中國碳硅泥巖型鈾礦地球化學(xué)指示元素特征及異常模式

付 錦，趙寧博，裴承凱，李新春

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,遙感信息與圖像分析技術(shù)國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

中國碳硅泥巖型鈾礦地球化學(xué)指示元素特征及異常模式

付 錦，趙寧博，裴承凱，李新春

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,遙感信息與圖像分析技術(shù)國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

根據(jù)全國鈾礦資源潛力評價(jià)項(xiàng)目研究成果，在大量研究我國碳硅泥巖型鈾礦地球化學(xué)異常特征的基礎(chǔ)上，總結(jié)了一套對碳硅泥巖型鈾礦勘查穩(wěn)定且行之有效的指示元素及其組合，確定了碳硅泥巖型鈾礦地球化學(xué)異常模式，并以實(shí)例說明。

碳硅泥巖型鈾礦；指示元素；地球化學(xué)；異常模式

碳硅泥巖型鈾礦是指產(chǎn)在一定地質(zhì)時(shí)期(主要是晚震旦世—二疊世)的未變質(zhì)或弱變質(zhì)的海相碳酸鹽、硅質(zhì)巖、泥巖及其過渡型巖類中的鈾礦床。碳硅泥巖型鈾礦約占我國已探明鈾礦總資源儲量的7%左右，是我國四大鈾礦床類型之一，鈾的蘊(yùn)藏量比花崗巖型、火山巖型和砂巖型鈾礦總量還大(黃凈白等，2004)。

一直以來，我國鈾礦勘查的直接物化探找礦方法主要是放射性方法和放射性水化方法，利用土壤和水系沉積物元素地球化學(xué)資料尋找鈾礦資源在核工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用相對較少。在全國鈾礦資源潛力評價(jià)中，利用水系沉積物元素地球化學(xué)資料進(jìn)行鈾礦資源潛力評價(jià)取得了較好的效果，通過對我國碳硅泥巖型鈾礦地球化學(xué)異常特征的研究，筆者總結(jié)了一套對碳硅泥巖型鈾礦潛力進(jìn)行預(yù)測評價(jià)的穩(wěn)定且行之有效的指示元素及其組合，確定了碳硅泥巖型鈾礦地球化學(xué)異常模式，它是進(jìn)行鈾礦產(chǎn)預(yù)測評價(jià)有效手段，在我國鈾礦資源的潛力評價(jià)工作中發(fā)揮了重要的作用。

1 碳硅泥巖型鈾礦產(chǎn)出的區(qū)域地質(zhì)背景

含鈾海相碳硅泥巖建造在我國系指產(chǎn)有碳硅泥巖型鈾礦床的在一定地質(zhì)時(shí)期(主要是新元古代晚震旦世—二疊紀(jì))形成的海相碳硅泥巖建造。其形成首先取決于該時(shí)期的地殼活動背景和古氣候背景。地殼活動背景有兩大類：一類是地臺或準(zhǔn)地臺區(qū)及構(gòu)造過渡區(qū)，地殼活動總體上相對穩(wěn)定，沉降幅度相對不大和振蕩較弱；另一類是地槽區(qū)，總體上地殼活動劇烈，大幅度快速沉降并頻繁振蕩。古氣候背景主要也有兩大類：一類是溫濕-潮熱的古氣候；另一類是干熱及干熱-溫濕相轉(zhuǎn)換的古氣候(黃凈白等，2004)。

碳硅泥巖型鈾礦具有獨(dú)特的成礦環(huán)境。中國碳硅泥巖型鈾礦床空間分布受陸緣裂谷成礦環(huán)境(主要發(fā)育于南秦嶺)、陸塊陸緣裂陷、深斷裂帶成礦環(huán)境(主要發(fā)育于揚(yáng)子地臺南緣)、陸塊邊緣陸緣盆地環(huán)境(主要發(fā)育于華北陸塊南緣和揚(yáng)子陸塊西緣)及陸緣活動帶成礦環(huán)境(主要發(fā)育于桂粵湘)所控制[1]，獨(dú)特的環(huán)境形成了既有共性又有個(gè)性的富含某些特定元素的沉積建造。

2 碳硅泥巖型鈾礦指示元素特征

碳硅泥巖型鈾礦存在多個(gè)成礦亞系列，陸緣裂谷成礦環(huán)境在加里東期形成了早寒武世富含鈾、鉬、釩、磷的碳硅泥巖型礦源層及含鈾磷塊巖型鈾磷成礦亞系列，在燕山期形成了與火山噴發(fā)、古地下水沉積改造作用有關(guān)的沉積、熱液疊加改造型鈾、鉬、釩成礦亞系列；喜山期形成了與地下構(gòu)造引爆機(jī)制有關(guān)的鈾、金、銻、砷、硒熱液成礦亞系列，與燕山期侵入巖漿熱液古地下熱水對富鈾層體熱改造有關(guān)的沉積-熱液疊加改造型鈾、釩、鎳、鉬、銅、銀成礦亞系列和與早寒武世富鈾層體經(jīng)熱液疊加改造、淋積改造有關(guān)的沉積-熱液-淋積型鈾、鎳、銅、鋅、釩成礦亞系列。陸緣裂谷、深斷裂帶成礦環(huán)境形成了與早寒武世海底火山噴溢和熱水沉積作用有關(guān)的鈾、釩、磷、鉬、鎳、錸、鉈、鋇、稀土、鉑族成礦系列以及與早寒武世含鈾磷塊巖有關(guān)的鈾、釩、磷、鉬、鎳成礦系列。華北陸塊南緣陸緣盆地和揚(yáng)子陸塊西緣陸緣盆地形成了與早寒武世鈾源層進(jìn)行淋積改造有關(guān)的含有鈾、磷、釩的沉積-淋積型成礦亞系列。陸緣活動帶斷陷臺溝環(huán)境形成的熱液疊加改造型鈾礦亞系列，富含鈾、鉬、鋅、錸、鈧、鉻、鍶、砷組合，鈾、銅、鋅、鉬、鎳、鎵、鈷、鍶組合，鈾、鎢、銅、鉛、鋅、鎳組合，鈾、銅、鉛、銀組合，鈾、鉬、砷、銻、錸、硒組合等不同元素組合[1]。

可以看出，碳硅泥巖型鈾礦成礦指示元素具有很強(qiáng)的共性，一般說來，鈾、鉬、釩、銀、鋅、銅、鎳是其共有的指示元素，另外，不同亞型鈾礦床還可能有鈷、鉻、砷、錳、硒、鎵、汞、鉛等具有指示作用，在有花崗巖體出露的地區(qū)，鉬元素比鈾元素的指示效果更好。圖1是修水地區(qū)Mo元素地球化學(xué)異常圖。由于碳硅泥巖型鈾礦床具有層控性，異常沿著成礦目的層分布，目前已發(fā)現(xiàn)的礦床、礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)均沿異常帶分布。

前已述及，鈾、鉬、釩、銀、鋅、銅、鎳等元素對碳硅泥巖型鈾礦有良好的指示作用，其主要原因是，一方面，在滯留淺海陸棚的沉積物中含有大量有機(jī)質(zhì)、磷、鐵和錳的氧化物，將鉬、鈾、釩等變價(jià)元素還原成低價(jià)態(tài)離子，并通過和硫化氫作用而被富集；另一方面，一些有機(jī)酸和其它有機(jī)物質(zhì)本身在沉積時(shí)也攜帶鉬等元素。有機(jī)物質(zhì)不僅起到還原作用，還有搬運(yùn)作用[2]。

指示元素的組合和綜合分析對碳硅泥巖型鈾礦床勘查是行之有效的，比如通過因子分析對多元素進(jìn)行綜合分析。圖2是會同地區(qū)U-Ag-Cu組合元素地球化學(xué)異常圖，該圖排除了單純利用鈾元素異常圖所造成的花崗巖體高鈾異常的干擾。在這里僅有鈾異常而無銀或銅異常的地段對碳硅泥巖型鈾礦化是沒有前景的，U-Ag-Cu組合異常反映了本區(qū)碳硅泥巖型礦化有利的3條北北東向異常帶，指示了碳硅泥巖型鈾礦化的最有利區(qū)域。圖3是寧鄉(xiāng)-溆浦地區(qū)元素因子分析第1主因子得分圖，該因子主要載荷元素為U、Ag、V，載荷值分別為0.813、0.805、0.772,其次是Ni、Cu、Mo，載荷值分別為0.24、0.22、0.15,該圖所形成的綜合異常，很好地反映了鈾礦在地表的賦存位置。

圖1 修水地區(qū)Mo元素地球化學(xué)異常圖Fig.1 Geochemical anomaly map of Mo in Xiushui area

圖2 會同地區(qū)U-Ag-Cu組合元素地球化學(xué)異常圖Fig.2 Geochemical anomaly map of U-Ag-Cu combination in Huitong area

圖3 寧鄉(xiāng)-溆浦地區(qū)因子分析第1主因子(F1)得分異常圖Fig.3 The first main factor score anomaly map of factor analysis in Ningxiang-Xupu area

3 碳硅泥巖型鈾礦指示元素異常分布特征

碳硅泥巖型鈾礦異常一般是沿著成礦目的層呈條帶狀分布，這是區(qū)別于其他類型鈾礦的顯著特點(diǎn)。富鈾成礦目的層連成片、異常面積較大時(shí)有一定的濃集中心，狹長的富鈾成礦目的層沒有明顯的濃集中心，有些呈串珠狀，沿著碳硅泥巖富鈾層位分布。鈾、鉬、釩等多個(gè)指示元素異常重疊性好，主成分分析顯示鈾、鉬指示元素的主因子能夠很好地反映鈾礦化的地表存在位置，地化異常明顯。地球化學(xué)異常在碳硅泥巖型鈾礦潛力評價(jià)和遠(yuǎn)景預(yù)測中可收到理想的效果。

圖4是雪峰山-摩天嶺成礦帶鉬元素異常圖，該帶發(fā)育有花崗巖型、碳硅泥巖型、火山巖型和砂巖型鈾礦。鉬異常呈北北東向條帶狀沿著Z—O的變質(zhì)巖系分布、欽州海西褶皺帶為華南加里東期裂谷帶的殘留海槽，該帶是我國著名的花崗巖型和碳硅泥巖型鈾礦帶。鉬元素與碳硅泥巖型鈾礦關(guān)系密切，賦礦巖層中有中泥盆統(tǒng)應(yīng)堂組泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、上泥盆統(tǒng)榴江組碳質(zhì)泥巖夾硅質(zhì)巖、下石炭統(tǒng)石磴子組灰黑色含生物屑碳泥質(zhì)硅巖、白云質(zhì)灰?guī)r，下二疊統(tǒng)當(dāng)沖組灰黑色硅質(zhì)巖等，其共同特點(diǎn)是富含碳泥質(zhì)和黃鐵礦，有機(jī)質(zhì)豐富，當(dāng)沖組硅質(zhì)巖鈾含量為10～17 μg/g，屬區(qū)域性富鈾地層，泥盆系賦礦層位鈾含量為3～6 μg/g，其碳泥質(zhì)夾層鈾含量略偏高，鈾含量為4～10 μg/g(閩茂中，1998)，富含生物碎屑、黃鐵礦、碳泥質(zhì)、磷質(zhì)等還原劑和吸附劑(黃凈白等，2005)。

碳硅泥巖型鈾礦賦礦層位往往和淺海陸棚相富鉬沉積地層緊密相關(guān)，同時(shí)還有釩、銀、銅、鋅等元素的富集。這些元素的異常暈與鉬異常一致，呈條帶狀，有明顯的長軸，有些呈串珠狀，沿著碳硅泥巖富鈾層位分布，往往與主構(gòu)造方向一致。異常暈發(fā)育在有利的碳硅泥巖成礦目的層區(qū)域內(nèi)，與碳硅泥巖型鈾礦化的富集位置吻合較好。異常規(guī)模越大，成大礦的可能性越大。

圖4 雪峰山-摩天嶺成礦帶鉬元素地球化學(xué)異常圖Fig.4 Geochemical anomaly map of Mo in Xuefengshan-Motianling metallogenic belt

4 典型碳硅泥巖型鈾礦異常模式——以全州廣子田、大江背礦床為例

4.1 區(qū)域地質(zhì)背景和礦床特征

全州地區(qū)廣子田、大江背礦床位于揚(yáng)子陸塊區(qū)湘中-桂中被動陸緣褶沖帶的桂北隆起越城嶺復(fù)背斜東翼，大西江-龍水向斜西翼，越城嶺巖體為加里東期中粗粒斑狀黑云母花崗巖。區(qū)內(nèi)出露新元古界丹洲群、震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系和石炭系，斷裂-褶皺構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造線近南北向，呈向東凸起的似弧形?？氐V和含礦構(gòu)造新寧-資源-靈川斷裂的分支斷裂及其次級斷裂貫穿全區(qū)。礦床內(nèi)出露的地層為中-下泥盆統(tǒng)四排組和中泥盆統(tǒng)東崗嶺組。廣子田礦床主要伴生元素有鎢、釩、砷、鉛、鎵、銀、鉍、鋅等，大江背礦床伴生有鎢、銅、錳、釩、銻、鎳、鈷、鉛、鋅等，其中鎢、釩含量較高。該區(qū)已發(fā)現(xiàn)3個(gè)碳硅泥巖型鈾礦床，即鏟子坪、礦山腳和土地堂礦床(趙鳳民,2013)。

4.2 區(qū)域地球化學(xué)特征

主要指示元素為銀、銅、鋅、鉬、釩、鎢、鈾等。從全州地質(zhì)簡圖(圖5a)可以看出，區(qū)內(nèi)出露大面積黑云母花崗巖，其周圍大面積分布有碳硅泥巖系，區(qū)域地球化學(xué)特征表現(xiàn)為鈾元素異常偏于西部，與越城嶺花崗巖體對應(yīng)。Ag、Cu、Zn、V等元素異常呈帶狀和似帶狀，濃集中心呈串珠狀，異常沿著含礦目的層分布，與賦礦層位形態(tài)一致，礦床位于異常帶上。圖5b中Ag元素的分布勾勒出鈾礦化帶的走向和形態(tài)。因子分析第2主因子可以很好地對鈾礦化定位，其載荷元素主要是Ag、Cu，次之為Zn、Mo，載荷值分別為0.832、0.734和0.280、0.192,說明這幾個(gè)元素相關(guān)性較強(qiáng)，與鈾礦化關(guān)系密切，圖5c綜合了Ag、Cu、Zn、Mo元素，對礦床具有良好的指示作用。圖5d的U-Ag-Cu組合異常既很好地反映了本區(qū)鈾源，也準(zhǔn)確圈出了礦床產(chǎn)出帶。從化探圖上分析，本區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大的方向應(yīng)位于界首鎮(zhèn)西部。

圖5 全州廣子田、大江背礦床所在區(qū)域元素地球化學(xué)特征Fig.5 Regional elementary geochemical characteristics of Guangzitian、Dajiangbei deposit in Quanzhou area

5 結(jié)論

(1)鉬、鈾元素是最有效的碳硅泥巖型鈾礦化的指示元素，另外，釩、銀、金、銅、鋅、鎳等元素通常也是碳硅泥巖型鈾礦化預(yù)測評價(jià)的行之有效的指示元素。指示元素的組合和綜合分析對碳硅泥巖型鈾礦化勘查也有良好的效果，比如因子分析主因子得分指標(biāo)。特定碳硅泥巖型鈾礦化原生暈和次生暈指示元素多與鈾礦化賦礦層位元素組合、成礦條件或者礦床共伴生元素相聯(lián)系，它們也可作為預(yù)測遠(yuǎn)景靶區(qū)的指示元素。

(2)碳硅泥巖型鈾礦的指示元素異常多呈帶狀沿著成礦目的層分布，有時(shí)呈串珠狀或條帶狀，往往與賦礦層位形態(tài)相吻合，鈾礦床通常產(chǎn)于異常上或梯度帶上。

(3)利用土壤和水系沉積物地球化學(xué)異常進(jìn)行碳硅泥巖型鈾礦成礦潛力預(yù)測評價(jià)，對于碳硅泥巖型鈾礦預(yù)測區(qū)的篩選和區(qū)域遠(yuǎn)景靶區(qū)的圈定有良好的效果。

[1] 漆富成，張字龍，李治興，等.中國碳硅泥巖型鈾成礦體系及成礦規(guī)律[J].鈾礦地質(zhì),2012,28(2):65-71.

[2] 牟保磊.元素地球化學(xué)[M].北京:北京大學(xué)出版社,1999:102-105.

IndicatorCharacteristicsofElementaryGeochemistryandAnomalyModelforChineseCarbonaceous-siliceous-argillaceousRockTypeUraniumDeposit

FU Jin，ZHAO Ning-bo , PEI Cheng-kai, LI Xin-chun

(NationalKeyLabofRemoteSensingInformationandImageAnalysisTechnology,BeijingResearchInstituteofUraniumGeology,Beijing100029,China)

Uranium deposits in China are mainly divided into four types:granite type, volcano rock type, sandstone type and carbonaceous-siliceous-argillaceous rock type. Carbonaceous-siliceous-argillaceous rock type account for about 7% China's proven uranium reserves. Based on the study of geochemical character of large amount of deposits in the national uranium resource potential evaluation projects, a set of stable and effective indicator elements and combinations for carbonaceous-siliceous-argillaceous rock type uranium deposit was summarized in this paper and the geochemical anomaly model was determined by the case study.

carbonaceous-siliceous-argillaceous rock type uranium deposit； indicator elements；geochemistry；anomaly model

10.3969/j.issn.1000-0658.2014.05.008

2013-05-15 [改回日期]2014-07-04

付 錦(1961—)，女，高級工程師(研究員級)，主要從事鈾礦物化探方法和應(yīng)用研究。E-mail:nijuf@163.com

1000-0658(2014)05-0298-07

P59；P619.14

A