广西花山航空伽马能谱特征及找矿预测

时间：2024-05-22

林曼曼，董根旺，李海明，王猛，宋洋洋，刘媛媛

(1.中国冶金地质总局地球物理勘查院，河北保定 071051；2.中国冶金地质总局矿产资源研究院，北京 101300；3.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222；4.中冶地勘岩土工程有限责任公司唐山分公司，河北唐山 063000)

0 引言

航空伽马能谱测量通过直升机搭载的机载航空伽马能谱测量设备，直接测量伽马能谱数据，经过转换，换算成地面钾、铀、钍含量。航放数据直接反映地表放射场的信息，能够直接寻找铀矿及探索铀矿形成的有利环境。近年来，对航空放射性资料进行数据处理，实现确定铀矿成矿有利部位的目标已成为当今铀矿勘查的热点技术问题；文献中，人们主要通过铀增量、活性铀、铀归一化、铀差值方差比、F参数等数据处理方法相结合来寻找隐伏铀矿[1-6]。

华南铀成矿省是我国重要的铀矿产区，前人对该区进行了大量的研究，发现了大量的铀矿线索，并在华南地区已发现若干花岗岩型铀矿田。对区域花岗岩型铀矿成矿物质来源、基本成矿规律及成矿作用有了较为系统的研究[7-13]。

广西花山岩体位于华南铀成矿省的中南部，具有较好的铀成矿潜力，但铀矿地质的研究程度相对较低，利用航空伽马能谱资料进行铀成矿预测工作能够快速高效地指明铀成矿有利环境，从而达到寻找铀矿的目的。中国冶金地质总局地球物理勘查院于2015年在桂东北地区开展了1∶5万航空物探测量工作，获取了高精度的航空伽马能谱数据，本文是笔者在对测区航空伽马能谱资料进行数据分析的基础上对花山岩体一带的铀成矿潜力进行的初步研究。

1 地质背景

花山岩体位于广西壮族自治区东北部恭城瑶族自治县、富川瑶族自治县、钟山县和平乐县的交界部位，位于南岭构造带西端的南华活动带海洋山凸起与大瑶山隆起的交界部位。研究区经历了多期(次)构造运动，以加里东运动、印支-燕山运动较为强烈，形成一系列切割深度、规模与性质不同的断裂带，以NNW向断裂为主，NNE—近SN向断裂为辅。

区内地层由老到新有寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系和第四系。古生界较为发育，其中以泥盆系出露最为广泛。寒武系为类复理石浅海相砂页岩建造；泥盆系下部为陆相、滨海相紫红色碎屑，上部为浅海相碳酸盐岩；石炭系以碳酸盐岩为主；侏罗系为内陆湖泊相含煤的碎屑岩；第四系为河流相砾石、砂土和黏土。

研究区中的花山岩体与区域上的金子岭、乌羊山、姑婆山、大宁、连阳和佛岗等岩体，构成了EW向的加里东期—燕山期多旋回深成岩浆岩带。贵东、诸广山、桃山、大富足等著名产铀岩体均分布于该岩浆带中。花山岩体由5个岩浆单元构成[14]，侵入时代为晚三叠世—早白垩世，自老到新分别为牛庙独立侵入体(T3N)、杨梅山独立侵入体(J1Y)、里松单元(J2L)、望高单元(J3W)和华美单元(K1H)，宏观上呈现东西向略长的外老内新的正向环套式圆形复合岩基(图1)，岩基侵入于钟山—贺县复向斜的西北翼，岩体侵入的最新地层为上泥盆统灰岩。其中牛庙侵入体的岩性以二长闪长岩为主；杨梅山侵入体以二长岩为主；里松单元、望高单元和华美单元以黑云母二长花岗岩为主。

图1 花山岩体地质简图(据文献[14]修改)Fig.1 Geological sketch of Huashan granitic body1.第四系；2.侏罗系；3.二叠系；4.石炭系；5.泥盆系；6.寒武系；7.华美单元：早白垩世细粒花岗岩；8.望高单元：晚侏罗世黑云母二长花岗岩；9.里松单元：中侏罗世斑状角闪黑云二长花岗岩；10.杨梅山岩体：早侏罗世二长花岗岩；11.牛庙岩体：晚三叠世石英二长闪长岩；12.花岗岩脉；13.花岗斑岩脉；14.伟晶岩脉；15.断裂；16.地质界线；17.不整合界线；18.平行不整合界线；19.矿点；20.河流及水库

研究区附近矿产资源丰富，以内生热液矿床为主，包括锡、钨、钼、稀有元素、水晶、钾长石、铀等矿产。

2 数据处理

对航空伽马能谱仪采集的原始数据进行高度滤波能谱数据滤波和飞机本底、宇宙射线、大气氡、康普顿散射及高度校正，然后换算成航空伽马能谱总计数率和钾、铀、钍的含量数据以满足解释的需要。

钾、铀、钍元素含量局部变化往往与铀成矿关系密切，为了突出航放信息与铀元素的赋存、运移及富集特征，根据航空伽马能谱钾、铀、钍元素含量，对铀元素转换参数进行了计算，主要包括铀钍比、古铀、活性铀、F参数，其数学模型及其代表地质意义见表1。

表1 航空放射性测量数据处理使用参数特征[15-17]Table 1 Parameters for procession of aerial gamma data

3 结果与解释

3.1 地层放射性元素含量特征

为了查明研究区内各地质单元放射性元素含量特征，提取区域地质图内各地质单元界线，作为划分各地质单元航空放射性元素统计的边界。地层(体)中总计数、钾、铀、钍含量及标准差统计结果见表2。

从表2看出，花山岩体钾、铀、钍、总计数率含量明显高于周围地层，表现出明显的放射性高值分布。侏罗系、石炭系、泥盆系、二叠系钾、铀、钍、总计数率的含量均偏低；寒武系和第四系中钾、铀、钍元素含量和总计数率在均值之上，其他地层均低于均值。

表2 花山岩体及周边地质体航放特征统计Table 2 Statistics of aerial radioactive characteristics of the granitic body and the surroundings

3.2 航空伽马能谱特征分析

航空伽马能谱阴影图(图2)显示，花山岩体内部的总计数率(图2a)总体表现为放射性偏高场(3270～3640 cps)—高场(>3640 cps)，均值为3351 cps。放射性总计数率量一般为2000～4500 cps，最高达5100 cps。花山岩体内部K(图2b)、U(图2c)和Th(图2d)元素的含量同步增加，均呈偏高场-高场特征。其中w(K)=1.0%～1.7%，局部高达2.2%；w(U)=4.1×10-6～8.7×10-6，局部可达11.9×10-6；w(Th)=23.0×10-6～38.4×10-6，局部达43.2×10-6。岩体内部U元素的含量高值较为突出的区域分布于花山岩体中心偏南区域。其中杨梅山岩体和牛庙岩体附近U元素的含量相对偏低，望高单元、华美单元和里松单元U元素的含量相对偏高，且望高单元和华美单元内部存在多处高值异常区。除岩体之外沿河流分布的第四系尤其是沿河流低洼部位K、U、Th元素的含量均较高，而远离花山岩体的第四系中放射性元素的含量明显低于靠近岩体的区域。

图2 航空伽马能谱阴影图Fig.2 The measured gamma energetic spectrum map of the granitic bodya.航放总计数率阴影图；b.航放K元素含量阴影图；c.航放U元素含量阴影图；d.航放Th元素含量阴影图

3.3 航空伽马能谱参数转换分析

w(Th)/w(U)值阴影图(图3a)反映岩体内部放射性元素动态平衡的情况：普通岩体中w(Th)/w(U)值多为3～4，产铀岩体的w(Th)/w(U)值通常较低。花山岩体的w(Th)/w(U)均值为4.1，极大值为7.9，极小值为1.6，表明岩体内部U元素整体平衡，在部分侵入单元中存在U的富集现象。牛庙侵入体、杨梅山侵入体和里松单元的w(Th)/w(U)值为3～4，显示铀钍平衡未遭破坏；望高单元西侧外围的w(Th)/w(U)值为5～6，显示U低Th高的特征，望高单元核部北侧的w(Th)/w(U)值<3，华美单元的w(Th)/w(U)值亦<3，均表现出U高Th低的特征。

图3 研究区航空伽马能谱数据处理阴影图Fig.3 Map showing results of gamma energetic spectral data procession of the study areaa. Th/U；b.古铀(GU)；c.活性铀(HU)；d.F参数

从古铀含量阴影图(图3b)可以看出，花山岩体在成岩期U元素的含量较高，古铀含量平均值为7.7×10-6，对比现今U元素含量平均值7.7×10-6，表明岩体中的U元素没有明显的迁移现象。

活性铀阴影图(图3c)显示，牛庙侵入体和杨梅山侵入体中U元素没有明显的迁入迁出；里松单元则表现为U元素的整体迁出，迁出量为0.45×10-6；望高单元外围表现为U元素的迁出，U元素的最大流失量达8.96×10-6，核部整体表现为U元素的迁入，最大迁入量为10.38×10-6。

岩体内部的F参数(图3d)偏高值-高值区域分布在望高单元核部和华美单元附近，与活性铀迁入区域的对应性较好。

4 铀成矿条件分析

4.1 花山岩体铀源条件

花山岩体所在区域的地层U元素含量较高。花山岩体地表围岩以石炭系、泥盆系和寒武系为主。从表2(岩体周边地层航空放射性元素含量统计结果)不能看出，寒武系中K、U和Th元素的含量和总计数率在全区沉积地层相对较高。花山岩体北侧出露的寒武系主要为边溪组的灰岩和黑色碳质硅质泥岩，岩石中所含的有机质对U元素具有较强的吸附作用。研究区内地面伽玛能谱测量测得2处碳质页岩的U元素含量高达到35.1×10-6和113.9×10-6，由此可见，U元素含量较高的寒武系为研究区内最重要的铀质来源层位。

花山岩体为多期多阶段的复式岩体，岩性主要为浅灰白色黑云母二长花岗岩。花山岩体具有产铀岩体的特征，呈现出酸度大，碱质高、钾大于钠、铝过饱和、暗色组分少的特点；岩石化学分析结果(表3)表明，花山岩体SiO2含量从早期到晚期逐渐增高，岩浆演化从早期的牛庙侵入体到晚期的华美单元呈现出逐渐偏酸性的变化规律；花山岩体K、U和Th元素的含量高于中国花岗岩均值和维氏酸性岩均值，其中U元素的含量高出维氏均值约2～10倍。通过航空伽马能谱数据可以看出，花山岩体从早期到晚期，岩体各单元的U元素含量平均值分别为6.20×10-6→6.41×10-6→5.77×10-6→8.34×10-6→9.29×10-6，由此可见从早期到晚期岩体的U元素含量整体量逐渐增加然后降低再增加的趋势，以华美单元U元素的含量最高，反映了铀在岩浆结晶分异的过程中呈逐渐富集的趋势。

表3 花山岩体各单元部分主量元素及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

花山岩体内部断裂发育，主要为NNE向、NW向和近EW向，其中NNE向和NW向2组断裂构造在空间上呈“X”型展布，EW向断裂和NW向断裂控制了测区内铀矿的分布。

4.2 铀矿点的航空伽马能谱特征

花山岩体内部的铀矿化(体)常赋存于热液蚀变较为发育的地段，目前在花山岩体中已经发现3处花岗岩型铀矿点，分别为长冲铀矿点、糙米坪铀矿点和白石脚铀矿点[19]。次生铀矿物沿石英、长石等矿物的粒间或裂隙充填交代。铀矿化赋存于望高单元黑云母二长花岗岩近EW向和NW向断裂破碎带中，矿化部位发育钾长石化、硅化和赤铁矿化等围岩蚀变。

3个铀矿点均位于望高单元的内部，航空放射性U元素含量>9×10-6，处于航放U元素的高场区；w(Th)/w(U)>3，处于w(Th)/w(U)的低值区；活性铀(HU)含量>1×10-6，处于活性铀的高值区；F参数值>0.44%，位于F参数的高值区。由此可见，航空伽马能谱异常能够指示铀矿的信息。

4.3 铀矿成矿预测

花山岩体为富铀岩体，成岩后经过复杂的地球化学过程，使U元素产生活化，并向裂隙发育部位迁移，并在适宜的空间中富集成矿。根据航空伽马能谱数据分析，岩体内部U含量的极大值出现在望高单元核部和华美单元，在岩体的望高单元核部w(Th)/w(U)比处于低值区域，活性铀(HU)迁入特征明显，F参数显示岩石蚀变作用强烈，已知的铀矿点均产于望高单元核部。建议对望高单元核部的U元素高值区、蚀变岩发育区、断裂构造、围岩蚀变和脉体发育的部位进行重点关注，根据航空伽马能谱异常信息确定铀矿找矿范围。