放射性測量方法在稀有稀土礦勘查中的應用
——以小興安嶺地區(qū)南岔區(qū)某鈾異常點為例

王睿，李占龍，馬濤

(黑龍江省第五地質(zhì)勘查院，黑龍江 哈爾濱 150090)

0 引言

在機械、化工、航天航空、軍事、高能物理、建材、電子計算機及芯片技術等領域內(nèi)，以鈮鉭、銣、鋰、鈹?shù)认∮邢⊥两饘俦粡V泛應用。近年來，對稀有稀土金屬礦物成礦理論、找礦方法的研究主要集中于地球化學原生暈、次生暈，巖石地球化學特征，構造熱液成礦等方面，而新方法技術應用方面欠缺突破、創(chuàng)新，尤其是有針對性礦產(chǎn)勘查方面，成果較少。根據(jù)中國三稀礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略調(diào)查研究，王登紅等[1]認為我國三稀資源成礦條件獨特，具有“稀土不土、稀散不散、稀有常有”的特點，在內(nèi)生型的稀有稀土礦床中，鈮、鉭、銣等稀有金屬常與稀土礦物伴生。根據(jù)不完全統(tǒng)計，我國產(chǎn)出的稀有金屬礦物近200多種，根據(jù)王盤喜等[2]調(diào)查，我國內(nèi)蒙古白云鄂博超大型稀有稀土金屬礦床中產(chǎn)出的礦物種類就多達160余種，內(nèi)蒙古扎魯特旗巴爾哲稀土礦共伴生礦物達44余種。因此，我國學者根據(jù)礦物組合特征將稀有稀土礦床劃分為(Li、Be、Ta、Nb)與REE(Nb、Ta、Be)兩個大類，分別對應了礦床形成的構造環(huán)境及巖漿物質(zhì)來源，即構造體制轉(zhuǎn)換或俯沖作用構造環(huán)境下的鈣堿性花崗巖與大陸隆起或裂谷作用下的堿性花崗巖。

多年以來，稀有稀土礦產(chǎn)的勘探仍拘謹于常規(guī)的化探等手段，方法單一，局限性大且成本高，僅僅在普查或者預查的小范圍內(nèi)使用。在航放異常查證過程中發(fā)現(xiàn)與放射性異常相關的稀有稀土礦這一事實給黑龍江省的三稀礦產(chǎn)成礦研究提供了新找礦思路。本文以伊春市南岔某鈾異常點為例，闡述放射性物探手段在稀有金屬礦勘探工作中的應用。

1 航放數(shù)據(jù)來源及異常帶特征

2010年以來，黑龍江省完成大小興安嶺地區(qū)、完達山地區(qū)等航空放射性測量，工作范圍基本覆蓋全省。在對航空放射性異常地面查證過程中，發(fā)現(xiàn)了幾處與放射性有關且產(chǎn)于放射性異常中的三稀礦床，其中較為典型的就是漠河縣782高地稀有稀土礦，該礦點是黑龍江省發(fā)現(xiàn)的唯一以鈮為主的中型稀有金屬礦床[3]。

本次研究數(shù)據(jù)主要來源于2010～2012年由中國地調(diào)局和黑龍江國土資源廳共同出資完成的“小興安嶺地區(qū)1∶5萬航空高精度磁測及航空伽馬能譜綜合測量”工作及“黑龍江省小興安嶺北部航放伊春查證”項目實測數(shù)據(jù)[4]。數(shù)據(jù)由核工業(yè)航測遙感中心制造的ARD多道伽馬能譜儀采集，國防科技工業(yè)1313二級計量站檢定，鈾道靈敏度≥0.277(10-6eU·s)-1；釷道靈敏度≥0.122(10-6eTh·s)-1；相對偏差eU:-1.1%～-4.0%；eTh：1.5%～3.2%，符合國家標準。測網(wǎng)密度采用100 m×20 m，共完成地面伽馬能譜測量點3 794個，測量數(shù)據(jù)包括U、Th、K及伽馬總量，所測數(shù)據(jù)質(zhì)量符合規(guī)范要求。

在航空放射性測量中，該區(qū)域呈現(xiàn)出一個顯著特征(圖1)：航放高場多分布于湯旺河兩岸中生代巖漿巖帶中，為偏高—高值區(qū)，呈NNW向展布。主要出露下寒武統(tǒng)晨明組粉砂質(zhì)板巖、板巖、變石英砂巖，中奧陶統(tǒng)小金溝組大理巖、粉砂巖硅質(zhì)巖，下白堊統(tǒng)寧遠村組酸性熔巖及其火山碎屑巖，出露巖體有中石炭世二長花崗巖、早二疊世花崗巖、晚三疊世二長花崗巖以及晚二疊世—早三疊世堿長花崗巖。區(qū)域鈾豐度顯著增高，形成一系列沿河分布的NW-NE向異常，呈團塊狀、帶狀、不規(guī)則帶狀等分布形態(tài)。異常帶表現(xiàn)出的分布特征與區(qū)域斷裂構造相符，受控特征明顯，規(guī)模較大的航放異常多產(chǎn)于斷裂構造交匯部位。

1—第四系低河漫灘堆積層；2—第四系更新統(tǒng)別拉洪河組；3—侏羅系中統(tǒng)太安屯組；4—奧陶系下統(tǒng)寶泉組；5—寒武系下統(tǒng)晨明組；6—東風山巖群；7—紅林巖組；8—早白堊世花崗閃長巖；9—晚三疊-早侏羅世二長花崗巖；10—晚三疊-早侏羅世正長花崗巖；11—晚二疊世-早三疊世二長花崗巖；12—晚二疊-早三疊世堿長花崗巖；13—晚奧陶世二長花崗巖；14—新-中元古界花崗巖；15—航空放射性異常點；16—航空放射性高場

2 研究區(qū)地質(zhì)背景

1—第四系；2—寒武系下統(tǒng)晨明組；3—晚奧陶世片麻狀二長花崗巖；4—花崗斑巖脈；5—礦體；6—槽探工程

3 放射性特征研究理論與方法

根據(jù)資料分析，我國的鈮鉭、銣等稀有金屬成礦類型、分布地區(qū)具有各自獨特特征，但也具有相通之處。如四川省南部的攀西地區(qū)發(fā)現(xiàn)的堿性花崗巖型、花崗偉晶巖型稀有金屬礦床、礦點，根據(jù)王汾連等[5]調(diào)查，認為其與區(qū)域上廣泛發(fā)育的侵入巖體關系密切。在楊鑄生等[6]對攀西地區(qū)內(nèi)的稀有金屬礦物(燒綠石、氟碳鈰礦等)的調(diào)查顯示，其中均含有放射性元素鈾、釷，放射性強度與Nb2O5含量成正比關系，是鈮鉭礦的直接找礦標志。在內(nèi)蒙古巴爾哲超大型礦床產(chǎn)于燕山期巴爾哲堿性花崗巖體內(nèi)，為REE-Zr-Be-Nb-Ta多金屬礦床，主要礦石礦物為鈮鐵礦、獨居石、硅鈹鈰礦、鋯石、氟碳鈣鈰礦和燒綠石等。楊斌斌等[7]認為礦體受鈉長石化作用制約，U、Th、Y元素明顯富集，呈現(xiàn)高放射性特征。在黑龍江省，三稀礦產(chǎn)的成礦規(guī)律研究相對較少，目前已發(fā)現(xiàn)的稀有礦物主要為鈮鉭、銣、鋰、鈹、鋯等，稀土礦物為鑭、鈰、釔等，礦床、礦點主要分布在龍江—大井子、佳木斯成礦亞帶內(nèi)，與海西期后花崗偉晶巖關系密切，礦床類型主要有花崗偉晶巖型和堿性花崗巖型稀有稀土金屬礦，成礦時代為興凱期侵入旋回的混合花崗巖；海西期侵入旋回早期的堿性花崗巖和中期二云母花崗巖、晚期堿性花崗巖；燕山期侵入旋回的堿性花崗巖。

鉭鈮等稀有金屬礦床的礦化多與花崗巖偉晶巖有關，其中含鈉長石、獨居石、晶質(zhì)鈾等放射性礦物等高放射性特征，以及與鈾礦的共伴生關系。因此，研究區(qū)內(nèi)采用了地面伽馬能譜測量的放射性物探工作方法，以放射性初步劃分異常的同時利用數(shù)據(jù)處理、參數(shù)計算等方式圈定靶區(qū)。

4 地面伽馬能譜數(shù)據(jù)處理與解釋

4.1 能譜數(shù)據(jù)形態(tài)分布檢驗

能譜數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗見表1、圖3，剔除Xi≥X+3S的數(shù)據(jù)，U、Th、Tc(總量)數(shù)據(jù)形態(tài)符合正態(tài)分布，僅K元素偏度較高，變異系數(shù)除K元素外均相對較小，說明區(qū)內(nèi)鈾異常離散程度較小，異常值較為集中且穩(wěn)定。

表1 能譜數(shù)據(jù)對數(shù)正態(tài)檢驗計算結果

4.2 能譜異常劃分

相對富鈾區(qū)一般指鈾eU≥X+σ，且eTh/eU≤3的區(qū)域，具體劃分原則為：偏高暈：X+σ≤eU

根據(jù)表2、圖4統(tǒng)計結果，相對富鈾區(qū)應為eU≥5.2×10-6，其中偏高暈：5.2×10-6≤eU<7.0×10-6，高暈：7.0×10-6≤eU<8.8×10-6，異常暈：8.8×10-6≤eU<10.3×10-6，異常：eU≥10.3×10-6。對比圖3，可見全區(qū)鈾元素達異常級別的富集中心3處，偏高暈零散分布。鈾異常暈總體呈NE向帶狀沿晚奧陶世片麻狀二長花崗巖分布，表明其成因與元古宙花崗巖關系密切。沿接觸帶發(fā)育較為普遍但規(guī)模較小的交代蝕變作用，結合古鈾含量、活化鈾量、異常內(nèi)釷鈾比等參數(shù)特征反映出鈾遷出情況，表明后期熱液交代作用中必然有一種或一類元素與鈾發(fā)生了交代。

表2 能譜數(shù)據(jù)數(shù)字特征統(tǒng)計

圖4 鈾元素(a)、釷元素(b)、鉀元素(c)和總量(d)地面伽馬能譜測量數(shù)據(jù)對數(shù)分布直方圖

4.3 能譜數(shù)據(jù)處理與綜合解釋

探索不同數(shù)據(jù)參數(shù)處理方式及解釋方法在實際工作中發(fā)揮的作用，因此針對研究區(qū)，筆者選用了幾種能譜數(shù)據(jù)處理方式，表3是在數(shù)據(jù)處理中選用的參數(shù)模型及所代表的意義。

表3 特征參數(shù)

Th/U：一般情況下，放射性元素的含量在許多類型的巖石中是保持相對穩(wěn)定的，各元素間存在一定的相關性，而在一些地質(zhì)活動中會造成某些元素地相對富集或貧化。如熱液活動、蝕變作用等，造成某些元素的帶入或帶出。故釷鈾比值的變化可以指示蝕變、礦化等特殊地質(zhì)作用過程，可用它來進行特殊地質(zhì)過程的填圖、找礦遠景預測等。地殼不同類巖石中鈾、釷絕對含量可能差異很大，但Th/U比值比較恒定，大約在3～4[8]，研究區(qū)Th/U≈3.62，與中國沉積層Th/U≈4.4、中國上陸殼Th/U≈3.1接近[9]，顯示巖漿作用過程中Th、U具有相似的地球化學行為。鈾含量高暈內(nèi)62組數(shù)據(jù)的Th/U≈3.78；異常暈內(nèi)25組數(shù)據(jù)的Th/U≈4.69；U異常內(nèi)20組數(shù)據(jù)Th/U≈4.93。局部釷鈾比值的變化是后期構造或者熱液活動中釷、鈾分離的結果。低Th/U預示后期有二次鈾的富集，是成礦有利指示因素；高Th/U則預示鈾有遷移流失，不利于鈾富集成礦[10]，因此異常內(nèi)較高的Th/U指示了鈾發(fā)生過遷移流失。

Gu：通常指巖石形成時的鈾含量，在一個包含鈾遷出、遷入的較大區(qū)域內(nèi)，求得該區(qū)域內(nèi)釷量與鈾量之比，可以反映鈾釷元素未發(fā)生分離時的初始比值[11]，這樣就可以利用公式計算出古鈾量。從圖5a、5b看出，現(xiàn)代鈾量低于古鈾量(Gu)，總體形態(tài)一致，遷移量Fu=eU-Gu為負，鈾元素異常暈范圍內(nèi)的Fu≈-21×10-6，但含量明顯減少，說明成巖后活化鈾含量增加。

F：由原蘇聯(lián)學者葉菲莫夫于1978年提出，認為交代巖的多階段成因常伴隨著強烈的地球化學蝕變，發(fā)生某些元素的遷入和帶出。交代作用過程中鉀既有遷入也有帶出，但以遷入為主。釷通常在發(fā)生接觸變質(zhì)時帶出，而且變質(zhì)越深帶出越多。鈾是放射性元素中最活躍的元素，在交代作用過程中常以遷入為主，但在后期的外生成礦作用中有可能被帶出，故鈾的變化情況不如鉀、釷穩(wěn)定(圖5c)。根據(jù)圖5d顯示，研究區(qū)內(nèi)具有3條F值得異常帶，其代表的交代蝕變作用與地質(zhì)吻合度較高，分別為NNW向的FU1、FU3，兩條異常帶與晚奧陶時花崗巖接觸帶相符，體現(xiàn)出地層被NW向斷裂錯斷的特征；FU2沿NW向斷裂呈帶狀分布，連續(xù)性好，規(guī)模大，代表伴隨斷裂活動發(fā)生的一系列熱液蝕變作用。

1—礦化體；2—花崗斑巖脈；3—推測斷裂；4—F值異常區(qū)；a鈾含量等值線；b—古鈾含量等值線；c—鈾、釷含量比等值線；d—交代蝕變值

FU3沿花崗巖接觸帶分布，結合較高的古鈾含量、向外遷出的活化鈾量以及反映鈾后期遷移流失的釷鈾比等參數(shù)特征，反映礦體附近的異常具有以下特征：早期成巖時期具有較高的鈾含量；成巖后期伴隨著斷裂活動、巖漿熱液活動巖石發(fā)生交代蝕作用；交代蝕變作用時期，發(fā)生U4+、Th4+和REE3+元素之間的類質(zhì)同象，鈾元素遷出，而REE和部分稀有元素遷入。因此，具有上述特征的FU1處應具有較好的稀有稀土礦化情況。

5 異常驗證

在圖2內(nèi)鈾異常中心槽探工程驗證后，揭露控制礦體鈾、鈮鉭礦(化)體K(圖2)，其礦化特征如下：

釷礦體：寬度50 m，平均品位721×10-6，最大值1 180×10-6，賦礦巖石為絹云母化黃鐵礦化長石石英砂巖。

鈮鉭礦體：共伴生于釷礦體內(nèi)部，產(chǎn)狀、形態(tài)與釷礦體相同，鈮元素含量偏高，平均品位0.091%；鉭平均品位為0.006 6%，(Nb2O5/ Ta2O5)>1；

銣礦體：與鈮鉭、釷、鈾礦體伴生，礦體形態(tài)相似，平均品位達950×10-6，最高為1 920×10-6。

鈾礦化：礦體內(nèi)鈾元素分布不均勻，礦化品位在(100～150)×10-6之間，總寬度近30 m。

成礦巖體為花崗巖接觸外帶的變質(zhì)石英砂巖，距離奧陶紀花崗巖體較近，具有遠高于背景值的放射性高場和Nb、Ta、Rb、U、Th的共伴生特征。推斷礦源與花崗巖體關系密切，含礦熱液受構造作用巖層間破碎、裂隙等通道運移，最后于稍遠處構造變質(zhì)較發(fā)育的層間接觸帶富集，

礦體空間展布受NW—NE向湯旺河斷裂構造控制，礦體富集、形成時間與區(qū)域中—低溫變質(zhì)作用耦合，礦化就位機制多樣且與區(qū)域性構造、巖漿巖侵入關系密切，顯示出構造、運移、變質(zhì)、物源、熱液的復合控礦成礦特征[12]。

另外，研究區(qū)作為鈾元素氧化遷出地鈾源區(qū)，是該地區(qū)小型山前盆地內(nèi)砂巖型鈾礦勘探的重要線索。

6 結論

對能譜數(shù)據(jù)處理及驗證，總結出可能稀有稀土元素礦化的放射性測量規(guī)律：①能譜測量放射性異常區(qū)；②Th/U較高的偏釷性異常；③古鈾量(Gu)含量高明顯高于現(xiàn)代鈾含量的異常；④代表交代蝕變反應F值異常分布區(qū)。

綜上，在具有放射性異常的區(qū)域內(nèi)，偏釷性的放射性異常不應歸為無意義異常，其對部分稀有稀土元素礦產(chǎn)具有一定找礦指示意義。伽馬能譜測量不應局限于鈾礦勘查范圍內(nèi)，應拓展放射性物探的應用范圍。特別是與放射性相關的稀有稀土礦，放射性物探手段具有較強的先天優(yōu)勢，是直觀、快速尋找此類礦床的有效方法。