錢家店鈾礦集區(qū)磁放重特征及勘查方向探討

張仁紅，寧媛麗，段晨宇，王正其

（1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002；2.中核集團鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心（重點實驗室），河北 石家莊 050002；3.東華理工大學地球科學學院，江西 南昌 330013）

錢家店鈾礦集區(qū)（以下簡稱“研究區(qū)”）位于松遼盆地西南部內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市境內(nèi)，地跨科爾沁區(qū)、科爾沁左翼后旗及科爾沁左翼中旗3 個縣級行政單位，面積約3 300 km2。

最初被發(fā)現(xiàn)的錢Ⅱ塊鈾礦床，是遼河油田勘探管理局在石油勘探過程中，通過石油鉆孔γ 測井發(fā)現(xiàn)了上白堊統(tǒng)姚家組下段（K2y1）中存在鈾異常；后期遼河油田、核工業(yè)北京地質(zhì)研究院、核工業(yè)二四三大隊等多家勘查、科研單位，經(jīng)多年的鈾礦勘查實踐，不斷落實、擴大［1］。到目前為止，該地區(qū)已相繼發(fā)現(xiàn)了錢Ⅱ、錢Ⅲ、錢Ⅳ和寶龍山、海力錦鈾礦床，以及大林-雙寶鈾礦帶。從該區(qū)勘探前景看，仍有繼續(xù)擴大的趨勢，預計將來該區(qū)可能發(fā)展成為我國北方中新生代沉積盆地中又一個規(guī)模巨大的砂巖型鈾礦集區(qū)。

研究區(qū)大地構(gòu)造上位于松遼盆地的西南隆起區(qū)與開魯坳陷過渡部位的錢家店凹陷東北端［2］。錢家店凹陷處于開魯凹陷東北部，是一個次級負向構(gòu)造單元。凹陷呈北東-南西向帶狀展布，是在海西褶皺基底上發(fā)育起來的中新生代斷坳疊合型凹陷［2-4］。區(qū)內(nèi)地層自下而上可分為古生代變質(zhì)巖和巖漿巖基底，下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組和上白堊統(tǒng)泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組，其上為古近系-第四系的松散沉積物。

區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦化主要分布于上白堊統(tǒng)姚家組下段（K2y1），其次產(chǎn)于上白堊統(tǒng)泉頭組、青山口組、嫩江組和新近系泰康組。鈾礦化類型按其成因可分為同生沉積后生層間氧化疊加型、同生沉積及潛水氧化淋濾型3 種類型［5］。同生沉積后生層間氧化疊加型，主要發(fā)育于上白堊統(tǒng)姚家組和泉頭組中，以層間氧化為主，發(fā)育在盆地內(nèi)部反轉(zhuǎn)構(gòu)造形成的剝蝕天窗周邊，是松遼盆地主要的工業(yè)鈾礦類型，找礦潛力大。

研究區(qū)已知鈾礦化分布嚴格受NNE 向F2-1斷裂（中央斷裂帶-西支）、近EW 向F5斷裂（西拉木倫深斷裂）和近SN 向F6斷裂（通榆-康平或八面山斷裂）三組深斷裂夾持和圍限。目前已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)鈾礦化，均產(chǎn)于西拉木倫深斷裂（F5）以北。

鈾礦化主要受NE 向次級斷裂控制，且NE向與近EW 向斷裂交匯處礦化異常最為密集，說明NE 向斷裂對鈾礦化具有控制作用。據(jù)航磁資料推斷，NNE 向、近EW 向次級斷裂控制著地下淺部侵入的隱伏輝綠巖脈分布。鈾礦（床）區(qū)內(nèi)的主要控礦因素有5 個，即上白堊統(tǒng)姚家組、辮狀河相砂體、斷裂構(gòu)造的多重作用、層間氧化帶及基性巖漿侵入帶來的熱液改造［6］。

本文的主要研究思路：基于錢家店鈾礦集區(qū)地球物理場背景，從研究區(qū)“磁放重”地球物理特征場的角度進行綜合推斷與解釋，捕捉特征場與砂巖鈾成礦密切相關(guān)的構(gòu)造-建造-改造方面的特征信息。旨在分析鈾礦（床）區(qū)內(nèi)已知礦床平面空間分布與地球物理特征場（或稱異常場）的對應關(guān)系，建立其與砂巖鈾成礦地質(zhì)環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系，進一步探討研究區(qū)其他地段砂巖型鈾礦找礦方向。

1 區(qū)域地球物理場特征

1.1 磁場特征

研究區(qū)磁場面貌總體表現(xiàn)為弱負磁場背景，磁場變化較平穩(wěn)，磁場幅值變化一般在0～-120 nT 之間［7］。磁異常展布方向各異，中西部以NE、NNE 和NW 向為主，僅在通遼-大林及以東一帶，局部正負磁異常呈近EW 向斷續(xù)相間分布（圖1a、b）；東部邊界以近SN 向展布的巨型正磁異常帶為主，該異常帶主要反映了前寒武紀變質(zhì)結(jié)晶基底（An∈）及華力西期中酸性侵入體（γ43）的磁場特征。

此外，疊加于中西部背景場上的局部磁異常，多呈團塊狀和短軸狀。根據(jù)磁異常幅值大小，大致可分為低磁異常（0～50 nT）和高磁異常（60～200 nT）兩種類型。推測低磁異常主要為基底局部凸起引起，高磁異常為隱伏中酸性侵入巖和中基性火山巖（J3、βν、βQ）的強磁性反映。

在航磁ΔT化極上延3 km 后，NE 向、近SN向區(qū)域磁異常展布特征更為突出，研究區(qū)中南部NW 向展布的局部異常連續(xù)性差，呈不規(guī)則形態(tài)斷續(xù)分布（圖1c），說明NE 向、近SN 向異常相較于中南部NW 向展布異常是由更深的地質(zhì)體引起。

從圖1a、b 中可以看出，研究區(qū)磁場面貌在線性構(gòu)造特征反映上較為明顯。初步認為NNE 向展布的F2-1斷裂是控制錢家店鈾礦集區(qū)的主干斷裂，從南至北基本表現(xiàn)為貫通全區(qū)的線性低值異常帶，并且位于F2-1斷裂兩側(cè)的次級斷裂，也有較為明顯的磁異常梯度帶和磁場改變帶的表現(xiàn)。F5斷裂表現(xiàn)為近EW 向展布的串珠狀異常，且斷裂南北兩側(cè)的磁異常方向變化明顯。而F6斷裂位于研究區(qū)東部近SN 向正磁異常帶西側(cè)的密集線性梯度帶上，磁場特征反映出斷裂兩側(cè)基底巖性差異明顯。在F5斷裂以北，錢家店鈾礦集區(qū)周邊，局部磁異常多呈環(huán)形帶狀和不規(guī)則狀分布，受次級斷裂控制作用明顯。而F5斷裂南側(cè)，在片狀弱磁異常背景中疊加了大量的團塊狀異常，這些異常明顯受NW 和NE 向斷裂控制（圖1a）。

圖1 研究區(qū)航磁ΔT 化極等值圖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，利用處理后的高精度航磁測量資料，進行航磁區(qū)域場特征分析，可以明確推斷盆地基本斷裂構(gòu)造格架及分布特征，包括深斷裂、區(qū)域大斷裂和次級斷裂等；能夠大致判斷盆地（或坳陷）基底特征、沉積蓋層分布與沉積物性質(zhì)；圈定半隱伏及隱伏局部磁異常等重要的地質(zhì)構(gòu)造要素和成礦環(huán)境問題。

1.2 放射場特征

區(qū)域航放資料表明，研究區(qū)航空放射性場分布存在一定的規(guī)律性。從航放鈾含量（U）、鈾增量（ΔU）等值線平面圖（圖2a、b）可以看出，鈾含量均值約1.82 ×10-6，一般鈾含量變化在（1.10～2.20）×10-6之間，局部高值地段可達2.40 ×10-6以上。研究區(qū)內(nèi)鈾含量總體表現(xiàn)為低值背景特征。

圖2 研究區(qū)航放鈾含量、鈾增量等值圖Fig.2 Contours of aerial radioactivity uranium content and uranium increment of the study area

2019 年，在內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼地區(qū)開展野外地面放射性調(diào)查證實，本區(qū)地面伽馬能譜鈾含量的高低變化，與不同類型第四系沉積物分布有著十分密切的關(guān)系。主要沉積物類型有河漫灘沉積物、現(xiàn)代河床和風成沙三種。其中，河漫灘沉積物分布區(qū)實測鈾含量最高，平均為2.05×10-6，且釷含量也最高，平均為7.70×10-6；其次為現(xiàn)代河床沉積區(qū)，平均為1.49×10-6；最低是風成沙覆蓋區(qū)，平均僅為1.16×10-6。在研究區(qū)范圍內(nèi)確為低放射性背景（圖2a），僅在西遼河和新開河河道漫灘沉積物分布區(qū)（帶），形成了較為明顯的南北兩條鈾偏高-高值帶，證實這些偏高-高值帶的形成與表生帶鈾的遷移富集有關(guān)［7］。

盡管研究區(qū)中部地段，航空放射性場受表生帶鈾富集作用的影響較大，客觀上掩蓋了來自深部潛在鈾礦化貢獻的鈾含量增高信息，但從鈾含量和鈾增量圖上還是可以看到，與偏高-高值帶相鄰的背景區(qū)域（亦包括高值帶中局部地段）的鈾含量和鈾增量存在著微弱增高顯示（圖2b），鈾含量的變化范圍在（1.9～2.2）×10-6，鈾增量在（0.1～0.3）×10-6之間。

以上研究區(qū)航空放射性與地面放射性測量數(shù)據(jù)對比說明，雖然盆地內(nèi)第四系覆蓋厚，壓制了目的層放射性信息的貢獻，但是深部鈾礦化信息在航放區(qū)域場上還是有較明顯體現(xiàn)的。再運用“方差法”數(shù)據(jù)處理和航放弱信息增強處理等技術(shù)手段，可以更有效地提高潛在鈾礦化貢獻信息的識別度。這也為航空放射性測量方法在北方砂巖盆地鈾礦找礦提供了方法支持。由于方法原理不是本文重點，在這里不再展開敘述該內(nèi)容。若有對此方法感興趣的同行，可以參考文獻［8］。

1.3 重力場特征

整個研究區(qū)布格重力異常場面貌，相對于磁場特征來說較為簡單。從圖3 可以明顯看出，以大林—寶龍山一線NW 向的重力異常梯度帶為界，梯度帶兩側(cè)重力場高低差異較為明顯。南北可分為重力低值區(qū)（-17～-31）×10-5m/s2和重力高值異常區(qū)（-16～-5）×10-5m/s2。圖3 中可以看出，重力場特征與基底隆坳的對應關(guān)系較好［7-8，12］。筆者分析認為，西南部重力低值區(qū)對應于開魯坳陷范圍，東北部及東部的重力高值區(qū)對應于（狹義的）西南隆起區(qū)。

值得特別注意的是，在架瑪吐附近分布一個NNE 向橢圓狀重力高值區(qū)，推測可能對應于架瑪吐凸起。在其南西側(cè)還分布一規(guī)模較小的NNE 向展布的橢圓狀偏高重力異常，推測可能為一規(guī)模較小的局部凸起構(gòu)造。在舍伯吐—通遼一線，分布一NNW 向重力低值異常區(qū)，由于受F5斷裂改造，重力異常走向向西南異常方向發(fā)生明顯改變，推測其為一基底凹陷。而位于F5斷裂南東方向的片狀重力高值區(qū)，推測為前寒武紀結(jié)晶基底（An∈）或局部疊加華力西期中酸性侵入體（γ43）分布區(qū)。

圖3 中顯示，研究區(qū)深斷裂、大斷裂重力特征明顯。其中大林—寶龍山一線重力異常梯度帶和架瑪吐鎮(zhèn)—大林一線的串珠狀重力異常帶，分別對應NW 向斷裂（Fg1）和NNE 向F2-1深斷裂通過的位置。而F5斷裂在重力場上表現(xiàn)為南北兩側(cè)重力異常的形態(tài)和方向的改變。研究區(qū)重力異常變化趨勢，大體呈自東向西逐漸降低的特征。寶龍山—北西一線也表現(xiàn)為重力異常梯度帶，推測為西南隆起區(qū)與錢家店凹陷的分界斷裂位置（Fg1）。該斷裂南北兩側(cè)同樣分布各一條與之平行的NW 向斷裂，其重力場特征基本相似。

圖3 研究區(qū)布格重力等值圖Fig.3 Contour of bouguer gravity and faults in the study area

1.4 磁放重組合特征

研究區(qū)磁場為弱的負磁場背景，幅值變化較平穩(wěn)，一般在（0～-120）nT 之間。航放鈾含量一般在（1.10～2.20）×10-6之間，均值約1.82×10-6，總體表現(xiàn)為低放背景。錢家店鈾礦集區(qū)布格重力異常值在（-23.3～-11.0）×10-5m/s2之間，有較為明顯的重力梯度變化，故此推斷礦（床）區(qū)位于重力異常梯度帶過渡部位。在錢家店鈾礦集區(qū)及周邊，平穩(wěn)的弱負磁背景反映了沉積蓋層巖石地層組合以陸相碎屑沉積物為主；上白堊統(tǒng)上覆一定厚度新生界地層導致航放鈾含量為偏低背景。重力異常梯度帶指示基底埋深具有明顯變化的特點。

綜合上述航磁、航放和重力場特征，筆者認為錢家店鈾礦集區(qū)主要表現(xiàn)為“弱磁環(huán)境、低放背景和重力梯度變化帶”的地球物理場組合特征。

1.5 半定量預測

砂巖型鈾礦的形成有其特殊的地球化學環(huán)境，并反映在地球物理場上，如磁場、伽馬場和重力場等。半定量預測技術(shù)根據(jù)已知礦床的地球物理場特征，選取各物理場及其相關(guān)轉(zhuǎn)換場組合關(guān)系，通過調(diào)整礦床與物理場的相關(guān)系數(shù)、有利信息面積比及菲舍爾判據(jù)等參數(shù)，來確定最佳場值組合關(guān)系，然后應用到整個研究區(qū)。

應用半定量預測技術(shù)，采用覆蓋研究區(qū)范圍的“磁放重”數(shù)據(jù)中31 種地球物理轉(zhuǎn)換參量對研究區(qū)進行了成礦有利度預測［7-8］。從圖4中可以看出，在研究區(qū)中部，成礦有利度高值帶沿F2-1斷裂走向展布特征最為突出。F2-1斷裂西側(cè)的Fg1與F5斷裂夾持區(qū)，有利度信息較為集中，其他地段相對較為分散。

圖4 研究區(qū)砂巖型鈾礦半定量建模預測成礦有利度分布圖Fig.4 The distribution map of uranium metallization favorability with semi-quantitative modeling prediction of study area

2 斷裂構(gòu)造與成礦特征分析

2.1 主要斷裂構(gòu)造與斷塊升降

Fg1斷裂走向NW，它是對盆地基底形態(tài)產(chǎn)生明顯改造的區(qū)域性斷裂帶，控制著斷裂南北兩側(cè)盆地基底斷塊升降。Fg1斷裂北側(cè)斷塊明顯抬升，形成（狹義的）西南隆起區(qū)，而南側(cè)斷塊相對沉降，逐步發(fā)育形成了開魯坳陷（見圖3）。

F2-1斷裂走向NNE，線性特征在磁場、重力場上均有明顯反映。它及其旁側(cè)的次級斷裂自晚白堊世以來的繼承性活動，也明顯地控制著局部斷塊的升降（見圖1）。分析認為，F(xiàn)2-1斷裂西側(cè)以塊體沉降為主，即錢家店凹陷單元。東側(cè)則以抬升為主，即架瑪吐凸起單元。

根據(jù)重磁特征推測，在該斷裂帶的不同地段，斷裂兩側(cè)的升降幅度也存在明顯差異。如腰哈根艾里構(gòu)造天窗部位的抬升作用較強烈［6］，而沿F2-1斷裂向北東或向南西延伸方向，相對升降作用可能較弱。

2.2 斷裂構(gòu)造與鈾礦化

F2斷裂位于松遼盆地中部，包括F2-1和F2-2斷裂兩支。圖5 中的F2-1為中央斷裂帶的西支斷裂，斷裂帶的影響寬度可能有幾千米至十幾千米。由于該斷裂帶局部地段受NW 向斷裂改造影響，導致了淺部磁場特征不連續(xù)。主要表現(xiàn)為寬緩區(qū)域異常的梯度帶，局部為不同磁場分界線（圖1a）。僅在F2-1斷裂南北兩端，表現(xiàn)為跳變場與平靜場的分界線。上延3 km 后，F(xiàn)2-1斷裂處于NNE 向展布的負磁異常帶內(nèi)，基底斷裂特征反映顯著（圖1c）。

F2-1斷裂形成于早白堊世，晚白堊世—古新世有明顯的繼承性活動［9］，它主要控制著開魯坳陷的形成與發(fā)育。后期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用導致上白堊統(tǒng)地層反轉(zhuǎn)，上部地層遭受長期剝蝕，形成構(gòu)造天窗［10］。

從圖5 可知，研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的海力錦、錢Ⅱ、錢Ⅳ、寶龍山鈾礦床和大林-雙寶鈾礦帶的空間分布基本上受F2-1的控制，且向南西和北東方向有較好的發(fā)展趨勢。研究區(qū)內(nèi)找礦目標層姚家組下段（K2y1），因受反轉(zhuǎn)構(gòu)造隆升影響，易于遭受剝蝕而裸露地表，形成構(gòu)造天窗，天窗使姚家組地下水承壓力減小，形成局部排泄源，從而改變了地下水循環(huán)體系，有利于形成層間氧化帶。鈾礦化主要受斷裂構(gòu)造、沉積相與砂體、后生還原改造、后生氧化、熱流體改造等因素控制，屬于復合成因的層間氧化帶型砂巖鈾礦床［6，10］。

圖5 研究區(qū)推斷斷裂構(gòu)造與砂巖型鈾礦化分布關(guān)系圖Fig.5 The distribution relation of inferred faults and uranium mineralization of study area

3 勘查方向探討

從已發(fā)現(xiàn)鈾礦及鈾礦化分布來看（圖5），F(xiàn)2-1斷裂（含次級斷裂）明顯控制著鈾礦化的平面空間展布。成礦有利度偏高-高值帶亦表現(xiàn)為NNE 向展布，規(guī)模也遠遠超出了已知鈾礦化分布范圍（圖4）。以下為各鈾礦床磁、重特征：

錢Ⅱ、錢Ⅳ塊鈾礦床位于錢家店鎮(zhèn)NNE 向的胡力海鎮(zhèn)一帶，處于F4主干斷裂西側(cè)，東與寶龍山鈾礦床相對分布，南東側(cè)為大林-雙寶鈾礦帶。航磁區(qū)域場處于弱磁背景，梯度變化小，屬平穩(wěn)降低的負磁場，磁場幅值在（0～100）nT 之間。處于架瑪吐凸起（重力高）和烏蘭花凸起（重力偏高）夾持部位，平面形態(tài)為東、西、北三面呈反“U”型的重力梯度帶，向南西側(cè)為錢家店凹陷，布格重力異常值在（-22～-15）×10-5m/s2之間，重力梯度變化較小。

寶龍山鈾礦床位于科左中旗寶龍山-白興吐一帶，處于F4主干斷裂東側(cè)，西與寶龍山相對分布，南西側(cè)為大林-雙寶鈾礦帶。航磁區(qū)域場處于弱磁背景，梯度變化小，屬平穩(wěn)降低的負磁場，磁場幅值在（-100～0）nT 之間。處于架瑪吐凸起（重力高）西南部邊緣，平面形態(tài)為東、西、南三面呈“U”型的重力梯度帶，向南西進入錢家店凹陷，布格重力異常值在（15.0～-4.0）×10-5m/s2之間，重力梯度變化較大。

大林-雙寶鈾礦帶位于西遼河錢家店段的南岸，錢家店鎮(zhèn)東側(cè)大林-雙寶窩鋪一帶，處于F4主干斷裂東側(cè)，沿北東方向與寶龍山鈾礦床展布方向基本一致，北西側(cè)相隔F4斷裂，與錢Ⅱ、錢Ⅳ塊鈾礦床相對應。航磁區(qū)域場處于弱磁背景，梯度變化小，屬平穩(wěn)降低的負磁場，磁場幅值在（-100～0）nT 之間。大林-雙寶鈾礦帶處于架瑪吐凸起南西側(cè)的低凸起（重力偏高）與凹陷過渡部位，低凸起為NNE 向展布的橢圓狀，表現(xiàn)為NNE 向展布的寬緩重力梯度帶，向南西進入深凹陷區(qū)，布格重力異常值在（-20.0～-15.0）×10-5m/s2之間，重力梯度變化較小。

海力錦鈾礦床位于F4斷裂西側(cè)，處于新開河以北地區(qū)，大地構(gòu)造位置屬瞻榆凹陷，推測與其他鈾礦床部位基底性質(zhì)存在明顯差異。航磁區(qū)域場為弱負磁背景，磁場幅值在（-50～-100）nT之間。位于架瑪吐凸起（重力高）西北側(cè)的重力梯度帶上，梯度帶呈朝向北的“U”型展布，布格重力異常值在（-16.0～-10.0）×10-5m/s2之間。

從研究區(qū)“磁放重”特征綜合分析認為，早白堊世坳陷沉積時期，F(xiàn)2-1斷裂控制著上白堊統(tǒng)巖性巖相分布，后期斷裂活化作用使上白堊世坳陷地層發(fā)生反轉(zhuǎn)，之后由于長期剝蝕形成局部構(gòu)造天窗。構(gòu)造天窗部位地下水承壓力減小，形成局部排泄源，有利于層間氧化帶形成。

建議今后研究區(qū)勘查方向，應當重點沿F2-1斷裂帶走向方向，即向北東方向和南西方向向外推移，并且可向其東西兩側(cè)控制一定的勘探網(wǎng)格間距和延長一定的勘探線長度。

4 結(jié)論

1）通過對研究區(qū)航磁、航放和重力場特征的綜合研究，揭示了研究區(qū)地球物理場背景。研究成果顯示，利用地球物理異常場（或稱特征場）信息，可以建立其與區(qū)域地質(zhì)背景、砂巖型鈾成礦地質(zhì)環(huán)境以及控礦因素、找礦線索之間的內(nèi)在聯(lián)系。

2）航磁、重力資料可大致推斷主要斷裂展布方向、規(guī)模和性質(zhì)，分析斷裂對基底巖性巖相分布、局部斷塊升降，以及其對沉積蓋層反轉(zhuǎn)的影響。半定量預測結(jié)果可以間接指示砂巖型鈾成礦有利區(qū)段。特別是磁重資料聯(lián)合處理與解釋，能夠清晰反映覆蓋區(qū)區(qū)域構(gòu)造格架和構(gòu)造背景。

3）航磁、航放和重力資料三者結(jié)合，可以有效地指導研究區(qū)進一步的鈾礦勘查工作方向，并且可以將研究區(qū)“磁放重”地球物理場組合特征推廣到松遼盆地的其他地段，是一種快速分析鈾成礦條件的地球物理找礦手段。