江西桃山鈾礦田多源數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用研究

孫璐

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

江西省桃山地區(qū)是我國南方四大花崗巖型鈾礦田之一，從20世紀50年代中期以來，已勘查發(fā)現(xiàn)10個鈾礦床和眾多鈾礦點、礦化點［1］。許多學(xué)者對桃山鈾礦田的巖石學(xué)、構(gòu)造、巖石地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)、礦床學(xué)等方面開展了大量工作，取得了很多成果［2-6］；曾文樂等（2010）認為桃山地區(qū)鈾成礦與中、新生代伸展拉張構(gòu)造系統(tǒng)密切相關(guān)［7］；張萬良等（2009）分析了斷裂、脈巖－構(gòu)造帶對鈾成礦的控制作用［5］；張萬良等（2008）認為NE向桃山斷裂具有膠鏈斷層性質(zhì)，是重要的保礦構(gòu)造［8］。2010年，核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成了江西省桃山地區(qū)花崗巖型鈾礦潛力評價典型示范；2014年，桃山礦田被設(shè)立為第四批國家級鈾礦整裝勘查區(qū)。經(jīng)過近幾年的勘查工作，該區(qū)獲得了大量的地質(zhì)、物探、化探、遙感、放射性測量等數(shù)據(jù)和成果。信息化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，不僅改變了人們的生活，也改變了人們對人類活動的記錄方式，進而出現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)。用數(shù)據(jù)說話、挖掘有用的數(shù)據(jù)一直是科學(xué)研究的核心［9］。筆者通過對前人形成的大量數(shù)據(jù)和新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行集成，構(gòu)建了桃山鈾礦田多源信息數(shù)據(jù)庫，為桃山鈾礦田進行資料的二次開發(fā)利用提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；同時，基于集成的數(shù)據(jù)庫，對桃山礦田構(gòu)造、巖體和航空放射性測量數(shù)據(jù)進行了處理，分析了其與鈾礦化的關(guān)系，以期對該區(qū)鈾礦勘查與科學(xué)研究提供一定的借鑒。

1 桃山礦田地質(zhì)背景

桃山鈾礦田地處江西省寧都縣境內(nèi)，面積約1 650 km2，構(gòu)造上位于華南活動帶武功山—諸廣山褶皺造山帶內(nèi)。

1.1 地層

區(qū)內(nèi)廣泛出露地層主要為震旦-寒武系（圖1），大部分發(fā)生淺變質(zhì)作用，震旦-寒武系千枚巖、片巖、片麻巖鈾含量較高；上白堊統(tǒng)-第四系主要分布在巖體東部的寧都、洛口和漢源3個斷陷紅盆中，上白堊統(tǒng)巖性為紫紅色砂礫巖、頁巖、泥巖，第四紀主要為坡積、沖積物。

圖1 桃山鈾礦田地質(zhì)略圖［1］Fig.1 Geology sketch of Taoshan uranium ore field［1］

1.2 構(gòu)造

以斷裂為主，角源斷裂和大沽斷裂是控制大王山—于山隆起帶的主干斷裂。巖體內(nèi)發(fā)育規(guī)模最大的NE向斷裂，其中，桃山斷裂帶是控巖、控盆又控礦的一組斷裂，具有多期次活動的特點；羅坑斷裂帶早期控制著脈巖帶的展布，晚期表現(xiàn)為硅化破碎帶和糜棱巖帶。

1.3 巖漿巖

主要出露桃山巖體，屬于多期、多階段形成的復(fù)式雜巖體。可劃分為三疊紀、侏羅紀和白堊紀3期巖體。各期次巖體均以二長花崗巖、鉀長花崗巖為主，屬鈣堿性花崗巖。白堊紀晚期出現(xiàn)一些中基性脈巖。

2 桃山礦田多源數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)集成

2.1 多源數(shù)據(jù)

經(jīng)過60多年的地質(zhì)調(diào)查與鈾礦勘查工作，桃山礦田積累了繁多的數(shù)據(jù)資料。通過數(shù)據(jù)的收集和整理發(fā)現(xiàn)，多源數(shù)據(jù)主要包括地質(zhì)調(diào)查、地球物理、地球化學(xué)、遙感、放射性測量以及鈾礦信息數(shù)據(jù)等。

2.1.1 地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)

將桃山地區(qū)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)收集與分類整理發(fā)現(xiàn)其主要的數(shù)據(jù)類型為矢量數(shù)據(jù)（MapGIS格式）和柵格數(shù)據(jù)（jpg圖片）。

矢量數(shù)據(jù)：主要有桃山地區(qū)鈾礦地質(zhì)圖（1：5萬）、桃山地區(qū)侵入巖漿構(gòu)造圖（1：5萬）、桃山礦區(qū)鈾礦地質(zhì)圖（1：2 000）、大布（6217）礦床鈾礦地質(zhì)圖（1：2 000）、大府上（6214）礦床鈾礦地質(zhì)圖（1：2 000）、坪上（6213）礦床鈾礦地質(zhì)圖（1：2 000）、羅坑（6219）礦床鈾礦地質(zhì)圖（1：2 000）等。

柵格數(shù)據(jù)：主要有1：20萬地質(zhì)圖（吉水幅（G—50—［08］），1：5萬 地 質(zhì) 圖 黃 陂 幅（G50E008008）、畫眉坳幅（G50E009008）、頭陂幅（G50E009008）和石上幅（G50E009009）。

2.1.2 地球物理數(shù)據(jù)

地球物理數(shù)據(jù)主要是重力測量和磁測的柵格數(shù)據(jù)，包括桃山地區(qū)剩余重力異常等值線圖（1：5萬）、桃山地區(qū)布格重力異常及推斷地質(zhì)構(gòu)造圖（上延500 m）（1：5萬），桃山地區(qū)△T航磁異常及推斷地質(zhì)構(gòu)造圖（上延500 m）（1：5萬）、桃山地區(qū)布格重力異常及推斷地質(zhì)構(gòu)造圖（上延500 m）（1：5萬）。

2.1.3 地球化學(xué)數(shù)據(jù)

地球化學(xué)數(shù)據(jù)包括Access數(shù)據(jù)庫和矢量數(shù)據(jù)（MapGIS格式）。

Access數(shù) 據(jù) 庫：1：5萬 地 質(zhì) 圖 黃 陂 幅（G50E008008）和畫眉坳幅（G50E009008）水系沉積物測量數(shù)據(jù)。

矢量數(shù)據(jù)：桃山地區(qū)W、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Ag、Ni、Cr、Co、V、As、Sb、Be等單元素地球化學(xué)等值線圖。

2.1.4 遙感數(shù)據(jù)

遙感數(shù)據(jù)主要是1：5萬的桃山地區(qū)遙感影像圖（柵格）、桃山地區(qū)遙感羥基異常圖和桃山地區(qū)遙感鐵染異常圖（矢量）等。

2.1.5 放射性測量數(shù)據(jù)

放射性測量數(shù)據(jù)包括航空放射性和地面放射性測量數(shù)據(jù)。

航空放射性測量數(shù)據(jù)：主要包括航空放射性測量鈾含量等值線圖、鉀含量等值線圖、釷含量等值線圖以及航空放射性測量鈾/釷等值線圖、鈾/鉀等值線圖和釷/鉀等值線圖。

地面放射性測量數(shù)據(jù)：桃山巖體1：5萬區(qū)域伽馬等值圖。

2.1.6 鈾礦信息數(shù)據(jù)

鈾礦信息數(shù)據(jù)包括大布、大府上、坪上、牙子徑、小廟、羅坑、竹元頭、小源、雷斗石和穩(wěn)布等10個礦床，7個鈾礦點和297個異常點的鈾礦化特征及空間分布信息。

2.2 數(shù)據(jù)集成

針對多源信息數(shù)據(jù)，參照《鈾礦資源潛力評價數(shù)據(jù)模型》［10］，基于地質(zhì)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)軟件，建立了桃山鈾礦田多源信息數(shù)據(jù)庫，由圖件數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)構(gòu)成。

2.2.1 圖件數(shù)據(jù)

桃山礦田圖形數(shù)據(jù)的集成主要是基于矢量數(shù)據(jù)（MapGIS格式）按專業(yè)類別進行存儲，主要包括基礎(chǔ)地質(zhì)類、鈾礦信息類、地理類、地球物理類、地球化學(xué)類、放射性水化學(xué)、航空放射性測量類、地面放射性測量類和遙感類圖層（表1）。根據(jù)圖層編碼可方便查詢、提取相應(yīng)的圖層數(shù)據(jù)，進而開展與鈾成礦相關(guān)的分析研究。

表1 桃山礦田圖形數(shù)據(jù)庫基本構(gòu)成Table 1 Basic composition of the graph database of Taoshan ore field

本次對空間數(shù)據(jù)集成采用的參數(shù)：空間坐標投影參數(shù)為高斯—克呂格投影，6度分帶，投影原點經(jīng)度（中央經(jīng)線經(jīng)度）117°00'，變形因子為1.00，假東偏移500 000 m，假北偏移0 m。

2.2.2 元數(shù)據(jù)

主要包括圖件及其他相關(guān)資料的元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)作為結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)保存在傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，可通過元數(shù)據(jù)信息快速查詢到相關(guān)的數(shù)據(jù)。

3 綜合應(yīng)用

綜合應(yīng)用主要是基于構(gòu)建的多源數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用空間數(shù)據(jù)分析軟件對控制鈾成礦的關(guān)鍵要素進行分析，探討各要素與鈾礦化的關(guān)系。作者選擇構(gòu)造、巖體和航空放射性測量數(shù)據(jù)進行處理，分析其與鈾成礦的關(guān)系。

3.1 構(gòu)造與鈾成礦

基于多源信息數(shù)據(jù)庫，分別提取鈾礦產(chǎn)地點圖元（LYKJAAA001）（圖2）和斷裂線圖元（LDZBBCA004）（圖3），并 對 斷 裂 線 圖 元 做200、400、600、800和1 000 m緩沖區(qū)分析。利用地質(zhì)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)軟件中空間數(shù)據(jù)分析功能模塊，進行相交分析，并對分析結(jié)果進行處理（表2）。統(tǒng)計得出鈾礦床主要位于斷裂構(gòu)造400 m的緩沖區(qū)內(nèi)，其中：鈾礦床8個，鈾礦化點5個，鈾異常點171個，表明鈾礦化與斷裂關(guān)系密切，特別是鈾礦床位于NE向桃山斷裂上盤和羅坑斷裂的兩側(cè)，桃山斷裂和羅坑斷裂是控礦斷裂。

表2 桃山礦田鈾礦產(chǎn)地與斷裂構(gòu)造緩沖區(qū)分析結(jié)果統(tǒng)計表Table 2 Statistics of analysis results of uranium deposits and fault buffer zone in Taoshan ore field

圖2 桃山礦田鈾礦床、礦化點和異常點分布Fig.2 The distribution of uranium deposits，occurrences anomalies in Taoshan ore field

圖3 桃山礦田斷裂構(gòu)造分布圖Fig.3 Distribution map of fault& fractures and in Taoshan ore field

3.2 巖體與鈾成礦

將提取的鈾礦產(chǎn)地點圖元（LYKJAAA001）（圖2）與花崗巖體面圖元（LYKJCBAA02）做相交分析。統(tǒng)計結(jié)果（表3）表明，鈾礦化主要產(chǎn)于粗粒斑狀黑云母花崗巖（γβJ2）、粗中粒斑狀黑云母花崗巖（γβJ1）和中粒斑狀黑云母花崗巖中。前人研究認為，桃山礦田花崗巖型鈾礦主要與打古寨巖體有關(guān)，從桃山礦田地質(zhì)圖（圖1）可以看出，大布、大府上、小廟等4個礦床以及1個鈾礦化點位于打古寨巖體內(nèi)。利用打古寨巖體做10 km的緩沖區(qū)，并與鈾礦產(chǎn)地點圖元（LYKJAAA001）的相交分析表明（表4），牙子崗、坪上等5個礦床位于緩沖區(qū)內(nèi)，2個鈾礦點和145個鈾礦化點位于緩沖區(qū)內(nèi)。由此可以看出，桃山礦田鈾礦化主要與打古寨巖體有較為緊密的聯(lián)系，中粒斑狀黑云母花崗巖為最有利的成礦部位。

3.3 航空放射性特征與鈾成礦

3.3.1 航空放射性測量鈾、釷、鉀和總計數(shù)率特征

通過鈾礦產(chǎn)地點圖元（圖2）與航空放射性測量U、Th、K和總計數(shù)率等4個面圖元（圖4）的相交分析，得出鈾礦床、鈾礦化點和鈾異常點所對應(yīng)的U、Th、K和總計數(shù)率等4個參數(shù)的值（范圍）（表5）。

表5 桃山礦田已知鈾礦床、礦化點和異常點航空放射性特征統(tǒng)計Table 5 Statistics of airborne radioactivity characteristics of known uranium deposits,occurrences and anomalies in Taoshanore field

從表5可以看出，桃山地區(qū)已知的10個鈾礦床分布于鉀含量3.10×10-2～3.30×10-2、鈾含 量7.74×10-6～8.36×10-6、釷 含 量25.75×10-6～30.30×10-6、總 計 數(shù) 率3 215～3 425 cps區(qū)段；而7個鈾礦化點分布于鉀含量3.02×10-2～3.24×10-2、鈾 含 量6.23×10-6～6.96×10-6、釷含量29.10×10-6～33.30×10-6、總計數(shù)率3 000～3 300 cps區(qū)段；297個鈾異常點10個分布于鉀含量2.85×10-2～3.15×10-2、鈾含量6.11×10-6～6.97×10-6、釷 含 量28.75×10-6～32.60×10-6、總計數(shù)率3 060～3 320 cps區(qū)間。該分析結(jié)果表明，從鈾礦床－鈾礦化點－鈾異常點總計數(shù)率和釷含量變化規(guī)律不明顯，而鉀和鈾含量具有逐漸降低的特點。

3.3.2 航空放射性測量多元信息處理

航空放射性測量數(shù)據(jù)多元信息處理的主要目的是突出航空放射性測量數(shù)據(jù)的有用信息，提取多元信息異常［11］。前人研究表明，花崗巖型鈾礦常用的解釋性數(shù)據(jù)處理方法有鈾增量、鈾異常定性差別模型（SM1模型）和鉀交代蝕變異常及低溫?zé)嵋翰顒e模型（SM2模型），3種數(shù)據(jù)處理的計算方法及基本含義見表6。

表6 航空放射性測量數(shù)據(jù)多元信息處理使用參數(shù)特征表［10］Table 6 Parameters used in multiple information processing of aerial radioactivity measurement data[10]

基于桃山地區(qū)航空放射性測量數(shù)據(jù)U、Th、K含量等值線圖與地質(zhì)圖，通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，插值處理，獲取鈾（Ui）、釷（Thi）、鉀（Ki）實測值以及該點所在地質(zhì)單元鈾、釷、鉀含量的平均值Ud、Thd、Kd。按照多元信息處理鈾增量、鈾異常定性差別和鉀交代蝕變異常及低溫?zé)嵋翰顒e模型計算方法進行計算。計算過程中發(fā)現(xiàn)鈾異常定性差別和鉀交代蝕變異常及低溫?zé)嵋翰顒e模型統(tǒng)計結(jié)果存在特異的正、負極值，故進行了循環(huán)迭代去極值處理。

經(jīng)統(tǒng)計，桃山地區(qū)鈾增量、鈾異常定性差別和鉀交代蝕變異常及低溫?zé)嵋翰顒e特征參數(shù)的平均值和方差如表7。

表7 桃山地區(qū)3個特征參數(shù)的平均值、均方差統(tǒng)計表Table 7 Average and mean square deviation statistics of 3 parameters in Taoshan area

由于具有多期次活動的花崗巖地區(qū)放射性能譜場變化比較劇烈，具有高離散性，均方差較大，因此，選擇當(dāng)預(yù)測值（A）大于或等于背景值加一倍均方差之和時（即A≥с+σ），即可劃定為異常區(qū)。故確定桃山地區(qū)鈾增量、鈾異常定性差別和鉀交代蝕變異常及低溫?zé)嵋翰顒e的異常提取下限分別為：

鈾增量異?！?.2×10-6

鈾異常定性差別模型（SM1）異?！?.4×10-6

鉀交代蝕變異常及低溫?zé)嵋翰顒e模型（SM2）異?！?4.6×10-6

依據(jù)上述下限值進行數(shù)據(jù)的提取與融合，圈定3個特征參數(shù)綜合異常見圖9。

圖9 桃山鈾礦田航空放射性測量數(shù)據(jù)多元信息綜合異常圖Fig.9 Comprehensive anomaly map of multiple information of aerial radioactivity measurement data in Taoshan uranium ore field

4 結(jié)論

1）基于桃山礦田前人研究取得的成果，對已有的數(shù)據(jù)進行了集成，構(gòu)建了桃山礦田多源信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了資料的二次利用。

2）桃山礦田鈾礦產(chǎn)地與構(gòu)造、巖體相交分析結(jié)果表明，鈾礦化與斷裂和打古寨巖體關(guān)系密切，鈾礦床主要位于斷裂400 m緩沖區(qū)內(nèi)；已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床、礦化點和異常點絕大部分位于巖體內(nèi)或巖體外10 km的范圍內(nèi)。

3）鈾礦床－礦化點－異常點與航空放射性測量總計數(shù)率和釷含量變化的規(guī)律不明顯，而鉀和鈾含量關(guān)系密切，具有逐漸降低的特點。

4）基于航空放射性測量數(shù)據(jù)U、Th、K含量等值線圖，通過數(shù)據(jù)處理獲得了航空放射性測量數(shù)據(jù)多元信息綜合異常圖，為進一步研究研究航空放射性測量數(shù)據(jù)與鈾成礦關(guān)系提供了思路。

致謝：論文撰寫過程中核工業(yè)北京地質(zhì)研究院朱鵬飛正高級工程師給與了精心指導(dǎo)并提出了許多寶貴意見、東華理工大學(xué)林子瑜教授在數(shù)據(jù)處理方面提供了指導(dǎo)與幫助，對他們表示誠摯的感謝。