黃溝鈾礦床原生暈垂向分帶模型

吳 迪，劉曉東，田 立

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黃溝鈾礦床原生暈垂向分帶模型

吳 迪，劉曉東，田 立

文章簡(jiǎn)要介紹了原生暈地球化學(xué)找礦方法，并將其應(yīng)用到連山關(guān)地區(qū)，重點(diǎn)對(duì)黃溝鈾礦床進(jìn)行研究。通過(guò)選取典型剖面進(jìn)行取樣分析，確定13種元素作為該礦床的指示性元素，根據(jù)C.B.格里戈良分帶性指數(shù)法建立了黃溝鈾礦床原生暈指示性元素分帶模型。期望對(duì)全區(qū)利用化探異常進(jìn)行隱伏礦體預(yù)測(cè)和優(yōu)選找礦有利靶區(qū)起到指導(dǎo)或借鑒作用。

原生暈；指示性元素；理想模型；黃溝鈾礦床

連山關(guān)地區(qū)鈾礦找礦工作已有50余年歷史，隨著勘探活動(dòng)的深入，地表礦、淺部礦已基本被查明，勘查重點(diǎn)轉(zhuǎn)入深部，“攻深找盲”已成為當(dāng)前找礦工作的主題。黃溝鈾礦床為近幾年新發(fā)現(xiàn)的小型鈾礦床，通過(guò)對(duì)礦床開(kāi)展原生暈地球化學(xué)測(cè)量，其垂向上的元素富集規(guī)律已大致查明，可據(jù)此建立礦床的原生暈垂向分帶模型，進(jìn)而對(duì)全區(qū)化探異常進(jìn)行隱伏礦體預(yù)測(cè)。

上世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)學(xué)者C.B.格里戈良提出了原生暈垂向分帶找礦方法，已成為尋找隱伏礦床最主要的地球化學(xué)方法之一。該方法在尋找銅、鉛、鋅、金、銀、鎢、鉬等盲礦方面發(fā)揮了巨大的作用，預(yù)測(cè)深部盲礦體成功率達(dá)84%以上[1]。我國(guó)原生暈的研究工作始于20世紀(jì)50～60年代，謝學(xué)錦、吳承烈、邵躍、李惠等做了大量的科學(xué)研究和找礦應(yīng)用工作，取得了顯著的效果，在金屬礦床原生暈研究成果的基礎(chǔ)上，建立了熱液型金屬礦床的原生暈?zāi)Ｐ?，制定了金屬礦床地球化學(xué)巖石勘查工作方法和解釋推斷方法[2-11]。核工業(yè)學(xué)者葉慶森等將原生暈垂向分帶找礦模型應(yīng)用于鈾礦找礦上，在計(jì)算和確定礦床原生暈指示性元素垂向分帶序列上也有一定研究，并對(duì)多種計(jì)算方法進(jìn)行評(píng)述[12]。

1 黃溝鈾礦床概況

黃溝鈾礦床位于遼東古裂谷北緣連山關(guān)短軸穹狀復(fù)式背斜的南翼西段(圖1)。該復(fù)式背斜軸向NW，核部為晚太古代連山關(guān)鉀質(zhì)混合花崗雜巖體，翼部為下元古界遼河群沉積變質(zhì)巖系所覆。礦床產(chǎn)于遼河群浪子山組和鉀長(zhǎng)花崗巖接觸帶內(nèi)帶，賦礦圍巖主要是碎裂重熔混合巖。礦床內(nèi)構(gòu)造主要有3種：(1)NW向大型韌性剪切帶，為主要的控礦構(gòu)造；(2)NEE-EW向次級(jí)裂隙，為富鈾礦體的定位空間；(3)NE向斷裂，屬晚期破礦構(gòu)造。

總結(jié)礦床成因，認(rèn)為本區(qū)鈾礦化類型屬于與大型韌性剪切作用有關(guān)的構(gòu)造-重熔混合型，鈾礦化系在富鈾花崗巖(提供鈾源)、大型韌性剪切活動(dòng)(提供成礦動(dòng)力及熱液運(yùn)移通道)、動(dòng)態(tài)重熔混合作用(形成富鈾流體)及韌性剪切晚期脆性裂隙系統(tǒng)的綜合作用下形成[13]。

圖1 連山關(guān)地區(qū)鈾礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Regional geological sketch of Lianshanguan area

2 原生暈找礦方法簡(jiǎn)介

2.1 基本原理

內(nèi)生多金屬礦床由于其成礦熱液處于高溫、高壓狀態(tài)，成礦元素向周圍空間有滲透作用，這種滲透作用的強(qiáng)弱取決于成礦溶液的性質(zhì)、壓力、濃度和圍巖的巖性及構(gòu)造條件，往往在礦體的周圍空間形成封閉的元素分布圈，即所謂礦體的原生暈。在原生暈中，元素的分布是有一定順序的，即具有分帶性。這種分帶性表現(xiàn)為垂向分帶和水平分帶，而且元素的分帶和礦物的分帶又常是相對(duì)應(yīng)的。因此，研究成礦元素或礦物在空間上的分帶序列，對(duì)了解礦床類型、研究礦床的地球化學(xué)特點(diǎn)、劃分化探元素組合異常、確定遠(yuǎn)近程元素和尋找盲礦體等都具有實(shí)際意義。

原生暈垂向分帶模型找礦法是通過(guò)發(fā)現(xiàn)、研究并應(yīng)用基巖中原生暈指示性元素垂向分帶規(guī)律，建立指示性元素垂向分帶模型并進(jìn)行原生暈找礦或延伸到次生暈找礦的勘查地球化學(xué)方法[14]。

2.2 計(jì)算方法選擇

根據(jù)各種計(jì)算方法的適用范圍，結(jié)合黃溝鈾礦床的地質(zhì)條件，筆者選擇了礦體元素濃度梯度分帶性指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。該計(jì)算方法是由蘇聯(lián)學(xué)者C.B.格里戈良提出的。

分帶性指數(shù)法的實(shí)質(zhì)是依據(jù)各指示性元素最大值所處的不同空間位置，通過(guò)計(jì)算在一定水平截面上某一元素金屬量與所有指示性元素金屬量總和之比值，確定礦體元素濃度梯度分帶序列。

2.3 分帶序列研究進(jìn)展

C.B.格里戈良等(1975)根據(jù)蘇聯(lián)200多個(gè)不同類型熱液金屬礦床原生暈研究，通過(guò)元素原生地球化學(xué)暈的成分和在礦體的空間分布規(guī)律，總結(jié)了熱液礦床元素分帶序列，從上至下為W-Be-As-Sn1-U-Mo-Co-Ni-Bi-Cu1-Au-Sn2-Zn-Pb-Ag--Cd-Cu2-Sb-Hg-Ba-Sr，認(rèn)為礦床或礦體的原生地球化學(xué)暈是在成礦過(guò)程中由于元素的帶入、帶出或重新分布而形成的一系列化學(xué)元素富集或貧化的近礦地帶。

根據(jù)我國(guó)礦床元素地球化學(xué)分布特點(diǎn)，邵躍(1977)對(duì)格里戈良確定的礦床原生暈指示性元素垂向分帶序列進(jìn)行了修改、補(bǔ)充和完善，將該序列自下而上定義為：Cr-Ni(Co/Cu1)-Ti-V-P-Nb-Be-Fe-Sn-W1-Zn1-Ga-In-Mo-Re-Co1-(Au1/As1)-Bi-Cu2-Ag-Zn2-Cd-Pb-W2-Au2-As2-Sb-Hg-Ba-Sr，并認(rèn)為熱液成礦作用過(guò)程是一個(gè)沉淀作用的過(guò)程，由于各種礦物結(jié)晶溫度不同，因而造成了元素的沉淀分帶。礦床原生暈是在礦石結(jié)晶沉淀過(guò)程中與礦體同時(shí)形成的。礦床原生分帶的元素分帶與礦石原生分帶應(yīng)具有一致性。

3 黃溝鈾礦床垂向分帶模型的建立

3.1 剖面取樣分析

黃溝鈾礦床礦體走向大多在NE66°～90°，傾向SE，傾角20°～60°，主要礦體集中在標(biāo)高100～260m，且均為隱伏盲礦體，賦存于重熔混合巖異常增厚部位以及重熔混合巖和鉀長(zhǎng)花崗巖過(guò)渡帶的NEE向剪切裂隙中，自北西向南東呈雁行式排列。

筆者在黃溝鈾礦床選取典型剖面N5、W3、N8中的4個(gè)鉆孔ZKN5-0、ZKW3-0-1、ZKN8-0、ZKN8-1進(jìn)行取樣分析(圖2)，這4個(gè)鉆孔分別在紅色混合花崗巖、重熔混合巖、石英巖和石榴二云片巖中開(kāi)孔，見(jiàn)礦巖性均為重熔混合巖，且見(jiàn)礦標(biāo)高由西向東逐漸增高，在26～300m空間內(nèi)分布，控制了整個(gè)礦體的頭部、中部和尾部。分析方法采用ICP-MS，對(duì)44種微量元素進(jìn)行分析(表1)。

表1 黃溝鈾礦床微量元素及氧化鐵取樣分析記錄表

圖2 黃溝鈾礦床鉆孔取樣平面圖Fig.2 Distribution map of sampling drilling in Huanggou uranium deposit

圖3 元素聚類分析樹(shù)狀圖Fig.3 Cluster analysis column of elements

3.2 指示性元素的確定

對(duì)ZKN5-0鉆孔樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性分析，發(fā)現(xiàn)Th、Y與U關(guān)系最為密切，R2>0.9；Cu、Pb與U關(guān)系較密切，R2>0.8；Ce、Ag、Sr與U關(guān)系密切，R2>0.7。

對(duì)ZKW3-0-1、ZKN8-0鉆孔樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，結(jié)果顯示V和Y與U的峰值對(duì)應(yīng)最好，關(guān)系最為明顯。

圖3是元素聚類分析結(jié)果，從中可以看出，在85%水平上，U、V、Y等3個(gè)元素是一類，代表了成礦的元素組合。Al、Ce、La、Sc、Th、Ti、Be等7個(gè)元素代表了弱的La和Th的礦化組合，也分別代表了綠泥石化和水云母化的蝕變組合。

由掃描電鏡SEI線掃描結(jié)果(圖4)可見(jiàn)，鈾、鈣、鈦、銀、鉑等元素疊加。

ZKW3-0-1工業(yè)礦段的掃描電鏡研究結(jié)果同時(shí)也表明Y與U密切相關(guān)，當(dāng)含有Y的礦物存在時(shí)，其周圍必然有鈾礦物(圖5)。釔礦物中Y的含量為16.340%～22.386%，釔礦物是以氧化物的形式存在(圖6)，其周圍的鈾礦物中，U含量為7.779%～10.190%。

綜合幾種方法的分析結(jié)果，結(jié)合國(guó)內(nèi)花崗巖型鈾礦常見(jiàn)的指示性元素，筆者選擇U、Th、Y、V、Cu、Pb、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga等13種元素作為黃溝鈾礦床的指示性元素。

圖4 掃描電鏡SEI線圖Fig.4 SEI profile of elements

圖5 掃描電鏡下釔礦物和鈾礦物分布特征圖Fig.5 Yttrium mineral and uranium mineral under SEI

圖6 釔礦物EDS能譜圖Fig.6 EDS energy spectrum of yttrium mineral

3.3 垂向分帶模型

ZKN8-1號(hào)鉆孔的蝕變及礦化情況較好，礦體集中在標(biāo)高245m附近，因此取樣標(biāo)高定在200～330m，基本上控制了整個(gè)礦體的頭部、中部和尾部。將ZKN8-1的18個(gè)樣品按采樣深度劃分為4個(gè)中段：第Ⅰ中段，樣品H1～H5；第Ⅱ中段，樣品H6～H9；第Ⅲ中段，樣品H10～H13；第Ⅳ中段，樣品H14～H18。分別計(jì)算各中段原生暈的線金屬量(表2)。

將原生暈的線金屬量標(biāo)準(zhǔn)化(表3)，其中Ti的線金屬量具有最大的同一量值，標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)等于1，其余元素標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)等于Ti與該元素最大量級(jí)之差，即U的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)為10(0.633～6.33)，Be的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)為100(0.015～1.5)。

根據(jù)原生暈的線金屬量標(biāo)準(zhǔn)化值計(jì)算分帶指數(shù)，方法是用礦床某中段某元素的線金屬量標(biāo)準(zhǔn)化值除以礦床某中段指示性元素線金屬量標(biāo)準(zhǔn)化值的總和。它定量的反映了元素在每一個(gè)中段的相對(duì)聚集程度(表4)。

按分帶指數(shù)計(jì)算結(jié)果，可以建立這樣一個(gè)序列(由上至下)：(Y、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga)→Th→(U、V)→(Cu、Pb)。

表2 原生暈的線金屬量(wt%·m)

表3 原生暈線金屬量標(biāo)準(zhǔn)化值

表4 原生暈不同中段指示性元素的分帶指數(shù)

為了進(jìn)一步搞清分帶指數(shù)最大值處于同一中段的元素在分帶序列中的確切位置，筆者用分帶指數(shù)值在垂向上的變化指數(shù)(Iv)來(lái)估計(jì)，規(guī)律是最上中段的Iv大者排前，小者排后；最下中段則相反，Iv小者排前，大者排后；若最大值處于上下中段之間的某一中段，則用分帶指數(shù)變化梯度(△Iv=Iv上-Iv下)來(lái)確定他們的相對(duì)位置，△Iv大者排后，小者排前(表5)。

表5 Iv指數(shù)相對(duì)大小

根據(jù)Iv指數(shù)，確定黃溝鈾礦床原生暈指示性元素的分帶序列為(自上而下)W→Zn→Mo→Ga→(Y、Ce)→Ti→Be→Th→V→U→Pb→Cu。結(jié)合鈾礦體的空間分布關(guān)系得到：Y、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga為前緣元素，Th、U、V為近礦元素，Cu、Pb為尾部元素。

鑒于黃溝鈾礦床成礦元素單一，為單鈾型，成礦期次僅為1期，而浪子山組片巖層對(duì)礦體賦存又起到了較好的封閉條件，因此通過(guò)對(duì)典型鉆孔取樣分析，確定礦床的指示性元素，運(yùn)用C.B.格里戈良分帶性指數(shù)法，可以建立該鈾礦床的原生暈垂向分帶模型(圖7)。

圖7 黃溝鈾礦床原生暈垂向分帶模型(據(jù)李 惠等，1996修改)Fig.7 Ideal model of primary halo in Huanggou uranium deposit

4 結(jié)論

黃溝鈾礦床典型鉆孔取樣分析發(fā)現(xiàn)，其Th、V、Y等元素與U關(guān)系最為密切。通過(guò)聚類分析、一致性分析和掃描電鏡等方法，并結(jié)合國(guó)內(nèi)花崗巖型鈾礦指示元素，筆者選擇U、Th、Y、V、Cu、Pb、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga等13種元素作為該鈾礦床的指示元素；確定黃溝鈾礦床原生暈指示元素分帶序列(自上而下)為：W→Zn→Mo→Ga→(Y、Ce)→Ti→Be→Th→V→U→Pb→Cu，從而建立了礦床的原生暈垂向分帶模型，即Y、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga為前緣元素，Th、U、V為近礦元素，Cu、Pb為尾部元素。

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DOI：10.3969/j.issn.1000-0658.2015.05.005

(核工業(yè)240研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110032)

Vertical Zonation Model of Original Halo in Huanggou Uranium Deposit

WU Di, LIU Xiao-dong, TIAN Li

(ResearchInstituteNo.240,CNNC,Shenyang,Liaoning110032,China)

The prospecting method by primary halos was briefly introduced and used in Huanggou uranium deposits in Lianshanguan area for the first time.By chosing representative cross sections for sampling analysis, 13 elements were selected as the indicator to the deposit. According to C.B. Grigoryan Zonality index method, the ideal element indicator model of original hola was established for Huanggou deposit which was regarded as the guide and reference role in the prediction of geochemical anomalies in buried ore bodies and prospecting target area.

original halo; indicator elements; ideal model; Huanggou uranium deposit

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.05.004

2014-10-09 [改回日期]2015-01-15

吳 迪(1987—)，男，畢業(yè)于東北大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學(xué)位。E-mail：wudi.1114@163.com

1000-0658(2015)05-0502-08

P612

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