粤北石英脉型钨矿床放射性矿物特征及成因探讨

粤北石英脉型钨矿床放射性矿物特征及成因探讨

1896年发现了这种辐射现象。放射性元素是指能够自发地从不稳定原子核内部放出粒子或射线(如α粒子、β射线、γ射线等),同时释放出能量,最终形成稳定核素的一类元素。自然界存在三个主要天然放射系,分别为铀系、锕系和钍系。放射性矿化是指蕴藏在地质体中的放射性元素(U、Th等)超过地球化学的背景值或地壳克拉克值(2.7×10-6),且相对富集到一定丰度的地质现象。铀含量增加到大约140倍以上并有一定规模即可成为铀矿床。由于钍元素的利用还存在技术上的问题,目前只是存在潜在的经济价值,因此放射性矿产常常是指铀矿床。位于广东韶关始兴县境内的石人嶂钨矿床,通过伴生银研究发现,在含钨石英脉、花岗岩、云英岩中均发育放射性矿物晶质铀矿。随后对该矿床的铀矿—钍石等系列放射性矿物做了较详细的研究。为了进一步探讨矿区是否存在放射性矿化及其分布规律,本文对采自不同地质体、不同中段、不同矿脉的样品进行U、Th含量测定,为矿山资源综合利用与放射性防治提供参考信息。1矿石及成矿粤北地区属于华南钨矿成矿区的南部成矿带,贵东岩体之北,九峰岩体之南,先后经历了加里东期、印支期以及燕山期等多期次的构造及岩浆作用的改造作用。石人嶂钨矿区深部发育的莲花山隐伏花岗岩体是钨矿的成矿母岩,矿区北面还出露嶂下花岗闪长岩体和洞口山石英斑岩体,南部有柑子园白云母花岗岩小岩株和都坑英安玢岩体以及沿近东西向梧桐窝断裂产出的闪斜煌斑岩岩脉。石人嶂钨矿区主要出露寒武系、奥陶系浅变质砂岩、砂质板岩。区内断裂构造以NE、NNE和NW向为主,控制着钨矿床及岩浆岩的产出和分布。石人嶂矿区已勘查出56条钨矿脉,矿脉长70~1130m,宽0.14~1.40m,延深70~660m,WO3品位0.16%~2.4%,平均品位0.91%。矿石主要为石英黑钨矿型矿石,伴有云英岩型矿石。主要金属矿物为黑钨矿,局部富集白钨矿、毒砂、含砷黄铁矿、辉钼矿、锡石、黄铜矿等;脉石矿物主要为石英、白云母,其次为萤石、长石、电气石等;近矿围岩蚀变以云英岩化、硅化为主。2岩3种地质体的样品来源为了研究放射性元素在石人嶂钨矿床中的分布规律,笔者选择有代表性的各类样品开展研究,样品包括钨矿脉、云英岩和花岗岩3种地质体,样品来源包括能够开展工作的6个中段以及目前矿山主要生产的5条矿脉(表1)。首先将样品碎至10~20目,在烘干机中烘干4h,然后在玛瑙钵中研磨至200目以下,然后寄送到广州澳石矿物实验室进行放射性元素U和Th含量试测,测试仪器为美国生产的电感耦合等离子体质谱仪,型号为PerkinElmerElan9000。3矿脉样含量异常42件代表性样品测试结果见表1,其中有2件钨矿脉样和1件花岗岩样的含量异常高或异常低,显然不符合普遍规律,故此在表1及各项统计中予以剔除。3.1云英岩中u、th、u对比放射性元素测试结果(表1)统计表明,石人嶂矿区花岗岩中U含量为6.99×10-6~29.2×10-6,平均18.6×10-6,Th含量为7.83×10-6~47.3×10-6,平均33.2×10-6;石英脉中U含量为0.07×10-6~0.48×10-6,平均0.21×10-6,Th含量为0.21×10-6~0.64×10-6,平均0.28×10-6;云英岩中U含量为13.4×10-6~32.5×10-6,平均23.5×10-6,Th含量26.6×10-6~62.9×10-6,平均44.8×10-6。无论是U、Th含量的最大值,还是平均值,云英岩都普遍高于花岗岩,更远高于克拉克值,而石英脉样的含量很低。为了进一步分析石人嶂矿区放射性矿物在不同地质体中的分布特征,笔者选取6组石英脉、云英岩、花岗岩样品(同一中段、同一矿脉、同一地点三者分别采样)进行对比研究,从测试结果(表2)可以看出,石人嶂钨矿床中石英脉→云英岩→花岗岩中放射性元素U、Th的含量整体上呈现低→高→较高的变化规律,其中石英脉的放射性元素含量最低(其中SZ16样富含团块状硫化物并共生有放射性矿物,参见表6,故此出现含量异常高的情况),而云英岩的放射性元素含量最高(但S10-36样因大量发育浸染状自形晶黑钨矿从而含量稍微偏低),花岗岩的U、Th含量略低于云英岩;不同中段统计数据(参见表3)同样显示,云英岩的放射性元素含量在三类地质体中是最高的。3.2放射性元素特征表3数据统计结果可以看出,自上而下,即从550m中段至340m中段,石英脉(包括合计值)的U、Th含量最大值和平均值总体上具有逐步增高的趋势,但具体分析则可发现较大→小→大的变化规律,含量最小丰度值出现在410m中段,而含量最大丰度值出现在340m中段。花岗岩和云英岩中放射性元素的最大值、平均值均大致呈现小→大→小的变化趋势,其中最大值与平均值的变化步调不完全一致,但含量均在410m中段达到最高峰,显示出放射性元素纵向上在中部的花岗岩和云英岩中富集,在石英脉中贫化的特征。上述规律具有进一步的研究价值。3.3矿脉中石英、活性成分的放射性元素含量笔者统计了石人嶂矿区不同矿脉的石英脉、花岗岩、云英岩的放射性元素含量(表4)。数据显示,各个矿脉中石英脉的放射性元素含量呈现出一定的差异,总体上,各个矿脉的放射性元素含量都很低,而脉旁云英岩的放射性元素含量都普遍偏高,花岗岩的放射性元素含量则居中偏上,但是两者的相关性不是很明显。3.4测试样品的u含量变化韦龙明等和张广辉详细总结了石人嶂钨矿床的铀矿物种类、赋存状态及其成分变化规律,并对有晶质铀矿、钍石、方钍石等放射性矿物的8件样品也做了放射性元素U、Th的含量测试(表5)。结果可见,测试样品随着U含量的增加,Th含量也增加,即U和Th含量具有同步增加的规律,显示出良好的正相关关系。其中两个花岗岩样品的U含量为10.3×10-6~17.2×10-6;5件石英脉样品的U含量变化比较大,其中2件样品U含量高达16.2×10-6~18.9×10-6,而另外3件样品U含量却很低,仅0.14×10-6~0.72×10-6,可能是由于测试样品中是否包含了放射性矿物(晶质铀矿、钍石、方钍石等)而导致U含量两级分化非常明显。云英岩样品的U含量最高,达到31.3×10-6,同时它的Th含量也最高。4岩石型铀矿放射性元素地球化学特征花岗岩型铀矿床、火山岩型铀矿床、砂岩型铀矿床、碳硅泥岩型铀矿床是我国最重要的四种铀矿床类型,所拥有的储量分别占全国总储量的38%、22%、19.5%、16%。其中,北方以火山岩型、砂岩型铀矿为主,南方则以花岗岩型铀矿为主。当花岗岩体的平均铀含量大于世界酸性火成岩平均值(3.5×10-6~4.8×10-6)三倍以上就称之为富铀花岗岩;而产有铀矿床的花岗岩则称之为产铀花岗岩,它们在成因上和空间上密切相关。杜乐天等研究认为华南石英脉型钨矿区的花岗岩都富铀(30×10-6),比产铀花岗岩的铀含量(10×10-6~25×10-6)还高。粤北地区是我国花岗岩型铀矿最为重要的聚集区,石人嶂钨矿床的花岗岩富铀,U含量均高于地壳克拉克值2~10倍,平均值也在产铀花岗岩的U含量范围之内,显示出巨大的找铀前景。在成矿热液蚀变作用下,花岗岩在钨矿脉的两侧形成云英岩化带,热液中的放射性元素更倾向于向外侧运移,造成矿脉两侧的云英岩成为放射性元素相对富集的地带,而钨矿脉U、Th含量很低,多低于地壳克拉克值。但在富含硫化物且伴生放射性矿物的钨矿脉中,U、Th含量急剧增加,并达到产铀花岗岩的U含量范围之内,这是因为当铀以UO2形式在溶液中迁移时,遇到Fe2+则被还原沉淀形成铀矿物。李慈俊等研究了俄罗斯4个金银矿床的近矿围岩、富矿体、矿石及个别矿石矿物中放射性元素与贵金属元素的相互关系,发现最富铀的金矿石通常以含有大量多金属硫化物为特点,显示铀与硫化物的密切关系。人体受到放射性辐射的时间越长,接受的放射性辐射量就越大。人体在短时间内受到大剂量放射线照射,吸入的放射性矿石粉尘沉积在肺部会危害健康,严重者会导致死亡。因此,下井作业必须佩戴高效过滤式防尘口罩;井下作业时尽量不饮食、不吸烟。总体上,石人嶂钨矿床的放射性元素含量还没有达到危害程度,在选矿工艺上,矿山应注意回收硫(下转第46页)化物(硫砷铁矿),只要继续加强防范措施,不会对矿山职工及周边环境造成放射性污染。通过上述研究及其讨论,可以得出如下结论:1)花岗岩、云英岩和石英脉的放射性元素含量在下部中段有增大的趋势,最大丰度值出现在340m中段,显示