粵北棉花坑鈾礦床原生暈地球化學(xué)特征與深部找礦預(yù)測(cè)標(biāo)志

龐雅慶，徐文雄，匡正平，高 飛，伏順成，付宏寧

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.核工業(yè)290研究所，廣東 韶關(guān) 512026；3.中核韶關(guān)錦原鈾業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 韶關(guān) 512027)

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粵北棉花坑鈾礦床原生暈地球化學(xué)特征與深部找礦預(yù)測(cè)標(biāo)志

龐雅慶1，徐文雄2，匡正平3，高 飛1，伏順成2，付宏寧3

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.核工業(yè)290研究所，廣東 韶關(guān) 512026；3.中核韶關(guān)錦原鈾業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 韶關(guān) 512027)

本文以原生暈垂向分帶理論為指導(dǎo)，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)棉花坑鈾礦床9號(hào)脈垂向上原生暈特征進(jìn)行研究，查明成礦及伴生元素組合特征，建立元素垂向分帶序列。結(jié)果表明，U、W、HREE、Pb為棉花坑鈾礦床主要成礦元素，礦頭暈以Cu、Zn、Ni為主，礦尾暈以Sr、Ba、Bi為主。通過(guò)對(duì)棉花坑鈾礦床原生暈特征的綜合分析，指出了該礦床-480 m以下仍具有很大找礦潛力，并總結(jié)了熱液型鈾礦深部成礦預(yù)測(cè)標(biāo)志。

原生暈；垂向分帶；預(yù)測(cè)標(biāo)志；棉花坑鈾礦床

棉花坑鈾礦床位于廣東省仁化縣，是我國(guó)單個(gè)礦床規(guī)模最大和礦體延伸最大的花崗巖型鈾礦之一[1]。本文通過(guò)對(duì)棉花坑鈾礦床不同中段蝕變樣品進(jìn)行系統(tǒng)的原生暈地球化學(xué)研究，重點(diǎn)剖析成礦元素及重要伴生元素，總結(jié)原生暈垂向分帶序列，為該區(qū)尋找和勘查花崗巖型熱液鈾礦隱伏礦體提供可靠的地球化學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

棉花坑鈾礦床區(qū)域上位于閩贛后加里東隆起與湘桂粵北海西-印支坳陷的結(jié)合部位，處于諸廣山復(fù)式花崗巖體南部長(zhǎng)江礦田中部。

礦區(qū)圍巖主要為印支期油洞巖體中粒似斑狀二云母花崗巖和燕山早期長(zhǎng)江巖體中粒黑云母花崗巖，晚期見(jiàn)中基性巖脈侵入。礦區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造帶為NE向棉花坑斷裂、NW向油洞斷裂和NNW向構(gòu)造蝕變帶(圖1)。鈾礦化受NNW構(gòu)造蝕變帶控制，主要產(chǎn)于9號(hào)、8號(hào)、7號(hào)、8-1號(hào)等構(gòu)造蝕變帶內(nèi)，其中9號(hào)帶規(guī)模最大，礦化最好。

鈾礦體主要呈脈狀、扁豆?fàn)罨蛲哥R狀，形態(tài)較穩(wěn)定，多呈盲礦體隱伏于構(gòu)造蝕變帶中。礦體走向NNW，傾向SW，傾角73°～90°。

圖1 棉花坑鈾礦床地質(zhì)構(gòu)造略圖[1]Fig.1 Geological structure sketch of Mianhuakeng uranium deposit

鈾礦體具有垂幅大的特點(diǎn)，達(dá)1000多米[2]。500～-650 m有鈾礦體產(chǎn)出，其中250～-100 m為主要礦化富集地段。礦石類型主要為含瀝青鈾礦蝕變碎裂花崗巖和含瀝青鈾礦硅化碎裂巖型。鈾礦物以瀝青鈾礦為主，呈短細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀、星點(diǎn)狀產(chǎn)出；伴生的金屬礦物主要為黃鐵礦、赤鐵礦，其次為方鉛礦和黃銅礦；伴生的脈石礦物有石英、方解石及螢石等。礦物共生組合主要為棕紅色微晶石英-赤鐵礦-瀝青鈾礦組合、淺灰色微晶石英-方解石-黃鐵礦-瀝青鈾礦組合。

礦區(qū)圍巖蝕變發(fā)育，其中中低溫?zé)嵋何g變有硅化、水云母化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、螢石化、綠泥石化、碳酸鹽化、高嶺石化等。與鈾成礦關(guān)系密切的蝕變主要是硅化、赤鐵礦化、黃鐵礦化及紫黑色螢石化，受NNW向斷裂構(gòu)造控制，圍巖蝕變具有顯著的水平分帶性，從礦化中心至圍巖依次為硅化-赤鐵礦化帶、赤鐵礦化-硅化-黏土化帶、赤鐵礦化-硅化-黏土化-碳酸鹽化帶、黏土化-碳酸鹽化帶、黏土化-碳酸鹽化帶和正?；◢弾r[3]。

2 原生暈特征分析

考慮到本次研究主要為預(yù)測(cè)9號(hào)主礦脈深部的成礦潛力，因此主要選擇9號(hào)主礦脈不同中段穿脈進(jìn)行取樣。在充分考慮礦體的空間展布情況的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)采集了棉花坑鈾礦床6個(gè)中段、2個(gè)鉆孔的189件樣品，開(kāi)展原生暈特征分析。

2.1 不同中段微量元素的含量變化特征

棉花坑鈾礦床為中低溫?zé)嵋盒外櫟V床，根據(jù)熱液鈾礦元素共生組合關(guān)系，并結(jié)合礦床蝕變分帶研究成果，選取Cu、Pb、Zn、Sb、Ba、Bi、Cd、Ni、U、W、HREE、Rb、Mo、Sr作為分析該礦床原生暈分帶的指示元素[3]。

對(duì)棉花坑鈾礦床從300～-480 m中段蝕變巖石的微量元素分析后發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)(表1)。

(1)主成礦元素U及伴生元素Pb、Bi含量具有低→高→低→再升高的變化特征，并形成了兩個(gè)濃集區(qū)段，其中U、Pb在-100 m中段和-480 m中段，Bi在100 m中段和-480 m中段，而且后者的富集程度更高。

(2)伴生元素Ni、Cu、Zn、Rb的含量總體逐漸降低，其中Ni含量在0 m中段、-310 m中段，Cu含量在-100 m中段、-310 m中段，Zn、Rb含量在-310 m中段均呈小幅度回升的變化特征。

(3)Ba、Sr、W含量具有由高→低→高的變化特征，并在下部達(dá)到峰值。

(4)Cd、HREE含量具有低→高→低的變化特征，其中Cd在-100 m中段、HREE在100 m中段達(dá)到峰值。

各類微量元素在不同中段的變化規(guī)律顯示，該礦床存在多期成礦作用的疊加。這種疊加導(dǎo)致了各類元素在空間上富集部位的差異，產(chǎn)生多個(gè)礦化濃集中心。因此在深部找礦預(yù)測(cè)過(guò)程中，應(yīng)注意多個(gè)礦化濃集中心對(duì)成礦深度的影響作用。

表1 棉花坑鈾礦床不同中段蝕變巖石微量元素含量平均值(×10-6)

注：括號(hào)內(nèi)為樣品數(shù)；分析測(cè)試單位為核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心。

2.2 成礦及伴生元素的組合特征

元素組合是元素親合性在地質(zhì)體內(nèi)的具體表現(xiàn)[4]，通過(guò)相關(guān)分析、聚類分析、因子分析等多種統(tǒng)計(jì)法，確定成礦元素及其伴生元素的組合特征，從而確定成礦最佳地球化學(xué)標(biāo)志元素組合。

2.2.1 相關(guān)分析

相關(guān)分析是利用元素間的相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量元素相關(guān)性的統(tǒng)計(jì)方法。U、W、HREE、Pb等元素相關(guān)性很好，除U為成礦元素外，其它元素為成礦的良好指示元素；Ni、Cu、Zn等元素以及Ba、Sr等元素相關(guān)性都很好，說(shuō)明這類組合均可以在原生暈具有不同的指示意義(表2)。

表2 棉花坑鈾礦床原生暈元素相關(guān)系數(shù)表

注：分析測(cè)試單位為核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心。

2.2.2 聚類分析

R型聚類分析主要遵循“物以類聚”的原則對(duì)元素元素進(jìn)行歸類[5]。大約以相似系數(shù)0.25為界，可以將元素劃分為以下幾類：U-W-HREE-Pb-Mo-Sb-Cd；Bi；Sr-Ba；Zn-Rb-Ni-Cu。該結(jié)果與相關(guān)分析基本一致。以相似系數(shù)0.6為界，可將第一大群劃分為U-W-HREE-Pb以及Mo-Sb-Cd兩個(gè)亞群。U元素是本礦床中主要成礦元素，W、HREE、Pb為伴生成礦元素，Mo、Sb、Cd為次要成礦元素(圖2)。

圖2 棉花坑鈾礦床原生暈元素R型聚類分析譜系圖Fig.2 R type cluster hierachical diagram of the indication elements for primary halos in Mianhuakeng uranium deposit

2.2.3 因子分析

因子分析是從原始變量的相關(guān)矩陣出發(fā)，濃縮地質(zhì)數(shù)據(jù)，提煉出新的起主導(dǎo)作用的獨(dú)立變量(因子)，依此來(lái)揭示變量之間、樣品之間以及物質(zhì)成分之間與地質(zhì)作用之間的相互關(guān)系，為研究變量分類和成因提供依據(jù)[6]。

棉花坑鈾礦床原始數(shù)據(jù)的因子分析結(jié)果顯示，前5個(gè)主因子累計(jì)百分?jǐn)?shù)達(dá)80%以上，包含了原始變量中絕大部分信息。為使主因子的地質(zhì)意義更加明顯，對(duì)因子復(fù)合矩陣進(jìn)行方差極大旋轉(zhuǎn)，結(jié)果顯示指示元素可劃分為5個(gè)主因子(表3)。F1的主要載荷因子為U、W、HREE、Pb，其中HREE往往以類質(zhì)同相取代鈾礦物中的U，Pb則往往形成方鉛礦與瀝青鈾礦伴生，因此該因子可能代表了熱液成礦作用的產(chǎn)物；F2的主要載荷因子為Mo、Cd、Sb，代表了另一期中低溫成礦熱液的產(chǎn)物；F3的主要載荷因子為Ni、Zn、Rb，代表了礦頭暈的指示元素；F4的主要載荷因子Ba、Sr，代表了礦床下部碳酸鹽含量的增加，這可能與礦床下部偏堿性環(huán)境有關(guān)；F5的主要載荷因子為Bi、Cu，為親S元素，常產(chǎn)于方鉛礦中，是中低溫鉛鋅礦床中礦體尾部的指示元素[7]。

表3 棉花坑鈾礦床R型因子分析旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣

續(xù)表3

注：分析測(cè)試單位為核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心。

2.3 原生暈垂向分帶序列

運(yùn)用礦床原生暈特點(diǎn)及地質(zhì)特征的模型化、數(shù)字化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析已經(jīng)成為金屬礦床大比例尺定位、定量或統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)[5]。原生暈垂向分帶序列研究的方法有很多，本文采用改良的C.B.格里戈良的分帶指數(shù)法[8]。將9號(hào)礦脈各中段鈾及共生元素正規(guī)化后用格里戈良分帶指數(shù)計(jì)算方法得出其初步的分帶指數(shù)，根據(jù)該指數(shù)的最大標(biāo)高初步確定元素垂向分帶位置，對(duì)于處于同一分帶位置的元素，利用變異性指數(shù)及變異性指數(shù)差值進(jìn)一步確定元素在分帶序列中的位置，從而得到棉花坑礦床原生暈垂向分帶序列(表4)。

表4 棉花坑鈾礦床原生暈元素垂向分帶序列

注：*所標(biāo)注的數(shù)值為最大值；分析測(cè)試單位為核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心。

棉花坑鈾礦床深部礦體原生暈分帶序列為：Cu-Zn-Ni-Rb位于上部，HREE-Cd-Mo-Pb-Sb位于中部，W-Sr-Ba-U-Bi位于下部?？傮w表現(xiàn)為原生暈元素分帶不清，混雜疊加。礦頭暈Cu-Zn-Ni在100 m和0 m中段具有明顯增高趨勢(shì)，而主成礦元素U除在0～-100 m中段有明顯增高的趨勢(shì)外，明顯位于礦尾暈，預(yù)示著-480 m中段以下礦體仍有延伸。

3 討論

棉花坑鈾礦床為典型的脈狀熱液型鈾礦，存在多期次成礦作用的疊加，從其不同中段元素含量變化上可以明顯觀察到。這也對(duì)探討棉花坑鈾礦床垂向分帶序列提供了參考價(jià)值。

棉花坑鈾礦床成礦及伴生元素的相關(guān)分析、聚類分析、因子分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致性較好，均顯示U、W、HREE、Pb為主要成礦元素，Mo、Sb、Cd為次要成礦元素，Ni、Zn、Rb及Ba、Sr一致性較好。這些分析結(jié)果對(duì)研究棉花坑鈾礦床原生暈有很好的指示意義。

通過(guò)分帶指數(shù)法計(jì)算的棉花坑鈾礦床深部礦體原生暈分帶序列(礦頭至礦尾)為Cu-Zn-Ni-Rb-HREE-Cd-Mo-Pb-Sb-W-Sr-Ba-U-Bi。親硫元素Cu、Zn、Ni主要以硫化物的形式排在序列的上部；親石元素Rb常被粘土礦物吸附而靠近序列上部，對(duì)原生暈分帶影響不大；HREE、Pb則作為主要成礦元素排在序列的中部；Cd、Mo、Sb作為次要成礦元素主要以硫化物的形式緊跟在主成礦元素后面，排在序列的中部；W作為主要成礦元素，根據(jù)其產(chǎn)出的位置，應(yīng)該位于中部偏下；Ba、Sr作為親石分散元素，往往在熱液階段形成碳酸鹽礦物，這與礦床下部偏堿性的環(huán)境相一致，對(duì)指示礦尾暈具有一定意義；Bi作為中低溫鉛鋅礦床中礦尾暈的指示元素，對(duì)于指示鈾礦床礦尾暈也具有一定指示作用；U作為主要成礦元素出現(xiàn)在礦尾，指示了深部礦體有繼續(xù)延伸的趨勢(shì)?？傮w來(lái)說(shuō)，得出的原生暈垂向分帶序列較為正確、合理的反映出各元素在礦石礦物中的賦存狀態(tài)，對(duì)深部找礦具有重要指導(dǎo)作用。

綜上所述，初步總結(jié)出棉花坑鈾礦床原生暈垂向分帶理想序列：礦頭暈元素組合為Cu-Zn-Ni，礦中暈元素組合U-HREE-Cd-Mo-Pb-Sb-W，礦尾暈元素組合Sr-Ba-Bi。

結(jié)合原生暈垂向分帶理想序列，總結(jié)出本區(qū)熱液型鈾礦深部找礦預(yù)測(cè)地球化學(xué)標(biāo)志：(1)Cu、Zn、Ni為礦頭暈，U、HREE、Cd、Mo、Pb、Sb、W為礦中暈，Sr、Ba、Bi為礦尾暈；(2)當(dāng)U與Cu、Zn、Ni出現(xiàn)強(qiáng)異常時(shí)，指示已非常接近礦體；(3)當(dāng)U異常較弱，而Cu、Zn、Ni等出現(xiàn)強(qiáng)異常時(shí)，指示深部有盲礦存在；(4)當(dāng)U無(wú)異常，而見(jiàn)Sr、Ba、Bi強(qiáng)異常出現(xiàn)，則指示深部無(wú)礦。

4 結(jié)論

(1)棉花坑鈾礦床主要成礦元素組合為U-W-HREE-Pb，礦頭暈元素組合為Cu-Zn-Ni，礦中暈元素組合U-HREE-Cd-Mo-Pb-Sb-W，礦尾暈元素組合Sr-Ba-Bi。

(2)棉花坑鈾礦床指示元素富集特征和原生暈垂向分帶序列顯示該礦床-480 m以下中段礦體仍有延伸，具很大找礦潛力。

(3)本區(qū)熱液型鈾礦深部找礦預(yù)測(cè)地球化學(xué)標(biāo)志的確定，為該區(qū)深部、外圍及其他熱液型鈾礦的成礦預(yù)測(cè)提供了初步良好的地球化學(xué)依據(jù)。

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Geochemical Characteristics of Primary Halo and Predicting Indications for Deep Exploration in Mianhuakeng Uranium Deposit,Northern Guangdong Province

PANG Ya-qing1，XU Wen-xiong2，KUANG Zheng-ping3，GAO Fei1， FU Shun-cheng2,FU Hong-ning3

(1．CNNCKeyLaboratoryofUraniumResourceExplorationandEvaluationTechnology,BeijingResearchInstituteofUraniumGeology,Beijing100029,China; 2．ResearchInstituteNo．290,CNNC,Shaoguan,Guangdong512026,China; 3．JinyuanUraniumCo．,Ltd．,CNNC,Shaoguan,Guangdong512027,China)

According to the theory of vertical zoning of primary halos,multivariate statistical method was used to study the vertical zoning characteristics of primary halo over orebody No．9 in Mianhuakeng uranium deposit．The characteristics of ore-forming and associating elements combination was found,and the vertical zoning sequence of indicating elements was established．Primary halo investigation revels that U,W,HREE and Pb were primary ore-forming elements in Mianhuakeng uranium deposit,and the front halo was composed of Cu,Zn and Ni,whereas the rear halo composed of Sr,Ba and Bi．Based on the comprehensive analysis of the characteristics of primary halo in Mianhuakeng uranium deposit,predicting indications was summarized for deep exploration． It was pointed out that space below -480m level was potential for further prospecting．

primary halo; vertical zoning; predicting indicaton; Mianhuakeng uranium deposit

中核集團(tuán)公司重點(diǎn)科技專項(xiàng)“諸廣南部基地鈾資源擴(kuò)大與評(píng)價(jià)技術(shù)研究”資助(編號(hào)：地ZD162-5)。

2014-08-29 [改回日期]2015-01-14

龐雅慶(1982—)，男，高級(jí)工程師，主要從事鈾礦地質(zhì)科研工作。E-mail：pang_82@eyou.com

1000-0658(2015)06-0582-07

P622+.3

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