廣西花山航空伽馬能譜特征及找礦預(yù)測

林曼曼，董根旺，李海明，王猛，宋洋洋，劉媛媛

(1.中國冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院，河北 保定 071051；2.中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 101300；3.中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222；4.中冶地勘巖土工程有限責(zé)任公司唐山分公司，河北 唐山 063000)

0 引言

航空伽馬能譜測量通過直升機搭載的機載航空伽馬能譜測量設(shè)備，直接測量伽馬能譜數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，換算成地面鉀、鈾、釷含量。航放數(shù)據(jù)直接反映地表放射場的信息，能夠直接尋找鈾礦及探索鈾礦形成的有利環(huán)境。近年來，對航空放射性資料進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)確定鈾礦成礦有利部位的目標已成為當(dāng)今鈾礦勘查的熱點技術(shù)問題；文獻中，人們主要通過鈾增量、活性鈾、鈾歸一化、鈾差值方差比、F參數(shù)等數(shù)據(jù)處理方法相結(jié)合來尋找隱伏鈾礦[1-6]。

華南鈾成礦省是我國重要的鈾礦產(chǎn)區(qū)，前人對該區(qū)進行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)了大量的鈾礦線索，并在華南地區(qū)已發(fā)現(xiàn)若干花崗巖型鈾礦田。對區(qū)域花崗巖型鈾礦成礦物質(zhì)來源、基本成礦規(guī)律及成礦作用有了較為系統(tǒng)的研究[7-13]。

廣西花山巖體位于華南鈾成礦省的中南部，具有較好的鈾成礦潛力，但鈾礦地質(zhì)的研究程度相對較低，利用航空伽馬能譜資料進行鈾成礦預(yù)測工作能夠快速高效地指明鈾成礦有利環(huán)境，從而達到尋找鈾礦的目的。中國冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院于2015年在桂東北地區(qū)開展了1∶5萬航空物探測量工作，獲取了高精度的航空伽馬能譜數(shù)據(jù)，本文是筆者在對測區(qū)航空伽馬能譜資料進行數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上對花山巖體一帶的鈾成礦潛力進行的初步研究。

1 地質(zhì)背景

花山巖體位于廣西壯族自治區(qū)東北部恭城瑤族自治縣、富川瑤族自治縣、鐘山縣和平樂縣的交界部位，位于南嶺構(gòu)造帶西端的南華活動帶海洋山凸起與大瑤山隆起的交界部位。研究區(qū)經(jīng)歷了多期(次)構(gòu)造運動，以加里東運動、印支-燕山運動較為強烈，形成一系列切割深度、規(guī)模與性質(zhì)不同的斷裂帶，以NNW向斷裂為主，NNE—近SN向斷裂為輔。

區(qū)內(nèi)地層由老到新有寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系和第四系。古生界較為發(fā)育，其中以泥盆系出露最為廣泛。寒武系為類復(fù)理石淺海相砂頁巖建造；泥盆系下部為陸相、濱海相紫紅色碎屑，上部為淺海相碳酸鹽巖；石炭系以碳酸鹽巖為主；侏羅系為內(nèi)陸湖泊相含煤的碎屑巖；第四系為河流相礫石、砂土和黏土。

研究區(qū)中的花山巖體與區(qū)域上的金子嶺、烏羊山、姑婆山、大寧、連陽和佛崗等巖體，構(gòu)成了EW向的加里東期—燕山期多旋回深成巖漿巖帶。貴東、諸廣山、桃山、大富足等著名產(chǎn)鈾巖體均分布于該巖漿帶中?；ㄉ綆r體由5個巖漿單元構(gòu)成[14]，侵入時代為晚三疊世—早白堊世，自老到新分別為牛廟獨立侵入體(T3N)、楊梅山獨立侵入體(J1Y)、里松單元(J2L)、望高單元(J3W)和華美單元(K1H)，宏觀上呈現(xiàn)東西向略長的外老內(nèi)新的正向環(huán)套式圓形復(fù)合巖基(圖1)，巖基侵入于鐘山—賀縣復(fù)向斜的西北翼，巖體侵入的最新地層為上泥盆統(tǒng)灰?guī)r。其中牛廟侵入體的巖性以二長閃長巖為主；楊梅山侵入體以二長巖為主；里松單元、望高單元和華美單元以黑云母二長花崗巖為主。

圖1 花山巖體地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻[14]修改)Fig.1 Geological sketch of Huashan granitic body1.第四系；2.侏羅系；3.二疊系；4.石炭系；5.泥盆系；6.寒武系；7.華美單元：早白堊世細粒花崗巖；8.望高單元：晚侏羅世黑云母二長花崗巖；9.里松單元：中侏羅世斑狀角閃黑云二長花崗巖；10.楊梅山巖體：早侏羅世二長花崗巖；11.牛廟巖體：晚三疊世石英二長閃長巖；12.花崗巖脈；13.花崗斑巖脈；14.偉晶巖脈；15.斷裂；16.地質(zhì)界線；17.不整合界線；18.平行不整合界線；19.礦點；20.河流及水庫

研究區(qū)附近礦產(chǎn)資源豐富，以內(nèi)生熱液礦床為主，包括錫、鎢、鉬、稀有元素、水晶、鉀長石、鈾等礦產(chǎn)。

2 數(shù)據(jù)處理

對航空伽馬能譜儀采集的原始數(shù)據(jù)進行高度濾波能譜數(shù)據(jù)濾波和飛機本底、宇宙射線、大氣氡、康普頓散射及高度校正，然后換算成航空伽馬能譜總計數(shù)率和鉀、鈾、釷的含量數(shù)據(jù)以滿足解釋的需要。

鉀、鈾、釷元素含量局部變化往往與鈾成礦關(guān)系密切，為了突出航放信息與鈾元素的賦存、運移及富集特征，根據(jù)航空伽馬能譜鉀、鈾、釷元素含量，對鈾元素轉(zhuǎn)換參數(shù)進行了計算，主要包括鈾釷比、古鈾、活性鈾、F參數(shù)，其數(shù)學(xué)模型及其代表地質(zhì)意義見表1。

表1 航空放射性測量數(shù)據(jù)處理使用參數(shù)特征[15-17]Table 1 Parameters for procession of aerial gamma data

3 結(jié)果與解釋

3.1 地層放射性元素含量特征

為了查明研究區(qū)內(nèi)各地質(zhì)單元放射性元素含量特征，提取區(qū)域地質(zhì)圖內(nèi)各地質(zhì)單元界線，作為劃分各地質(zhì)單元航空放射性元素統(tǒng)計的邊界。地層(體)中總計數(shù)、鉀、鈾、釷含量及標準差統(tǒng)計結(jié)果見表2。

從表2看出，花山巖體鉀、鈾、釷、總計數(shù)率含量明顯高于周圍地層，表現(xiàn)出明顯的放射性高值分布。侏羅系、石炭系、泥盆系、二疊系鉀、鈾、釷、總計數(shù)率的含量均偏低；寒武系和第四系中鉀、鈾、釷元素含量和總計數(shù)率在均值之上，其他地層均低于均值。

表2 花山巖體及周邊地質(zhì)體航放特征統(tǒng)計Table 2 Statistics of aerial radioactive characteristics of the granitic body and the surroundings

3.2 航空伽馬能譜特征分析

航空伽馬能譜陰影圖(圖2)顯示，花山巖體內(nèi)部的總計數(shù)率(圖2a)總體表現(xiàn)為放射性偏高場(3270～3640 cps)—高場(>3640 cps)，均值為3351 cps。放射性總計數(shù)率量一般為2000～4500 cps，最高達5100 cps?；ㄉ綆r體內(nèi)部K(圖2b)、U(圖2c)和Th(圖2d)元素的含量同步增加，均呈偏高場-高場特征。其中w(K)=1.0%～1.7%，局部高達2.2%；w(U)=4.1×10-6～8.7×10-6，局部可達11.9×10-6；w(Th)=23.0×10-6～38.4×10-6，局部達43.2×10-6。巖體內(nèi)部U元素的含量高值較為突出的區(qū)域分布于花山巖體中心偏南區(qū)域。其中楊梅山巖體和牛廟巖體附近U元素的含量相對偏低，望高單元、華美單元和里松單元U元素的含量相對偏高，且望高單元和華美單元內(nèi)部存在多處高值異常區(qū)。除巖體之外沿河流分布的第四系尤其是沿河流低洼部位K、U、Th元素的含量均較高，而遠離花山巖體的第四系中放射性元素的含量明顯低于靠近巖體的區(qū)域。

圖2 航空伽馬能譜陰影圖Fig.2 The measured gamma energetic spectrum map of the granitic bodya.航放總計數(shù)率陰影圖；b.航放K元素含量陰影圖；c.航放U元素含量陰影圖；d.航放Th元素含量陰影圖

3.3 航空伽馬能譜參數(shù)轉(zhuǎn)換分析

w(Th)/w(U)值陰影圖(圖3a)反映巖體內(nèi)部放射性元素動態(tài)平衡的情況：普通巖體中w(Th)/w(U)值多為3～4，產(chǎn)鈾巖體的w(Th)/w(U)值通常較低?；ㄉ綆r體的w(Th)/w(U)均值為4.1，極大值為7.9，極小值為1.6，表明巖體內(nèi)部U元素整體平衡，在部分侵入單元中存在U的富集現(xiàn)象。牛廟侵入體、楊梅山侵入體和里松單元的w(Th)/w(U)值為3～4，顯示鈾釷平衡未遭破壞；望高單元西側(cè)外圍的w(Th)/w(U)值為5～6，顯示U低Th高的特征，望高單元核部北側(cè)的w(Th)/w(U)值<3，華美單元的w(Th)/w(U)值亦<3，均表現(xiàn)出U高Th低的特征。

圖3 研究區(qū)航空伽馬能譜數(shù)據(jù)處理陰影圖Fig.3 Map showing results of gamma energetic spectral data procession of the study areaa. Th/U；b.古鈾(GU)；c.活性鈾(HU)；d.F參數(shù)

從古鈾含量陰影圖(圖3b)可以看出，花山巖體在成巖期U元素的含量較高，古鈾含量平均值為7.7×10-6，對比現(xiàn)今U元素含量平均值7.7×10-6，表明巖體中的U元素沒有明顯的遷移現(xiàn)象。

活性鈾陰影圖(圖3c)顯示，牛廟侵入體和楊梅山侵入體中U元素沒有明顯的遷入遷出；里松單元則表現(xiàn)為U元素的整體遷出，遷出量為0.45×10-6；望高單元外圍表現(xiàn)為U元素的遷出，U元素的最大流失量達8.96×10-6，核部整體表現(xiàn)為U元素的遷入，最大遷入量為10.38×10-6。

巖體內(nèi)部的F參數(shù)(圖3d)偏高值-高值區(qū)域分布在望高單元核部和華美單元附近，與活性鈾遷入?yún)^(qū)域的對應(yīng)性較好。

4 鈾成礦條件分析

4.1 花山巖體鈾源條件

花山巖體所在區(qū)域的地層U元素含量較高?；ㄉ綆r體地表圍巖以石炭系、泥盆系和寒武系為主。從表2(巖體周邊地層航空放射性元素含量統(tǒng)計結(jié)果)不能看出，寒武系中K、U和Th元素的含量和總計數(shù)率在全區(qū)沉積地層相對較高。花山巖體北側(cè)出露的寒武系主要為邊溪組的灰?guī)r和黑色碳質(zhì)硅質(zhì)泥巖，巖石中所含的有機質(zhì)對U元素具有較強的吸附作用。研究區(qū)內(nèi)地面伽瑪能譜測量測得2處碳質(zhì)頁巖的U元素含量高達到35.1×10-6和113.9×10-6，由此可見，U元素含量較高的寒武系為研究區(qū)內(nèi)最重要的鈾質(zhì)來源層位。

花山巖體為多期多階段的復(fù)式巖體，巖性主要為淺灰白色黑云母二長花崗巖?；ㄉ綆r體具有產(chǎn)鈾巖體的特征，呈現(xiàn)出酸度大，堿質(zhì)高、鉀大于鈉、鋁過飽和、暗色組分少的特點；巖石化學(xué)分析結(jié)果(表3)表明，花山巖體SiO2含量從早期到晚期逐漸增高，巖漿演化從早期的牛廟侵入體到晚期的華美單元呈現(xiàn)出逐漸偏酸性的變化規(guī)律；花山巖體K、U和Th元素的含量高于中國花崗巖均值和維氏酸性巖均值，其中U元素的含量高出維氏均值約2～10倍。通過航空伽馬能譜數(shù)據(jù)可以看出，花山巖體從早期到晚期，巖體各單元的U元素含量平均值分別為6.20×10-6→6.41×10-6→5.77×10-6→8.34×10-6→9.29×10-6，由此可見從早期到晚期巖體的U元素含量整體量逐漸增加然后降低再增加的趨勢，以華美單元U元素的含量最高，反映了鈾在巖漿結(jié)晶分異的過程中呈逐漸富集的趨勢。

表3 花山巖體各單元部分主量元素及K、U、Th元素特征 [14,18]Table 3 Characteristics of some major elements and K, U and Th of each units of the granitic body

花山巖體內(nèi)部斷裂發(fā)育，主要為NNE向、NW向和近EW向，其中NNE向和NW向2組斷裂構(gòu)造在空間上呈“X”型展布，EW向斷裂和NW向斷裂控制了測區(qū)內(nèi)鈾礦的分布。

4.2 鈾礦點的航空伽馬能譜特征

花山巖體內(nèi)部的鈾礦化(體)常賦存于熱液蝕變較為發(fā)育的地段，目前在花山巖體中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3處花崗巖型鈾礦點，分別為長沖鈾礦點、糙米坪鈾礦點和白石腳鈾礦點[19]。次生鈾礦物沿石英、長石等礦物的粒間或裂隙充填交代。鈾礦化賦存于望高單元黑云母二長花崗巖近EW向和NW向斷裂破碎帶中，礦化部位發(fā)育鉀長石化、硅化和赤鐵礦化等圍巖蝕變。

3個鈾礦點均位于望高單元的內(nèi)部，航空放射性U元素含量>9×10-6，處于航放U元素的高場區(qū)；w(Th)/w(U)>3，處于w(Th)/w(U)的低值區(qū)；活性鈾(HU)含量>1×10-6，處于活性鈾的高值區(qū)；F參數(shù)值>0.44%，位于F參數(shù)的高值區(qū)。由此可見，航空伽馬能譜異常能夠指示鈾礦的信息。

4.3 鈾礦成礦預(yù)測

花山巖體為富鈾巖體，成巖后經(jīng)過復(fù)雜的地球化學(xué)過程，使U元素產(chǎn)生活化，并向裂隙發(fā)育部位遷移，并在適宜的空間中富集成礦。根據(jù)航空伽馬能譜數(shù)據(jù)分析，巖體內(nèi)部U含量的極大值出現(xiàn)在望高單元核部和華美單元，在巖體的望高單元核部w(Th)/w(U)比處于低值區(qū)域，活性鈾(HU)遷入特征明顯，F(xiàn)參數(shù)顯示巖石蝕變作用強烈，已知的鈾礦點均產(chǎn)于望高單元核部。建議對望高單元核部的U元素高值區(qū)、蝕變巖發(fā)育區(qū)、斷裂構(gòu)造、圍巖蝕變和脈體發(fā)育的部位進行重點關(guān)注，根據(jù)航空伽馬能譜異常信息確定鈾礦找礦范圍。

5 結(jié)論

(1)花山巖體內(nèi)部總計數(shù)率總體表現(xiàn)為放射性偏高場-高場，其高場形態(tài)與巖體出露范圍高度吻合?；ㄉ綆r體內(nèi)部K、U、Th元素含量同步增加，均以偏高場-高場顯示。巖體內(nèi)部U元素含量高值較為突出的區(qū)域位于望高單元核部和華美單元。

(2)花山巖體為富鈾巖體，從早期到晚期具有明顯的K、U、Th元素富集現(xiàn)象，巖體中斷裂發(fā)育，且發(fā)現(xiàn)鈾礦點，是有利于形成鈾礦床的花崗巖體。

(3)在巖體內(nèi)部望高單元核部活性鈾(HU)遷入特征明顯，F(xiàn)參數(shù)顯示巖石蝕變作用強烈。且已知鈾礦點均產(chǎn)于望高單元核部，建議在該地段投入地質(zhì)工作以查明該地段斷裂、構(gòu)造蝕變帶的分布以及后期脈巖的礦化特征，以期對本地段鈾礦化潛力予以評價。