相山矿田游坊地区地电提取找矿预测

doi:10.11720/wtyht.2021.1470

相山矿田游坊地区地电提取找矿预测

唐瑞^,¹, 欧阳菲^,¹, 罗先熔¹, 郑超杰¹, 汤国栋¹, 刘攀峰¹, 蔡叶蕾¹, 杨笑笑²

1.桂林理工大学地球科学学院隐伏矿床预测研究所,广西桂林 541004

2.广西三一〇核地质大队,广西桂林 541000

The prediction of electrochemical prospecting in Youfang area of the Xiangshan orefield

TANG Rui^,¹, OUYANG Fei^,¹, LUO Xian-Rong¹, ZHENG Chao-Jie¹, TANG Guo-Dong¹, LIU Pan-Feng¹, CAI Ye-Lei¹, YANG Xiao-Xiao²

1. Institute for Prediction of Hidden Deposits, School of Geosciences, Guilin University of Technology, Guilin 541004,China

2. No.310 Geological Party of Guangxi Zhuang Autonomous Region,Guilin 541000,China

通讯作者: 欧阳菲(1980-),男,副教授,硕士生导师,从事地球化学研究工作。Email:ouyfglut@qq.com

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2020-09-23 修回日期: 2021-01-8

基金资助:

国家重点研发计划“华南热液型铀矿基地深部探测技术示范”. 2017YFC0602600
广西教育厅项目. 2017KY0239

Received: 2020-09-23 Revised: 2021-01-8

作者简介 About authors

唐瑞(1995-),男,硕士研究生,主要从事地球化学研究工作。Email: 945087837@qq.com

摘要

为在江西相山矿田游坊地区实现找矿突破,在该区开展地电提取测量工作进行深部找矿预测。研究发现:异常明显受断裂控制,主要沿控矿断裂及断裂交汇处展布;运用聚类分析和因子分析发现各微量元素之间具有显著相关性,据此得出相应的元素组合:F1因子(Ti-V-Mo-Th-U)、F2因子(As-Pb-Sb)、F3因子(Co-Ni);铀钍比的空间分布与AMT推测基底深度呈现明显正相关关系,推测主要受火山岩厚度的控制。综合地电提取元素异常特征和相山矿田成矿规律,建立综合地质—地电化学找矿模式,并在研究区内圈定出两个相应的靶区,其中1号靶区具有良好找矿前景。

关键词： 相山 ; 铀矿 ; 地电提取 ; 异常特征

Abstract

In order to make a breakthrough in prospecting in the Youfang area of the Xiangshan ore field, the authors carried out geoelectric extraction and surveying in this area for deep prospecting prediction. It is found that the anomalies are obviously controlled by the faults, and are mainly distributed along the ore-controlling faults and the intersection of the faults. Cluster analysis and factor analysis reveal that there is a significant correlation between the trace elements, thus forming the corresponding element combinations: F1 factor (Ti、V、Mo、Th、U), F2 factor (As、Pb、Sb), and F3 factor (Co、Ni). The spatial distribution of uranium-thorium ratios shows a significant positive correlation with the estimated base depth of AMT, controlled by volcanic rock thickness. The authors synthesized the abnormal features of geoelectrically extracted elements and the mineralization regularity of the Xiangshan ore field, established a comprehensive geological-geoelectrochemical prospecting model, and delineated two corresponding targets in the study area, of which No.1 target area has good prospecting prospect.

Keywords： Xiangshan ; uranium ore ; geo-electric extraction ; characteristics of anomaly

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本文引用格式

唐瑞, 欧阳菲, 罗先熔, 郑超杰, 汤国栋, 刘攀峰, 蔡叶蕾, 杨笑笑. 相山矿田游坊地区地电提取找矿预测. 物探与化探[J], 2021, 45(6): 1425-1438 doi:10.11720/wtyht.2021.1470

TANG Rui, OUYANG Fei, LUO Xian-Rong, ZHENG Chao-Jie, TANG Guo-Dong, LIU Pan-Feng, CAI Ye-Lei, YANG Xiao-Xiao. The prediction of electrochemical prospecting in Youfang area of the Xiangshan orefield. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2021, 45(6): 1425-1438 doi:10.11720/wtyht.2021.1470

0 引言

随着我国核工业日益蓬勃发展,国家对铀矿资源的需求也逐渐提高。为确保铀资源的可持续性供给,铀矿的勘查和开发逐渐由浅部向深部发展。本研究依托国家重点研发项目,在我国重要的铀矿基地——江西相山铀矿田深部和外围开展地电提取找矿预测工作。

前人在相山铀矿田已做过各种不同程度的地质工作^[1,2,3,4,5],铀矿找矿突破备受关注,现探明的矿产资源已面临枯竭,急需向深部或边部寻找矿产资源。地电提取法作为一种非常规勘查手段,具有探测深度大、能发现弱异常等特点,利用该方法能更大程度的突显出深部可能存在的异常显示。该方法由费锡铨、邓康乐等从前苏联引入中国^[6],并取得了良好的找矿应用效果^{[7,8,9,10,11,12,13]}。桂林理工大学罗先熔教授及其科研团队利用地电提取测量技术在澳大利亚Four MileEast、Goulds Dam,江西湖溪、盛源盆地,赣杭火山岩铀成矿带西南段——相山矿田,鄂尔多斯盆地东胜区、大成梁区,浙江江山—长台等地区开展了寻找隐伏铀矿的研究并取得了较好的效果^{[14,15,16,17,18,19,20]},在各个矿区完成已知剖面的可行性试验研究,通过对已知剖面异常特征的分析,异常对地质体有良好的反应,表明地电提取测量技术在该区进行隐伏铀矿的勘查和找矿预测是可行和适用的,同时也为该类似地区的找矿提供了技术依据。因此,笔者利用地电提取方法来探寻相山游坊矿区的深部铀矿,对该地区增加矿产储备,为下一步工作提供找矿方向都有重要意义。

1 相山矿田地质背景

1.1 相山区域地质概况

相山铀矿田大地构造位置在华夏板块和扬子板块之间的过渡部位^[21],位于赣杭构造火山岩铀成矿带的西南方向(图1)。赣杭构造带由绍兴—江山深断裂逐渐发展演化而来,有数十个大小不等的火山盆地沿赣杭构造带分布^[22]。该矿田是赣杭构造带上隶属于华南铀成矿省的最大的火山岩型铀矿田,目前有大、中、小型铀矿床近30个,主要分布在相山盆地西部及北部^[22,23,24]。

图1

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图1 相山盆地地质构造略图(据董保平^[25]修改)

1—白垩系上统龟峰群;2—白垩系下统鹅湖岭组;3—白垩系下统打鼓顶组;4—三叠系上统安源组;5—石炭系下统华山岭组;6—新元古界;7—次斑状花岗岩;8—花岗岩;9—实测、推测断层;10—赣杭断裂带;11—赣杭构造带范围;12—红色断陷盆地;13—火山盆地;14—铀矿床;15—相山矿田;16—研究区

Fig.1 Outline of geological structure in Xiangshan basin(revised according to Dong Bao-ping^[25])

1—upper Cretaceous Guifeng group; 2—lower Cretaceous Ehuling formation; 3—lower Cretaceous Daguding formation; 4—upper Triassic Anyuan formation; 5—lower Carboniferous Huashanling formation; 6—Neoproterozoic; 7—subporphyritic granite; 8—granite; 9—real and inferred faults; 10—Gan-Hang fault zone; 11—Gan-Hang structural belt range; 12—red fault basin; 13—volcanic basin; 14—uranium deposit; 15—Xiangshan ore field; 16—research area

相山火山盆地是由基底和盖层组成,在平面轴向近似EW向的椭圆形火山盆地。基底主要为新元古界浅变质岩系,部分地段发育石炭系下统华山岭组和三叠系上统安源组;盖层以白垩系下统打鼓顶组、鹅湖岭组为主,夹少量沉积碎屑岩以及火山碎屑岩^[25]。火山盆地中断裂构造可分基底构造、盖层构造和火山构造3类。基底构造为近NE向、EW向。盖层构造在基底构造的基础上进一步发展,以NE向为主,同时局部有NW向、近NS向构造。火山构造又分为火山塌陷构造和火山层间离张构造。在火山盆地大规模喷发后,岩浆室出现空腔现象,由于重力作用导致处于火山空腔上方的盖层发生塌陷,最后基本呈圆环形分布在火山盆地边部,继而形成火山塌陷构造;离张作用发生于火山岩体内部薄弱的地方,形成火山层间离张构造^[21]。该盆地热液活动强烈,主要发生早期碱交代和晚期酸交代两期热液活动,岩浆岩主要为碱交代后期沿火山塌陷构造、火山层间离张构造充填的以次斑状花岗岩为主的次级火山岩。

1.2 游坊地区地质特征

游坊地区地层主要由基底和盖层两部分组成,其基底主要为新元古界变质岩(Pt₃),岩性为细粒黑云母石英片岩;盖层由其北部的白垩系下统打鼓顶组(K₁d)和鹅湖岭组(K₁e)组成,打鼓顶组岩性以流纹英安岩为主,夹有薄层砂岩、粉砂岩,鹅湖岭组岩性以粉砂岩、砂岩为主,中间再夹次斑状花岗岩等^[22]。区内断裂构造较发育,既有NE向、近EW向主断裂,也有NE向与近EW向断裂构造产生的NS向、NW向次级裂隙构造,以及研究区部分发育火山构造。矿化主要受矿田西部矿床内NE向邹—石断裂带以及次级断裂影响,断裂带全长大约8 m,大多位于邹—石断裂构造旁侧的次级构造的NE向、NS向构造中(图2)。由于受到早期碱交代及晚期酸交代作用,沿构造裂隙普遍发育矿化蚀变,主要矿化类型为早期的铀—赤铁矿类型(碱交代)和晚期的铀—绿泥石类型(酸交代),主要的蚀变类型有赤铁矿化、水云母化、钠长石化、磷灰石化、绿泥石化、碳酸盐化等^[22,25-26]。

图2

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图2 游坊研究区地质

Fig.2 Geological map of Youfang study area

2 地电提取技术及测试分析

2.1 地电提取法基本原理

地电提取测量法是在人工电场的作用下,破坏地下岩石中离子的动态平衡,使得与成矿相关的阴阳离子在人工电场的作用下,从矿体周围向提取电极迁移,并最终吸附于特定的地电提取装置(泡塑)中。通过定量分析泡塑中的元素含量,进而确定其分布规律和地电化学特征,最后综合地质情况判断隐伏矿体的赋存位置,以达到找矿预测的目的^[27]。具体流程如图3所示。

图3

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图3 地电提取提取迁移模式简图(据罗先熔^[27]修改)

Fig.3 The brief diagram of the geochemical extraction migration model(revised according to Luo Xian-rong^[27])

2.2 测线、测点布设和使用装置

根据重点研发项目的研究目标和前期研究成果,在游坊制定了大小为3.9 km²的测区,共布置了4条NW—SE向的地电提取测线(图2),测线及测点的布设采用500 m×100 m网格,共105个点位。

装置采用的是由桂林理工大学隐伏矿床预测研究所研究并改进的独立供电偶极地电提取装置。该装置由恒压恒流可控电源、精制碳棒及聚氨酯泡塑及滤纸组成,装置由导线连接后可供野外使用。其中提取电极由导电能力强的精制碳棒和经过预处理的泡塑组成。为消除泡塑本底值可能带来的测试误差,所有泡塑进行均一化预处理,具体操作为^[27]:20%HCl与0.5%(NH₂)₂CS混合液,浸泡时间12 h。本次地电提取技术参数为: 供电电压9 V,提取极距1 m,提取液为10% 稀硝酸(每个探坑倒入500 mL),供电时间24 h,提取电极埋藏深度30 cm(埋于B层土中)。

2.3 野外工作流程

本次采样严格按照地电提取技术规范进行^[27],工作流程为:在野外运用工具在垂直测线方向两侧分别挖取两个间距为1 m,深度约为30 cm的圆柱形采坑,随后用量杯先后两次量取提取液各500 mL,并将提取电极泡入量杯,使其充分接触湿润,随后放入采坑掩埋,掩埋时将提取电极平行放置并按照取土顺序依次按原样回填,接通外接电源。待持续供电24 h之后取回装置,于室内取出泡塑样品,每个点位单独封装,随后送实验室测试分析。

2.4 样品分析测试

本次地电提取共采集低电压偶极提取阴、阳极样品各105个。样品分析由桂林矿产地质研究院有色金属桂林矿产地质测试中心完成,采用ICP-MS(美国ThermoElementalX-series电感耦合等离子体质谱仪)分析方法,共分析了Ti、V、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Sb、Pb、Th、U等12种元素。已有研究表明酸处理可有效降低地电提取中固体吸附载体的本底值^[28],使本底值远远低于样品中所吸附的元素含量,因此本底值对元素的分析并不会造成大的干扰。样品分析时使用湿法消解进行预处理,具体处理方法为:称取野外采集的泡塑样品0.250 0 g放入聚乙烯烧杯中,加入适量比例的HNO₃-H₂O₂,放置过夜后,置于120 ℃恒温加热板上加热至蒸干,室内冷却后再加入王水溶解残渣,待溶液澄清后取液测定,详细测试方案可参考相关文献[28]。

3 找矿可行性研究

为研究地电提取测量法在研究区的适用性和有效性,选取位于研究区附近具备相似地质情况的相山矿田胡溪矿区居隆庵—李家岭矿床64线已知剖面进行地电提取测量法可行性试验研究。该已知铀矿体在剖面上明显受断裂及岩性界面复合部位的联合控制。试验在已知剖面上共布点43个,分析地电提取V、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Sb、Pb、Th、U等11种元素,利用Grapher做出元素含量折线图,综合各元素反应的异常情况以及隐伏铀矿体的赋存部位,划分出A、B、C、D共4个异常区(图4)。

图4

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图4 64线地质—地化异常综合剖面(据王东^[29]修改)

1—第四系;2—白垩系下统鹅湖岭下段;3—白垩系下统鹅湖岭上段;4—白垩系下统打鼓顶组下段;5—白垩系下统打鼓顶组上段;6—新元古界;7—次斑状花岗岩;8—铀矿体;9—空隙;10—断裂;11—点位及点号;12—钻孔及编号

Fig.4 The comprehensive geological geodesic anomaly profile of Line 64(Revised according to Wang dong^[29])

1—Quaternary; 2—lower Cretaceous lower Ehuling; 3—upper Cretaceous lower Ehuling; 4—lower Cretaceous lower Daguding formation; 5—upper Cretaceous lower Daguding formation; 6—Neoproterozoic; 7—subporphyritic granite; 8—uranium ore body; 9—void; 10—fault; 11—point and point number; 12—borehole and number

A异常区出现在2~4号测量点之间,异常区宽度约为80 m,地电提取Cu、Zn、U、Mo、Ni、V、Pb、Sb等出现了明显高值异常,Th、Co、As异常相对较低,各元素异常皆呈单峰出现。除Cu外,各元素异常峰值皆在3号测量点出现,其中U的地电提取测量值为0.487×10^-6,很好地指示出地下450 m处的铀矿体。

B异常区出现在10~19号测量点之间,异常区宽度约为400 m,地电提取V、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Sb、Pb、Th、U等异常清晰且强度高,As强度稍弱,异常总体呈单峰或多峰出现。地电提取U异常峰值出现在15号测量点,测量值为0.468×10^-6。U异常出现的部位与地下约330~495 m处的已知铀矿体对应良好。

C异常区出现在28~33号测量点之间, 异常区宽度约为200 m。地电提取V、Co、Cu、Zn、As、Mo、U等异常强度高,Th、Ni、Pb、Sb等异常稍弱,异常总体呈单峰或多峰出现。地电提取U异常峰值出现在32号测量点,测量值为0.504×10^-6。U异常出现的部位与地下约350 m处的已知铀矿体对应良好。

D异常区出现在39~43号测量点之间, 异常区宽度约为160 m。地电提取V、Co、Cu、Zn、As、Th、U等异常清晰且强度高,Ni、Mo、Pb、Sb等异常稍弱,异常总体呈单峰或多峰出现。地电提取U异常峰值出现在41号测量点,测量值为 0.803 ×10^-6。U异常出现的部位与地下约540 m处的已知铀矿体对应良好。

除A、B、C、D异常区外,在其他地方(如20~27号点)同样出现了U、Cu、Zn、As、Th等多元素异常,认为可能存在两个方面的原因,一是元素通过构造破碎带从地下向上迁移至地表形成异常;二是在其下方可能存在尚未发现的铀矿体^[29]。

以上结果表明,地电提取元素在已知矿体上方出现了明显异常,且与矿体套合情况良好,能够清晰地指示深部隐伏矿体的位置。综合上述分析,地电提取法在研究区寻找隐伏铀矿有良好的效果,不仅地电提取U对下方隐伏铀矿体有明显的异常显示,其他指示元素也有相应的异常显示,表明地电提取测量法在该区寻找隐伏铀矿是可行的。

4 地电提取元素特征

4.1 统计分布特征

从提取元素的各统计参数(表1)来看,所有元素最大值与算术平均值(或中值、众数)都相差较大,表明12种元素均存在较大离散性。从变异系数来看:U、Pb变异系数最高,其次为Th、V、Ti、Co、Ni、As、Sb,这些元素的数据变化较大、分散性强。

表1 地电提取元素含量统计参数

Table 1 Statistical parameters of geo-electric chemistry elements content

指标	Ti	V	Co	Ni	As	Cu	Zn	Mo	Sb	Pb	Th	U
算数平均值	4.69	0.37	0.30	0.63	2.41	19.33	0.16	0.01	0.04	3.18	0.20	0.10
中值	3.53	0.31	0.14	0.41	1.06	7.86	0.12	0.01	0.03	1.53	0.17	0.06
众数	2.24	0.26	0.13	0.42	0.58	4.76	0.10	0.01	0.03	1.50	0.15	0.04
标准差	5.20	0.40	0.59	0.68	6.38	42.94	0.27	0.01	0.06	15.28	0.28	0.26
最小值	1.16	0.13	0.04	0.18	0.41	2.06	0.03	0.00	0.01	0.85	0.04	0.01
最大值	76.36	7.08	5.73	6.77	98.49	499.75	4.18	0.13	0.73	289.74	5.29	4.76
偏度	8.70	12.81	5.95	4.48	10.71	7.01	12.26	6.70	8.97	17.23	15.76	14.77
峰度	103.25	205.89	43.46	27.03	142.63	60.77	168.01	66.67	101.71	318.10	285.21	255.09
变异系数	1.11	1.07	1.98	1.08	1.70	2.65	2.22	0.86	1.28	4.80	1.38	2.52

注:变异系数为标准差与算术平均值之比;元素含量单位为10^-6。

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从表中展示的各元素峰度、偏度可知,所有元素均不服从正态分布,均为右偏、正峰度,由此对原始数据进行对数转换,使做出的箱状图能更加客观地反映元素的统计分布特征^[30]。经对数转换之后各元素基本符合正态分布,但Cu、Zn仍具有明显的右偏特征,可能会导致高值数据容易被夸大。箱状图(图5)中绝大多数元素都存在离群数据,其中 Pb、Zn、Cu、Ti等离群值较多。V、As、Co等也存在一定的离群值,其异常也可以作为参考,只是不如前面4种元素明显。Ni、Mo、Sb、Th、U等的中位数位于箱子最中间,呈上下对称的特征,表明统计分布特征是客观的。

图5

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图5 元素含量对数转换后的箱状图

Fig.5 Box diagram of element content after logarithmic conversion

4.2 聚类分析

在以数学地质理论为基础的情况下,将原始数据利用SPSS 25软件进行对数处理,然后进行R型聚类分析。从图6可以看出,当距离系数取值为15时,可将元素划分为4组。第一组为V、U、Th、Ti、Mo、Co、Ni,第二组为As、Pb、Sb,第三组为Cu,第四组为Zn。在距离值达5时,V、U、Th、Ti为一组,清晰地反映了铀成矿作用的特点。研究表明^[21,26],相山主要的矿化类型分别为早期的铀—赤铁矿类型和晚期的铀—绿泥石类型,主要的蚀变类型有赤铁矿化、水云母化、钠长石化、磷灰石化、绿泥石化、碳酸盐化等^[21];游坊地区的水云母化为铀的富集提供了条件,绿泥石化可吸附铀,为铀的富集提供空间,赤铁矿化与铀矿化关系密切,多种蚀变互相叠加,导致铀矿化能力强;V、U、Th皆在矿石中伴生。可见,地电提取的元素聚类分析结果与以上规律相吻合。

图6

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图6 聚类分析树状图

Fig.6 Cluster analysis tree

4.3 因子分析

为了进一步确定这12种元素的组合关系和特点,再次进行R型因子分析对R型聚类分析进行验证。R型因子分析是在以数学地质理论为基础的情况下通过降维处理,在基本保持原始数据相关关系的同时,利用更少的因子组合来反映原始数据的大部分信息,能更好地从元素组合的角度对研究区地质现象进行分析^[31,32,33]。

由表2中的Pearson相关系数可以看出,绝大多数元素相关性较强,但是Zn、Cu与其他元素的联系较弱,这与前文聚类分析结果相对应,因此选择除Zn、Cu以外的10种元素进行因子分析。根据KMO检验,其度量值为0.817,大于Kaiser给定的判别标准(0.6);巴特利特球形度检验为0.000,小于显著性水平0.05,因此条件符合因子分析的要求范围^[34,35,36]。

表2 因子分析的变量相关系数矩阵

Table 2 Variable correlation coefficient matrix of factor analysis

元素	Ti	V	Co	Ni	Cu	Zn	As	Mo	Sb	Pb	Th	U
Ti	1.000
V	0.840	1.000
Co	0.533	0.570	1.000
Ni	0.562	0.501	0.563	1.000
Cu	0.332	0.397	0.248	0.341	1.000
Zn	0.074	0.107	0.047	0.101	0.116	1.000
As	0.743	0.658	0.366	0.413	0.325	0.068	1.000
Mo	0.674	0.720	0.342	0.452	0.327	0.107	0.718	1.000
Sb	0.312	0.261	0.111	0.294	0.164	-0.002	0.664	0.590	1.000
Pb	0.542	0.356	0.183	0.234	0.183	0.039	0.904	0.469	0.661	1.000
Th	0.810	0.891	0.488	0.406	0.366	0.122	0.642	0.660	0.139	0.368	1.000
U	0.715	0.923	0.527	0.422	0.411	0.111	0.619	0.688	0.202	0.307	0.887	1.000

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将正交旋转因子载荷矩阵中相关性大于0.6的元素分为一组,可以得出3个主因子。由表3可以看出因子分析的分类结果与前文聚类分析结果完全一致,最终将游坊测区元素组合分为3组:F1因子的元素组合为Ti、V、Mo、Th、U;F2因子的元素组合为As、Pb、Sb;F3因子的元素组合为Co、Ni。

表3 正交旋转因子载荷矩阵及因子方差贡献累计

Table 3 Rotated orthogonal factors and cumulative variance contributions

元素	F1	F2	F3
Ti	$\bar{0.740}$	0.363	0.371
V	$\bar{0.894}$	0.193	0.318
Co	0.378	0.005	$\bar{0.782}$
Ni	0.205	0.220	$\bar{0.864}$
As	0.529	$\bar{0.797}$	0.161
Mo	$\bar{0.622}$	0.539	0.209
Sb	-0.003	$\bar{0.900}$	0.143
Pb	0.234	$\bar{0.883}$	0.022
Th	$\bar{0.935}$	0.140	0.185
U	$\bar{0.911}$	0.132	0.231
方差贡献率/%	39.579	27.690	17.746
累计方差贡献率/%	39.579	67.268	85.015

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F1因子是研究区的主因子,方差贡献率为39.579%,指示了以U为主的成矿作用。F1因子所表现出来的信息较为丰富,Th、U为中温元素,常富集于酸性岩体中^[32],且相关性极高,可达0.887(表2),据前人研究,U、Th在相山铀矿田普遍为伴生^[23,37],因此Th可以作为U的指示元素。而Mo为高温元素,在高温时活动性较强,可随热液迁移^[38,39],说明在该地区的成矿过程中,火山作用活动性强,这与火山岩型铀矿的地质背景相吻合。U与Ti、V的相关性最高(表2),表明Ti、V可能对铀的指示性较高,且Ti、V常富集于基性岩中,反映出该区域可能存在基性岩脉。F1因子中既存在高温元素,又存在中温元素,既存在基性岩元素,又存在酸性岩元素,这与相山铀矿存在第一期的碱性热液活动和第二期的酸性热液活动的地质背景相符合^[25]。

F2因子方差贡献率为27.690%,所包含的As、Pb、Sb均属于亲硫元素,同时As、Sb均为低温成矿元素组合,说明其成矿条件相似,可能在同一时期沉淀,这与相山铀矿田第二期铀成矿作用(酸交代型)中的低温热液成矿相吻合。元素As、Sb、Pb的密切共生可能与多金属硫化物沉淀或者酸性岩浆、热液作用有关。

F3因子方差贡献率为17.746%。Co、Ni均为亲铁元素,同时也是高温元素。F3因子可能反映了碱交代时期的热液流体运移阶段元素组合,元素的密切共生可能与高温热液矿化有关,反应了铀的成矿流体可能来自于地幔深处的热液。

4.4 单元素平面特征

将经过箱图筛选并通过直方图检验后基本呈正态分布的数据利用Excel求得平均值、标准差等。利用公式 $\bar{X}$ + nS( $\bar{X}$ 为平均值,S为标准差,n分别取值1,2,4)计算外、中、内带异常值(表4),根据合适的内、中、外带值绘制研究区单元素异常图(图7)。

表4 江西相山矿区各元素异常分带值

Table 4 Contents of various elements for classifying various abnormal zones in the xiangshan,Jiangxi Province

元素	背景值	标准差	外带下限	中带下限	内带下限
Ti	3.576	1.367	4.942	6.309	9.043
V	0.302	0.081	0.383	0.464	0.627
Co	0.127	0.046	0.172	0.218	0.309
Ni	0.384	0.119	0.503	0.622	0.860
As	0.121	0.044	0.164	0.208	0.296
Mo	0.010	0.004	0.014	0.019	0.028
Sb	0.035	0.017	0.052	0.069	0.103
Pb	1.511	0.380	1.891	2.271	3.031
Th	0.169	0.063	0.232	0.295	0.422
U	0.060	0.024	0.084	0.108	0.156

注:元素含量单位为10^-6。

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图7

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图7 游坊地区地电提取单元素异常平面图及w(U)/w(Th)比值平面

1—新元古界;2—白垩系下统鹅湖岭组;3—白垩系下统打鼓顶组;4—次斑状花岗岩;5—地电测网;6—断裂构造;7—地质界线;8—异常内带;9—异常中带;10—异常外带;11—地名;12—AMT推测基底深度

Fig.7 Anomaly plan of single element extraction and w(U)/w(Th) ratio plan of geoelectricity extraction in Youfang area

1—Neoproterozoic; 2—lower Cretaceous Ehuling formation; 3—lower Cretaceous Daguding formation; 4—subporphyritic granite; 5—geoelectric survey network; 6—fault structure; 7—geological boundary; 8—anomaly inner zone; 9—anomaly middle zone; 10—anomaly outer zone; 11—place name; 12—AMT inferred basement depth

单元素含量的平面特征包含了背景值和异常特征两方面:背景值的变化反映了各元素含量随矿区各类地质体影响有所变化;异常特征则主要反映了元素在成矿作用下富集亏损情况。

4.4.1 U异常平面特征分析

U明显存在3处异常,分别位于王泥坑南侧、布水处、横排山北侧(图7j),其中王泥坑南侧异常强度高、范围大,测线L2从该异常内、中、外带穿过,异常三级浓度分带清晰,异常长轴呈NW向,并且有向外延伸的趋势;布水异常处于F₂与F₄断裂交汇处,异常强度高,异常范围小于王泥坑南侧,测线L1从该异常内、中、外带穿过,异常有沿SW向延伸趋势;横排山北侧异常位于F₁与F₂断裂交汇处,异常强度高,且高背景区面积较布水异常更大,测线L3从该异常内、中、外带穿过。

4.4.2 Th异常平面特征分析

Th仅有一处明显异常,位于王泥坑处,其异常分带明显,测线L2从该异常内、中、外带穿过,异常有沿SW向延伸趋势(图7i)。另外,在布水以及湖田有小范围Th异常,其中湖田异常具有较大面积的高背景值。

4.4.3 其他元素异常平面特征分析

V的总体空间分布与U相似(图7b),在布水和王泥坑都存在不同程度的异常,虽然横排山北侧F₂断裂处没有明显异常,但有NE向高背景带。

Mo有两处明显异常,分别位于布水、燕窝处。布水异常位于F₂断裂附近,测线L1从该异常内、中、外带穿过,异常有沿SW向延伸趋势(图7f)。燕窝异常三级浓度分带清晰,异常长轴呈SW向,并且有向外延伸的趋势。王泥坑附近有较大面积的高背景区。

Ti有两处明显异常,分别位于王泥坑、横排山南侧。王泥坑异常强度高,范围大,测线L2从该异常内、中、外带穿过,异常有沿SE向延伸趋势(图7a)。该异常高背景区面积比横排上南侧异常更大。横排山南侧异常位于F₄断裂附近,总体呈SW向展布,测线L2从该异常内、中、外带穿过。

Sb存在两处异常,分别位于布水、湖田北侧(图7g)。布水异常与As、Pb素相似,有明显的三级浓度分带,测线L1从该异常内、中、外带穿过,异常有SW向延伸趋势。湖田北侧异常位于F₁断裂东端,异常范围较小,但有大面积高背景值区。

Pb、As的总体分布较为相似,可分为两处异常,分别位于布水、王泥坑南侧。布水异常位于F₂与F₄断裂交汇处附近,异常强度高,但范围较小,测线L1从该异常内、中、外带穿过,异常有SW向延伸趋势(图7e、h)。王泥坑南侧异常强度高,范围更大,且高背景区面积较布水异常更大,测线L2从该异常内、中、外带穿过,异常有沿SE向延伸趋势。

Co、Ni的分布彼此相似,可分为两处异常,分别位于布水—横排山、王泥坑(图7d、c)。布水—横排山异常基本位于F₂与F₄断裂交汇处,但范围更大,高背景值面积也较大。王泥坑异常强度高,范围更大,异常有沿SE向延伸趋势。测线L2同时穿过两处异常的内、中、外带。

由单元素异常图可以看出,异常区域主要位于布水、王泥坑、横排山这3处。其中王泥坑异常强度高、范围大,套合情况良好。地电提取异常显示主要分布在断裂及其附近区域,说明成矿与断裂密切相关,断裂的空间展布或许较大程度上决定矿体的空间赋存,同时也能说明地电提取测量法的效果显著^[33]。

从U、Th比值(图7k)可以看出,AMT推测基底深度在布水处和王泥坑处有明显变化。从石马山到湖田有一条深度700 m左右的近EW向的相对大深度带,在其北方有深度在200~550 m的NE向相对小深度带;与AMT对应的地电元素U背景区也呈NE向,在布水的测线主体为高背景带,旁边测线为低背景区,U、Th比值也呈布水为高背景值的特征。

在王泥坑有一条深度850 m左右NW向的相对大的深度带,在其南方向有深度在1 000~1 300 m的NE向相对小的深度带;在该大深度带西侧有大面积的地电高背景区和高U、Th比。以上结果表明地电U含量和U、Th比值受基底深度的控制,具有明显的正相关关系。

4.5 多元素组合异常特征

根据前文R型聚类分析与R型因子分析所得的结果,利用累加法做元素组合异常图。按照元素分组,将元素分为F1因子、F2因子、F3因子共3类。将同一类元素的原始数据除以背景值后叠加,组合在一起重新整合为一组新的数据, 再通过SPSS25进行统计分析,确定其新的背景值和标准差,根据公式 $\bar{X}$ +nS进行计算,分出内带、中带、外带下限,n取值1求出外带值,n取值为2求出中带值,n取值为4求出内带值。将经过累加法得到的3组数值通过Surfer进行网格数据化处理,生成新的等值线图,再插入散点图,得到F1、F2、F3组合元素的异常图,随后通过CorelDRAW做出元素组合异常图(图8)。

图8

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图8 游坊地区元素组合异常

1—新元古界;2—白垩系下统鹅湖岭组;3—白垩系下统打鼓顶组;4—次斑状花岗岩;5—地电测网;6—断裂构造;7—地质界线;8—异常内带;9—异常中带;10—异常外带;11—地名

Fig.8 The combination of elements in the youfang area

1—Neoproterozoic; 2—lower Cretaceous Ehuling formation; 3—lower Cretaceous Daguding formation; 4—subporphyritic granite; 5—geoelectric survey network; 6—fault structure; 7—geological boundary ; 8—anomalous inner zone; 9—anomalous middle zone; 10—anomalous outer zone; 11—place name

由3组组合元素异常图可以看出,组合元素的异常主要集中在游坊测区的南部、西部等,这与单元素U的异常位置基本一致。通过组合元素的异常图可以排除单元素的误差和其他因素的干扰,由图1可知,研究区范围内已经存在两个已知矿点,这与组合元素异常图西部地区异常相对应。无论F1、F2和F3因子中,测区南部明显异常偏高,此处异常可能是该区域存在隐伏断裂,由断裂控制该区域地电异常,并且存在继续向NS向延伸的趋势;布水地段存在的异常明显受到断裂交汇控制,存在于邹—石断裂带的次级断裂上。

5 地质—地电化学综合找矿模式

通过分析矿区地质成矿规律和地电提取元素异常特征,总结研究区地质和地电提取元素异常找矿标识,构建地质—地电化学综合找矿模式,为在研究区开展找矿预测提供可靠依据。

5.1 找矿标志

地质找矿标识:① 相山火山盆地是由基底和盖层两个部分组成,基底主要为新元古界浅变质岩系,部分地段发育石炭系下统华山岭组和三叠系上统安源组;盖层以白垩系下统打鼓顶组、鹅湖岭组为主,夹少量沉积碎屑岩以及火山碎屑岩^[21];② NNE向断裂、NS向断裂复合交汇;③ 次火山岩沿火山塌陷构造、火山层间离张构造充填^[25];④ 矿化蚀变以碱交代为主,同时晚期也受到酸交代作用,主要蚀变类型有赤铁矿化、水云母化、钠长石化、磷灰石化、绿泥石化、碳酸盐化等^[25,26]。

地电提取元素异常找矿标识:Th作为U的伴生元素,具有较强的指示意义,地电提取以U、Th异常作为直接的找矿标志,将与U相关性强的Ti、V、Mo作为找矿的间接标志。结果显示,各元素异常基本与U、Th异常套合良好且连续性较好,结合地质特征分析,圈定有利找矿部位。

5.2 综合找矿模式

地质影响因素:相山火山盆地的基底构造与火山构造交互式发育,火山塌陷构造和火山层间离张构造的存在都为铀矿的运移和富集提供了必要条件;火山盆地北部碱交代和酸交代两期热液活动的迭合有利于铀成矿。结合相山火山盆地基底构造、盖层构造及火山构造的特点,以及多期次热液活动,多阶段成矿,多种矿化类型叠加的特点,构建地质找矿模式。

地电提取参数及异常特征:根据已知剖面的可行性试验研究中U异常与下方矿体的对应情况,以及异常本身的强度和范围,构建地电提取异常找矿模式。试验结果表明:U异常基本呈单峰或者多峰出现在矿体及含矿构造带上方。

将两类模式结合,构建地质—地电化学综合找矿模式(图9)。

图9

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图9 地质—地电化学综合找矿模式

1—新元古界;2—白垩系下统鹅湖岭组;3—次斑状花岗岩;4—断裂构造; 5—地质界线;6—矿体;7—不整合接触

Fig.9 Geological-geoelectrochemical comprehensive prospecting model

1—Neoproterozoic; 2—lower Cretaceous Ehuling formation; 3—secondary porphyritic granite; 4—fault structure; 5—geological boundary; 6—ore body; 7—unconformity contact

6 靶区划分与找矿预测

根据单元素异常图、多元素组合异常图、AMT等值线与U、Th比值对照图,结合地质成矿背景等圈定靶区(如图10),共划分出两处不同规模大小的靶区。

图10

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图10 相山矿区靶区预测

1—新元古界;2—白垩系下统鹅湖岭组;3—白垩系下统打鼓顶组;4—次斑状花岗岩;5—地电测网;6—断裂构造;7—地质界线;8—AMT推测基底深度;9—2号靶区;10—1号靶区;11—地名

Fig.10 A map showing predicted prospecting targets in the Xiangshan deposit

1—Neoproterozoic; 2—lower Cretaceous Ehuling formation; 3—lower Cretaceous Daguding formation; 4—subporphyritic granite; 5—geoelectric survey network; 6—fault structure; 7—geological boundary; 8—AMT inferred basal depth; 9—No.2 target area; 10—No.1 target area; 11—place name

1号靶区: 该靶区位于研究区西部、西北部,地电提取 U、Th、Mo、Pb、V、Co、Ni、As、Sb等均有异常显示,异常区受到NE向断裂和EW向断裂联和控制。该靶区包含有高中低温元素,代表了该区域成矿的多期次、多阶段性;该靶区与F1因子、F2因子和F3因子异常显示都高度重合,异常区分布可能受区域构造控制,综合分析认为该区有很大的找矿潜力,建议优先进行钻探验证。

2号靶区: 该靶区位于研究区南东部,地电提取U、Th、Pb、V、Ti、Co、Ni、As等均有异常显示。主成矿元素U、Th、V、Ti规模较大,与F1因子、F2因子和F3因子吻合程度均较好,推测该靶区存在深部隐伏断裂,综合分析认为该区存在一定的找矿潜力。

7 结论

1) 通过可行性试验研究表明,地电提取法提取的U异常作为最重要的依据,Th、Mo、Ti、V等异常作为辅助指标,能够反映地下铀矿体的成矿位置,充分说明地电提取法在游坊地区寻找隐伏铀矿的可行性。

2) 根据聚类分析和因子分析,得出元素组合F1、F2、F3共3类,结合研究区地质特征,F1因子为U、Th、Mo、Ti、V等元素,可能代表了主要的铀成矿作用,与成矿十分密切;F2因子为Pb、As、Sb等元素,一般分布于F1因子的外围,并且异常强度有差异,可能反映了酸性岩浆和热液作用的结果;F3因子为Co、Ni等元素,与前两者的空间分布和异常强度均有差异,可能反映了基性岩脉的分布。

3) 运用地电提取法结合地质特征在游坊地区开展的找矿预测研究共圈定出两个靶区,其中1号靶区具有更高的成矿潜力,为研究区下一步找矿工作提供依据。

参考文献

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文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

李子颖, 张万良.

江西相山矿田主要铀矿化类型及其地球化学特征对比研究

[J]. 现代地质, 2016, 30(1):1-16.