CN113534286A - 一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于砂岩型铀矿地球化学勘查技术领域，具体公开一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，包括：步骤(1)、获得土壤地球化学勘查目标元素的测量数据；步骤(2)、对目标元素的测试数据进行初步检测；步骤(3)、选取与工作区相关的区域土壤地球化学基准值；步骤(4)、对目标元素进行数据处理，计算铀深部富集系数；步骤(5)、预测铀成矿有利区域。本发明方法提高对深部铀矿化所至异常的识别能力，并利用区域构造破碎特征、地下水及古地下水运移方向等因素进行铀成矿有利区段的预测。
Description
技术领域
本发明属于砂岩型铀矿地球化学勘查技术领域，具体涉及一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法。
背景技术
铀资源作为清洁能源，受到国际领域的广泛关注。在铀资源勘查领域，我国目前的铀矿主要分为热液型铀矿及砂岩型铀矿，砂岩型铀矿具有储量大、开采过程破坏小等特点。砂岩型铀矿多产于盆地或盆地边缘区域，为隐伏型铀矿，因此在前期勘查中，需要使用物化探等多种技术方法。勘查地球化学技术方法在砂岩型铀矿勘查中的应用主要为区域成矿远景区的圈定，即使用以元素垂向迁移理论的微细粒地球化学土壤扫面方法。较传统地球化学土壤区域调查，新方法能够更多的获取来源于深部的矿化信息，提高勘查深度。
然而，由于区域地质情况的复杂性，方法也存在着一些问题：①以元素绝对含量进行异常圈定，但一些表层铀异常或铀及伴生元素异常往往并不是由于深部矿化造成，而是来源于隐伏非矿构造、岩型界面等非矿至因素；②部分隐伏铀矿体上方并无明显的铀异常；③样品分析测试中，虽能够准确获得铀异常样品铀含量，但其存在形式无法确定，因此很难推断其异常形成的机制。可以发现，上述存在问题中，重点在于土壤样品中铀及伴生元素的存在形式无法弄清，若铀的主要存在形式为表生次生矿物形式，则很大程度来源于深部，若铀的主要存在形式为类质同象，则与深部无关。在相态逐步提取法试验中，发现土壤中铀的存在形式主要为残渣态铀，即相对稳定的矿物碎屑或超显微混合物。盆地中(除热液型铀矿外)土壤中碎屑态的独居石、锆石、磷钇矿等矿物虽含有类质同象形式的铀，但其成因复杂，非原地物质风化所形成，没有任何参照意义，因此，排除此类土壤中碎屑物质类质同象铀对总量铀的干扰，成为砂岩型铀矿土壤地球化学勘查中的一个鲜明的问题。
综上所述，需要提供一种适用于砂岩型铀矿的土壤地球化学多元素数据后期处理方法，以解决现有技术的不足，以此来进行铀成矿有利区段的预测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，该方法以微细粒土壤地球化学U、La、Zr、Y四项测量数据为基础，以相关覆盖区域土壤四项元素平均含量为基准，通过对数据的综合处理及计算，得出深部铀富集系数，以达到弱化无矿构造带、地层界限处的无意义铀元素异常，提高对深部铀矿化所至异常的识别能力的目的。在此基础上，利用区域构造破碎特征、地下水及古地下水运移方向等因素进行铀成矿有利区段的预测。
实现本发明目的的技术方案：一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)、获得土壤地球化学勘查目标元素的测量数据；
步骤(2)、对目标元素的测试数据进行初步检测；
步骤(3)、选取与工作区相关的区域土壤地球化学基准值；
步骤(4)、对目标元素进行数据处理，计算铀深部富集系数；
步骤(5)、预测铀成矿有利区域。
进一步地，所述目标元素包括U、La、Y、Zr四项元素。
进一步地，所述步骤(1)具体为：通过野外采样及分析测试或数据调研，获得研究区土壤地球化学勘查的目标元素的测量数据。
进一步地，所述步骤(2)具体为：使用spss、excel等软件，对目标元素U、La、Zr、Y的整体含量完成柱状图绘制，并分别进行描述统计，检查目标元素的测试数据是否符合正态分布、对数正态分布或近似正态分布。
进一步地，所述步骤(3)具体为：依据工作区区域地球化学特征中，表层土壤中目标元素U、La、Zr、Y的四项平均元素含量，或根据《应用地区化学元素丰度数据手册》查询工作区中土壤元素中目标元素U、La、Zr、Y的背景值，选取与工作区相关的区域土壤地球化学基准值。
进一步地，所述步骤(4)中计算铀深部富集系数的公式为：
△U深＝(U样/U基)/[(La样/La基)+(Y样/Y基)+2(Zr样/Zr基)] (1)
其中，
△U深为表层土壤中来源于深部矿石中U的富集系数，
U样、La样、Y样及Zr样四项数值分别为测区土壤中样品U、La、Y、Zr的分析测试数据，
U基、La基、Y基及Zr基四项数值分别为四项元素U、La、Y、Zr的背景参考值。
进一步地，所述步骤(5)包括：
步骤(5.1)、对U、La、Y、Zr、△U深进行网格化插值及地球化学成图；
步骤(5.2)、确定异常区域，结合区域构造特征及地下水流向特征，进行铀成矿有利区域的预测。
进一步地，所述步骤(5.1)具体为：符合正态及近似正态分布的数据可直接进行区域插值及地球化学图的制作；若不符合，则可取对数后进行区域插值及地球化学图的制作。
进一步地，所述步骤(5.2)具体为：确定是否存在△U深及铀异常同时存在区域，若存在△U深及铀异常同时存在的情况，则此区域及古地下水上游区域应作为铀成矿有利区段；若存在△U深与铀异常不同时存在且出现△U深异常部位位于铀元素异常的地下水、古地下水上游位置的情况，则以△U深异常部位为中心，5-10km外扩范围为铀成矿有利区段预测位置。
本发明的有益技术效果在于：
1、本发明提供的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法中，铀深部富集系数的计算过程较简易，能够达到弱化无矿构造带、地层界限处的无意义铀元素异常，提高对深部铀矿化所至异常的识别能力。
2、本发明提供的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法通过对土壤全量分析测试数据的计算，降低亲石元素所在碎屑对数据中铀含量的干扰，最大程度提取与深部来源U的异常信息，而不需要对铀异常样品再进行其他分析测试来明确其中铀的主要存在形式，以判断异常是否有研究意义。
3、砂岩型铀矿部分矿区表层土壤中，铀含量并不能都达到异常范围，但使用本发明提供铀深部富集系数的计算方法，可以提取到矿体上覆盖层土壤中U的深部富集系数，若富集系数相对较高，则可肯定矿体上方土壤中U来自于深部。
附图说明
图1为二连盆地某隐伏砂岩型铀矿微细粒土壤地球化学测量U等值线图；
图2为二连盆地某隐伏砂岩型铀矿微细粒土壤地球化学测量La等值线图；
图3为二连盆地某隐伏砂岩型铀矿微细粒土壤地球化学测量Y等值线图；
图4为二连盆地某隐伏砂岩型铀矿微细粒土壤地球化学测量Zr等值线图；
图5为二连盆地某隐伏砂岩型铀矿微细粒土壤地球化学测量△U深等值线图；
图6为对图5进行预测区域的圈定图；
图中：1-隐伏砂岩型铀矿体；2-地层；3-地层尖灭线；4-灰砂界限；5-氧化带前锋线；6-推测古河道界限；7-推测构造。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)、获得土壤地球化学勘查目标元素的测量数据
通过野外采样及分析测试，或数据调研(搜集前人所开展的1：25万盆地区域土壤地球化学测量数据)，获得研究区1：25万土壤地球化学或微细粒土壤地球化学勘查的目标元素的测量数据，目标元素包括U、La、Y、Zr四项元素。
其中，目标元素的测试方法为ICP-ms，并且ICP-ms测试后的数据良好、数据整体满足正态分布、近似正态分布或对数正态分布，各元素成地球化学等值图后无明显与样品批次相关的条带性分布。
步骤(2)、对目标元素的测试数据进行初步检测。
使用spss、excel等软件，对目标元素U、La、Zr、Y的整体含量完成柱状图绘制，并分别进行描述统计，检查目标元素的测试数据是否符合正态分布、对数正态分布或近似正态分布，以确保数目标元素的测试据质量可靠。
步骤(3)、选取与工作区相关的区域土壤地球化学基准值。
依据工作区区域地球化学特征中，表层土壤中目标元素U、La、Zr、Y的四项平均元素含量，或根据《应用地区化学元素丰度数据手册》查询工作区中土壤元素中目标元素U、La、Zr、Y的背景值，选取与工作区相关的区域土壤地球化学基准值，如草原、平原或荒漠戈壁。
步骤(4)、对目标元素进行数据处理，计算铀深部富集系数
使用以下计算公式(1)进行铀深部富集系数的计算：
△U深＝(U样/U基)/[(La样/La基)+(Y样/Y基)+2(Zr样/Zr基)] (1)
其中，△U深为表层土壤中来源于深部矿石中U的富集系数，(U样/U基)为测试土壤中样品U含量与相关覆盖区土壤基础背景中U含量的比值，(La样/La基)为测试土壤中样品La含量与相关覆盖区土壤基础背景中La含量的比值，(Y样/Y基)为测试土壤中样品Y含量与相关覆盖区土壤基础背景中Y含量的比值，(Zr样/Zr基)为测试土壤中样品Zr含量与相关覆盖区土壤基础背景中Zr含量的比值，数值2为系数。
其中，U样、La样、Y样及Zr样四项数值分别为测区土壤中样品U、La、Y、Zr的分析测试数据，U基、La基、Y基及Zr基四项数值分别为四项元素U、La、Y、Zr的背景参考值，与区域上土壤覆盖层性质相关，具体数值可根据《应用地球化学元素丰度数据手册》查询，例如中国黄土中U含量为2.6×10-6、La含量为39×10-6、Y含量为23×10-6、Zr含量为245×10-6。
每个取样点位均使用以上公式进行计算，计算完成后，每个取样点位都获得其点位的△U深含量数据。
将区域内每个样品或土壤的取样点位计算获得的△U深数值整体进行统计，数据统计整合后，使用spss或excel等软件，对目标元素U、La、Zr、Y的整体含量完成柱状图绘制，并分别进行描述统计，验证△U深的所有数据的分布情况，是否符合正态分布、对数正态分布或近似正态分布
步骤(5)、预测铀成矿有利区域
步骤(5.1)、对U、La、Y、Zr、△U深进行网格化插值及地球化学成图
符合正态及近似正态分布的数据可直接进行区域插值及地球化学图的制作；若不符合，则可取对数后进行区域插值及地球化学图的制作。
步骤(5.2)、根据目标元素U、La、Y、Zr及铀深部富集系数△U深高值区域特征，结合区域构造特征及地下水流向特征，进行铀成矿有利区域的预测。
预测过程中，首先确定是否存在△U深及铀异常同时存在区域。
通过两幅地球化学图，判断两项指标均为异常的区域为△U深及铀异常同时存在区域，一般使用数据的平均值+3倍标准差作为判断异常数据的计算公式。
具体来讲，土壤铀元素地球化学图中，铀元素异常位置可以确定，所计算△U深地球化学图中，也可确定高值异常区域，通过两幅地球化学图，判断两者空间位置是否重合，若重合，预测区域包含异常重合区域，即△U深及铀异常同时存在区域，则向地下水、古地下水上游位置进行预测；若不重合，△U深与铀异常不同时存在，即△U深高值异常空间范围为铀元素含量的非异常低值区域，且其位于地下水、古地下水上游区域，则说明△U深范围附近有较好的成矿潜力，预测过程中，可排除铀异常部位，而直接使用△U深异常部位进行预测。
若存在△U深及铀异常同时存在的情况，则此区域及古地下水上游区域应作为铀成矿有利区段。可沿铀异常及△U深异常部位，向古地下水上游方向的15～20km以内(以下实施例1中东部的铀异常及△U深高值区域同时存在)，圈定铀有利成矿区段，以异常部位为圆心，20km为半径，古地下水上游方向角度±15°范围画并列多个扇形作为铀成矿有利区段预测区域；
若存在△U深与铀异常不同时存在的情况(根据两个指标的地球化学图，△U深异常位于铀元素含量异常的上游位置)，如示例中北部矿体附近的△U深高值处并不存在U异常，应以△U深为圆心，5～10km为半径，绘制一个或多个圆形区域，以此为铀成矿有利区段预测位置。由于异常形状各异，因此若异常为不规则形态，则以△U深异常区域为核心，向四周扩展5-10km即为铀成矿有利区段预测位置。
此外，需要说明的是，表层土壤中铀有许多存在相态，如水溶态、弱吸附态、有机态、铁锰吸附态、残渣态等。一般铀大量存在于残渣态中，而残渣态中也分为独立含铀矿物、类质同象等多种存在形式。其中，铀的类质同象存在形式为独居石、磷钇矿、锆石等亲石元素矿物中的稳定形式铀，其成因与砂岩型铀矿无关，多来源于蚀源区，此类物质在构造发育处含量较大。而残渣态中与深部砂岩型铀矿相关的为微细粒次生铀矿物，其不溶于弱酸，不宜发生迁移，并且其中铀来自浅水或层间水，在蒸腾作用下，在潜水带及以上区域形成次生矿物，此类次生矿物与浅水、层间水关系密切，在隐伏铀矿垂向上方或地下水运移方向相对富集，能够有效的反映深部的矿化信息。
微细粒土壤地球化学测量或土壤地球化学测量中，由于成本有限，并不会对元素的各存在相态进行分步测试，因此需要借助除U以外的其他元素组成，来分析不同位置的成矿潜力。在分析测试中，La、Y、Zr三项均为亲石元素，并且存在形式均主要为碎屑矿物，较为稳定，因此可用来权衡不同位置处U含量中类质同象的大概比例，最后通过铀的富集系数与三项亲石元素富集系数的比值，来判断非类质同象铀的富集情况。独居石、磷钇矿及锆石三种矿物中，类质同象铀含量有一定差异，其中锆石中类质同象铀含量较其他两种矿物多约1倍，因此将计算公式(1)中Zr富集系数前添加倍数2。
实施例1
以二连盆地某已知砂岩型铀矿区域为例，对本发明提供的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，进行进一步说明。
二连盆地某已知砂岩型铀矿区域开展的微细粒土壤地球化学测量工作，区域内古地下水运移方向为自西南至北东。U、La、Y、Zr四项元素分布特征，如图1-4所示。
可以发现，成规模的U异常区主要位于南部矿体的偏东约10km处及图区东北部的隐伏构造带东侧，其中构造带处铀异常中最大值约为4×10-6，并不突出。La、Y、Zr三项元素在隐伏构造带东侧也有明显的高含量区域。推断此处异常应为构造带处隐伏地层中的大量碎屑迁移导致，并非矿至来源。而南部矿体偏东约10km处的U异常，并不伴随La、Y、Zr等亲石元素的异常，并且其最大值达到8×10-6，附近几个连续点位均出现了异常，对此推断其异常因为隐伏矿体所致，其与南部矿体偏移较远，是由于矿体上方区域泥岩较为致密，并无具规模的断裂构造或破碎，能够使流经矿体的层间水与浅水发生元素转移，在层间水向东运移过程中，待有机会与浅水发生元素转移后，受蒸腾作用在地表形成铀异常，此类铀存在形式为微细的次生铀矿物(含K、Ca、V等)，因此与La、Y、Zr等亲石元素无关。
通过使用本发明的计算公式(1)进行铀深部富集系数计算后显示△U深数值含量在0.90-0.13之间，有10％点位△U深数值大于0.257。成图后如图5所示，可以发现△U深在测区东北部的隐伏断裂处并无高值存在，其高值主要分布于北部矿体的正上方及南部矿体偏东约8km处，在北部矿体上的△U深高值范围规模要明显大于U含量中高值区域规模，因此可将△U深较U含量趋势增高区域确定为深部矿体所造成的异常，即在北部埋深约200m的矿体上方，及南部埋深约350m矿体的地下水流向下游区域，如图6中粗线圈定的区域。
在实际未知区工作中，需要结合地下水动力特征及区域构造破碎特征(即层间水与浅水能够发生交互部位)进行预测，将△U深的高值区域及其地下水上游区域作为有利成矿远景区，有效缩小勘查区域。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (9)
1.一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)、获得土壤地球化学勘查目标元素的测量数据；
步骤(2)、对目标元素的测试数据进行初步检测；
步骤(3)、选取与工作区相关的区域土壤地球化学基准值；
步骤(4)、对目标元素进行数据处理，计算铀深部富集系数；
步骤(5)、预测铀成矿有利区域。
2.根据权利要求1所述的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，其特征在于，所述目标元素包括U、La、Y、Zr四项元素。
3.根据权利要求1所述的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：通过野外采样及分析测试或数据调研，获得研究区土壤地球化学勘查目标元素的测量数据。
4.根据权利要求1所述的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：使用spss、excel等软件，对目标元素U、La、Zr、Y的整体含量完成柱状图绘制，并分别进行描述统计，检查目标元素的测试数据是否符合正态分布、对数正态分布或近似正态分布。
5.根据权利要求1所述的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：依据工作区区域地球化学特征中，表层土壤中目标元素U、La、Zr、Y的四项平均元素含量，或根据《应用地区化学元素丰度数据手册》查询工作区中土壤元素中目标元素U、La、Zr、Y的背景值，选取与工作区相关的区域土壤地球化学基准值。
6.根据权利要求1所述的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中计算铀深部富集系数的公式为：
△U深＝(U样/U基)/[(La样/La基)+(Y样/Y基)+2(Zr样/Zr基)] (1)
其中，
△U深为表层土壤中来源于深部矿石中U的富集系数，
U样、La样、Y样及Zr样四项数值分别为测区土壤中样品U、La、Y、Zr的分析测试数据，
U基、La基、Y基及Zr基四项数值分别为四项元素U、La、Y、Zr的背景参考值。
7.根据权利要求1所述的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，其特征在于，所述步骤(5)包括：
步骤(5.1)、对U、La、Y、Zr、△U深进行网格化插值及地球化学成图；
步骤(5.2)、确定异常区域，结合区域构造特征及地下水流向特征，进行铀成矿有利区域的预测。
8.根据权利要求7所述的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，其特征在于，所述步骤(5.1)具体为：符合正态及近似正态分布的数据可直接进行区域插值及地球化学图的制作；若不符合，则可取对数后进行区域插值及地球化学图的制作。
9.根据权利要求7所述的一种砂岩型铀矿地球化学勘查的铀成矿有利区段评估方法，其特征在于，所述步骤(5.2)具体为：确定是否存在△U深及铀异常同时存在区域，若存在△U深及铀异常同时存在的情况，则此区域及古地下水上游区域应作为铀成矿有利区段；若存在△U深与铀异常不同时存在且出现△U深异常部位位于铀元素异常的地下水、古地下水上游位置的情况，则以△U深异常部位为中心，5-10km外扩范围为铀成矿有利区段预测位置。
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