基于重磁资料的铀矿预测研究——以松辽盆地西部为例
2021年1月地球学报Jan. 2021 第42卷第1期: 63-73Acta Geoscientica Sinica Vol.42No.1: 63-73 www.cagsbulletin
基于重磁资料的铀矿预测研究
——以松辽盆地西部为例
刘燕戌1), 路文芬1), 杨冬红2)
1)中国自然资源航空物探遥感中心, 北京100083;
2)吉林大学东北亚国际地学研究与教学中心, 吉林长春130026
摘要：为了充分挖掘重磁资料在铀矿预测中发挥的作用, 探索重磁学与铀矿勘探学交叉学科的前缘创新方向, 本文在研究松辽盆地西部航磁、重力资料的基础上, 系统分析了断裂、背斜、岩浆岩等铀成矿地质要素的典型重磁异常特征, 总结了以重磁特征为主的矿标志, 结合铀矿化资料, 进行了铀成矿远景预测。研究区共圈定5处铀成矿远景区, 指出大庆长垣西缘、松原、科左中旗、白城—镇赉、齐齐哈尔等地区具有较好的铀成矿前景, 应在下一步勘探部署中予以关注。
关键词：重磁异常; 成矿地质要素; 铀矿预测; 松辽盆地西部
中图分类号: P631.125; P631.222 文献标志码: A doi: 10.3975/cagsb.2020.092501
The Prediction of Uranium Deposits Based on Gravity and Magnetic Data:
Exemplified by Western Songliao Basin
LIU Yan-xu1), LU Wen-fen1), YANG Dong-hong2)
1) China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Nature Resources, Beijing 100083;
2) International Centre of Geoscience Research and Education in Northeast Asia, Jilin University, Changchun, Jilin 130026
Abstract:The western area in Songliao basin has a certain potential of uranium resources. In order to fully excavate the effect of gravity and magnetic data in uranium ore prediction and explore the frontier innovation direction of interdisciplinary subjects of gravity and magnetism and uranium exploration, the authors systematically analyzed the typical characteristics of faults, anticlines and magmatic rocks which belong to the geological elements based on the study of aeromagnetic and gravity data. The authors summarized the prospecting criteria mainly based on gravity and magnetic
characteristics, then predicted the prospect of uranium mineralization combined with uranium mineralization data. Five uranium metallogenic prospect areas were delineated in the study area. It is pointed out that the western margin of Daqing placanticline, Songyuan, Horqin Left Wing Middle Banner, Baicheng–Zhenlai and Qiqihar have good uranium metallogenic prospects, and hence attention should paid to these areas in the future exploration deployment.
Key words:gravity and magnetic anomaly; metallogenic factors; uranium ore prediction; the western area in Songliao basin
近年来, 核能作为一种清洁能源, 已经在国家能源总量占比中成为重要的组成部分。铀矿勘探与开发不仅是社会研究的热点问题, 也成为中国地质调查战略部署的重点工作之一。松辽盆地铀矿地质工作始于20世纪50年代, 利用放射性普查对盆地铀成矿地质背景开展了初步调查。20世纪80年代后期, 盆地内部陆续开展了铀矿区调工作, 在盆地西缘开展了1:20万放射性水化学调查。20世纪90年代, 松辽盆地同伊犁盆地、鄂尔多斯盆地一起被列为我国地浸砂岩型铀矿勘查的重点盆地。随着松辽盆地钱家店中型砂岩型铀矿床的发现, 众多学者在松辽盆地陆续开展了铀矿地质相关工作。目前, 针对松辽盆地西部铀成矿的相关研究主要涵盖构造与流体演化对铀成矿的控矿作用(封志兵等, 2014)、
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构造演化对铀成矿的控制作用(赵杰等, 2002; 胡霞等, 2011)、构造背景及铀源等成矿条件(赵忠华等, 2003; 张翔等, 2019)等领域。
铀成矿地质环境十分复杂, 成矿条件包括铀源、沉积环境、有利构造等众多因素。如何在已有的工作基础上, 充分利用航磁、重力等资料拓展研究思路(孟令顺和杜晓娟, 2009; Li et al., 2014), 节约勘探成本, 充分挖掘与铀成矿背景、远景预测等相关的地质线索, 是一项具有现实意义的重要工作。目前, 关于重磁异常与铀成矿地质背景内在联系的研究甚少。本文利用松辽盆地西部的航磁、重力资料, 研究了断裂、背斜、岩浆岩的重磁异常特征, 继而在铀成矿预测方面进行了探索, 希望为研究区的铀矿勘探工作提供有效的地球物理信息。
1 铀成矿地质背景
1.1 地层
研究区北至齐齐哈尔市附近, 南至宝龙山北, 东起林甸—宝泉一线, 西到突泉县(图1)。该地区属于天山—内蒙古—兴安岭地层区的松辽地层分区, 地表全部被新生界覆盖。区内油气探井数据显示, 放射性高值异常主要集中于青山口组、嫩江组、姚家组、四方台组和第三系。西部斜坡区内的矿化异常多产于白垩系嫩江组、姚家组、青山口组和火石岭组中(封志兵等, 2013; 李鑫石, 2018)。
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1.2 构造
研究区主体位于松辽盆地西部斜坡区和中央坳陷西部, 其西部与大兴安岭隆起区相邻。区内及邻区发育的大断裂走向以北东向为主、其次为北西向, 二者相互切错, 共同控制着盆地内的中—新生界沉积(图1)。放射性异常产出受断裂挟持的正向构造控制, 多产于隆起区和凹陷区的过渡位置。
西部斜坡是松辽盆地西部的大型区域性单斜构造, 向东倾, 倾角小于2°, 其中部存在古河道砂岩型铀矿的可能性比较大, 其西部超覆带与大兴安岭毗邻, 有利于层间氧化带砂岩(封志兵等, 2014)。大庆长垣是一个发育完全的背斜构造, 其西翼倾角11°~18°, 东翼倾角2°~7°(钟延秋和马文娟, 2011)。构造运动使其背斜核部遭受剥蚀从而形成构造天窗, 有利于含铀、含氧地下水渗入地下岩层, 因此此类单斜、背斜构造对于形成砂岩型铀矿非常有利。区域性断裂的存在为地下水的活动以及层间氧化带的形成提供了有利的构造背景。各种断裂构造的多期次活动使岩石遭到破坏和碎裂, 引导含铀、含氧地下水沿断裂定向流动, 使断裂位置的含铀量升高, 并沟通深部的还原性油气(钟延秋和马文娟, 2011;
图1研究区构造单元划分图
(构造单元据杨庆元等, 1993修改)
Fig. 1 Division of structural units and distribution of
uranium resources in the study area
(structural unit modified after YANG et al., 1993)
1.3 铀源
研究区及邻区的岩浆活动十分频繁, 侵入最强烈期可能发生在海西早期, 即褶皱运动最强烈期。岩类主要为酸性岩和中酸性岩, 包括花岗岩、花岗斑岩、花岗闪长岩、白岗岩等。大兴安岭、小兴安岭均发现海西晚期花岗岩, 岩体多呈巨大岩体或脉状、岩株状岩体成出现。区内火山岩分布比较广泛, 主要岩性包括安山岩、流纹岩、凝灰岩等。
研究区西部和北部蚀源区均分布有大面积的花岗岩和火山岩, 铀源十分充足。西部盖层沉积过程中的物源主要来自于大兴安岭物源区, 岩性为高含铀的侵入岩、中酸性火山岩及变质岩, 并具有铀迁移现象。花岗岩铀含量值多为(4~10)×10–6; 火山岩的铀含量值为(6.5~8.7)×10–6, 平均值为7.4×10–6。北
部物源区的花岗岩含铀丰度较高, 海西期花岗岩铀含量为(3.05~9.55)×10–6, 燕山期花岗岩铀含量最高值可达24.8×10–6。
1.4 水文地质特征
在西部斜坡地貌及构造的影响下, 研究区具有良好的地表和地下径流汇水条件。区内地下水的补给来源包括盆边物源区内的大气降水以及层间水。西部斜坡西缘后期的抬升、剥蚀, 既提供了可能的
第一期刘燕戌等: 基于重磁资料的铀矿预测研究65
由于盆地新生代一直处于抬升水文期, 渗入作用增强, 压榨作用减弱, 有利于层间氧化带形成。排泄区和局部排泄源多为河流和断裂交汇。
1.5 古气候特征
研究区白垩纪四方台组沉积期的古气候由温暖潮湿转为干旱, 明水组一段为温湿气候, 明水组二段为干热气候。第三纪依安组形成时为温暖湿润气候, 大安组为温暖潮湿气候, 泰康组沉积时期的气候为由温暖潮湿过渡到温凉偏干, 向干旱及寒冷方向转化(封志兵等, 2014)。
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呜字组词2 数据
本次使用中国自然资源航空物探遥感中心(以下简称航遥中心)在松辽盆地西部的实测航磁数据, 测量仪器为氦高泵磁力仪, 测线间距为2 km, 切割线间距为10 km, 测线方向为90°, 平均飞行海拔高度为400 m, 磁测总精度为±2.1γ。本次使用的地面布格重力数据, 网格间距为2 km×2 km。
航磁数据位场转换处理主要包括化磁极、向上延拓、垂向导数及剩余异常提取, 主要使用航遥中心自主研发的Geoprobe2.0软件。相关图件绘制使用航空物探彩矢量成图系统AgsMGis软件及Oasis Montaj软件。
3 地层(岩石)物性特征为什么wifi连接上却不能上网
地层(岩石)的密度及磁性参数是利用重磁异常进行推断解释的基础。本文根据实测物性数据, 对研究区及周边不同时代地层(岩石)的密度及磁化率参数进行了统计分析(刘燕戌等, 2012)。验车
3.1 密度特征
总体而言, 研究区地层由新到老可划分为新生界、中生界、上古生界、下古生界及前古生界。上述各个地层的平均密度分别为  2.1 g/cm3、2.58 g/cm3、2.66 g/cm3、2.75 g/cm3, 密度呈逐渐变大的趋势。
侵入岩的密度变化具有规律性, 从酸性、中酸性、中性到基性岩, 密度呈逐渐增大的趋势。其中, 酸性
侵入岩密度较小, 平均值为  2.51 g/cm3, 当其侵入到密度较大的地层中时, 通常引起局部重力低; 当其围岩为密度较低的地层时, 通常引起相对重力高。火山岩的密度由酸性到基性呈逐渐增大的趋势。
3.2 磁性特征
研究区不同地层(岩石)具有不同的磁性特征, 主要包括两个磁性界面, 中生界侏罗—白垩系岩性主要为安山质凝灰岩、粗安岩、安山岩、玄武岩等, 平均磁化率为1500×10–5SI, 磁性较强; 下古生界—前均磁化率为176×10–5 SI, 磁性中等。此外, 新生界、上古生界磁性微弱, 平均磁化率均小于30×10–5 SI。
侵入岩从酸性、中酸性-中性到基性岩, 磁化率明显升高。花岗岩、花岗斑岩等酸性侵入岩磁化率为(6~3344)×10–5 SI, 平均值为500×10–5 SI左右, 当其侵入到无-微弱磁性围岩中, 通常引起中-小幅值的正磁异常。从火山岩看, 酸性火山岩、中性火山岩和基性火山岩等磁性强度变化亦较大。酸性火山岩磁化率为(15~1523)×10–5SI, 平均值为225×10–5 SI, 属于弱磁性, 仅能引起小幅值的弱磁异常; 中性火山岩磁化率平均值为1500×10–5SI左右, 属于中等磁性, 常引起跳跃变化的航磁异常。
4 重磁场特征
研究区磁场表现为低弱背景上的团块状正磁异常, 面貌较为复杂。磁异常值的变化范围为–564.2～526.8 nT, 多数在–140.0～150.0 nT(图2)。航磁异常走向总体为NE向, 其次为近SN向、NW 向, 少数为
近EW向。中北部正磁异常比较发育且分布相对分散, 应为隐伏侵入岩及火山岩引起。南西部近NE向条带状航磁异常应为酸性侵入岩的响应。南西部中-低幅值跳跃变化正磁异常, 应为中酸性火山岩的反映。
研究区重力场总体表现为大面积相对重力低上的局部相对重力高, 异常幅值变化范围–53.0～5.2 mGal, 一般为–15.0～–10.0 mGal。全区异常梯
图2松辽盆地西部航磁异常平面图Fig. 2 Aeromagnetic anomaly in the western area of
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黑暗之王度变化较大, 东部、西部、南部可见多条延伸中等距离的重力异常梯级带, 中东部、中部的梯级带不甚发育。区内重力异常梯级带的展布方向以NNE–NE向为主, 其次为NW向, 少数为近EW向。重力梯级带的发育是研究区内断裂构造的响应。该区局部异常较为发育, 东部、西部、南部均可见多处相对重力高异常, 中部发育大面积相对重力低。东部与西部的相对重力高异常走向以近NE向为主, 南部局部异常相对分散, 方向各异, 局部重力高异常是背斜、岩浆岩体、背斜、断块等的响应, 大面积局部重力低反映了花岗岩体的存在。
5 铀成矿要素的典型重磁异常特征
铀元素的富集、铀矿床的形成与断裂构造、背斜构造、单斜构造、岩浆岩体等具有密切关系, 利用重磁异常特征可以识别上述控矿要素或有利构造部位。
5.1 断裂构造的重磁异常特征
断裂构造的重磁异常识别标志主要包括: 重力(航磁)异常线性梯级带、特征明显的重力场分界线、重力(航磁)异常等值线扭曲(宽度突变、转折)部位、块状相对重力(航磁)高低异常边界位置、串珠状磁异常
带等(Li et al., 2012)。需要说明, 对于某条特定的断裂, 可具有其中的一个标志, 也可以具有多个标志。本文利用重磁异常的不同特征, 对研究区内具有一定规模的断裂构造进行了推断解释。
5.1.1 齐齐哈尔地区
位于研究区北部, 区内断裂构造在布格重力异常图上的特征较为明显, 主要表现为: ①F1断裂对应于NE向线性重力异常梯级带, 梯级带延伸距离较远且梯度较大(图3a)。该断裂在布格重力异常向上延拓5 km图(图3b)和垂向一阶导数图(图3c)上仍有十分清晰的显示, 其东侧表现为大面积相对重力低, 西侧表现为3处高幅值局部异常, 说明断裂两侧具有不同的密度差异。②F1断裂中段存在一处明显的异常等值线同向弯曲(图3a, b, c), 它是后期发育NW向F10断裂的反映, 说明F1断裂形成之后, 尚有新的NW向断裂的形成或早期的NW向断裂再活动。③在F1断裂南段, 异常等值线宽度自北向南突然变窄, 应为先期形成的F1断裂被后期NW向F11断裂平移错断所致。
a—布格重力异常图; b—布格重力异常上延3 km图; c—布格重力异常垂向一阶导数图; d—断裂与铀矿化分布图。
a–Bouguer gravity anomaly diagram; b–Bouguer gravity anomaly upward continuation 3 km diagram; c–Bouguer gravity anomaly vertical
first derivative diagram; d–distribution of faults and mineralization.
图3齐齐哈尔地区重力异常与铀矿化关系图
第一期刘燕戌等: 基于重磁资料的铀矿预测研究67
结合该区铀矿化的分布情况可以看出: ①铀异常点(孔)沿断裂形成一条近NW向的异常带, 说明该断裂是铀元素长期运移的通道, 铀矿化的分布受近NW向断裂控制(图3d)。②航放异常、自然伽马异常主要集中于NE向F1断裂与NW向F23断裂近“X”形交汇部位。③航空放射性多元信息综合异常资料显示, 齐齐哈尔市南一带的放射性异常较为集中(图3d), 活性铀异常、铀增量异常区范围与F23断裂、F1断裂的交汇部位相吻合, 说明航放铀异常显示地带与断裂构造具有较为密切的关系。
5.1.2 通榆地区
位于研究区南西部, 区内断裂构造的重力异常特征主要表现为: ①F5断裂对应于清晰的NW向重力异常梯级带(图4a), 断裂北东侧为大面积重力低, 南西侧为局部重力高, 两侧地层具有不同的密度。
②F5断裂与F27断裂对应于特征明显的NW向线性梯级带, 两条断裂近于平行, 东端均受限于F26断裂, 形成两处交汇部位(图4a, b, c)。NNE向F28断裂的北端受限于NW向F27断裂, 两条断裂形成一处交汇部位。
根据该区重、磁异常特征, 结合铀异常、铀矿化点分布情况可以看出: ①F5断裂、F27断裂旁侧分布有2个铀异常孔和2个铀异常点(图4d)。②工业铀矿孔、铀矿化孔、活性铀的富集地段主要位于F27断裂(NW向)与F26断裂(NNE向)的交汇部位附近。1:25万铀矿水化学调查结果显示, F26断裂、F27断裂沿线分布有4处水中铀异常晕(图4d)。③NNE向F29断裂沿线自北向南分布有4处水中铀异常晕, 水中铀异常的分布明显受近南北向断裂控制。当地表与深部具有断裂水动力联系时, 活性铀在地表富集的位置大致反映了铀在地下的富集部位。
5.1.3 白城地区
位于研究区中西部, 区内NE向、NW向断裂构造具有良好的布格重力异常响应: ①F1断裂对应于梯度大、走向NE、延伸距离远的布格重力线性
a—布格重力异常图; b—布格重力异常上延3 km图; c—布格重力异常垂向一阶导数图; d—断裂与铀矿化分布图。
a–Bouguer gravity anomaly diagram; b–Bouguer gravity anomaly upward continuation 3 km diagram;
c–Bouguer gravity anomaly vertical first derivative diagram; d–distribution of faults and mineralization.
图4通榆地区重力异常与铀矿化关系图

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