吳 迪，劉曉東，田 立

?

黃溝鈾礦床原生暈垂向分帶模型

吳 迪，劉曉東，田 立

文章簡要介紹了原生暈地球化學找礦方法，并將其應用到連山關地區(qū)，重點對黃溝鈾礦床進行研究。通過選取典型剖面進行取樣分析，確定13種元素作為該礦床的指示性元素，根據C.B.格里戈良分帶性指數法建立了黃溝鈾礦床原生暈指示性元素分帶模型。期望對全區(qū)利用化探異常進行隱伏礦體預測和優(yōu)選找礦有利靶區(qū)起到指導或借鑒作用。

原生暈；指示性元素；理想模型；黃溝鈾礦床

連山關地區(qū)鈾礦找礦工作已有50余年歷史，隨著勘探活動的深入，地表礦、淺部礦已基本被查明，勘查重點轉入深部，“攻深找盲”已成為當前找礦工作的主題。黃溝鈾礦床為近幾年新發(fā)現的小型鈾礦床，通過對礦床開展原生暈地球化學測量，其垂向上的元素富集規(guī)律已大致查明，可據此建立礦床的原生暈垂向分帶模型，進而對全區(qū)化探異常進行隱伏礦體預測。

上世紀50年代，蘇聯(lián)學者C.B.格里戈良提出了原生暈垂向分帶找礦方法，已成為尋找隱伏礦床最主要的地球化學方法之一。該方法在尋找銅、鉛、鋅、金、銀、鎢、鉬等盲礦方面發(fā)揮了巨大的作用，預測深部盲礦體成功率達84%以上[1]。我國原生暈的研究工作始于20世紀50～60年代，謝學錦、吳承烈、邵躍、李惠等做了大量的科學研究和找礦應用工作，取得了顯著的效果，在金屬礦床原生暈研究成果的基礎上，建立了熱液型金屬礦床的原生暈模型，制定了金屬礦床地球化學巖石勘查工作方法和解釋推斷方法[2-11]。核工業(yè)學者葉慶森等將原生暈垂向分帶找礦模型應用于鈾礦找礦上，在計算和確定礦床原生暈指示性元素垂向分帶序列上也有一定研究，并對多種計算方法進行評述[12]。

1 黃溝鈾礦床概況

黃溝鈾礦床位于遼東古裂谷北緣連山關短軸穹狀復式背斜的南翼西段(圖1)。該復式背斜軸向NW，核部為晚太古代連山關鉀質混合花崗雜巖體，翼部為下元古界遼河群沉積變質巖系所覆。礦床產于遼河群浪子山組和鉀長花崗巖接觸帶內帶，賦礦圍巖主要是碎裂重熔混合巖。礦床內構造主要有3種：(1)NW向大型韌性剪切帶，為主要的控礦構造；(2)NEE-EW向次級裂隙，為富鈾礦體的定位空間；(3)NE向斷裂，屬晚期破礦構造。

總結礦床成因，認為本區(qū)鈾礦化類型屬于與大型韌性剪切作用有關的構造-重熔混合型，鈾礦化系在富鈾花崗巖(提供鈾源)、大型韌性剪切活動(提供成礦動力及熱液運移通道)、動態(tài)重熔混合作用(形成富鈾流體)及韌性剪切晚期脆性裂隙系統(tǒng)的綜合作用下形成[13]。

圖1 連山關地區(qū)鈾礦地質簡圖Fig.1 Regional geological sketch of Lianshanguan area

2 原生暈找礦方法簡介

2.1 基本原理

內生多金屬礦床由于其成礦熱液處于高溫、高壓狀態(tài)，成礦元素向周圍空間有滲透作用，這種滲透作用的強弱取決于成礦溶液的性質、壓力、濃度和圍巖的巖性及構造條件，往往在礦體的周圍空間形成封閉的元素分布圈，即所謂礦體的原生暈。在原生暈中，元素的分布是有一定順序的，即具有分帶性。這種分帶性表現為垂向分帶和水平分帶，而且元素的分帶和礦物的分帶又常是相對應的。因此，研究成礦元素或礦物在空間上的分帶序列，對了解礦床類型、研究礦床的地球化學特點、劃分化探元素組合異常、確定遠近程元素和尋找盲礦體等都具有實際意義。

原生暈垂向分帶模型找礦法是通過發(fā)現、研究并應用基巖中原生暈指示性元素垂向分帶規(guī)律，建立指示性元素垂向分帶模型并進行原生暈找礦或延伸到次生暈找礦的勘查地球化學方法[14]。

2.2 計算方法選擇

根據各種計算方法的適用范圍，結合黃溝鈾礦床的地質條件，筆者選擇了礦體元素濃度梯度分帶性指數法進行計算。該計算方法是由蘇聯(lián)學者C.B.格里戈良提出的。

分帶性指數法的實質是依據各指示性元素最大值所處的不同空間位置，通過計算在一定水平截面上某一元素金屬量與所有指示性元素金屬量總和之比值，確定礦體元素濃度梯度分帶序列。

2.3 分帶序列研究進展

C.B.格里戈良等(1975)根據蘇聯(lián)200多個不同類型熱液金屬礦床原生暈研究，通過元素原生地球化學暈的成分和在礦體的空間分布規(guī)律，總結了熱液礦床元素分帶序列，從上至下為W-Be-As-Sn1-U-Mo-Co-Ni-Bi-Cu1-Au-Sn2-Zn-Pb-Ag--Cd-Cu2-Sb-Hg-Ba-Sr，認為礦床或礦體的原生地球化學暈是在成礦過程中由于元素的帶入、帶出或重新分布而形成的一系列化學元素富集或貧化的近礦地帶。

根據我國礦床元素地球化學分布特點，邵躍(1977)對格里戈良確定的礦床原生暈指示性元素垂向分帶序列進行了修改、補充和完善，將該序列自下而上定義為：Cr-Ni(Co/Cu1)-Ti-V-P-Nb-Be-Fe-Sn-W1-Zn1-Ga-In-Mo-Re-Co1-(Au1/As1)-Bi-Cu2-Ag-Zn2-Cd-Pb-W2-Au2-As2-Sb-Hg-Ba-Sr，并認為熱液成礦作用過程是一個沉淀作用的過程，由于各種礦物結晶溫度不同，因而造成了元素的沉淀分帶。礦床原生暈是在礦石結晶沉淀過程中與礦體同時形成的。礦床原生分帶的元素分帶與礦石原生分帶應具有一致性。

3 黃溝鈾礦床垂向分帶模型的建立

3.1 剖面取樣分析

黃溝鈾礦床礦體走向大多在NE66°～90°，傾向SE，傾角20°～60°，主要礦體集中在標高100～260m，且均為隱伏盲礦體，賦存于重熔混合巖異常增厚部位以及重熔混合巖和鉀長花崗巖過渡帶的NEE向剪切裂隙中，自北西向南東呈雁行式排列。

筆者在黃溝鈾礦床選取典型剖面N5、W3、N8中的4個鉆孔ZKN5-0、ZKW3-0-1、ZKN8-0、ZKN8-1進行取樣分析(圖2)，這4個鉆孔分別在紅色混合花崗巖、重熔混合巖、石英巖和石榴二云片巖中開孔，見礦巖性均為重熔混合巖，且見礦標高由西向東逐漸增高，在26～300m空間內分布，控制了整個礦體的頭部、中部和尾部。分析方法采用ICP-MS，對44種微量元素進行分析(表1)。

表1 黃溝鈾礦床微量元素及氧化鐵取樣分析記錄表

圖2 黃溝鈾礦床鉆孔取樣平面圖Fig.2 Distribution map of sampling drilling in Huanggou uranium deposit

圖3 元素聚類分析樹狀圖Fig.3 Cluster analysis column of elements

3.2 指示性元素的確定

對ZKN5-0鉆孔樣品數據進行一致性分析，發(fā)現Th、Y與U關系最為密切，R2>0.9；Cu、Pb與U關系較密切，R2>0.8；Ce、Ag、Sr與U關系密切，R2>0.7。

對ZKW3-0-1、ZKN8-0鉆孔樣品數據進行聚類分析，結果顯示V和Y與U的峰值對應最好，關系最為明顯。

圖3是元素聚類分析結果，從中可以看出，在85%水平上，U、V、Y等3個元素是一類，代表了成礦的元素組合。Al、Ce、La、Sc、Th、Ti、Be等7個元素代表了弱的La和Th的礦化組合，也分別代表了綠泥石化和水云母化的蝕變組合。

由掃描電鏡SEI線掃描結果(圖4)可見，鈾、鈣、鈦、銀、鉑等元素疊加。

ZKW3-0-1工業(yè)礦段的掃描電鏡研究結果同時也表明Y與U密切相關，當含有Y的礦物存在時，其周圍必然有鈾礦物(圖5)。釔礦物中Y的含量為16.340%～22.386%，釔礦物是以氧化物的形式存在(圖6)，其周圍的鈾礦物中，U含量為7.779%～10.190%。

綜合幾種方法的分析結果，結合國內花崗巖型鈾礦常見的指示性元素，筆者選擇U、Th、Y、V、Cu、Pb、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga等13種元素作為黃溝鈾礦床的指示性元素。

圖4 掃描電鏡SEI線圖Fig.4 SEI profile of elements

圖5 掃描電鏡下釔礦物和鈾礦物分布特征圖Fig.5 Yttrium mineral and uranium mineral under SEI

圖6 釔礦物EDS能譜圖Fig.6 EDS energy spectrum of yttrium mineral

3.3 垂向分帶模型

ZKN8-1號鉆孔的蝕變及礦化情況較好，礦體集中在標高245m附近，因此取樣標高定在200～330m，基本上控制了整個礦體的頭部、中部和尾部。將ZKN8-1的18個樣品按采樣深度劃分為4個中段：第Ⅰ中段，樣品H1～H5；第Ⅱ中段，樣品H6～H9；第Ⅲ中段，樣品H10～H13；第Ⅳ中段，樣品H14～H18。分別計算各中段原生暈的線金屬量(表2)。

將原生暈的線金屬量標準化(表3)，其中Ti的線金屬量具有最大的同一量值，標準化系數等于1，其余元素標準化系數等于Ti與該元素最大量級之差，即U的標準化系數為10(0.633～6.33)，Be的標準化系數為100(0.015～1.5)。

根據原生暈的線金屬量標準化值計算分帶指數，方法是用礦床某中段某元素的線金屬量標準化值除以礦床某中段指示性元素線金屬量標準化值的總和。它定量的反映了元素在每一個中段的相對聚集程度(表4)。

按分帶指數計算結果，可以建立這樣一個序列(由上至下)：(Y、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga)→Th→(U、V)→(Cu、Pb)。

表2 原生暈的線金屬量(wt%·m)

表3 原生暈線金屬量標準化值

表4 原生暈不同中段指示性元素的分帶指數

為了進一步搞清分帶指數最大值處于同一中段的元素在分帶序列中的確切位置，筆者用分帶指數值在垂向上的變化指數(Iv)來估計，規(guī)律是最上中段的Iv大者排前，小者排后；最下中段則相反，Iv小者排前，大者排后；若最大值處于上下中段之間的某一中段，則用分帶指數變化梯度(△Iv=Iv上-Iv下)來確定他們的相對位置，△Iv大者排后，小者排前(表5)。

表5 Iv指數相對大小

根據Iv指數，確定黃溝鈾礦床原生暈指示性元素的分帶序列為(自上而下)W→Zn→Mo→Ga→(Y、Ce)→Ti→Be→Th→V→U→Pb→Cu。結合鈾礦體的空間分布關系得到：Y、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga為前緣元素，Th、U、V為近礦元素，Cu、Pb為尾部元素。

鑒于黃溝鈾礦床成礦元素單一，為單鈾型，成礦期次僅為1期，而浪子山組片巖層對礦體賦存又起到了較好的封閉條件，因此通過對典型鉆孔取樣分析，確定礦床的指示性元素，運用C.B.格里戈良分帶性指數法，可以建立該鈾礦床的原生暈垂向分帶模型(圖7)。

圖7 黃溝鈾礦床原生暈垂向分帶模型(據李 惠等，1996修改)Fig.7 Ideal model of primary halo in Huanggou uranium deposit

4 結論

黃溝鈾礦床典型鉆孔取樣分析發(fā)現，其Th、V、Y等元素與U關系最為密切。通過聚類分析、一致性分析和掃描電鏡等方法，并結合國內花崗巖型鈾礦指示元素，筆者選擇U、Th、Y、V、Cu、Pb、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga等13種元素作為該鈾礦床的指示元素；確定黃溝鈾礦床原生暈指示元素分帶序列(自上而下)為：W→Zn→Mo→Ga→(Y、Ce)→Ti→Be→Th→V→U→Pb→Cu，從而建立了礦床的原生暈垂向分帶模型，即Y、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga為前緣元素，Th、U、V為近礦元素，Cu、Pb為尾部元素。

[1]劉崇民.金屬礦床原生暈研究進展[J].地質學報，2006，20(10)：1528-1538.

[2]謝學錦,陳洪才.原生暈方法在普查勘查中的應用[J].地質學報，1961，4:261-272.

[3]謝學錦,邵 躍.地球化學巖石測量方法與推斷解釋方法[J].物化探研究報導，1965，5.

[4]謝學錦.區(qū)域化探[M].北京:地質出版社,1979.

[5]吳承烈.斑巖銅鉬礦地球化學異常特征與評價的初步研究[J].物探與化探，1978,2(3):1-5.

[6]吳承烈.建立礦產地球化學模型-模式系統(tǒng)[J].物探與化探，1993,17(3):161-165.

[7]吳承烈,徐外生,劉崇民.中國主要類型銅礦床勘查地球化學模型[M].北京:地質出版社,1998.

[8]邵 躍.遼寧某鉛鋅礦區(qū)原生暈的研究[J].地球物理勘探，1959,(12):12-18.

[9]邵 躍,古平等,羌榮生.運用地球化學方法尋找鐵礦床的研究[A].張本仁.勘查地球物理勘查地球化學文集(第2集)[C].北京:地質出版社,1985,301-354.

[10]邵 躍.熱液礦床巖石測量(原生暈法)找礦[M].北京:地質出版社,1997.

[11]李 惠,張國義,禹 斌.金礦區(qū)深部盲礦預測的構造疊加暈模型及找礦效果[M].北京:地質出版社,2006.

[12]葉慶森.指示元素垂向分帶序列計算方法評述[J].物探化探計算技術，2014，3(36)：336-341.

[13]莊廷新，等.連山關地區(qū)前寒武紀構造演化特征及與鈾礦化的關系[C].核工業(yè)240研究所，2009.

[14]葉慶森，等.原生暈垂向分帶模型找礦法及其在鈾礦勘查中的應用[J].鈾礦地質，2014，2(30)：117-121.

DOI：10.3969/j.issn.1000-0658.2015.05.005

(核工業(yè)240研究所，遼寧 沈陽 110032)

Vertical Zonation Model of Original Halo in Huanggou Uranium Deposit

WU Di, LIU Xiao-dong, TIAN Li

(ResearchInstituteNo.240,CNNC,Shenyang,Liaoning110032,China)

The prospecting method by primary halos was briefly introduced and used in Huanggou uranium deposits in Lianshanguan area for the first time.By chosing representative cross sections for sampling analysis, 13 elements were selected as the indicator to the deposit. According to C.B. Grigoryan Zonality index method, the ideal element indicator model of original hola was established for Huanggou deposit which was regarded as the guide and reference role in the prediction of geochemical anomalies in buried ore bodies and prospecting target area.

original halo; indicator elements; ideal model; Huanggou uranium deposit

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.05.004

2014-10-09 [改回日期]2015-01-15

吳 迪(1987—)，男，畢業(yè)于東北大學礦產普查與勘探專業(yè)，獲碩士學位。E-mail：wudi.1114@163.com

1000-0658(2015)05-0502-08

P612

A