分量化探方法在苗兒山張家鈾礦床北部地區(qū)鈾礦勘查中的應(yīng)用

張 宇， 陳 琪， 王 珂， 李小勇， 張 文

(核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長沙 410007)

鈾資源是我國重要的戰(zhàn)略資源和能源礦產(chǎn)，也是我國核工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)原料。然而，隨著多年來鈾礦勘查程度不斷加深，地表出露及淺埋礦床大部分已被發(fā)現(xiàn)，鈾資源提供量急劇減少。因此，尋找深部隱伏鈾礦床已成為目前鈾礦勘查的重點任務(wù)之一。另外，傳統(tǒng)的、常規(guī)的鈾總量地球化學(xué)探礦方法僅對尋找露頭礦、地表礦及淺部礦有良好的效果，而對覆蓋層厚度數(shù)十米或數(shù)百米的隱伏礦卻無能為力。近年來，分量化探測量方法逐漸進入人們的視野，它是在瑞典學(xué)者Malmqvist等(1984)和Kristiansson(1990)提出的地氣理論基礎(chǔ)上，結(jié)合鈾的地球化學(xué)特征而形成的一種探尋深部隱伏礦體的深穿透地球化學(xué)方法(王學(xué)求等，2011；曹豪杰等，2018)。經(jīng)過多年的試驗與應(yīng)用研究，分量化探測量方法在探測隱伏花崗巖型鈾礦和砂巖型鈾礦的有效性上逐漸得到鈾礦業(yè)界的認可(尹金雙等，2009；曹豪杰等，2018；劉曉東等，2018；吳國東等，2019，2020)。例如：尹金雙等(2009)通過選取適當(dāng)?shù)奶崛?，提取土壤B層中來自深部的地球化學(xué)信息，有效指導(dǎo)了長排地區(qū)和南雄地區(qū)熱液型鈾礦深部找礦工作；曹豪杰等(2018)以南嶺成礦帶上的江頭(273)花崗巖型鈾礦床為研究載體，有效提取了區(qū)域上巖漿熱液活動、圍巖花崗巖、深部鈾成礦及蝕變花崗巖的相關(guān)信息；吳國東等(2020)在相山鈾礦田開展分量化探穩(wěn)定性、異常重現(xiàn)性及有效性研究，揭示了相山盆地深部隱伏鈾礦體，反映了分量化探在相山盆地鈾礦勘查中的有效性及適用性。

苗兒山鈾礦田是華南重要的熱液鈾礦田之一，有沙子江、向陽坪、白毛沖、張家等一系列重要鈾礦床。近年來，地質(zhì)學(xué)者在巖石學(xué)、礦物學(xué)、年代學(xué)、同位素地球化學(xué)等方面取得較多的成果(王正慶，2018；陳琪等，2020；郭春影等，2020；章健等，2020)，然而對區(qū)域上深部鈾礦預(yù)測研究甚少，僅吳國東等(2019)利用分量化探方法在苗兒山金竹岔和三羊坪地段開展鈾資源深部預(yù)測工作，有效圈定了8片異常區(qū)以及揭露到3段工業(yè)礦體。

張家鈾礦床位于苗兒山中段，是區(qū)域上重要的鈾礦集區(qū)，區(qū)內(nèi)礦床揭露程度較高，但礦床深部和礦(化)點鉆探揭露和研究程度較低。筆者采用分量化探測量方法在苗兒山地區(qū)張家?guī)r體內(nèi)進行調(diào)查評價和研究工作，重點針對鈾礦(化)點，分析鈾成礦條件，為擴大張家鈾礦床，開展區(qū)域深部鈾礦找礦勘查工作提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于華南加里東陸塊江南地塊南緣苗兒山-越城嶺花崗巖穹隆構(gòu)造西翼中段，是地質(zhì)構(gòu)造、巖漿活動、熱液成礦作用長期活動的礦集區(qū)(圖1)。它位于新-資斷裂帶與天金斷裂帶夾持區(qū)，發(fā)育一系列北東向平行等間距排列的F1至F11硅化斷裂帶，既是控礦構(gòu)造，又是儲礦構(gòu)造，且具一定的韻律排列，密集型的更次一級構(gòu)造十分發(fā)育，另外還有NW向及EW向的構(gòu)造與之復(fù)合，形成一個多體系構(gòu)造復(fù)合地帶，是張家鈾礦床的主要控(含)礦斷裂帶，這種多體系的構(gòu)造控礦對鈾礦化的形成極為有利。

圖1 張家鈾礦床地質(zhì)簡圖

區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，出露的巖體主要為加里東期粗粒黑云母花崗巖、印支期中粗粒黑云母花崗巖、燕山早期第一階段中粗粒黑云母花崗巖、燕山早期第二階段中細粒二云母花崗巖和燕山晚期中細粒-細粒二(黑)云母花崗巖，其中燕山早期第一階段張家?guī)r體、燕山早期第二階段石坪巖體和燕山晚期小木蘭巖體是區(qū)內(nèi)重要的產(chǎn)鈾巖體。

區(qū)內(nèi)蝕變作用較為普遍，主要有硅化、絹云母化、綠泥石化和白云母化等。與鈾礦化密切相關(guān)的蝕變有鉀長石化、赤鐵礦化、黃鐵礦化和螢石化。成礦期次多，不同礦化種類疊加，主要有鈾-赤鐵礦型、鈾-螢石型、鈾-黃鐵礦型等。成礦期熱液脈體發(fā)育，有紅色玉髓脈、灰黑色黃鐵礦玉髓脈、赤鐵礦脈、方解石脈、紫黑色螢石脈等。

區(qū)內(nèi)成礦環(huán)境優(yōu)越，具備有利產(chǎn)鈾巖體、構(gòu)造、蝕變“三位一體”的成礦條件，深部具有較大的找礦潛力和成礦空間。

2 分量化探工作方法

2.1 野外樣品采集及處理

分量化探取樣布設(shè)于張家鈾礦床北部狗子石礦點和禾高嶺礦點周邊，測線以控制NE向F5和F8斷裂帶為原則，基本垂直斷裂帶部署了7條平行測線，線距200 m，點距40 m，面積約1 km2，共取樣141個。

樣品嚴格按照采樣要求，采取地表B層土壤，每個樣約重500～800 g，陰干后采用80目(吳國東等，2019)不銹鋼篩篩取50 g樣品。

所有樣品由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析中心進行分析測試，測試元素為As、Li、Be、V、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr、Mo、Sb、Cs、W、Pb、Bi、Th、U、Nb、Ag、Sn。

具體分析流程為稱取2.50 g樣品置于50 mL燒杯中，加入20 mL提取劑，攪拌均勻后放置48 h，過濾后的濾液用25 mL比色管承接并經(jīng)去離子水定容至25 mL刻度、搖勻。分別用10 mL比色管承接1.0 mL濾液，加1.0 mL(1+2)硝酸溶液，用去離子水定容至10 mL刻度、搖勻。用高靈敏度ICP-MS測定來自深部的鈾及其他元素分量，元素分量的計量單位為10-9g/g(李文平等，2017；曹豪杰等，2018；劉幼建等，2020；賴靜等，2017)。

2.2 原始數(shù)據(jù)的分布與數(shù)理統(tǒng)計分析

原始數(shù)據(jù)的分布特點對成礦元素組合特征研究、異常下限確定、異常圈定方法選擇等都有著極其重要的作用(蔣敬業(yè)等，2006)。前人研究表明，在巖石地球化學(xué)測量中，微量元素原始數(shù)據(jù)的偏度都是正偏移，它們的極大值非常大，比均值大數(shù)個標準差，因此在處理這些數(shù)據(jù)時往往使用其對數(shù)值代替原始數(shù)據(jù)。因此，使用以10為底的對數(shù)代替原始數(shù)據(jù)，對區(qū)內(nèi)分量化探的原始數(shù)據(jù)進行了概率分布統(tǒng)計(表1)。

表1 分量樣品各元素地球化學(xué)特征參數(shù)表

根據(jù)計算，As、U、Co、Be、Zn、V、Mo、W、Bi等元素數(shù)據(jù)的對數(shù)均呈正態(tài)分布(圖2)，說明其只存在一個總體或多個總體具有相似或相近的分布形式。

圖2 研究區(qū)各種元素對數(shù)概率分布圖

2.3 相關(guān)分析

筆者統(tǒng)計研究區(qū)分量化探元素樣品對數(shù)數(shù)據(jù)，通過元素之間關(guān)系的散點圖和相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)As、Mo、Be、W、Co、Sb、Bi、Sr、Cu等元素與U表現(xiàn)出高度線性相關(guān)。其中As與U的R2線性為0.612，反映U元素與As元素的富集具有極明顯的成因關(guān)系；Mo、W等上述元素也與U表現(xiàn)出明顯線性相關(guān)；其他元素與U線性關(guān)系較弱。

通過SPSS軟件對其進行了Pearson相關(guān)分析(表2)，相關(guān)系數(shù)臨界值為0.165，按照研究對象特征將皮爾遜相關(guān)系數(shù)值域等級按四級劃分：|r|≤0.165為微弱相關(guān)；0.165<|r|≤0.210為低度相關(guān)；0.210<|r|≤0.490為顯著相關(guān)；0.490<|r|≤1為高度相關(guān)。由表2可知與U分量高度相關(guān)的有As(0.612)、Be(0.531)和Mo(0.497)，與U分量顯著相關(guān)的有Co(0.366)、Cs(0.359)、Sb(0.316)、Cu(0.255)、Bi(0.254)。

表2 分量化探元素相關(guān)性分析結(jié)果

2.4 R型聚類分析

筆者通過軟件對研究區(qū)內(nèi)樣品進行R型聚類分析，選擇Z-scores標準化方法，即把數(shù)值減去均值后再除以其標準差的方法，得到的結(jié)果如圖3所示。

圖3 研究區(qū)分量元素R型聚類譜系圖

對研究區(qū)樣品的微量元素進行分析后認為，U與As、Mo、W元素相關(guān)性相對較高，呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)變量距離在18的水平上時，U、As、Mo、W與另一組元素Be、Co、Sr明顯歸為一類，反映出U、As、Mo、Co、W、Sr、Be等元素與成礦關(guān)系極為密切，空間分布趨勢上有較強的一致性。

根據(jù)圖3將聚類的21種元素分為3類：

第1類為Be、Co、Sr、Mo、As、U、W，該類中Be、Sr、U為親氧元素，W、Co、Mo、As為親鐵元素，其中Mo、W為高溫成礦元素，As為低溫元素，說明該類代表了多期次的熱液活動。在高溫條件下，W、Mo可以類質(zhì)同象取代Ti4+、Fe3+、Al3+、V3+進入鐵鎂礦物和副礦物中，在中低溫條件下，Mo、As等可以形成絡(luò)陰離子[MoO4]2-、[AsO4]3-等與鈾結(jié)合，且U易被氧化成易溶解的鈾酰離子，易被鐵的氫氧化物、膠體等吸附形成鈾礦物。該類是區(qū)內(nèi)主要的成礦元素和伴生指示元素，推測其與區(qū)內(nèi)赤鐵礦化等蝕變及其相關(guān)。

第2類為V、Sb、Nb、Ni、Ag、Sn、Zn、Pb、Bi，其中V、Nb、Sn為親氧元素，Sb、Ag、Zn、Pb、Bi為親硫元素，Ni、V為親鐵元素，該類元素組合中親石元素、親銅元素和親鐵元素均存在，情況較復(fù)雜，推測其與殘留或圍巖有關(guān)。

第3類為Rb、Cs、Li、Th、Cu，該類中Rb、Cs、Li、Th為親氧元素，Cu為親硫元素，其中Rb、Cs、Li為堿金屬元素，推測該類為一期堿交代熱液活動。堿交代在帶入大量一價離子(Rb+、Cs+、Li+等)的同時，把二價元素(如Fe2+、Cu2+等)帶出。為保持巖石內(nèi)部的電價平衡，必須帶入高價金屬離子，如U4+、Th4+等，這可能是區(qū)內(nèi)反映深部鈾礦體與堿交代作用關(guān)系。

2.5 因子分析

因子分析在地質(zhì)應(yīng)用上可用來解釋元素共生組合和成因聯(lián)系等，進行因子分析時首先對數(shù)據(jù)進行KMO統(tǒng)計量檢驗和Bartlett球形檢驗，前者用以探查變量間的偏相關(guān)性，后者用于檢驗各變量是否獨立。檢驗結(jié)果如表3所示，取樣足夠度的Kaiser-Meyer-Olkin度量為0.770，其值大于0.5的，適合進行因子分析。

表3 KMO 和 Bartlett 檢驗

特征值被看作是表示主成分影響力度大小的指標，如果特征值小于1，說明該主成分的解釋力度還不如直接引入一個原變量的平均解釋力度大。因而在特征值大于1的基礎(chǔ)上提取5個主成分。而5個主成分的累計方差貢獻率69.526%，已經(jīng)包含了原始變量的大部分信息(表4)。

表4 解釋的總方差

分量化探元素的方差極大正交旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣如表5、圖4所示，通過因子特征值、貢獻率等確定按因子載荷的大小為依據(jù)提取因子。以微量元素在各因子載荷大于0.5為準將各因子所涉及的主要關(guān)聯(lián)元素進行排列(括號中元素是因子荷載較趨近的元素)：1號因子為V、Sb、Sn、Nb、Ni、Ag、Bi、Zn；2號因子為Mo、As、U、W；3號因子為Co、Sr、Be、Zn；4號因子為Cu、Pb、Bi、Be、Cs、(U)；5號因子為Th、Ag、(Rb)。各因子中的微量元素與其他元素未見明顯線性關(guān)系。

圖4 旋轉(zhuǎn)空間中的成分圖

表5 旋轉(zhuǎn)成份矩陣表

對比R型聚類分析可以發(fā)現(xiàn)：

1號因子與第2類親硫、親氧、親鐵元素較為相似，推測其與殘留或圍巖有關(guān)。

2號因子和3號因子與第1類親氧、親鐵元素極為相同，推測其與區(qū)內(nèi)赤鐵礦化等蝕變相關(guān)，為一期赤鐵礦化熱液活動。且U與Mo、As、W元素有較高的相關(guān)性，反映出在研究區(qū)內(nèi)鈾成礦時該類元素活躍程度較高，并與鈾礦化同步富集，其富集部位往往是鈾礦體疊加部位。此外Co、Sr、Be、Zn與U也具有一定的相關(guān)性。

4號因子中Cu、Pb、Bi為親硫元素，Be、Cs、U為親氧元素，說明該因子與硫親和力強，易與硫元素形成共價鍵。推測該類為一期硫化物熱液活動，與區(qū)內(nèi)黃鐵礦型和螢石型鈾成礦有關(guān)。

5號因子中Rb、Th為親石元素，且Rb為堿金屬元素，推測該類為一期堿交代熱液活動。堿交代在把Rb+帶入，F(xiàn)e2+、Cu2+等帶出的同時，又把U4+、Th4+等高價金屬離子強制帶入，反映深部鈾礦體與堿交代作用關(guān)系。

3 數(shù)據(jù)處理與制圖

通過Surfer軟件對區(qū)內(nèi)U、As、Mo、W元素進行圖像處理，繪制等值線圖，并通過Photoshop疊合到地質(zhì)圖上(圖5)。

圖5 分量U、As、Mo、W元素等值線分布圖

(1)U、As、Mo、W元素富集部位主要為F5和F8斷裂帶及其上下盤次級斷裂帶，與斷裂帶吻合程度高，說明該分量元素組合對鈾成礦具有指導(dǎo)意義；

(2)U元素與As元素極為吻合，Mo、W元素也與U元素高度吻合，尤其是狗子石礦點北部和禾高嶺礦點南部；

(3)結(jié)合區(qū)內(nèi)鈾成礦地質(zhì)條件、調(diào)查評價工作和前人施工的少量鉆探揭露信息，認為張家鈾礦床北部狗子石礦點和禾高嶺礦點具有極好的找礦前景，為擴大張家鈾礦床，可以在張家鈾礦床北部開展深部鈾礦找礦勘查工作。

4 結(jié)論

(1)張家鈾礦床大地構(gòu)造位置優(yōu)越，區(qū)內(nèi)具有良好的產(chǎn)鈾巖體、控(含)礦斷裂構(gòu)造和強烈的熱液活動，為深部鈾成礦提供有利條件。

(2)通過相關(guān)分析、R型聚類、因子分析等可知，與U分量密切相關(guān)的元素有Mo、As、W、Co、Sr、Be、Zn等，尤其是As、Mo分量元素含量較高，其異常明顯且與U分量異常帶吻合較好，U、As、Mo、W分量異常組合基本可作為該區(qū)指示深部鈾礦的地球化學(xué)標志。

(3)區(qū)內(nèi)U分量元素含量總體較高，分量異常明顯，且U分量異常與斷裂構(gòu)造帶的展布吻合較好，U分量異?；究芍甘旧畈库櫟V化的存在。

(4)分量化探法是一種針對地氣流搬運至地表吸附于各類載體形成的元素異常暈進行系統(tǒng)分析的深穿透找礦方法。此次研究工作主要在張家鈾礦床北部地區(qū)，對照調(diào)查評價和前人已發(fā)現(xiàn)的深部鈾礦體，認為該方法對區(qū)內(nèi)深部找礦具有較好的指導(dǎo)意義，可以在此基礎(chǔ)上進行鉆探工程驗證。