地气测量方法在粤北长排花岗岩型铀矿勘查中的应用

2020-08-07王勇王东升吴国东胡圆

铀矿地质 2020年4期

王勇，王东升，吴国东，胡圆

（1. 核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029；2. 核工业二九〇研究所，广东韶关 512000）

深穿透地球化学属于应用地球化学的一个分支，旨在通过地表化探工作，发现与深部矿体有关的元素异常信息。地气测量方法基于深穿透地球化学技术理论，通过对表层覆盖物中的亚微米级、纳米级微粒的分析，发现痕量元素异常特征以寻找深部矿化信息。该技术方法在金矿、铜铅锌多金属矿产勘查研究中，已日趋成熟，能够成功的获得埋深300～500 m 金属矿床的弱矿化信息［1］。王学求、张必敏等人提出了Au、 Cu 等金属元素在覆盖区垂向迁移的理论模型［2-4］；叶荣等人在隐伏金矿、铜矿上方，发现了纳米级含Au、Cu 晶质微颗粒［5-6］。而在铀矿勘查领域，该方法的研究资料相对偏少。王勇等人通过地气测量法在我国北方火山岩型铀矿勘查中的试验研究验证了该方法的有效性，并发现了隐伏矿体上方表层覆盖物中独有的亚微米级含铀颗粒［7］。热液型铀矿以火山岩型铀矿及花岗岩型铀矿为主，地气测量方法在花岗岩型铀矿勘查方面的试验研究较少，方法的有效性及应用效果也有待研究。

本文通过总结地气测量主动提取法在梨花开铀矿的有效性试验研究及长排铀矿床南部的勘查区域应用试验研究成果，对该方法在花岗岩型铀矿勘查中的有效性及应用效果进行了阐述。

1 研究区地质概况

长排铀矿床位于广东省仁化县境内，处于诸广山岩体长江铀矿田中南部，北接棉花坑铀矿床、油洞铀矿床，东与水石铀矿床相邻，面积4.6 km2。

诸广山岩体处于华南铀成矿省的北东向桃山-诸广铀成矿带南段，大地构造上处于闽赣后加里东隆起与湘桂粤北海西-印支坳陷结合部［7］。其区域成矿作用强烈，是南岭成矿带中金属矿产分布最为集中的地区之一，诸广山岩体东段中部有长江铀矿田、城口铀矿田，岩体东段北部和外接触带有鹿井铀矿田，岩体东段南部有百顺铀矿田，岩体东段南部外带有全安铀矿田，岩体中段有三江口铀矿床［8］。岩体南部及北部分布有大量的多金属矿床。区域地质研究资料中，范洪海等人通过全国花岗岩型铀矿资源潜力评价，将桃山-诸广山成矿区定为重点勘查预测区［9］。具体矿床的研究中，庞雅庆等人通过对粤北棉花坑矿床的系统研究，提出了元素垂向分带序列，总结了深部成矿预测标志［10-11］，并建立了三维可视化模型［12］。

长排铀矿区地层发育不完全，只有长排村、沈洞村等区域附近有零星的第四系覆盖。矿区内断裂构造发育，纵横交错。主要有北西、北东、北北西、近东西向4 组，其中北北西向构造是主要的控矿断裂（图1）。北北西向断裂在区内极为发育，常以碎裂花岗岩、碎裂岩、硅化岩构成矿化蚀变带。走向330°～10°，倾向为东或西，倾角65°～85°。以60、 61 号矿化蚀变带为代表，长度大于2 000 m，由北向南纵贯全区，成矿期赤铁矿及硅质物多以充填为主，少量胶结早期硅化岩角砾。矿区内出露的岩石，主要为燕山早期的中粒黑云母花岗岩、细粒黑云母花岗岩，其次是印支期的粗粒似斑状黑云母花岗岩、中粒似斑状二云母花岗岩和燕山晚期花岗斑岩及少量的燕山晚期基性岩脉。

长排矿床61、 78 号矿化蚀变带为两个主要矿化蚀变带，已探明矿体19 个。矿床中金属矿物主要有沥青铀矿、赤铁矿、黄铁矿、方铅矿。次生铀矿物有硅钙铀矿、钙铀云母、铀黑。非金属矿物主要有石英、绢云母、方解石、萤石、绿泥石。矿石结构构造主要有变余碎裂结构、微晶结构、变余碎裂花岗结构和浸染状、脉状构造。矿石主要类型有含铀的赤铁矿化、硅化碎裂岩型矿石和含铀的赤铁矿化碎裂花岗岩型矿石。沥青铀矿多呈浸染状和细脉状分布，铀黑和次生铀矿呈片状、星点状和薄膜状产出［13］。徐文雄等人对长排铀矿床成矿地质背景和控矿因素进行分析，认为该地区具有较好的找矿前景，是长江矿区寻找深部隐伏矿床的远景地段之一［14-15］。

2 研究方法

2.1 地气测量方法简介

地气测量方法为一种以获取深部成矿信息为目的的地球化学勘查方法，以深穿透地球化学迁移理论为基础，通过使用特定捕集介质捕获表层土壤中的能随人工气流运动的亚微米、纳米级含铀颗粒并加以分析测试，获取微量元素异常信息。常见的地气测量方法主要有被动吸附法和主动提取法，相对于长周期的被动吸附法，主动提取法具有工作效率高，抗外界条件干扰较强等特点。本次研究选取主动提取法作为工作方法。

2.2 测线布设

在梨花开已知铀矿床布设测线一条，横跨已知矿体，测线走向为S180°，共布设测点50 个，点距20 m。

在粤北长排已知铀矿床南部区域布设面积性测量区域，测线方向为NE77°，共布设测线16 条，线距100 m，点距40 m，每条测线51 个点，控制面积3.0 km2（图1）。

图1 粤北长排铀矿床地质及测线布置简图Fig. 1 Sketch geology map and geogas measurement profiles distribution of changpai uranium deposit in northern Guangdong

2.3 样品采集及测试方法

地气测量方法由于研究程度不够高，并无相关规范依据。在采集及测试中，以前期研究经验作为指导。

采样介质前处理：聚氨酯海绵经磨具制取后，先使用自来水洗涤，晾干后使用体积分数为20%的王水浸泡24 小时，之后使用超纯水清洗晾干，最后浸泡在体积分数为5%的超纯王水中保存，以待野外工作使用。经分析对比，聚氨酯泡塑在去本底处理后，其元素含量明显降低（表1）。

2.4 数据处理及制图

对原始分析数据中各元素进行统计学研

表1 去本底处理前后泡塑中元素含量对照表Table 1 Comparison of trace elements content foam plastic before and after the pretreatment

野外地气样品取样方法及室内分析方法：野外使用手持GPS 导航至点位。在每个采样点上，用钢钎打1 个孔，孔深0.7 m 左右，若覆盖浅不易打孔，至少保证0.5 m 孔深。将螺旋采样器旋于孔中，拧紧使孔封闭，用硅胶管与装有硅胶干燥剂的过滤器和捕集装置连接（图2）。使用最大抽气体积1.5 L 的定量抽气筒抽取地气，每孔抽气两次，共3 L 气体，通过泡塑捕集器中聚氨酯泡塑来捕集地气中的含目标元素颗粒。泡塑样品在每日完成野外工作后，在室内转移至超纯处理后的自封样品袋中。

图2 地气测量方法样品采集装置示意图Fig. 2 Schematic diagram of the geogas method sampling devices

野外取回的聚氨酯泡塑样品经过特定的焦化、灰化、溶样3 个处理步骤后再进行分析。地气样品元素含量的分析工作在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所分析测试实验室使用ICP-MS 法测定，共分析U、Th、 Mo、 Cr、 Zr、 Cu、 W、 Gd、 Be、 Pb 10 种元素。数据中单位（ng）表示每个泡塑样品中的元素总量，泡塑总质量为0.1 g。究，判定其是否符合近似正态分布或对数正态分布，对不符合正态分布的元素分析其原因。查看元素含量最小值是否大于本底中元素含量，若存在则为分析测试系统误差造成，在制图中将其改为本底元素含量。

剖面图制作使用excel 软件、 coreldraw 软件联合制作，区域地球化学图件及元素组合异常图使用Arcgis 软件进行矢量化及插值成图，并加入Mapgis 软件所做地质信息底图。

3 方法有效性试验研究

地气测量方法有效性验证工作选取鹿井矿田梨花开铀矿床进行，虽与长排铀矿床距离较远，但成矿类型一致，成矿特征较为相似，且均为隐伏铀矿床。

梨花开矿床已知剖面地气测量研究结果显示，在埋深200～400 m 的隐伏铀矿床上方，存在着清晰的地气测量U、 Th、 Mo、 Zr、Gd、 Be 异常，异常以连续点位的高值组成，其中U 在控矿构造带头部与地表的接触带及隐伏矿体垂向投影位置出现了较清晰的高值点（图3、 4）。在测线南部破裂构造处，也有两个高值点，是否存在铀矿化值得进行深入研究。结合元素地球化学性质，认为Th、Mo、 Zr、 Gd、 Be 5 种元素与U 关系密切，这5 种元素与U 同为亲石元素，在成矿过程中及成矿期后的地球化学赋存状态及运移特征相似， Be 与热液成矿作用相关，并且原子系数很小，有一定的亲石元素特征。因此，可以作为地气测量方法在南方花岗岩型铀成矿区的找矿指示元素组合。 Cu、 Pb、 W 3 种元素虽与热液成矿关系密切，但地气测量中， 3 种元素在矿体上方并未见明显异常，不具有指示意义，这可能与后期微量元素存在形式及运移方式不同有关。图中6 种元素使用逐步剔除法进行异常下限的计算统计情况见表2。由于测点数量有限，数据整体上偏高，在连续两个或以上高值处，可采用高场下限（X＋2S）作为判断依据。以此标准判断， 6 种元素在隐伏铀矿体上方均出现异常。因此，地气测量方法在南方花岗岩铀矿勘查中，能够有效获得深部矿化信息，空间上与隐伏铀矿体对应关系较显著。在实际预测中，若出现了U 及Th、Mo、 Zr、 Gd、 Be 等伴生元素的综合异常，说明该区域的深部成矿潜力较大。后续结合异常区域地形（以判断表层水迁移方向），附近的构造特征（有利成矿部位）等进行深部矿体空间分布区域的预测。

图3 梨花开矿床已知剖面地气测量U、 Th、 Mo 分布图Fig. 3 Profile showing uranium， thorium and molybdenum content by geogas measurement in Lihuakai uranium deposit

图4 梨花开矿床已知剖面地气测量Zr、 Gd、 Be 分布图Fig. 4 Profile showing zirconium， gadolinium and beryllium content by geogas measurement in Lihuakai uranium deposit

表2 梨花开矿床剖面地气测量元素异常下限统计表Table 2 Low thresholds for the anomaly of different elements in Lihuakai deposit

4 区域测量应用实例

长排铀成矿区地气区域测量结果显示，各元素数据整体符合正态分布，数据质量较好。对各元素异常下限及异常点位数进行计算及统计，结果见表3。与梨花开区域数据相比，异常下限有所降低，这可能与深部地层岩性及表层降雨量有关。

地气U 整体分布均匀，无明显随测线的线性分带。高值区与低值区界限明显。除中部双峰组合异常外，其余异常均与区域中构造带关系密切，总体分布特征见图5。 2017年，核工业二九〇研究所在地气测量区域内共进行了3 处钻探查证工作，其中ZKH67-3、ZKH312-3 钻孔为铀工业孔， ZKH354-1 钻孔为铀矿化孔。 ZKH67-3 （图6）为揭露63号断裂构造次级带钻孔，钻孔在105～107 m见铀工业矿体。 ZKH312-3（图7）为揭露60号断裂构造次级带深部矿体钻孔，见矿位置有四段，上三段规模较小，在711～713 m 见铀工业矿体。而ZKH354-1 为矿化孔，矿化体较深，且U 含量较低，因此地气方法未能得到有效信息。结合地气与钻孔情况，认为方法在长排地区能够较好的获得500 米深度以浅的深部成矿信息，对更深部位的成矿信息提取能力一般。地气异常还与矿体上方地形密切相关，由于南方降雨较多，使得地表中含U 物质随降水发生部分的运移，造成异常区域并不完全与控矿构造对应。

表3 长排南部测区地气测量元素异常下限统计表Table 3 Low thresholds for the anomaly of different elements in south of Changpai area

图5 长排地区地气测量铀平面等值线图Fig. 5 Contour map of uranium by geogas method in Changpai area

图6 长排东南地区67 号勘探线地质剖面图Fig. 6 Geological section of exploration Line 67 in southeast of Changpai area

图8 为长排铀成矿区地气测量U、 Th、Mo、 Gd、 Zr、 Be 组合异常图，如图所示， 63号带铀工业孔附近，出现了U、 Th、 Mo、 Gd、Zr、 Be 6 种元素的组合异常（2 号深部成矿预测区）。除上述区域外，在测区中部4 号预测区、西北部3 号预测区、东部1 号预测区及中部偏西南部位5 号预测区均出现了元素组合异常，几处组合异常均具有一定的找矿潜力。在区域中，这6 种元素异常往往同时出现，并大多与构造带有很好的对应关系，此特征与方法在梨花开已知剖面测量的特征相同，因此作为南方花岗岩型铀矿地气方法指示元素组合是合理的。另外，在测区西南部83 号带附近6 号预测区出现的随构造展布的单独U 地气异常区也具有一定的找矿潜力。