粵北石英脈型鎢礦床放射性礦物特征及成因探討

粵北石英脈型鎢礦床放射性礦物特征及成因探討

1896年發(fā)現(xiàn)了這種輻射現(xiàn)象。放射性元素是指能夠自發(fā)地從不穩(wěn)定原子核內(nèi)部放出粒子或射線(如α粒子、β射線、γ射線等),同時釋放出能量,最終形成穩(wěn)定核素的一類元素。自然界存在三個主要天然放射系,分別為鈾系、錒系和釷系。放射性礦化是指蘊藏在地質(zhì)體中的放射性元素(U、Th等)超過地球化學(xué)的背景值或地殼克拉克值(2.7×10-6),且相對富集到一定豐度的地質(zhì)現(xiàn)象。鈾含量增加到大約140倍以上并有一定規(guī)模即可成為鈾礦床。由于釷元素的利用還存在技術(shù)上的問題,目前只是存在潛在的經(jīng)濟價值,因此放射性礦產(chǎn)常常是指鈾礦床。位于廣東韶關(guān)始興縣境內(nèi)的石人嶂鎢礦床,通過伴生銀研究發(fā)現(xiàn),在含鎢石英脈、花崗巖、云英巖中均發(fā)育放射性礦物晶質(zhì)鈾礦。隨后對該礦床的鈾礦—釷石等系列放射性礦物做了較詳細的研究。為了進一步探討礦區(qū)是否存在放射性礦化及其分布規(guī)律,本文對采自不同地質(zhì)體、不同中段、不同礦脈的樣品進行U、Th含量測定,為礦山資源綜合利用與放射性防治提供參考信息。1礦石及成礦粵北地區(qū)屬于華南鎢礦成礦區(qū)的南部成礦帶,貴東巖體之北,九峰巖體之南,先后經(jīng)歷了加里東期、印支期以及燕山期等多期次的構(gòu)造及巖漿作用的改造作用。石人嶂鎢礦區(qū)深部發(fā)育的蓮花山隱伏花崗巖體是鎢礦的成礦母巖,礦區(qū)北面還出露嶂下花崗閃長巖體和洞口山石英斑巖體,南部有柑子園白云母花崗巖小巖株和都坑英安玢巖體以及沿近東西向梧桐窩斷裂產(chǎn)出的閃斜煌斑巖巖脈。石人嶂鎢礦區(qū)主要出露寒武系、奧陶系淺變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以NE、NNE和NW向為主,控制著鎢礦床及巖漿巖的產(chǎn)出和分布。石人嶂礦區(qū)已勘查出56條鎢礦脈,礦脈長70~1130m,寬0.14~1.40m,延深70~660m,WO3品位0.16%~2.4%,平均品位0.91%。礦石主要為石英黑鎢礦型礦石,伴有云英巖型礦石。主要金屬礦物為黑鎢礦,局部富集白鎢礦、毒砂、含砷黃鐵礦、輝鉬礦、錫石、黃銅礦等;脈石礦物主要為石英、白云母,其次為螢石、長石、電氣石等;近礦圍巖蝕變以云英巖化、硅化為主。2巖3種地質(zhì)體的樣品來源為了研究放射性元素在石人嶂鎢礦床中的分布規(guī)律,筆者選擇有代表性的各類樣品開展研究,樣品包括鎢礦脈、云英巖和花崗巖3種地質(zhì)體,樣品來源包括能夠開展工作的6個中段以及目前礦山主要生產(chǎn)的5條礦脈(表1)。首先將樣品碎至10~20目,在烘干機中烘干4h,然后在瑪瑙缽中研磨至200目以下,然后寄送到廣州澳石礦物實驗室進行放射性元素U和Th含量試測,測試儀器為美國生產(chǎn)的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀,型號為PerkinElmerElan9000。3礦脈樣含量異常42件代表性樣品測試結(jié)果見表1,其中有2件鎢礦脈樣和1件花崗巖樣的含量異常高或異常低,顯然不符合普遍規(guī)律,故此在表1及各項統(tǒng)計中予以剔除。3.1云英巖中u、th、u對比放射性元素測試結(jié)果(表1)統(tǒng)計表明,石人嶂礦區(qū)花崗巖中U含量為6.99×10-6~29.2×10-6,平均18.6×10-6,Th含量為7.83×10-6~47.3×10-6,平均33.2×10-6;石英脈中U含量為0.07×10-6~0.48×10-6,平均0.21×10-6,Th含量為0.21×10-6~0.64×10-6,平均0.28×10-6;云英巖中U含量為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。無論是U、Th含量的最大值,還是平均值,云英巖都普遍高于花崗巖,更遠高于克拉克值,而石英脈樣的含量很低。為了進一步分析石人嶂礦區(qū)放射性礦物在不同地質(zhì)體中的分布特征,筆者選取6組石英脈、云英巖、花崗巖樣品(同一中段、同一礦脈、同一地點三者分別采樣)進行對比研究,從測試結(jié)果(表2)可以看出,石人嶂鎢礦床中石英脈→云英巖→花崗巖中放射性元素U、Th的含量整體上呈現(xiàn)低→高→較高的變化規(guī)律,其中石英脈的放射性元素含量最低(其中SZ16樣富含團塊狀硫化物并共生有放射性礦物,參見表6,故此出現(xiàn)含量異常高的情況),而云英巖的放射性元素含量最高(但S10-36樣因大量發(fā)育浸染狀自形晶黑鎢礦從而含量稍微偏低),花崗巖的U、Th含量略低于云英巖;不同中段統(tǒng)計數(shù)據(jù)(參見表3)同樣顯示,云英巖的放射性元素含量在三類地質(zhì)體中是最高的。3.2放射性元素特征表3數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果可以看出,自上而下,即從550m中段至340m中段,石英脈(包括合計值)的U、Th含量最大值和平均值總體上具有逐步增高的趨勢,但具體分析則可發(fā)現(xiàn)較大→小→大的變化規(guī)律,含量最小豐度值出現(xiàn)在410m中段,而含量最大豐度值出現(xiàn)在340m中段?；◢弾r和云英巖中放射性元素的最大值、平均值均大致呈現(xiàn)小→大→小的變化趨勢,其中最大值與平均值的變化步調(diào)不完全一致,但含量均在410m中段達到最高峰,顯示出放射性元素縱向上在中部的花崗巖和云英巖中富集,在石英脈中貧化的特征。上述規(guī)律具有進一步的研究價值。3.3礦脈中石英、活性成分的放射性元素含量筆者統(tǒng)計了石人嶂礦區(qū)不同礦脈的石英脈、花崗巖、云英巖的放射性元素含量(表4)。數(shù)據(jù)顯示,各個礦脈中石英脈的放射性元素含量呈現(xiàn)出一定的差異,總體上,各個礦脈的放射性元素含量都很低,而脈旁云英巖的放射性元素含量都普遍偏高,花崗巖的放射性元素含量則居中偏上,但是兩者的相關(guān)性不是很明顯。3.4測試樣品的u含量變化韋龍明等和張廣輝詳細總結(jié)了石人嶂鎢礦床的鈾礦物種類、賦存狀態(tài)及其成分變化規(guī)律,并對有晶質(zhì)鈾礦、釷石、方釷石等放射性礦物的8件樣品也做了放射性元素U、Th的含量測試(表5)。結(jié)果可見,測試樣品隨著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規(guī)律,顯示出良好的正相關(guān)關(guān)系。其中兩個花崗巖樣品的U含量為10.3×10-6~17.2×10-6;5件石英脈樣品的U含量變化比較大,其中2件樣品U含量高達16.2×10-6~18.9×10-6,而另外3件樣品U含量卻很低,僅0.14×10-6~0.72×10-6,可能是由于測試樣品中是否包含了放射性礦物(晶質(zhì)鈾礦、釷石、方釷石等)而導(dǎo)致U含量兩級分化非常明顯。云英巖樣品的U含量最高,達到31.3×10-6,同時它的Th含量也最高。4巖石型鈾礦放射性元素地球化學(xué)特征花崗巖型鈾礦床、火山巖型鈾礦床、砂巖型鈾礦床、碳硅泥巖型鈾礦床是我國最重要的四種鈾礦床類型,所擁有的儲量分別占全國總儲量的38%、22%、19.5%、16%。其中,北方以火山巖型、砂巖型鈾礦為主,南方則以花崗巖型鈾礦為主。當(dāng)花崗巖體的平均鈾含量大于世界酸性火成巖平均值(3.5×10-6~4.8×10-6)三倍以上就稱之為富鈾花崗巖;而產(chǎn)有鈾礦床的花崗巖則稱之為產(chǎn)鈾花崗巖,它們在成因上和空間上密切相關(guān)。杜樂天等研究認為華南石英脈型鎢礦區(qū)的花崗巖都富鈾(30×10-6),比產(chǎn)鈾花崗巖的鈾含量(10×10-6~25×10-6)還高?；洷钡貐^(qū)是我國花崗巖型鈾礦最為重要的聚集區(qū),石人嶂鎢礦床的花崗巖富鈾,U含量均高于地殼克拉克值2~10倍,平均值也在產(chǎn)鈾花崗巖的U含量范圍之內(nèi),顯示出巨大的找鈾前景。在成礦熱液蝕變作用下,花崗巖在鎢礦脈的兩側(cè)形成云英巖化帶,熱液中的放射性元素更傾向于向外側(cè)運移,造成礦脈兩側(cè)的云英巖成為放射性元素相對富集的地帶,而鎢礦脈U、Th含量很低,多低于地殼克拉克值。但在富含硫化物且伴生放射性礦物的鎢礦脈中,U、Th含量急劇增加,并達到產(chǎn)鈾花崗巖的U含量范圍之內(nèi),這是因為當(dāng)鈾以UO2形式在溶液中遷移時,遇到Fe2+則被還原沉淀形成鈾礦物。李慈俊等研究了俄羅斯4個金銀礦床的近礦圍巖、富礦體、礦石及個別礦石礦物中放射性元素與貴金屬元素的相互關(guān)系,發(fā)現(xiàn)最富鈾的金礦石通常以含有大量多金屬硫化物為特點,顯示鈾與硫化物的密切關(guān)系。人體受到放射性輻射的時間越長,接受的放射性輻射量就越大。人體在短時間內(nèi)受到大劑量放射線照射,吸入的放射性礦石粉塵沉積在肺部會危害健康,嚴重者會導(dǎo)致死亡。因此,下井作業(yè)必須佩戴高效過濾式防塵口罩;井下作業(yè)時盡量不飲食、不吸煙?？傮w上,石人嶂鎢礦床的放射性元素含量還沒有達到危害程度,在選礦工藝上,礦山應(yīng)注意回收硫(下轉(zhuǎn)第46頁)化物(硫砷鐵礦),只要繼續(xù)加強防范措施,不會對礦山職工及周邊環(huán)境造成放射性污染。通過上述研究及其討論,可以得出如下結(jié)論:1)花崗巖、云英巖和石英脈的放射性元素含量在下部中段有增大的趨勢,最大豐度值出現(xiàn)在340m中段,顯示