黄沟铀矿床原生晕垂向分带模型

吴 迪，刘晓东，田 立



黄沟铀矿床原生晕垂向分带模型

吴 迪，刘晓东，田 立

文章简要介绍了原生晕地球化学找矿方法，并将其应用到连山关地区，重点对黄沟铀矿床进行研究。通过选取典型剖面进行取样分析，确定13种元素作为该矿床的指示性元素，根据C.B.格里戈良分带性指数法建立了黄沟铀矿床原生晕指示性元素分带模型。期望对全区利用化探异常进行隐伏矿体预测和优选找矿有利靶区起到指导或借鉴作用。

原生晕；指示性元素；理想模型；黄沟铀矿床

连山关地区铀矿找矿工作已有50余年历史，随着勘探活动的深入，地表矿、浅部矿已基本被查明，勘查重点转入深部，“攻深找盲”已成为当前找矿工作的主题。黄沟铀矿床为近几年新发现的小型铀矿床，通过对矿床开展原生晕地球化学测量，其垂向上的元素富集规律已大致查明，可据此建立矿床的原生晕垂向分带模型，进而对全区化探异常进行隐伏矿体预测。

上世纪50年代，苏联学者C.B.格里戈良提出了原生晕垂向分带找矿方法，已成为寻找隐伏矿床最主要的地球化学方法之一。该方法在寻找铜、铅、锌、金、银、钨、钼等盲矿方面发挥了巨大的作用，预测深部盲矿体成功率达84%以上[1]。我国原生晕的研究工作始于20世纪50～60年代，谢学锦、吴承烈、邵跃、李惠等做了大量的科学研究和找矿应用工作，取得了显著的效果，在金属矿床原生晕研究成果的基础上，建立了热液型金属矿床的原生晕模型，制定了金属矿床地球化学岩石勘查工作方法和解释推断方法[2-11]。核工业学者叶庆森等将原生晕垂向分带找矿模型应用于铀矿找矿上，在计算和确定矿床原生晕指示性元素垂向分带序列上也有一定研究，并对多种计算方法进行评述[12]。

1 黄沟铀矿床概况

黄沟铀矿床位于辽东古裂谷北缘连山关短轴穹状复式背斜的南翼西段(图1)。该复式背斜轴向NW，核部为晚太古代连山关钾质混合花岗杂岩体，翼部为下元古界辽河群沉积变质岩系所覆。矿床产于辽河群浪子山组和钾长花岗岩接触带内带，赋矿围岩主要是碎裂重熔混合岩。矿床内构造主要有3种：(1)NW向大型韧性剪切带，为主要的控矿构造；(2)NEE-EW向次级裂隙，为富铀矿体的定位空间；(3)NE向断裂，属晚期破矿构造。

总结矿床成因，认为本区铀矿化类型属于与大型韧性剪切作用有关的构造-重熔混合型，铀矿化系在富铀花岗岩(提供铀源)、大型韧性剪切活动(提供成矿动力及热液运移通道)、动态重熔混合作用(形成富铀流体)及韧性剪切晚期脆性裂隙系统的综合作用下形成[13]。

图1 连山关地区铀矿地质简图Fig.1 Regional geological sketch of Lianshanguan area

2 原生晕找矿方法简介

2.1 基本原理

内生多金属矿床由于其成矿热液处于高温、高压状态，成矿元素向周围空间有渗透作用，这种渗透作用的强弱取决于成矿溶液的性质、压力、浓度和围岩的岩性及构造条件，往往在矿体的周围空间形成封闭的元素分布圈，即所谓矿体的原生晕。在原生晕中，元素的分布是有一定顺序的，即具有分带性。这种分带性表现为垂向分带和水平分带，而且元素的分带和矿物的分带又常是相对应的。因此，研究成矿元素或矿物在空间上的分带序列，对了解矿床类型、研究矿床的地球化学特点、划分化探元素组合异常、确定远近程元素和寻找盲矿体等都具有实际意义。

原生晕垂向分带模型找矿法是通过发现、研究并应用基岩中原生晕指示性元素垂向分带规律，建立指示性元素垂向分带模型并进行原生晕找矿或延伸到次生晕找矿的勘查地球化学方法[14]。

2.2 计算方法选择

根据各种计算方法的适用范围，结合黄沟铀矿床的地质条件，笔者选择了矿体元素浓度梯度分带性指数法进行计算。该计算方法是由苏联学者C.B.格里戈良提出的。

分带性指数法的实质是依据各指示性元素最大值所处的不同空间位置，通过计算在一定水平截面上某一元素金属量与所有指示性元素金属量总和之比值，确定矿体元素浓度梯度分带序列。

2.3 分带序列研究进展

C.B.格里戈良等(1975)根据苏联200多个不同类型热液金属矿床原生晕研究，通过元素原生地球化学晕的成分和在矿体的空间分布规律，总结了热液矿床元素分带序列，从上至下为W-Be-As-Sn1-U-Mo-Co-Ni-Bi-Cu1-Au-Sn2-Zn-Pb-Ag--Cd-Cu2-Sb-Hg-Ba-Sr，认为矿床或矿体的原生地球化学晕是在成矿过程中由于元素的带入、带出或重新分布而形成的一系列化学元素富集或贫化的近矿地带。

根据我国矿床元素地球化学分布特点，邵跃(1977)对格里戈良确定的矿床原生晕指示性元素垂向分带序列进行了修改、补充和完善，将该序列自下而上定义为：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，并认为热液成矿作用过程是一个沉淀作用的过程，由于各种矿物结晶温度不同，因而造成了元素的沉淀分带。矿床原生晕是在矿石结晶沉淀过程中与矿体同时形成的。矿床原生分带的元素分带与矿石原生分带应具有一致性。

3 黄沟铀矿床垂向分带模型的建立

3.1 剖面取样分析

黄沟铀矿床矿体走向大多在NE66°～90°，倾向SE，倾角20°～60°，主要矿体集中在标高100～260m，且均为隐伏盲矿体，赋存于重熔混合岩异常增厚部位以及重熔混合岩和钾长花岗岩过渡带的NEE向剪切裂隙中，自北西向南东呈雁行式排列。

笔者在黄沟铀矿床选取典型剖面N5、W3、N8中的4个钻孔ZKN5-0、ZKW3-0-1、ZKN8-0、ZKN8-1进行取样分析(图2)，这4个钻孔分别在红色混合花岗岩、重熔混合岩、石英岩和石榴二云片岩中开孔，见矿岩性均为重熔混合岩，且见矿标高由西向东逐渐增高，在26～300m空间内分布，控制了整个矿体的头部、中部和尾部。分析方法采用ICP-MS，对44种微量元素进行分析(表1)。

表1 黄沟铀矿床微量元素及氧化铁取样分析记录表

图2 黄沟铀矿床钻孔取样平面图Fig.2 Distribution map of sampling drilling in Huanggou uranium deposit

图3 元素聚类分析树状图Fig.3 Cluster analysis column of elements

3.2 指示性元素的确定

对ZKN5-0钻孔样品数据进行一致性分析，发现Th、Y与U关系最为密切，R2>0.9；Cu、Pb与U关系较密切，R2>0.8；Ce、Ag、Sr与U关系密切，R2>0.7。

对ZKW3-0-1、ZKN8-0钻孔样品数据进行聚类分析，结果显示V和Y与U的峰值对应最好，关系最为明显。

图3是元素聚类分析结果，从中可以看出，在85%水平上，U、V、Y等3个元素是一类，代表了成矿的元素组合。Al、Ce、La、Sc、Th、Ti、Be等7个元素代表了弱的La和Th的矿化组合，也分别代表了绿泥石化和水云母化的蚀变组合。

由扫描电镜SEI线扫描结果(图4)可见，铀、钙、钛、银、铂等元素叠加。

ZKW3-0-1工业矿段的扫描电镜研究结果同时也表明Y与U密切相关，当含有Y的矿物存在时，其周围必然有铀矿物(图5)。钇矿物中Y的含量为16.340%～22.386%，钇矿物是以氧化物的形式存在(图6)，其周围的铀矿物中，U含量为7.779%～10.190%。

综合几种方法的分析结果，结合国内花岗岩型铀矿常见的指示性元素，笔者选择U、Th、Y、V、Cu、Pb、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga等13种元素作为黄沟铀矿床的指示性元素。

图4 扫描电镜SEI线图Fig.4 SEI profile of elements

图5 扫描电镜下钇矿物和铀矿物分布特征图Fig.5 Yttrium mineral and uranium mineral under SEI

图6 钇矿物EDS能谱图Fig.6 EDS energy spectrum of yttrium mineral

3.3 垂向分带模型

ZKN8-1号钻孔的蚀变及矿化情况较好，矿体集中在标高245m附近，因此取样标高定在200～330m，基本上控制了整个矿体的头部、中部和尾部。将ZKN8-1的18个样品按采样深度划分为4个中段：第Ⅰ中段，样品H1～H5；第Ⅱ中段，样品H6～H9；第Ⅲ中段，样品H10～H13；第Ⅳ中段，样品H14～H18。分别计算各中段原生晕的线金属量(表2)。

将原生晕的线金属量标准化(表3)，其中Ti的线金属量具有最大的同一量值，标准化系数等于1，其余元素标准化系数等于Ti与该元素最大量级之差，即U的标准化系数为10(0.633～6.33)，Be的标准化系数为100(0.015～1.5)。

根据原生晕的线金属量标准化值计算分带指数，方法是用矿床某中段某元素的线金属量标准化值除以矿床某中段指示性元素线金属量标准化值的总和。它定量的反映了元素在每一个中段的相对聚集程度(表4)。

按分带指数计算结果，可以建立这样一个序列(由上至下)：(Y、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga)→Th→(U、V)→(Cu、Pb)。

表2 原生晕的线金属量(wt%·m)

表3 原生晕线金属量标准化值

表4 原生晕不同中段指示性元素的分带指数

为了进一步搞清分带指数最大值处于同一中段的元素在分带序列中的确切位置，笔者用分带指数值在垂向上的变化指数(Iv)来估计，规律是最上中段的Iv大者排前，小者排后；最下中段则相反，Iv小者排前，大者排后；若最大值处于上下中段之间的某一中段，则用分带指数变化梯度(△Iv=Iv上-Iv下)来确定他们的相对位置，△Iv大者排后，小者排前(表5)。

表5 Iv指数相对大小

根据Iv指数，确定黄沟铀矿床原生晕指示性元素的分带序列为(自上而下)W→Zn→Mo→Ga→(Y、Ce)→Ti→Be→Th→V→U→Pb→Cu。结合铀矿体的空间分布关系得到：Y、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga为前缘元素，Th、U、V为近矿元素，Cu、Pb为尾部元素。

鉴于黄沟铀矿床成矿元素单一，为单铀型，成矿期次仅为1期，而浪子山组片岩层对矿体赋存又起到了较好的封闭条件，因此通过对典型钻孔取样分析，确定矿床的指示性元素，运用C.B.格里戈良分带性指数法，可以建立该铀矿床的原生晕垂向分带模型(图7)。

图7 黄沟铀矿床原生晕垂向分带模型(据李 惠等，1996修改)Fig.7 Ideal model of primary halo in Huanggou uranium deposit

4 结论

黄沟铀矿床典型钻孔取样分析发现，其Th、V、Y等元素与U关系最为密切。通过聚类分析、一致性分析和扫描电镜等方法，并结合国内花岗岩型铀矿指示元素，笔者选择U、Th、Y、V、Cu、Pb、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga等13种元素作为该铀矿床的指示元素；确定黄沟铀矿床原生晕指示元素分带序列(自上而下)为：W→Zn→Mo→Ga→(Y、Ce)→Ti→Be→Th→V→U→Pb→Cu，从而建立了矿床的原生晕垂向分带模型，即Y、Zn、Ce、W、Ti、Mo、Be、Ga为前缘元素，Th、U、V为近矿元素，Cu、Pb为尾部元素。

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DOI：10.3969/j.issn.1000-0658.2015.05.005

(核工业240研究所，辽宁 沈阳 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

吴 迪(1987—)，男，毕业于东北大学矿产普查与勘探专业，获硕士学位。E-mail：wudi.1114@163.com

1000-0658(2015)05-0502-08

P612

A