四川省510铀矿床中铀及伴生元素的分带特征

doi:10.11720/wtyht.2023.1264

四川省510铀矿床中铀及伴生元素的分带特征

王永飞^,¹, 董之凯², 吕文祥¹, 李宝新¹, 马冰¹

1.四川省核地质调查研究所,四川成都 610061

2.四川川核地质工程有限公司,四川成都 610053

Zoning characteristics of uranium and associated elements in the No. 510 uranium deposit, Sichuan

WANG Yong-Fei^,¹, DONG Zhi-Kai², LYU Wen-Xiang¹, LI Bao-Xin¹, MA Bing¹

1. Sichuan Institute of Nuclear Geological Survey, Chengdu 610061, China

2. Sichuan Chuanhe Geological Engineering Co., Ltd., Chengdu 610053, China

第一作者: 王永飞(1982-),男,本科,高级工程师,主要从事铀矿勘查和矿床地质研究工作。Email:370759859@qq.com。

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2022-05-26 修回日期: 2023-01-17

基金资助:

四川省2021年政府性投资地质勘查项目(川自然资函)(〔2021〕554号)
四川省2021年政府性投资地质勘查项目(川自然资函)(〔2022〕324号)
四川省地质调查研究院科技创新项目(川地调院)(〔2022〕262号)

Received: 2022-05-26 Revised: 2023-01-17

摘要

四川省510铀矿床伴生元素的研究多为单一矿段,为划分整个矿床的伴生资源类型,本次采用铀矿石伴生元素横向及垂向分带研究的方法,结合矿床已有的岩石地球化学、矿床地球化学、成矿规律等研究成果进行综合对比分析,梳理整个矿床伴生矿产的分带特征,将矿床在垂向上划分为铁镍硫化物—铀矿化带、少硫化物—铀矿化带和闪锌矿—少铁镍硫化物—铀矿化带3个矿物组合带,在横向上划分为上部Ni、V→Zn→Ni(少量Cu)和下部Mo、Ni、Zn、V→Zn、Ni→Mo、Ni、Zn→Zn(少量Cu)的成矿元素组合过渡带。矿床中铀与伴生钼、镍和锌等金属已完成冶炼及回收实验,增加了矿床的经济价值,扩大了经济效益。本次研究确定了510铀矿床6种伴生资源类型,对伴生元素的利用进行了综合评价,为深部找矿预测及相似矿山接替资源找矿方向提供了理论指导。

关键词： 共伴生铀资源; 510铀矿床; 分带特征; 矿床分带特征; 矿床利用远景

Abstract

Previous studies of associated elements of the No. 510 uranium deposit in Sichuan mostly focus on individual ore blocks. To classify the types of associated resources in the whole deposit, this study conducted a comprehensive comparative analysis based on the investigation of horizontal and vertical zoning of associated elements of uranium ores, as well as the existing study results of rock and deposit geochemistry and metallogenic regularity. Accordingly, this study ascertained the zoning characteristics of associated minerals in the whole deposit. In the vertical direction, the deposit was divided into three mineral assemblage zones: the iron-nickel sulfide-uranium mineralization zone, the low-content sulfide-uranium mineralization zone, and the sphalerite-low-content iron-nickel sulfide-uranium mineralization zone. In the horizontal direction, the deposit was divided into the upper Ni, V → Zn → Ni (low-content Cu) and the lower Mo, Ni, Zn, V → Zn, Ni → Mo, Ni, Zn → Zn (low-content Cu) metallogenic element assemblage transition zones. The smelting and recovery experiments were completed for uranium and associated metals such as molybdenum, nickel, and zinc in the deposit, increasing the economic value of the deposit and expanding economic benefits. This study determined six types of associated resources for the No. 510 uranium deposit and comprehensively evaluated the utilization of associated elements, providing theoretical guidance for both the deep prospecting prediction and the prospecting of replacement resources in similar mines.

Keywords： uranium associated resource; 510 uranium deposit; zoning characteristics; deposit zoning characteristics; deposit utilization prospect

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本文引用格式

王永飞, 董之凯, 吕文祥, 李宝新, 马冰. 四川省510铀矿床中铀及伴生元素的分带特征[J]. 物探与化探, 2023, 47(4): 881-891 doi:10.11720/wtyht.2023.1264

WANG Yong-Fei, DONG Zhi-Kai, LYU Wen-Xiang, LI Bao-Xin, MA Bing. Zoning characteristics of uranium and associated elements in the No. 510 uranium deposit, Sichuan[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(4): 881-891 doi:10.11720/wtyht.2023.1264

0 引言

510铀矿床为我国著名的若尔盖碳硅泥岩型铀矿田西段的一个典型矿床,位于秦祁昆成矿域秦岭─祁连铀成矿省南秦岭铀成矿带的西端,矿床具规模大、品位富的特点,伴生多种金属元素可供综合利用,倍受广大矿床地质工作者关注^[1⇓-3]。前人对矿床的研究多以铀元素为主,研究标高局限在3 600~3 150 m^[4],而伴生元素的研究多集中在510-1矿段。随着近年来勘查的不断投入,找矿成果不断扩大,见矿垂深相应的增加,不断印证着前人对深部成矿的看法。但对整个矿床空间内伴生元素在垂向及横向上的变化特征没有系统的研究。本次对整个矿床的空间内开展铀矿伴生资源的综合评价研究,大致查明铀矿石的化学成分、矿物组成特点及综合利用元素的赋存状态,为提高矿石的综合利用效率,提升矿床的经济价值提供理论支撑和技术支持,也为后续矿田深部找矿及国内类似矿床的伴生研究及找矿方向提供依据。

1 矿床地质

1.1 区域铀成矿概况

若尔盖铀矿田位于西秦岭褶皱带之南亚带,主要分布于由古生界地层所构成的白龙江复背斜西段^[5]。区域上以沉积建造为主,地层自震旦系至第四系广泛出露,其中含矿主要层位志留系发育齐全。

区域构造线以近EW向为主,NE向和NW向次之^[6]。白龙江断裂带为区域所见规模最大的断裂带。铀矿化与构造关系非常密切,近EW向和NE向断裂组成的菱形格架是区内控矿断裂,两组断裂交接点的北西侧控制矿床位置,近EW向断裂带控制矿体的产出。

区内岩浆活动与断裂关系密切,主要为基性—中酸性岩(脉),其空间上的分布也对应着矿床东疏西密、矿石品位东贫西富、矿床规模东小西大的特点^[7]。

矿田东西长约50 km,南北宽约6 km。现已探明的10余个铀矿床中伴生有Mo、Ni、Zn、V等金属元素,大多已达到综合利用的工业指标,部分可单独构成工业矿体^[5]。

1.2 510铀矿床地质特征

510铀矿床位于若尔盖铀矿田西部,西起雪莲沟,东至垭口,长约6.50 km,南北宽约0.50~1.10 km,是若尔盖铀矿田最具代表性的矿床,主要由6个矿段、2个远景段构成(图1)。

图1

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图1 510铀矿床地质略图(修改自陈田华等^[8])

1—第四系;2—拉垅组下段;3—塔尔组上段;4—塔尔组下段;5—羊肠沟组上段;6—羊肠沟组下段;7—苏里木塘组上段;8—苏里木塘组下段;9—地层界线;10—实测及推测断层;11—脉岩(μ—玢岩类;sl—板岩;si—硅质岩;Dm—白云岩);12—铀矿床;13—钻孔及编号;14—取样位置及编号

Fig.1 Geological sketch of 510 uranium deposit (modified from Chen T H,et al.^[8])

1—quaternary system; 2—lower member of Lalong formation; 3—upper member of Ta'er formation; 4—lower member of Ta'er formation; 5—upper member of Yangchanggou formation; 6—lower member of Yangchanggou group; 7—upper member of Sulimutang formation; 8—lower section of Sulimutang formation; 9—stratigraphic boundary; 10—measured and inferred faults; 11—dyke(μ—porphyrite type;sl—slate;si—siliceous rock;Dm—dolomite); 12—uranium deposit; 13—drilling and numbering; 14—sampling location and number

矿体赋存于下志留统羊肠沟组上段由硅质灰岩、砂(板)岩及硅质岩等组成的含矿建造界面附近。矿床内断裂构造较发育,断层走向以NW向为主,少量近EW向,均被NE向断裂所切割。岩矿层间多为走向断层接触,断裂规模大,分布广,分枝复合较为复杂。矿体主要产于由F1和F2断裂等所形成的构造格架内,受构造和岩性控制明显^[9⇓-11](图2)。

图2

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图2 510铀矿床中长沟矿段三中段(3 478.61 m)矿体分布(修改自陈田华等^[8])

1—塔尔组下段;2—羊肠沟组上段;3—羊肠沟组下段;4—灰岩;5—板岩;6—硅质岩;7—细砂岩;8—逆断层;9—平推断层;10—勘探线位置及编号;11—平铜;12—钻孔及编号;13—工业铀矿体

Fig.2 Distribution map of ore body in the third middle section(3 478.61 m) of Zhongchanggou ore section of 510 uranium deposit (modified from Chen T H,et al.^[8])

1—lower member of Ta'er formation; 2—upper member of Yangchanggou formation;3—lower member of Yangchanggou formation;4—limestone;5—slate;6—siliceous;7—fine sandstone;8—reverse fault;9—strike-slip thrust fault; 10—location of exploration line and number;11—adit;12—borehole and number;13—industrial uranium ore body

510铀矿床内已圈定矿体94个,多为盲矿体。区内矿体多集中产于主含矿建造变窄部位并与NE向断裂交汇处,矿体规模大小不一,走向长十几米至数百米,倾向延伸一般50~200 m,最大延伸已超过500 m,具倾向延伸大于走向延伸的特点。矿体厚0.52~29.80 m,品位0.050%~2.066%。矿体大多呈层状、似层状、扁豆状、透镜状产出,少量呈脉状产出,总体呈矿体群出现^[1,11⇓-13]。铀矿化特征以矿床中西部的中长沟矿段最为典型(图2)。截止目前,在各地段勘查成果发现,总体矿化垂幅达740 m,主矿体矿化垂幅已达600 m,且深部均尚未完全控制,可预料矿床深部仍有新矿体的存在。

矿石类型以碳酸盐岩型为主,少量呈现不同程度的碳酸盐化的硅酸盐岩型。矿石结构构造以角砾状、细网脉状构造为主,矿石结构以粉砂状、压碎结构和胶状结构为主^[4,11,13]。矿石中的铀以沥青铀矿的形式为主,少量分散吸附态形式。吸附状态的铀赋存于炭泥质集合体中。次生铀矿物为赋存于地表淋积氧化物中的钙铀云母、铜铀云母^[9⇓-11]。

矿石矿物成分主要有沥青铀矿、黄铁矿、硫(铁)镍矿、硫钒铜矿、针镍矿、辉镍矿、辉铜矿、黄铜矿、斑铜矿、白铁矿、褐铁矿、石英、方解石、重晶石、石膏等。矿石化学成分主要为CaO、MgO、SiO₂、Fe₂O₃。伴生元素有Ni、Mo、Zn、V、Cu等。Ni、Mo、Zn、V在不同矿段具2~4种元素可达到综合利用标准的特点^[14⇓-16]。

2 样品采集及分析

2.1 样品采集

经梳理以往钻孔样品分析及矿床资料,确定了与铀伴生元素密切的赋矿岩石或脉体,为划分该矿床铀伴生资源类型,分别对向阳东沟(样号:KY2~KY22)、向阳西沟(样号:KY31~KY51)、雪莲沟(样号:XL7~XL22)矿段内主要矿体、矿化及围岩进行系统采样(图1)。另外,中长沟(样号:R0-5~R7-11)、天赞沟(样号:ZH10~ZH18)、垭口(样号:YK1~YK4)矿段采用以往分析化验资料。

2.2 样品分析测试

采用ELEMENT XR 等离子体质谱仪,经核工业北京地质研究院分析测试研究中心分析不同矿段内主要矿体赋矿岩石的微量元素组成。经对比以往矿床资料,该区伴生元素主要为Ni、Mo、Zn、V,故本次仅列出U及伴生有益元素的分析结果。对雪莲沟矿段、向阳西沟、向阳东沟矿段的矿化及围岩段均采取了微量元素分析样,见表1,中长沟、天赞沟、垭口矿段的微量元素含量引自已有分析数据,见表2。

表1 雪莲沟、向阳西沟、向阳东沟矿段矿体及围岩部分微量元素含量

Table 1 Content of trace elements in ore body and surrounding rock Xueliangou,Xiangyangxigou,Xiangyangdonggou ore block10^-6

样品编号	V	Ni	Zn	Mo	U	取样位置	取样深度/m	备注
XL-7	348	391	527	19.9	1502	ZK20-5	144.4	雪莲沟矿段
XL-16	212	23.3	104	61.1	6.4	ZK20-5	877.0
XL-17	206	88.3	105	95.6	44.5	ZK20-5	878.0
XL-18	195	675	136	985	415	ZK20-5	878.7
XL-19	196	509	87.8	183	182	ZK20-5	879.0
XL-20	185	83.4	95.7	130	62	ZK20-5	879.3
XL-21	177	918	101	805	519	ZK20-5	879.7
XL-22	149	635	33.4	170	177	ZK20-5	880.0
KY-31	411	63.2	794	29.4	90.4	ZK4-1	254.0	向阳西沟矿段
KY-32	673	298	2436	118	366	ZK4-1	255.0
KY-33	248	108	905	29.4	2072	ZK4-1	256.0
KY-34	3371	327	1016	73.9	103	ZK4-1	256.4
KY-43	237	58.7	254	8.7	68.4	ZK3-5	740.8
KY-44	246	91.4	976	4.36	1403	ZK3-5	741.5
KY-45	219	57.4	201	20.6	13.2	ZK3-5	729.0
KY-46	2531	325	1401	359	103	ZK3-5	581.6
KY-47	4472	317	1291	67.5	80.1	ZK3-5	792.5
KY-48	156	59.7	1087	20.9	613	ZK3-5	870.0
KY-49	153	70.9	1491	13.6	332	ZK3-5	874.0
KY-50	348	141	1354	33.9	2505	ZK3-5	880.0
KY-51	55.7	54.5	192	0.45	98.2	ZK3-5	880.8
KY-52	112	52.1	78.4	6.16	46.3	ZK3-5	886.0
KY-53	655	236	13271	79.3	29951	ZK3-5	890.0
KY-2	278	94.5	345	8.54	109	ZK27-4	384.0	向阳东沟矿段
KY-3	438	499	1144	52.9	62.3	ZK27-4	385.0
KY-4	208	598	9917	66.5	1050	ZK27-4	439.5
KY-9	71.4	74.7	819	69	238	ZK27-6-2	802.2
KY-10	38.8	17.5	210	24	76.7	ZK27-6-2	808.8
KY-11	44.5	24.7	156	38.2	115	ZK27-6-2	809.5
KY-12	185	712	19506	142	5470	ZK27-6-2	811.2
KY-13	1076	2657	95198	1589	9694	ZK27-6-2	812.0
KY-14	120	61.4	396	43.8	221	ZK27-6-2	813.6
KY-15	2035	125	573	68.6	49.9	ZK27-6-2	819.0
KY-16	2943	92.2	917	47.5	30.9	ZK27-6-2	820.0
KY-17	908	191	1211	156	63.4	ZK27-6-2	820.5
KY-18	103	59.8	124	28.2	92.3	ZK31-4	821.0
KY-19	169	128	2077	284	535	ZK31-4	822.0
KY-20	126	68.3	954	172	217	ZK31-4	823.4
KY-21	112	30.7	173	54.4	30.9	ZK31-4	824.4
KY-22	139	187	1543	279	1250	ZK31-4	848.7

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表2 中长沟、天赞沟、垭口矿段矿体及围岩部分微量元素含量

Table 2 Content of trace elements in ore body and surrounding rock Zhongchanggou,Tianzangou,Yakou ore block 10^-6

样品编号									备注
R0-5	160	450	84.5	235	226	562	露天采场	3562	中长沟矿段^[17]
R2-4	65.8	2730	41.6	325	43.7	5587	2中段	3522
R2-6	11982	188887	383	220	60.7	9010	2中段	3522
R2-7	2993	154632	38.4	288	33.3	10375	2中段	3522
R2-8	322	12117	21.9	137	17.2	379	2中段	3522
R3-1	116	1677	103	747	110	464	3中段	3482
R3-6	168	2065	133	612	289	18644	3中段	3482
R3-7	44.9	375	9.73	130	22.4	542	3中段	3482
R3-8	817	4717	12.5	1282	68	3792	3中段	3482
R4-1	916	9821	55.8	212	31.2	574	4中段	3442
R4-3	1926	7238	15.7	829	952	1006	4中段	3442
R4-4	1195	5142	14.7	379	65.7	398	4中段	3442
R4-5	469	11017	149	363	100	4860	4中段	3442
R4-6	357	6655	150	332	68.2	1206	4中段	3442
R4-7	579	21694	147	274	28.8	660	4中段	3442
R5-1	283	9760	49.6	502	28.8	19919	5中段	3402
R5-2	787	53979	152	612	37.1	30428	5中段	3402
R5-3	125	814	32	199	10.1	2280	5中段	3402
R5-4	166	1190	140	140	18.2	1032	5中段	3402
R6-3	109	1486	54.9	62.8	19.8	881	6中段	3362
R6-4	273	5679	60.4	95.8	27.7	631	6中段	3362
R7-2	833	34046	27.1	335	76.3	2483	7中段	3314
R7-3	181	4832	28	273	45.7	6092	7中段	3314
R7-4	290	2322	72.8	207	100	4272	7中段	3314
R7-6	63.4	932	71.5	110	64.3	453	7中段	3314
R7-7	102	1425	32.7	114	50.3	358	7中段	3314
R7-8	327	4564	403	255	35.9	4002	7中段	3314
R7-11	3207	28556	28.9	175	11.4	5501	7中段	3314
ZH10	600	10200	150	400	40	1270	ZK111	3425	天赞沟矿段^[18]
ZH11	80	24400	1950	50	120	4340	ZK111	3422.5
ZH12	120	700	20	400	40	550	ZK111	3420
ZH13	300	6000	350	450	60	780	ZK111	3418
ZH14	380	4200	30	300	40	1190	ZK111	3388
ZH15	2400	23000	400	500	30	3810	ZK111	3386
ZH16	2500	29000	700	350	180	6560	ZK111	3383
ZH17	2700	84000	1200	1200	140	9490	ZK111	3379
ZH18	2600	25000	220	800	280	2190	ZK112	3272
YK-1	440	4960	60	570	100	1370	ZK39	75	垭口矿段^[19]
YK-2	170	5140	30	1050	130	37.8	ZK39	96
YK-3	340	1310	130	1540	550	1066	ZK24	163
YK-4	240	2340	210	2740	220	39	ZK24	166

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2.3 伴生元素特征

2.3.1 伴生元素赋存形式

根据伴生元素赋存形式研究,当主元素与伴生元素含量的平均值与均方差比值相差较少时,伴生元素呈类质同象存在,反之以独立矿物存在^[20]。经过数据分析,筛选出50组矿石样品分别计算主元素与伴生元素的平均值、均方差,见表3。由表3可见,矿石中主元素U分别与伴生元素Mo、Cu的平均值和均方差比值接近,说明伴生元素分别较均匀的分布在铀矿物周围,以类质同象形式存在,这与矿石镜下未发现Mo、Cu的独立矿物相吻合;而主元素U分别与伴生元素Ni、Zn、V的平均值和均方差比值相差较大,说明伴生元素Ni、V、Zn不均匀的分布在铀矿物周围,以独立矿物存在,与镜下发现的硫(铁)镍矿、硫钒铜矿、闪锌矿、辉镍矿等独立矿物相吻合。

表3 510铀矿床矿石中主元素、伴生有益元素含量特征参数

Table 3 Characteristic parameters of main elements and associated beneficial elements in ore of 510 uranium deposit10^-6

统计值	Ni	Zn	Mo	V	Cu	U
工业品位	200	3000	100	800	1000	500
平均值	949	18743	220	398	111	4502
均方差	1824	37157	392	324	176	6780
主元素与伴生元素平均值之比	4.74	0.24	20.46	11.31	40.56
主元素与伴生元素均方差之比	3.72	0.18	17.30	20.93	38.52
地壳元素丰度^[21]	89	94	1.3	140	63	1.7
q值(平均值/地壳元素丰度)	10.66	199.39	169.23	2.84	1.76	2648.24

注:铀为工业指标,其余元素为铀矿床共伴生组分综合评价指标。

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2.3.2 伴生元素特征

本区铀矿床不同地段铀矿石伴生有益元素含量及特征参数如表1~3所示,与地壳元素丰度相比^[21],矿石中伴生有益元素含量较地壳元素丰度较富集(富集系数q=2~10)的有V;矿石中伴生有益元素元素含量较地壳元素丰度显著富集(富集系数q=10~100)的有Ni;矿石中伴生有益元素元素含量较地壳元素丰度特别富集(富集系数q>100)的有Zn、Mo、U,其中U的富集系数高达2 648.24。由矿石中本身含有的伴生元素特征、赋存形式等特征来看(表4、图3),本区铀矿床是一个以U为主,伴生 Mo、Ni、Zn、V 等多种有益元素的多金属矿床。

表4 510铀矿床矿石中伴生有益元素特征

Table 4 Characteristics of associated beneficial elements in ore of 510 uranium deposit

伴生有益元素	Ni	Zn	Mo	V
赋存形式	镍的硫化矿物、多与沥青铀矿共生	浸染状与沥青铀矿共生	矿物态	离子状态被吸附于水白云母和有机碳中
主要矿物	主要为硫铁镍矿,次为针镍矿、辉镍矿等	闪锌矿	以硫钼矿为主,少量辉钼矿、钼钙矿	钒钙铀矿、水钒铜矿、硫钒铜矿
矿物赋存形态	立方体或不规则粒状	球粒状、皮壳状、不规则粒状	粒状、脉状	离子状态
元素含量	0.004%~1.19%	0.03%~18.8%	0.001%~0.19%	0.006%~0.13%
可达综合利用的样品数量	50%以上	50%以上	40%	12%

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图3

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图3 510铀矿床铀及伴生有益元素能谱成分(修改自陈田华等^[8])

a—铀矿石能谱成分中锌、镍等元素测点位置及对应峰谱;b—铀矿石能谱成分中钼、铁等元素测点位置及对应峰谱;c—铀矿石能谱成分中锌等元素测点位置及对应峰谱;d—铀矿石能谱成分中钒等元素测点位置及对应峰谱

Fig.3 Energy spectrum composition of uranium and associated beneficial elements in 510 uranium deposit(modified from Chen T H,et al^[8])

a—measuring point position and corresponding peak spectrum of zinc, nickel and other elements in the energy spectrum composition of uranium ore;b—the measuring point position and corresponding peak spectrogram of molybdenum, iron and other elements in the energy spectrum composition of uranium ore;c—measuring point position and corresponding peak spectrum of zinc and other elements in the energy spectrum composition of uranium ore;d—measuring point position and corresponding peak spectrogram of vanadium and other elements in energy spectrum composition of uranium ore

本次对50件矿石样品中铀与伴生有益元素进行相关分析,发现铀与钒、镍、锌、钼相关性较弱,均呈弱正相关;而镍与锌的相关系数为0.836,为较明显的正相关(表5、图4)。

表5 铀与伴生有益元素相关性分析

Table 5 Correlation analysis between uranium and associated beneficial elements

元素	U	V	Ni	Zn	Mo
U	1
V	0.258	1
Ni	0.150	0.098	1
Zn	0.333	0.137	0.836	1
Mo	0.103	0.176	0.208	0.333	1

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图4

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图4 510铀矿床各矿段内铀及伴生有益元素相关性对比

Fig.4 Correlation comparison of uranium and associated beneficial elements in each ore section of 510 uranium deposit

整体来看,除了垭口矿段内的伴生有益元素镍、锌、钼、钒未达到综合利用要求外,其余地段均有部分伴生有益元素镍、锌、钼、钒已达到了综合利用指标,尤其在铀品位较高部位。向阳东沟至天赞沟矿段之间局部地段的锌已达到工业指标;天赞沟矿段内的镍、锌多数已达到工业指标,大部分钒和少量铜达到可利用指标;而中长沟矿段内镍的平均品位超过了国家综合利用标准的6~7倍,Zn达到了国家单独开采的工业指标^[4]。

目前天赞沟地段概算其伴生元素镍285 t,钒120.2 t,锌2 578.2 t,铜106.4 t,钼48.6 t^[18];中长沟矿段概算伴生元素镍814.3 t,锌6 113.0 t^[22]。本次采集与收集的样品数据,大部分对金进行了分析,暂未发现该矿床内金达到工业及矿化指标。但该矿床西南侧的寒武系拉尔玛金矿床中,则有金、铀元素共生存在。据以往资料分析,拉尔玛金矿床中的Ni、Mo、V平均值分别为86.2×10^-6、143.0×10^-6、293.31×10^-6,均远高于地壳平均值,但稍低于510铀矿床的平均值。通过对比分析,510铀矿床中Mo、Ni、Zn、V、Cu元素含量高,As、Sb、Hg、Ba低,而金矿床中Mo、Ni、Zn、V、Cu元素含量低,As、Sb、Hg、Ba高。同时也存在“金中有铀,铀中少金”的特征。

3 矿床垂向、横向分带特征及铀伴生资源类型

通过对矿床的不同矿段进行伴生元素分析,明显可以看出伴生元素在横向及垂向上具有不同的分带特征。

3.1 垂向分带特征

前人对中长沟矿段进行了微量元素垂向分带研究,指出第5中段(3 500 m)附近是一重要的流体成矿地球化学界面,是一个产生多种元素突发成矿作用的界面^[4]。

本次对各矿段在横向和垂向上均进行了综合研究,认为该区存在两个地球化学界面(图5),上部界面以铀与锌、镍、钒单元素富集在该界面附近为特征,在中长沟矿段坑道内的该界面附近已发现镍矿与锌矿矿体,有的已达到单独开采的工业指标。下部地球化学界面是以铀与锌、镍、钼、钒等多元素组合为特征。通过两个地球化学界面,将整个矿床从上向下分为3个矿物组合带:

图5

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图5 510铀矿床铀伴生元素垂向、横向分带特征

Fig.5 Vertical and horizontal zoning characteristics of uranium associated elements in 510 uranium deposit

铁镍硫化物—铀矿化带:该带自东向西有一个缓角度倾斜,在向阳西沟地段形成一个深“V”型,这与近年来在向阳西沟所发现的矿体向深部延伸,在雪莲沟一带向浅部延伸的特点相一致,具有出现大量黄铁矿及硫铁镍矿、硫镍矿、菱铁矿、闪锌矿等铁镍硫化物的特点(图6a、b)。

图6

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图6 铀伴生元素矿物镜下特征

a—放射束状产出的辉镍矿;b—硫铁镍矿被放射束状针镍矿和辉镍矿所交代;c—黄铜矿、方铅矿及闪锌矿团块;d—脉状沥青铀矿与闪锌矿、黄铁矿共生;Py—黄铁矿;Cal—方解石;Sp—闪锌矿;Ccp—黄铜矿;Gn—方铅矿;Po—硫镍矿;U—沥青铀矿

Fig.6 Microscopic characteristics of uranium associated element minerals

a—radiofascicular pyroxene;b—the pyrite nickel ore is metasomatized by radial fascicular needle nickel ore and pyroxene;c—chalcopyrite, galena and sphalerite lump;d—vein pitchblende coexists with sphalerite and pyrite;Py—pyrite; Cal—calcite; Sp—sphalerite; Ccp—chalcopyrite; Gn—galena; Po—polydymite;U—pitchblende

少硫化物—铀矿化带:该带夹持于两个地球化学界面之间,伴生金属元素主要呈细脉状及浸染状的闪锌矿、铁镍硫化物组合(图6c)。

闪锌矿—少铁镍硫化物—铀矿化带:该带产出于下部地球化学异常带以下,闪锌矿在多个矿段均有出现(图6d),局部偶见铁镍硫化物。

3.2 横向分带特征

伴生有益元素在横向分带主要表现为两个地球化学界面附近走向上的分带。

在上层地球化学界面上自西向东表现为U、Ni、V→U、Zn→U、Zn、V(少量Cu)的成矿元素组合,在雪莲沟地段主要为U、Ni和V为主的单元素富集,在向阳西沟至天赞沟一带,主要为U、Zn元素为主铁镍硫化物富集;在垭口地段主要为U、Zn、V(少量Cu)元素富集。

在下层地球化学界面附近自西向东主要表现为U、Mo、Ni、Zn、V→U、Zn、Ni→U、Mo、Ni、Zn的成矿元素组合,在雪莲沟至向阳东沟一带,深部主要为U、Mo、Ni、Zn、V多元素富集,向阳西沟至羊肠沟之间主要为U、Zn、Ni元素富集,在天赞沟深部主要为U、Mo、Ni、Zn元素富集。

3.3 铀伴生资源类型

根据510铀矿床的垂直分带和横向分带特征,将该区铀伴生资源类型划分为以下6种类型(表6)。

表6 铀伴生资源类型划分

Table 6 Classification of uranium associated resources

类型	分布区域	特征
U-Mo、Ni、Zn、V型	矿床西段的深部	富U部位的伴生元素多数可达综合利用
U-Mo、Ni、Zn型	矿床东段天赞沟深部	Ni平均品位0.295%,Zn平均品位1.836%,Mo平均品位0.054%,含少量Cu元素
U-Ni、Zn型	矿床中段向阳西沟—中长沟深部	镍、锌含量随铀含量的增大而增大,镍、锌与U密切共生,三者富集呈正相关
U-Zn型	矿床中段浅部铀矿化区域,垭口深部区域	伴生元素多为矿化异常,浅部区域综合利用偏低
U-Ni型	分布在矿床东西两端的浅部区域	多与黄铁矿、白铁矿形成矿物组合,多为氧化类型
U-V型	少量出现在矿床西段的浅部区域	仅个别样品的伴生元素达到综合利用指标

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4 铀伴生资源成矿机理与矿床利用远景分析

4.1 成矿机理

温泉—白依背斜核部寒武纪—奥陶纪末期形成水下隆起,志留世早期和中期地壳震荡频繁,隆起北缘沉积了一套碎屑岩—硅岩—碳酸盐岩韵律层,与此同时,陆源物质带来了丰富的铀和有机质及黏土,并伴随海底火山喷发活动,带来了大量的硅质以及钼、镍、锌、铜、钒等与铀伴生的成矿元素,从而形成区内的初始源岩。在白龙江深大断裂等多期次的构造活动过程中,来自于地幔和下地壳的深部流体携带了大量的水、C、O、S、H等矿化剂和伴生成矿元素,沿深大断裂带上升、运移,不断萃取围岩中的铀及伴生元素,并与大气降水相混合,在适宜的次级构造破碎带和有利的灰岩、硅(炭)灰岩中沉淀、富集。而区内两个地球化学界面也对应着两大近EW向的成矿构造,被后期NE向构造切割,导致铀及伴生元素产于断裂形成的构造格架内,进而形成垂向和横向上多种铀伴生资源类型。

区内早古生代地层中普遍含有较丰富的钼、镍、锌、铜、钒等与铀伴生的成矿元素,也反映确有深部热液来源的成矿特点。

4.2 矿床利用远景分析

核工业部北京第五研究所对中长沟深部伴生元素进行过选冶研究,试验结果证明在碱性介质中Ni、Zn硫化物是可选的,但是,近地表完全氧化带中的Ni、Zn硫化物已氧化,浮选回收Ni、Zn困难,用酸法浸出效果较好。四川省地质矿产局川西北地质大队曾委托广东省地质局第九实验室对510铀矿床相邻的占哇矿床的铀矿石进行了选冶实验,主要是研究U、Mo、Ni、Zn、V等有用元素的选冶性能,提出合理的加工工艺流程,U及伴生元素Mo、Ni、Zn总回收率分别为88.23%、89.62%、66%~71%、77.35%(挥发率)。甘肃省地质局第十实验室也受四○五地质队的委托,对占哇矿床的铀矿石进行了水冶实验,铀总回收率83.23%,钼的总回收率为91.29%。可见铀、钼金属的水冶工艺流程基本解决,综合利用的镍和锌等金属回收工艺也基本完成实验,有待在以后矿山开发时提供扎实的技术支撑。故对Mo、Ni、Zn、V等有益元素的综合回收研究,是增加铀矿床经济价值、扩大矿床远景的有效途径,可进一步增加区内矿体的经济性,扩大经济效益。

510铀矿床为碳硅泥岩型铀矿床,它与火山岩型、砂岩型等铀矿床具有相似伴生元素特征,一般含有钒、钼、铜、镍、铅、锌等有价元素,其中钒、钼居多。美国、法国的砂岩型铀矿床中多有钒、钼、镍等伴生元素,我国的火山岩型、砂岩型、碳硅泥岩型铀矿床伴生元素较多,常见铀钼金矿。而钼、镍、锌等元素作为铀矿副产品回收直接费用低,产品价值高,综合回收伴生元素的经济性更为明显^[23⇓-25]。美国、法国、尼日尔、乌克兰等国家工业上均对钼进行综合回收,其他元素也做了大量研究,从这点可见,510铀矿床及我国其他地区相似矿床在未来采冶中,可加强对伴生元素的综合回收利用,提高矿床的综合经济价值。

5 结论

本文系统采集了510铀矿床不同地段、不同深度的矿石及围岩样品,分析了铀及伴生有益元素的含量变化,研究了伴生元素的赋存形式及伴生元素的相关性特征,从矿床的垂向和横向分带进行了分析研究,确定了铀伴生资源类型,探讨了后续的找矿方向。研究表明:

1)510铀矿床中Mo、Cu以类质同象形式存在,Ni、Zn、V以独立矿物存在。铀与钒、镍、锌、钼呈弱正相关,而镍与锌呈较明显的正相关。

2)伴生元素在横向及垂向上具有不同的分带特征,将矿床在垂向上划分了铁镍硫化物—铀矿化带、少硫化物—铀矿化带和闪锌矿—少铁镍硫化物—铀矿化带3个矿物组合带;在横向上以上、下两个地球化学界面为指导,自西向东将上部划分了Ni、V→Zn→Ni(少量Cu)的成矿元素组合,将下部划分了Mo、Ni、Zn、V→Zn、Ni→Mo、Ni、Zn→Zn(少量Cu)的成矿元素组合。

3)根据矿床垂直分带和横向分带特征,将铀伴生资源类型划分6种类型,即U-Mo、Ni、Zn、V型,U-Mo、Ni、Zn型,U-Ni、Zn型,U-Zn型,U-Ni型和U-V型。

综上,矿床分带研究对找矿预测意义重大,通过对矿床分带的研究,可以指导该区下一步的找矿预测。通过对矿床分带规律的研究,可以预测矿床深边部成矿元素及矿化类型的变化,指导深部找矿。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

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西南铀矿地质志

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