0 引言

铀是中国重要的战略资源和能源矿产，砂岩型铀矿床由于开采成本低、成矿规模大等优点，已逐渐成为世界铀资源量中最重要的铀矿床类型 （Borshoff and Faris，1990；苗培森等，2020）。前人在伊犁、二连、鄂尔多斯、松辽等盆地陆续发现了砂岩型铀矿床，全国铀矿潜力评价工作也显示中国北方盆地砂岩型铀矿床潜力较大（张金带，2015）。近年来，随着中国可地浸砂岩型铀矿床调查工作的深入开展，围绕含油气盆地、聚煤盆地砂岩型铀矿床发育情况作了大量研究（金若时等，2019）。二连盆地是中国重要的油气和产煤盆地（崔新省和李建伏， 1993；焦贵浩等，2003），也是重要的砂岩型铀矿基地（刘鑫扬，2021；尹永朋等，2021），前人从铀源、控矿构造、成矿建造、后生蚀变、成矿期次等方面进行铀成矿条件分析，至今在二连盆地发现了巴彦乌拉、赛汉高毕、巴润、芒来、哈达图、乔尔古等一批古河道砂岩铀矿床（产地）（Liu et al.，2013；Cai et al.， 2015；Li et al.，2019）。

白音查干凹陷位于二连盆地西北部，是川井坳陷北部的一个次级构造单元，在凹陷内存在重要的含油气地层（李勇和唐大伟，2013）。川井坳陷东部发育晚白垩世苏海布龙剥蚀窗口，在西部白音查干地区发育古近纪剥蚀窗口，为盆地入渗含铀流体提供了通道，形成斜坡带型及古河谷型矿化异常（彭云彪等，2018）。前人通过岩石蚀变特征、盖层岩相和已发现的矿化异常，构建找矿模型对白音查干凹陷找矿前景进行了预测，认为该区域具有良好的潜水层间氧化型矿床发育（李保侠等，2002）。

砂岩型铀矿床成矿机理复杂，含矿层位多为松散砂岩，地层物性差异较小，单一手段难以满足勘查需求。综合利用多种物探手段可以有效地为勘查工作提供多元信息，同时兼顾物探多解性因素。重力测量受干扰影响小，数据质量可靠，通过大比例尺重力剖面工作能够有效地划分构造单元，推断盆地基底起伏变化情况。可控源音频大地电测测深法（CSAMT）抗干扰能力强，在兼顾勘探深度的同时具有相对较高的分辨率（王甲等，2018）。土壤氡气浓度异常往往反映了铀、镭富集地带，或者地质构造带形成的氡气上涌通道，利用土壤氡气异常可以寻找隐伏铀矿体或构造破碎带（吴信民等，2004）。

1 地质背景与物性特征

1.1 地质背景

白音查干凹陷总体上可以分为 3 个部分，以毛呼低凸起构造带为界将凹陷分割为西部次凹、毛呼低凸起、东部次凹（高红灿等，2018）。凹陷基底为下古生界变质岩，主要沉积充填下白垩统巴彦花群和上白垩统二连达布苏组，局部发育新生界。其中西部次凹为白音查干凹陷的主体，沉积厚度大、发育早，勘探程度较高；东部次凹相对发育较晚，沉积厚度相对薄。

1.2 物性特征

综合物探剖面主要部署在东部次洼内，研究区地质概况及剖面部署情况见图1。根据研究区钻孔地球物理测井和岩心编录对地层物性特征进行了统计（表1），主要包括电阻率、自然伽马、密度和声波时差。盖层以砂岩、泥岩为主，并有少量的砂砾岩层，各项参数随岩石粒级变化及孔隙填充物的不同均有不同程度的差异。大磨拐河组上段（K₁d³）地层呈相对高阻特征，电阻率 11~17 Ω·m，段内细砂岩、中砂岩中放射性背景值偏高，是区内主要的找矿层位。目的层砂体固结较差，声波时差、密度参数变化范围较大，细砂岩、中砂岩密度均值分别为2.24 g·cm^-3、2.37 g·cm^-3。盆地基底以花岗岩为主的电阻率分布范围为 500~2100 Ω·m，密度为 2.50~2.75 g·cm^-3 。地层岩石物性参数的差异为综合物探方法解译提供了依据。

1—第四系湖泊淤泥沉积；2—全新统冲洪积；3—上更新统冲洪积；4—中白垩统二连组；5—下白垩统大磨拐河组；6—中侏罗统新民组；7—下二叠统大石寨组；8—古元古界宝音图岩群；9—下二叠统阿木山组；10—中石炭统本巴图组；11—中二叠纪闪长岩；12—早—中二叠纪蛇绿岩基质；13—早二叠纪玄武岩；14—早二叠纪辉绿岩；15—早二叠纪蚀变超基性岩；16—早二叠纪辉石橄榄岩；17—早二叠纪橄榄岩；18—综合物探剖面；19—CSAMT剖面；20—地名

2 工作方法

2.1 可控源音频大地电磁测深CSAMT

CSAMT利用人工场激发地层岩石形成电位差，接收不同供电频率的一次场电位。在地表采集随时间变化的电场信号E（t）和磁场信号H（t），进一步处理得到频率域电磁场E（ω）和H（ω）。电磁场信号是地下电导率（σ）的函数，通过电场与磁场的比值阻抗Z（ω，σ）=E（ω）/H（ω）建立频率与地下电性结构的关系。利用实测采集的卡尼亚电阻率反演便可得到地下电导率分布。CSAMT 相比天然场电磁法有抗干扰能力强，横向分辨率高的优势（汤井田等， 2015）。

2.2 土壤氡气测量

氡气经团簇迁移、扩散、对流等作用由深部上升至地表土壤中，其上升深度可达数十米至数百米。影响迁移速度的因素包括介质孔隙度、密度和渗透性等。在断裂构造处岩石透气和渗透性较好的地区氡气迁移速度较快，因此在铀、镭异常地段或断裂构造的上方氡气浓度大，形成氡异常。土壤氡气的采集是通过在采样器上负高压电场的作用下，以正离子形式存在的氡子体被吸附到采样片上，通过探测器对采样片上不同幅度的脉冲进行计数，进而确定氡浓度数值（王伟等，2019；赵丹等， 2019）。

2.3 重力剖面测量

重力测量是测量地面某点上的重力加速度，相对重力测量是通过测量两个点之间的重力差值来计算测点上的重力值的。石英弹簧型重力仪通过加在重荷上的重力，由弹簧重力和附加在重荷上的较小的静电恢复力所平衡。当重力发生变化时，重荷的位置发生改变，位移传感器接收到这种变化后，利用静电力将重荷推至（零位）初始位置，静电力转换成电子信号后便可记录测量的相对重力值。通过重力资料可以有效的解决盆地深部构造、基底深度特征、沉积盖层厚度等地质问题（吴曲波等， 2021）。

2.4 测线布置

0#勘探线同时部署了可控源音频大地电磁测深（CSAMT）、土壤氡气和重力剖面，根据探测结果推断构造发育、基底分布和土壤氡气异常情况。在 0#勘探线两个各 1.6 km 分别部署 15#、16#勘探线 CSAMT测量剖面，划分盆地边界和覆盖层分布。此外，根据钻孔揭露情况部署了一条北东向土壤氡气测量剖面。其中，CSAMT剖面测量使用GDP32电法工作站，点距50 m，收发距6.4~9.6 km，供电电极距 2 km，频率范围 1~8192 Hz，供电电流达到 10~16 A。土壤氡气测量使用HDC-C型RaA瞬时测氡仪，按规范要求分别进行了仪器标定和一致性、长期稳定性、短期稳定性检查。剖面设计点距 100 m，长 25 km；重力剖面测量使用 CG-5 型相对重力仪，点距 40 m，设计剖面 25 km。重力测量开工前在格值标定场进行了仪器格值标定及静态、动态和一致性试验，试验结果表明仪器满足施工要求。

3 推断解释

物探剖面沿研究区勘探线方向部署，总体垂直于主构造线。3 条 CSAMT 剖面分别对应 0#、15#、 16#勘探线，其中 0#剖面同时部署了重力剖面和土壤氡气剖面，是研究区内的主剖面，方位均为135°。

3.1 地层电性特征

通过勘查核心区钻孔地质编录和测井资料，将 CSAMT 剖面反演电阻率与揭露的浅部地层信息对比验证，以此为依据推断剖面地层信息（图2）。剖面根据研究区内地层岩性与电性的相关资料，通过 SCS 2D 二维反演程序以人机交互方式进行平滑模拟反演（2D NS Inversion）。

第四系（Q_h）：研究区内第四系覆盖较薄，厚度 0~16 m，多为风成沙、冲洪积砂砾石层和黏土等，砂砾石主要为次棱角状、棱角状的石英或长石质。

二连组（K₂e）：该层位厚度 20~30 m，与上部第四纪地层反演电阻率界线不明显，反演电阻率9~16 Ω·m。二连组为内陆湖相沉积地层，岩性主要为灰白色含砾砂质泥岩、灰褐色中砂岩、棕红色泥岩等，其中泥岩层中含炭质。

大磨拐河组上段（K₁d³）：大磨拐河组上段地层呈相对高阻特征，河流相沉积特征，反演电阻率12~20 Ω·m，发育厚度28~52 m。段内岩性以砂砾石层、灰白色含砾粉砂质泥岩、浅灰色含砾长石岩屑砂岩为主，其中砂砾石层砾石以次圆、圆状为主，夹炭质泥岩。该层位是研究区主要的找矿目的层，段内中部和底部砂岩层内均揭露含矿层。

大磨拐河组中段（K₁d²）：大磨拐河组中段地层为相对低阻，沼泽相沉积，反演电阻率7~11 Ω·m，区内发育厚度40~120 m。岩性以深灰色泥岩、灰绿色泥质中砂岩、灰色泥质细砂岩等为主。

大磨拐河组下段（K₁d¹）：相对中阻，反演电阻率 10~13 Ω·m，区内发育厚度50~90 m，

新民组（J₂x）：新民组地层表现为低阻，地层岩性以砖红色、灰白色泥岩、细砂岩为主，夹杂灰白色、灰黑色页岩。

基岩：基岩区反演电阻率 70~600 Ω·m，盆地中心位置基岩埋深较大，在反演电阻率结果中未见明显显示，其中剖面北侧索伦山推断基岩为石炭纪— 二叠纪（C-P）花岗岩，剖面南侧巴音杭盖隆起区推断基岩为古元古代宝音图岩群（Pt₁B）。

3.2 盆地边界及古河道划分

16#、15#剖面长15 km，在0#剖面东西两侧平行距离各 1.6 km。0#剖面作为主测剖面，向北延伸至索伦山前地区，向南延伸至巴音杭盖隆起南部边缘，剖面长 25 km。根据电性层与钻孔岩心编录和测井对比结果，利用平行剖面反演电阻率划分研究区盆地边界，推断古河道分布范围。

研究区电阻率整体两侧高，中部低，根据研究区岩石电性参数特征推断相对低阻体为沉积地层，两侧高阻分别对应石炭系和古元古界宝音图岩群。盆地南侧低—高阻变化迅速，结合地质资料分析为超覆带发育区，北侧电阻率变化相对平缓。低阻沉积地层总体走向为近北东向，浅部相对高阻区经钻探验证为砂砾石层。推断河道与盆地走向一致，浅部高阻砂砾石层反映了河道的分布范围。

3条剖面地层反演电阻率总体特征一致，依靠电阻率反演结果推断的基底起伏情况较好的反映了盆地边界分布。在研究区内推断盆地边界总体东宽西窄，中间深两侧浅，推断最大埋深 1500 m 以上。推断的古河道分布范围在盆地东南侧，南临查干超覆带，表现出低阻区深度大、浅层高阻分布明显的特征（图3）。

3.3 综合解释推断

重力剖面覆盖0#勘探线，根据大比例尺剖面工作方法计算其相对布格重力异常，总体上可以分为5 个重力异常分区（图4）。北侧索伦山地区表现为相对低布格异常，向南至2.88 km处逐渐增高，最大值为 36.8×10^-5 m/s²，该区域对应索伦山山前断裂构造带。由该点向南至约 7 km 处布格重力值缓慢降低，局部稍有起伏，在垂向一阶导数曲线上较明显，结合 CSAMT电阻率反演结果（图5）推断 2.88~7. 00 km间为噶顺斜坡带，斜坡带内构造较发育。斜坡带南临东部洼陷区，布格重力持续降低，剖面 12.44 km 处出现布格重力最低值 31.98×10^-5 m/s²，随即在 16.6 km 处上升至 37.25×10^-5 m/s²。垂向一阶导数显示的极大、极小值点与布格重力一致，其曲线上升过程中斜率呈“大—小—大”变化，结合CSAMT反演结果推断洼陷南部边界位置约在 14.3 km 处，其中古河道位置推断在剖面10.5~13.4 km处，大磨拐河组（K₁d）组内分段在古河道范围内相对明显，反演电阻率断面图中呈“高-低-高”分布。盆地南侧临查干超覆带，表现为布格重力增大，基底抬升，浅部反演电阻率呈中高阻，地层界线不明显。超覆带以南进入巴音杭盖凸起区，区内布格重力极小值点 34.26×10^-5 m/s² 对应剖面 19.8 km处，反演电阻率断面图上对应为向深部延伸约 600 m 的低阻异常，推断为泥质填充的构造断裂带，地表为河道冲积。剖面南端边缘布格重力下降，垂向一阶导数起伏变化明显，反演电阻率在23.2~24.5 km处低阻由近地表延伸至深部，推断为隆起边缘构造带。

3.4 氡气异常分析

以重力、CSAMT 剖面划分的地质分区为依据，结合土壤氡气测量结果（图6），将氡气测量剖面大致划分为 3 个分区，由北向南分别为索伦山斜坡带地区（0~7 km）、盆地区（7~17 km）、巴音杭盖凸起区 （17~25 km）。索伦山斜坡带地区背景值主要为3~4 Bq/L，且有多处高值异常，最大达31.8 Bq/L；盆地区整体土壤氡浓度较低，背景场主要为2. 0~2.5 Bq/L，在工业孔 zk1302 处土壤氡浓度为 3.7 Bq/L；巴音杭盖凸起区土壤氡浓度有明显升高，背景值分布区间主要为 2.5~3. 0 Bq/L，剖面末端土壤氡气浓度最大值达到 8 Bq/L。根据氡气异常结果推测，盆地北侧山前—斜坡带地区为物源方向，其中的高值异常点与推断的基底断裂带基本吻合。

3.5 应用效果

研究区内施工钻孔揭露地层包括第四系（Q）、二连组（K₂e）、大磨拐河组上段（K₁d³）、大磨拐河组中段（K₁d²），与综合物探资料解释结果基本一致。电阻率测井曲线与 CSAMT 电阻率反演断面结果较吻合，部分薄层受限于分辨率影响识别效果欠佳，主要为泥质填充的砂砾石层。基底起伏的推断解释结果、盆地边界及盖层埋深与区域地质背景整体相符。通过CSAMT反演断面结果、布格重力异常剖面、土壤氡气剖面解释结果相互佐证，较好地反映了研究区内断裂构造带的分布（图7）。钻孔揭露含矿层位于大磨拐河组上段（K₁d³）顶部，岩性主要为灰黑色中细粒砂岩、灰绿色中细粒岩屑砂岩。

4 结论

（1）综合利用多种物探方法和地质背景资料认为，研究区盆地总体呈北东向分布，盆地中心基底埋深大于 1500 m，南陡北缓，含矿砂体位于盆地核心区内大磨拐河组上段中细粒砂岩中。

（2）通过CSAMT反演结果可以有效地识别断裂构造，查明地层结构。结合布格重力异常解释结果，对基底起伏形态和盆地边缘划分亦有良好的效果。

（3）土壤氡气浓度异常验证了构造推断解释结果，同时依据土壤氡气背景值的差异，指示了矿化异常物源方向，为研究区成矿理论分析提供有效的支撑。

（4）在电阻率差异较小的松散地层中，加强钻孔及测井资料的应用，通过标志层的对比和验证，可提高物探成果解释推断的可靠性，高效的服务工程部署和地质找矿。

致谢 衷心感谢中国地质调查局呼和浩特自然资源综合调查中心有关专家在论文写作中给予的帮助和指导，感谢各位审稿专家和编辑对文章提出的中肯意见和指导性建议。

参考文献