Pb 同位素組成打靶法示蹤隱伏熱液型鈾礦有效性研究

劉漢彬，韓 娟，金貴善，李軍杰，張建鋒，張 佳，石 曉

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

由于礦床礦化地段的地表巖石發(fā)生風(fēng)化，土壤層覆蓋礦化地段， 在風(fēng)化作用過程中化學(xué)性質(zhì)活潑的成礦元素流失， 導(dǎo)致成礦元素礦化現(xiàn)象減弱或消失， 因此， 通常應(yīng)用的地表元素地球化學(xué)勘查方法難以探測隱伏礦體，給隱伏礦床勘查造成困難。

Pb 的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定， 當(dāng)巖石風(fēng)化成土壤后， 仍保持Pb 同位素組成的 “指紋”、“血型”特征，Pb 同位素找礦方法是金、銅、鉛、 鋅、 鈾等金屬礦產(chǎn)勘查一種有效的重要手段［1-4］。我國南方熱液型鈾礦主要在花崗巖或火山巖巖體的斷裂蝕變帶內(nèi)成礦， 成礦元素U 最終衰變子體為Pb 的同位素，因此，應(yīng)用Pb 同位素組成示蹤方法， 根據(jù)Pb 同位素組成異常分布可圈定出含礦斷裂位置， 為隱伏 鈾 礦 體 預(yù) 測 提 供 參 考 依 據(jù)［1，5］。 目 前 為 止，Pb 同位素組成示蹤方法有Pb 同位素組成比值法［1］、 打靶法［4］、 矢量特 征值法［3，6］。 Pb 同位素組成打靶法在鈾礦床勘查方面還沒有得到應(yīng)用［7-9］，筆者主要以桃山鈾礦田為例，建立熱液型鈾礦Pb 同位素組成打靶法找礦方法，并對該方法的應(yīng)用有效性進行研究。

1 熱液型鈾礦化Pb 同位素打靶法示蹤方法

熱液型鈾礦床Pb 同位素打靶法是利用研究區(qū)已有礦床成礦靶標的Pb 同位素組成范圍來判定、 預(yù)測鈾礦化有利賦礦位置的一種地球化學(xué)勘查方法。 該方法實施具體步驟如下：

1）研究勘查區(qū)花崗巖、火山巖、變質(zhì)巖等不同類型巖石Pb 同位素組成。 在進行Pb同位素打靶法找礦時， 必須要對鈾成礦帶或鈾礦床附近地表出露的各種巖石進行一定數(shù)量的樣本取樣，分析其Pb 同位素組成，研究不同類型巖石（特別可能與成礦作用有關(guān)的巖石）各自的Pb 同位素組成的變化范圍，為評價測量點奠定基礎(chǔ)。

2）建立成礦靶標范圍。在研究區(qū)區(qū)域范圍內(nèi)， 根據(jù)成礦帶上鈾礦床或礦化點的分布情況， 盡可能在比較大范圍內(nèi)選取有代表性的 礦 石 樣 品， 并 分 析204Pb、206Pb、207Pb 和208Pb 4 種同位素組成的原子數(shù)百分比， 也可收集該地區(qū)已有的鈾礦石Pb 同位素組成資料。

根據(jù)鈾礦石的Pb 同位素組成分別計算206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 原 子 比， 再 分 別 求 得206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb 和208Pb/206Pb 5 個參數(shù)的各自的平均值（x）和標準偏差（s），以x±s 為標準建立各參數(shù)的成礦靶標范圍。然后再用5 個參數(shù)的各自的平均值（x）作為中心點，再以對應(yīng)參數(shù)的標準偏差（s）為邊界擬合 出208Pb/204Pb -206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-207Pb/204Pb、208Pb/206Pb-207Pb/206Pb 3 個橢圓形的成礦靶標范圍圖。

3） 實施測量剖面樣品取樣及Pb 同位素組成化學(xué)分析。 化探剖面布置方向應(yīng)切穿成礦帶 （含礦斷裂帶） 方向。 取樣時， 樣品一般為風(fēng)化土壤腐質(zhì)層下部的土壤， 若地表有露頭可取風(fēng)化巖石樣。 取樣的密度大小要兼顧巖性的變化與距離， 在斷裂蝕變帶位置應(yīng)增加取樣密度， 以防漏掉重要的礦化信息。對樣品進行Pb 同位素組成質(zhì)譜分析。

4）評價測量剖面測量點。對每個樣品的Pb 同位素組成進行數(shù)據(jù)處理，在上述3 種圖解上投點作圖， 判斷哪些樣品進入靶區(qū)。 為了進行定量比較， 按206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb 和208Pb/206Pb 5 個 指 標落入靶標的多少進行分類。5 個指標全部落入3個成礦靶標范圍的樣品為Ⅰ類，4 個指標落入2 個成礦靶標范圍的樣品為Ⅱ類，2 個指標落入1 個成礦靶標范圍的樣品為Ⅲ類， 沒有落入成礦靶標范圍的樣品為Ⅳ類。 Ⅰ類和Ⅱ類樣品所在地段應(yīng)是進一步勘查找礦的預(yù)測有利地段； Ⅲ、 Ⅳ類樣品所在的地段成礦的可能性很小， 可被排除進一步勘查范圍。

2 Pb 同位素打靶法示蹤試驗

2.1 桃山鈾礦田地質(zhì)概況

桃山鈾礦田位于江西省寧都縣境內(nèi)。 該礦田位于華南褶皺系大王山—于山隆起帶內(nèi)北北東向宜黃—安遠、北北東-北東向南城—大余及北西向深斷裂交匯部位［10］。桃山花崗巖體外圍地層為震旦-寒武系千枚巖、炭質(zhì)板巖、 變質(zhì)砂巖和硅質(zhì)板巖等淺變質(zhì)巖， 巖體東部為下白堊統(tǒng)紅盆。

桃山巖體為多期多階段形成的復(fù)式巖體，主要由漳灌巖體、 蔡江巖體、 黃陂巖體、 打鼓寨巖體、釣峰巖體組成 （圖1）。 巖體活動經(jīng)歷3 個期次， 即加里東晚期、 印支中期、燕山中早期［11］。

圖1 桃山復(fù)式巖體地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of Taoshan granite complex pluton

桃山巖體內(nèi)主要斷裂呈北北東向展布，構(gòu)成斷裂構(gòu)造的主要格架， 另外， 北西向斷裂也較發(fā)育，但規(guī)模較小。

打鼓寨巖體是桃山礦田內(nèi)主要賦礦巖體，大布礦床是桃山復(fù)式巖體目前發(fā)現(xiàn)的最大礦床。

2.2 靶標范圍的建立

在桃山鈾礦田選取大布礦床、 大府上礦床11 個不同品位的鈾礦石樣品，對樣品進行Pb 同位素組成分析 （表1）。 首先計算206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 原子比， 這5 個參數(shù)的各自的平均值分別為21.69、15.90、38.56、0.75、1.81， 標準偏 差 分 別 為3.53、 0.39、 0.82、 0.09、 0.22，各參數(shù)的成礦靶標范圍分別為21.69±3.53、15.90±0.39、 38.56±0.82、 0.75±0.09、 1.81±0.22；然后將206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 5 個參數(shù)的各自的平均值21.69、 15.90、 38.56、 0.75、 1.81 作 為 中 心點， 用對應(yīng)參數(shù)的標準偏差3.53、 0.39、0.82、0.09、0.22 為邊界， 擬合出208Pb/204Pb-206Pb/204Pb（圖2）、208Pb/204Pb-207Pb/204Pb（圖3）、208Pb/206Pb-207Pb/206Pb（圖4）3 個橢 圓形的成礦靶標范圍圖。

2.3 有效性試驗

在大布礦床選擇P-D2 號剖面（圖5、6） 進行Pb 同位素組成打靶法對隱伏鈾礦體預(yù)測示蹤的有效性試驗， 目的是驗證該方法是否具有分辨出隱伏鈾礦的能力。

P-D2 號剖面為穿過大布礦床的南北向剖面， 長度為939 m， 取風(fēng)化巖石或土壤樣品12 個。

剖面樣品Pb 同位素組成和根據(jù)成礦靶標范圍評價等級見表2， 其中Ⅰ類樣品點有1個，Ⅱ類樣品點有1 個，Ⅲ類樣品點有3 個，Ⅳ類樣品點有7 個（圖7）。

結(jié)合樣品取樣剖面 （圖6）可以看出，PD2-6 號樣品為Ⅰ類樣品， 該樣品5 個Pb 同位素組成指標全部位于3 個靶標范圍圖內(nèi)（圖2～4）。 該樣品位置與大布礦床所在位置相對應(yīng)，位于大布礦床NE-SW 向含礦斷裂構(gòu)造帶上。P-D2-11 號樣品為Ⅱ類， 該樣品位置在一條斷裂附近， 該斷裂可能為一條經(jīng)過弱蝕變作用的斷裂。 試驗結(jié)果說明該方法能夠反映含礦斷裂帶， 即能反映出隱伏鈾礦所在位置。

表1 桃山鈾礦田鈾礦石Pb 同位素組成Table 1 Pb isotopic composition of uranium ore in Taoshan uranium ore field

圖2 桃山鈾礦田礦石208Pb/204Pb-206Pb/204Pb 靶標范圍Fig.2 Target range of 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb of Taoshan uranium ore field

圖3 桃山鈾礦田礦石208Pb/204Pb-207Pb/204Pb 靶標范圍Fig.3 Target range of 208Pb/204Pb-207Pb/204Pb of Taoshan uranium ore field

圖4 桃山鈾礦田礦石 208Pb/206Pb-207Pb/206Pb 靶標范圍Fig.4 Target range of 208Pb/206Pb-207Pb/206Pb of Taoshan uranium ore field

圖5 大布礦床及附近取樣剖面位置Fig.5 Location of sampling section in Dabu deposit and nearby area

圖6 大布礦床P-D2 號剖面取樣位置示意圖Fig.6 Schematic sampling position in section P-D2 of Dabu deposit

表2 桃山鈾礦田大布礦床P-D2 號剖面Pb 同位素組成及評價Table 2 Pb isotope composition and evaluation of Profile P-D2 in Dabu deposit of Taoshan uranium ore field

圖7 大布礦床P-D2 號剖面樣品評價分類Fig.7 Evaluation grade of samples of Profile P-D2 in Dabu deposit

3 找礦預(yù)測評價

大布礦床外圍附近的東部王泥田—車盤坑地區(qū)為該礦田重要成礦預(yù)測區(qū)。 據(jù)已有資料，在該地段已發(fā)現(xiàn)連片出現(xiàn)的U-Rn濃度異常和Rn 濃度異常水， 異常值U 含量為n×10-6g/L，Rn 濃度為740～1 850 Bq/L，異常值相對較高， 具有隱伏鈾成礦可能，經(jīng)初步揭露已發(fā)現(xiàn)一些礦化點或礦體［10］。為此， 在王泥田地區(qū)進行了P-W1 號剖面Pb 同位素組成打靶法示蹤測量 （圖5、8）， 并對該剖面進行了找礦靶區(qū)的預(yù)測評價。

P-W1 號剖面方向135°，剖面長度為2 050 m，樣品為花崗巖風(fēng)化巖石或土壤，樣品數(shù)30個。

P-W1 號剖面樣品的Pb 同位素組成和根據(jù)成礦靶標范圍圖評價等級見表3。評價結(jié)果表明，Ⅰ類樣品點有1 個，Ⅱ類樣品點有3個， Ⅲ類樣品點有7 個， Ⅳ類樣品點有19個。

P-W1-27 號樣品點為Ⅰ類樣品點， 其5個Pb 同位素組成參數(shù)206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 分別為21.41、15.78、38.73、0.74、1.81，所有參數(shù)均落在3個成礦靶標范圍內(nèi)。

另外，P-W1-10、P-W1-26、P-W1-28 3 個樣品評價級別為Ⅱ類，P-W1-10 樣品所在位置附近可能存在弱蝕變斷裂，P-W1-26、P-W1-28 兩個樣品位置與Ⅰ類P-W1-27 號樣品點位置相鄰，3 個樣品位于該剖面東南部魚成排地段的2 條斷裂位置附近， 共同反映出該斷裂及附近存在隱伏礦化可能性較大， 預(yù)測王泥田剖面東南部的魚成排地段及附近為重點找礦區(qū)域， 可進行進一步的勘查研究工作。

P-W1-2、 P-W1-4、 P-W1-15 3 個樣品所在位置處于斷裂帶上， 但其評價級別為Ⅳ類， 推測所處的斷裂可能為非含礦斷裂。

圖8 王泥田P-W1 號剖面取樣位置示意圖Fig.8 Schematic sampling position of Profile P-W1 in Wangnitian area

表3 桃山鈾礦田王泥田地區(qū)P-W1 號剖面Pb 同位素組成及評價Table 3 Pb isotope composition and evaluation of Profile P-W1 in Wangnitian area of Taoshan uranium ore field

4 討論

因為Pb 的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定， 因此Pb 同位素組成受巖石的風(fēng)化程度影響較小， 花崗巖（某些地區(qū)為火山巖、變質(zhì)巖）等不同類型巖石、 礦石及風(fēng)化后形成的土壤都具有各自確定的Pb 同位素組成； 由于Pb 同位素組成直接受到鈾的放射性衰變的控制，因此Pb 同位素組成打靶方法可以區(qū)分出主要礦化期次的Pb 同位素組成，通過建立靶標范圍，示蹤結(jié)果主要反映主礦化期的地球化學(xué)異常， 排除次要礦化期對異常解釋、 評價的干擾； 本方法在取樣時不需要等點距取樣， 可在預(yù)測區(qū)內(nèi)斷裂蝕變帶等含礦重點地段取樣， 且只需相對數(shù)量較少的樣品便可以對礦化異常做出較可靠的評價。 由于U 的放射性子體為Pb，熱液型鈾礦因放射性形成的206Pb、207Pb、208Pb在其組成方面具有顯著的變化特征，利用Pb打靶法在區(qū)域上尋找隱伏熱液型鈾礦具有獨特的優(yōu)勢， 可用于礦區(qū)外圍斷裂蝕變帶找礦有利地段的預(yù)測。這些特征為熱液型鈾礦Pb同位素組成打靶方法優(yōu)點。

Pb 同位素組成打靶法實施過程中， 研究區(qū)內(nèi)鈾礦石的Pb 同位素組成靶標范圍的代表性如何會直接影響評價結(jié)果， 因此盡量選擇有代表性、 主要礦化類型的礦石樣品， 并建立靶標范圍。 在評價過程中， 要注意分析礦體是否受到地質(zhì)剝蝕作用以及剝蝕作用的程度，還應(yīng)分析鈾礦體Pb 同位素組成在垂向上的變化趨勢，防止因礦體上部與主礦體Pb 同位素組成相差較大， 遠離靶標范圍而出現(xiàn)漏掉主礦體的現(xiàn)象； 也要防止因礦體尾部與主礦體的Pb 同位素組成差別不很明顯，容易落到靶標范圍， 打靶法會定位到礦體尾部。Pb同位素組成打靶法不能夠有效地區(qū)分礦體在垂向上分布情況， 即預(yù)測成礦深度方面有其不足之處。 在實施本方法中應(yīng)該注意上述問題。

5 結(jié)論

1） 建立了熱液型鈾礦Pb 同位素組成打靶法地球化學(xué)勘查方法，并確定了該方法的4個實施步驟：研究勘查區(qū)不同類型巖石Pb 同位素組成、 建立成礦靶標范圍、 實施測量剖面樣品取樣及分析、 評價測量剖面測量點。預(yù)測評價結(jié)果分為Ⅰ—Ⅳ共4 類， 其中，Ⅰ類和Ⅱ類樣品所在地段應(yīng)是進一步勘查找礦的有利預(yù)測地段。

2）桃山鈾礦田大布礦床剖面示蹤試驗結(jié)果表明，Pb 同位素組成打靶法在區(qū)域上能夠反映出礦化點或礦床的位置， 是一種有效的土壤覆蓋區(qū)范圍區(qū)域熱液型隱伏鈾礦勘查方法。

3）桃山鈾礦田大布礦床外圍王泥田地區(qū)剖面Pb 同位素組成打靶法示蹤結(jié)果表明，王泥田地區(qū)東南部的魚成排及其附近為重點找礦有利預(yù)測區(qū)段， 可進一步進行其他方法的勘查研究工作。