貴州從江縣舒家灣鈾礦元素地球化學特征及其意義

張維乾，左華平

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局七總隊，貴州 貴陽 550005)

舒家灣鈾礦處于摩天嶺巖體的北端，該區(qū)的鈾礦找礦工作始于上世紀70年代中期，先后發(fā)現(xiàn)了舒家灣、俾門等多個鈾礦點[1]，由于工作區(qū)環(huán)境條件惡劣，沒有對礦區(qū)的基礎地質(zhì)、構(gòu)造和巖石地球化學特征等進行深入研究，對鈾礦成因認識不夠，為了在鈾礦找礦方面取得突破，筆者在工作區(qū)見礦探槽中對礦石和圍巖分別進行采樣，從元素地球化學研究入手，總結(jié)舒家灣、俾門等鈾礦的常量、微量和稀土元素變化特征，探討鈾成礦與元素之間的關系，為該地區(qū)下一步的找礦工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

摩天嶺花崗巖體位于揚子板塊與華南板塊之間的邊緣活動帶，舒家灣、俾門等鈾礦位于巖體的北端邊緣彎曲部位的接觸帶上(圖1)。巖體侵入于中元古界四堡群綠泥絹云母石英片巖、千枚巖夾變余砂巖—粉砂巖中，接觸界線清楚。巖體沿NNE向延伸略呈橢圓形，面積約1 000 km2，巖體內(nèi)構(gòu)造主要以NNE向壓扭性斷裂為主，自東向西依次為烏指山斷裂、高武斷裂和俾門斷裂。舒家灣、俾門等鈾礦則位于俾門斷裂的北端。據(jù)前人對舒家灣地區(qū)巖體和礦石的測年資料，舒家灣瀝青鈾礦的主要成礦期為56～60 Ma，摩天嶺巖體形成于760 Ma[1]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

1 青白口系番召組；2 青白口系烏葉組；3 青白口系甲路組；4 中遠古河村組；5 中遠古堯等組；6 混合巖；7 花崗巖巖體；8 地層界線；9 斷層；10 鈾礦床、礦點

圖1摩天嶺巖體地質(zhì)簡圖(據(jù)廣西1∶50地質(zhì)圖,1980)

舒家灣、俾門鈾礦區(qū)出露地層主要為中元古界四堡群堯等組綠泥絹云母石英片巖、千枚巖夾變余砂巖—粉砂巖。出露花崗巖主要為細粒黑云母花崗巖(邊緣相)、中粒黑云母花崗巖(過渡相)；堯等組巖石與花崗巖呈突變接觸關系，接觸界面清晰，界線呈蛇曲狀。鈾礦化受NW向張性斷裂、NNE向張扭性斷裂及有硅質(zhì)充填的接觸帶控制。鈾礦(化)體主要產(chǎn)在構(gòu)造破碎帶內(nèi)的硅化蝕變帶中，礦體由蝕變圍巖和含鈾礦石兩部分組成。礦體呈透鏡體狀、脈狀位于斷層下盤的蝕變帶內(nèi)，礦體產(chǎn)狀與斷層產(chǎn)狀一致。

礦體一般沿走向長200～400 m，傾向延伸100～200 m，礦體厚0.81～7.25 m，平均厚度約2.75 m，一般品位0.047%～0.159%，最高達0.64%，平均品位0.134%，礦石類型為瀝青鈾礦—玉髓型。含鈾礦物主要為瀝青鈾礦，此外地表氧化帶見銅鈾云母、鈣鈾云母等次生鈾礦物。脈石礦物主要為石英、綠泥石、螢石。金屬礦物有黃鐵礦、赤鐵礦、磁黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦等。礦石結(jié)構(gòu)簡單，礦物顆粒細小，結(jié)晶程度較差，往往呈膠狀產(chǎn)出，以交代殘留結(jié)構(gòu)、含斑狀結(jié)構(gòu)為主；構(gòu)造有脈狀、網(wǎng)脈狀、浸染狀、角礫狀構(gòu)造等。圍巖蝕變分帶明顯，外蝕變帶主要有綠泥石化、硅化、碳酸鹽化、螢石化等，蝕變較弱；內(nèi)蝕變帶主要有鉀長石化、云英巖化、黃鐵礦化、赤鐵礦化、硅化、綠泥石化等[1]。

3 樣品采集與分析方法

為了了解舒家灣地區(qū)元素地球化學特征，筆者在礦區(qū)見礦探槽中采取新鮮的巖石樣4件，礦石樣3件，對其進行常量、微量及稀土元素的分析研究。常量元素、微量元素及稀土元素的含量測定均由中科院貴陽地化所礦床地球化學國家重點實驗室完成。常量元素的分析方法為X射線熒光光譜法；微量元素和稀土元素的分析方法為電感耦合等離子質(zhì)譜儀。樣品的分析測試結(jié)果分別列于表1～3。

表1 舒家灣地區(qū)圍巖與礦石化學成分 %

表2 舒家灣礦區(qū)礦石與圍巖中微量元素含量 ×10-6

表3 舒家灣礦區(qū)樣品稀土元素含量(×10-6)及其特征值

4 元素地球化學特征

4.1 常量元素

舒家灣地區(qū)花崗巖及礦石的巖化學成分見表1，從表1可以看出，礦石中的SiO2值為47.65%～67.79%，平均值為58.37%，花崗巖(圍巖)中的SiO2含量為72.85%～73.54%，平均值為73.21%，與全球花崗巖的SiO2平均值(73.18%)基本持平；從礦體到圍巖SiO2含量不斷增加，在成礦過程中發(fā)生了Si元素的流失。礦石中的Na2O+K2O平均值為2.90%，圍巖中的Na2O+K2O含量為6.96%～7.84%，平均值為7.27%，與全球花崗巖的Na2O+K2O平均值(7.59%)大體相當，可見在成礦過程中，巖體堿質(zhì)發(fā)生了流失。礦石中的Fe2O3+FeO含量平均值為18.67%，圍巖中的Fe2O3+FeO含量平均值為2.64%，可見在成礦過程中，流體帶來了Fe元素的增加。礦石中的Al2O3含量平均值為10.08%，圍巖中的Al2O3含量平均值為13.08%，與圍巖相比，礦石中的Al2O3有所下降。

4.2 微量元素

微量元素在巖石和礦物中的含量甚微，以低濃度為主要特征，它們往往不能形成自己的獨立礦物，而被容納在由其它組分所形成的礦物固溶體、熔體或流體相中[2]，在地質(zhì)變化過程中它們的濃度可發(fā)生明顯變化，因而可作為地質(zhì)過程的示蹤劑[3]。舒家灣地區(qū)鈾礦圍巖與礦石中微量元素含量詳見表2。從俾門地區(qū)鈾礦圍巖與礦石樣品微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖2)表明，大離子親石元素Rb、Cs、W、U、Pb、Sb在圍巖和礦石中異常富集，較為富集的有Th、Ta、Sr，明顯虧損的有Zn、Cu、Sc、Co、Cr、Ni等；U、Sb、W、Pb在礦石中則明顯富集。在礦石或圍巖中較輕的微量元素擬合較好，而較重的微量元素則差異較大。這與成礦流體中各元素的地球化學行為有關，同時也說明了流體中重微量元素的分餾作用較為明顯。

圖2 舒家灣鈾礦微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(據(jù)Sunand McDonough,1989)

4.3 稀土元素

稀土元素是一組特殊的微量元素,在地球化學研究中占有很重要的地位。它們的分餾情況能夠靈敏地反映地質(zhì)—地球化學作用，有良好的示蹤作用，在巖石成因、成礦物源、成巖成礦物理化學條件等研究中得到廣泛應用，可以為成巖成礦物質(zhì)來源提供相關信息[3]。

4.3.1 稀土元素特征

舒家灣地區(qū)鈾礦圍巖與礦石中稀土元素含量見表3，從圍巖到礦石，稀土元素總量(∑REE)增高明顯，反映成礦熱液富含稀土元素，并且在成礦過程中稀土元素與鈾共同沉淀。從稀土元素配分型式圖(圖3)可以看出，圍巖的分布曲線略向右傾斜，輕稀土相對富集，重稀土則相對虧損，分布曲線呈“海鷗”型，具有明顯的負Eu異常。礦石中稀土元素分餾不明顯，具有輕度的δCe異常，未出現(xiàn)明顯的Eu異常，重稀土相對富集，與圍巖稀土元素分布曲線明顯不同，表明成礦物質(zhì)的來源不單純是由圍巖提供，還有深源物質(zhì)的參與。

圖3 舒家灣鈾礦稀土元素配分型式圖

4.3.2 稀土元素特征值

1)∑REE：圍巖的稀土元素總量∑REE為42.44×10-6～96.96×10-6，明顯低于地殼平均值146.8×10-6；礦石的稀土元素含量∑REE則為122.12×10-6～290.12×10-6；LREE/HREE值為1.67～6.06，(La/Yb)N平均值為3.29，δEu平均值為0.39。這些數(shù)據(jù)特征都表明成礦物質(zhì)不是單一來源，具有多源或上、下地殼混合的特點[4]，說明成礦流體在沿巖石裂隙運移過程中與圍巖發(fā)生水巖反應，萃取了圍巖中呈活化態(tài)的分散礦物質(zhì)組分，與圍巖發(fā)生混染。

2)LREE/HREE、La/Sm、(La/Yb)N；從LREE/HREE、La/Sm、(La/Yb)N等值來看，輕、重稀土之間存在一定的分異作用。這些特征值從圍巖到礦石有減小的趨勢，LREE/HREE值從6.06到1.67，La/Sm值從5.04到2.39，(La/Yb)N值從10.55到1.58，說明在礦化過程中，重稀土更加富集，成礦熱液來自深源富含重稀土元素的流體。

3)Y/Ho：Y和Ho是離子半徑非常接近的兩個元素，在自然界中一般以三價態(tài)存在，具有非常相似的地球化學行為，Y/Ho比值不受氧化—還原條件的影響，該比值的變化一般與熱液、巖石間的水—巖反應有關，亦或與不同熱液系統(tǒng)間絡合介質(zhì)差異有關[4]。從舒家灣鈾礦各樣品稀土元素的Y/Ho比值來看，圍巖的Y/Ho比值為21.47～26.64，接近于華南產(chǎn)鈾花崗巖的Y/Ho比值29.86和球粒隕石的Y/Ho比值28，說明舒家灣地區(qū)的花崗巖與華南花崗巖有著相同的來源，都屬于地殼部分重熔型花崗巖[5]。礦石的Y/Ho比值為31.84～38.63，遠大于圍巖的Y/Ho比值，說明成礦物質(zhì)來源具多源性，即部分來自于巖體本身(圍巖)，部分來自深部。

4)δCe、δEu：稀土元素Ce、Eu是具有重要的環(huán)境指示意義的變價元素，可隨環(huán)境的氧化—還原條件不同而呈不同的價態(tài)。在還原條件下，Eu3+易被還原成Eu2+而發(fā)生沉淀與其它稀土元素分離，而Ce3+很穩(wěn)定，可在溶液中保存較長時間，使得流體中Ce保持相對穩(wěn)定和Eu的相對異常；在氧化條件下，Ce3+則被氧化成Ce4+并沉淀，與其它稀土元素分離，而Eu3+則很穩(wěn)定，可在溶液中保存較長時間，使得流體中出現(xiàn)Ce的相對異常和Eu的相對穩(wěn)定。從表3和圖3可以看出，Eu明顯虧損，δEu值為0.17～0.86，平均值為0.39；Ce呈弱虧損，δCe值為0.54～1.09，平均值為0.88。表明鈾成礦作用形成于還原性物理化學環(huán)境。這與鈾沉淀富集所需的物理化學環(huán)境相一致[6-7]。

5 結(jié) 論

1)舒家灣鈾礦與U密切相關的微量元素主要為高場強元素Rb、Cs、W、Pb、Sb、Th、Ta、Sr等。

2)稀土元素總量從圍巖到礦體逐步增加，反映成礦熱液富含稀土元素，反映成礦過程中稀土元素與鈾共同沉淀，且在礦化過程中重稀土明顯比輕稀土富集。

3)礦石與圍巖的稀土元素存在明顯差異，其來源并不一致；這可能與舒家灣礦區(qū)堿交代作用較為發(fā)育有關，形成堿交代的熱液在流動的過程中與圍巖發(fā)生熱液交代作用，使稀土元素活化并轉(zhuǎn)移到熱液中富集，且在堿性條件下稀土元素很容易與F-、CO32-等形成絡合物進行遷移，并在有利地段形成富集，導致圍巖和礦石中稀土元素存在明顯差異。

4) 舒家灣鈾礦的形成系來自深部夾帶部分成礦物質(zhì)的流體在高溫高壓下沿斷層或裂隙運移，流體經(jīng)過圍巖時，使巖體中的U及其它伴生元素活化釋放進入流體中，而舒家灣地區(qū)正好處于地應力釋放的巖體邊緣接觸帶，斷裂構(gòu)造發(fā)育，為含礦流體提供了很好的遷移通道及容礦空間，有利于成礦物質(zhì)在該區(qū)域沉淀形成礦床。

參考文獻：

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[3] 趙振華.微量元素地球化學[J].地球科學進展,1992,7(5):65-66.

[4] 丁振舉,劉叢強,姚書振,等.海底熱液系統(tǒng)高溫流體的稀土元素組成及其控制因素[J].地球科學進展,2000,15(3)：307-312.

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[6] 丁振舉,姚書振,劉叢強,等.東溝壩多金屬礦床噴流沉積成礦特征的稀土元素地球化學示蹤[J].巖石學報,2003,19(4):792-798.

[7] 李厚民,沈遠超,毛景文,等.石英、黃鐵礦及其包裹體的稀土元素特征——以膠東焦家式金礦為例[J].巖石學報,2003,19(2):267-274.