分量化探法在苗兒山地區(qū)花崗巖型鈾礦勘查中的應(yīng)用研究

吳國東，鄒明亮，朱萬鋒，王東升，陳東歡，龐雅慶，何德寶

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京100029；2.核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長沙410007）

分量化探法是尹金雙等 （2004）在傳統(tǒng)偏提取和元素活動態(tài)測量方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合鈾元素的地質(zhì)地球化學(xué)特征，提出的一種針對深部隱伏鈾礦勘查的穿透性地球化學(xué)方法技術(shù)，其通過不同的試劑提取土壤中不同的鈾元素分量，來獲取與深部鈾礦化有關(guān)的地球化學(xué)信息［1］。經(jīng)過近年來的試驗與應(yīng)用研究，該方法在我國多個地區(qū)的隱伏鈾礦勘查中取得了較好的應(yīng)用效果［2-5］。為了在苗兒山地區(qū)開展深部隱伏鈾礦勘查，評價分量化探法在該地區(qū)花崗巖型鈾礦勘查中的適用性，筆者利用分量化探法在苗兒山地區(qū)的三羊坪和金竹岔工作區(qū)開展了深部鈾成礦潛力評價工作。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西省資源縣，大地構(gòu)造位置處于南華準(zhǔn)地臺桂北臺隆越城嶺斷褶帶之苗兒山背斜中部［6］。區(qū)域內(nèi)出露地層有上元古界板溪群、震旦系變質(zhì)巖系、下古生界寒武系淺變質(zhì)砂頁巖及奧陶系［6］。研究區(qū)出露的地層主要有丹洲群拱洞組變質(zhì)砂質(zhì)頁巖、粉砂巖，南沱組含砂礫巖、石英粉砂巖，南華系富祿組砂巖夾砂質(zhì)頁巖；與苗兒山花崗巖體呈侵入接觸關(guān)系，接觸面與巖層產(chǎn)狀基本一致。區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，不同時期的SN向、NE向構(gòu)造縱橫交錯，其中以NE-NNE向斷裂構(gòu)造最為顯著，是區(qū)域上主要的控礦構(gòu)造［7］。研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以NE向為主。區(qū)域內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈，廣泛分布有加里東期黑云母花崗巖，侵入于板溪群、震旦系、寒武系和奧陶系，構(gòu)成苗兒山復(fù)式巖體的主體［6］。燕山期花崗巖則呈大小不等的巖株群產(chǎn)出，侵入于加里東期苗兒山花崗巖及圍巖中。研究區(qū)巖漿巖主要為印支期的香草坪黑云母花崗巖體和燕山早期的豆乍山黑云母花崗巖體，豆乍山花崗巖呈巖株狀，侵入香草坪巖體中。苗兒山地區(qū)鈾礦以花崗巖型為主，主要產(chǎn)于苗兒山復(fù)式巖體中段香草坪、豆乍山和張家?guī)r體內(nèi)［7］。

2 樣品采集方法

2.1 采樣層位及粒度選擇

野外樣品采集是地球化學(xué)勘查工作的重要環(huán)節(jié)，直接決定著化探工作的地質(zhì)效果。選擇適宜的采樣層位及粒度是野外取樣的關(guān)鍵。鈾元素在表生條件下易被氧化為鈾酰絡(luò)陽離子，呈碩大的啞鈴狀，不能與其他陽離子類質(zhì)同象，易于嵌入鏈狀或?qū)訝畹V物面網(wǎng)中，易被黏土礦物、膠體、有機(jī)物等所吸附［8］。由于工作區(qū)土壤發(fā)育程度不一，黏土層發(fā)育完善、厚度較大，而腐殖層時有缺失；且筆者擬采用分量化探的專屬試劑提取以黏土吸附態(tài)為主的鈾元素分量，因此，分量化探的野外采樣層位選擇為黏土層上部。野外取樣以層位為主，取樣深度不作統(tǒng)一約束。

為了確定合適的采樣粒度，筆者在工作區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇a、b、c、d 4處土壤發(fā)育且成層完善的試驗點開展了粒度試驗。在各試驗點采集黏土層上部壤土，將所取樣品晾曬風(fēng)干，分別過60目、80目、120目、160目、200目不銹鋼篩后，送實驗室用分量化探的專屬試劑提取以黏土吸附態(tài)為主的元素分量，用等離子體質(zhì)譜法 （ICP-MS）測定相關(guān)元素含量。根據(jù)分析測試結(jié)果，不同粒度樣品中分量鈾含量變化如圖1所示。

由圖1可見，a、b、d 3個試驗點，從-60目至-200目不同粒度的樣品中，分量鈾含量基本保持一致，沒有明顯的增高或降低趨勢；在c試驗點，從-80目粒度開始，分量鈾含量隨著粒度變細(xì)而逐漸升高，但含量差異并不太大。因此，綜合考慮工作效率以及分量化探法在其他地區(qū)的試驗應(yīng)用結(jié)果［9］，選擇-80目作為合適的采樣粒度。

2.2 野外樣品采集及處理

圖1 不同粒度土壤樣品中分量鈾含量變化圖Fig.1 Variation of partial extracted uranium content in soil with different grain sizes

三羊坪和金竹岔兩片工作區(qū)距離約3 km。兩片工作區(qū)的土壤樣品采集工作比例尺均為1∶25 000，線距250 m、點距 50 m，測線走向為NW向，垂直于主要斷裂構(gòu)造的展布方向。野外采用手持GPS定位，在設(shè)計點附近選擇土壤發(fā)育完善、無人為污染處，采集深度約40 cm的黏土層上部壤土，在2～3 m范圍內(nèi)3點組合采樣，野外取樣不少于1 kg。重復(fù)樣在同一點位不同位置采集，其數(shù)量不少于總采樣量的5%，均勻分布于工作區(qū)。三羊坪工作區(qū)面積為8.25 km2，金竹岔工作區(qū)面積為3.8 km2。兩片工作區(qū)的實際采樣位置見圖2。

將野外采回的土壤樣品晾曬風(fēng)干或置于烘箱中在低于60℃的條件下烘干。待樣品充分干燥后，過80目不銹鋼篩，截取-80目粒度樣品不少于20 g，裝袋、標(biāo)記，送實驗室分析相關(guān)元素分量含量，提取及分析方法同粒度試驗部分相同。

3 測量結(jié)果與分析

3.1 采樣質(zhì)量

重復(fù)樣品與基本樣一同加工，統(tǒng)一編號送實驗室分析。獲取分析數(shù)據(jù)后，對比第一次取樣的分量鈾含量A與重復(fù)采樣的分量鈾含量B，計算兩次分析值之間的相對偏差。其計算式為： RD＝|A-B|/（A＋B）×100%， 相對偏差RD≤33%者為合格，合格樣品應(yīng)占全部重復(fù)樣品數(shù)的85%以上。統(tǒng)計結(jié)果顯示，三羊坪和金竹岔兩片工作區(qū)的重復(fù)樣合格率均為100%，說明兩片工作區(qū)的采樣質(zhì)量可靠，所采樣品合格。

圖2 三羊坪 （左下）、金竹岔 （右上）工作區(qū)實際取樣位置圖Fig.2 Map of actual sampling location in Sanyangping and Jinzhucha working areas

圖3 三羊坪、金竹岔工作區(qū)基本樣與重復(fù)樣分量鈾含量對比圖Fig.3 Partial extracted uranium content of basic samples and repeated samples in Sanyangping and Jinzhucha working areas

3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量

地球化學(xué)樣品分析數(shù)據(jù)存在著因采樣條件不同而引起的誤差 （條件誤差）和因偶然因素引起的誤差 （隨機(jī)誤差），這兩種誤差影響著分析測試數(shù)據(jù)的質(zhì)量。地球化學(xué)樣品的分析結(jié)果就是由采樣介質(zhì)的真實含量加上條件誤差和隨機(jī)誤差所組成的。方差分析可從總數(shù)據(jù)中區(qū)分出各樣點間真實含量的變化（地球化學(xué)變差）和條件誤差、偶然誤差引起的變化，檢驗條件誤差、偶然誤差引起的變化是否小于真實含量的變化［10］。下面用單因素方差分析對采樣誤差是否顯著進(jìn)行評價，方差分析的公式如下：

式中：S2e—同一條件下組內(nèi)的差異，反映的是隨機(jī)誤差的大?。籗2A—不同組間的差異，反映的是條件誤差的大小。表1為方差分析表。

按照要求的顯著性水平 （α取0.05），查F分布表的臨界值F0.05m-1，mn-m，若檢驗的F值大于臨界值，則說明條件誤差顯著，是誤差的主要來源，即存在采樣系統(tǒng)誤差；若檢驗小于臨界值，則說明不存在系統(tǒng)誤差，偶然誤差是主要的。

三羊坪工作區(qū)分量化探重復(fù)樣品共計38件，應(yīng)用上述計算方法對分量鈾數(shù)據(jù)的組間誤差和組內(nèi)誤差分別進(jìn)行計算，結(jié)果如下：SA＝17 883.98， Se＝5 872 772.9， F＝0.003。根據(jù)F臨界值表，當(dāng)?shù)谝蛔杂啥葹?，第二自由度為74時，F(xiàn)分布的臨界值為3.12。F值為0.003，遠(yuǎn)小于臨界值3.12，說明采樣系統(tǒng)誤差不顯著，偶然誤差是主要的。金竹岔工作區(qū)分量化探重復(fù)樣品共計18件，分量鈾數(shù)據(jù)的組間誤差和組內(nèi)誤差計算結(jié)果如下：SA＝7 621.29， Se＝211714.99， F＝0.036。 根據(jù) F臨界值表，當(dāng)?shù)谝蛔杂啥葹?，第二自由度為34時，F(xiàn)分布的臨界值為4.14。F值為0.036，遠(yuǎn)小于臨界值4.14，說明采樣系統(tǒng)誤差不顯著。

綜上所述，三羊坪和金竹岔兩片工作區(qū)由于采樣引起的系統(tǒng)誤差不顯著，遠(yuǎn)不足以“掩蓋”測點間真實的分量鈾含量變化。

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

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

對三羊坪及金竹岔兩個工作區(qū)的分量鈾進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結(jié)果見表2。

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，三羊坪工作區(qū)分量鈾最大值達(dá)到了45 028×10-9。由于分量化探分析測試的鈾含量僅為土壤中部分活動性鈾的含量，因此土壤中全量鈾含量高于分量鈾。據(jù)分量化探在相山鈾礦田的應(yīng)用結(jié)果［11］，分量鈾與全量鈾比值在相山全盆的平均值為17.3%；如按此比例推算，三羊坪工作區(qū)分量化探高值點的土壤全量鈾可達(dá)200×10-6以上。由于鈾元素在近地表氧化酸性環(huán)境中具有較強(qiáng)的活動性易遷移，其下部基巖的鈾含量應(yīng)高于土壤中的鈾含量，因此，推斷此分量鈾高值點具有近地表礦化的可能性。

對比2片工作區(qū)的分量鈾統(tǒng)計結(jié)果可知，三羊坪工作區(qū)分量鈾含量的分布區(qū)間大于金竹岔工作區(qū)，其變異系數(shù)亦大于后者，說明分量鈾在三羊坪工作區(qū)土壤中的分布更離散，更不均一。同時，三羊坪工作區(qū)分量鈾的平均含量亦明顯高于金竹岔工作區(qū)。由于兩片工作區(qū)的主要巖性一致，均為燕山早期第二階段中細(xì)粒二云母花崗巖 （圖2）；因此，推斷是三羊坪工作區(qū)更為發(fā)育的斷裂構(gòu)造為活動性鈾由深部向近地表遷移提供了良好通道，致使其土壤中的分量鈾含量高于金竹岔工作區(qū)，且更不均一。

為了直觀地了解兩片工作區(qū)分量鈾的數(shù)據(jù)分布特征，為后續(xù)異常下限的確定及異常區(qū)的圈定提供依據(jù)，作兩片工作區(qū)的分量鈾頻率分布直方圖及對數(shù)分布直方圖 （圖4）。由于個別特高值對于數(shù)據(jù)分布形態(tài)有較大影響，使其無法充分展示大部分?jǐn)?shù)據(jù)的分布特征，因此，在作分量鈾頻率分布直方圖及對數(shù)分布直方圖時，將兩片工作區(qū)的個別特高值剔除后成圖。

表2 三羊坪及金竹岔工作區(qū)分量鈾特征參數(shù)統(tǒng)計表Table 2 Statistics of characteristic parameters of partial extracted uranium content in Sanyangping and Jinzhucha working areas

圖4 三羊坪及金竹岔工作區(qū)分量鈾頻率分布直方圖Fig.4 Frequency histograms of partial extracted uranium content in Sanyangping and Jinzhucha working areas

從圖4我們可以看出，兩個工作區(qū)的分量鈾分布形態(tài)均屬正偏分布，在取對數(shù)后，其基本服從正態(tài)分布，這與微量元素在單一地質(zhì)體中基本服從對數(shù)正態(tài)分布的傳統(tǒng)規(guī)律認(rèn)識相吻合。兩片工作區(qū)分量鈾的分布形態(tài)均屬 “單峰”分布，無 “雙峰”或 “多峰”分布形式出現(xiàn)，一定程度上說明兩個工作區(qū)分量鈾含量受不同巖性的影響不大，其在不同巖性出露區(qū)的含量無明顯差異，在確定分量鈾異常下限及圈定分量鈾異常區(qū)時，可以忽視不同地質(zhì)單元的影響，不必依據(jù)地質(zhì)界線分別計算異常下限及劃分異常區(qū)。

4 分量鈾地球化學(xué)特征

由于兩片工作區(qū)距離較近，因此選擇兩片工作區(qū)統(tǒng)一成圖。插值方法為普通克里金法。兩片工作區(qū)的分量鈾平均含量有較大差異，為了充分展現(xiàn)分量鈾的分布規(guī)律及特征，兩片工作區(qū)各自分取色階；成圖色階采用網(wǎng)格化數(shù)據(jù)累計頻率劃分等值線間隔，累計頻率分別為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）確定兩片工作區(qū)的背景值及異常下限。兩片工作區(qū)的分量鈾分布特征見圖5。

圖5 三羊坪 （左下）、金竹岔 （右上）工作區(qū)分量鈾地球化學(xué)圖Fig.5 Geochemical map of partial extracted uranium in Sanyangping and Jinzhucha working areas

從圖5可以看出，三羊坪工作區(qū)的分量鈾異常區(qū)主要有4片，分別編號為S1、S2、S3、S4。從分量鈾異常的空間分布來看，其受斷裂構(gòu)造的控制較為明顯；S1、S2兩片異常均分布于斷裂構(gòu)造F400上，S3異常位于兩條斷裂構(gòu)造的夾持部位，S4異常亦位于斷裂構(gòu)造附近。從分量鈾分布特征來看，其含量分布基本不受巖性影響，在不同地質(zhì)單元中含量無明顯差異。從異常的展布形態(tài)來看，分量鈾高值區(qū)的展布方向均為NE向，一定程度上受斷裂構(gòu)造走向的影響。S1異常的規(guī)模中等，由單點特高值插值所產(chǎn)生，盡管其異常襯度最高，但由于其無明顯的濃集趨勢，認(rèn)為其由近地表礦化所致，對于深部鈾礦化指示意義不大。S2異常規(guī)模較小，且無逐級濃集特征，認(rèn)為其由斷裂構(gòu)造所致。S3異常規(guī)模較大、襯度較高，具有明顯的濃集趨勢，且位于斷裂構(gòu)造的夾持部位，具有較好的成礦條件，認(rèn)為S3異常具有較好的鈾成礦前景。S4異常規(guī)模較小、襯度較低，但具有逐級濃集趨勢，認(rèn)為其具有一定的鈾成礦潛力。

金竹岔工作區(qū)分量鈾的分布基本不受不同巖性的影響，在不同地質(zhì)單元中的含量無明顯差異。金竹岔的分量鈾異常區(qū)主要有4片，分別編號為J1、J2、J3、J4，濃集中心位于工作區(qū)外的異常暫不予評價。工作區(qū)內(nèi)僅有一條NE向斷裂構(gòu)造穿過，異常區(qū)的分布與斷裂構(gòu)造的關(guān)系不明顯。J4異常規(guī)模最大、襯度最高，異常的形態(tài)較為連續(xù)，非單點異常所致，認(rèn)為其具有較好的成礦前景。J1、J2、J3 3片異常的規(guī)模較小，襯度較低，但其均具有逐級濃集特征，其中J2和J3異常尤為明顯，認(rèn)為此3片異常區(qū)深部具有較好的鈾成礦潛力。

5 地面及鉆探查證

為了加深對異常成因的認(rèn)識，尋找蝕變及礦化線索，筆者對兩個工作區(qū)的幾片異常區(qū)開展了地面異常查證工作。結(jié)果顯示，S4異常區(qū)地表蝕變發(fā)育，S1異常區(qū)內(nèi)存在一近地表礦化點，其他異常區(qū)則未發(fā)現(xiàn)近地表礦化或規(guī)模蝕變。S1異常區(qū)內(nèi)近地表礦化點的發(fā)現(xiàn)，與前文所述對于S1異常成因的認(rèn)識相吻合。為了實現(xiàn)深部找礦突破，驗證分量鈾異常的深部成礦潛力，核工業(yè)二三〇研究所在J2異常區(qū)內(nèi)開展了鉆探查證工作。在埋深約120 m處，發(fā)現(xiàn)一段厚度較小的工業(yè)鈾礦體；在埋深450～500 m處，共揭露到3段工業(yè)鈾礦體，厚度大、品味高，鈾礦物多為硅鈣鈾礦，礦體空間位置與J2異常區(qū)對應(yīng)關(guān)系良好。鉆探查證的結(jié)果表明，分量化探對于深部隱伏鈾礦化具有較好的指示作用，在該區(qū)域花崗巖型鈾礦的勘查中是有效、可行的。

6 結(jié)論

通過在兩片工作區(qū)開展分量化探應(yīng)用研究，分析總結(jié)兩片工作區(qū)的分量鈾分布規(guī)律及異常特征，結(jié)合地面及鉆探查證結(jié)果，可得出如下結(jié)論：

1）分量化探在苗兒山地區(qū)花崗巖型鈾礦的勘查中是有效、可行的，對于深部隱伏鈾礦化具有較好的指示作用，有效探測深度可達(dá)450～500 m，可作為該區(qū)域鈾礦勘查可靠的化探方法。

2）連續(xù)的、具有逐級濃集特征的分量鈾異常更具有深部找礦意義，可作為該區(qū)域花崗巖型鈾礦勘查的地球化學(xué)標(biāo)志。

3）分量鈾在工作區(qū)的分布特征表明，分量鈾異常與斷裂構(gòu)造關(guān)系密切，其異常的空間分布及展布形態(tài)一定程度受斷裂構(gòu)造的影響。