王勇， 王東升， 吳國東， 胡圓

（1. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院， 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100029；2. 核工業(yè)二九〇研究所， 廣東 韶關(guān) 512000）

深穿透地球化學(xué)屬于應(yīng)用地球化學(xué)的一個(gè)分支， 旨在通過地表化探工作， 發(fā)現(xiàn)與深部礦體有關(guān)的元素異常信息。 地氣測量方法基于深穿透地球化學(xué)技術(shù)理論， 通過對(duì)表層覆蓋物中的亞微米級(jí)、 納米級(jí)微粒的分析，發(fā)現(xiàn)痕量元素異常特征以尋找深部礦化信息。該技術(shù)方法在金礦、 銅鉛鋅多金屬礦產(chǎn)勘查研究中， 已日趨成熟， 能夠成功的獲得埋深300～500 m 金屬礦床的弱礦化 信 息［1］。 王學(xué)求、 張必敏等人提出了Au、 Cu 等金屬元素在覆蓋區(qū)垂向遷移的理論模型［2-4］； 葉榮等人在隱伏金礦、 銅礦上方， 發(fā)現(xiàn)了納米級(jí)含Au、Cu 晶質(zhì)微顆粒［5-6］。 而在鈾礦勘查領(lǐng)域， 該方法的研究資料相對(duì)偏少。 王勇等人通過地氣測量法在我國北方火山巖型鈾礦勘查中的試驗(yàn)研究驗(yàn)證了該方法的有效性， 并發(fā)現(xiàn)了隱伏礦體上方表層覆蓋物中獨(dú)有的亞微米級(jí)含鈾顆粒［7］。 熱液型鈾礦以火山巖型鈾礦及花崗巖型鈾礦為主， 地氣測量方法在花崗巖型鈾礦勘查方面的試驗(yàn)研究較少， 方法的有效性及應(yīng)用效果也有待研究。

本文通過總結(jié)地氣測量主動(dòng)提取法在梨花開鈾礦的有效性試驗(yàn)研究及長排鈾礦床南部的勘查區(qū)域應(yīng)用試驗(yàn)研究成果， 對(duì)該方法在花崗巖型鈾礦勘查中的有效性及應(yīng)用效果進(jìn)行了闡述。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

長排鈾礦床位于廣東省仁化縣境內(nèi)， 處于諸廣山巖體長江鈾礦田中南部， 北接棉花坑鈾礦床、 油洞鈾礦床， 東與水石鈾礦床相鄰， 面積4.6 km2。

諸廣山巖體處于華南鈾成礦省的北東向桃山-諸廣鈾成礦帶南段， 大地構(gòu)造上處于閩贛后加里東隆起與湘桂粵北海西-印支坳陷結(jié)合部［7］。 其區(qū)域成礦作用強(qiáng)烈， 是南嶺成礦帶中金屬礦產(chǎn)分布最為集中的地區(qū)之一， 諸廣山巖體東段中部有長江鈾礦田、 城口鈾礦田，巖體東段北部和外接觸帶有鹿井鈾礦田， 巖體東段南部有百順鈾礦田， 巖體東段南部外帶有全安鈾礦田， 巖體中段有三江口鈾礦床［8］。 巖體南部及北部分布有大量的多金屬礦床。 區(qū)域地質(zhì)研究資料中， 范洪海等人通過全國花崗巖型鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)， 將桃山-諸廣山成礦區(qū)定為重點(diǎn)勘查預(yù)測區(qū)［9］。 具體礦床的研究中， 龐雅慶等人通過對(duì)粵北棉花坑礦床的系統(tǒng)研究， 提出了元素垂向分帶序列，總結(jié)了深部成礦預(yù)測標(biāo)志［10-11］， 并建立了三維可視化模型［12］。

長排鈾礦區(qū)地層發(fā)育不完全， 只有長排村、 沈洞村等區(qū)域附近有零星的第四系覆蓋。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育， 縱橫交錯(cuò)。 主要有北西、 北東、 北北西、 近東西向4 組， 其中北北西向構(gòu)造是主要的控礦斷裂（圖1）。 北北西向斷裂在區(qū)內(nèi)極為發(fā)育， 常以碎裂花崗巖、碎裂巖、 硅化巖構(gòu)成礦化蝕變帶。 走向330°～10°， 傾向?yàn)闁|或西， 傾角65°～85°。 以60、 61 號(hào)礦化蝕變帶為代表， 長度大于2 000 m，由北向南縱貫全區(qū)， 成礦期赤鐵礦及硅質(zhì)物多以充填為主， 少量膠結(jié)早期硅化巖角礫。礦區(qū)內(nèi)出露的巖石， 主要為燕山早期的中粒黑云母花崗巖、 細(xì)粒黑云母花崗巖， 其次是印支期的粗粒似斑狀黑云母花崗巖、 中粒似斑狀二云母花崗巖和燕山晚期花崗斑巖及少量的燕山晚期基性巖脈。

長排礦床61、 78 號(hào)礦化蝕變帶為兩個(gè)主要礦化蝕變帶， 已探明礦體19 個(gè)。 礦床中金屬礦物主要有瀝青鈾礦、 赤鐵礦、 黃鐵礦、方鉛礦。 次生鈾礦物有硅鈣鈾礦、 鈣鈾云母、鈾黑。 非金屬礦物主要有石英、 絹云母、 方解石、 螢石、 綠泥石。 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造主要有變余碎裂結(jié)構(gòu)、 微晶結(jié)構(gòu)、 變余碎裂花崗結(jié)構(gòu)和浸染狀、 脈狀構(gòu)造。 礦石主要類型有含鈾的赤鐵礦化、 硅化碎裂巖型礦石和含鈾的赤鐵礦化碎裂花崗巖型礦石。 瀝青鈾礦多呈浸染狀和細(xì)脈狀分布， 鈾黑和次生鈾礦呈片狀、 星點(diǎn)狀和薄膜 狀 產(chǎn) 出［13］。 徐文雄等人對(duì)長排鈾礦床成礦地質(zhì)背景和控礦因素進(jìn)行分析， 認(rèn)為該地區(qū)具有較好的找礦前景， 是長江礦區(qū)尋找深部隱伏礦床的遠(yuǎn)景地段之一［14-15］。

2 研究方法

2.1 地氣測量方法簡介

地氣測量方法為一種以獲取深部成礦信息為目的的地球化學(xué)勘查方法， 以深穿透地球化學(xué)遷移理論為基礎(chǔ)， 通過使用特定捕集介質(zhì)捕獲表層土壤中的能隨人工氣流運(yùn)動(dòng)的亞微米、 納米級(jí)含鈾顆粒并加以分析測試， 獲取微量元素異常信息。 常見的地氣測量方法主要有被動(dòng)吸附法和主動(dòng)提取法， 相對(duì)于長周期的被動(dòng)吸附法， 主動(dòng)提取法具有工作效率高， 抗外界條件干擾較強(qiáng)等特點(diǎn)。 本次研究選取主動(dòng)提取法作為工作方法。

2.2 測線布設(shè)

在梨花開已知鈾礦床布設(shè)測線一條， 橫跨已知礦體， 測線走向?yàn)镾180°， 共布設(shè)測點(diǎn)50 個(gè)， 點(diǎn)距20 m。

在粵北長排已知鈾礦床南部區(qū)域布設(shè)面積性測量區(qū)域， 測線方向?yàn)镹E77°， 共布設(shè)測線16 條， 線距100 m， 點(diǎn)距40 m， 每條測線51 個(gè)點(diǎn)， 控制面積3.0 km2（圖1）。

圖1 粵北長排鈾礦床地質(zhì)及測線布置簡圖Fig. 1 Sketch geology map and geogas measurement profiles distribution of changpai uranium deposit in northern Guangdong

2.3 樣品采集及測試方法

地氣測量方法由于研究程度不夠高， 并無相關(guān)規(guī)范依據(jù)。 在采集及測試中， 以前期研究經(jīng)驗(yàn)作為指導(dǎo)。

采樣介質(zhì)前處理： 聚氨酯海綿經(jīng)磨具制取后， 先使用自來水洗滌， 晾干后使用體積分?jǐn)?shù)為20%的王水浸泡24 小時(shí)， 之后使用超純水清洗晾干， 最后浸泡在體積分?jǐn)?shù)為5%的超純王水中保存， 以待野外工作使用。 經(jīng)分析對(duì)比， 聚氨酯泡塑在去本底處理后， 其元素含量明顯降低（表1）。

2.4 數(shù)據(jù)處理及制圖

對(duì)原始分析數(shù)據(jù)中各元素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)研

表1 去本底處理前后泡塑中元素含量對(duì)照表Table 1 Comparison of trace elements content foam plastic before and after the pretreatment

野外地氣樣品取樣方法及室內(nèi)分析方法：野外使用手持GPS 導(dǎo)航至點(diǎn)位。 在每個(gè)采樣點(diǎn)上， 用鋼釬打1 個(gè)孔， 孔深0.7 m 左右， 若覆蓋淺不易打孔， 至少保證0.5 m 孔深。 將螺旋采樣器旋于孔中， 擰緊使孔封閉， 用硅膠管與裝有硅膠干燥劑的過濾器和捕集裝置連接（圖2）。 使用最大抽氣體積1.5 L 的定量抽氣筒抽取地氣， 每孔抽氣兩次， 共3 L 氣體， 通過泡塑捕集器中聚氨酯泡塑來捕集地氣中的含目標(biāo)元素顆粒。 泡塑樣品在每日完成野外工作后， 在室內(nèi)轉(zhuǎn)移至超純處理后的自封樣品袋中。

圖2 地氣測量方法樣品采集裝置示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the geogas method sampling devices

野外取回的聚氨酯泡塑樣品經(jīng)過特定的焦化、 灰化、 溶樣3 個(gè)處理步驟后再進(jìn)行分析。 地氣樣品元素含量的分析工作在中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所分析測試實(shí)驗(yàn)室使用ICP-MS 法測定， 共分析U、Th、 Mo、 Cr、 Zr、 Cu、 W、 Gd、 Be、 Pb 10 種元素。 數(shù)據(jù)中單位（ng）表示每個(gè)泡塑樣品中的元素總量， 泡塑總質(zhì)量為0.1 g。究， 判定其是否符合近似正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布， 對(duì)不符合正態(tài)分布的元素分析其原因。 查看元素含量最小值是否大于本底中元素含量， 若存在則為分析測試系統(tǒng)誤差造成，在制圖中將其改為本底元素含量。

剖面圖制作使用excel 軟件、 coreldraw 軟件聯(lián)合制作， 區(qū)域地球化學(xué)圖件及元素組合異常圖使用Arcgis 軟件進(jìn)行矢量化及插值成圖， 并加入Mapgis 軟件所做地質(zhì)信息底圖。

3 方法有效性試驗(yàn)研究

地氣測量方法有效性驗(yàn)證工作選取鹿井礦田梨花開鈾礦床進(jìn)行， 雖與長排鈾礦床距離較遠(yuǎn)， 但成礦類型一致， 成礦特征較為相似， 且均為隱伏鈾礦床。

梨花開礦床已知剖面地氣測量研究結(jié)果顯示， 在埋深200～400 m 的隱伏鈾礦床上方， 存在著清晰的地氣測量U、 Th、 Mo、 Zr、Gd、 Be 異常， 異常以連續(xù)點(diǎn)位的高值組成，其中U 在控礦構(gòu)造帶頭部與地表的接觸帶及隱伏礦體垂向投影位置出現(xiàn)了較清晰的高值點(diǎn)（圖3、 4）。 在測線南部破裂構(gòu)造處，也有兩個(gè)高值點(diǎn)， 是否存在鈾礦化值得進(jìn)行深入研究。 結(jié)合元素地球化學(xué)性質(zhì)， 認(rèn)為Th、Mo、 Zr、 Gd、 Be 5 種元素與U 關(guān)系密切， 這5 種元素與U 同為親石元素， 在成礦過程中及成礦期后的地球化學(xué)賦存狀態(tài)及運(yùn)移特征相似， Be 與熱液成礦作用相關(guān)， 并且原子系數(shù)很小， 有一定的親石元素特征。 因此， 可以作為地氣測量方法在南方花崗巖型鈾成礦區(qū)的找礦指示元素組合。 Cu、 Pb、 W 3 種元素雖與熱液成礦關(guān)系密切， 但地氣測量中， 3 種元素在礦體上方并未見明顯異常， 不具有指示意義， 這可能與后期微量元素存在形式及運(yùn)移方式不同有關(guān)。 圖中6 種元素使用逐步剔除法進(jìn)行異常下限的計(jì)算統(tǒng)計(jì)情況見表2。 由于測點(diǎn)數(shù)量有限， 數(shù)據(jù)整體上偏高， 在連續(xù)兩個(gè)或以上高值處， 可采用高場下限（X＋2S）作為判斷依據(jù)。 以此標(biāo)準(zhǔn)判斷， 6 種元素在隱伏鈾礦體上方均出現(xiàn)異常。 因此， 地氣測量方法在南方花崗巖鈾礦勘查中， 能夠有效獲得深部礦化信息， 空間上與隱伏鈾礦體對(duì)應(yīng)關(guān)系較顯著。 在實(shí)際預(yù)測中， 若出現(xiàn)了U 及Th、Mo、 Zr、 Gd、 Be 等伴生元素的綜合異常， 說明該區(qū)域的深部成礦潛力較大。 后續(xù)結(jié)合異常區(qū)域地形（以判斷表層水遷移方向）， 附近的構(gòu)造特征（有利成礦部位）等進(jìn)行深部礦體空間分布區(qū)域的預(yù)測。

圖3 梨花開礦床已知剖面地氣測量U、 Th、 Mo 分布圖Fig. 3 Profile showing uranium， thorium and molybdenum content by geogas measurement in Lihuakai uranium deposit

圖4 梨花開礦床已知剖面地氣測量Zr、 Gd、 Be 分布圖Fig. 4 Profile showing zirconium， gadolinium and beryllium content by geogas measurement in Lihuakai uranium deposit

表2 梨花開礦床剖面地氣測量元素異常下限統(tǒng)計(jì)表Table 2 Low thresholds for the anomaly of different elements in Lihuakai deposit

4 區(qū)域測量應(yīng)用實(shí)例

長排鈾成礦區(qū)地氣區(qū)域測量結(jié)果顯示，各元素?cái)?shù)據(jù)整體符合正態(tài)分布， 數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。 對(duì)各元素異常下限及異常點(diǎn)位數(shù)進(jìn)行計(jì)算及統(tǒng)計(jì)， 結(jié)果見表3。 與梨花開區(qū)域數(shù)據(jù)相比， 異常下限有所降低， 這可能與深部地層巖性及表層降雨量有關(guān)。

地氣U 整體分布均勻， 無明顯隨測線的線性分帶。 高值區(qū)與低值區(qū)界限明顯。 除中部雙峰組合異常外， 其余異常均與區(qū)域中構(gòu)造帶關(guān)系密切， 總體分布特征見圖5。 2017年， 核工業(yè)二九〇研究所在地氣測量區(qū)域內(nèi)共進(jìn)行了3 處鉆探查證工作， 其中ZKH67-3、ZKH312-3 鉆 孔 為 鈾 工 業(yè) 孔， ZKH354-1 鉆孔為鈾礦化孔。 ZKH67-3 （圖6） 為揭露63號(hào)斷裂構(gòu)造次級(jí)帶鉆孔， 鉆孔在105～107 m見鈾工業(yè)礦體。 ZKH312-3（圖7）為揭露60號(hào)斷裂構(gòu)造次級(jí)帶深部礦體鉆孔， 見礦位置有四段， 上三段規(guī)模較小， 在711～713 m 見鈾工業(yè)礦體。 而ZKH354-1 為礦化孔， 礦化體較深， 且U 含量較低， 因此地氣方法未能得到有效信息。 結(jié)合地氣與鉆孔情況， 認(rèn)為方法在長排地區(qū)能夠較好的獲得500 米深度以淺的深部成礦信息， 對(duì)更深部位的成礦信息提取能力一般。 地氣異常還與礦體上方地形密切相關(guān)， 由于南方降雨較多， 使得地表中含U 物質(zhì)隨降水發(fā)生部分的運(yùn)移， 造成異常區(qū)域并不完全與控礦構(gòu)造對(duì)應(yīng)。

表3 長排南部測區(qū)地氣測量元素異常下限統(tǒng)計(jì)表Table 3 Low thresholds for the anomaly of different elements in south of Changpai area

圖5 長排地區(qū)地氣測量鈾平面等值線圖Fig. 5 Contour map of uranium by geogas method in Changpai area

圖6 長排東南地區(qū)67 號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖Fig. 6 Geological section of exploration Line 67 in southeast of Changpai area

圖8 為長排鈾成礦區(qū)地氣測量U、 Th、Mo、 Gd、 Zr、 Be 組合異常圖， 如圖所示， 63號(hào)帶鈾工業(yè)孔附近， 出現(xiàn)了U、 Th、 Mo、 Gd、Zr、 Be 6 種元素的組合異常（2 號(hào)深部成礦預(yù)測區(qū)）。 除上述區(qū)域外， 在測區(qū)中部4 號(hào)預(yù)測區(qū)、 西北部3 號(hào)預(yù)測區(qū)、 東部1 號(hào)預(yù)測區(qū)及中部偏西南部位5 號(hào)預(yù)測區(qū)均出現(xiàn)了元素組合異常， 幾處組合異常均具有一定的找礦潛力。 在區(qū)域中， 這6 種元素異常往往同時(shí)出現(xiàn)， 并大多與構(gòu)造帶有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 此特征與方法在梨花開已知剖面測量的特征相同， 因此作為南方花崗巖型鈾礦地氣方法指示元素組合是合理的。 另外， 在測區(qū)西南部83 號(hào)帶附近6 號(hào)預(yù)測區(qū)出現(xiàn)的隨構(gòu)造展布的單獨(dú)U 地氣異常區(qū)也具有一定的找礦潛力。

圖8 長排地區(qū)地氣測量U、 Th、 Mo、 Gd、 Zr、 Be 組合異常圖Fig. 8 Combination anomalies map of element assembleage by geogas method in Changpai area

5 結(jié)論

1） 通過梨花開已知區(qū)剖面測量試驗(yàn)研究， 驗(yàn)證了地氣測量方法在南方花崗巖型鈾礦勘查中的有效性， 南方花崗巖型鈾礦上方覆蓋層中存在比較顯著的地氣U 及伴生元素異常， U、 Th、 Mo、 Zr、 Gd、 Be 6 種元素可作為勘查此類目標(biāo)礦床的指示元素組合。

2） 方法在相同覆蓋的勘查區(qū)應(yīng)用研究中得到了驗(yàn)證， 鉆探驗(yàn)證結(jié)果與地氣測量的元素異常吻合度較好。 通過指示元素高場組合，預(yù)測了未知區(qū)的鈾有利成礦區(qū)域。 地氣測量法作為一種新的化探方法， 在花崗巖型鈾礦勘查中具有較好的發(fā)展前景。

致謝： 在與本文相關(guān)的研究工作中， 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院范洪海、 龐雅慶、 葛祥坤、 王俊虎以及核工業(yè)二九〇研究所曹豪杰、劉文泉等人給予了很大的幫助和支持。 在技術(shù)方面， 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）葉榮教授、 中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所王學(xué)求、 遲清華、 張必敏等人給予了很大的支持。 在此一并表示感謝！