1、Pb 同位素特征值示踪法在棉花坑铀矿床及其外围应用 刘汉彬 韩娟 金贵善 李军杰 张建锋 张佳 石晓 核工业北京地质研究院 摘 要： 在棉花坑矿床进行 Pb 同位素组成特征值 V1指示隐伏铀矿体有效性试验, 结果表明该参数能够在区域上有效地识别出含矿花岗岩蚀变破碎带, 可应用于隐伏铀矿体找矿定位预测。在棉花坑矿床外围油洞地区, 利用地表土壤 Pb 同位素组成特征值 V1圈定出了重点成矿预测区。关键词： Pb 同位素特征值; 示踪; 勘查方法; 棉花坑铀矿床; 作者简介：刘汉彬 (1969) , 男, 山东莱芜人, 高级工程师 (研究员级) , 主要从事同位素地球化学及同位素分析测试研究。E-m
2、ail:收稿日期：2017-06-02基金：国家重点研发计划项目 (2017YFC0602600) Application of Pb isotope eigenvector exploration method in Mianhuakeng uranium depositLIU Hanbin HAN Juan JIN Guishan LI Junjie ZHANG Jianfeng ZHANG Jia SHI Xiao Beijing Research Institute of Uranium Geology; Abstract： The validity of Pb isotope eig
3、envector V1 exploration method was carried out in Mianhuakeng uranium deposit to indicate hidden uranium deposit. The results show that the V1 parameter can effectively identify the zone of ore bearing granite altered fracture in the region, which can be applied to predict the hidden uranium deposit
4、 prospecting. In Youdong area around Mianhuakeng uranium deposit, the main metallogenic prognosis area was delineated by using the Pb isotope eigenvector V1 exploration method of the surface soil samples.Keyword： Pb isotope eigenvector; tracing; exploration method; Mianhuakeng uranium deposit; Recei
5、ved： 2017-06-02由于铅同位素在矿床勘查中具有“指纹特征”, 自 20 世纪 60 年代, 国外相继提出了铅同位素模式法、血型铅法、分带关系法、铅同位素打靶法等找矿方法用以评价不同种类矿床, 取得了显著的找矿效果1-6。国内夏毓亮等于 20 世纪 70 年代最早将铅同位素化探方法应用于铀矿床评价7, 朱炳泉、黄斌、芮宗瑶、何厚强和汪明启等应用铅同位素化探方法进行金、铜、铅和锌等矿床深部评价8-12。20 世纪 80 年代末期, 朱炳泉等开展同位素体系多维空间的拓扑分析方法, 在研究金矿、铜矿和铅锌矿等矿床找矿方面发挥了重要的作用13-16。根据铅同位素数据在 、 (分别代表 Pb/
6、Pb、Pb/Pb、Pb/Pb) 三维空间数据最大展布面的拓扑投影, 获得铅同位素特征值 V1, 以此为基础, 开展铅同位素系统剖面化探, 并对隐伏矿床进行预测评价14。选择典型花岗岩型矿床棉花坑铀矿床作为研究对象, 开展 Pb 同位素特征值对深部铀成矿信息的同位素示踪技术研究, 并预测和评价该矿床外围铀成矿潜力。1 地质概况棉花坑矿床位于长江铀矿田中部, 处于诸广山复式花岗岩体南部的中心部位。矿区主要出露印支期中粒二云母花岗岩及少量燕山期中粒斑状二长花岗岩、燕山晚期细粒二云母花岗岩、细粒二云母花岗斑岩。沿含矿构造蚀变带两侧发育有正长岩、石英正长岩、石英二长岩及伟晶岩。矿区主要发育 NE、NW
7、及近 SN 向 3 组构造。棉花坑矿床主要由一组近 SN 向含矿构造蚀变带 (脉) 组成, 主要包括 9、7、8-1、52 和 32 号脉体。其中 9 号脉规模最大, 9 号脉中 9 (9) 号矿体是矿床的主矿体。矿石的矿物成分以沥青铀矿为主, 另有少量铀的次生矿物, 与之伴生的脉石矿物有石英、赤铁矿、黄铁矿及萤石等。矿床类型属产于花岗岩蚀变破碎带中的中低温热液交代、充填型铀矿床17。2 方法有效性试验在棉花坑矿床, 垂直 9 号含矿带, 在南北长 1.25 km, 东西宽 600 m 的范围内, 按线距 250 m、点距 40 m 的网度, 设计-号 6 条剖面, 进行土壤样品取样, 每条剖
8、面长度 600 m, 16 个测点, 共 96 个样品 (图 1) 。利用核工业北京地质研究院 ELEMENT XR 型等离子质谱仪分析土壤样品 Pb 同位素组成。根据 Pb 同位素组成 Pb/Pb、Pb/Pb、Pb/Pb, 利用下列公式计算 Pb 同位素组成特征值 V113。图 1 棉花坑矿床取样剖面位置图 Fig.1Location map of sampling section in Mianhuakeng uranium deposit 下载原图1花岗斑岩;2中粒黑云母花岗岩;3中粒二云母花岗岩;4含矿构造带;5取样剖面;6矿化或工业品位钻孔。式中:脚标 d 和 m 分别代表矿石 Pb
9、 和地幔 Pb, t 为成矿时代。、 三维空间拓扑投影的坐标分别为 p、 p、 p。式中:a=0, b=2.036 7, c=-6.143。V1值的大小与样品中 U、Th、Pb 含量分布密切相关, 一般地, 放射性成因 Pb 比例越大, V 1越大。经数据统计、处理, 地表土壤 Pb 同位素组成特征值 V1背景值为 198.1, 标准偏差为 60.0, 异常下限是背景值与一倍的标准偏差之和, 即为 258.1。地表土壤 Pb 同位素组成特征值 V1等值线图示踪结果表明 (图 2) , 该 Pb 同位素特征值参数能够清楚地圈定出含矿构造带范围, 其异常分布趋势、范围与含矿构造带的范围较一致。图
10、2 棉花坑矿床地表土壤样品 Pb 同位素组成特征值 V1 等值线图 Fig.2 Contour map of Pb isotopic composition V1value of soil sample in Mianhuakeng uranium deposit 下载原图花岗岩蚀变破碎带型铀矿床赋矿部位主要在断裂破碎带, 因此, 利用该方法圈定出构造带范围, 在此基础上进行评价, 就能预测隐伏铀矿体的有利含矿部位。为更好地反映出主要含矿构造-断裂与异常分布之间的空间位置关系, 绘制了 6条剖面的联合剖面图 (图 3) 。利用每条剖面 Pb 同位素向量特征值 V1的异常峰值或高值点, 在图中相
11、互连接成虚线。可以看出, 两条虚线与棉花坑矿床 9 号断裂带、32、7 号断裂带相对应。特别地, 在中间 3 条剖面上出现明显的异常点, 且异常较连续。为更好地描述异常, 利用异常衬度 (k) 来表示异常清晰的程度 (表 1) , k=C/Ca, 其中, C 为某一个异常值 V1, Ca 为 V1的异常下限, Ca=258。可以看出, 异常衬度范围为 1.01.4, 异常衬度虽然不大, 但 V1背景值高, M 3号剖面异常段有 8 个连续的异常点。3 油洞地区示踪应用在长江铀矿田棉花坑矿床外围油洞地区 (图 4) 。垂直 6 号含矿带, 在长 1.2 km, 宽 600 m 的范围内, 按线距
12、 200 m、点距 20 m 的网度, 设计 7 条剖面, 进行土壤样品取样, 每条剖面长度 600 m, 实际取土壤样 190 件。图 3 棉花坑矿床土壤样品 Pb 同位素向量特征值 V1 联合剖面图 Fig.3 Joint profile of Pb isotopic composition V1value of soil sample in Mianhuakeng uranium deposit 下载原图A-M1 号剖面;B-M2 号剖面;C-M3 号剖面;D-M4 号剖面;E-M5 号剖面;F-M6 号剖面。表 1 棉花坑矿床土壤 Pb 同位素向量特征值 V1 异常分布和评价 Tabl
13、e 1 Pb isotopic composition V1value abnormal distribution of soil sample and evaluation in Mianhuakeng uranium deposit 下载原表 图 4 棉花坑矿床油洞地区取样剖面位置图 Fig.4Location map of sampling section inYoudong region of Mianhuakeng uranium deposit 下载原图1第四系;2中细粒二云母花岗岩;3中粗细斑状黑云母花岗岩;4断裂及编号;5矿化点;6测线及编号。对油洞地区土壤 Pb 同位素组成进
14、行数据处理, 并利用逐步剔除法对 V1进行数据统计处理, 得到的 V1背景值为 103, 标准偏差为 27, 异常下限为 130。对 7 条剖面中的每一条剖面逐一进行了评价。1 号剖面土壤 Pb 同位素特征值 V1只有两个异常点, 异常点数较少, 异常位置对应 63 号断裂带和 6 号断裂带。需要说明的是没有取到样品位置为水库 (图 5) 。2 号剖面土壤 Pb 同位素特征值V1异常点数较多, 为 10 个, 异常主要位于测线的后半段其主要异常位置对应 6号断裂带。3 号剖面土壤 Pb 同位素特征值 V1有 9 个异常点, 异常点数较多, 异常位置对应 6 号断裂带和 52-1 号断裂带以及不
15、同岩体的接触界面。4 号剖面土壤 Pb 同位素特征值 V1有 5 个异常点, 异常点数也较少, 异常能比较明显地反映出 6 号断裂带。5 号剖面土壤 Pb 同位素特征值 V1有 10 个异常点, 异常点数较多, 且在剖面右侧 6 个异常点形成了较连续的异常段, 异常能反映出 6 号断裂带位置。剖面左侧异常点异常衬度为 1.6, 推测其对应位置可能为次级断裂带。6 号剖面土壤 Pb 同位素特征值 V1有 6 个异常点, 异常能反映出 6 号断裂带位置。7 号剖面土壤 Pb 同位素特征值 V1异常点有 5 个, 都为单点异常, 且异常衬度较小。异常也能反映出 6 号断裂带位置。图 5 棉花坑矿床油
16、洞地区 1 号剖面土壤 Pb 同位素特征值 V1 曲线图 Fig.5 Curves of Pb isotopic composition V1value map along soil sample of Profile1 in Youdong region of Mianhuakeng uranium deposit 下载原图1第四系;2中细粒二云母花岗岩;3中粒黑云母花岗岩;4中粗细斑状黑云母花岗岩;5断裂;6断裂编号。为更清楚地反映出主要含矿构造-断裂与异常分布之间的空间位置关系, 绘制了7 条剖面的联合剖面图。利用每条剖面 Pb 同位素向量特征值 V1的异常峰值或高值点, 在图中相互连接
17、。该图显示主连接线与棉花坑矿床 6 号断裂带相对应。并且与 6 号断裂带相交叉的 8、52 号次级断裂也能反映出来。然后, 根据异常下限值圈定 V1等值线图 (图 6) 。从 V1等值线图可以看出, 地表土壤 Pb 同位素组成特征值 V1参数能够清楚地圈定出含矿构造带异常范围, 其异常分布趋势、范围与含矿构造带的分布范围较一致。结合该地区地质、断裂分布情况, 测区东北部地区 2 号测线与 3 测线之间的 6号断裂带与 8、52 号断裂相交会部位, 4 与 5 号线之间的 6 号断裂带与两条走向 NE 方向的次级断裂交会的部位, 为重点成矿预测区。棉花坑铀矿床及其外围油洞地区地表土壤 Pb 同位
18、素组成特征值 V1背景值大于100, 明显高于华南地体, 该地体 55V185 范围内13, 这主要是因为矿床花岗岩岩石相对富 U、Pb 造成的。图 6 长江铀矿田油洞地区 Pb 同位素特征值 V1 等值线 Fig.6 Contour map of Pb isotopic composition V1value of soil sample in Youdong region of Mianhuakeng uranium deposit 下载原图4 结论棉花坑矿床 Pb 同位素组成对隐伏铀矿体深部预测的有效性试验结果表明, 地表样品 Pb 同位素组成特征值能够在区域上分辨出隐伏铀矿体显示异常信
19、息, 异常分辨率高, 有效地识别出含矿花岗岩蚀变破碎带, 可应用于隐伏铀矿体找矿定位预测。在棉花坑矿床外围油洞地区, 利用地表土壤 Pb 同位素组成特征值 V1圈定出 2片重点成矿预测区。参考文献1Cannon, R.S.et al.Suggested uses of lead isotopes in explorationJ.Geochemical Exploration Proceedings, 1970:4. 2Doe B R, et al.The application of lead isotopes to the problems of ore genesis and ore pr
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