丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿区放射性水文地球化学特征及找矿效果

冯张生

（陕西省核工业地质局224大队，陕西 西安，710024）

丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿区放射性水文地球化学特征及找矿效果

冯张生

（陕西省核工业地质局224大队，陕西 西安，710024）

放射性水文地球化学找矿以其快速、简便、经济和高效的优点在丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿勘查的各个阶段发挥了重要作用，浅层地下水放射性异常晕与含矿黑云母花岗伟晶岩分布范围一致，可用于圈定铀成矿远景区、普查区和详查区。近矿中深层地下水具有高U-Rn放射性水文地球化学特征，通过工程放射性水文地球化学找矿，可预测盲矿体大致位置，指导揭露工程布置。

放射性水文地球化学；找矿效果；花岗伟晶岩

1 地质特征

1.1 丹凤地区花岗伟晶岩铀矿区概况

丹凤地区花岗伟晶岩铀矿区是指北秦岭加里东褶皱带东段分水岭断裂和蔡川断裂夹持区中的陈家庄—光石沟花岗伟晶岩型铀矿集中区，通过核工业地质单位从20世纪60年代至今的铀矿找矿工作，已找到花岗伟晶岩型铀矿床3个、铀矿点5个（图1）。

图1 丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿区地质略图Fig.1 Geological schematic map of grano-pegmatite type uranium mine in Danfeng area

1.2 地质概况

该区出露地层是古元古界秦岭群，岩性以黑云斜长片麻岩为主，其中秦岭群第3岩性段属于富铀层。

褶皱构造主要是留仙坪—峦庄复背斜，次级褶皱构造核部控制了岩浆岩的产出，次级褶皱构造两翼控制了岩脉产出。断裂构造主要是WN—ES向展布的峦庄断裂，属于矿后断裂，与矿化关系不大（图1）。

岩浆岩是加里东期重融花岗岩体及其内、外接触带分布的花岗伟晶岩脉，花岗伟晶岩脉具有分带性，以各自的母岩为中心，依次为黑云母花岗伟晶岩、二云母花岗伟晶岩和白云母花岗伟晶岩，黑云母花岗伟晶岩是该区铀矿化主岩。

1.3 铀矿化概况

该区内铀矿化类型是花岗伟晶岩型铀矿，铀矿化主要赋存于黑云母花岗伟晶岩脉中，矿体严格受黑云母花岗伟晶岩脉控制，产状与岩脉基本一致，围岩为黑云母花岗伟晶岩及秦岭群片麻岩，矿体埋深大于20 m。

铀矿物主要是晶质铀矿，化学式为27.6 （U·Th）O25.5 UO3·2.3 PbO，分子式为［（U4＋·Th）0.852·U6＋0.148］O2.148。 属 于 UO2质量 分数高， UO3质量分数低， w（UO2）/w（UO3）比值大，含氧系数低，Th与稀土元素质量分数中等偏低的晶质铀矿。

主要含铀矿物是锆石、独居石和磷灰石，表生带偶见硅钙铀矿、铀黑等次生铀矿及含铀赤铁矿。

2 放射性水文地球化学特征

2.1 自然地理条件

丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿区位于秦岭南坡，气候属于北亚热带半湿润山地气候，地貌类型属于中低—中山区，地形切割强烈，植被覆盖面积80%以上。大气降水丰沛，浅层地下水交替强烈，径流途径短，水中富含CO2。

2.2 水文地质分区及放射性水文地质分区

丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿区水文地质分区属于陕南山地水文地质区低山-中山基岩裂隙水亚区（Ⅲ1-Ⅲ2），在区域水文地质单元中为补给区及径流区［1-2］。

丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿区属于亚热带湿润气候，地下水补源主要为大气降水，是放射性元素迁移和冲淡作用明显的低质量浓度（n×10-7g·L-1）放射性水文地质区（Ⅱ）。

2.3 各地质体中铀、钍质量分数

各地质体铀、钍地球化学特征差异较大，以光石沟铀矿区为例，含矿主岩含铀黑云母花岗伟晶岩铀质量分数最高，是其他地质体的6.7～14.7倍，具有铀质量分数高、钍铀比值低的特点（表1）。

表1 光石沟地区各地质体铀、钍丰度Table 1 Uranium and thorium contents of all geological bodies in Guangshigou area

2.4 岩层富水性及地下水类型

第四系沟沿谷分布，范围很小，泉水流量为0.01～0.039 L·s-1，属于富水层，地下水类型为潜水。

矿区大面积分布的秦岭群片麻岩类变质岩及加里东期花岗岩体，岩石结构致密，坚硬完整，裂隙不发育，泉水流量大多小于0.001 L·s-1， 属于隔水层。

花岗伟晶岩脉接触带部位微裂隙发育较弱，浅部钻孔单位涌水量为0.015～0.054 L·（s·m）-1， 300 m 以下钻孔单位涌水量为 0.000 5 L·（s·m）-1， 弱富水， 是矿区内主要富水层，地下水类型以潜水为主，局部地段为承压水。

构造破碎带大部分地段单位涌水量小于0.001 L·（s·m）-1，属于隔水层， 局部断层角砾胶结较差地段泉水流量大于0.01 L·s-1，弱富水，地下水类型为潜水。

2.5 水文地球化学分带及特征

矿区0～10 m为氧化带，10～20 m为氧化还原带，20 m以下属于还原带。依据矿区放射性水文地球化学环境分带表（表2），氧化带类型属于中性氧化环境，氧化还原带类型属于由中性氧化环境发展而来的，还原环境类型为正常还原环境［3］。各分带放射性水文地球化学带特征见表2。

表2 矿区放射性水文地球化学环境分带表Table 2 Zoning of radioactive hydrochemistry in the ore district

2.6 铀在地下水中的迁移特征

晶质铀矿转入地下水中的反应式如下：

铀在地下水中以［UO2（CO3）3］2-络合物形式存在及迁移， ［UO2（CO3）3］2-络合物部分在浅层地下水向深部径流形成了中深部放射性地下水，部分流出地表形成放射性泉水，最终流入地表水中被稀释。

2.7 铀的水迁移强度

由于铀矿体一般赋存于地表20 m以下，矿区地表20 m以下含水层水文地球化学分带是还原带；晶质铀矿只有在Eh≥326 mV、pH值为 6.5～7.8、 HCO3—Ca（Mg）型水中才能溶解、迁移。该地区Eh≥326 mV地下水只有氧化带，但是氧化带发育深度小于20 m，因此，该地区地下水对晶质铀矿溶解度很低，铀的水迁移强度较小［4］。

3 放射性水文地球化学找矿效果

3.1 浅层放射性水异常

3.1.1 浅层水异常特征

放射性水异常明显受岩性控制：变质岩类及花岗岩地下水U、Rn含量在本底范围，二云母花岗伟晶岩分布区地下水中U、Rn质量分数以偏高、增高值为主，放射性水异常晕主要沿含铀黑云母花岗伟晶岩脉展布，水异常类型主要包括U、Rn和U-Rn水异常，其他特征见表3。放射性水异常与活性炭及γ等物探异常吻合性较好（图2）。

表3 浅层矿致水化异常特征表Table 3 Hydrochemical anomalies features caused by the shallow strata

3.1.2 浅层水异常成因

图2 商南县小花岔铀矿点综合成矿略图Fig.2 Comprehensive metallogenic sketch of Xiaohuacha uranium occurrence in Shangnan County

U 水异常是 HCO3—Ca（Mg、Na）型水沿岩石裂隙运移过程中沿途溶解片麻岩类、花岗岩和花岗伟晶岩中的次生铀矿物，原生晶质铀矿物与含铀矿物中的铀元素形成的，具有累积性、多源性，从找矿角度分析，仅有铀矿化体中的晶质铀矿形成的U水异常才具有找矿指示意义。Rn水异常是地下水沿裂隙运移过程（沿途富集岩石）中铀矿物衰变形成的氡子体逐步累积形成的，但是氡子体具有扩散性，在向地下水中富集的同时，还具有向地下水以外的空间扩散的特点，在该区仅有含铀黑云母花岗岩脉中存在铀矿（化）体时才能形成高浓度的Rn水异常，因此，高浓度的Rn水异常是近矿标志。U-Rn水异常只有具备形成U水异常、Rn水异常共同条件时才能形成，因此，U-Rn水异常是近矿标志。多年经验是：U-Rn水异常距离铀矿体的距离一般是水平距离为30～70 m、垂深为50～100 m；氡水异常找矿效果较铀水异常明显，尤其是高浓度的氡水异常。

3.1.3 找矿效果

以小花岔铀矿点为例［5］，放射性水化异常晕与黑云母花岗伟晶岩展布方向一致、分布范围吻合，与活性炭异常晕吻合，水异常类型为U-Rn水异常、Rn水异常和 U水异常（表4），地表及浅部稀疏揭露后，共发现矿体4个、矿化体1个、异常体4个，矿化向深部变好，证实小花岔地区具有很好的找矿前景，找矿效果很好。

表4 小花岔铀矿点异常晕特征Table 4 Anomalies halo features of Xiaohuacha uranium occurrence

3.2 中深层放射性水异常

3.2.1 中深层放射性水异常特征

据揭露工程放射性水化找矿成果，中深层地下U、Rn质量分数较浅层地下水有增高（表 5）， 异常类型为 U-Rn 异常［6］。

表5 中深层矿致水化异常特征表Table 5 Hydrochemical anomalies features caused by the middle and deep strata

3.2.2 中深层水异常成因

浅层放射性水向深部径流过程中溶解晶质铀矿，其中深部水交替作用缓慢，进而逐步累积形成了深层放射性地下水。

3.2.3 中深层放射性水化异常找矿效果

光石沟铀矿床KD2坑道CM-14号穿脉内发现下降泉水中铀质量浓度为4.5×10-4g·L-1、Rn活度浓度为104 09 Bq·L-1，属高U-Rn水异常，但是该穿脉未见矿，经过定源定位分析，认为这种高U-Rn水异常是泉点上游富矿体形成，经ZK701孔钻探揭露，在该泉上游100 m处见到品位为0.11%、厚度为5.11 m的富矿段，充分证实了深层放射性水化异常良好的找矿效果。

4 结 论

（1）丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿区放射性水文地球化学特征明显受岩性控制：变质岩类及花岗岩地下水U、Rn元素质量分数本底范围，放射性水异常晕沿含铀黑云母花岗伟晶岩脉展布，放射性水异常与活性炭等物探异常吻合性较好，这是该区开展放射性水化找矿取得较好效果的基础。

（2）丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿区属于中低-中山区，山高林密，交通不便，开展放射性水化找矿，具有快速、简便、经济和高效等优点。

（3）铀矿区调-普查阶段，可利用浅层地下水放射性水文地球化学异常圈定铀成矿远景区、普查区和详查区。普查-勘探阶段，利用中深层地下水放射性水文地球化学特征，通过坑道及钻孔等放射性水化找矿技术手段，采用定源定位分析方法预测盲矿体位置，为揭露工程布置提供依据。

［1］高万林.放射性水文地球化学找矿［M］.北京：原子能出版社，1980.

［2］叶政祥.铀成矿作用水文地球化学研究［R］.北京：中国核工业地质局，1982.

［3］蔺 壁.放射性水异常揭露评价实例汇编［M］.北京：原子能出版社，1983.

［4］罗忠旭，沙亚洲，张展适，等.丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿富集规律及成矿远景预测研究报告［R］.北京：中国核工业地质局，2008.

［5］陈晓国，许寻会，杨安林，等.陕西省商南县小花岔地区铀矿普查报告［R］.西安：陕西省核工业地质局224大队，1992.

［6］张景平，张贵金，向 东，等.陕西省商南县光石沟铀矿床普查报告［R］.西安：陕西省核工业地质局224大队，1992.

Hydrogeochemical radioactive features and prospecting in granopegmatite type uranium ore district in Danfeng area

FENG Zhang-sheng
（Geological Party No.224， Shaanxi Nuclear Geology Bureau， Xi’an，Shaanxi 710024， China）

Hydrochemical radioactive prospecting plays an important role in the all stages of granopegmatite type uranium deposit exploration in Danfeng area dut to its fast， simple， economic and high effective advantage.Radioactive anomalous halo in the shallow underground water has identical distribution scopes with the ore-bearing biotite granite-pegmatite，which can be used to delineate uranium ore-forming prospective area，reconnaissance area and detailed prospecting area.Deep underground water close to the ore is characterized by hydrogeochemical radioactive features with high uranium and radon content.Through prospecting engineering of radioactive hydrogeochemical，the situation of blind ore bodies can be used to guide the layout.

radioactive hydrochemistry； prospecting； granopegmatite

P619.14；P598；P592

A

1672-0636（2011）02-0079-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2011.02.003

2010-04-13

冯张生（1972—），男，甘肃西和人，工程师，长期从事花岗伟晶岩型铀矿勘查工作。E-mail:gafzs@qq.com