粤北下庄矿田竹筒尖铀矿床指示元素垂直分带特征研究

王家跃,胡 鹏,汪清浩

（核工业二九〇研究所，广东 韶关 512029）

热液型矿床由于成矿时期热液呈高温、高压状态，渗透、扩散作用强烈，常造成不同元素在垂直方向和水平方向的迁移、沉淀、富集，并呈现封闭晕圈。由于各种元素的迁移能力不同及成矿热液运移过程中物理化学条件的改变，使得元素的富集有先后之分，其直接表现为元素的空间分带性，即矿体原生晕圈。通过研究矿床元素的空间分带特征，有助于了解矿床类型、划分元素异常组合、确定远近程指示元素及并对矿体剥蚀程度的评价，同时有助于确定矿床的流体成矿地球化学界面，指导深部找矿预测工作［1］。

此外，铀元素因其特殊的地球化学性质，其赋存位置严格受垂向环境条件的制约。在氧化环境中，U4+被氧化为U6+而迁移流失，破坏铀矿的富集；在还原环境中U6+被还原为U4+价而沉淀富集。因而，研究氧化、还原性的垂向变化情况，将有助于查明铀矿赋存的有利标高，对后续找矿工作的开展具有重要的指导意义。

1 矿区地质特征

竹筒尖矿床位于贵东岩体东部北东向中新生代断凹陷带西缘，下庄矿田的西北部，区域性断裂黄陂、上洞断裂夹持断陷区内，南部靠近白水寨岩体，北部为龟尾山岩体［2］。区内包含多个花岗岩体，如下庄岩体、帽峰岩体及白水寨岩体等［3］，且其出露面积大、岩性较复杂，主要岩性为燕山早期第一阶段下庄主体中粒似斑状黑（二）云母花岗岩（γ52-1），其次为燕山早期第三阶段白水寨（龟尾山）岩体细粒黑（二）云母花岗岩（γ52-3）［4］，同时矿区内还存在少量的中基性岩脉等（图1）。

图1 粤北下庄矿田竹筒尖地区地质简图Fig.1 Geological sketch of Zhutongjian area in Xiazhuang ore field，northern Guangdong

区内岩石蚀变明显，热液活动强烈，构造发育，且具有多期次活动、交接复合和错移的特点。区内主要有北东东向、北东向、北北东向和近东西向四组构造，其中主要控矿构造为北东向龟尾山、北东东向黄陂和上洞、近东西向6620、180和B1号等断裂（图1）。构造带内物质成分复杂，由碎裂花岗岩、碱交代岩、微晶石英、玉髓角砾岩等组成，当发育有硅化、赤铁矿化、黏土化蚀变时，铀矿化较好。

区内主要有三次富铀热液活动。第一次富铀热液活动形成于晚期细粒花岗岩（γ52-3）侵入之后，早阶段为高温富硅酸性热液，晚阶段为高、中温富硅弱碱性热液。第二次富铀热液活动形成于碱交代岩之后，为中温富铀、富钠的碱性热液，往往与第一次成矿作用伴生叠加。第三次富铀热液活动形成于中基性岩脉之后，为中低温富硅、富铀酸性热液。因而，竹筒尖铀矿床具有典型内生热液型铀矿床的特征。

2 样品采集与分析

样品主要采集竹筒尖铀矿的F3号含矿带（包含F3-0、F3-1、F3-2、F3-3、F3-4、和F3-5次级断裂）内的构造蚀变样品（图2），采样标高352～605 m，采样间隔大致为50 m，样品分析由核工业北京地质研究院分析测试中心完成，其主量元素采用X射线荧光光谱法（XRF）分析，而微量元素采用ICP-MS法分析测试。

图2 粤北下庄矿田竹筒尖地区XX号勘探线地质剖面及样品采集位置示意图Fig.2 Geological sketch profile and sampling location of exploration Line XX in Zhutongjian area of Xiazhuang ore field，Northern Guangdong

3 矿床指示元素的确定

共（伴）生元素是指与成矿元素有明显的共（伴）生关系的元素，且相关性较明显，在统计学上则表现为相应的相关系数较大。本文选取Mn、Be、Ni、Co等19个该铀矿床常见元素进行验收含量分析（表1），并进行相关性分析，从中挑选相关系数较大的元素作为该矿床的共（伴）生元素组合。

表1 粤北下庄矿田竹筒尖铀矿床F3号含矿带不同标高岩石中元素含量/10-6统计Table 1 Statistics of element content/10-6 at different elevations in the ore-bearing Zone F3 of Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field,Northern Guangdong

由表2可知，各元素与U的相关系数大致可以分为两大类。一类，表现为与U显著相关，与U的相关系数较大（＞0.6），分别为Be（0.95）、Co（0.83）、Ni（0.69）、Cu（0.67）、Mo（0.85）、Sb（0.67）、Cs（0.83）、Eu（0.69）、W（0.83）、Bi（0.77）、Mn（0.72）；另一类，则表现为与U显著不相关，直接表现为相应元素与U的相关系数较小（＜0.3），甚至接近于0，分别 为Li（0.14）、Cr（-0.11）、Tl（-0.09）、Zr（0.28）、Ti（-0.18）。

表2 粤北下庄矿田竹筒尖铀矿床F3号含矿带内岩石中元素的相关矩阵Table 2 Correlation matrix of elements in rocks of ore-bearing Zone F3 in Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field,Northern Guangdong

Be、Co、Ni、Cu、Mo等元素表现出与铀高度相关特性（图3），可作为铀矿找矿的指示元素，该矿床的指示元素种类也与罗斯曼（1975）、高云龙（1961）等人在隐伏热液铀矿中的研究成果相类似［5-6］。

图3 粤北下庄矿田竹筒尖铀矿床F3号含矿带内不同岩石元素含量/10-6随标高的变化情况Fig.3 Element content/10-6 change of rocks at different elevations in ore-bearing Zone F3 in the Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field，Northern Guangdong

4 矿床元素垂直分带序列

前述分析表明，与铀共（伴）生元素的确定将有助于铀矿化的大致定位，但更为精准的预测需要确定这些元素的空间分布关系。为此，有必要确定这些与铀共（伴）生元素在垂向空间的分带序列，进一步划分划分为远、近程指示元素，为深部铀矿找矿提供指导。

尽管地质学家对于原生晕的分带序列提出了许多不同的方法，例如组合指数法、线金属量衬度系数法、线金属量梯度法、分带指数法（也称格里戈良法）等。

4.1 格里戈良分带指数法基本原理

首先将所有元素的最大值处于同一数量级内，即标准化；然后把同标高的所有元素的线金属量值（标准化后）加起来，并用它来除各元素的值，就得到分带指数，每一元素的分带指数最大值所在的标高，即为该元素在分带序列中的位置。由此可大致的确定轴向分带序列。由于同一标高上可能存在多个元素的分带指数最大值，因此，他们在分带序列中更确切的位置由变异性指数（G）及变异性指数的梯度差（ΔG）来确定［7］：

式中：Dmax—某元素的分带指数最大值；Di—某元素的在i中段的分带指数值（不含Dmax所在的中段）；n—中段数（不含Dmax所在的中段）。

式中：G上—Dmax所在中段以上的变异性指数值；G下—Dmax所在中段以下的变异性指数值。

当两个以上的元素分带指数最大值同时位于剖面的最上中段或者最下中段时，用变异性指数来进一步确定他们的相对位置。其中，最上中段，G值大的元素排在前面（按自上而下顺序，下同），反映往上积聚，G值小的元素排在后面；最下中段，G值大的元素排在最后，反映往下积聚，G值小的元素排在前面。

当两个以上的元素分带指数最大值同时出现在中部中段时，可用变异性指数梯度差的比较来确定他们在分带序列中的位置，ΔG大的元素排在后面，反映向下部积聚，ΔG小的元素排在前面。

4.2 竹筒尖矿床垂向分带序列的确定

根据格里戈良分带指数法的基本原理计算各金属元素的分带指数，结果见表3。根据表3中分带指数的大小，可初步确定该矿床元素的分带序列（自上而下）为：（Sb、Mn）-（Mo、W、Bi、U）-（Be、Ni、Cu）-Eu-Co。进一步根据变异性指数（G）及变异性指数的梯度差（ΔG）确定垂直分带中元素的确切位置。

表3 粤北下庄矿田竹筒尖铀矿床F3号含矿带不同标高岩石相关元素的分带指数值Table 3 Zoning index values of related elements of rocks at different elevations in the ore-bearing Zone F3 of Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field,Northern Guangdong

1）Sb和Mn，它们的Dmax同时位于最上部标高，故可求得：

GSb＞GMn，反映出Sb比Mn更具上积聚的倾向。因此，分带序列中，Sb应排在Mn的前面（按自上而下顺序，下同）。

2）Be、Ni和Cu，它们的Dmax同时位于中段中部，故可求得：

在同一中段内ΔG越大，反映该元素由下向上迁移到该中段的能力相对于其他元素也大，故上述计算结果ΔGCu＞ΔGBe＞ΔGNi，说明该中段的排列顺序Cu-Be-Ni。同理也可计算549 m标高处元素排列顺序为U-Mo-W-Bi。据此，可得如下垂直分带序列（自上而下）：Sb-Mn-U-Mo-W-Bi-Cu-Be-Ni-Eu-Co。

空间上，U-Mo-W密切伴生表明二者具有相似的成因环境，这是由于下庄矿田有成矿期次多样，除有中低温期次的铀成矿作用外，可能还存在有中高温的铀成矿作用，如刘文泉等在竹筒尖矿床发现的富含晶质铀矿的特富矿［2］。本次研究显示，该矿床前晕元素虽相对后晕元素少，但其前晕元素仍对矿体有一定的指示作用。

5 氧化、还原性的垂直变化

Ce是具有重要意义的变价元素，可随环境的氧化还原条件不同而呈现不同的价态［8］。在相对还原的条件下，Ce3+可较长时间地保存在溶液中，导致Ce的相对稳定；而相对氧化的环境下，Ce3+则被氧化成Ce4+并产生沉淀，导致流体中出现Ce的亏损，所形成的热液矿物则出现Ce的负异常。因此，δCe可以作为氧化还原环境的指示标志［5］。

竹筒尖矿床与铀矿化有密切关系的碎裂花岗岩、碎裂岩、硅化构造角砾岩中δCe值（图4）。从中可知δCe值为0.71～1.33，随标高的增加表现出一定的波动性，说明其垂直方向的铀成矿环境也表现出一定的波动性。其中390、470 m标高附近相对显示氧化性，而350、410 m标高附近相对显示还原性，说明在350～390、390～410、410～470 m标高间可能存在氧化还原带过渡带，这些氧化还原过渡带可能是成矿的有利地段。其中390～410、410～470 m这一成矿有利地段的推测（图2），与姜涛（2013）从矿化强度指数的研究中得出的结论相类似［9］。

图4 粤北下庄矿田竹筒尖铀矿床F3号含矿带内岩石中不同标高δCe含量Fig.4 The content ofδCe at different elevations of the ore-bearing Zone F3 in Zhutongjian uranium deposit of Xiazhuang ore field，northern Guangdong

6 结论

1）元素的相关性分析表明：该矿床与铀相 关 性 较 显 著 的元 素 有Be、Co、Ni、Cu、Mo、Sb、W、Bi、Mn，说明这些元素与铀成矿关系较密切，可作为该矿床的指示元素；而Li、Cr、Tl、Th、Ti等元素与铀基本无相关关系，属于不相关元素。

2）该矿床的元素垂直分带序列自下而上为：Co-Eu-Ni-Be-Cu-Bi-W-Mo-U-Mn-Sb。其中Mn、Sb两元素相对处于矿体的前端，属于前晕元素；而Mo-W-Bi-Cu-Be-Ni-Eu-Co等元素相对处于矿体尾部，属于矿体尾晕元素。

3）根据δCe指标的变化，得出390、460 m标高附近相对显示氧化性，而350、410 m标高附近相对显示还原性。在350～390、390～410、410～470 m标高间可能存在氧化还原过渡带，是成矿的有利地段，目前已被多个钻孔工程证实。