粵北下莊礦田竹筒尖鈾礦床指示元素垂直分帶特征研究

王家躍,胡 鵬,汪清浩

（核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關(guān) 512029）

熱液型礦床由于成礦時(shí)期熱液呈高溫、高壓狀態(tài)，滲透、擴(kuò)散作用強(qiáng)烈，常造成不同元素在垂直方向和水平方向的遷移、沉淀、富集，并呈現(xiàn)封閉暈圈。由于各種元素的遷移能力不同及成礦熱液運(yùn)移過程中物理化學(xué)條件的改變，使得元素的富集有先后之分，其直接表現(xiàn)為元素的空間分帶性，即礦體原生暈圈。通過研究礦床元素的空間分帶特征，有助于了解礦床類型、劃分元素異常組合、確定遠(yuǎn)近程指示元素及并對(duì)礦體剝蝕程度的評(píng)價(jià)，同時(shí)有助于確定礦床的流體成礦地球化學(xué)界面，指導(dǎo)深部找礦預(yù)測(cè)工作［1］。

此外，鈾元素因其特殊的地球化學(xué)性質(zhì)，其賦存位置嚴(yán)格受垂向環(huán)境條件的制約。在氧化環(huán)境中，U4+被氧化為U6+而遷移流失，破壞鈾礦的富集；在還原環(huán)境中U6+被還原為U4+價(jià)而沉淀富集。因而，研究氧化、還原性的垂向變化情況，將有助于查明鈾礦賦存的有利標(biāo)高，對(duì)后續(xù)找礦工作的開展具有重要的指導(dǎo)意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

竹筒尖礦床位于貴東巖體東部北東向中新生代斷凹陷帶西緣，下莊礦田的西北部，區(qū)域性斷裂黃陂、上洞斷裂夾持?jǐn)嘞輩^(qū)內(nèi)，南部靠近白水寨巖體，北部為龜尾山巖體［2］。區(qū)內(nèi)包含多個(gè)花崗巖體，如下莊巖體、帽峰巖體及白水寨巖體等［3］，且其出露面積大、巖性較復(fù)雜，主要巖性為燕山早期第一階段下莊主體中粒似斑狀黑（二）云母花崗巖（γ52-1），其次為燕山早期第三階段白水寨（龜尾山）巖體細(xì)粒黑（二）云母花崗巖（γ52-3）［4］，同時(shí)礦區(qū)內(nèi)還存在少量的中基性巖脈等（圖1）。

圖1 粵北下莊礦田竹筒尖地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of Zhutongjian area in Xiazhuang ore field，northern Guangdong

區(qū)內(nèi)巖石蝕變明顯，熱液活動(dòng)強(qiáng)烈，構(gòu)造發(fā)育，且具有多期次活動(dòng)、交接復(fù)合和錯(cuò)移的特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)主要有北東東向、北東向、北北東向和近東西向四組構(gòu)造，其中主要控礦構(gòu)造為北東向龜尾山、北東東向黃陂和上洞、近東西向6620、180和B1號(hào)等斷裂（圖1）。構(gòu)造帶內(nèi)物質(zhì)成分復(fù)雜，由碎裂花崗巖、堿交代巖、微晶石英、玉髓角礫巖等組成，當(dāng)發(fā)育有硅化、赤鐵礦化、黏土化蝕變時(shí)，鈾礦化較好。

區(qū)內(nèi)主要有三次富鈾熱液活動(dòng)。第一次富鈾熱液活動(dòng)形成于晚期細(xì)?；◢弾r（γ52-3）侵入之后，早階段為高溫富硅酸性熱液，晚階段為高、中溫富硅弱堿性熱液。第二次富鈾熱液活動(dòng)形成于堿交代巖之后，為中溫富鈾、富鈉的堿性熱液，往往與第一次成礦作用伴生疊加。第三次富鈾熱液活動(dòng)形成于中基性巖脈之后，為中低溫富硅、富鈾酸性熱液。因而，竹筒尖鈾礦床具有典型內(nèi)生熱液型鈾礦床的特征。

2 樣品采集與分析

樣品主要采集竹筒尖鈾礦的F3號(hào)含礦帶（包含F(xiàn)3-0、F3-1、F3-2、F3-3、F3-4、和F3-5次級(jí)斷裂）內(nèi)的構(gòu)造蝕變樣品（圖2），采樣標(biāo)高352～605 m，采樣間隔大致為50 m，樣品分析由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心完成，其主量元素采用X射線熒光光譜法（XRF）分析，而微量元素采用ICP-MS法分析測(cè)試。

圖2 粵北下莊礦田竹筒尖地區(qū)XX號(hào)勘探線地質(zhì)剖面及樣品采集位置示意圖Fig.2 Geological sketch profile and sampling location of exploration Line XX in Zhutongjian area of Xiazhuang ore field，Northern Guangdong

3 礦床指示元素的確定

共（伴）生元素是指與成礦元素有明顯的共（伴）生關(guān)系的元素，且相關(guān)性較明顯，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上則表現(xiàn)為相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)較大。本文選取Mn、Be、Ni、Co等19個(gè)該鈾礦床常見元素進(jìn)行驗(yàn)收含量分析（表1），并進(jìn)行相關(guān)性分析，從中挑選相關(guān)系數(shù)較大的元素作為該礦床的共（伴）生元素組合。

表1 粵北下莊礦田竹筒尖鈾礦床F3號(hào)含礦帶不同標(biāo)高巖石中元素含量/10-6統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of element content/10-6 at different elevations in the ore-bearing Zone F3 of Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field,Northern Guangdong

由表2可知，各元素與U的相關(guān)系數(shù)大致可以分為兩大類。一類，表現(xiàn)為與U顯著相關(guān)，與U的相關(guān)系數(shù)較大（＞0.6），分別為Be（0.95）、Co（0.83）、Ni（0.69）、Cu（0.67）、Mo（0.85）、Sb（0.67）、Cs（0.83）、Eu（0.69）、W（0.83）、Bi（0.77）、Mn（0.72）；另一類，則表現(xiàn)為與U顯著不相關(guān)，直接表現(xiàn)為相應(yīng)元素與U的相關(guān)系數(shù)較?。ǎ?.3），甚至接近于0，分別 為Li（0.14）、Cr（-0.11）、Tl（-0.09）、Zr（0.28）、Ti（-0.18）。

表2 粵北下莊礦田竹筒尖鈾礦床F3號(hào)含礦帶內(nèi)巖石中元素的相關(guān)矩陣Table 2 Correlation matrix of elements in rocks of ore-bearing Zone F3 in Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field,Northern Guangdong

Be、Co、Ni、Cu、Mo等元素表現(xiàn)出與鈾高度相關(guān)特性（圖3），可作為鈾礦找礦的指示元素，該礦床的指示元素種類也與羅斯曼（1975）、高云龍（1961）等人在隱伏熱液鈾礦中的研究成果相類似［5-6］。

圖3 粵北下莊礦田竹筒尖鈾礦床F3號(hào)含礦帶內(nèi)不同巖石元素含量/10-6隨標(biāo)高的變化情況Fig.3 Element content/10-6 change of rocks at different elevations in ore-bearing Zone F3 in the Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field，Northern Guangdong

4 礦床元素垂直分帶序列

前述分析表明，與鈾共（伴）生元素的確定將有助于鈾礦化的大致定位，但更為精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)需要確定這些元素的空間分布關(guān)系。為此，有必要確定這些與鈾共（伴）生元素在垂向空間的分帶序列，進(jìn)一步劃分劃分為遠(yuǎn)、近程指示元素，為深部鈾礦找礦提供指導(dǎo)。

盡管地質(zhì)學(xué)家對(duì)于原生暈的分帶序列提出了許多不同的方法，例如組合指數(shù)法、線金屬量襯度系數(shù)法、線金屬量梯度法、分帶指數(shù)法（也稱格里戈良法）等。

4.1 格里戈良分帶指數(shù)法基本原理

首先將所有元素的最大值處于同一數(shù)量級(jí)內(nèi)，即標(biāo)準(zhǔn)化；然后把同標(biāo)高的所有元素的線金屬量值（標(biāo)準(zhǔn)化后）加起來，并用它來除各元素的值，就得到分帶指數(shù)，每一元素的分帶指數(shù)最大值所在的標(biāo)高，即為該元素在分帶序列中的位置。由此可大致的確定軸向分帶序列。由于同一標(biāo)高上可能存在多個(gè)元素的分帶指數(shù)最大值，因此，他們?cè)诜謳蛄兄懈_切的位置由變異性指數(shù)（G）及變異性指數(shù)的梯度差（ΔG）來確定［7］：

式中：Dmax—某元素的分帶指數(shù)最大值；Di—某元素的在i中段的分帶指數(shù)值（不含Dmax所在的中段）；n—中段數(shù)（不含Dmax所在的中段）。

式中：G上—Dmax所在中段以上的變異性指數(shù)值；G下—Dmax所在中段以下的變異性指數(shù)值。

當(dāng)兩個(gè)以上的元素分帶指數(shù)最大值同時(shí)位于剖面的最上中段或者最下中段時(shí)，用變異性指數(shù)來進(jìn)一步確定他們的相對(duì)位置。其中，最上中段，G值大的元素排在前面（按自上而下順序，下同），反映往上積聚，G值小的元素排在后面；最下中段，G值大的元素排在最后，反映往下積聚，G值小的元素排在前面。

當(dāng)兩個(gè)以上的元素分帶指數(shù)最大值同時(shí)出現(xiàn)在中部中段時(shí)，可用變異性指數(shù)梯度差的比較來確定他們?cè)诜謳蛄兄械奈恢?，ΔG大的元素排在后面，反映向下部積聚，ΔG小的元素排在前面。

4.2 竹筒尖礦床垂向分帶序列的確定

根據(jù)格里戈良分帶指數(shù)法的基本原理計(jì)算各金屬元素的分帶指數(shù)，結(jié)果見表3。根據(jù)表3中分帶指數(shù)的大小，可初步確定該礦床元素的分帶序列（自上而下）為：（Sb、Mn）-（Mo、W、Bi、U）-（Be、Ni、Cu）-Eu-Co。進(jìn)一步根據(jù)變異性指數(shù)（G）及變異性指數(shù)的梯度差（ΔG）確定垂直分帶中元素的確切位置。

表3 粵北下莊礦田竹筒尖鈾礦床F3號(hào)含礦帶不同標(biāo)高巖石相關(guān)元素的分帶指數(shù)值Table 3 Zoning index values of related elements of rocks at different elevations in the ore-bearing Zone F3 of Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field,Northern Guangdong

1）Sb和Mn，它們的Dmax同時(shí)位于最上部標(biāo)高，故可求得：

GSb＞GMn，反映出Sb比Mn更具上積聚的傾向。因此，分帶序列中，Sb應(yīng)排在Mn的前面（按自上而下順序，下同）。

2）Be、Ni和Cu，它們的Dmax同時(shí)位于中段中部，故可求得：

在同一中段內(nèi)ΔG越大，反映該元素由下向上遷移到該中段的能力相對(duì)于其他元素也大，故上述計(jì)算結(jié)果ΔGCu＞ΔGBe＞ΔGNi，說明該中段的排列順序Cu-Be-Ni。同理也可計(jì)算549 m標(biāo)高處元素排列順序?yàn)閁-Mo-W-Bi。據(jù)此，可得如下垂直分帶序列（自上而下）：Sb-Mn-U-Mo-W-Bi-Cu-Be-Ni-Eu-Co。

空間上，U-Mo-W密切伴生表明二者具有相似的成因環(huán)境，這是由于下莊礦田有成礦期次多樣，除有中低溫期次的鈾成礦作用外，可能還存在有中高溫的鈾成礦作用，如劉文泉等在竹筒尖礦床發(fā)現(xiàn)的富含晶質(zhì)鈾礦的特富礦［2］。本次研究顯示，該礦床前暈元素雖相對(duì)后暈元素少，但其前暈元素仍對(duì)礦體有一定的指示作用。

5 氧化、還原性的垂直變化

Ce是具有重要意義的變價(jià)元素，可隨環(huán)境的氧化還原條件不同而呈現(xiàn)不同的價(jià)態(tài)［8］。在相對(duì)還原的條件下，Ce3+可較長時(shí)間地保存在溶液中，導(dǎo)致Ce的相對(duì)穩(wěn)定；而相對(duì)氧化的環(huán)境下，Ce3+則被氧化成Ce4+并產(chǎn)生沉淀，導(dǎo)致流體中出現(xiàn)Ce的虧損，所形成的熱液礦物則出現(xiàn)Ce的負(fù)異常。因此，δCe可以作為氧化還原環(huán)境的指示標(biāo)志［5］。

竹筒尖礦床與鈾礦化有密切關(guān)系的碎裂花崗巖、碎裂巖、硅化構(gòu)造角礫巖中δCe值（圖4）。從中可知δCe值為0.71～1.33，隨標(biāo)高的增加表現(xiàn)出一定的波動(dòng)性，說明其垂直方向的鈾成礦環(huán)境也表現(xiàn)出一定的波動(dòng)性。其中390、470 m標(biāo)高附近相對(duì)顯示氧化性，而350、410 m標(biāo)高附近相對(duì)顯示還原性，說明在350～390、390～410、410～470 m標(biāo)高間可能存在氧化還原帶過渡帶，這些氧化還原過渡帶可能是成礦的有利地段。其中390～410、410～470 m這一成礦有利地段的推測(cè)（圖2），與姜濤（2013）從礦化強(qiáng)度指數(shù)的研究中得出的結(jié)論相類似［9］。

圖4 粵北下莊礦田竹筒尖鈾礦床F3號(hào)含礦帶內(nèi)巖石中不同標(biāo)高δCe含量Fig.4 The content ofδCe at different elevations of the ore-bearing Zone F3 in Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field，northern Guangdong

6 結(jié)論

1）元素的相關(guān)性分析表明：該礦床與鈾相 關(guān) 性 較 顯 著 的元 素 有Be、Co、Ni、Cu、Mo、Sb、W、Bi、Mn，說明這些元素與鈾成礦關(guān)系較密切，可作為該礦床的指示元素；而Li、Cr、Tl、Th、Ti等元素與鈾基本無相關(guān)關(guān)系，屬于不相關(guān)元素。

2）該礦床的元素垂直分帶序列自下而上為：Co-Eu-Ni-Be-Cu-Bi-W-Mo-U-Mn-Sb。其中Mn、Sb兩元素相對(duì)處于礦體的前端，屬于前暈元素；而Mo-W-Bi-Cu-Be-Ni-Eu-Co等元素相對(duì)處于礦體尾部，屬于礦體尾暈元素。

3）根據(jù)δCe指標(biāo)的變化，得出390、460 m標(biāo)高附近相對(duì)顯示氧化性，而350、410 m標(biāo)高附近相對(duì)顯示還原性。在350～390、390～410、410～470 m標(biāo)高間可能存在氧化還原過渡帶，是成礦的有利地段，目前已被多個(gè)鉆孔工程證實(shí)。