陳 虎，付 錦，龔育齡，趙寧博， 張 凱

（1.東華理工大學(xué)，南昌 330013；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

烏庫爾其層間氧化帶砂巖型鈾礦床磁場特征及解釋

陳 虎1，付 錦2，龔育齡1，趙寧博2， 張 凱1

（1.東華理工大學(xué)，南昌 330013；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

層間氧化帶砂巖型鈾礦床覆蓋層較厚，地表異常信息微弱，找礦十分困難。通過分析新疆伊犁盆地南緣烏庫爾其鈾礦床的地面高精度磁測數(shù)據(jù)資料，發(fā)現(xiàn)該區(qū)層間氧化帶砂巖型鈾礦床磁異常特征與其地球化學(xué)分帶明顯相關(guān)，根據(jù)鈾礦成礦地球化學(xué)機(jī)制結(jié)合試驗(yàn)區(qū)的航磁資料及實(shí)際預(yù)測成果，指出鈾礦礦化帶大致位于磁異常從負(fù)值向正值過渡的零值線前端附近。地面高精度弱磁異常是該區(qū)鈾礦床特征異常之一，可作為一種標(biāo)志信息運(yùn)用到鈾礦找礦中。

地面高精度磁測；砂巖型鈾礦；零值線

鈾礦物屬于順磁性礦物，磁化率低，可視為無磁性，一直以來磁法普遍被認(rèn)為只能尋找與成礦相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造間接找礦，而不能用于直接找鈾礦［1］。隨著美國在科羅拉多州發(fā)現(xiàn)沉積巖鈾礦床上方磁場要低于非含礦地段特點(diǎn)以來，各國利用磁法尋找砂巖型鈾礦床取得了新的突破。例如哈薩克斯坦在磁法尋找砂巖型鈾礦時(shí)發(fā)現(xiàn)鈾礦化與磁異常之間呈負(fù)相關(guān)，在鈾礦床的遠(yuǎn)景部位上方有（-15～15 nT）磁異常。國內(nèi)許多鈾礦研究單位和專家利用地面磁法和航磁資料在尋找可地浸砂巖型鈾礦上做了諸多有益的嘗試，取得了一定找礦效果［2-4］。 例如劉祜， 劉章月等［5］在鄂爾多斯盆地進(jìn)行地面高精度磁測，總結(jié)出該方法可定位層間氧化帶砂巖型鈾礦礦床位置。筆者通過研究烏庫爾其高精度磁測資料和礦床地球化學(xué)分帶相應(yīng)磁性礦物及成礦機(jī)理，表明烏庫爾其礦床位置對應(yīng)于磁異常從負(fù)值區(qū)向正值過渡的零值區(qū)前端附近。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

伊犁盆地為箕狀山間陸相盆地［6-7］位于哈薩克斯坦板塊以東，夾于塔里木板塊與準(zhǔn)噶爾板塊之間，由早古生代地層和海西期花崗巖結(jié)晶基底構(gòu)造層、晚古生代火山巖過渡層和中新生代沉積蓋層3個構(gòu)造層構(gòu)成。研究區(qū)處于烏庫爾其微凸區(qū)，東部有一壓扭性倒轉(zhuǎn)斷層構(gòu)造（扎吉斯坦凹陷），基底由二疊系組成，代表性巖石為流紋斑巖、安山巖、安山玢巖、玄武巖、中基性火山巖、砂巖凝灰?guī)r。沉積蓋層有三疊系、侏羅系、 白堊系、古、新近系和第四系。三疊系上部為棕色泥巖、灰色粉砂巖夾雜色砂礫巖及灰色細(xì)砂巖；下部以雜色砂礫巖為主，鈣泥質(zhì)膠結(jié)。中下侏羅統(tǒng)水西溝群為該區(qū)的含礦建造，為一套陸相暗色含煤屑巖建造，上部以細(xì)砂巖與紫紅色泥巖、堿交代巖為主；下部由礫巖、砂巖、炭質(zhì)泥巖深灰色、灰黃色含鐵礫巖及砂巖、泥巖及煤層組成，是鈾礦床賦存的主要層位。白堊系上段為灰白、淺黃、玫瑰色至紅色鈣質(zhì)礫巖，與水西溝群呈低角度不整合；下段為灰白色薄層灰?guī)r與淺褐色砂質(zhì)泥巖互層。古、新近系主要以褐黃色礫巖和含礫鈣質(zhì)泥巖巖性為主，大部分分布于盆地北部地區(qū)，與下伏地層呈不整合接觸。第四系基本覆蓋于盆地地表，以砂、礫、卵石和亞沙土等松散堆積為主，屬于山麓洪積相沉積。

2 磁法原理及測線布置

磁法勘探是以巖礦石間的磁性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究天然地磁場及人工磁場變化規(guī)律，查明地質(zhì)構(gòu)造和尋找?guī)r石及礦產(chǎn)（藏）的一種物探方法［8］。地殼中各種巖石和礦物的磁性不同，產(chǎn)生的地磁場也會不同，使得局部地區(qū)形成磁異常，而高精度磁測正是通過測定這些磁異常并且根據(jù)其異常特征推斷地質(zhì)構(gòu)造或礦體的賦存狀態(tài)（包括形狀、大小、位置、產(chǎn)狀和埋深）等物性參數(shù)，從而達(dá)到勘查目的。

本次測區(qū)分別選擇伊犁盆地南緣烏庫爾其、扎吉斯坦、洪海溝礦區(qū)，其中烏庫爾其礦區(qū)為主要研究區(qū)，布設(shè)9條SN向測線，總長度96 km，高精度磁測網(wǎng)格為500m×20m。野外磁測采用的是GEM Systems，Inc.制造的GSM-19T梯度質(zhì)子磁力儀，分辨率為0.01 nT，精度為1 nT（±0.5 nT）。

3 烏庫爾其成礦模式及地球物理特征

3.1 層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦模式

伊犁盆地區(qū)域基底以古生代火山巖為主，蓋層為中新生代的砂巖、泥巖、煤等。在干旱、半干旱氣候條件下，含鈾含氧水從蝕源區(qū)的強(qiáng)烈造山帶進(jìn)入盆地中的構(gòu)造斜坡帶上的中新生代地層（圖1），在泥-砂-泥結(jié)構(gòu)的地層中，形成承壓水。承壓水在減壓帶（一般為構(gòu)造窗—斷層、褶皺、 巖性相變等）處排泄，形成水的補(bǔ)給—遷流—排泄機(jī)制［9］。含鈾含氧水在滲透性的砂體內(nèi)遷流過程中，攜帶砂體中的活化鈾，在氧化還原過渡帶附近被還原富集形成卷形礦體［10］。

圖1 烏庫爾其層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦模式示意圖（據(jù)趙希剛，2001）Fig.1 Schematic ofmetallogenicmodel for interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit in Wukuerqi（After Zhao Xigang，2001）

3.2 氧化還原帶巖石磁化率特征

對伊犁盆地南緣測區(qū)鉆孔巖心的磁化率測量統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1）表明，各礦區(qū)氧化-還原帶鉆孔巖心磁化率特征明顯，氧化帶中巖心平均磁化率范圍為60×10-5～110×10-5；還原帶中鉆孔巖心平均磁化率在20×10-5～40× 10-5之間；過渡帶中（鈾礦化帶內(nèi)）巖心平均磁化率最小，通常小于20×10-5。從伊犁盆地主要地層巖石的磁化率測量統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2）可見，下二疊統(tǒng)中凝灰?guī)r磁化率為最高，玄武巖、中基性火山巖次之；上二疊統(tǒng)中砂巖、安山質(zhì)次火山巖的磁化率較高，而侏羅紀(jì)地層中巖石磁化率都很高。巖心標(biāo)本和各地層中的巖石磁化率研究結(jié)果可為磁異常劃分氧化帶、氧化-還原過渡帶、還原帶和氧化-還原前鋒線提供物性依據(jù)。

3.3 研究區(qū)地磁場特征

研究區(qū)位于伊犁盆地南緣（圖2），地磁場異常具有串珠狀和條帶狀分布特征，異常場正多負(fù)少，異常范圍約-300～300 nT。全區(qū)磁場從南到北整體為高—低—高趨勢，反映盆地的基本構(gòu)造格局。西南、中東部地磁場最低，北部地區(qū)地磁場平緩，變化不大，其中烏庫爾其以東約5 km，六十八團(tuán)煤礦以北有一東西近似橢圓形、異常值在-100 nT，面積約100 km2的負(fù)異常區(qū)，對應(yīng)為扎吉斯坦凹陷區(qū)且可能存在近NW向斷層。烏庫爾其以東約2 km處，有一長約10 km，寬約3 km的3個呈串珠狀分布的NW向磁場正異常對應(yīng)為烏庫爾其隆起。

4 烏庫爾其礦區(qū)磁異常特征及其解釋

從烏庫爾其礦區(qū)磁異常（ΔT）圖上看（圖3），測區(qū)磁場總體分區(qū)明顯。ΔT表現(xiàn)為南段磁場正負(fù)相間、變化大，中段為磁場從負(fù)到正的梯度帶，逐漸過渡到北段低緩磁場正異常。全區(qū)磁異常幅值變化范圍為-240～240 nT。測區(qū)西南部為磁場正異常值，其異常值波動大；中南部為負(fù)磁異常區(qū)，中部呈現(xiàn)一個近似東西走向的零值線貫穿。全區(qū)磁異常等值線分布近似平行狀，從南向北磁異常呈現(xiàn)高—低—高變化，最后趨于平緩。

表1 研究區(qū)氧化-還原帶巖石磁化率平均值Table 1 Averagemagnetic susceptibility of oxidation reduction belts in the study area

表2 伊犁盆地南緣主要地層巖石磁性參數(shù)表Table 2 M agnetic parameters ofmain stratum and rock at the southern margin of Yilibasin

圖2 伊犁盆地南緣烏庫爾其地區(qū)磁力異常等值線圖（據(jù)核工業(yè)航測遙感中心刪改，1991）Fig.2 Magnetic anomaly contour map ofWukuerqi district in Yilibasin（Modified after Aerial Remote Sensing Center of Nuclear Industry，1991）

圖3 烏庫爾其測區(qū)ΔT平面等值線圖Fig.3 Map show ingmagnetic anomalies（ΔT）in W ukuerqisurvey area

圖4 烏庫爾其測區(qū)磁異常向上延拓300（A）、500（B）和1 000m（C）結(jié)果Fig.4 M ap show ingmagnetic anomalies after 300（A），500（B）and 1 000m（C）upward continuation in Wukuerqisurvey area

圖5 烏庫爾其W 3號線平滑后ΔT與鉆孔剖面示意圖Fig.5 Smoothingmagnetic anomaly（ΔT）and drilling section diagram of LineW 3 in Wukuerqi

經(jīng)過向上延拓300、500和1 000m（圖4）可見，向上延拓300 m時(shí)測區(qū)西南部局部的高異常值區(qū)依然可見，南端蝕源區(qū)（臨近造山帶）—南部氧化帶正異常值向上延拓后有130nT的變化幅度，而且向上延拓500、1000m時(shí)異常變化幅度繼續(xù)增大，這說明該部分磁場差異是由基底巖性變化所引起。由已知的地質(zhì)資料分析，該異常是由南部造山帶中早侏羅紀(jì)地層及早二疊世中酸性火山巖出露所引起；而向上延拓后中東部氧化帶負(fù)異常區(qū)更加突出，說明該區(qū)不是由淺部不均勻體引起而是由于基底巖性發(fā)生了改變，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)資料推測為一斷裂凹陷即扎吉斯坦凹陷所引起；中南部氧化-還原過渡帶大致在磁異常零值點(diǎn)位置，呈東西走向等值線近似平行分布，延拓后異常變化微弱，說明是由淺部磁性不均勻所致；在蝕源區(qū)與氧化帶之間同樣出現(xiàn)了異常零值點(diǎn)，由實(shí)際地質(zhì)資料推測該處是烏庫爾其隆起與扎吉斯坦凹陷的斷裂構(gòu)造分界點(diǎn)，致使該區(qū)基底磁性基巖發(fā)生改變，加之基底埋深加大而引起；而測區(qū)北部還原帶則以白堊系、第四系為主，高異常區(qū)變化趨于平緩，異常值200 nT左右，推測這些異常是由淺部磁性不均勻引起。

圖5是烏庫爾其礦區(qū)W3號線磁測剖面與實(shí)際鉆孔示意圖，從中可見，剖面ΔT整體表現(xiàn)為高—低—高趨勢，如前所述，這與測區(qū)內(nèi)區(qū)域構(gòu)造吻合，即在蝕源區(qū) ΔT為高頻無序、幅度變化梯度大、曲線跳動劇烈等特點(diǎn)，氧化帶ΔT則表現(xiàn)為低值呈無規(guī)則微弱鋸齒狀波動，變化梯度較為明顯。而在氧化-還原過渡帶位置上，剖面ΔT均呈現(xiàn)出由零值以下逐漸上升到零值以上的齒輪狀波動特征。還原區(qū)內(nèi)的ΔT波動較小近似趨于平穩(wěn)。根據(jù)已知鉆孔實(shí)際資料發(fā)現(xiàn)這些零值過渡區(qū)與已知礦化孔和工業(yè)孔的位置十分吻合。為此，筆者在對這兩條剖面進(jìn)行7點(diǎn)平滑后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)圓滑處理后，剖面ΔT在氧化-還原過渡帶上特征更加突出。

將該區(qū)高精度磁測成果（圖6）與已知鈾礦地質(zhì)資料對比發(fā)現(xiàn)，該研究區(qū)域的已知工業(yè)孔和鈾礦化帶及鈾礦床大致位于磁場ΔT負(fù)值向正值過渡的零值線前端，與氧化-還原過渡帶對應(yīng)，而負(fù)異?；九c氧化帶對應(yīng)，還原帶則位于正異常區(qū)域。

圖6 烏庫爾其氧化-還原前鋒線磁測預(yù)測等值線圖（A）和剖面平面圖（B）Fig.6 Contour（A）and profile（B）ofmagnetic survey to forecast the redox front in W ukuerqi

綜合以上分析結(jié)果可知，本地區(qū)南部為發(fā)育三疊系、侏羅系，北部發(fā)育白堊系、古近系和新近系，相當(dāng)于一個構(gòu)造斜坡帶的地質(zhì)環(huán)境。該區(qū)南部蝕源區(qū)含鈾、含氧水從蝕源區(qū)的強(qiáng)烈造山帶運(yùn)移到盆地中的構(gòu)造斜坡帶上的中新生代地層，在氧化帶，鐵以三價(jià)的赤鐵礦、針鐵礦、纖鐵礦存在，褐鐵礦雖為鐵磁性礦物，但由于逆磁性礦物—赤鐵礦的存在，相互間的磁性抵消掉一部分使氧化帶內(nèi)硫、二價(jià)鐵類礦物被氧化，磁性減弱，但基底磁鐵性礦物占絕對優(yōu)勢，所以磁異常主要由基底所致；進(jìn)入氧化-還原過渡帶（鈾礦化帶），基底鐵磁性礦物與淺部沉積層內(nèi)的三價(jià)鐵類礦物部分被還原成二價(jià)鐵，二價(jià)氧化鐵再與赤鐵礦結(jié)合形成磁鐵礦，經(jīng)硫化作用形成磁黃鐵礦、菱鐵礦、鈦磁鐵礦等，使該帶磁鐵礦、菱鐵礦、鈦鐵礦含量顯著增加，磁性增強(qiáng)，但是基底磁性礦物仍占主要作用，加之淺部磁性不均勻體引起磁異常的疊加使異常值趨于零值。到還原帶，含鐵礦物則趨于正常的磁性。綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)磁異常負(fù)值區(qū)對應(yīng)氧化帶，正值區(qū)對應(yīng)還原帶，由負(fù)值向正值過渡區(qū)的零值附近則對應(yīng)氧化-還原過渡帶，表明通過地面高精度磁測異?？梢詣澐謱娱g砂巖型鈾礦氧化帶、氧化-還原過渡帶、還原帶及其它們之間的對應(yīng)關(guān)系。

5 結(jié) 論

本次試驗(yàn)通過對伊犁南緣烏庫爾其鈾礦區(qū)進(jìn)行地面高精度磁測，結(jié)果顯示地面高精度磁異常可以清晰地區(qū)分出層間砂巖型鈾礦找礦目的層的氧化帶、氧化-還原過渡帶、還原帶位置及其對應(yīng)關(guān)系并取得預(yù)期的效果，說明高精度磁測對劃分地球化學(xué)分帶，確定與鈾成礦緊密相關(guān)的氧化-還原過渡帶是可行的。但地面高精度磁測在尋找砂巖型鈾礦床還處于探索階段，應(yīng)用地區(qū)較少，尚未成為尋找砂巖型鈾礦的主要物探方法。建議繼續(xù)將該方法應(yīng)用于其他已知鈾礦床進(jìn)行研究并不斷完善，充分結(jié)合層間氧化帶成礦模式及成礦條件，為尋找此類鈾礦床或縮小靶區(qū)，加快勘查速度等提供重要依據(jù)。

致謝：研究工作得到了付錦高級工程師 （研究員級）、趙寧博工程師、張凱極大的幫助，在此表示感謝！

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M agnetic field characteristics and geological exp lanation for interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit in W ukuerqi

CHEN Hu，F(xiàn)U Jin，GONG Yuling，ZHAO Ningbo，ZHANG Kai
（1.East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China；2.National Key Laboratory of Remote Sensing Information and Image Analysis Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

The interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposit is very difficult to prospect because the cover is thicker and the surface anomaly information isweak.Through the analysis on high precision ground magnetic survey data of Wukuerqi uranium deposit in the southern Yili basin in Xinjiang，we found that the interlayer oxidation zone sandstone type uranium deposits is obviously correlated to the geochemical zonation and magnetic anomalies.According to the uranium ore-forming geochemical and aeromagnetic data of the test area， the uranium mineralization belt is located approximately in the zero line near the front from negative to positive value of the magnetic anomaly. Therefore，theweak anomaliesofhigh precision groundmagnetic survey is the characteristic of interlayer oxidation zone sandstone typeuranium depositsand can be used asa symbol for theuranium exploration.

high precision ground magnetic survey；sandstone type uranium deposit；zero line

P318.4＋1；P619.14

A

1672-0636（2015）01-0039-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.01.008

2014-09-27；

2014-12-17

陳 虎（1987—），男，江蘇徐州人，在讀碩士研究生，主要研究地磁場與磁力勘探。

E-mail：276255479@qq.com