川井坳陷砂岩型铀矿多元地学特征及远景预测

田宇，陈江源，刘丹，常树帅

（1.核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002；2.国家核应急航空监测中心，河北 石家庄 050002；3.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心重点实验室，河北 石家庄 050002）

［关键字］航放弱信息；多元地学特征；铀成矿预测；川井坳陷

近年来，二连盆地铀矿勘查取得了一系列重大进展，相继在乌兰察布坳陷、马尼特坳陷等地区发现了一批砂岩型铀矿床、矿点，显示出二连盆地具有良好的勘探前景［1-3］。利用地、物、化、遥等多元地学信息的综合找矿技术，被认为是盆地内寻找隐伏矿产主要的手段之一［4-6］。前人曾利用20 世纪60—80 年代的航磁、航放及遥感、重力等资料对川井坳陷基底形态、断裂构造、上古生界结构和古河道位置等进行了推断解释，开展了铀成矿预测，圈定了多片成矿远景区［7-9］。本次基于川井坳陷1∶5 万高精度航放、航磁资料，结合重力及地质资料进行了综合处理，提取了与成矿有关的多元地学信息；重点分析了砂岩型铀矿航放弱信息提取技术，建立了川井坳陷砂岩型铀矿多元地学信息预测原则，圈定了铀成矿预测区。

1 地质概况及数据来源

1.1 成矿地质背景

川井坳陷位于二连盆地西部，其东部与乌兰察布坳陷相接，西以宝音图隆起为分隔与巴音戈壁盆地相邻，南部为狼山-白云鄂博隆起，北部为索伦山隆起［10］。川井坳陷基底分割性强，可划分为白音查干凹陷、桑根达来凹陷、包龙凹陷和巴音杭盖凸起、白彦花凸起，坳陷南部盆缘为山间盆地［11］。坳陷内深大断裂主要为其周边的控盆断裂，北为扎嘎乌苏-索仑山-西拉木伦大断裂，西为白音查干凹陷北西缘断裂，南为巴音前达门-川井-白云鄂博大断裂（图1）。坳陷内盖层主要为下白垩统阿尔善组、腾格尔组、赛汉组、上白垩统二连组及古近系，其中赛汉组可分为赛汉组上段和赛汉组下段；赛汉组上段是坳陷内主要找矿目的层，为辫状河-辫状河三角洲-湖沼沉积，砂体发育［10］。盆地基底主要为元古宙－古生代变质岩、火山碎屑岩（图1）。宝音图隆起、索伦山隆起和狼山-白云鄂博隆起发育华力西期、燕山期酸性岩体，铀含量达3.2～5.1 μg/g，可为坳陷内铀成矿提供丰富的铀源［10］。

1.2 铀矿化特征

川井坳陷内已发现的铀矿化主要分为两类：潜水-层间氧化型和同沉积型。潜水-层间氧化型铀矿化在坳陷范围内均有分布，主要受坳陷东部苏海布龙-桑根达来剥蚀窗口和坳陷西部白音查干剥蚀窗口控制，包龙凹陷地区铀矿化异常主要受包龙坳陷北西部斜坡带辫状河三角洲侧向层间氧化作用控制；同沉积型铀矿化主要分布于坳陷南部山间盆地地区，在巴音杭盖地区渐新统中也有少量分布（图1）［12］。

图1 川井坳陷地质简图及地层柱状图（据参考文献［10］修改）Fig.1 Geological sketch and stratigraphic column of Chuanjing depression（modified after reference［10］）

1.3 数据来源

1∶5 万高精度航放、航磁数据来源于核工业航测遥感中心2009—2010 年、2018 年实测，布格重力异常数据由1∶50 万二连地区布格重力异常图（石油物探局普查队1983 年编制）矢量化提取。

2 多元地学特征及其有利信息提取

找矿远景预测是一项综合性很强的技术工作，依靠单一找矿方法获取的信息进行成矿远景评价往往较为片面。不同找矿方法获取的地学信息，如地质、物探、化探等信息，是铀矿床不同特征的反映。研究各类地学信息之间的相互关系，进行成矿有利信息的提取，对圈定铀成矿预测区具有重要意义［13］。

2.1 磁场特征及有利信息提取

根据航磁ΔT异常强度和展布特征将川井坳陷以巴音前达门－巴音－白音赛罕一线划分为南北两个磁场区（图2a）。北部低缓负磁场区（-150～0 nT）属于苏尼特右旗晚华力西地槽褶皱带，为埋深较大的磁性基底及沉积盖层的磁场特征；局部叠加的NE、近EW 和NW 向正磁异常带（50～500 nT）为隐伏的中基性侵入岩体或磁性基底局部凸起的反映。南部磁场整体为变化平稳的正磁场区（0～150 nT），局部叠加200～300 nT的圆形、椭圆形异常；该区正磁背景场主要是埋深较浅的前古生代基底的磁性特征，局部叠加的异常是隐伏侵入岩体的磁场特征；乌拉特中旗等地表现为正负强烈变化的磁场特征，构造上与狼山-白云鄂博台缘坳陷对应，主要为中新生界强磁性火山岩的反映。

位于坳陷南部山间盆地的同沉积型铀矿化部分位于正磁异常上，部分处于平稳的负磁场中，这与该区较为复杂的地质特征密切相关（如隐伏侵入岩体发育）；坳陷北部的潜水-层间氧化型铀矿化则主要处于变化平稳的负磁背景场中。总而言之，川井坳陷的铀矿化主要位于中低磁场区的梯度带上，与磁性基底局部凸起的边部相对应（图2b）。

根据前人研究成果，认为氧化还原过渡带地表土壤铁磁性矿物含量明显增高，使相应地段磁性增强，从而在砂岩型铀矿的氧化还原过渡带（铀矿体）范围内产生微弱磁异常［14-17］。本次采用巴特沃斯带通滤波（滤波窗口250～2 500 m）对航磁网格数据进行了微弱磁异常的提取。处理结果显示，在巴音杭盖等地的潜水-层间氧化型铀矿化发育地区存在明显的弱磁异常，异常强度在1～6 nT。

2.2 重力场特征及有利信息提取

川井坳陷布格重力异常轴向从西向东，由NE向过渡到近EW 向，主要由两个规模较大的重力低值带和一个重力高值带组成，三者以重力梯度线型密集带为界，反映了川井地区凹陷与凸起相间的基底格局，并明显受边界断裂控制（图2c）。已知铀矿化主要分布于重力高值带与重力低值带的梯级带上，这与盆地内的局部隆起与局部凹陷的边界相对应；巴音杭盖地区的铀矿化则位于局部的重力高值区，即盆地内的局部隆起区。

图2 川井坳陷航磁及重力综合成果图Fig.2 The integrated results of aeromagnetic and gravity exploration in the Chuanjing depression

利用航磁、重力资料提取与砂岩型铀矿有关的信息，实际是解决与铀矿化有关的地质问题。依据航磁和重力异常特征，可划分盆地构造单元、推断断裂构造及圈定沉积盆地中的局部隆起等。盆地内的隆起区，尤其是盆地边缘的局部隆起是成矿的有利环境，在布格重力异常场中表现为局部的重力高场。从铀矿化（异常）点和铀矿化（异常）孔的分布情况看，它们和基底断裂及局部隆起之间关系密切，铀矿化多分布在多组基底断裂交汇部位或局部隆起的边部，规律性明显（图2d）。

2.3 放射性特征有利信息提取

2.3.1区域航空放射性特征

中新生代碎屑岩大面积出露区主要以偏低场-背景场为主，航放总量介于7.8～10 Uγ，铀以0.6～1.5 μg/g 的低值-背景值为主，局部有1.5～2.4 μg/g的偏高值，铀钍比值一般在0.5左右，表明存在铀的迁入（图3a、b）。坳陷西部及南缘蚀源区则以偏高场-高场为主，航放总量为15～25 Uγ，西部蚀源区的铀含量有明显升高，该区花岗岩为川井坳陷砂岩型铀成矿提供了丰富的铀源。同沉积型铀矿化主要分布在高场-偏高场区；潜水-层间氧化型铀矿化主要处于低场-背景场中，局部有铀含量异常或高场显示。

2.3.2铀迁移富集特征

初始铀含量由现今钍含量及铀钍比值来确定，代表了原岩中的铀含量。活性铀含量为初始铀含量与现今铀含量的差值，活性铀含量大于零，说明铀缺失或亏损，即铀向外迁出；活性铀含量小于零，说明有铀的迁入，铀有富集现象［6］。

初始铀含量高值区集中分布于坳陷西部及南部的蚀源区，在山间盆地地区亦有部分初始铀含量高值显示，巴音查干凹陷等地则处于明显的初始铀含量低值区（图3c）。川井坳陷活性铀含量具有西高东低、南高北低特征，坳陷西部、南部蚀源区及巴音杭盖凸起西南侧活性铀含量以正值为主，显示了铀有大量迁移流失现象；巴音查干凹陷、桑根达来凹陷及包龙凹陷的局部活性铀含量以负值为主，表明上述地区存在铀的富集现象。已知的铀矿化主要位于活性铀富集区或迁出区中的局部富集区（图3d）。

图3 川井坳陷航放特征图Fig.3 Aerial radioactivity characteristics of Chuanjing depression

活性铀的变化趋势与区域构造演化具有显著的关联。晚白垩世二连组沉积后，受大兴安岭隆起影响，川井坳陷由东向西整体抬升，二连组、赛汉组上段在坳陷东部遭受剥蚀，形成苏海布龙-桑根达来大型剥蚀窗口，该时期构造地貌特征为北东高南西低，含氧含铀水顺剥蚀窗口渗入坳陷内，发育潜水-层间氧化作用，利于形成砂岩型铀矿。古近纪后，受印度洋板块影响，坳陷西部狼山-宝音图隆起快速抬升，古近系、二连组、赛汉组上段遭受强烈剥蚀，形成了一系列雁列状褶皱、断裂和雁列状洼陷，同时在坳陷西部形成白音查干大型剥蚀窗口，该时期古构造地貌类型为西高东低，南高北低，古流体方向为由西向东和由南向北［12］。活性铀的变化趋势正是这一构造演化过程的响应。

2.3.3有利航放弱信息提取

砂岩型铀矿与成矿相关的信息在地表异常场中十分微弱、难以识别，因此需要用针对性的数据处理技术来突出航放有利信息，提取多元信息异常。依据核工业航测遥感中心等单位多年来应用航放资料研究铀成矿环境放射性特征的成果和经验，砂岩型铀矿的信息提取技术方法包括：铀增量、初始铀、活性铀、地球化学活动性指数和铀迁移富集系数等［13，18-20］。本次以巴音杭盖地区为例，说明航放弱信息与铀矿化的关系。

巴音杭盖地区的矿化类型以潜水-层间氧化型为主。铀矿化（异常）孔主要分布在低场-背景场中，对应的铀含量为0.72～1.64 μg/g，无明显异常特征，分辨不出航放数据所蕴含的铀矿化信息（图4a）。通过地质单元归一法统计后，计算了包括初始铀、活性铀、铀增量和地球化学活动性指数等在内多个参数。在铀增量图上（图4b），该区西南部及北部虽有局部的团块状铀增量高值区，但同于其整体铀含量较低，大多数铀矿化（异常）孔处于铀增量的低值区，但局部的铀增量高值区值得重视；初始铀含量图上（图4c），除东北部蚀源区的花岗岩表现为高值外（2.0 μg/g左右），铀矿化（异常）孔对应的初始铀含量均为低值（1.0 μg/g左右），说明花岗岩可为铀成矿提供丰富的铀源，沉积盖层自身的铀含量较低，主要依靠蚀源区铀的补给；活性铀含量特征同初始铀含量特征较为相似，铀矿化（异常）孔的活性铀含量介于-0.45～0 μg/g之间，表明沉积盖层的铀主要来自于盆缘的蚀源区（图4d）；地球化学活动性指数呈现出多处团块状及带状高值区，且铀矿化（异常）孔主要处于地球化学活动性指数大于0.12 的区域内（图4e）；少量铀异常孔处于铀迁移富集系数低值区内（0.1左右），铀矿化孔对应于铀迁移富集系数高值区（大于0.3）（图4f）。

图4 巴音杭盖地区航放弱信息特征图Fig.4 Map of weak airborne radioactivity information in Bayinhanggai area

3 预测原则与远景预测

3.1 预测原则

在综合分析航磁、航放、重力及地质资料的基础上，结合航放弱信息提取结果，建立了砂岩型铀矿多元地学信息预测原则（表1）。

表1 川井坳陷砂岩型铀矿多元地学信息预测原则一览表Table 1 Principles for multivariate geological information prediction of sandstone-type uranium deposits in Chuanjing depression

3.2 远景预测

根据上述预测原则，开展了成矿预测工作，圈定了铀成矿预测区3 片（图5）。

图5 川井坳陷铀成矿预测图Fig.5 Prediction map of uranium mineralization in Chuanjing depression

Ⅰ号预测区主体位于巴音查干凹陷内，该区发育古近纪大型剥蚀窗口，在氧化带前锋线及氧化还原过渡带内发现多个铀矿化（异常）孔。预测区整体处于航放偏低场-背景场中，局部有团块状的铀含量高值区，铀含量达2.5 μg/g 左右；活性铀含量小于-0.1 μg/g 的地段大面积分布，表明该区铀以迁入为主；铀迁移富集系数大于0.25、地球化学活动性指数大于0.15 地段呈团块状分布，并且与出露的赛汉组有一定的对应关系。通过航磁及重力资料推断了多条NE 向及近EW 向断裂，在断裂的沟通作用下，油气等还原性物质运移至上部层位中，给铀成矿提供丰富的还原剂，对于形成铀矿床十分有利。

Ⅱ号预测区位于白音查干凹陷东部苏海布龙晚白垩世大型剥蚀窗口的两侧，顺剥蚀窗口发育大型潜水-层间氧化，并发现了多个铀矿化（异常）孔，矿化异常位于氧化带前锋线及过渡带内。该区位于航放背景场中，局部存在团块状铀含量高值区，铀含量达2.0 μg/g 左右，铀矿化（异常）孔对应的铀增量大于0.20 μg/g；初始铀含量及活性铀含量均表现为大面积的低值区，表明铀以迁入为主；铀迁移富集系数、地球化学活动性指数高值区呈EW 向带状分布，并与铀矿化（异常）孔具有较强的对应关系。

Ⅲ号预测区位于坳陷南部盆缘的山间盆地内，区内固阳组出露地表，固阳组发育扇三角洲-湖相沉积，在同沉积铀矿化作用下，同时能够接受潜水氧化作用；南部华力西晚期酸性、中酸性岩体大面积发育，铀含量较高，可提供丰富的铀源。该区整体处于航放背景场-偏高场中，铀异常点部位有明显的航放铀异常显示，铀含量达2.7 μg/g，铀增量大于0.2 μg/g地段大面积分布；除铀异常点部位的初始铀含量较高外，其他地段均处于初始铀含量低值区内，在活性铀含量图件上，处于活性铀小于0 μg/g 的区域内，说明铀源主要来自外部蚀源区；本区主要处于铀迁移富集系数及地球化学活动性指数高值区内。预测区南部及坳陷南缘存在多处正负伴生的团块状异常，推断为火山岩的反映，该区火山喷发这一热事件的存在有利于铀的活化。

4 结论

1）航磁异常梯度带、航放活性铀迁入区、地球化学活动性指数高值区、局部重力异常梯级带等多元地学信息的复合区与已知铀矿化密切相关。

2）航放弱信息能较好地圈定铀矿化。利用活性铀迁入区（＜0 μg/g）、地球化学活动性指数＞0.12 及铀迁移富集系数＞0.25 套合区圈定的航放弱信息，与铀矿化（异常）点、铀矿化（异常）孔具有较强的对应关系。

3）圈定3 片铀成矿预测区，为铀矿勘查提供了有利线索。