖石地球物理特征

表1為區(qū)內(nèi)巖石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果[3,5,13]，由表1可見：板巖表現(xiàn)為相對(duì)低阻、弱磁性；完整大理巖為高阻、弱磁性，破碎大理巖表現(xiàn)為相對(duì)低阻、弱磁性；加里東晚期中粗粒斑狀花崗巖為中高阻、偏強(qiáng)磁性；中細(xì)粒閃長巖為高阻、強(qiáng)磁性。

另外，由于區(qū)域應(yīng)力場的擠壓作用，斷裂構(gòu)造帶上的巖石一般較為破碎、結(jié)構(gòu)松散，常常形成與圍巖存在明顯電性差異的低阻異常帶、舌狀低阻帶；另一方面，斷裂構(gòu)造的切割造成巖石結(jié)構(gòu)遭受破壞，電阻率也會(huì)出現(xiàn)降低現(xiàn)象，使其電性結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的畸變，在反演電阻率斷面圖上常表現(xiàn)為等值線密集帶分布。因此，舌狀低阻帶、中高阻與低阻分界線、反演電阻率等值線密集帶，常常指示了斷裂構(gòu)造的位置。

表1 芨嶺礦床巖石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistics of rock petrophysics in Jiling uranium deposit

2 工作方法及測線布置

2.1 工作方法

2.1.1 AMT

AMT是以天然大地電磁場為場源，觀測不同頻率的電磁場信號(hào)，獲取不同深度上正交的兩個(gè)電場分量(Ex，Ey)和兩個(gè)磁場分量(Hx，Hy)參數(shù)，計(jì)算張量阻抗，求得兩個(gè)不同方向上的視電阻率，進(jìn)而獲取地層的視電阻率值，最終反映測區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地球物理勘探方法[14-19]。野外數(shù)據(jù)采集采用EH-4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀，單點(diǎn)、張量觀測方式，觀測頻率范圍為10 kHz～100 kHz，探測深度從地表數(shù)十米至一千多米。AMT數(shù)據(jù)處理包括:①預(yù)處理；②反演處理。預(yù)處理在時(shí)間域序列進(jìn)行，目的是為了剔除噪聲干擾，保留有用信號(hào)，重新生成功率譜文件、計(jì)算張量阻抗的過程；反演處理是選擇預(yù)處理后的視電阻率和相位數(shù)據(jù)進(jìn)行二維反演或成像，提取觀測區(qū)域的電性分布信息，并根據(jù)已有的物性資料，確定電性分布與巖體或巖層的對(duì)應(yīng)關(guān)系來恢復(fù)剖面下方地電結(jié)構(gòu)，進(jìn)而通過反演電阻率斷面圖反映深部地質(zhì)構(gòu)造特征的過程，在反演處理過程中，需結(jié)合鉆孔資料和電阻率資料進(jìn)行綜合分析，通過反復(fù)試驗(yàn)對(duì)比，選擇適合的數(shù)據(jù)處理方法和約束參數(shù)。本次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理采用了Bostick法，該方法是通過較為簡單的運(yùn)算將視電阻率與周期的關(guān)系曲線變換成介質(zhì)電阻率與深度的關(guān)系曲線，通過逐點(diǎn)變換得到反演結(jié)果，從而直觀地揭示地下電性結(jié)構(gòu)的特征。

2.1.2 地面高精度磁測

地面高精度磁測由于測量精度高，能發(fā)現(xiàn)較微弱的磁異常，在花崗巖地區(qū)可用來查明不同巖體的接觸帶以及與鈾成礦有密切關(guān)系的斷裂構(gòu)造、脈體等[20-23]。

地面高精度磁測數(shù)據(jù)處理，日變改正采用線性插值法進(jìn)行，運(yùn)用GSM-19T儀器隨機(jī)軟件程序GEMLink4.0自動(dòng)完成；正常場改正采用國際地磁參考場IGRF(2012)模型給出的高斯系數(shù)計(jì)算；數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化采用Kriging插值方法，網(wǎng)格間距為50 m；成圖處理采用Geosoft軟件，處理網(wǎng)格化圖形采用Mapgis繪制。

2.2 測線布置

根據(jù)物探測線垂直構(gòu)造走向的原則，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)體的走向與分布特征，垂直馬路溝及次級(jí)斷裂走向，布置AMT測線6條，完全控制馬路溝及其次級(jí)斷裂大致的展布范圍，測線編號(hào)X501～X506，線距為250 m，每條測線長為1.10 km，測線方向?yàn)?3°，點(diǎn)距為20 m，測點(diǎn)共330個(gè)；布置地面高精度磁法測線13條，測網(wǎng)為100 m×20 m，測線編號(hào)C501～C513，測線部署見圖1。

3 地質(zhì)-礦床-地球物理模型分析

通過對(duì)芨嶺礦床典型剖面進(jìn)行成礦作用研究，分析構(gòu)造部位與地球物理場的對(duì)應(yīng)關(guān)系，依據(jù)區(qū)域成礦規(guī)律，總結(jié)本區(qū)鈾礦床地質(zhì)-地球物理模型，以期指導(dǎo)進(jìn)一步找礦工作。

馬路溝斷裂控制了區(qū)內(nèi)鈾成礦作用，該構(gòu)造的上盤分布上下狹窄中間膨大的鈉交代角礫巖體，呈不規(guī)則小巖筒狀，是含礦的主要巖性。馬路溝斷裂與次級(jí)斷裂在剖面上呈“丫”字型，在平面上呈“入”字型的構(gòu)造夾持區(qū)，巖石破碎程度較高，熱液運(yùn)移過程中形成減壓區(qū)域，是鈾成礦的有利構(gòu)造部位；廣泛發(fā)育的鈉交代具有熱液成礦承前啟后的重要作用，鈾成礦作用延續(xù)時(shí)間長，多期多階段，并且晚期疊加早期成礦作用很普遍，因此多期次熱液疊加部位是形成富鈾礦體的關(guān)鍵部位。

圖2為芨嶺礦床熱液鈉交代型鈾礦形成機(jī)制示意。由圖2可見，芨嶺巖體侵位后，由巖漿房產(chǎn)生的高溫流體沿?cái)嗔哑扑閹蛏线\(yùn)移，期間溶蝕了通道附近的鈾源體—花崗巖類，萃取出鈾元素以碳酸鈾酰絡(luò)合物的形式隨熱液一起運(yùn)移。

當(dāng)熱液運(yùn)移至不同方向斷裂相交匯處，壓力驟減，熱液瞬時(shí)發(fā)生爆騰作用，導(dǎo)致形成大量角礫，為成礦提供了容礦空間，同期運(yùn)移及后期熱液中碳酸鈾酰絡(luò)合物卸載富集成礦。因成礦有利區(qū)含有大量角礫，并且廣泛發(fā)育熱液蝕變作用，在電性特征上呈低電阻率或電阻率梯度變化帶，磁場在該地段表現(xiàn)出負(fù)磁異?；蚱骄徸兓奶卣?。

圖2 芨嶺礦床13號(hào)剖面熱液爆騰 鈉交代角礫巖形成機(jī)制圖[6]Fig.2 Geological cross-section along the prospecting in line No. 13 of the Jiling doposit

4 馬路溝斷裂地球物理特征

4.1 磁性特征

圖3為研究區(qū)磁異常ΔT等值線平面圖，磁場總體呈北西走向，其強(qiáng)度與展布方向具明顯的分區(qū)性。馬路溝斷裂的北東側(cè)表現(xiàn)為醒目的正磁場區(qū)，磁場強(qiáng)度較高，梯度較大；南西側(cè)表現(xiàn)為平緩變化的正、負(fù)磁場區(qū)，該區(qū)磁場主要以負(fù)異常為主，局部地段由于鐵磁性物質(zhì)的相對(duì)富集與中細(xì)粒閃長巖的侵入，疊加了幅值較高的團(tuán)塊狀正磁異常，如區(qū)內(nèi)東南角有閃長巖體出露。

上述磁場面貌特征反映了區(qū)內(nèi)不同磁性體的分布范圍和斷裂構(gòu)造的空間展布格架，根據(jù)磁場特征解釋斷裂5條，編號(hào)分別為：馬路溝斷裂(F101)、F102、F1011、F103、F201。

1)馬路溝斷裂(F101)位于區(qū)內(nèi)北東部，呈NW向展布，反映為不同磁場面貌分界線，在研究區(qū)中東部被北東向斷裂F201錯(cuò)斷。斷裂北東側(cè)為北西向展布的正磁場區(qū)，根據(jù)磁性參數(shù)測量結(jié)果分析，推斷為中細(xì)粒閃長巖、肉紅色斑狀花崗巖的反應(yīng)；南西側(cè)為平緩變化的正負(fù)磁場區(qū)，推斷為大理巖和肉紅色中粗?；◢弾r引起。

2)F102發(fā)育于龍首山群塌馬子溝組大理巖及芨嶺巖體中，為馬路溝斷裂的同期次級(jí)斷裂，由于具擠壓性質(zhì)，其沿線巖石較為破碎，磁性降低，磁場特征反映為明顯的線性負(fù)磁異常帶。

3)F1011與馬路溝斷裂大致平行，發(fā)育于巖體中，磁場反映為線性正負(fù)及負(fù)磁異常帶。

4)F103發(fā)育于巖體中，磁測特征表現(xiàn)為不同磁場面貌分界線。

5)F201斷裂位于研究區(qū)中東部，呈北東向展布。以△T磁異常等值線發(fā)生明顯的錯(cuò)動(dòng)和扭曲(尤其是北東段)為判別標(biāo)志。斷裂北西側(cè)向北東推移、南東側(cè)向南西推移，明顯錯(cuò)斷了北西向斷裂組，表明該斷裂活動(dòng)期次較晚。

4.2 反演電阻率特征

4.2.1 地質(zhì)情況已知地段試驗(yàn)效果分析

遵循由已知到未知的解釋原則，在小青羊礦點(diǎn)地質(zhì)情況已知地段開展了試驗(yàn)研究，重點(diǎn)對(duì)馬路溝斷裂的電性和磁性特征進(jìn)行了分析總結(jié)。

圖3 芨嶺地區(qū)磁異常ΔT等值線平面圖Fig.3 Magnetic anomaly ΔT contour in Jiling uranium deposit

由圖2可見，該地段地質(zhì)體及斷裂構(gòu)造具有如下物探異常特征：①馬路溝南部斷裂(F101S)與F1011次級(jí)斷裂,反演電阻率斷面圖反映為明顯的舌狀低阻帶，ΔT反映為正磁異常由低至高或由高至低的突變；②馬路溝北部斷裂(F101N),反演電阻率等值線出現(xiàn)扭曲，反映為高阻與中低阻分界，ΔT反映為負(fù)磁異常；③F1013次級(jí)斷裂,反映為高阻與中低阻分界、低阻帶，ΔT反映為正磁異常由高至低的突變；④F1012次級(jí)斷裂,反演電阻率等值線出現(xiàn)密集帶，反映為高阻與中低阻分界，ΔT反映磁異常跳變。

由以上分析可見，斷裂構(gòu)造ΔT等值線圖中反映正負(fù)異常突變、負(fù)磁異常帶或磁異常跳邊劇烈?guī)?；反演電阻率斷面中表現(xiàn)為高低阻梯度密集帶、舌狀低阻帶、中低阻分界、低阻帶等異常響應(yīng)特征。

4.2.2 X501線地球物理特征分析

由圖5可見:X501線反演電阻率斷面圖總體反映為兩端高中間低的電性特征；ΔT磁異常剖面表現(xiàn)為中間高的正磁異常，兩端則以平緩的負(fù)磁異常為主，局部地段出現(xiàn)跳變的正負(fù)異常。根據(jù)斷裂解釋標(biāo)志，該斷面推斷解釋斷裂構(gòu)造4條：①平距680 m處，反演電阻率斷面圖出現(xiàn)等值線密集帶、中阻與低阻分界，ΔT反映為正磁異常的突變，推測為馬路溝斷裂(F101)，傾向北東，傾角約75°，向深部延伸超過850 m；②平距60 m處，反演電阻率斷面圖出現(xiàn)等值線密集帶、高阻與低阻分界，ΔT反映為負(fù)磁異常，推測為F102斷裂，傾向北東，傾角約70°，向深部延伸超過800 m；③平距500 m處，反演電阻率等值線出現(xiàn)扭曲及中阻與低阻分界，ΔT出現(xiàn)尖峰正磁異常，推測為F1011斷裂，傾向北東，傾角約75°，向深部延伸550 m；④平距1 010 m處，反演電阻率斷面圖出現(xiàn)向深部延伸的相對(duì)低阻帶、密集帶，ΔT磁異常幅值出現(xiàn)跳變，推測為F103斷裂，傾向北東，傾角約75°，向深部延伸超過800 m。

圖4 S01線磁異常、反演電阻率及地質(zhì)解釋斷面圖Fig.4 AMT、magnetic and interpreted section of line S01 in the study area

圖5 X501線磁異常、反演電阻率及地質(zhì)解釋斷面圖Fig.5 AMT、magnetic and interpreted section of lines X501 in the study area

4.2.3 X506線地球物理特征分析

圖6為X506線反演電阻率斷面及地質(zhì)推斷解釋圖，總體反映為兩端高、中間低的電性特征；ΔT剖面總體反映兩端以正磁異常為主，而中間以平緩變化的負(fù)磁異常為特征。根據(jù)斷裂解釋標(biāo)志，推斷解釋斷裂構(gòu)造4條：①平距120 m處，反演電阻率斷面圖反映為中阻與低阻分界線及等值線密集帶，ΔT反映為正負(fù)磁異常的分界線，推測為F102斷裂，傾向北東，傾角約70°，切割深度超過700 m；②平距640 m處，反演電阻率斷面圖反映相對(duì)低阻帶，ΔT反映為負(fù)磁異常，推測為F1011斷裂，傾向北東，傾角約75°，在標(biāo)高1900 m與馬路溝斷裂交匯，在剖面上呈“丫”字型區(qū)域，切割深度約600 m；③平距700 m處，反演電阻率斷面圖反映為低阻帶、中高阻與低阻分界線，ΔT反映為正負(fù)磁異常分界線，推測為馬路溝斷裂帶F101斷裂，傾向南西，傾角約75°，切割深度超過800 m；④平距980 m處，反演電阻率斷面圖反映為等值線密集帶、高阻與中低阻分界線，ΔT反映為正負(fù)磁異常分界線，推測為F103斷裂，傾向北東，傾角約75°，切割深度超過800 m。

圖7為研究區(qū)X501-X506線反演電阻率斷面及地質(zhì)解釋圖，由圖7可以看出，馬路溝斷裂(F101)總體產(chǎn)狀較陡，傾角約為70°～80°，在X502～X506線之間總體傾向南西，至X501～X502線之間轉(zhuǎn)變?yōu)閮A向北東，傾角70°左右，切割深度大于700 m，沿走向局部發(fā)生膨脹、收縮及彎曲現(xiàn)象。其中X505～X506線馬路溝斷裂(F101)與次級(jí)斷裂(F1011)相交，呈“丫”字型，電性特征表現(xiàn)為低電阻率異常區(qū)，說明該處巖石較為破碎，裂隙發(fā)育，在深部的含礦熱液運(yùn)移過程中形成減壓帶，物理化學(xué)場突變部位，即壓力驟減部位時(shí)，高壓熱液產(chǎn)生爆騰，形成隱爆鈉交代角礫巖，為后期鈾的沉淀提供了良好的賦礦空間，因此，該構(gòu)造部位具有較好的找礦前景。

圖6 X506線磁異常、反演電阻率及地質(zhì)解釋斷面圖Fig.6 AMT、magnetic and interpreted section of lines X506 in the study area

2015年核工業(yè)二〇三研究所在本區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)揭露工作，在X506線馬路溝斷裂及其次級(jí)斷裂交匯的區(qū)域進(jìn)行了鉆探施工，有兩個(gè)鉆孔(ZKJ-1、ZKJ-3)，在鈉交代角礫巖體中發(fā)現(xiàn)了鈾工業(yè)礦體，表明應(yīng)用物探成果指導(dǎo)找礦工作，取得了較好的地質(zhì)效果。

5 結(jié)論

馬路溝斷裂帶總體走向北西，在研究區(qū)范圍內(nèi)由主干斷裂(F101)和三條次級(jí)斷裂F102、F1011、F103組成：主斷裂(F101)電性特征反映為明顯的等值線密集帶及高阻與中低阻分界線，磁性特征反映為不同面貌磁場分界線，斷裂產(chǎn)狀具復(fù)雜多變特征，在X502～X506線之間總體傾向南西，至X501～X502線之間轉(zhuǎn)變?yōu)閮A向北東，傾角70°～80°左右，切割深度大于900 m。根據(jù)區(qū)域鈾成礦規(guī)律及本區(qū)鈾成礦特點(diǎn)，認(rèn)為X505～X506線馬路溝主斷裂(F101)與次級(jí)斷裂F1011交匯部位，鈾成礦條件較好，可做為下一步工作的重點(diǎn)。

圖7 研究區(qū)X501-X506線反演電阻率斷面及地質(zhì)解譯圖Fig.7 Apparent resistivity and interpreted section of Lines X501-X506 in the study area

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Geophysical characteristics of Malugou fracture and its relationship to uranium mineralization in Jiling pluton

ZHANG Wei1,2， SONG Zhentao1， SHEN Zhengxin1， WANG Wei3，RONG Xiao3， WANG Gang3， GUAN Shaobin1， WANG Shengyun4

(1.Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry, Shijiazhuang 050002, China;2.East China Institute of Technology, Nanchang 33013, China;3.NO.203 Research Institue of Nuclear Industry，Xianyang 712000, China;4.Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China)

The study area is located in the south of Jiling pluton, Longshoushan uranium metallogenic belt. The deep extension of Malugou fracture was studied using audio magnetotelluric measurements (AMT) and ground high-precision Magnetic survey. Based on the data of Geophysics, this paper summarizes the geophysical character of Malugou fracture in Jiling pluton, and gives the position of fracture, the occurrence, and deep extension situation. And it also clarify the relationship between Malugou fracture and its secondary faults. The analysis results show that the fracture is generate in the north of the west bifurcation of Jiling pluton, the strike direction is almost the north-west, the dip direction is in south west, and it is faulted by F201 fault which is along the northeast, fault depth is 700 m and almost 70° in the dip direction. The Malugou fracture inclines to northeast in the north-western section and inclines southwest to south-eastern section of the general tendency, and the attitude is complex. According to regional uranium metallogenic regularity and alkali metasomatic uranium metallogenic characteristics, predicted the favorable uranium mineralization section. The study provides a valuable basis for the next step to geophysical prospecting.

audio magnetotelluric measurements (AMT)； ground high-precision magnetic； Malugou fracture； geophysical characteristics； Jiling pluton

2016-07-20 改回日期：2016-08-17

中國核工業(yè)地質(zhì)局基礎(chǔ)地質(zhì)項(xiàng)目(201544)；核工業(yè)地質(zhì)局項(xiàng)目(地D1603)

張偉(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事固體礦產(chǎn)勘查和地球物理勘探工作， E-mail：zhwei@163.com。

宋振濤(1985-)，男，碩士，工程師，主要從事固體礦產(chǎn)勘查和地球物理勘探工作， E-mail：511210112@qq.com。

1001-1749(2017)04-0465-09

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.04.06