葛坤朋， 章強新， 徐慧茹， 劉青松， 謝基海， 吳伯民

(1. 東華理工大學 放射性地質(zhì)與勘探國防重點學科實驗室，江西 南昌 330013；2．東華理工大學 地球物理與測控技術(shù)學院，江西 南昌 330013；3．中國地質(zhì)大學 地球物理與空間信息學院，湖北 武漢 430074；4．南方科技大學 海洋科學與技術(shù)學系，廣東 深圳 518055；5．海洋地質(zhì)研究所 青島海洋科學與技術(shù)國家實驗室，山東 青島 266237)

華南鈾礦床是中國重要的脈型鈾礦產(chǎn)地之一 (Hu et al., 2008)。其中“交點型”和“硅化帶型”鈾礦床是兩種最主要的脈型成礦類型 (曾文偉等，2009；賴中信等，2010)。以下莊礦田為例，“交點型”鈾礦床賦存于NNE向硅化斷裂帶與NWW向的輝綠巖脈交會部位。而“硅化帶型”鈾礦床，其礦化多由近NNE向的硅化斷裂帶所控制，礦體產(chǎn)于硅化的花崗巖中。例如著名的新橋-下莊硅化斷裂帶等構(gòu)造，是下莊礦田重要的成礦帶之一 (張輝仁等，2010)。

隨著淺層鈾礦的持續(xù)消耗，鈾礦勘查業(yè)已發(fā)展到攻深找盲階段 (Boyle, 2013)。一些地球物理方法 (如重力、磁法等勘探方法) 因其能夠在一定程度上圈定鈾礦床匯集的源頭 (深部大規(guī)模巖漿活動) 以及鈾成礦運移的有利通道 (深部大型斷裂) (Tuncer et al., 2006; Orozco et al., 2013)，為鈾礦床的深部勘探提供了有效途徑。

然而，華南鈾礦田的磁異常解釋受到了巖漿巖變質(zhì)作用的強烈影響，通過傳統(tǒng)磁法勘探仍然難以準確圈定具有富礦特征的構(gòu)造帶 (Min et al., 2005)。究其本質(zhì)原因有兩點：(1) 在磁異常準確圈定了構(gòu)造帶的情況下，構(gòu)造帶內(nèi)部的變質(zhì)環(huán)境不同，將導(dǎo)致鈾礦富集程度存在差異，形成富礦或者貧礦的構(gòu)造帶 (Castor et al., 2000)；(2) 火山巖地區(qū)剩磁異常強度比例高。當剩磁異常估計的偏差在15°以上時，磁異常解釋將會得到錯誤的結(jié)果 (Shearer, 2005)。

對構(gòu)造帶磁性特征和剩磁的研究屬于巖石磁學的范疇 (Dunlop et al., 2001)。巖石磁學主要研究自然界中復(fù)雜磁性礦物的基本磁學性質(zhì)，同時巖石、礦石和圍巖之間的磁學性質(zhì)及其差異，是引起磁異常的地質(zhì)原因，也是磁法勘探的地球物理基礎(chǔ)。例如，Ge等 (2017) 通過對下莊對山地區(qū)“交點型”鈾礦床的磁學分析研究，認為結(jié)合磁法勘探結(jié)果，可以在一定程度上判斷構(gòu)造區(qū)域是否含礦。

因此，本研究即在巖石磁學的基本理論框架下，以下莊礦田鉆孔樣品為研究對象，經(jīng)過巖石磁學分析研究，厘定“交點型”和“硅化帶型”鈾礦及其圍巖的磁學特征，并進行磁學對比研究，結(jié)合前人豐富的勘探研究成果 (楊亞新等, 2008; 楊樹流, 2009)，討論本研究對于華南地區(qū)鈾礦勘探的意義。

1 地質(zhì)背景與采樣

圖1 下莊地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造示意圖(修改自梁碧環(huán)，2011；孫遠強等，2013)Fig.1 Geological sketch map of Xiazhuang uranium orefield1.古近系地層；2.泥盆系地層；3.寒武系地層；4.細粒白云母花崗巖；5.中粒斑狀黑云母花崗巖；6.粗粒斑狀黑云母花崗巖；7.印支期英安斑巖；8.加里東期花崗巖；9.以白色石英充填為主的構(gòu)造帶；10.以硅化為主的的構(gòu)造帶；11.輝綠巖脈；12.礦床；13.礦點；14.采樣位置

下莊鈾礦位處于貴東巖體東部，華夏古陸西緣，巖性以燕山期侵入的中粒黑云母花崗巖為主體，其次為邊緣相的白云母花崗巖 (圖1)。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造亦十分發(fā)育，斷裂帶呈NNE向展布，下莊礦田鈾礦床的產(chǎn)出即受到該斷裂帶控制。該地區(qū)中基性巖脈極為發(fā)育，廣泛出露后期侵入的輝綠巖，呈NWW方向展布。輝綠巖脈、硅化斷裂帶、花崗巖圍巖在熱液作用下，最終形成了以“交點型”和“硅化帶型”為主要類型的鈾礦床 (張振奮等, 2007)。

本研究陸續(xù)采集了下莊地區(qū)湖子北、對山、小水等地區(qū)6個“交點型”鈾礦鉆孔 (Ge et al. 2017)，以及湖子北、對山等地區(qū)4個“硅化帶型”鈾礦鉆孔共計10個鉆孔32塊樣本。其中“交點型”鈾礦與圍巖鉆孔編號為J1～J6，采樣序列1～4分別為為輝綠巖、蝕變輝綠巖、交點含礦巖和花崗巖；“硅化帶型”鈾礦與圍巖鉆孔編號為G1～G4，采樣序列1～2分別為硅化含礦巖和花崗巖。

所采集的巖心樣本，首先使用固定臺鉆鉆取小型柱狀樣品，樣品直徑為～0.4 cm, 高度為～0.6 cm。隨后將柱狀樣品分為兩組，一組固定于陶瓷盒子中進行質(zhì)量磁化率 (χ) 和天然剩磁 (NRM) 的測量；另一組研磨成粉末，進行其它巖石磁學測試。

2 巖石磁學方法

第一組樣品在東華理工大學放射性地質(zhì)與勘探國防重點學科實驗室進行測試，其中質(zhì)量磁化率 (χ) 的測定使用了英國Bartington儀器公司生產(chǎn)的Bartington MS2 磁化率測量系統(tǒng)；樣品的天然剩磁 (NRM) 通過英國Molspin Ltd 公司生產(chǎn)的Minispin旋轉(zhuǎn)磁力儀進行測定。

圖2 “交點型”與“硅化帶型”鈾礦及其圍巖樣品磁學參數(shù)統(tǒng)計圖Fig.2 Diagrams of statistical magnetic parameters of samples from "intersection type" and "silicified fault type" uranium depositsa. 巖石樣品感應(yīng)磁化強度與剩余磁化強度關(guān)系圖； b. Q值與χ/χpara關(guān)系圖，其中Q值稱為Koenigsberger比值，即剩余磁化強度Mi和感應(yīng)磁化強度Mr的比值，用以衡量感應(yīng)磁化和剩余磁化作用的相對大小

第二組樣品在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所古地磁與年代學實驗室進行測試。其中磁滯回線和反向場退磁曲線，使用了美國Princeton儀器公司生產(chǎn)的MicroMag3900 型振動樣品磁力儀 (VSM) 進行測試，實驗中最大外加場為1～1.5 T，同時可以獲得矯頑力 (Bc) 等磁滯參數(shù)。熱磁曲線 (χ-T) 應(yīng)用捷克AGICO公司生產(chǎn)的MFK-FA多功能磁化率儀和CS-4溫度控制系統(tǒng)進行測量。樣品加熱梯度為2 ℃/min，加熱最高溫度為700 ℃。為避免樣品在加熱過程中的氧化行為，樣品加熱和冷卻過程全程在氬氣環(huán)境 (50 mL/min) 中進行。

3 實驗結(jié)果

3.1 磁學參數(shù)統(tǒng)計特征

下莊地區(qū)的鈾礦及其圍巖的主要磁學參數(shù)如圖2所示。對于“交點型”鈾礦床，樣品磁化強度區(qū)分程度較大。其輝綠巖圍巖的磁化強度最高，含礦帶樣品磁化強度較低，但高于花崗巖圍巖。蝕變輝綠巖的磁化強度值分布于從輝綠巖到花崗巖的廣泛區(qū)域，變化范圍較大?！肮杌瘞汀扁櫟V床含礦巖與花崗巖圍巖磁化強度區(qū)分并不明顯。對于“交點型”鈾礦床，輝綠巖具有較高的χ/χpara和較低的Q值。隨著蝕變的進行，χ/χpara值變低，當進入含礦帶時，χ/χpara值繼續(xù)降低，Q值明顯增高?；◢弾r圍巖具有較低的χ/χpara值和Q值?！肮杌瘞汀焙V樣品的χ/χpara高于圍巖，但Q值變化不大。

3.2 磁滯回線

圖3 順磁性改正前 (a-h)，改正后 (a′-h′) 的典型“交點型”(J6鉆孔) 和“硅化帶型”(G1和G2鉆孔)鈾礦鉆孔樣品序列的磁滯回線圖Fig.3 Typical magnetic hysteresis loops of samples from "intersection type"(Drill J6) and "silicified fault type" (Drill G1 and G2) uranium deposits before (a-h) and after (a′-h′) paramagnetic correction

圖3顯示順磁性改正前，巖性由輝綠巖圍巖向礦心過渡時，總磁化強度降低，巖石順磁性成分增加。但是含礦樣品的磁化強度仍明顯高于花崗巖圍巖。順磁性改正后，輝綠巖樣品J6-1展現(xiàn)了PSD-MD磁鐵礦的性質(zhì)，發(fā)生蝕變后樣品J6-2矯頑力明顯增加。對于含礦樣品J6-3，矯頑力較蝕變樣品變化不大，但是在高場下并未達到飽和?；◢弾r圍巖的鐵磁性成分含量較少，矯頑力較低。

對于“硅化帶型”鈾礦床含礦樣品，順磁改正前含礦樣品的磁化強度低于花崗巖圍巖，同時順磁性物質(zhì)磁化強度比例較高。順磁性改正后，含礦樣品的鐵磁性組分含量仍低于花崗巖圍巖，且呈現(xiàn)高矯頑力和低矯頑力兩種特征(圖3e′, 3g′)?；◢弾r圍巖的磁滯回線變化不大，以低矯頑力鐵磁性礦物為主。

3.3 SIRM獲得曲線

圖4 典型“交點型”(J6鉆孔) 與“硅化帶型”(G1和G2鉆孔) 鈾礦鉆孔樣品序列的IRM獲得曲線 (a-h) 與矯頑力組分分析圖 (a′-h′)Fig.4 Representative IRM acquired (a-h) and component analyses (a′-h′) curves of samples from "intersection type" (Drill J6) and "silicified fault type" (Drill G1 and G2) uranium deposits

典型“交點型”和“硅化帶型”鈾礦床的SIRM獲得曲線及IRM分析曲線如圖4所示。由輝綠巖到礦心，SIRM呈現(xiàn)遞減的趨勢。其中樣品J6-1在0.3 T外加場下剩磁已經(jīng)接近飽和，IRM分析顯示出中低兩種矯頑力成分。對于樣品J6-2，IRM除在初始外加場下快速增長，但在外場為1.5 T時并未達到飽和，IRM分析樣品中出現(xiàn)較大矯頑力成分的物質(zhì)。礦心樣品J6-3的剩磁隨外場增加呈現(xiàn)逐步增加的趨勢，IRM分析樣品以大矯頑力礦物為主?；◢弾r圍巖J6-4的SIRM較低，分析顯示磁性礦物矯頑力較低。

對于“硅化帶型”鈾礦床含礦樣品G1-1 (圖4e)，隨著外加場的增加，IRM線性增加。IRM分析顯示樣品磁性礦物以高矯頑力礦物為主?；◢弾r圍巖G1-2樣品的IRM在低場下飽和。與G1-1的變化趨勢不同，含礦樣品G2-1顯示了低場飽和的性質(zhì)。相反，花崗巖圍巖樣品G2-2與G1-2的SIRM曲線特征相似，即載磁組分以低矯頑力礦物為主。

3.4 χ-T曲線

圖5 “交點型”(鉆孔J6) 和“硅化帶型”(鉆孔G1和G2) 鈾礦鉆孔樣品序列的熱磁曲線圖Fig.5 Temperature-dependence of magnetic susceptibility for samples from typical "intersection type" (Drill J6) and "silicified fault type" (Drill G1 and G1) uranium deposits

圖5展示了“交點型”和“硅化帶型”鈾礦床樣品序列的熱磁曲線圖，對于輝綠巖樣品J6-1，樣品磁化率在～550 ℃出現(xiàn)快速下降。冷卻曲線的磁化率遠高于加熱曲線，隨溫度的降低，磁化率在～550 ℃出現(xiàn)快速上升，并在～400 ℃達到峰值后降低。蝕變巖樣品J6-2的磁化率隨溫度增加逐步降低，并在～550 ℃出現(xiàn)快速下降。其冷卻曲線與J6-1相似，但峰值幅度較低。含礦樣品J6-3磁化率較低，磁化率在～550 ℃出現(xiàn)明顯的Hopkinson峰，隨后磁化率快速降低，在～700 ℃達到最低值。其低溫曲線行為與樣品J6-1相似。花崗巖樣品J6-4磁化率較低，并在～550 ℃出現(xiàn)快速下降。冷卻曲線磁化率較低，顯示了隨溫度降低逐步增加的特征。

“硅化帶型”含礦樣品的初始磁化率低于花崗巖圍巖樣品 (圖5e-h)。其中樣品G1-1的熱磁升溫曲線隨著溫度增加，整體呈現(xiàn)下降趨勢。磁化率在～400 ℃后上升，并在～550 ℃出現(xiàn)Hopkinson峰。樣品冷卻曲線磁化率遠高于升溫曲線，在～500 ℃出現(xiàn)磁化率峰值。G1鉆孔花崗巖圍巖的磁化率較低，磁化率隨著溫度的增加緩慢降低，并在～580 ℃出現(xiàn)快速下降。 G2鉆孔含礦樣品磁性物質(zhì)含量極低，磁化率在 ～400 ℃后上升， ～500 ℃出現(xiàn)快速下降， 并于700 ℃到達最低值。花崗巖樣品G2-2升溫曲線與樣品G1-2類似，但其降溫曲線在～300 ℃出現(xiàn)快速升高。

通過對“交點型”和“硅化帶型”的巖石磁學分析，可以得出以下結(jié)論：

“交點型”鈾礦床的輝綠巖圍巖磁性礦物成分含量較高，鐵磁性礦物以粗顆粒 (如MD和PSD) 磁鐵礦為主，順磁性物質(zhì)相對較低 (圖2b, 圖5a)；蝕變巖磁性礦物含量變化較大，鐵磁性礦物以較細顆粒 (如PSD和SD) 磁鐵礦為主，并含有部分赤鐵礦，順磁性物質(zhì)含量較輝綠巖高 (圖2, 圖3b′, 圖5b)；含礦巖磁性礦物含量顯著降低，鐵磁性礦物以細顆粒 (如SD和SP) 磁鐵礦以及赤鐵礦為主，順磁性物質(zhì)含量明顯增高 (圖2, 圖3c′, 圖4c, 圖5c)；花崗巖圍巖鐵磁性礦物以含量極低的較細顆粒磁鐵礦為主，順磁性物質(zhì)比例低于含礦帶樣品 (圖2, 圖3, 圖5d)。

“硅化帶型”鈾礦床的含礦樣品磁性礦物含量較低，鐵磁性礦物以赤鐵礦或細顆粒 (如SD和SP) 磁鐵礦為主，順磁性物質(zhì)成分較高 (圖3, 圖5e, 圖5g)；花崗巖圍巖磁性礦物含量略高于含礦樣品，但差別并不明顯。鐵磁性礦物成分以較細顆粒 (如SD和SP) 磁鐵礦為主，且含量極低 (圖3, 圖5f, 圖5h)。

4 討論

4.1 鈾礦床磁學對比研究

對比“交點型”和“硅化帶型”鈾礦床的巖石磁學結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)兩種成礦類型含礦巖樣品都具有以細顆粒磁鐵礦或赤鐵礦為主要鐵磁性礦物，并含有較多順磁性物質(zhì)的磁性特征。并且兩者花崗巖圍巖磁化強度相近，磁性礦物以較細顆粒的磁鐵礦為主。同時，兩種類型含礦樣品的熱磁曲線中加熱與冷卻曲線磁化率值相差較大 (圖5c, 5e, 5g)，可能是順磁性的鐵化合物(如黃鐵礦)加熱轉(zhuǎn)化成磁鐵礦所致；而兩種類型礦床的花崗巖圍巖熱磁曲線變化較小，指示了其主導(dǎo)的順磁性礦物可能為黑云母、角閃石等造巖礦物。

相比于共同點，兩種鈾礦床類型的磁性特征差異性更大。具體體現(xiàn)為：

首先，鈾礦床成礦序列的磁性特征不同。“交點型”鈾礦床，從輝綠巖到含礦帶磁性特征呈現(xiàn)規(guī)律性變化，即磁性物質(zhì)總含量降低，磁鐵礦顆粒逐漸減小，順磁性物質(zhì) (鐵硫化物) 比例逐步增加。而“硅化帶型”鈾礦床，從含礦帶到花崗巖圍巖，磁性物質(zhì)總含量和鐵磁性礦物變化規(guī)律不明顯，順磁性物質(zhì)由鐵化合物 (鐵硫化物) 過渡為黑云母、角閃石等造巖礦物。

其次，鈾礦床含礦樣品的精細磁學特征不同?！敖稽c型”鈾礦床含礦帶的磁化率、剩余磁化強度等磁學參數(shù)明顯高于與圍巖花崗巖，而該參數(shù)在“硅化帶型”鈾礦床含礦帶與花崗巖圍巖上無明顯差異。因此“交點型”鈾礦床磁性礦物含量明顯高于“硅化帶型”鈾礦床。并且“交點型”鈾礦床花崗巖圍巖受到輝綠巖交代影響，鐵磁性物質(zhì)比例高于“硅化帶型”鈾礦床花崗巖圍巖。另一方面，“交點型”鈾礦床與“硅化帶型”鈾礦床含礦樣品的矯頑力、Q值也有所不同。

第三，鈾礦床含礦樣品與圍巖的磁學特征區(qū)分度不同。“交點型”鈾礦源于輝綠巖蝕變成礦，磁性礦物成分較高，含礦帶磁學參數(shù)可以明顯與花崗巖圍巖區(qū)分開來?！肮杌瘞汀扁櫟V含礦樣品磁化強度整體略低于花崗巖圍巖，但區(qū)分度不高。

華南鈾礦田“交點型”和“硅化帶型”鈾礦床均屬于熱液型鈾礦床 (Hu et al., 2008)，富集的鈾礦是熱液蝕變的產(chǎn)物。“交點型”構(gòu)造在熱液作用下，以輝綠巖蝕變?yōu)樘卣鳎纬闪擞蓢鷰r到礦心磁性參數(shù)規(guī)律變化的特征。而“硅化帶”構(gòu)造中，因沒有中基性巖脈作為鐵元素來源，熱液與花崗巖圍巖造巖礦物黑云母、角閃石等產(chǎn)生交代作用，形成了總磁化強度略低于圍巖，但區(qū)分度低的含礦區(qū)硅化特征。因此磁性礦物的變化特征，在一定程度上反映了熱液蝕變特征，也即成礦特征。

4.2 對鈾礦勘探的啟示

本文研究發(fā)現(xiàn)，由輝綠巖到含礦帶，磁性物質(zhì)總含量降低，使得磁化強度呈規(guī)律性降低。因此可以通過磁法勘探探測“交點”構(gòu)造區(qū)域的這種變化尋找儲鈾構(gòu)造 (Ge et al., 2017)。并且含礦帶明顯升高的Q值和矯頑力意味著磁性礦物的剩磁攜帶能力很強。因此在將來的研究中，對“交點型”鈾礦帶剩磁方向的分析研究，將對磁法勘探的物性約束具有重要意義。

對于“硅化帶”型鈾礦床，雖然含礦帶鐵磁性礦物比例較花崗巖圍巖大，但其磁性礦物總強度略低于花崗巖圍巖。同時，由于含礦帶樣品的剩磁比例與圍巖差異無明顯規(guī)律，且構(gòu)造帶磁性礦物含量很低，因此在實際勘查中硅化帶與圍巖磁異常區(qū)分度不大。在尋找“硅化帶型”鈾礦床時，應(yīng)結(jié)合放射性、電磁法等地球物理勘探方法，對儲鈾的硅化帶構(gòu)造進行綜合地球物理調(diào)查研究。

5 結(jié)論

通過對華南鈾礦田“交點型”和“硅化帶型”鈾礦床及其圍巖樣品進行天然剩磁、磁滯回線、反向場退磁曲線、熱磁曲線等巖石磁學分析對比研究，可以得到以下結(jié)論：

(1) “交點型”鈾礦床從圍巖到礦體變化過程中，磁性礦物由鐵磁性的磁鐵礦逐漸發(fā)生蝕變，轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小粒徑的磁鐵礦、部分高矯頑力礦物如赤鐵礦以及順磁性礦物 (黃鐵礦)。 “硅化帶型”鈾礦床的熱液成礦作用造成含礦帶巖石中磁鐵礦流失。由圍巖到礦體變化過程中，磁性礦物種類和粒徑變化不大，含礦帶磁性物質(zhì)主要以小顆粒磁鐵礦或赤鐵礦為主。

(2) “交點型”鈾礦床與圍巖的磁性區(qū)分度較大，在磁法勘探中可以有效識別。“硅化帶型”鈾礦床因其與圍巖磁性區(qū)分度較小，需要結(jié)合其它物探方法加以識別。

(3) “交點型”鈾礦床磁化強度的剩磁比例較高，在后續(xù)研究中，正確估計深部剩磁方向，對該地區(qū)磁法勘探找礦具有重要意義。

致謝：野外工作得到了核工業(yè)293大隊的大力支持和幫助。感謝孫俊杰、蘇承建在樣品準備上的幫助。本文在設(shè)計、撰寫中與仇登登、陳渝羅進行了多次探討并獲益良多，在此一并感謝。