粤北长江矿集区是我国花岗岩型铀矿的重要产区，其内分布有我国现存唯一的特大型硬岩铀矿床——棉花坑铀矿床。该矿床铀矿化主要赋存于近SN向断裂带内，以厚度大、品位富和连续性好而著称（祁家明等，2019；Zhang et al，2023）。2019年科技部实施的“华南热液型铀矿基地深部探测技术示范”项目，在棉花坑铀矿床深部取得重大找矿突破，并在1 550 m深度发现了我国最深的工业铀矿化体，刷新了我国工业铀矿化发现的最深记录，同时也为粤北地区开辟500~1 500 m深度的“第二找矿空间”提供了有力支撑（马永胜，2022）。据统计，长江矿集区铀矿床主矿体埋深均大于200 m，且地表广泛覆盖第四系浮土，导致传统的野外地质调查手段难以有效获取深部找矿信息，因此众多地质工作者将深部找矿的核心技术需求聚焦于能获取深部找矿信息的物化探方法（王勇等，2020；赵欣怡等，2022）。
众所周知，铀属于天然放射性元素，其衰变子体222Rn能依靠地质营力不断穿透铀矿体周围岩石，迁移至地表土壤中富集（黄建乐等，2021；郭建军等，2024；程俊义等，2025）。基于这一特性，开展RaA氡气测量，能够有效获取深部隐伏铀矿信息，间接达到寻找隐伏铀矿的目的。然而，土壤中氡浓度易受地形起伏、土壤层厚度和孔隙度等非致矿因素的影响（李茂等，2014；胡鹏等，2024），导致单一的RaA氡气测量方法在深部找矿预测中效果欠佳，需与其他深部找矿方法组合测量，以提升其准确性。分量化探法是基于地气流迁移理论发展而来的深穿透地球化学找矿方法，其核心原理是通过选择性提取土壤中活动态金属元素含量（尹金双等，2012），实现对深部隐伏矿体的有效预测。经过多年勘探实践验证，分量化探法是华南地区深部铀矿找矿的有效方法（赖静等，2017；刘幼建等，2020；王家跃等，2022）。但是，该方法同样存在局限，从野外样品采集、实验室样品制备再到化学分析需要耗费大量时间，期间更无法为同期开展的地质勘查工作提供及时指导。
基于上述认识，RaA氡气、分量化探组合测量，不仅能够有效解决分量化探样品分析周期长、难以实时指导深部找矿工作的难题，还能够为判别RaA氡气测量中非致矿因素引起的氡浓度异常提供客观依据。二者联袂测量能够充分发挥RaA氡气测量的便捷性和及时性，以及分量化探测量在矿致异常识别中的可靠性等优势，进而为该区域深部铀矿找矿工作提供科学指导。犁壁岭地段位于长江矿集区北延段，发育有与棉花坑铀矿床主含矿带相似的SN向断裂。为进一步扩大矿集区SN向断裂带的铀矿找矿成果，也为评估矿集区北延段深部铀成矿潜力，优选犁壁岭地段开展RaA氡气、分量化探联袂测量工作，旨在预测铀成矿有利位置，为后续工程部署提供科学依据。
1 区域地质概况
诸广山复式岩体是EW向骑田岭—诸广山花岗岩带的重要组成部分［图1（a）］，以多幕式构造—岩浆活动及多期“成矿大爆发”为主要特色，也是稀有金属、铀和钨等矿产的重要产地（李宏卫等，2021；Qi et al，2024）。长江矿集区位于诸广山岩体南部，并大致被NEE向城口断裂、黄溪水断裂及NE向塘洞断裂、成功坳断裂所限制，其内产出有棉花坑（特大型）、书楼丘（大型）、水石（中型）等铀矿床及一大批矿化异常点，显示出优越的铀成矿地质条件。该区出露的围岩为印支期二云母花岗岩（油洞岩体）和燕山期黑云母花岗岩（长江岩体）［图1（b）］。区内主控矿因素为断裂，铀矿化主要赋存于近SN向张扭性硅化断裂带内，呈不规则的单脉状、扁豆状或透镜状产出，沿断裂倾向延伸稳定。整体而言，区内多方向断裂的交切和夹持部位是铀成矿的有利位置。
图1 粤北岩浆岩带分布示意图（a）（修改自周新民，2007）、长江矿集区地质简图（b）及犁壁岭地段铀矿地质简图（c）1.中细粒二云母花岗岩；2.中细粒黑云母花岗岩；3.中粒二云母花岗岩；4.中粗粒黑云母花岗岩；5.粗中粒二云母花岗岩；6.黑云母花岗岩；7.实测或推断断裂；8.中基性岩脉；9.铀矿床；10.伽玛异常点；11.试验剖面及编号；12.测线及编号 Fig. 1 Schematic map of magmatic rock belt distribution in northern Guangdong （a）（modified after Zhou，2007）， geological map of the Changjiang ore concentration area （b） and geological map of uranium deposit in the Libiling segment （c） |
犁壁岭地段位于长江矿集区北延段［图1（c）］，具有与棉花坑、书楼丘矿床相似的赋矿围岩条件，均为印支期二云母花岗岩（塘洞岩体）和燕山期黑云母花岗岩（长江岩体），铀含量为9×10-6~26×10-6，平均值为12.70×10-6，明显高于我国东部上地壳值（1.55×10-6）（高山等，1999），为区内铀成矿提供了丰富的铀源，是中等含铀—富铀岩体（龙自强等，2024）。此外，晚期还大量发育酸性和中基性岩脉，进一步促进了铀的活化、迁移和富集。区内断裂发育，按走向可划分为NE和近SN向2组。NE向断裂为犁壁岭和牛尾岭断裂，长度为7~15 km，倾角为68°~80°，断裂性质均为压扭性。其中，犁壁岭断裂又被后期中基性岩脉改造和充填，反映断裂沟通了地幔热源，可为区内铀成矿提供丰富的热源和矿化剂，属于重要的导矿构造；近SN向的14号、19号和27号等断裂则为区内有利的含矿构造，长度为1.0~1.5 km，宽度为0.5~5.0 m，属于张—扭性断裂。带内普遍发育与铀矿化密切相关的硅化、赤铁矿化、黄铁矿化和萤石化等热液蚀变。整体而言，该地段集构造、岩浆和蚀变于一体，显示出优越的铀成矿环境和成矿条件。
2 方法原理及工作部署
2.1 方法原理
（1）RaA氡气测量
氡（Rn）的天然放射性同位素主要包括219Rn、220Rn和222Rn，分别来自锕铀系、钍系和铀系，其衰变链如图2所示（Nazaroff，1992）。在氡气测量实践中，因核素219Rn和220Rn半衰期极短（分别为3.96 s和55.6 s），所以RaA氡气测量的目标核素为半衰期相对较长的222Rn（3.82 d）（Idowu et al，2022），其核心原理是通过探测222Rn第一代子体218Po衰变释放的α粒子计数率来间接量化土壤中的氡气浓度。首先，利用测氡仪（如FD-3017 RaA）主动抽取土壤孔隙中富集的氡气；然后，通过施加高压静电场，利用金属收集片收集带正电荷的218Po+离子；其次，采用金硅面垒半导体探测器精确测量218Po衰变释放的特征α粒子；最后，依据平衡状态下α粒子计数率（N）与氡气浓度（C Rn）间的线性关系（C Rn=J×N，J为经标定的仪器换算系数）量化土壤中的氡气浓度。
（2）分量化探法测量
分量化探是基于地气迁移理论而发展起来的深穿透铀矿找矿方法（尹金双等，2012），其核心原理为地球内部的上升地气流（Rn、He和CO2等）捕获隐伏矿体及蚀变带中活动态金属元素（图3），并将其携带至浅表土壤中留存，形成铀及其共伴生元素异常。野外通过采集B层土样，待其阴干后，送实验室通过特殊的提取剂提取金属活动态元素的含量，进而获取深部铀矿找矿信息。金属活动态元素的特点是用弱或很弱的提取剂，甚至去离子水就能够将其提取出来（胡鹏等，2025），因其仅提取元素的活动态部分而非矿物晶格中的稳定态部分，故称为分量化探。这些活动态元素含量是地气流途经所有地质体的综合反映，其找矿目标元素的含量高低也可作为判别深部矿化信息的主要参考。
2.2 工作部署及数据采集
RaA氡气法测量使用FD-3017 RaA型测氡仪，野外测量工作严格按《铀矿勘查氡及其子体测量规范》（EJ/T 605—2018）执行。到达野外测点后，用钢钎打入60~70 cm的导向孔，随后插入取样器，并迅速踏实取样器周围的松土，以防止大气混入。每个测点测量2次，每次测量时间为2 min，取其平均值作为测点土壤氡浓度值，共完成446个测点数据采集。分量化探样品采集参照《土壤地球化学测量规程》（DZ/T 0145—2017）执行，采集B层土样，采样深度为20~40 cm，共采集446件样品，经自然阴干后过80目筛，送至核工业北京地质研究院进行分析测试，测试元素包括Be、Mn、Th、U和W等14种元素。
3 方法组合可行性试验研究
棉花坑铀矿床位于诸广山复式岩体南部，是我国现存唯一的特大型硬岩铀矿床，也是区内该类型矿床的典型代表。遵循“由已知到未知”的原则，优选棉花坑铀矿床6号勘探线开展RaA氡气和分量化探联袂测量方法的可行性研究，同时探寻区内矿致异常特征，建立科学的隐伏矿体预测模式。试验结果如图4所示，揭示出如下物化探异常特征：
（1）在埋深200~400 m的隐伏铀矿体上方，存在明显的土壤氡浓度异常和分量U异常。但土壤氡浓度在9-2号含矿带地表出露处仅见微弱异常，经地表查证为土壤致密且厚度较薄致使测氡仪无法采集到足量气体所致。
（2）已知含矿断裂地表出露处，除分量U异常外，还伴随不同程度的分量Be、Mn、Zn和Mo等异常。究其原因在于，含矿构造带是成矿流体和物质聚散的有利通道和场所（韩润生，2005），某些地球化学性质相似的元素在铀成矿过程中共同迁移、富集或亏损，从而形成与U元素具有显著空间关联性的复合蚀变地球化学场。
（3）依据Rn、U、Be和Mo等元素异常复合情况，在平距100 m和620 m附近推断出2条隐伏的含矿断裂带（F1和F2），其中F1断裂带已被邻线（相距50 m）钻探工程ZK4-1揭露证实，并在带内揭露到视厚度为5.90 m、铀品位为0.066%的工业矿体。
棉花坑铀矿床的矿体埋藏深度较深，加上覆地质体的屏蔽作用，以及早期非含铀热液对断裂通道的阻塞等，导致找矿指示元素局部呈现弱异常特征，如9-2号含矿断裂带的氡浓度异常。若仅采用RaA氡气测量则易错失该含矿带，若仅采用分量化探测量则需耗费大量时间等待分析测试结果，且不能随时追索控制含矿断裂。因此，二者联袂测量不仅能够第一时间为地质人员提供找矿线索，也能够弥补RaA氡气测量易受非致矿因素影响的缺点。综上所述，RaA氡气和分量化探联袂测量方法是寻找隐伏花岗岩型铀矿的一种有效且可行的方法，隐伏铀矿体常定位于Rn、U、Mo和Be等找矿指示元素异常复合处。
4 物化探测量成果
4.1 分量化探测量
（1）R型聚类分析
前文已述，具有相似地球化学性质的元素在流体运移过程中发生协同迁移与分异，进而形成具有显著空间关联性的复合蚀变地球化学场。这种多元素耦合作用不仅反映了深部成矿作用的物理化学条件，而且为定位隐伏铀矿（化）体提供了多维度的找矿标志。为进一步凸显犁壁岭地段与U相关元素的聚合性，建立区内多维度找矿标志，选择R型聚类分析方法对14种元素进行聚类分析。
R型聚类分析结果如图5所示，当欧式距离小于15时，元素聚类呈现4个组合：①Hf-Ta-Nb-Bi；②Be-U-Mo-W-Mn；③Zn-Ba；④Cu-Cd-Th。其中，第1组Hf-Ta-Nb-Bi属高场强元素组合，均向岩浆演化后期富集。因Nb和Ta等元素易富集于黑云母中（刘英俊，1987），而区内广泛出露的黑云母花岗岩则能为Nb、Ta和Hf等稀有元素富集提供良好的载体；Bi属于亲硫元素，在自然界中以形成Bi3+为特征，但亦可形成络合阳离子［BiO］+，赋存于钽锑矿（SbTaO4）中（刘英俊，1987）。第2组Be-U-Mo-W-Mn为主成矿元素及其共伴生元素组合。其中，W属于高温成矿元素，可能代表早期南岭地区钨多金属成矿作用（吴德海等，2019），而区内铀成矿属中低温成矿（肖冠雄，2019），U、W的相关性推测与二者空间叠置有关。Mo以［MoO₄］²⁻络合阴离子形式与铀酰离子结合，能通过铁氢氧化物吸附而富集（张宇等，2021）。Mn和Fe均属铁族元素，Mn2+和Fe2+晶体化学性质相近，可相互替换共存；Mn、U相关应是Mn、Fe类质同像的结果，与含矿带中普遍发育的赤铁矿化蚀变相对应。Be、U共生则与Be-F、U-F络合物协同迁移有关，并于物化条件改变时由Be-F和U-F络合物分解、沉淀所致（张龙，2019）。第3组Zn-Ba和第4组Cu-Cd-Th为中酸性岩浆常见元素组合，Cu、Zn和Cd属亲硫元素，Ba属碱土金属元素，Th属于放射性元素，推测与区内复杂的中酸性岩浆活动有关。
综上所述，初步可选定U-Mo-W-Mn-Be等元素作为该地区的铀矿找矿指示元素组合。
（2）单元素地球化学特征
为直观展示铀及其共伴生元素的空间分布特征，U、Mn、Be、W和Mo分析数据均采用反距离权重插值法（IDW）进行网格化处理，然后采用累积频率分级法勾绘单元素地球化学等值线图（图6）。
测区内分量U含量场晕整体呈“南北高，中部低”的分布特征［图6（a）］，大致以分量U含量介于1 518×10-9~2 592×10-9为背景场，反映地气迁移途经花岗岩体的U含量背景；以U含量小于1 333×10-9为低值场，代表地气途经花岗岩为U亏损区，除岩浆分异演化造成U分布不均匀之外，更多为后期构造和热液活动造成U元素的活化、迁移和流失所致。因其集中分布于燕山早期第一阶段的中粗粒斑状黑云母花岗岩内，预示其可能为区内铀源体之一。以分量U含量大于3 186×10-9为高值场，代表地气途经地质体为铀富集区，也是区内铀矿找矿的有利区域。因其集中分布于断裂附近，表明断裂活动是区内铀迁移富集的主要驱动力。整体而言，测区内具有相对规模的分量U异常带（U含量大于等于4 144×10-9）共2条，均呈SN向带状展布，且与27号、14号、19号等断裂带的空间复合程度高，预示该类断裂带为区内铀富集的有利构造。其中，以西部分量U异常场晕规模最大，连续性最好，断续延伸约1 200 m，其U含量为4 500×10-9~16 855×10-9，严格受近SN向27号、17号和18号带控制，表现为串珠状浓集中心，推测与区内“尖灭再现”的铀成矿规律有关。由于该异常带穿过犁壁岭断裂继续往南延伸，推测27号带与17号、18号带应属同一条断裂带，被后期犁壁岭断裂左行错断所致。东部异常带位于测区东南部，严格受14号和19号带控制，因其异常面积大，分量U浓集程度高，U含量为12 036×10-9~619 140×10-9，且地表查证发现了成矿期热液活动，如微晶石英脉和紫黑色萤石等，推测其深部具备良好的铀矿找矿潜力。
铀及相关元素等值线图研究表明，Be、Mo异常与U异常高度吻合，而W、Mn异常与U异常呈现局部复合、局部分离的特征［图6（b）～6（e）］）。究其原因，可能与区内多期次热液活动有关。黄国龙等（2015）对棉花坑铀矿床的研究表明，区内铀成矿过程可划分为3个期次——矿前期（碱交代高温石英脉+含钨石英脉阶段）、成矿期（含铀隐晶—微晶石英脉+含铀紫黑色萤石脉阶段）和矿后期（黏土—萤石—石英脉+方解石脉阶段）。其中，W异常场的空间异质性源于矿前期含钨石英脉的分布特征，其与U异常场的复合区对应于成矿期富铀热液对早期含钨脉体的叠加改造，分离区则反映了缺失成矿期富铀热液叠加的原生W异常区。方法有效性试验剖面显示，棉花坑铀矿床已知含矿带的W异常并不明显，推测为试验剖面含矿带上部早期钨矿体已被剥蚀殆尽所致，也与长江矿集区含钨石英脉仅赋存于海拔较高位置的认识一致（黄国龙等，2015）。U与Mn异常场的复合、分离受控于元素地球化学行为差异。铀在氧化条件（U⁶⁺）下形成可溶性铀酰络合物（如［UO₂（CO₃）₃］⁵⁻），而在还原环境（U⁴⁺）中沉淀为沥青铀矿；Mn²⁺在还原条件下可溶，但在氧化条件下转化为Mn⁴⁺氧化物沉淀，二者在氧化—还原过渡带（如测区北部异常复合区）可发生共沉淀。该特征与棉花坑铀矿床“上氧化，下还原”的垂向分带模式（陶意，2020）相似，指示犁壁岭地段深部可能存在类似矿化结构。相较于棉花坑铀矿床超千米的矿化垂幅，预示其深部具备良好的铀矿找矿潜力。Be异常场与U异常场的空间耦合性，可归因于成矿期富氟流体的协同迁移机制；铀以氟铀酰络合物（如［UO₂F₃］⁻）、铍以BeF /BeF 形式共同搬运（张龙，2019），后期物化条件的改变导致络合物分解，形成紫黑色萤石—沥青铀矿共生组合。Mo与U的耦合性则与区内中低温（150~250 ℃）成矿环境密切相关（肖冠雄，2019），Mo以［MoO₄］²⁻络合阴离子形式与铀酰离子结合，并通过铁氢氧化物吸附富集（张宇等，2021），也与孙国权等（2022）在棉花坑铀矿床矿化蚀变带内发现U、Mo同迁入的研究结论一致。
综上所述，Mo、Be与U场晕更为一致，且与铀成矿过程密切相关，指示Mo、Be和U可能为区内最佳的找矿指示元素组合。
4.2 RaA氡气测量
区内氡浓度场晕展布与分量U场晕展布特征相似，均呈“南北高，中部低”［图6（f）］。该氡浓度场晕大致以氡浓度在12 899~25 017 Bq/m3为背景场，代表花岗岩中所含的微量U不断衰变所释放的222Rn浓度。以氡浓度小于10 622 Bq/m3为低值场，集中分布于中粗粒斑状黑云母花岗岩内，与分量U低值场区复合好，为铀源体中活性铀丢失后剩余铀衰变形成的222Rn浓度，预示着中粗粒斑状黑云母花岗岩可能为区内的铀源体，与张丽等（2018）认为长江岩体为区内重要铀源体的认识一致。以氡浓度大于62 585 Bq/m3为异常，集中分布于近SN向断裂附近，显示强烈的构造相关性，同时也是区内主控矿因素为断裂的体现。区内具有相对规模的氡浓度异常带有2条，分别位于测区的北部和南部。其中，以北部氡浓度异常带连续性最好，长度约为600 m，氡浓度为10 200~125 868 Bq/m3，表现出串珠状浓集中心，主要受27号带及岩性接触界面联合控制。与分量U含量异常相比，其氡浓度异常并未继续往南延伸至犁壁岭地段，应为地表土壤厚度较薄所致，但仍见明显的氡浓度增高场，推测区内的铀成矿作用继续向南延伸。南部氡浓度异常带位于犁壁岭断裂以南，受多条近SN向断裂带控制，其氡浓度为12 036~619 140 Bq/m3，峰值高，梯度变化大，显示出强烈的氡浓集现象。该区紧邻深部导矿断裂，且广泛发育近SN向断裂（如14号和19号带等）。地表调查显示，这些断裂具有张扭性活动特征，并伴随成矿期的紫黑色萤石、硅化和赤铁矿化等蚀变，其构造属性和蚀变类型均与棉花坑铀矿床高度相似，指示其深部有较相似的铀成矿地质条件。基于构造—蚀变耦合规律，推测该组近SN向断裂带深部具备良好的铀矿找矿前景。
5 综合异常及钻探揭露验证
元素地球化学相似性普遍存在，单一元素异常有时很弱，如棉花坑铀矿床的9-2号含矿带地表出露处的氡浓度异常及U异常。如果仅依靠U、Rn复合异常定位隐伏矿体的预测方法，可能会遗漏部分铀成矿有利位置。为了减小隐伏矿体预测遗漏的概率，采用多找矿指示元素组合可发现单元素不能确定的异常，并强化弱异常及指示隐伏矿体异常的有效信息，增强隐伏矿体引起的弱矿致异常（韩润生，2005；郭泽华等，2019）。基于U元素独特的物理化学性质，依据其衰变子体222Rn可迁移特性及随地气流迁移的活性态U、Be和Mo对隐伏铀矿的定位指示作用，根据式（1） 和式（2） 对Rn、U、Be和Mo标准化后相互累加，构建铀成矿有利地段综合预测指数（H），并利用该综合预测指数进行综合找矿预测。
式中： 为i测点j元素浓度（Bq·m-3）或含量（×10-9）； 为j元素浓度（Bq·m-3）或含量（×10-9）最小值； 为j元素浓度（Bq·m-3）或含量（×10-9）最大值； 为i测点j元素浓度或含量标准化后数值； 为铀成矿有利地段综合预测指数；k为参与铀成矿预测的元素种类。
相较于氡浓度和U含量异常场晕，铀成矿有利地段综合预测指数H的异常场晕“带状”特征十分明显［图7（a）］，其异常连续性与空间延展性明显优于单一元素异常，并进一步拓宽了27号带中部的铀矿勘查空间。结合铀成矿有利地段综合预测指数H的异常场晕特征及所属地质情况，以H≥28.1为异常下限，在区内圈定了4处综合异常（编号为ZH-1~ ZH-4）。地表查证显示，ZH-1号和ZH-3号综合异常铀成矿地质条件较为优越，分别受27号和14（19）号硅化断裂带控制，其断裂性质为张扭性，与棉花坑铀矿床主含矿带（9号）断裂性质一致。其中，27号带主要由硅化碎裂岩、构造角砾岩、白色块状石英和红色、灰绿色微晶石英组成，局部发育有明显铀异常，铀含量介于50×10-6~300×10-6，与红色微晶石英关系密切。14号和19号带内物质组分相似，主要由硅化碎裂岩、微晶石英、构造角砾和花岗碎裂岩组成，长度约为1 km，宽度为1~5 m，并在综合预测指数H浓集中心附近发现了铀矿化信息，与硅化、赤铁矿化及紫黑色萤石关系密切，其铀含量最高可达1 120×10-6，显示出良好的铀矿找矿线索。基于此，本文优选异常面积最大和浓集程度最高的ZH-3号异常进行钻探揭露验证［图7（b）］，并在14号和19号断裂带内累计揭露视厚度为8.80 m、平均品位为0.085%工业铀矿段，进一步证实分量化探、RaA氡气联袂测量在隐伏铀矿预测中的有效性。
综上所述，建议犁壁岭地段以近SN向的27号和14（19）号带为工作重点，以“硅化带型”铀矿为主攻类型，优先对ZH-1号和ZH-3号铀成矿有利位置进行深部钻探揭露验证，有望进一步扩大SN向断裂带找矿成果。
6 结论
（1）针对研究区典型矿床已知勘探线的方法可行性研究试验显示，RaA氡气、分量化探联袂测量能有效探寻隐伏铀矿化，可作为长江矿集区隐伏铀矿预测的有效找矿方法组合。
（2）综合聚类分析结果和研究区矿化蚀变特点，认为犁壁岭地段铀矿找矿指示元素组合为U-Be-Mo-Rn。
（3）依据铀成矿有利地段综合预测指数异常及其所属地质情况，预测4处综合异常。经后期钻探工程揭露验证，在ZH-3号综合异常累计揭露视厚度为8.80 m、平均品位为0.085%的工业铀矿段，取得了良好的找矿应用效果，进一步拓宽了长江矿集区北部的找矿范围。
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