粤北棉花坑铀矿床原生晕地球化学特征与深部找矿预测标志

庞雅庆，徐文雄，匡正平，高 飞，伏顺成，付宏宁

(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290研究所，广东 韶关 512026；3.中核韶关锦原铀业有限责任公司，广东 韶关 512027)



粤北棉花坑铀矿床原生晕地球化学特征与深部找矿预测标志

庞雅庆1，徐文雄2，匡正平3，高 飞1，伏顺成2，付宏宁3

(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290研究所，广东 韶关 512026；3.中核韶关锦原铀业有限责任公司，广东 韶关 512027)

本文以原生晕垂向分带理论为指导，运用多元统计方法对棉花坑铀矿床9号脉垂向上原生晕特征进行研究，查明成矿及伴生元素组合特征，建立元素垂向分带序列。结果表明，U、W、HREE、Pb为棉花坑铀矿床主要成矿元素，矿头晕以Cu、Zn、Ni为主，矿尾晕以Sr、Ba、Bi为主。通过对棉花坑铀矿床原生晕特征的综合分析，指出了该矿床-480 m以下仍具有很大找矿潜力，并总结了热液型铀矿深部成矿预测标志。

原生晕；垂向分带；预测标志；棉花坑铀矿床

棉花坑铀矿床位于广东省仁化县，是我国单个矿床规模最大和矿体延伸最大的花岗岩型铀矿之一[1]。本文通过对棉花坑铀矿床不同中段蚀变样品进行系统的原生晕地球化学研究，重点剖析成矿元素及重要伴生元素，总结原生晕垂向分带序列，为该区寻找和勘查花岗岩型热液铀矿隐伏矿体提供可靠的地球化学依据。

1 区域地质概况

棉花坑铀矿床区域上位于闽赣后加里东隆起与湘桂粤北海西-印支坳陷的结合部位，处于诸广山复式花岗岩体南部长江矿田中部。

矿区围岩主要为印支期油洞岩体中粒似斑状二云母花岗岩和燕山早期长江岩体中粒黑云母花岗岩，晚期见中基性岩脉侵入。矿区内主要构造带为NE向棉花坑断裂、NW向油洞断裂和NNW向构造蚀变带(图1)。铀矿化受NNW构造蚀变带控制，主要产于9号、8号、7号、8-1号等构造蚀变带内，其中9号带规模最大，矿化最好。

铀矿体主要呈脉状、扁豆状或透镜状，形态较稳定，多呈盲矿体隐伏于构造蚀变带中。矿体走向NNW，倾向SW，倾角73°～90°。

图1 棉花坑铀矿床地质构造略图[1]Fig.1 Geological structure sketch of Mianhuakeng uranium deposit

铀矿体具有垂幅大的特点，达1000多米[2]。500～-650 m有铀矿体产出，其中250～-100 m为主要矿化富集地段。矿石类型主要为含沥青铀矿蚀变碎裂花岗岩和含沥青铀矿硅化碎裂岩型。铀矿物以沥青铀矿为主，呈短细脉状、团块状、星点状产出；伴生的金属矿物主要为黄铁矿、赤铁矿，其次为方铅矿和黄铜矿；伴生的脉石矿物有石英、方解石及萤石等。矿物共生组合主要为棕红色微晶石英-赤铁矿-沥青铀矿组合、浅灰色微晶石英-方解石-黄铁矿-沥青铀矿组合。

矿区围岩蚀变发育，其中中低温热液蚀变有硅化、水云母化、赤铁矿化、黄铁矿化、萤石化、绿泥石化、碳酸盐化、高岭石化等。与铀成矿关系密切的蚀变主要是硅化、赤铁矿化、黄铁矿化及紫黑色萤石化，受NNW向断裂构造控制，围岩蚀变具有显著的水平分带性，从矿化中心至围岩依次为硅化-赤铁矿化带、赤铁矿化-硅化-黏土化带、赤铁矿化-硅化-黏土化-碳酸盐化带、黏土化-碳酸盐化带、黏土化-碳酸盐化带和正常花岗岩[3]。

2 原生晕特征分析

考虑到本次研究主要为预测9号主矿脉深部的成矿潜力，因此主要选择9号主矿脉不同中段穿脉进行取样。在充分考虑矿体的空间展布情况的基础上，系统采集了棉花坑铀矿床6个中段、2个钻孔的189件样品，开展原生晕特征分析。

2.1 不同中段微量元素的含量变化特征

棉花坑铀矿床为中低温热液型铀矿床，根据热液铀矿元素共生组合关系，并结合矿床蚀变分带研究成果，选取Cu、Pb、Zn、Sb、Ba、Bi、Cd、Ni、U、W、HREE、Rb、Mo、Sr作为分析该矿床原生晕分带的指示元素[3]。

对棉花坑铀矿床从300～-480 m中段蚀变岩石的微量元素分析后发现以下特点(表1)。

(1)主成矿元素U及伴生元素Pb、Bi含量具有低→高→低→再升高的变化特征，并形成了两个浓集区段，其中U、Pb在-100 m中段和-480 m中段，Bi在100 m中段和-480 m中段，而且后者的富集程度更高。

(2)伴生元素Ni、Cu、Zn、Rb的含量总体逐渐降低，其中Ni含量在0 m中段、-310 m中段，Cu含量在-100 m中段、-310 m中段，Zn、Rb含量在-310 m中段均呈小幅度回升的变化特征。

(3)Ba、Sr、W含量具有由高→低→高的变化特征，并在下部达到峰值。

(4)Cd、HREE含量具有低→高→低的变化特征，其中Cd在-100 m中段、HREE在100 m中段达到峰值。

各类微量元素在不同中段的变化规律显示，该矿床存在多期成矿作用的叠加。这种叠加导致了各类元素在空间上富集部位的差异，产生多个矿化浓集中心。因此在深部找矿预测过程中，应注意多个矿化浓集中心对成矿深度的影响作用。

表1 棉花坑铀矿床不同中段蚀变岩石微量元素含量平均值(×10-6)

注：括号内为样品数；分析测试单位为核工业北京地质研究院分析测试中心。

2.2 成矿及伴生元素的组合特征

元素组合是元素亲合性在地质体内的具体表现[4]，通过相关分析、聚类分析、因子分析等多种统计法，确定成矿元素及其伴生元素的组合特征，从而确定成矿最佳地球化学标志元素组合。

2.2.1 相关分析

相关分析是利用元素间的相关系数来衡量元素相关性的统计方法。U、W、HREE、Pb等元素相关性很好，除U为成矿元素外，其它元素为成矿的良好指示元素；Ni、Cu、Zn等元素以及Ba、Sr等元素相关性都很好，说明这类组合均可以在原生晕具有不同的指示意义(表2)。

表2 棉花坑铀矿床原生晕元素相关系数表

注：分析测试单位为核工业北京地质研究院分析测试中心。

2.2.2 聚类分析

R型聚类分析主要遵循“物以类聚”的原则对元素元素进行归类[5]。大约以相似系数0.25为界，可以将元素划分为以下几类：U-W-HREE-Pb-Mo-Sb-Cd；Bi；Sr-Ba；Zn-Rb-Ni-Cu。该结果与相关分析基本一致。以相似系数0.6为界，可将第一大群划分为U-W-HREE-Pb以及Mo-Sb-Cd两个亚群。U元素是本矿床中主要成矿元素，W、HREE、Pb为伴生成矿元素，Mo、Sb、Cd为次要成矿元素(图2)。

图2 棉花坑铀矿床原生晕元素R型聚类分析谱系图Fig.2 R type cluster hierachical diagram of the indication elements for primary halos in Mianhuakeng uranium deposit

2.2.3 因子分析

因子分析是从原始变量的相关矩阵出发，浓缩地质数据，提炼出新的起主导作用的独立变量(因子)，依此来揭示变量之间、样品之间以及物质成分之间与地质作用之间的相互关系，为研究变量分类和成因提供依据[6]。

棉花坑铀矿床原始数据的因子分析结果显示，前5个主因子累计百分数达80%以上，包含了原始变量中绝大部分信息。为使主因子的地质意义更加明显，对因子复合矩阵进行方差极大旋转，结果显示指示元素可划分为5个主因子(表3)。F1的主要载荷因子为U、W、HREE、Pb，其中HREE往往以类质同相取代铀矿物中的U，Pb则往往形成方铅矿与沥青铀矿伴生，因此该因子可能代表了热液成矿作用的产物；F2的主要载荷因子为Mo、Cd、Sb，代表了另一期中低温成矿热液的产物；F3的主要载荷因子为Ni、Zn、Rb，代表了矿头晕的指示元素；F4的主要载荷因子Ba、Sr，代表了矿床下部碳酸盐含量的增加，这可能与矿床下部偏碱性环境有关；F5的主要载荷因子为Bi、Cu，为亲S元素，常产于方铅矿中，是中低温铅锌矿床中矿体尾部的指示元素[7]。

表3 棉花坑铀矿床R型因子分析旋转因子载荷矩阵

续表3

注：分析测试单位为核工业北京地质研究院分析测试中心。

2.3 原生晕垂向分带序列

运用矿床原生晕特点及地质特征的模型化、数字化进行统计分析已经成为金属矿床大比例尺定位、定量或统计预测的基础[5]。原生晕垂向分带序列研究的方法有很多，本文采用改良的C.B.格里戈良的分带指数法[8]。将9号矿脉各中段铀及共生元素正规化后用格里戈良分带指数计算方法得出其初步的分带指数，根据该指数的最大标高初步确定元素垂向分带位置，对于处于同一分带位置的元素，利用变异性指数及变异性指数差值进一步确定元素在分带序列中的位置，从而得到棉花坑矿床原生晕垂向分带序列(表4)。

表4 棉花坑铀矿床原生晕元素垂向分带序列

注：*所标注的数值为最大值；分析测试单位为核工业北京地质研究院分析测试中心。

棉花坑铀矿床深部矿体原生晕分带序列为：Cu-Zn-Ni-Rb位于上部，HREE-Cd-Mo-Pb-Sb位于中部，W-Sr-Ba-U-Bi位于下部。总体表现为原生晕元素分带不清，混杂叠加。矿头晕Cu-Zn-Ni在100 m和0 m中段具有明显增高趋势，而主成矿元素U除在0～-100 m中段有明显增高的趋势外，明显位于矿尾晕，预示着-480 m中段以下矿体仍有延伸。

3 讨论

棉花坑铀矿床为典型的脉状热液型铀矿，存在多期次成矿作用的叠加，从其不同中段元素含量变化上可以明显观察到。这也对探讨棉花坑铀矿床垂向分带序列提供了参考价值。

棉花坑铀矿床成矿及伴生元素的相关分析、聚类分析、因子分析统计结果一致性较好，均显示U、W、HREE、Pb为主要成矿元素，Mo、Sb、Cd为次要成矿元素，Ni、Zn、Rb及Ba、Sr一致性较好。这些分析结果对研究棉花坑铀矿床原生晕有很好的指示意义。

通过分带指数法计算的棉花坑铀矿床深部矿体原生晕分带序列(矿头至矿尾)为Cu-Zn-Ni-Rb-HREE-Cd-Mo-Pb-Sb-W-Sr-Ba-U-Bi。亲硫元素Cu、Zn、Ni主要以硫化物的形式排在序列的上部；亲石元素Rb常被粘土矿物吸附而靠近序列上部，对原生晕分带影响不大；HREE、Pb则作为主要成矿元素排在序列的中部；Cd、Mo、Sb作为次要成矿元素主要以硫化物的形式紧跟在主成矿元素后面，排在序列的中部；W作为主要成矿元素，根据其产出的位置，应该位于中部偏下；Ba、Sr作为亲石分散元素，往往在热液阶段形成碳酸盐矿物，这与矿床下部偏碱性的环境相一致，对指示矿尾晕具有一定意义；Bi作为中低温铅锌矿床中矿尾晕的指示元素，对于指示铀矿床矿尾晕也具有一定指示作用；U作为主要成矿元素出现在矿尾，指示了深部矿体有继续延伸的趋势。总体来说，得出的原生晕垂向分带序列较为正确、合理的反映出各元素在矿石矿物中的赋存状态，对深部找矿具有重要指导作用。

综上所述，初步总结出棉花坑铀矿床原生晕垂向分带理想序列：矿头晕元素组合为Cu-Zn-Ni，矿中晕元素组合U-HREE-Cd-Mo-Pb-Sb-W，矿尾晕元素组合Sr-Ba-Bi。

结合原生晕垂向分带理想序列，总结出本区热液型铀矿深部找矿预测地球化学标志：(1)Cu、Zn、Ni为矿头晕，U、HREE、Cd、Mo、Pb、Sb、W为矿中晕，Sr、Ba、Bi为矿尾晕；(2)当U与Cu、Zn、Ni出现强异常时，指示已非常接近矿体；(3)当U异常较弱，而Cu、Zn、Ni等出现强异常时，指示深部有盲矿存在；(4)当U无异常，而见Sr、Ba、Bi强异常出现，则指示深部无矿。

4 结论

(1)棉花坑铀矿床主要成矿元素组合为U-W-HREE-Pb，矿头晕元素组合为Cu-Zn-Ni，矿中晕元素组合U-HREE-Cd-Mo-Pb-Sb-W，矿尾晕元素组合Sr-Ba-Bi。

(2)棉花坑铀矿床指示元素富集特征和原生晕垂向分带序列显示该矿床-480 m以下中段矿体仍有延伸，具很大找矿潜力。

(3)本区热液型铀矿深部找矿预测地球化学标志的确定，为该区深部、外围及其他热液型铀矿的成矿预测提供了初步良好的地球化学依据。

[1]核工业华南地勘局．华南铀矿地质志[M]．中国核工业地质局，2005．

[2]沈渭洲，凌洪飞，邓 平，等．粤北302铀矿床同位素地球化学研究[J]．铀矿地质，2010，26(2)：80-87．

[3]高 飞，林锦荣，钟启龙，等．302铀矿床围岩蚀变分带性及地球化学特征[J]．铀矿地质，2011，27(5)：274-281．

[4]戚长谋．元素地球化学探讨[J]．长春科技大学学报，1997，21(4)：361-365．

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[6]余金生，李裕伟．地质因子分析[M]．北京：地质出版社，1985．

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Geochemical Characteristics of Primary Halo and Predicting Indications for Deep Exploration in Mianhuakeng Uranium Deposit,Northern Guangdong Province

PANG Ya-qing1，XU Wen-xiong2，KUANG Zheng-ping3，GAO Fei1， FU Shun-cheng2,FU Hong-ning3

(1．CNNCKeyLaboratoryofUraniumResourceExplorationandEvaluationTechnology,BeijingResearchInstituteofUraniumGeology,Beijing100029,China; 2．ResearchInstituteNo．290,CNNC,Shaoguan,Guangdong512026,China; 3．JinyuanUraniumCo．,Ltd．,CNNC,Shaoguan,Guangdong512027,China)

According to the theory of vertical zoning of primary halos,multivariate statistical method was used to study the vertical zoning characteristics of primary halo over orebody No．9 in Mianhuakeng uranium deposit．The characteristics of ore-forming and associating elements combination was found,and the vertical zoning sequence of indicating elements was established．Primary halo investigation revels that U,W,HREE and Pb were primary ore-forming elements in Mianhuakeng uranium deposit,and the front halo was composed of Cu,Zn and Ni,whereas the rear halo composed of Sr,Ba and Bi．Based on the comprehensive analysis of the characteristics of primary halo in Mianhuakeng uranium deposit,predicting indications was summarized for deep exploration． It was pointed out that space below -480m level was potential for further prospecting．

primary halo; vertical zoning; predicting indicaton; Mianhuakeng uranium deposit

中核集团公司重点科技专项“诸广南部基地铀资源扩大与评价技术研究”资助(编号：地ZD162-5)。

2014-08-29 [改回日期]2015-01-14

庞雅庆(1982—)，男，高级工程师，主要从事铀矿地质科研工作。E-mail：pang_82@eyou.com

1000-0658(2015)06-0582-07

P622+.3

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