廣西全州鈾礦田流體地球化學(xué)及其成礦意義

何玉坤, 張德會(huì), 黎建南

(1.中國地質(zhì)大學(xué),北京 100083;2.核工業(yè)二三零所,長沙 410000)

廣西全州鈾礦田流體地球化學(xué)及其成礦意義

何玉坤1, 張德會(huì)1, 黎建南2

(1.中國地質(zhì)大學(xué),北京 100083;2.核工業(yè)二三零所,長沙 410000)

位于廣西全州的鈾礦床為中型鈾礦床。含礦巖層主要為泥盆系四排組、東崗嶺組和榴江組地層。此區(qū)域礦床受新寧―資源―靈川(麻城―廣濟(jì))斷裂的分枝及其次級斷裂Fl、F3等控制。古花崗巖提供了鈾源。在淺部環(huán)境下,碳酸根絡(luò)合物[UO2(CO3)3]4-和[UO2(CO3)2]2-發(fā)生分解形成UO2

2+(也可能與F-結(jié)合形成UO2F42-),并最終沉淀形成鈾礦床。選取穿插于四排組地層和花崗巖中石英脈或花崗巖樣品,對其中的石英進(jìn)行流體包裹體均一法測溫和爆裂法測溫。流體包裹體類型為氣液包裹體、含子晶包裹體、富氣包裹體和CO2包裹體。絕大部分為氣液包裹體,均一法實(shí)驗(yàn)測得的冰點(diǎn)溫度顯示鹽度較高,平均鹽度為10.3%。含子礦物包裹體的存在說明流體的密度和鹽度較高。包裹體均一溫度差別較大,但整體集中在200℃～280℃,氣液包裹體平均均一溫度222℃。爆裂法實(shí)驗(yàn)測得爆裂溫度350℃左右。較高的捕獲溫度和高的鹽度說明成礦流體與巖漿熱液密切相關(guān)。選取樣品進(jìn)行碳同位素測試,得出碳的來源為巖漿碳,選取樣品進(jìn)行氫氧同位素測試,表明流體來源既有巖漿源,又有與巖漿熱液密切相關(guān)的大氣降水來源。兩個(gè)礦化點(diǎn)樣品含黑鎢礦樣品和白鎢礦指示了鎢的礦化,又由于U-W的共生進(jìn)而指示了鈾的礦化。結(jié)合野外觀察和地球化學(xué)樣品分析的數(shù)據(jù),成礦主要和燕山期巖體有密切的成因聯(lián)系。

鈾礦床 流體包裹體 礦床成因 全州鈾礦田 同位素

He Yu-kun,ZhangDe-hui,L iJ ian-nan.Fluid geochem istry and itsm ineralization significance of the uranium ore deposit in Quanzhou,Guangxi Prov ince[J].Geology and Exploration,2010,46(4):0670-0680.

全州鈾礦田位于廣西壯族自治區(qū)全州縣,屬于南嶺鈾成礦帶湘桂段。以往對南嶺鈾礦床的研究主要是從構(gòu)造、巖石學(xué)等方面探討,或從宏觀的地幔流體的作用加以闡釋(李建威等,1997;梅水泉等, 1998;李建威等,1999;唐相生等,2000;鄧平等, 2003;鄭作環(huán)等,2007)。由于受淺源淺成鈾成礦理論的影響以及勘探手段的限制,特別是上世紀(jì)80年代后期至90年代,地勘隊(duì)伍結(jié)構(gòu)調(diào)整,投資大幅度減少,給礦床的進(jìn)一步勘查與客觀評價(jià)帶來不利影響,所以現(xiàn)有的研究還存在以下幾個(gè)問題:1).對花崗巖體在成礦中的作用認(rèn)識不夠。在我國華南地區(qū),花崗巖體與鈾成礦時(shí)間相近,它的活動(dòng)與侵入,與熱流體活動(dòng)和成礦作用密切相關(guān),特別與早期鈾礦化關(guān)系更為密切。全州礦田主要鈾礦化均產(chǎn)于越巖體的關(guān)系,此外,通過對氫氧同位素和碳同位素的城嶺花崗巖內(nèi)接觸帶有較大燕山期花崗巖侵入體的對應(yīng)部位,在花崗巖區(qū)有較多的近東西向的燕山期花崗巖侵入體。這些花崗巖侵入體與東西向裂隙構(gòu)造及與鈾礦化關(guān)系尚無系統(tǒng)的研究。2).對大地構(gòu)造演化、熱液活動(dòng)與鈾成礦的關(guān)系研究不夠。不同組合形式的熱液脈體活動(dòng),伴隨于大地構(gòu)造演化的不同階段,鈾成礦作用往往發(fā)生在與大地構(gòu)造演化有關(guān)的熱液脈體活動(dòng)的某一或某幾個(gè)階段。不同成因類型的鈾礦化在空間和時(shí)間上可以相互重疊。因此,深入研究熱液脈體的組合形式及演化規(guī)律,對鈾礦找礦具有重要意義①。

針對以上問題,本文試圖通過對流體包裹體進(jìn)行詳細(xì)的研究,包括顯微鏡下觀察和測溫,測得冰點(diǎn)溫度、均一溫度、爆裂溫度等,進(jìn)而討論成礦與花崗測定試圖尋找流體來源及礦床成因。

圖1 全州礦田地質(zhì)略圖(據(jù)湖南長沙核工業(yè)二三零所,2007修編)Fig.1 Sketch map showing geology of the ore deposit in Quanzhou (M odified from No.230 Institute of Neclear Industry,Changsha,Hunan,2007)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

全州礦田位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺與南華活動(dòng)帶接壤部位、揚(yáng)子準(zhǔn)地臺江南臺隆湘中褶皺帶越城嶺復(fù)背斜東翼大西江-龍水向斜盆地(圖1)。區(qū)內(nèi)廣泛分布的一系列斷裂或褶皺,是漫長地質(zhì)歷史和多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的綜合產(chǎn)物。各個(gè)構(gòu)造組合形態(tài)往往前后疊加、改造,更多是跟蹤和利用早期構(gòu)造。以加里東構(gòu)造格局為基礎(chǔ),印支運(yùn)動(dòng)是加里東運(yùn)動(dòng)的繼承和發(fā)展。力學(xué)性質(zhì)由壓變張、由張變壓。燕山期長期維持張性平移性質(zhì)。礦床均分布于大西江-龍水向斜西翼中、上泥盆統(tǒng)層間破碎帶中。礦田斷裂發(fā)育,主要包括F1、F3層間擠壓破碎帶,北東向F2斷裂帶組F切層斷裂帶和東西向斷裂帶組。11這些斷裂均與礦化密切相關(guān)①②③。

礦田包括廣子田礦床、大江背礦床、土地堂礦床、礦山腳礦床及一批礦點(diǎn)和礦化點(diǎn)。廣子田礦床位于廣西壯族自治區(qū)全州縣境內(nèi)全州礦田北部,距湘桂鐵路全州站27km。礦床1972年普查發(fā)現(xiàn),經(jīng)地表及鉆探揭露,1987年提交勘探基地報(bào)告,1992年底結(jié)束礦床勘查,落實(shí)為中型鈾礦床④。大江背礦床位于廣西壯族自治區(qū)全州縣境內(nèi),距湘桂鐵路全州火車站31km。礦床1972年普查發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行深部揭露,1973年轉(zhuǎn)入深部詳查揭露,1992年結(jié)束勘查, 1995年提交詳查報(bào)告,落實(shí)為中型鈾礦床⑤。土地堂礦床位于廣西壯族自治區(qū)全州縣境內(nèi)全州礦田南部,距湘桂鐵路全州火車站16km,礦床1955～1956年普查發(fā)現(xiàn),1971年深部揭露,1978年轉(zhuǎn)入深部詳查揭露,1990年結(jié)束勘查,落實(shí)為小型鈾礦床⑥。

表1 樣品描述表Table1 Description of samples

1.1 含礦地層

全州礦田地層出露較為齊全,除志留系、三疊系缺失外,元古界至第四系均有不同程度的出露,主要為砂巖。本次研究樣品主要采自泥盆系四排組。泥盆系在測區(qū)內(nèi)廣泛分布,為一套濱海-江海相的碎屑巖、碳酸巖沉積,呈明顯角度不整合覆蓋于下古生界地層與加里東期花崗巖之上。四排組(D2S):為一套干旱、炎熱、近岸、富氧條件下的濱海-淺海相的陸源碎屑沉積①③。

1.2 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖分布廣泛,以花崗巖為主。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)主要為加里東期和燕山期酸性巖漿侵入形成的越城嶺復(fù)式巖體。加里東期花崗巖沿越城嶺背斜軸部侵入,呈巖基產(chǎn)出,長軸為北北東向,與前泥盆系呈侵入接觸。巖性為中細(xì)粒-中粗粒斑狀黑云母花崗巖,同位素年齡414～378Ma,鈾含量8.3×10-6～2.0×10-5,平均1.66×10-5,W平均含量1.7× 10-5。燕山期花崗巖分布在越城嶺巖體東側(cè),呈巖株或巖枝、巖脈產(chǎn)出,以細(xì)粒黑云母花崗巖為主,次為花崗斑巖。巖體東側(cè)內(nèi)外接觸帶有較多細(xì)粒黑云母花崗巖脈、長英巖脈、偉晶巖脈、細(xì)晶巖脈等。同位素年齡133、152、201Ma,云母花崗巖鈾含量2.62 ×10-5①⑦。

2 流體地球化學(xué)特征

流體包裹體的測定可以顯示成礦的溫度、鹽度、壓力環(huán)境,各種成分的密度,可確定流體來源,探討礦床成因。地層中有花崗巖侵入,花崗巖中有石英脈穿插,認(rèn)為成礦與花崗巖及石英脈相關(guān)。選取地點(diǎn)進(jìn)行樣品采集,對樣品進(jìn)行流體包裹體分析。

圖2 偏光顯微鏡下流體包裹體Fig.2 Photos of fluid inclusions under polarizing m icroscope

研究的剖面所在地區(qū)主要出露沙礫巖、泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖。其中出現(xiàn)花崗巖和石英脈。選取不同地層不同巖性的樣品,特別是選取多塊石英脈樣品進(jìn)行研究(表1)。

2.1 流體包裹體鏡下特征

礦物中包裹體的偏光顯微鏡下研究的主要內(nèi)容有:包裹體的形狀、產(chǎn)狀、大小和顏色;包裹體的數(shù)量、豐度及空間分布特征;包裹體的類型、相態(tài)、成分和填充度;原生、次生、假次生包裹體的區(qū)分等(Donatienneet al.,2003;盧煥章等,2004;Xuet al., 2008)。

表2 包裹體均一法測溫結(jié)果Table2 Homogen ization temperature data of fluid inclusions

包裹體主要在石英中出現(xiàn),其中DMQ-01、Q02-2方解石礦物中也有出現(xiàn)(圖2)。方解石中包裹體主要類型為純液相包裹體,也含氣液和富氣類型包裹體。晶形多為負(fù)晶形。石英脈標(biāo)本現(xiàn)象優(yōu)于花崗巖也優(yōu)于其它類型巖石?，F(xiàn)主要討論石英中的流體包裹體。

(1)從成因上看,主要是原生包裹體,少量出現(xiàn)次生包裹體和假次生包裹體,其中假次生包裹體也為原生包裹體,此外還出現(xiàn)沿礦物生長帶定向排列的包裹體。

圖3 按包裹體類型均一溫度直方圖Fig.3 Histogram show ing homogenization temperature of fluid inclusions according to the different types

(2)包裹體類型:均以氣液包裹體為主,含較多富氣包裹體,部分標(biāo)本含有少量純液包裹體。其中HX-01等標(biāo)本中有較多的含子晶包裹體,含CO2包裹體數(shù)量很少,在GD-08、G D-09等標(biāo)本中出現(xiàn)。

圖4 按包裹體樣品均一溫度直方圖Fig.4 Histogram s showing homogen ization temperature of fluid inclusions according to different samples

(3)流體包裹體形態(tài)特征:形狀多樣,主要為圓狀、橢圓狀、不規(guī)則狀。其中少量標(biāo)本中含負(fù)晶形包裹體。包裹體較小,整體<20μm,大部分在10μm左右,觀察較困難。氣液包裹體的填充度>70%。

2.2 流體包裹體均一法測溫

均一溫度為253.3℃,對應(yīng)鹽度約為34.68%,有一含兩個(gè)子礦物的包裹體的其中一個(gè)子晶的消失溫度為295.4℃,對應(yīng)鹽度約37.78%。直到包裹體最后爆裂子晶礦物都不消失,考慮有兩點(diǎn)原因:1)包裹體形成時(shí)捕獲的為含固體礦物的非均一相;則這些捕擄礦物相是偶然地與部分流體一同被圈閉進(jìn)包裹體中來的(盧煥章等,2004)。2)固相子晶不是石鹽晶體。有可能是很難熔化的碳酸鹽礦物,也有可能是不熔的硅酸鹽礦物。

圖5 按樣品鹽度直方圖Fig.5 Histogram s showing f inal ice melting temperature of fluid inclusions

(4)CO2包裹體數(shù)量少,部分均一溫度平均為20.85℃左右,完全均一溫度為305.2℃。但由于CO2包裹體本身數(shù)量少、個(gè)數(shù)小的條件限制,其籠合物熔化(分解)的溫度(Tm,cla)測量不到,得不到CO2的密度和摩爾分?jǐn)?shù)(盧煥章等,2004)。

2.2.1 均一溫度

通過作直方圖可以分析溫度、鹽度的分布情況、進(jìn)而推斷流體的特征(戚華文等,2000)。

(1)由所得數(shù)據(jù)按包裹體不同類型可做直方圖(圖3):

由柱狀圖可以看出氣液和含子晶包裹體(氣泡

根據(jù)包裹體的基本假設(shè)和前提,包裹體所捕獲的流體為原始均一的單相流體,它們充滿著整個(gè)包裹體空間。隨著溫度下降,流體(氣體或液體)的收縮系數(shù)大于固體(主礦物)的收縮系數(shù),包裹體流體將沿著等容線演化,一直到兩相界面位置。升溫后可以相繼看到一些可逆的相變化的現(xiàn)象。該方法是在詳細(xì)觀察和辨認(rèn)包裹體中含流體的各種物相(固相、氣相、液相)基礎(chǔ)上,通過升溫或冷凍來測量各種瞬間變化的溫度。氣相和液相均一的過程,實(shí)際上是相轉(zhuǎn)變的過程(盧煥章等,2004)。

主要儀器設(shè)備為Linkam THMSG 600型冷-熱臺。對樣品進(jìn)行均一法測溫。由測溫?cái)?shù)據(jù)(表2)可得:

(1)氣液包裹體(V-L)占大部分。包裹體中氣相均一到液相,均一溫度105℃～368.1℃,大部分200℃～250℃,平均均一溫度222℃。冰點(diǎn)溫度大部分-4℃左右,據(jù)盧煥章等(2004),查表對應(yīng)鹽度6.45%左右,有些樣品冰點(diǎn)溫度<-10℃,鹽度大于13.94%,最低可達(dá)-18.5℃,鹽度21.33%。

(2)富氣包裹體數(shù)量較多,但基本為純氣相包裹體,看不到液相,所以無法觀測,只觀察到兩個(gè)含有液相的富氣包裹體,測得其中一組數(shù)據(jù)為:均一溫度253.9℃,冰點(diǎn)溫度-6.3℃,鹽度9.6%,另一個(gè)包裹體只測得一個(gè)均一溫度367.6℃。

(3)含子礦物包裹體氣相均一到液相,氣液均一溫度在138.3℃～291.5℃之間,大部分230℃左右,氣泡消失的平均溫度221℃。大部分子礦物不消失,包裹體最后爆裂。爆裂溫度350℃～530℃之間,大部分400℃～500℃。有個(gè)別子晶消失,平均消失,均爆裂,子晶未消失)的均一溫度集中在200℃～280℃,峰值在280℃左右。

含子晶包裹體氣液均一溫度基本呈正態(tài)分布;而氣液包裹體均一溫度較集中。

(2)由所得數(shù)據(jù)按樣品不同作直方圖(圖4):

由于所測樣品中大部分為氣液包裹體,少部分含子晶包裹體,所以圖4和圖3一樣,所顯示出均一溫度集中在200℃～280℃,峰值在280℃左右,呈現(xiàn)正態(tài)分布的特點(diǎn)。捕獲的最低溫度屬于中低溫,礦床為中低溫?zé)嵋旱V床。

圖6 HX02-2爆裂溫度譜線圖Fig.6 L ine graph showing burst temperature of HX02-2

2.2.2 鹽度

按樣品不同的鹽度數(shù)據(jù)可做直方圖(圖5):

由圖可以看出包裹體鹽度相差較大,包裹體類型以氣液包裹體為主,據(jù)此計(jì)算出其平均鹽度為10.3%,同時(shí)又存在著較多數(shù)量的含子晶包裹體,表明形成包裹體的流體鹽度較高,說明流體來源于巖體,成礦作用和巖體密切相關(guān)。

2.3 流體包裹體爆裂法測溫

流體包裹體是一個(gè)被主礦物圈閉在晶體缺陷內(nèi)的封閉體系。當(dāng)加溫使包裹體達(dá)到均一溫度后,若再繼續(xù)升溫,包裹體的內(nèi)壓急劇上升,當(dāng)內(nèi)壓大于包裹體腔壁所能承受的壓力時(shí),包裹體發(fā)生爆裂,同時(shí)發(fā)生噼啪的響聲。將發(fā)出聲響時(shí)的溫度記錄下來,這個(gè)溫度即為爆裂溫度。用爆裂溫度測定礦物生成的方法叫爆裂法(盧煥章等,1990)。

使用的爆裂儀為DT-5型礦物包裹體爆裂測溫儀,該儀器由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所流體包裹體實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)改造。該儀器由樣品加熱、包裹體熱爆聲接收、放大記錄等三大部分組成。其中樣品爐功率為500W,測溫范圍0～800℃,精度為±2℃儀器,靈敏度1～2uV,放大倍數(shù)>105,小聲說話對測溫?zé)o影響。

采用20mg用樣量作為本次實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一用樣量。實(shí)驗(yàn)中,將同一樣品分別粉碎到20～40目(0. 45～0.9mm)。

選取樣品DMQ-01、GD-09、HX-01、HX02-2、TQ-02、Q02-2做爆裂實(shí)驗(yàn),其中樣品DMQ-01為白鎢礦礦石中的石英,Q02-2為黑鎢礦礦石中的石英,其他均為石英脈中的石英。所得譜線圖用CorelDRAW描出(武法東等,2003)?，F(xiàn)選取現(xiàn)象良好的以下樣品作為說明(圖6～圖10):

圖6譜線有兩個(gè)峰。經(jīng)過一段升溫預(yù)熱階段,第一個(gè)峰為主爆期,起爆溫度為390℃,此時(shí)相對整體圖譜背景線來看有最強(qiáng)的爆裂強(qiáng)度,由譜線可知頻數(shù)小,包裹體數(shù)量少。相變溫度為565℃。

圖7 TQ-02爆裂溫度譜線圖Fig.7 L ine graph show ing burst temperature of TQ-02

圖7譜線有兩個(gè)峰,經(jīng)過一段升溫預(yù)熱階段,第一個(gè)峰為主爆期,起爆溫度為382℃,此時(shí)大量包裹體爆裂,爆裂強(qiáng)度大,但頻數(shù)小,說明該樣品中包裹體數(shù)量少,繼續(xù)升溫達(dá)到574℃為相變溫度。

圖8 GD-09爆裂溫度譜線圖Fig.8 L ine graph show ing burst temperature of GD-09

圖8譜線有三個(gè)峰。第一個(gè)峰起爆溫度為220℃,這時(shí)有較強(qiáng)的包裹體爆裂強(qiáng)度。分析是由于富CO2包裹體爆裂產(chǎn)生。樣品經(jīng)過一段升溫預(yù)熱階段(即<348℃的圖譜背景線基本平直。)在348℃時(shí)有大量包裹體起爆,即第二個(gè)峰為主爆期,時(shí)間長,起爆溫度為348℃,此時(shí)爆裂強(qiáng)度極大。第三個(gè)峰為粒徑較小的包裹體爆裂,此時(shí)又出現(xiàn)較多量包裹體的爆裂,又出現(xiàn)一個(gè)大的爆裂強(qiáng)度,起爆溫度為476℃,繼續(xù)升溫,相變溫度超出測量范圍,未得到數(shù)據(jù)。

圖9 DM Q-01爆裂溫度譜線圖Fig.9 L ine graph showing burst temperature of DM Q-01

圖9譜線主要有三個(gè)峰。主爆期長。樣品經(jīng)過一段升溫預(yù)熱階段(即<368℃的圖譜背景線基本平直。)在368℃時(shí)有包裹體起爆,爆裂強(qiáng)度極大,而且由368℃開始隨溫度的均勻上升,包裹體大量連續(xù)性爆破,所以368℃為主爆期的起爆溫度。第二個(gè)峰為粒徑較小的包裹體爆裂,繼續(xù)升溫,達(dá)到576℃時(shí),出現(xiàn)一個(gè)窄而尖的高峰,其峰頂為576℃,是石英α-β相變點(diǎn)的顯示,溫度升至580℃,曲線回原來背景基線的位置。

圖10 Q02-2爆裂溫度譜線圖Fig.10 L ine graph show ing burst temperature of Q02-2

圖10譜線樣品經(jīng)過一段升溫預(yù)熱階段(即< 348℃的圖譜背景線基本平直。)在348℃時(shí)有包裹體起爆,一個(gè)峰,主爆期長,起爆溫度為348℃。在348℃時(shí)大部分包裹體爆裂,最強(qiáng)的爆裂強(qiáng)度。繼續(xù)升溫在測量范圍內(nèi)沒有相變。

結(jié)合地理位置(圖1),燕山期花崗巖巖體在西側(cè),地層在東側(cè),由西到東樣品爆裂溫度依次為橫溪源HX02-2:390℃、唐前TQ-02:382℃、戈渡源G D -09:348℃、大門前DMQ-01:368℃。其中TQ-02取樣于γ3巖體,其他三個(gè)樣品由西到東為HX02-2取樣于石英脈中,G D-09取樣于D2S3泥質(zhì)砂巖中的石英脈,DMQ-01取樣于奧陶系灰?guī)r。由此可見,上述爆裂溫度隨著靠近巖體,捕獲溫度是逐漸升高的,說明成礦與花崗巖巖體的相關(guān)性(胡瑞忠,1994)。

3 同位素特征

自然體系中氫氧同位素的分餾導(dǎo)致不同產(chǎn)狀的水具有不同的同位素組成,對樣品氫氧同位素的測試,旨在尋找流體的來源及礦床成因(韓吟文等, 2003)。測試單位為中國地質(zhì)科學(xué)院。

表3 全州鈾礦田H、O同位素組成Table3 H and O isotopes of uran ium ore deposit in Quanzhou

3.1 氧同位素

選取樣品GD-09、Q-TB-1、DM-05進(jìn)行氫同位素測試。樣品中石英的δ18OV-SMOW‰數(shù)據(jù)為: 16.2、13.5、15.1。根據(jù)公式1000lnα礦物-水≈δ礦物-δ水=A×106/T2+B,在200～500℃時(shí),公式為1000lnα礦物-水≈δ礦物-δ水=3.38×106/T2-3.40,其中T為絕對溫度(韓吟文等,2003)。

GD-09:T=248.36+273.15=521.51。δ礦物-δ水=3.38×106/521.512-3.40,其中δ礦物=16. 2‰,則δ水=7.17‰;DM-05:T=204.2+273.15= 477.35K。δ礦物-δ水=3.38×106/477.352-3.40,其中δ礦物=15.1‰,則δ水=3.67‰

3.2 氫同位素

選取樣品GD-09、Q-TB-4、Q-TB-1、DM-05進(jìn)行氫同位素測試。

樣品中H2O中的δDV-SMOW‰數(shù)據(jù)為-40、-71、-55、-64。

根據(jù)計(jì)算,可知G D-09的氫氧同位素坐標(biāo)(7.17,-40),投影到不同產(chǎn)狀水的δ18O和δD組成的圖中可知水的來源為原始巖漿水。DM-05的氫氧同位素坐標(biāo)為(3.67,-64),投影到不同產(chǎn)狀水的δ18O和δD組成的圖中可知水的來源為大氣降水。

實(shí)驗(yàn)所得的均一溫度集中在200℃～280℃,峰值在280℃左右,考慮到進(jìn)行測溫的樣品并沒有全部進(jìn)行氫氧同位素測試,所以現(xiàn)在選取δ18OV-SMOW‰值最高的GD-09進(jìn)行T=300℃(實(shí)驗(yàn)所測得所有樣品的平均均一溫度均<300℃)的極值計(jì)算,得出的δ水=9.31‰,選取實(shí)驗(yàn)所得最大的δDV-SMOW‰=-40‰,則極值氫氧同位素坐標(biāo)為(9.31,-40),仍在“原始巖漿水”的范圍之內(nèi),即確定流體來源為巖漿水(表3)。

3.3 碳同位素

選取樣品Q-T B-4進(jìn)行碳同位素測試。樣品中方解石的δ13CV-PDB‰數(shù)據(jù)為-8.2‰。根據(jù)當(dāng)?shù)爻雎稁r石的礦物組合(黃鐵礦+方解石)可知此碳酸鹽的δ13C值等于熱液δ13C值,即-8.2‰,說明碳是巖漿碳,且是深源的,屬幔源型,指示鈾成礦過程中的礦化劑來源于地幔。與前人對南嶺花崗巖型鈾礦的研究相符(陳貴華等,2001;鄧平等,2003;巫建華等,2005)。

4 討論與結(jié)論

4.1 鈾的遷移及與鎢的共生

U為變價(jià)元素,常見的有+6價(jià)和+4價(jià)。其中低價(jià)U的氧化物和絡(luò)合物較穩(wěn)定,不易被遷移;高價(jià)U在氧化條件下以易溶的碳酸根絡(luò)合物[UO2(CO3)3]4-和[UO2(CO3)2]2-的形式進(jìn)行遷移。U具有從高溫相向低溫相遷移的強(qiáng)烈傾向,也就是說地球中的U和Th的總遷移規(guī)律是有地球內(nèi)部(上地幔以內(nèi))逐漸向上遷移至地表。來自地幔的CO2氣體進(jìn)入深源熱液循環(huán)系統(tǒng),導(dǎo)致流體中CO32-的活度升高,有利于汲取熱液循環(huán)系統(tǒng)圍巖中的U,并以[UO2(CO3)3]4-的形式在流體中遷移。由U、Th不斷富集而在巖石圈下形成的核熱能富集圈的溫度升高至熔點(diǎn)而具有可塑性,造成其上覆的巖石圈板塊漂移。在漂移的板塊俯沖帶,新增近的含水和揮發(fā)份的地殼物質(zhì)與地球內(nèi)部的U、Th進(jìn)行反應(yīng),導(dǎo)致U、Th更進(jìn)一步向富集圈遷移聚集的循環(huán)漸進(jìn),隨地幔流體上升至淺部環(huán)境下,富∑CO2和U的流體遇到突然減壓的條件時(shí),流體中的CO2氣體大量逸出,導(dǎo)致流體中CO32-的活度急劇降低,碳酸根絡(luò)合物[UO2(CO3)3]4-和[UO2(CO3)2]2-發(fā)生分解形成UO22+(也可能與F-結(jié)合形成(UO2F42-)),并最終沉淀形成鈾礦床(陳貴華等,2001;姜耀輝等, 2004;鄭作環(huán)等,2007)。

金屬元素在硅酸鹽熔體中的賦存狀態(tài)和活動(dòng)形式主要取決于離子奪氧的能力,電荷大、半徑小、電離勢高、電負(fù)性大以及斷開能和結(jié)合能大的陽離子和成礦元素等與O2-有強(qiáng)的結(jié)合能力,如鈾和鎢。故而氧與它們之間產(chǎn)生相當(dāng)牢固的鍵合而呈各自的絡(luò)陰離子存在于巖漿中(劉英俊等,1987),所以常相伴相生,所以鎢的富集成礦對鈾的礦化有很好的指示作用。全州礦田寒武系平均鎢含量為3.15× 10-5,越城嶺巖體加里東期花崗巖鎢含量為1.7× 10-5,四排組巖層含鎢較高(8×10-6～2×10-5),平均鎢含量為1×10-5,高出克拉克值10倍,這些含鎢較高巖層和花崗巖為區(qū)內(nèi)鎢成礦提供了較充足的鎢源。在印支、燕山期構(gòu)造作用下,巖石強(qiáng)烈破碎,地層中鎢發(fā)生活化遷移,鎢被氫氧化鐵膠體吸附后逐漸脫水老化而形成含鎢赤鐵礦,部分鎢在合適條件下(溫度200～300℃、壓力500～1000bar,溶液中-偏堿性)形成白鎢礦⑦⑧。輝鉬礦化石英脈和Q02 -2黑鎢礦樣品存在于燕山期細(xì)粒花崗巖巖體之中,較高的溫度說明流體與巖體關(guān)系密切,鎢的富集指示了鈾的富集,進(jìn)一步證實(shí)了礦區(qū)的U成礦和燕山期花崗巖體密切相關(guān)。

4.2 礦化受地層巖性控制

據(jù)前人的研究,廣子田、大江背和土地堂礦床的鈾礦化主要賦存在四排組薄層泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖之中,該層巖石鈾含量高,富含粘土礦物、有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦,利于鈾的富集。四排組的泥質(zhì)粉砂巖和東崗嶺組的細(xì)晶白云巖在巖石組合、礦物成分、化學(xué)成分、物理機(jī)械性質(zhì)、含水性等方面差異較大,有利于層間破碎帶形成。鈾礦體的大礦體呈似層狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀與地層一致,隨地層產(chǎn)狀變化而變化⑦。

4.3 礦化明顯受構(gòu)造控制

古裂谷(裂陷)為鈾的成礦提供了有利的構(gòu)造背景。該區(qū)域的3個(gè)鈾礦床:廣子田礦床、大江背礦床、土地堂礦床位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺江南臺隆湘中褶皺區(qū)南部越城嶺復(fù)背斜東翼大西江―龍水向斜西翼,西側(cè)出露加里東期和燕山期越城嶺復(fù)式巖體。新寧―資源―靈川(麻城―廣濟(jì))斷裂的分枝及其次級斷裂Fl、F3(北北東向?qū)娱g破碎帶)等通過向斜西翼,為全州礦田主要控礦與含礦斷裂③⑦。

4.4 礦化與巖體的密切聯(lián)系

此區(qū)域巖漿多期多階段侵入和噴發(fā),主要有加里東期、海西期、印支期和燕山期。陳貴華等(2001)認(rèn)為古老的花崗巖化基底經(jīng)變質(zhì)作用發(fā)生了鈾的再分配,尤其是通過花崗巖化作用使其成為富鈾的基底,并在后期鈾成礦中提供了主要的鈾源。即筆者所認(rèn)為的鈾礦形成與流體密切相關(guān)。原因如下:

(1)流體包裹體證據(jù):1).把均一溫度作為捕獲溫度的下限,爆裂溫度作為捕獲溫度的上限,可以確定成礦溫度。樣品中包裹體的均一溫度較高,且主爆期的起爆溫度﹥300℃,顯示出流體受巖漿熱場的影響。此外,表現(xiàn)出越接近西部的越城嶺巖體,均一溫度、爆裂溫度也越高,即捕獲溫度越高,表明流體與花崗巖巖體關(guān)系十分密切,可能是巖漿侵入期后形成的巖漿熱液。同時(shí)由冰點(diǎn)溫度計(jì)算出的高鹽度也說明了流體來源不可能僅僅為低鹽度的流體來源。2).樣品主要取自穿插于地層和花崗巖體的石英脈,說明成礦期晚于地層。四排組的地層形成晚于加里東時(shí)期,早于燕山時(shí)期。燕山期的石英細(xì)脈穿插于地層中,部分的石英脈中見有輝鉬礦、白鎢礦、黑鎢礦。據(jù)前人研究成果,花崗巖體中鈾含量較高,北京鈾礦地質(zhì)研究院曾經(jīng)用全巖樣進(jìn)行發(fā)射光譜鉛同位素年齡測定,礦山腳礦床為1.5、10、14、21、31、43、45、59、63、64、70、145Ma⑦(陽隆金等, 2005),145Ma對應(yīng)燕山期花崗巖,結(jié)合野外地質(zhì)觀察和地球化學(xué)樣品分析數(shù)據(jù),可確定鈾的成礦主期次是燕山期。此外,在燕山期主期次成礦后可能還有多期次的成礦作用。

(2)同位素證據(jù):根據(jù)所得的碳同位素?cái)?shù)據(jù)得出流體的巖漿源。據(jù)前人的研究,作為絡(luò)合物[UO2(CO3)3]4-和[UO2(CO3)2]2-主要成分之一的碳經(jīng)同位素分析證明在成礦前和成礦期主要來自深源,也間接說明了鈾主要來源于深源(陳貴華等, 2001),氫氧同位素得出H2O的來源既有巖漿水,也有與巖漿熱液密切相關(guān)的大氣降水。據(jù)前人研究,近年來的氫氧同位素資料,含鈾熱液中的水雖然在成礦前、成礦期以巖漿水為主,但在成礦期已有大量大氣降水的加入,甚至以大氣降水為主(Xuet al., 2008)。由以上數(shù)據(jù)及前人研究分析得出流體來源并不單一,既有大氣降水,同時(shí)也和巖漿密切相關(guān)。

總之,地幔流體或圍巖中的鈾以[UO2(CO3)3]4-和[UO2(CO3)2]2-的形式進(jìn)行遷移,在淺部減壓的條件下發(fā)生分解經(jīng)歷多種作用并最終形成鈾礦床。研究區(qū)的鈾鎢共生很好地指示了鈾的礦化。鈾礦化不僅受地層巖性和構(gòu)造的控制,而且通過流體包裹體和同位素的研究證實(shí)鈾礦化和燕山期花崗巖的聯(lián)系更加密切。

致謝:衷心感謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)張文淮老師、諸惠燕老師給予的指導(dǎo),席斌斌、徐文剛同學(xué)的幫助。感謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)流體包裹體實(shí)驗(yàn)室、中國地質(zhì)大學(xué)(北京)磨片室、湖南長沙核工業(yè)二三零所。

[注釋]

①核工業(yè)二三O研究所.2007.全州項(xiàng)目設(shè)計(jì)書

②核工業(yè)二三O研究所.2007.湘南、桂北花崗巖型、外接觸帶型鈾礦控礦因素和找礦模式研究2007年度項(xiàng)目設(shè)計(jì)書

③中南地勘局310大隊(duì).1990.廣西壯族自治區(qū)全州縣全州礦田鈾資源評價(jià)

④中南地勘局310大隊(duì).1994廣西壯族自治區(qū)全州縣廣子田鈾礦床評查報(bào)告

⑤中南地勘局310大隊(duì).1995.廣西壯族自治區(qū)全州縣大江背鈾礦床評查報(bào)告

⑥中南地勘局310大隊(duì).1996.廣西壯族自治區(qū)全州縣土地堂背鈾礦床評查報(bào)告

⑦核工業(yè)二三O研究所.2007.全州鈾礦田總況

⑧中南地勘局310大隊(duì).1984.廣西壯族自治區(qū)全州縣3105鈾礦床鎢在礦石中的分布及存在形式的研究報(bào)告

Chen Gui-hua,YangWei-ming.2001.On sublatitudinal mesozoic volcanic belts in China and their uranium metallogeny[J].Uranium Geology,17(1):18-23(in Chinese with English abstract)

Deng Ping,ShenWei-zhou,LingHong-fei,Ye Hai-min,WangXuecheng,Pu Wei,Tan Zheng-zhong.2003.Uranium mineralization related tomantle fluid:A case studyof the Xianshi deposit in the Xiazhuang uranium orefield[J].Geochimica,32(6):520-528(in Chinese with English abstract)

Deng Ping,ShuLiang-shu,Tan Zheng-zhong.2003.The geological setting for the formation of rich uranium ores in Zhuguang-Guidong large-scale uranium metallogenetic area[J].Geological Review,49 (5):486-492(in Chinese with English abstract)

Donatienne Derome,Michel Cuney,Michel Cathelineau,Cécile Fabre, Jean Dubessy,Patrice Bruneton,Amélie Hubert.2003.A detailed fluid inclusion study in silicified breccias from the Kombolgie sandstones(Northern Territory,Australia):inferences for the genesis of middle-Proterozoic unconformity-type uranium deposits[J].Journal of Geochemical Exploration,80(2-3):259-275

Han Yin-wen,Ma Zhen-dong.Geochemistry[M].Beijing:Geological Publishing House:246-267(in Chinese)

Hu Rui-zhong.1994.A commentaryon genesisof granite-type uranium deposits:As exemplified by south China[J].Advance in Earth Sciences,9(2):41-45(in Chinese with English abstract)

Jiang Yao-hui,Jiang Shao-yong,Ling Hong-fei.2004.Mantle-derived fluids and uranium mineralization[J].Earth Science Frontiers, 11(2):491-499

Li Jian-wei,Li Zi-jin,Li Xian-fu,Fu Zhao-ren.1999.Characteristics ofmetallogenic fluids of typical uranium deposits in eastern Hunan[J].Geological Science and Technology Information,18(4):63 -66(in Chinese with English abstract)

Li Jian-wei,Li Zi-jin,Fu Zhao-ren.1997.Structural analysis of Jinguanchong uranium deposit in eastern Hunan[J].Geology and Mineral Resources of South China,1:70-75(in Chinese with English abstract)

Liu Ying-jun,Ma Dong-sheng.1987.Geochemistry of Tungsten[M]. Beijing:Science Press:75-76(in Chinese)

Lu Huan-zhang,Fan Hong-rui,Ni Pei,Ou Guang-xi,Shen Kun, ZhangWen-huai.2004.Fluid Inclusion[M].Beijing:Science Press:154-274(in Chinese)

Lu Huan-zhang,Li Bing-lun,Shen Kun,Zhao Xi-cheng,Wei Jiaxiu.1990.Fluid Inclusion Geochemistry[M].Beijing:Geological Publishing House:88-95(in Chinese)

Mei Shui-quan,Zhou Xu-ye,Li Xiao-lang,Qian Hua.1998.Discussion on hydrogenic superim position of high-grade uranium deposits in Zhuguang-Jiuyi region[J].Uranium Geology,14(1):7-10(in Chinese with English abstract)

Qi Hua-wen,Hu Rui-zhong.2000.Comparison betweem uranium ore -forming fluids and magmatic fluids of granites,southern China-A preliminary study[J].Acta Mineralogica Sinica,20(4):401-405 (in Chinese with English abstract)

Tang Xiang-sheng,Shen Jun.2000.Relations between tectono-magmatic evolution and uranium mineralization in eastern partofNanling tectonic zone[J].Contributions to Geology and Mineral ResourcesResearch,15(2):174-182(in Chinese with English abstract)

Wu Fa-dong,TianMing-zhong,ChaiChun-mei.2003.PracticalComputer Graphics[M].Beijing:China University of Geosciences(Beijing):172-182(in Chinese)

Wu Jian-hua,Liu Shuai,Yu Da-gan,ZhangBang-tong.2005.Mantle geofluid and uranium ore-formation model[J].Uranium Geology, 21(4):196-203(in Chinese with English abstract)

Xu Jiu-hua,DingRu-fu,Xie Yu-ling,ZhongChang-hua,Shan Lihua.2008.The source of hydrother mal fluids for the Sarekoubu gold deposit in the southern Altai,Xinjiang,China:Evidence from fluid inclusions and geochemistry[J].Journal ofAsian Earth Sciences,32 (2-4):247-258

Yang Long-jin,Chen Wu-qin.2005.South China granite contact zone of a uranium ore distribution and relationship[J].West-China Exploration Engineering,109:102-105(in Chinese with English abstract)

Zheng Zuo-huan,Li Wu-wei.2007.Deep-source uranium metallogenesis and prospecting in Sourtheast China:Discussion on uranium metallogenetic belt of Nanling[J].World Nuclear Geoscience,24 (2):63-67(in Chinese with English abstract)

[附中文參考文獻(xiàn)]

陳貴華,楊衛(wèi)明.2001.中國近東西向中生代火山巖帶及其鈾成礦作用[J].鈾礦地質(zhì),17(1):18-23

鄧 平,舒良樹,譚正中.2003.諸廣-貴東大型鈾礦聚集區(qū)富鈾礦成礦地質(zhì)條件[J].地質(zhì)論評,49(5):486-492

鄧 平,沈渭洲,凌洪飛,葉海敏,王學(xué)成,濮巍,譚正中.2003.地幔流體與鈾成礦作用:以下莊礦田仙石鈾礦床為例[J].地球化學(xué),32(6):520-528

韓吟文,馬振東主編.2003.地球化學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社:246-267

胡瑞忠.1994.花崗巖型鈾礦床成因討論-以華南為例[J].地球科學(xué)進(jìn)展,9(2):41-45

李建威,李紫金,傅昭仁.1997.湘東金管沖鈾礦控礦構(gòu)造解析[J].華南地質(zhì)與礦產(chǎn),1:70-75

李建威,李紫金,李先福,傅昭仁.1999.湘東地區(qū)某些典型鈾礦床的成礦流體特征[J].地質(zhì)科技情報(bào),18(4):63-66

劉英俊,馬東升.1987.鎢的地球化學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社:75-76.

盧煥章,范宏瑞,倪 培,歐光習(xí),沈 昆,張文淮.2004.流體包裹體[M].北京:科學(xué)出版社:154-274

盧煥章,李秉倫,沈 崑,趙希澂,喻鐵階,魏家秀.1990.包裹體地球化學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社:88-95

姜耀輝,蔣少涌,凌洪飛.2004.地幔流體與鈾成礦作用[J].地學(xué)前緣,11(2):491-499

梅水泉,周續(xù)業(yè),李小朗,錢 華.1998.諸廣-九嶷山地區(qū)富鈾礦的水城疊加作用初探[J].鈾礦地質(zhì),14(1):7-10

戚華文,胡瑞忠.2000.華南花崗巖巖漿期后熱液與鈾成礦熱液的初步對比[J].礦物學(xué)報(bào),20(4):401-405

唐相生,沈 俊.2000.南嶺構(gòu)造帶東段構(gòu)造巖漿演化與鈾成礦關(guān)系[J].地質(zhì)找礦論叢,15(2):174-182

巫建華,劉 帥,余達(dá)淦,章邦桐.2005.地幔流體與鈾成礦模式[J].鈾礦地質(zhì),21(4):196-203

武法東,田明中,柴春媚.2003.實(shí)用計(jì)算機(jī)制圖[M].北京:中國地質(zhì)大學(xué)(北京):172-182

陽隆金,陳武欽.2005.華南某鈾礦田花崗巖體接觸帶與鈾成礦分布關(guān)系[J].西部探礦工程,109:102-105

鄭作環(huán),李嫵巍.2007.中國東南部深源鈾成礦與找礦:南嶺鈾成礦帶討論[J].世界核地質(zhì)科學(xué),24(2):63-67

Fluid Geochem istry and ItsM ineralization Sign ificance of the Uran ium Ore Deposit in Quanzhou,Guangxi Prov ince

HE Yu-kun1, ZHANGDe-hui1, L IJian-nan2
(1.China University of Geosciences,Beijing 100083; 2.No.230Institute of Neclear Industry,Changsha 410000)

The uranium ore deposit located in GuangxiQuanzhou isofmedium size,where the ore-bearing rocks are mainly in the strata ofDevonian Sipai,DonggangLing and Liu Jiang Groups.This deposit is controlled by the branching and secondary faults of the Xinning-Ziyuan-Lingchuan(Macheng-Guangji).fault zone Ancient granites provided a source of uranium.In the shallow environment,the carbonate complex[UO2(CO3)3]4-and [UO2(CO3)2]2-were decomposed toUO22+(probably combinedwith F-to form UO2F42-),and finally these substances formed the uranium deposit. This work selects samples of granite and quartz in the Sipai Group which penetrates in granite tomeasure temperature of its quarts inclusions using the unifor m and burstmethods.Data analysis shows that themain typesof fluid inclusions are gas-liquid inclusion,inclusion of sub-crystal,gas-rich inclusion and CO2inclusion.Most of the inclusions are gas-liquid inclusions.According to the unifor m method ofmeasurement at the freezing temperature the data display high salinity and the average salinity of 10.3%.There are many inclusions of sub-crystalwhich display salinity of the over-saturated;the unifor m temperatures are different,but the overall concentrates in 200℃～280℃.The average homogeneous temperature of the gas-liquid inclusions is222℃.According to burst experiment,the measured temperature of burst is around 350℃.High temperature and high salinity indicate that ore-for ming fluids are closely relatedwith magmatic hydrother mal fluids.Thiswork also selects the sample for carbon isotope test,and the result shows that the carbon was derived from magma carbon.Oxygen isotope test and hydrogen isotope teston the samples demonstrate that the fluid source is atmospheric precipitation,and also related with magmatic hydrothermal activity.Samples including wolframite and scheelite indicate the tungsten mineralization.Because of the U-W symbiotic,they further indicate uranium mineralization.Combined with the field observations and geochemical analysis of the sample data,this study suggests thatmineralization of this ore deposit is closely related with rocks of the Yanshan period.

uranium ore deposit,fluid inclusion,genesis of the Deposit,uranium ore field in Quanzhou,isotope

book=7,ebook=433

P619.14

A

0495-5331(2010)04-0670-11

2010-05-06;

2010-07-02;[責(zé)任編輯]鄭 杰。

國家自然科學(xué)基金(編號:40573033)資助。

何玉坤(1985年-),女,2008年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京),在讀碩士,地球化學(xué)專業(yè),Email:karen_hk1104@163.com。[通訊作者]張德會(huì)(1955年-),男,教授,從事地球化學(xué)的教學(xué)和研究工作,Email:zhdehui@cugb.edu.cn。