放射性伽马测量在豫西龙王岩体稀土矿勘查中的应用研究

2022-11-03王明明余智慧吴园园陈昊龙王剑锋郭荣鑫

矿产勘查 2022年8期

关键词：稀土矿伽马测井

王明明，余智慧，吴园园，陈昊龙，王剑锋，郭荣鑫

(1.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，河南郑州 450016； 2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南郑州 450016)

0 引言

1 区域地质概况

图1 研究区地质简图(据余智慧等，2022①修改)1—第四系亚黏土、砂卵石层；2—蓟县系大理岩、片岩；3—太华岩群片麻岩；4—燕山期黑云母花岗岩；5—长城纪正长花岗岩；6—伟晶岩脉；7—断裂及编号；8—含矿构造带及编号

稀土总量之高在秦岭地区实属罕见，是澳大利亚A型花岗岩的2倍，是东秦岭I型花岗岩的4～6倍。LREE/HREE为11.26～31.04，平均17.06，属轻稀土富集型，其中第一次侵入的正长花岗岩为21.63～31.04，平均26.34，轻稀土富集更为明显；δEu相差较大，第一次侵入的正长花岗岩为0.73～0.88，平均0.81，Eu异常不明显，而第二次侵入的钠铁闪石正长花岗岩为0.14～0.19，平均0.17，呈明显的负Eu异常。第一次侵入岩的稀土元素配分模式在Eu处呈平缓状，第二次侵入岩在Eu处呈尖谷状，具伸展机制下晚期碱性岩浆活动稀土元素的特征(赖素星和李钢，2019)；岩体形成于板内伸展构造环境，可能主要为富集地幔部分熔融的玄武质岩浆经强烈结晶分异的产物，在其形成和上升过程中可能有地壳物质的混染，是华北克拉通1.8～1.6 Ga 裂解过程中最晚期碱性岩浆活动的产物，证明华北地台南缘在中晚元古代存在一个拉张的裂谷系(卢欣祥，1989；陆松年等，2003；包志伟等，2009)。

2 矿床地质特征

2.1 构造特征

研究区内稀土矿体大致呈NW—NWW向展布，与区域断裂基本平行，受区域构造控制，稀土矿(化)体主要赋存于K1～K8含矿构造带内。含矿构造带长约420～1600 m，含矿构造带以张性、张扭性为主，多见硅化、褐铁矿化及萤石矿化，呈近平行分布。具体特征见表1。

表1 含矿构造特征一览表(据余智慧等，2022①)

2.2 矿体特征

稀土矿体大致位于研究区西南部，主要赋存在K1～K8含矿构造带内，全部位于碱性正长花岗岩中，严格受含矿构造控制。稀土矿(化)体多以构造角砾蚀变岩的形式产出，局部构造角砾发育，次棱角状—次圆状，角砾大小1 mm×5 mm～30 mm×40 mm。矿(化)体矿化蚀变多以硅化、萤石矿化、褐铁矿化为主，见少量绿泥石化、高岭土化，深部见有黄铁矿化、钾化，局部见细脉状铅锌矿化。萤石矿化多成星点状、团块状及细脉状；褐铁矿化多呈脉状和透镜状，矿化体产状与含矿构造断裂基本一致。围岩多为钠铁闪石正长花岗岩，局部围岩为灰黑色黑云斜长角闪岩。

2.3 围岩蚀变

围岩蚀变以硅化、绢云母化、高岭土化和钾化为主，与稀土矿化体界线不明显。

2.4 矿石类型与矿物共生组合

图2 稀土矿石及显微照片a—稀土矿石；b—褐帘石稀土矿薄片；c—铈硅磷灰石氟碳铈矿薄片；d—铈硅磷灰石氟碳铈矿光片矿物缩写：Bsn—氟碳铈矿；Gn—方铅矿；Py—黄铁矿；Sp—闪锌矿

3 伽马测量的应用效果

3.1 地面伽马总量测量

3.1.1 工作方法

表2 研究区内Th、U光谱分析结果一览表

本次伽马总量测量使用的仪器为FD-3013便携式γ辐射仪，仪器在使用前均在石家庄核工业放射性勘查计量站进行了标定，稳定性和一致性在研究区内进行检查，仪器的各项指标均符合规范要求。

在开展地面伽马总量测量工作之前，测量人员首先了解了研究区的地质、构造、岩石、蚀变、矿化等情况，统计了各种地质体的伽马背景值。测量网度选择100 m×20 m，测量过程中，连续听测，探测器靠近地面左右摆动，大体上按照布设路线“蛇曲”前进。在路线测量过程中发现偏高值，立即追索，圈定范围，对发现成矿有利的地质条件，寻找异常。

首先，对区内不同岩性的伽马背景值和分布规律进行了统计(表3)。

表3 研究区主要岩性背景值和变化范围(据余智慧等，2022①)

由于研究区内岩性主要以钠铁闪石正长花岗岩为主，其它岩性出露范围较小，因此将区内伽玛背景值确定为41 ppm，背景值的3倍确定为异常点，即123 ppm。

3.1.2 物探成果

根据1∶1万伽马总量测量及地质填图成果，在区内共圈定出8条稀土矿化体，圈定35个伽马异常场。由00线地质—地面伽马总量剖面测量综合剖面图可知(图3)，在剖面上有2个明显的局部异常，放射性参数在地表与稀土矿化脉套合部位异常幅度明显。根据F3稀土矿化脉地表槽探分析结果可知，稀土总量为0.50%～0.88%，Th含量达0.60%～5.02%；F4号稀土矿化脉稀土总量为0.66%～7.22%，Th含量达0.19%～0.25%，Th的品位均达到工业品位以上。通过对比分析地表其它见到稀土矿化体的地物综合剖面，在稀土矿化脉附近均见到放射性异常。因此，地表稀土矿化体与伽马异常场套合较好，说明本区地面伽马总量测量工作对寻找稀土矿体具有较好的指示意义，是寻找稀土矿体的直接手段。

图3 研究区00线地质—伽马总量测量综合剖面图(据余智慧等，2022①)1—正长花岗岩；2—含矿构造带及编号；3—伽马总量曲线图

3.2 伽马测井

(1)工作方法：本次工作使用仪器型号为A631-S971，该仪器在使用之前进行了三性检查，各项指标符合规范要求。伽马测井工作严格按照相关规定要求开展，测井工作开展过程中对仪器的稳定性进行检测，在测井工作进行之前对钻孔进行冲水和清洗，清洗2个小时左右，将钻井过程中的岩石粉末和放射性衰变子体进行排除，对清洗后的钻井开展伽马测井工作。结合测量点距，进行数据采集，最后结合伽马测井反褶积程序对所采集的数据进行转换(王德鹏等，2020)，技术人员结合测绘数据绘制钻孔柱状图。

(2)工作成果：研究区内共施工14个钻孔，根据对测井数据的综合整理，有8个钻孔伽马测井的照射量达到异常范围。由ZK6501钻孔柱状图可知(图4)，在20.01～21.15 m及61.35～62.91 m两段均见到照射量大于20 Nc/(kg·h)的异常段，通过取样分析，稀土总量分别达到0.728%、1.349%，均达到边界品位以上，其它见照射量异常段的7个钻孔，也均见到稀土矿化体；而未见照射量异常的钻孔，通过取样分析，未发现稀土矿化体。因此，伽马测井对钻孔内稀土矿化体具有重要的指示意义，也是发现钻孔内稀土矿化体的直接手段。

图4 研究区ZK6501钻孔柱状图(据余智慧等，2022①)1—第四系残坡积物；2—正长花岗岩；3—斜长角闪岩；4—稀土矿(化)体；5—伽马测井曲线

4 放射性元素与稀土矿化之间的关系

在稀土矿物中，138La、176Lu具有天然的极低的放射性(不易为仪器接收)，一般含有低的Th、U放射性元素，是类质同象所致。由于Th4+、U4+的离子半径较为接近，易于和稀土矿物发生类质同象置换，甚至形成内潜同晶(周园园和付水兴，2013；龙灵利等，2014；王文文和贾晓鹏，2021)。因此，在进行矿物鉴定中，并未见到放射性元素的单矿物或次生矿物。

通过对本区部分样品进行的Th、U的测试分析，结果显示，Th的含量较高，U的含量较低。基本分析样品测试结果显示，当样品稀土总量结果达到边界品位以上，即稀土总量品位在0.5%～10.5%，Th含量一般在0.2%～2.7%，最高达到5.02%。通过对样品稀土含量与Th含量关系进行统计分析(表4)，随着稀土总量品位升高，Th的品位也随之升高，具有正相关性(图5)。