Pb 同位素組成打靶法示蹤隱伏熱液型鈾礦有效性研究

劉漢彬，韓 娟，金貴善，李軍杰，張建鋒，張 佳，石 曉

（核工業北京地質研究院，北京 100029）

由于礦床礦化地段的地表巖石發生風化，土壤層覆蓋礦化地段， 在風化作用過程中化學性質活潑的成礦元素流失， 導致成礦元素礦化現象減弱或消失， 因此， 通常應用的地表元素地球化學勘查方法難以探測隱伏礦體，給隱伏礦床勘查造成困難。

Pb 的化學性質比較穩定， 當巖石風化成土壤后， 仍保持Pb 同位素組成的 “指紋”、“血型”特征，Pb 同位素找礦方法是金、銅、鉛、 鋅、 鈾等金屬礦產勘查一種有效的重要手段［1-4］。我國南方熱液型鈾礦主要在花崗巖或火山巖巖體的斷裂蝕變帶內成礦， 成礦元素U 最終衰變子體為Pb 的同位素，因此，應用Pb 同位素組成示蹤方法， 根據Pb 同位素組成異常分布可圈定出含礦斷裂位置， 為隱伏 鈾 礦 體 預 測 提 供 參 考 依 據［1，5］。 目 前 為 止，Pb 同位素組成示蹤方法有Pb 同位素組成比值法［1］、 打靶法［4］、 矢量特 征值法［3，6］。 Pb 同位素組成打靶法在鈾礦床勘查方面還沒有得到應用［7-9］，筆者主要以桃山鈾礦田為例，建立熱液型鈾礦Pb 同位素組成打靶法找礦方法，并對該方法的應用有效性進行研究。

1 熱液型鈾礦化Pb 同位素打靶法示蹤方法

熱液型鈾礦床Pb 同位素打靶法是利用研究區已有礦床成礦靶標的Pb 同位素組成范圍來判定、 預測鈾礦化有利賦礦位置的一種地球化學勘查方法。 該方法實施具體步驟如下：

1）研究勘查區花崗巖、火山巖、變質巖等不同類型巖石Pb 同位素組成。 在進行Pb同位素打靶法找礦時， 必須要對鈾成礦帶或鈾礦床附近地表出露的各種巖石進行一定數量的樣本取樣，分析其Pb 同位素組成，研究不同類型巖石（特別可能與成礦作用有關的巖石）各自的Pb 同位素組成的變化范圍，為評價測量點奠定基礎。

2）建立成礦靶標范圍。在研究區區域范圍內， 根據成礦帶上鈾礦床或礦化點的分布情況， 盡可能在比較大范圍內選取有代表性的 礦 石 樣 品， 并 分 析204Pb、206Pb、207Pb 和208Pb 4 種同位素組成的原子數百分比， 也可收集該地區已有的鈾礦石Pb 同位素組成資料。

根據鈾礦石的Pb 同位素組成分別計算206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 原 子 比， 再 分 別 求 得206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb 和208Pb/206Pb 5 個參數的各自的平均值（x）和標準偏差（s），以x±s 為標準建立各參數的成礦靶標范圍。然后再用5 個參數的各自的平均值（x）作為中心點，再以對應參數的標準偏差（s）為邊界擬合 出208Pb/204Pb -206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-207Pb/204Pb、208Pb/206Pb-207Pb/206Pb 3 個橢圓形的成礦靶標范圍圖。

3） 實施測量剖面樣品取樣及Pb 同位素組成化學分析。 化探剖面布置方向應切穿成礦帶 （含礦斷裂帶） 方向。 取樣時， 樣品一般為風化土壤腐質層下部的土壤， 若地表有露頭可取風化巖石樣。 取樣的密度大小要兼顧巖性的變化與距離， 在斷裂蝕變帶位置應增加取樣密度， 以防漏掉重要的礦化信息。對樣品進行Pb 同位素組成質譜分析。

4）評價測量剖面測量點。對每個樣品的Pb 同位素組成進行數據處理，在上述3 種圖解上投點作圖， 判斷哪些樣品進入靶區。 為了進行定量比較， 按206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb 和208Pb/206Pb 5 個 指 標落入靶標的多少進行分類。5 個指標全部落入3個成礦靶標范圍的樣品為Ⅰ類，4 個指標落入2 個成礦靶標范圍的樣品為Ⅱ類，2 個指標落入1 個成礦靶標范圍的樣品為Ⅲ類， 沒有落入成礦靶標范圍的樣品為Ⅳ類。 Ⅰ類和Ⅱ類樣品所在地段應是進一步勘查找礦的預測有利地段； Ⅲ、 Ⅳ類樣品所在的地段成礦的可能性很小， 可被排除進一步勘查范圍。

2 Pb 同位素打靶法示蹤試驗

2.1 桃山鈾礦田地質概況

桃山鈾礦田位于江西省寧都縣境內。 該礦田位于華南褶皺系大王山—于山隆起帶內北北東向宜黃—安遠、北北東-北東向南城—大余及北西向深斷裂交匯部位［10］。桃山花崗巖體外圍地層為震旦-寒武系千枚巖、炭質板巖、 變質砂巖和硅質板巖等淺變質巖， 巖體東部為下白堊統紅盆。

桃山巖體為多期多階段形成的復式巖體，主要由漳灌巖體、 蔡江巖體、 黃陂巖體、 打鼓寨巖體、釣峰巖體組成 （圖1）。 巖體活動經歷3 個期次， 即加里東晚期、 印支中期、燕山中早期［11］。

圖1 桃山復式巖體地質略圖Fig.1 Geological sketch map of Taoshan granite complex pluton

桃山巖體內主要斷裂呈北北東向展布，構成斷裂構造的主要格架， 另外， 北西向斷裂也較發育，但規模較小。

打鼓寨巖體是桃山礦田內主要賦礦巖體，大布礦床是桃山復式巖體目前發現的最大礦床。

2.2 靶標范圍的建立

在桃山鈾礦田選取大布礦床、 大府上礦床11 個不同品位的鈾礦石樣品，對樣品進行Pb 同位素組成分析 （表1）。 首先計算206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 原子比， 這5 個參數的各自的平均值分別為21.69、15.90、38.56、0.75、1.81， 標準偏 差 分 別 為3.53、 0.39、 0.82、 0.09、 0.22，各參數的成礦靶標范圍分別為21.69±3.53、15.90±0.39、 38.56±0.82、 0.75±0.09、 1.81±0.22；然后將206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 5 個參數的各自的平均值21.69、 15.90、 38.56、 0.75、 1.81 作 為 中 心點， 用對應參數的標準偏差3.53、 0.39、0.82、0.09、0.22 為邊界， 擬合出208Pb/204Pb-206Pb/204Pb（圖2）、208Pb/204Pb-207Pb/204Pb（圖3）、208Pb/206Pb-207Pb/206Pb（圖4）3 個橢 圓形的成礦靶標范圍圖。

2.3 有效性試驗

在大布礦床選擇P-D2 號剖面（圖5、6） 進行Pb 同位素組成打靶法對隱伏鈾礦體預測示蹤的有效性試驗， 目的是驗證該方法是否具有分辨出隱伏鈾礦的能力。

P-D2 號剖面為穿過大布礦床的南北向剖面， 長度為939 m， 取風化巖石或土壤樣品12 個。

剖面樣品Pb 同位素組成和根據成礦靶標范圍評價等級見表2， 其中Ⅰ類樣品點有1個，Ⅱ類樣品點有1 個，Ⅲ類樣品點有3 個，Ⅳ類樣品點有7 個（圖7）。

結合樣品取樣剖面 （圖6）可以看出，PD2-6 號樣品為Ⅰ類樣品， 該樣品5 個Pb 同位素組成指標全部位于3 個靶標范圍圖內（圖2～4）。 該樣品位置與大布礦床所在位置相對應，位于大布礦床NE-SW 向含礦斷裂構造帶上。P-D2-11 號樣品為Ⅱ類， 該樣品位置在一條斷裂附近， 該斷裂可能為一條經過弱蝕變作用的斷裂。 試驗結果說明該方法能夠反映含礦斷裂帶， 即能反映出隱伏鈾礦所在位置。

表1 桃山鈾礦田鈾礦石Pb 同位素組成Table 1 Pb isotopic composition of uranium ore in Taoshan uranium ore field

圖2 桃山鈾礦田礦石208Pb/204Pb-206Pb/204Pb 靶標范圍Fig.2 Target range of 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb of Taoshan uranium ore field

圖3 桃山鈾礦田礦石208Pb/204Pb-207Pb/204Pb 靶標范圍Fig.3 Target range of 208Pb/204Pb-207Pb/204Pb of Taoshan uranium ore field

圖4 桃山鈾礦田礦石 208Pb/206Pb-207Pb/206Pb 靶標范圍Fig.4 Target range of 208Pb/206Pb-207Pb/206Pb of Taoshan uranium ore field

圖5 大布礦床及附近取樣剖面位置Fig.5 Location of sampling section in Dabu deposit and nearby area

圖6 大布礦床P-D2 號剖面取樣位置示意圖Fig.6 Schematic sampling position in section P-D2 of Dabu deposit

表2 桃山鈾礦田大布礦床P-D2 號剖面Pb 同位素組成及評價Table 2 Pb isotope composition and evaluation of Profile P-D2 in Dabu deposit of Taoshan uranium ore field

圖7 大布礦床P-D2 號剖面樣品評價分類Fig.7 Evaluation grade of samples of Profile P-D2 in Dabu deposit

3 找礦預測評價

大布礦床外圍附近的東部王泥田—車盤坑地區為該礦田重要成礦預測區。 據已有資料，在該地段已發現連片出現的U-Rn濃度異常和Rn 濃度異常水， 異常值U 含量為n×10-6g/L，Rn 濃度為740～1 850 Bq/L，異常值相對較高， 具有隱伏鈾成礦可能，經初步揭露已發現一些礦化點或礦體［10］。為此， 在王泥田地區進行了P-W1 號剖面Pb 同位素組成打靶法示蹤測量 （圖5、8）， 并對該剖面進行了找礦靶區的預測評價。

P-W1 號剖面方向135°，剖面長度為2 050 m，樣品為花崗巖風化巖石或土壤，樣品數30個。

P-W1 號剖面樣品的Pb 同位素組成和根據成礦靶標范圍圖評價等級見表3。評價結果表明，Ⅰ類樣品點有1 個，Ⅱ類樣品點有3個， Ⅲ類樣品點有7 個， Ⅳ類樣品點有19個。

P-W1-27 號樣品點為Ⅰ類樣品點， 其5個Pb 同位素組成參數206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb 分別為21.41、15.78、38.73、0.74、1.81，所有參數均落在3個成礦靶標范圍內。

另外，P-W1-10、P-W1-26、P-W1-28 3 個樣品評價級別為Ⅱ類，P-W1-10 樣品所在位置附近可能存在弱蝕變斷裂，P-W1-26、P-W1-28 兩個樣品位置與Ⅰ類P-W1-27 號樣品點位置相鄰，3 個樣品位于該剖面東南部魚成排地段的2 條斷裂位置附近， 共同反映出該斷裂及附近存在隱伏礦化可能性較大， 預測王泥田剖面東南部的魚成排地段及附近為重點找礦區域， 可進行進一步的勘查研究工作。

P-W1-2、 P-W1-4、 P-W1-15 3 個樣品所在位置處于斷裂帶上， 但其評價級別為Ⅳ類， 推測所處的斷裂可能為非含礦斷裂。

圖8 王泥田P-W1 號剖面取樣位置示意圖Fig.8 Schematic sampling position of Profile P-W1 in Wangnitian area

表3 桃山鈾礦田王泥田地區P-W1 號剖面Pb 同位素組成及評價Table 3 Pb isotope composition and evaluation of Profile P-W1 in Wangnitian area of Taoshan uranium ore field

4 討論

因為Pb 的化學性質穩定， 因此Pb 同位素組成受巖石的風化程度影響較小， 花崗巖（某些地區為火山巖、變質巖）等不同類型巖石、 礦石及風化后形成的土壤都具有各自確定的Pb 同位素組成； 由于Pb 同位素組成直接受到鈾的放射性衰變的控制，因此Pb 同位素組成打靶方法可以區分出主要礦化期次的Pb 同位素組成，通過建立靶標范圍，示蹤結果主要反映主礦化期的地球化學異常， 排除次要礦化期對異常解釋、 評價的干擾； 本方法在取樣時不需要等點距取樣， 可在預測區內斷裂蝕變帶等含礦重點地段取樣， 且只需相對數量較少的樣品便可以對礦化異常做出較可靠的評價。 由于U 的放射性子體為Pb，熱液型鈾礦因放射性形成的206Pb、207Pb、208Pb在其組成方面具有顯著的變化特征，利用Pb打靶法在區域上尋找隱伏熱液型鈾礦具有獨特的優勢， 可用于礦區外圍斷裂蝕變帶找礦有利地段的預測。這些特征為熱液型鈾礦Pb同位素組成打靶方法優點。

Pb 同位素組成打靶法實施過程中， 研究區內鈾礦石的Pb 同位素組成靶標范圍的代表性如何會直接影響評價結果， 因此盡量選擇有代表性、 主要礦化類型的礦石樣品， 并建立靶標范圍。 在評價過程中， 要注意分析礦體是否受到地質剝蝕作用以及剝蝕作用的程度，還應分析鈾礦體Pb 同位素組成在垂向上的變化趨勢，防止因礦體上部與主礦體Pb 同位素組成相差較大， 遠離靶標范圍而出現漏掉主礦體的現象； 也要防止因礦體尾部與主礦體的Pb 同位素組成差別不很明顯，容易落到靶標范圍， 打靶法會定位到礦體尾部。Pb同位素組成打靶法不能夠有效地區分礦體在垂向上分布情況， 即預測成礦深度方面有其不足之處。 在實施本方法中應該注意上述問題。

5 結論

1） 建立了熱液型鈾礦Pb 同位素組成打靶法地球化學勘查方法，并確定了該方法的4個實施步驟：研究勘查區不同類型巖石Pb 同位素組成、 建立成礦靶標范圍、 實施測量剖面樣品取樣及分析、 評價測量剖面測量點。預測評價結果分為Ⅰ—Ⅳ共4 類， 其中，Ⅰ類和Ⅱ類樣品所在地段應是進一步勘查找礦的有利預測地段。

2）桃山鈾礦田大布礦床剖面示蹤試驗結果表明，Pb 同位素組成打靶法在區域上能夠反映出礦化點或礦床的位置， 是一種有效的土壤覆蓋區范圍區域熱液型隱伏鈾礦勘查方法。

3）桃山鈾礦田大布礦床外圍王泥田地區剖面Pb 同位素組成打靶法示蹤結果表明，王泥田地區東南部的魚成排及其附近為重點找礦有利預測區段， 可進一步進行其他方法的勘查研究工作。