分量化探法在苗儿山地区花岗岩型铀矿勘查中的应用研究

吴国东，邹明亮，朱万锋，王东升，陈东欢，庞雅庆，何德宝

（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.核工业二三〇研究所，湖南 长沙410007）

分量化探法是尹金双等 （2004）在传统偏提取和元素活动态测量方法的基础上，结合铀元素的地质地球化学特征，提出的一种针对深部隐伏铀矿勘查的穿透性地球化学方法技术，其通过不同的试剂提取土壤中不同的铀元素分量，来获取与深部铀矿化有关的地球化学信息［1］。经过近年来的试验与应用研究，该方法在我国多个地区的隐伏铀矿勘查中取得了较好的应用效果［2-5］。为了在苗儿山地区开展深部隐伏铀矿勘查，评价分量化探法在该地区花岗岩型铀矿勘查中的适用性，笔者利用分量化探法在苗儿山地区的三羊坪和金竹岔工作区开展了深部铀成矿潜力评价工作。

1 研究区概况

研究区位于广西省资源县，大地构造位置处于南华准地台桂北台隆越城岭断褶带之苗儿山背斜中部［6］。区域内出露地层有上元古界板溪群、震旦系变质岩系、下古生界寒武系浅变质砂页岩及奥陶系［6］。研究区出露的地层主要有丹洲群拱洞组变质砂质页岩、粉砂岩，南沱组含砂砾岩、石英粉砂岩，南华系富禄组砂岩夹砂质页岩；与苗儿山花岗岩体呈侵入接触关系，接触面与岩层产状基本一致。区域内断裂构造比较发育，不同时期的SN向、NE向构造纵横交错，其中以NE-NNE向断裂构造最为显著，是区域上主要的控矿构造［7］。研究区内断裂构造以NE向为主。区域内岩浆活动强烈，广泛分布有加里东期黑云母花岗岩，侵入于板溪群、震旦系、寒武系和奥陶系，构成苗儿山复式岩体的主体［6］。燕山期花岗岩则呈大小不等的岩株群产出，侵入于加里东期苗儿山花岗岩及围岩中。研究区岩浆岩主要为印支期的香草坪黑云母花岗岩体和燕山早期的豆乍山黑云母花岗岩体，豆乍山花岗岩呈岩株状，侵入香草坪岩体中。苗儿山地区铀矿以花岗岩型为主，主要产于苗儿山复式岩体中段香草坪、豆乍山和张家岩体内［7］。

2 样品采集方法

2.1 采样层位及粒度选择

野外样品采集是地球化学勘查工作的重要环节，直接决定着化探工作的地质效果。选择适宜的采样层位及粒度是野外取样的关键。铀元素在表生条件下易被氧化为铀酰络阳离子，呈硕大的哑铃状，不能与其他阳离子类质同象，易于嵌入链状或层状矿物面网中，易被黏土矿物、胶体、有机物等所吸附［8］。由于工作区土壤发育程度不一，黏土层发育完善、厚度较大，而腐殖层时有缺失；且笔者拟采用分量化探的专属试剂提取以黏土吸附态为主的铀元素分量，因此，分量化探的野外采样层位选择为黏土层上部。野外取样以层位为主，取样深度不作统一约束。

为了确定合适的采样粒度，笔者在工作区内随机选择a、b、c、d 4处土壤发育且成层完善的试验点开展了粒度试验。在各试验点采集黏土层上部壤土，将所取样品晾晒风干，分别过60目、80目、120目、160目、200目不锈钢筛后，送实验室用分量化探的专属试剂提取以黏土吸附态为主的元素分量，用等离子体质谱法 （ICP-MS）测定相关元素含量。根据分析测试结果，不同粒度样品中分量铀含量变化如图1所示。

由图1可见，a、b、d 3个试验点，从-60目至-200目不同粒度的样品中，分量铀含量基本保持一致，没有明显的增高或降低趋势；在c试验点，从-80目粒度开始，分量铀含量随着粒度变细而逐渐升高，但含量差异并不太大。因此，综合考虑工作效率以及分量化探法在其他地区的试验应用结果［9］，选择-80目作为合适的采样粒度。

2.2 野外样品采集及处理

图1 不同粒度土壤样品中分量铀含量变化图Fig.1 Variation of partial extracted uranium content in soil with different grain sizes

三羊坪和金竹岔两片工作区距离约3 km。两片工作区的土壤样品采集工作比例尺均为1∶25 000，线距250 m、点距 50 m，测线走向为NW向，垂直于主要断裂构造的展布方向。野外采用手持GPS定位，在设计点附近选择土壤发育完善、无人为污染处，采集深度约40 cm的黏土层上部壤土，在2～3 m范围内3点组合采样，野外取样不少于1 kg。重复样在同一点位不同位置采集，其数量不少于总采样量的5%，均匀分布于工作区。三羊坪工作区面积为8.25 km2，金竹岔工作区面积为3.8 km2。两片工作区的实际采样位置见图2。

将野外采回的土壤样品晾晒风干或置于烘箱中在低于60℃的条件下烘干。待样品充分干燥后，过80目不锈钢筛，截取-80目粒度样品不少于20 g，装袋、标记，送实验室分析相关元素分量含量，提取及分析方法同粒度试验部分相同。

3 测量结果与分析

3.1 采样质量

重复样品与基本样一同加工，统一编号送实验室分析。获取分析数据后，对比第一次取样的分量铀含量A与重复采样的分量铀含量B，计算两次分析值之间的相对偏差。其计算式为： RD＝|A-B|/（A＋B）×100%， 相对偏差RD≤33%者为合格，合格样品应占全部重复样品数的85%以上。统计结果显示，三羊坪和金竹岔两片工作区的重复样合格率均为100%，说明两片工作区的采样质量可靠，所采样品合格。

图2 三羊坪 （左下）、金竹岔 （右上）工作区实际取样位置图Fig.2 Map of actual sampling location in Sanyangping and Jinzhucha working areas

图3 三羊坪、金竹岔工作区基本样与重复样分量铀含量对比图Fig.3 Partial extracted uranium content of basic samples and repeated samples in Sanyangping and Jinzhucha working areas

3.2 数据质量

地球化学样品分析数据存在着因采样条件不同而引起的误差 （条件误差）和因偶然因素引起的误差 （随机误差），这两种误差影响着分析测试数据的质量。地球化学样品的分析结果就是由采样介质的真实含量加上条件误差和随机误差所组成的。方差分析可从总数据中区分出各样点间真实含量的变化（地球化学变差）和条件误差、偶然误差引起的变化，检验条件误差、偶然误差引起的变化是否小于真实含量的变化［10］。下面用单因素方差分析对采样误差是否显著进行评价，方差分析的公式如下：

式中：S2e—同一条件下组内的差异，反映的是随机误差的大小；S2A—不同组间的差异，反映的是条件误差的大小。表1为方差分析表。

按照要求的显著性水平 （α取0.05），查F分布表的临界值F0.05m-1，mn-m，若检验的F值大于临界值，则说明条件误差显著，是误差的主要来源，即存在采样系统误差；若检验小于临界值，则说明不存在系统误差，偶然误差是主要的。

三羊坪工作区分量化探重复样品共计38件，应用上述计算方法对分量铀数据的组间误差和组内误差分别进行计算，结果如下：SA＝17 883.98， Se＝5 872 772.9， F＝0.003。根据F临界值表，当第一自由度为1，第二自由度为74时，F分布的临界值为3.12。F值为0.003，远小于临界值3.12，说明采样系统误差不显著，偶然误差是主要的。金竹岔工作区分量化探重复样品共计18件，分量铀数据的组间误差和组内误差计算结果如下：SA＝7 621.29， Se＝211714.99， F＝0.036。 根据 F临界值表，当第一自由度为1，第二自由度为34时，F分布的临界值为4.14。F值为0.036，远小于临界值4.14，说明采样系统误差不显著。

综上所述，三羊坪和金竹岔两片工作区由于采样引起的系统误差不显著，远不足以“掩盖”测点间真实的分量铀含量变化。

表1 方差分析表Table 1 The process of variance analysis

3.3 数据统计分析

对三羊坪及金竹岔两个工作区的分量铀进行了数据统计分析，结果见表2。

根据统计结果，三羊坪工作区分量铀最大值达到了45 028×10-9。由于分量化探分析测试的铀含量仅为土壤中部分活动性铀的含量，因此土壤中全量铀含量高于分量铀。据分量化探在相山铀矿田的应用结果［11］，分量铀与全量铀比值在相山全盆的平均值为17.3%；如按此比例推算，三羊坪工作区分量化探高值点的土壤全量铀可达200×10-6以上。由于铀元素在近地表氧化酸性环境中具有较强的活动性易迁移，其下部基岩的铀含量应高于土壤中的铀含量，因此，推断此分量铀高值点具有近地表矿化的可能性。

对比2片工作区的分量铀统计结果可知，三羊坪工作区分量铀含量的分布区间大于金竹岔工作区，其变异系数亦大于后者，说明分量铀在三羊坪工作区土壤中的分布更离散，更不均一。同时，三羊坪工作区分量铀的平均含量亦明显高于金竹岔工作区。由于两片工作区的主要岩性一致，均为燕山早期第二阶段中细粒二云母花岗岩 （图2）；因此，推断是三羊坪工作区更为发育的断裂构造为活动性铀由深部向近地表迁移提供了良好通道，致使其土壤中的分量铀含量高于金竹岔工作区，且更不均一。

为了直观地了解两片工作区分量铀的数据分布特征，为后续异常下限的确定及异常区的圈定提供依据，作两片工作区的分量铀频率分布直方图及对数分布直方图 （图4）。由于个别特高值对于数据分布形态有较大影响，使其无法充分展示大部分数据的分布特征，因此，在作分量铀频率分布直方图及对数分布直方图时，将两片工作区的个别特高值剔除后成图。

表2 三羊坪及金竹岔工作区分量铀特征参数统计表Table 2 Statistics of characteristic parameters of partial extracted uranium content in Sanyangping and Jinzhucha working areas

图4 三羊坪及金竹岔工作区分量铀频率分布直方图Fig.4 Frequency histograms of partial extracted uranium content in Sanyangping and Jinzhucha working areas

从图4我们可以看出，两个工作区的分量铀分布形态均属正偏分布，在取对数后，其基本服从正态分布，这与微量元素在单一地质体中基本服从对数正态分布的传统规律认识相吻合。两片工作区分量铀的分布形态均属 “单峰”分布，无 “双峰”或 “多峰”分布形式出现，一定程度上说明两个工作区分量铀含量受不同岩性的影响不大，其在不同岩性出露区的含量无明显差异，在确定分量铀异常下限及圈定分量铀异常区时，可以忽视不同地质单元的影响，不必依据地质界线分别计算异常下限及划分异常区。

4 分量铀地球化学特征

由于两片工作区距离较近，因此选择两片工作区统一成图。插值方法为普通克里金法。两片工作区的分量铀平均含量有较大差异，为了充分展现分量铀的分布规律及特征，两片工作区各自分取色阶；成图色阶采用网格化数据累计频率划分等值线间隔，累计频率分别为3%、8%、15%、25%、40%、60%、75%、85%、92%、95.5%、97%、98%、98.8%、99.5%。采用逐步剔除法（M±2S）确定两片工作区的背景值及异常下限。两片工作区的分量铀分布特征见图5。

图5 三羊坪 （左下）、金竹岔 （右上）工作区分量铀地球化学图Fig.5 Geochemical map of partial extracted uranium in Sanyangping and Jinzhucha working areas

从图5可以看出，三羊坪工作区的分量铀异常区主要有4片，分别编号为S1、S2、S3、S4。从分量铀异常的空间分布来看，其受断裂构造的控制较为明显；S1、S2两片异常均分布于断裂构造F400上，S3异常位于两条断裂构造的夹持部位，S4异常亦位于断裂构造附近。从分量铀分布特征来看，其含量分布基本不受岩性影响，在不同地质单元中含量无明显差异。从异常的展布形态来看，分量铀高值区的展布方向均为NE向，一定程度上受断裂构造走向的影响。S1异常的规模中等，由单点特高值插值所产生，尽管其异常衬度最高，但由于其无明显的浓集趋势，认为其由近地表矿化所致，对于深部铀矿化指示意义不大。S2异常规模较小，且无逐级浓集特征，认为其由断裂构造所致。S3异常规模较大、衬度较高，具有明显的浓集趋势，且位于断裂构造的夹持部位，具有较好的成矿条件，认为S3异常具有较好的铀成矿前景。S4异常规模较小、衬度较低，但具有逐级浓集趋势，认为其具有一定的铀成矿潜力。

金竹岔工作区分量铀的分布基本不受不同岩性的影响，在不同地质单元中的含量无明显差异。金竹岔的分量铀异常区主要有4片，分别编号为J1、J2、J3、J4，浓集中心位于工作区外的异常暂不予评价。工作区内仅有一条NE向断裂构造穿过，异常区的分布与断裂构造的关系不明显。J4异常规模最大、衬度最高，异常的形态较为连续，非单点异常所致，认为其具有较好的成矿前景。J1、J2、J3 3片异常的规模较小，衬度较低，但其均具有逐级浓集特征，其中J2和J3异常尤为明显，认为此3片异常区深部具有较好的铀成矿潜力。

5 地面及钻探查证

为了加深对异常成因的认识，寻找蚀变及矿化线索，笔者对两个工作区的几片异常区开展了地面异常查证工作。结果显示，S4异常区地表蚀变发育，S1异常区内存在一近地表矿化点，其他异常区则未发现近地表矿化或规模蚀变。S1异常区内近地表矿化点的发现，与前文所述对于S1异常成因的认识相吻合。为了实现深部找矿突破，验证分量铀异常的深部成矿潜力，核工业二三〇研究所在J2异常区内开展了钻探查证工作。在埋深约120 m处，发现一段厚度较小的工业铀矿体；在埋深450～500 m处，共揭露到3段工业铀矿体，厚度大、品味高，铀矿物多为硅钙铀矿，矿体空间位置与J2异常区对应关系良好。钻探查证的结果表明，分量化探对于深部隐伏铀矿化具有较好的指示作用，在该区域花岗岩型铀矿的勘查中是有效、可行的。

6 结论

通过在两片工作区开展分量化探应用研究，分析总结两片工作区的分量铀分布规律及异常特征，结合地面及钻探查证结果，可得出如下结论：

1）分量化探在苗儿山地区花岗岩型铀矿的勘查中是有效、可行的，对于深部隐伏铀矿化具有较好的指示作用，有效探测深度可达450～500 m，可作为该区域铀矿勘查可靠的化探方法。

2）连续的、具有逐级浓集特征的分量铀异常更具有深部找矿意义，可作为该区域花岗岩型铀矿勘查的地球化学标志。

3）分量铀在工作区的分布特征表明，分量铀异常与断裂构造关系密切，其异常的空间分布及展布形态一定程度受断裂构造的影响。