Pb 同位素组成打靶法示踪隐伏热液型铀矿有效性研究

刘汉彬，韩 娟，金贵善，李军杰，张建锋，张 佳，石 晓

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

由于矿床矿化地段的地表岩石发生风化，土壤层覆盖矿化地段， 在风化作用过程中化学性质活泼的成矿元素流失， 导致成矿元素矿化现象减弱或消失， 因此， 通常应用的地表元素地球化学勘查方法难以探测隐伏矿体，给隐伏矿床勘查造成困难。

Pb 的化学性质比较稳定， 当岩石风化成土壤后， 仍保持Pb 同位素组成的 “指纹”、“血型”特征，Pb 同位素找矿方法是金、铜、铅、 锌、 铀等金属矿产勘查一种有效的重要手段［1-4］。我国南方热液型铀矿主要在花岗岩或火山岩岩体的断裂蚀变带内成矿， 成矿元素U 最终衰变子体为Pb 的同位素，因此，应用Pb 同位素组成示踪方法， 根据Pb 同位素组成异常分布可圈定出含矿断裂位置， 为隐伏 铀 矿 体 预 测 提 供 参 考 依 据［1，5］。 目 前 为 止，Pb 同位素组成示踪方法有Pb 同位素组成比值法［1］、 打靶法［4］、 矢量特 征值法［3，6］。 Pb 同位素组成打靶法在铀矿床勘查方面还没有得到应用［7-9］，笔者主要以桃山铀矿田为例，建立热液型铀矿Pb 同位素组成打靶法找矿方法，并对该方法的应用有效性进行研究。

1 热液型铀矿化Pb 同位素打靶法示踪方法

热液型铀矿床Pb 同位素打靶法是利用研究区已有矿床成矿靶标的Pb 同位素组成范围来判定、 预测铀矿化有利赋矿位置的一种地球化学勘查方法。 该方法实施具体步骤如下：

1）研究勘查区花岗岩、火山岩、变质岩等不同类型岩石Pb 同位素组成。 在进行Pb同位素打靶法找矿时， 必须要对铀成矿带或铀矿床附近地表出露的各种岩石进行一定数量的样本取样，分析其Pb 同位素组成，研究不同类型岩石（特别可能与成矿作用有关的岩石）各自的Pb 同位素组成的变化范围，为评价测量点奠定基础。

2）建立成矿靶标范围。在研究区区域范围内， 根据成矿带上铀矿床或矿化点的分布情况， 尽可能在比较大范围内选取有代表性的 矿 石 样 品， 并 分 析204Pb、206Pb、207Pb 和208Pb 4 种同位素组成的原子数百分比， 也可收集该地区已有的铀矿石Pb 同位素组成资料。

根据铀矿石的Pb 同位素组成分别计算206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 原 子 比， 再 分 别 求 得206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb 和208Pb/206Pb 5 个参数的各自的平均值（x）和标准偏差（s），以x±s 为标准建立各参数的成矿靶标范围。然后再用5 个参数的各自的平均值（x）作为中心点，再以对应参数的标准偏差（s）为边界拟合 出208Pb/204Pb -206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-207Pb/204Pb、208Pb/206Pb-207Pb/206Pb 3 个椭圆形的成矿靶标范围图。

3） 实施测量剖面样品取样及Pb 同位素组成化学分析。 化探剖面布置方向应切穿成矿带 （含矿断裂带） 方向。 取样时， 样品一般为风化土壤腐质层下部的土壤， 若地表有露头可取风化岩石样。 取样的密度大小要兼顾岩性的变化与距离， 在断裂蚀变带位置应增加取样密度， 以防漏掉重要的矿化信息。对样品进行Pb 同位素组成质谱分析。

4）评价测量剖面测量点。对每个样品的Pb 同位素组成进行数据处理，在上述3 种图解上投点作图， 判断哪些样品进入靶区。 为了进行定量比较， 按206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb 和208Pb/206Pb 5 个 指 标落入靶标的多少进行分类。5 个指标全部落入3个成矿靶标范围的样品为Ⅰ类，4 个指标落入2 个成矿靶标范围的样品为Ⅱ类，2 个指标落入1 个成矿靶标范围的样品为Ⅲ类， 没有落入成矿靶标范围的样品为Ⅳ类。 Ⅰ类和Ⅱ类样品所在地段应是进一步勘查找矿的预测有利地段； Ⅲ、 Ⅳ类样品所在的地段成矿的可能性很小， 可被排除进一步勘查范围。

2 Pb 同位素打靶法示踪试验

2.1 桃山铀矿田地质概况

桃山铀矿田位于江西省宁都县境内。 该矿田位于华南褶皱系大王山—于山隆起带内北北东向宜黄—安远、北北东-北东向南城—大余及北西向深断裂交汇部位［10］。桃山花岗岩体外围地层为震旦-寒武系千枚岩、炭质板岩、 变质砂岩和硅质板岩等浅变质岩， 岩体东部为下白垩统红盆。

桃山岩体为多期多阶段形成的复式岩体，主要由漳灌岩体、 蔡江岩体、 黄陂岩体、 打鼓寨岩体、钓峰岩体组成 （图1）。 岩体活动经历3 个期次， 即加里东晚期、 印支中期、燕山中早期［11］。

图1 桃山复式岩体地质略图Fig.1 Geological sketch map of Taoshan granite complex pluton

桃山岩体内主要断裂呈北北东向展布，构成断裂构造的主要格架， 另外， 北西向断裂也较发育，但规模较小。

打鼓寨岩体是桃山矿田内主要赋矿岩体，大布矿床是桃山复式岩体目前发现的最大矿床。

2.2 靶标范围的建立

在桃山铀矿田选取大布矿床、 大府上矿床11 个不同品位的铀矿石样品，对样品进行Pb 同位素组成分析 （表1）。 首先计算206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 原子比， 这5 个参数的各自的平均值分别为21.69、15.90、38.56、0.75、1.81， 标准偏 差 分 别 为3.53、 0.39、 0.82、 0.09、 0.22，各参数的成矿靶标范围分别为21.69±3.53、15.90±0.39、 38.56±0.82、 0.75±0.09、 1.81±0.22；然后将206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 5 个参数的各自的平均值21.69、 15.90、 38.56、 0.75、 1.81 作 为 中 心点， 用对应参数的标准偏差3.53、 0.39、0.82、0.09、0.22 为边界， 拟合出208Pb/204Pb-206Pb/204Pb（图2）、208Pb/204Pb-207Pb/204Pb（图3）、208Pb/206Pb-207Pb/206Pb（图4）3 个椭 圆形的成矿靶标范围图。

2.3 有效性试验

在大布矿床选择P-D2 号剖面（图5、6） 进行Pb 同位素组成打靶法对隐伏铀矿体预测示踪的有效性试验， 目的是验证该方法是否具有分辨出隐伏铀矿的能力。

P-D2 号剖面为穿过大布矿床的南北向剖面， 长度为939 m， 取风化岩石或土壤样品12 个。

剖面样品Pb 同位素组成和根据成矿靶标范围评价等级见表2， 其中Ⅰ类样品点有1个，Ⅱ类样品点有1 个，Ⅲ类样品点有3 个，Ⅳ类样品点有7 个（图7）。

结合样品取样剖面 （图6）可以看出，PD2-6 号样品为Ⅰ类样品， 该样品5 个Pb 同位素组成指标全部位于3 个靶标范围图内（图2～4）。 该样品位置与大布矿床所在位置相对应，位于大布矿床NE-SW 向含矿断裂构造带上。P-D2-11 号样品为Ⅱ类， 该样品位置在一条断裂附近， 该断裂可能为一条经过弱蚀变作用的断裂。 试验结果说明该方法能够反映含矿断裂带， 即能反映出隐伏铀矿所在位置。

表1 桃山铀矿田铀矿石Pb 同位素组成Table 1 Pb isotopic composition of uranium ore in Taoshan uranium ore field

图2 桃山铀矿田矿石208Pb/204Pb-206Pb/204Pb 靶标范围Fig.2 Target range of 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb of Taoshan uranium ore field

图3 桃山铀矿田矿石208Pb/204Pb-207Pb/204Pb 靶标范围Fig.3 Target range of 208Pb/204Pb-207Pb/204Pb of Taoshan uranium ore field

图4 桃山铀矿田矿石 208Pb/206Pb-207Pb/206Pb 靶标范围Fig.4 Target range of 208Pb/206Pb-207Pb/206Pb of Taoshan uranium ore field

图5 大布矿床及附近取样剖面位置Fig.5 Location of sampling section in Dabu deposit and nearby area

图6 大布矿床P-D2 号剖面取样位置示意图Fig.6 Schematic sampling position in section P-D2 of Dabu deposit

表2 桃山铀矿田大布矿床P-D2 号剖面Pb 同位素组成及评价Table 2 Pb isotope composition and evaluation of Profile P-D2 in Dabu deposit of Taoshan uranium ore field

图7 大布矿床P-D2 号剖面样品评价分类Fig.7 Evaluation grade of samples of Profile P-D2 in Dabu deposit

3 找矿预测评价

大布矿床外围附近的东部王泥田—车盘坑地区为该矿田重要成矿预测区。 据已有资料，在该地段已发现连片出现的U-Rn浓度异常和Rn 浓度异常水， 异常值U 含量为n×10-6g/L，Rn 浓度为740～1 850 Bq/L，异常值相对较高， 具有隐伏铀成矿可能，经初步揭露已发现一些矿化点或矿体［10］。为此， 在王泥田地区进行了P-W1 号剖面Pb 同位素组成打靶法示踪测量 （图5、8）， 并对该剖面进行了找矿靶区的预测评价。

P-W1 号剖面方向135°，剖面长度为2 050 m，样品为花岗岩风化岩石或土壤，样品数30个。

P-W1 号剖面样品的Pb 同位素组成和根据成矿靶标范围图评价等级见表3。评价结果表明，Ⅰ类样品点有1 个，Ⅱ类样品点有3个， Ⅲ类样品点有7 个， Ⅳ类样品点有19个。

P-W1-27 号样品点为Ⅰ类样品点， 其5个Pb 同位素组成参数206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 分别为21.41、15.78、38.73、0.74、1.81，所有参数均落在3个成矿靶标范围内。

另外，P-W1-10、P-W1-26、P-W1-28 3 个样品评价级别为Ⅱ类，P-W1-10 样品所在位置附近可能存在弱蚀变断裂，P-W1-26、P-W1-28 两个样品位置与Ⅰ类P-W1-27 号样品点位置相邻，3 个样品位于该剖面东南部鱼成排地段的2 条断裂位置附近， 共同反映出该断裂及附近存在隐伏矿化可能性较大， 预测王泥田剖面东南部的鱼成排地段及附近为重点找矿区域， 可进行进一步的勘查研究工作。

P-W1-2、 P-W1-4、 P-W1-15 3 个样品所在位置处于断裂带上， 但其评价级别为Ⅳ类， 推测所处的断裂可能为非含矿断裂。

图8 王泥田P-W1 号剖面取样位置示意图Fig.8 Schematic sampling position of Profile P-W1 in Wangnitian area

表3 桃山铀矿田王泥田地区P-W1 号剖面Pb 同位素组成及评价Table 3 Pb isotope composition and evaluation of Profile P-W1 in Wangnitian area of Taoshan uranium ore field

4 讨论

因为Pb 的化学性质稳定， 因此Pb 同位素组成受岩石的风化程度影响较小， 花岗岩（某些地区为火山岩、变质岩）等不同类型岩石、 矿石及风化后形成的土壤都具有各自确定的Pb 同位素组成； 由于Pb 同位素组成直接受到铀的放射性衰变的控制，因此Pb 同位素组成打靶方法可以区分出主要矿化期次的Pb 同位素组成，通过建立靶标范围，示踪结果主要反映主矿化期的地球化学异常， 排除次要矿化期对异常解释、 评价的干扰； 本方法在取样时不需要等点距取样， 可在预测区内断裂蚀变带等含矿重点地段取样， 且只需相对数量较少的样品便可以对矿化异常做出较可靠的评价。 由于U 的放射性子体为Pb，热液型铀矿因放射性形成的206Pb、207Pb、208Pb在其组成方面具有显著的变化特征，利用Pb打靶法在区域上寻找隐伏热液型铀矿具有独特的优势， 可用于矿区外围断裂蚀变带找矿有利地段的预测。这些特征为热液型铀矿Pb同位素组成打靶方法优点。

Pb 同位素组成打靶法实施过程中， 研究区内铀矿石的Pb 同位素组成靶标范围的代表性如何会直接影响评价结果， 因此尽量选择有代表性、 主要矿化类型的矿石样品， 并建立靶标范围。 在评价过程中， 要注意分析矿体是否受到地质剥蚀作用以及剥蚀作用的程度，还应分析铀矿体Pb 同位素组成在垂向上的变化趋势，防止因矿体上部与主矿体Pb 同位素组成相差较大， 远离靶标范围而出现漏掉主矿体的现象； 也要防止因矿体尾部与主矿体的Pb 同位素组成差别不很明显，容易落到靶标范围， 打靶法会定位到矿体尾部。Pb同位素组成打靶法不能够有效地区分矿体在垂向上分布情况， 即预测成矿深度方面有其不足之处。 在实施本方法中应该注意上述问题。

5 结论

1） 建立了热液型铀矿Pb 同位素组成打靶法地球化学勘查方法，并确定了该方法的4个实施步骤：研究勘查区不同类型岩石Pb 同位素组成、 建立成矿靶标范围、 实施测量剖面样品取样及分析、 评价测量剖面测量点。预测评价结果分为Ⅰ—Ⅳ共4 类， 其中，Ⅰ类和Ⅱ类样品所在地段应是进一步勘查找矿的有利预测地段。

2）桃山铀矿田大布矿床剖面示踪试验结果表明，Pb 同位素组成打靶法在区域上能够反映出矿化点或矿床的位置， 是一种有效的土壤覆盖区范围区域热液型隐伏铀矿勘查方法。

3）桃山铀矿田大布矿床外围王泥田地区剖面Pb 同位素组成打靶法示踪结果表明，王泥田地区东南部的鱼成排及其附近为重点找矿有利预测区段， 可进一步进行其他方法的勘查研究工作。