砂巖型鈾礦區(qū)構(gòu)造-地球化學障的后遙感應(yīng)用技術(shù)研究

劉德長 張杰林 趙英俊

某鈾礦區(qū)的礦化雖然受直羅組下段的辮狀河砂巖層位控制，但工業(yè)鈾礦呈近東西向帶狀展布。鈾礦體不是分布在傳統(tǒng)理論強調(diào)的黃色氧化帶與灰色還原帶之間，而是分布在藍綠色蝕變帶與灰色還原帶之間。藍綠色蝕變帶認為是氣（油）還原的產(chǎn)物，綠色是綠泥石化（Fe2＋存在）的結(jié)果。通過對該區(qū)進行遙感與傳統(tǒng)地學方法相結(jié)合，與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的后遙感應(yīng)用技術(shù)研究[1]，發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦化呈近東西向帶狀展布是受同方向的斷裂控制。據(jù)此，對該斷裂進行了多源地學信息的厘定，剖析了其地質(zhì)特征；佐證了沿該斷裂帶的油氣運移跡象；探討了斷裂對砂巖型鈾礦的控制作用，提出構(gòu)造－地球化學障控礦的新模式。

1 控礦斷裂帶的厘定及其主要特征

1.1 控礦斷裂帶的厘定

通過遙感信息分析，結(jié)合傳統(tǒng)地學方法，厘定了控制該工業(yè)鈾礦呈近東西向帶狀展布向的斷裂。其主要證據(jù)如下：

（1）遙感信息證據(jù)

包括了遙感圖像的解譯證據(jù)，線性體優(yōu)勢方位的證據(jù)和地溫場變化的證據(jù)。

從該地區(qū)TM753合成圖像（圖1左）看，控礦斷裂為不同影像特征區(qū)的分界線，其北為影紋清晰的隆起區(qū)，其南為影紋模糊的下降區(qū)。斷裂帶的發(fā)生、發(fā)展會影響其旁側(cè)信息體的空間展布，往往形成與周邊地區(qū)不同的線性體發(fā)育特征。經(jīng)對圖像線性體統(tǒng)計分析，從玫瑰花圖（圖1右）上可以看出，沿控礦斷裂帶，近東西向的一組線性體極為發(fā)育，這從遙感圖像的另一個角度對控礦斷裂的厘定提供了證據(jù)。從熱紅外遙感圖像上看，控礦斷裂處于高地熱場與低地熱場的分界線上，反映斷裂兩側(cè)溫度場存在明顯的差異，為不同地熱場的分界線。

圖1 研究區(qū)TM753合成影像（左）與線性體空間展布分析圖（右）

（2）重力信息證據(jù)

在1：20萬布格重力異常圖上，沿控礦斷裂的礦化地段，以南為重力高異常區(qū)（隆起區(qū)），以北為重力低異常區(qū)（凹陷區(qū)），為二者的分界線。沿此分界線重力異常圖表現(xiàn)為明顯的異常梯度帶。

（3）航磁信息證據(jù)

在1：20萬△T垂直方向等值圖上（圖2），沿控礦斷裂的礦化地段為一明顯的磁異常線性梯度帶。同時，該線性梯度帶也是不同磁場區(qū)的分界線。

圖2 1:20萬ΔТ垂直方向等值圖（據(jù)崔煥敏，2003年）

（4）野外驗證證據(jù)

對控礦斷裂進行了野外檢驗，在研究區(qū)南面見第三系與下白堊統(tǒng)呈斷層接觸，斷層面南傾，傾角40-50°，為正斷層性質(zhì)；黃賢芳等還在念疙瘩處見有硅化、碳酸鹽化構(gòu)造角礫巖。

1.2 控礦斷裂帶的主要特征

（1）控礦斷裂處于隆起與下降斷塊的分界線上。

（2）該斷裂是在盆地基底斷裂基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，新構(gòu)造運動有活動，淺部各地段表現(xiàn)不盡相同，或為斷裂帶，或為裂隙帶，或為沿長數(shù)公里的狹長陡崖，總體為一條從地表切穿盆地基地的貫通性斷裂。

（3）斷裂在深部呈略向東南方向突出的弧形，而淺部呈略向東北方向突出的弧形，但礦化地段向西總體呈NNW方向。這種深淺不協(xié)調(diào)現(xiàn)象反映了晚期與早期斷裂的追蹤關(guān)系。

（4）重力數(shù)據(jù)表明基底斷裂面呈波狀（圖3），但總體具有壓性（或壓扭性）轉(zhuǎn)張性（或張扭性）的力學性質(zhì)轉(zhuǎn)化特點。

圖3 控礦斷裂基底斷裂面立體圖（據(jù)崔煥敏、張靜波，2003年）

（5）控礦斷裂帶具有長期活動的特點，切穿了基底至表層的不同時代的地層。另外，該斷裂帶還具有同生斷裂的某些特點。

2 沿斷裂帶油氣運移跡象

沿控礦斷裂有明顯的油氣運移跡象，主要證據(jù)如下：

（1）油氣微滲漏的證據(jù)

根據(jù)油氣微滲漏成像原理，祝民強采用氧化鐵指數(shù)TM3/TM1識別褐鐵礦的強度，氧化亞鐵指數(shù)TM5/TM4提取富含F(xiàn)e2＋離子的土壤、巖石信息；TM5/TM7用于提取粘土化暈、碳酸鹽巖礦化暈[2]。通過彩色合成，即礦物組合，生成融合圖像。圖像上強氧化區(qū)為褐紅色或暗紅色，強粘土化區(qū)為淺藍色或藍綠色霧狀區(qū)；沙漠區(qū)為褐黃色；相對還原區(qū)為綠色或淺綠色。經(jīng)對圖像上相對還原帶從不同角度分析，認為該還原帶為油氣滲漏帶。其中，沿控礦斷裂帶的油氣滲漏帶，其展布方向與斷裂方向一致，反映油氣滲漏與該斷裂構(gòu)造的密切關(guān)系。同時，通過“釷歸一化法”，在油氣上方，K偏差值W′d（k）為低值（負值），鈾偏差值W′d（u）為較低值或為正值，油氣滲漏指標∆d＝W′d（u）－W′d（k），圖像上為高值區(qū)。利用二值分割技術(shù)，圈定油氣微滲漏區(qū)，其分布范圍與通過TM數(shù)據(jù)提取的油氣微滲漏區(qū)范圍基本一致。

（2）瀝青脈、油珠和還原性氣體大量存在的證據(jù)

在礦化地段，蝕變的藍綠色砂巖中有大量瀝青細脈發(fā)育，呈順層和穿層分布，是油氣曾滲入這些地段的有力見證。歐光習對該區(qū)直羅組地層砂巖中的氣液包裹體進行熒光測定發(fā)現(xiàn)，存在大量油珠，并發(fā)現(xiàn)CH4、C2H6、C3H6、H2、CO、H2O等一系列還原性氣體[4]。

（3）含礦巖石與非含礦巖石酸解烴對比的證據(jù)

核工業(yè)地質(zhì)局208大隊對富礦巖石、貧礦巖石和無礦巖石的酸解烴類進行了化學分析（表1）。從分析結(jié)果看，烴類含量在富礦巖石中比其它巖石高，表明成礦與油氣還原有關(guān)，油氣的運移很可能與斷裂的活動有關(guān)。

表1 某地區(qū)礦化段酸解烴對比一覽表（核工業(yè)208大隊，2001）

（4）鈾礦物與共生礦物的證據(jù)

據(jù)杜樂天等研究，該礦區(qū)的鈾礦物主要是鈾石（USiO4•nH2O），而不是瀝青鈾礦。瀝青鈾礦（U3O8）中的UO2（4價鈾）只占1/2-2/3，另外部分是UO3（六價鈾）[4]。鈾石卻全都為四價鈾，說明成礦不是在氧化還原過渡帶，而是在強還原環(huán)境下形成的。同時，對鈾礦物共生組合研究表明，與鈾共生有硒鉛礦（PbSe），Se2－為負二價是典型的強還原產(chǎn)物。這從另一個側(cè)面表明，該鈾礦床是在深部強還原氣體上升形成強還原環(huán)境的條件下形成的。這類強還原性氣體的主要成分經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是：CH4＋CO＋H2＋H2S上升氣流，與油氣密切相關(guān)。

3 斷裂構(gòu)造的成礦作用－構(gòu)造-地球化學障

傳統(tǒng)的層間氧化帶型砂巖鈾成礦理論不涉及斷裂構(gòu)造。因此，在砂巖型鈾礦的研究中，斷裂構(gòu)造的成礦作用長期未引起足夠的重視。對該礦區(qū)進行后遙感應(yīng)用技術(shù)研究再次提醒人們，在砂巖型鈾資源勘查中應(yīng)重視對斷裂構(gòu)造，特別是貫通性斷裂構(gòu)造成礦作用的認識和研究。貫通性斷裂構(gòu)造的成礦作用主要表現(xiàn)為以下方面：

（1）斷裂帶是減壓帶

斷裂帶實際上是條破碎帶，由于斷裂的破碎作用使其沿斷裂帶壓力減低，導致含鈾含氧地下水向斷裂的定向驅(qū)動，即使在地層很平緩的情況下，也會造成地下水向斷裂帶定向驅(qū)動的水動力條件。

（2）斷裂帶是局部排泄帶

斷裂帶也是地下水的局部排泄帶。由于控礦斷裂帶的減壓作用，從蝕源區(qū)向斷裂帶定向驅(qū)動的地下水流經(jīng)斷裂帶，再通過斷裂被排泄掉，從而形成有利于鈾成礦的地下水循環(huán)系統(tǒng)，保證了含鈾、含氧地下水源源不斷地（水源充足的情況下）向斷裂帶的運移。

（3）斷裂帶是地層產(chǎn)狀的突變帶由于斷裂帶形成過程兩盤的相互錯動、位移，常會使上下盤的地層產(chǎn)狀發(fā)生突然變化，或者由緩變陡，或者由陡變緩,甚至發(fā)生層間破碎。因此，斷裂帶實際也是一個地層產(chǎn)狀的突然變化帶。地層產(chǎn)狀的突然變化會導致沿層運移的含鈾、含氧地下水的水動力條件在斷裂帶附近發(fā)生突然變化，有可能形成有利于鈾沉淀的局部水動力環(huán)境。

（4）斷裂帶是深部氣、水、油的溝通帶

斷裂帶，特別是基底斷裂是深部氣、水、油的溝通帶。深部水是Eh<0，PH<7，缺自由氧（O2）的酸性還原水。深部氣通常是甲烷(CH4)、氫氣(H2)、硫化氫(H2S)、一氧化碳等還原性氣體以及石油組成的地下流體。這類地下流體沿斷裂向上運移，當遇到向斷裂定向驅(qū)動的含鈾、含氧水，在斷裂附近含鈾、含氧水水中的6價鈾會被還原或者還原-酸化造成4價鈾沉淀，尤其是深部氣體具有強還原作用，會在斷裂附近形成強還原環(huán)境。同時，烴類和CO等氣體向上運移，部分被氧化成二氧化碳，與地下水形成弱酸，并在生物的參與下，與地層中的金屬離子結(jié)合成次磷酸鹽，使地層中的碳酸鹽含量增高。向上運移的烴類和H2S等還原氣體與地層中的高價鐵（褐鐵礦、赤鐵礦或針鐵礦）相結(jié)合生成低價鐵的黃鐵礦或磁鐵礦，使Fe3+鐵氧化為Fe2+, 使地層退色。烴類氣液富含H2S和碳氫化合物，可使長石類礦物蝕變?yōu)檎惩恋V物，形成與烴類異常密切相關(guān)的粘土化礦物富集異常，從而沿斷裂形成與成礦作用相關(guān)的蝕變現(xiàn)象。

（5）斷裂帶是地殼的活動帶

應(yīng)該從動態(tài)的觀點來看斷裂的控礦作用。斷裂活動的長期性，可以導致鈾成礦的長期性，構(gòu)造活動的間歇性，可以導致鈾成礦的多期性。根據(jù)夏毓亮對某礦區(qū)鈾礦化同位素年齡的測定[3]，認為該區(qū)鈾的成礦時代從149±16Ma年一直延續(xù)到8±1Ma，跨越燕山和喜山兩個不同的大地構(gòu)造旋回。成礦作用的長期性可能與控礦構(gòu)造的長期活動有關(guān)。另外，測試的該區(qū)鈾礦化U-Pb同位素年齡分別是，149±16Ma，120±11Ma，85±2Ma，76±3Ma，74±13Ma，20±2Ma，8±1Ma等，反映出該區(qū)鈾成礦時代的多期性。進一步對鈾的成礦時代與構(gòu)造幕的相互關(guān)系進行了研究，發(fā)現(xiàn)鈾的成礦期與某些構(gòu)造幕的時間相當，或者稍晚，反映構(gòu)造幕時期或稍后，控礦斷裂開始活動或重新活動，從而加速了地表－地下水向斷裂的定向流動和深部氣、水、油的向上運移，為鈾成礦創(chuàng)造了有利條件，在其它成礦條件（如鈾源條件，氣候條件等）具備時便會形成鈾礦化，或?qū)⒗系拟櫟V化改造為新的礦化。構(gòu)造運動幕的多次性造成控礦斷裂活動的間歇性，也導致了鈾成礦的多期性[5]。另外，鈾的成礦作用還與控礦斷裂的活動方式和性質(zhì)有關(guān)。

由上可見，斷裂的成礦作用只所以能夠控制砂巖型鈾礦的分布主要是由于斷裂及其活動，一方面導致了含鈾、含氧地下水向斷裂的定向驅(qū)動，并形成有利于鈾成礦的地下水循環(huán)系統(tǒng)。另一方面導致地下流體上升，形成地球化學性質(zhì)的變異帶。這種變異帶有可能是氧化還原性質(zhì)的變異帶，也可能是酸堿度性質(zhì)的變異帶，還可能是礦化度等性質(zhì)的變異帶，從而形成有利于鈾沉淀富集環(huán)境。值得強調(diào)是具有這種控礦作用的斷裂不是所有斷裂，而是那些從地表切入盆地基底深處的貫通性斷裂。因為，淺部斷裂溝通不了深部的還原性氣體，而隱伏的基底斷裂不僅起不到減壓作用，而且形成不了向斷裂驅(qū)動的有利鈾成礦的地下水循環(huán)系統(tǒng)。由于貫通性斷裂及其活動形成的這種有利于鈾沉淀富集的地球化學變異帶，作者命名為構(gòu)造－地球化學障，以區(qū)分傳統(tǒng)的氧化帶前鋒－地球化學障。依據(jù)構(gòu)造－地球化學障模式（圖4），找礦不僅要重視含礦層（巖性、巖相和含鈾性），而且要重視斷裂構(gòu)造（貫通性的富水帶或油氣滲漏帶），特別是二者的復合地段。

圖4 構(gòu)造—地球化學障控礦模式圖

參考文獻

1. 劉德長，葉發(fā)旺. 后遙感應(yīng)用技術(shù)的提出與思考[J]. 世界核地質(zhì)科學，2004，21（1）：33－37.

2. 祝民強. 基于GIS的砂巖型盆地鈾礦多源信息集成評價技術(shù)研究[D]. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院博士學位論文，2002.

3. 夏毓亮，林錦榮，劉漢彬，等. 鄂爾多斯盆地東勝地區(qū)砂巖型鈾成礦作用的同位素地球化學研究. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研報告，2002.12.

4. 歐光習，杜樂天. 還原性氣體在北方砂巖型鈾礦區(qū)的作用. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研報告，2003.

5. 劉德長，葉發(fā)旺，張杰林，等. 后遙感應(yīng)用技術(shù)的提出與地質(zhì)應(yīng)用－以鄂爾多斯盆地東勝-神木地區(qū)鈾資源勘查為例[J]. 國土資源遙感， 2004，59（1）：11－14.