相山礦田斑巖型鈾礦床地球化學(xué)特征及成礦機(jī)制探討

邵 飛， 范 衡， 夏 菲， 鄒茂卿， 潘家永， 何丹丹

(1.核工業(yè)270研究所，江西 南昌330200;2.核工業(yè)南昌高級(jí)技工學(xué)校，江西 南昌330200;3.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 撫州344000)

相山礦田斑巖型鈾礦床地球化學(xué)特征及成礦機(jī)制探討

邵 飛1， 范 衡2， 夏 菲3， 鄒茂卿1， 潘家永3， 何丹丹1

(1.核工業(yè)270研究所，江西 南昌330200;2.核工業(yè)南昌高級(jí)技工學(xué)校，江西 南昌330200;3.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 撫州344000)

相山礦田北部多數(shù)鈾礦床在時(shí)空和成因上與超淺成侵入相的花崗斑巖密切相關(guān)，可歸屬為斑巖型鈾礦床。以橫澗—崗上英、沙洲礦床為例，通過(guò)稀土元素、微量元素及C，O同位素地球化學(xué)特征研究，探討鈾成礦物質(zhì)來(lái)源、成礦流體演化及成礦機(jī)制。研究表明，相山礦田火山巖系具同源性，是陸殼物質(zhì)熔融的產(chǎn)物，火山巖漿在通向地表途中受到高度分餾的結(jié)晶作用，成礦物質(zhì)鈾與高場(chǎng)強(qiáng)元素優(yōu)先富集于最晚期巖漿熱液中，為鈾成礦提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，巖漿熱液與巖石相互作用形成了廣泛的礦前期蝕變，也促成了其演化為富含F(xiàn)，Cl，CO2等揮發(fā)分的成礦流體，礦石中HREE，Pb，Zn，Mo的高度富集，說(shuō)明成礦溫度大致為200～250℃。C，O同位素特征預(yù)示了幔源物質(zhì)參與了鈾成礦作用，CO2脫氣作用是成礦物質(zhì)卸載的機(jī)制之一，花崗斑巖內(nèi)外接觸帶及斑巖侵位正前方、正上方構(gòu)造破碎帶、不同巖性界面是礦質(zhì)卸載的有利場(chǎng)所。

稀土元素;微量元素;C，O同位素;斑巖型鈾礦床;成礦機(jī)制;相山礦田

斑巖型礦床是對(duì)時(shí)間上、空間上和成因上與鈣堿性的淺成或超淺成相的中酸性斑巖體有關(guān)的細(xì)脈浸染型礦床的通稱(chēng)，斑巖型銅、鉬、錫、鎢、金、鉛鋅(銀)礦床具有重要的工業(yè)意義。由于斑巖型礦床成巖成礦地質(zhì)條件復(fù)雜，礦化類(lèi)型豐富，斑巖型鈾礦也具巨大的成礦—找礦潛力(Armstrong，1974;邵飛等，2008a;張壽庭等，2011)。

相山礦田位于江西省撫州市崇仁、樂(lè)安縣交界處，受制于相山塌陷式火山盆地(Chen，1981)，其大地構(gòu)造位置地處揚(yáng)子與華夏古板塊結(jié)合帶的南側(cè)。該礦田鈾礦勘查及成礦區(qū)域地質(zhì)背景、火山巖巖石學(xué)特征、控礦因素、成礦規(guī)律、成礦預(yù)測(cè)等方面的研究歷時(shí)50余年，成果豐碩。目前，相山礦田已發(fā)展成為我國(guó)已探明的最大陸相火山巖型鈾礦田，20余個(gè)礦床相對(duì)集中分布于礦田的西部和北部。北部11個(gè)礦床有7個(gè)礦床在時(shí)空和成因上與超淺成侵入相的花崗斑巖密切相關(guān)，前人一般將其歸屬為火山巖型、次火山巖亞類(lèi)鈾礦床，并開(kāi)展了鈾成礦地質(zhì)條件、成礦地質(zhì)特征、成礦作用等研究(余達(dá)淦等，2005;方錫珩，2009)。而將其歸為斑巖型鈾礦床進(jìn)行較系統(tǒng)的研究卻極為薄弱，本文選擇橫澗—崗上英礦床和沙洲礦床為代表，應(yīng)用地球化學(xué)研究手段，重點(diǎn)研究巖、礦石稀土元素和微量元素特征以及蝕變巖石、礦石中方解石中的C，O同位素組成，以揭示其對(duì)成礦物質(zhì)來(lái)源、成礦流體演化的指示，并對(duì)成礦機(jī)制進(jìn)行探討。

1 礦床地質(zhì)特征

控制相山礦田產(chǎn)出的相山火山盆地基底地層主要為震旦系淺變質(zhì)巖和下石炭統(tǒng)華山嶺組砂巖，上三疊統(tǒng)安源組煤系地層出露于火山盆地東側(cè)。蓋層由總厚度 ＞2 000 m的上侏羅統(tǒng)打鼓頂組(J3d)流紋英安巖和鵝湖嶺組(J3e)碎斑熔巖構(gòu)成，白堊系紅色碎屑巖出露于火山盆地西側(cè)。大規(guī)?；鹕交顒?dòng)后，花崗斑巖侵入。打鼓頂組火山熔巖及花崗斑巖均是礦田的主要賦礦巖性。EW向構(gòu)造是火山盆地基底主構(gòu)造，SN向及NE、NW向構(gòu)造次之;蓋層構(gòu)造表現(xiàn)為以NE向?yàn)橹鲗?dǎo)、NW向次之的線性斷裂和火山環(huán)狀塌陷構(gòu)造、層間離張構(gòu)造交織格局，蓋層線性斷裂多是基底斷裂的繼承性發(fā)展產(chǎn)物，火山環(huán)狀塌陷構(gòu)造及層間離張構(gòu)造控制花崗斑巖的侵位(邱愛(ài)金，2001)?；讟?gòu)造控制了礦田北、西部礦集帶的產(chǎn)出，基底構(gòu)造與蓋層構(gòu)造的交匯復(fù)合部位控制了礦床的定位，構(gòu)造旁側(cè)次級(jí)構(gòu)造及裂隙密集帶控制礦體的空間產(chǎn)出(魏祥榮等，2006;張鴻等，2009)(圖1)。

圖1 相山鈾礦田地質(zhì)略圖Fig.1 The geological map showing Xiangshan uranium ore field

橫澗—崗上英礦床、沙洲礦床位于相山礦田北部，花崗斑巖體是控制鈾礦體群產(chǎn)出的主要地質(zhì)體，巖體內(nèi)部破碎蝕變巖帶、巖體內(nèi)外接觸帶、巖體上方火山巖及火山巖巖性界面附近的密集裂隙帶是礦體(群)定位的有利空間(圖2)，并控制礦體的產(chǎn)狀，礦體走向長(zhǎng)及傾向延伸一般為數(shù)十至數(shù)百米，厚度一般為1～5 m。礦床平均品位為0.178%～0.21%。

礦床圍巖蝕變具多階段作用和空間疊加的特點(diǎn)。礦前期發(fā)育鈉長(zhǎng)石化、水云母化蝕變，成礦期蝕變主要有赤鐵礦化、綠泥石化、螢石化、碳酸鹽化，成礦后主要為碳酸鹽化。據(jù)與成礦關(guān)系最密切、最明顯的圍巖蝕變劃分的礦石類(lèi)型為:鈾—赤鐵礦—綠泥石型、鈾—螢石—水云母型、鈾—赤鐵礦型、鈾—綠泥石型、鈾—螢石型。

主要礦石礦物有瀝青鈾礦、鈾黑、鈦鈾礦、硅鈣鈾礦、鈣鈾云母等，金屬礦物有黃鐵礦、輝鉬礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、赤鐵礦、白鐵礦、紅鎳礦等中低溫?zé)嵋簶?biāo)型礦物。礦石中的鈾礦物呈斑點(diǎn)狀、發(fā)絲狀、腎狀及膠狀體，礦石構(gòu)造主要為脈狀、細(xì)脈浸染狀、巢狀。

礦床賦礦花崗斑巖鋯石U-Pb法SHRIMP測(cè)試年齡為131.2 Ma(邵飛等，2008b)，前人測(cè)定的成礦年齡為127～96 Ma?？梢?jiàn)，成巖與成礦在時(shí)間尺度上是一個(gè)相對(duì)連續(xù)的過(guò)程。

2 樣品采集與測(cè)試

樣品采自橫澗—崗上英－83 m，－43 m，－3 m中段及沙洲礦床－138 m，－98 m，－58 m，－8 m中段，樣品為花崗斑巖(圍巖)、蝕變花崗斑巖(近礦圍巖)及花崗斑巖礦石，同時(shí)采集了相山火山盆地基底變質(zhì)巖、火山巖系的代表性巖石樣品。稀土元素由核工業(yè)西北測(cè)試中心完成，微量元素由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測(cè)試中心完成，C，O同位素由東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。分析結(jié)果見(jiàn)表1，2，3。

圖2 橫澗—崗上英礦床43線剖面示意圖Fig.2 Geological section of line No.43 of Hengjiang-Gangshangying deposit

3 地球化學(xué)特征

3.1 稀土元素特征

經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后發(fā)現(xiàn)(用于標(biāo)準(zhǔn)化的球粒隕石數(shù)據(jù)引自Boynton，1984)，相山礦田火山巖系巖石的稀土配分型式均呈輕稀土富集、較平滑的右傾型，基底片巖與火山巖系的稀土配分曲線形態(tài)表現(xiàn)為彼此平行一致的特征，表明相山礦田火山巖系具同源性，火山巖系與陸殼物質(zhì)具成生聯(lián)系，其源于陸殼物質(zhì)的熔融?；◢彴邘r礦石總體表現(xiàn)稀土元素含量增高，普遍礦石的稀土配分模式與火山巖系稀土配分模式較類(lèi)似，重稀土含量增高;富礦石稀土配分模式表現(xiàn)為輕、重稀土均明顯增高的鋸齒狀，其成因可能更為復(fù)雜(圖3)。

圖3 相山礦田巖石、花崗斑巖礦石稀土元素配分型式圖Fig.3 REE patterns of granitic porphyry of Xiangshan ore field

相山礦田巖、礦石Eu負(fù)異常明顯?；鹕綆r系巖石 δEu=0.34～0.55，平均值為0.41，表明火山巖漿在通向地表途中受到高度分餾的結(jié)晶作用。花崗斑巖普通礦石 δEu=0.16～0.25，富礦石 δEu=0.06～0.22，礦石強(qiáng)烈Eu虧損的原因，可能是富含F(xiàn)、Cl等揮發(fā)分的成礦流體與熔體相互作用(鈉長(zhǎng)石化)所導(dǎo)致，并且成礦作用過(guò)程的溫度不大于250℃(王中剛等，1989;別風(fēng)雷等，2000)。

3.2 微量元素特征

橫澗—崗上英礦床和沙洲礦床巖、礦石的微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分布模式總體相似(圖4)。金屬礦床的形成是水(流體)—巖石相互作用動(dòng)力學(xué)過(guò)程中的產(chǎn)物(張榮華等，2002)，由于研究礦床賦礦圍巖化學(xué)成分相似，因而推認(rèn)形成礦床的成礦流體物理化學(xué)性質(zhì)相近、成礦作用過(guò)程類(lèi)似。

微量元素經(jīng)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化后，礦床圍巖(花崗斑巖)及蝕變花崗斑巖的P，Ti，Zn多表現(xiàn)為負(fù)異常，礦石中各微量元素均為正異常，尤以U，Th，Mo，Pb，Zr等表現(xiàn)為高正異常。微量元素含量(表2)的直觀比較表明，蝕變巖石中各元素含量與圍巖大致相當(dāng)，親銅元素Pb，Zn在蝕變巖石中略有增高，大離子親石元素在蝕變巖石中略有降低，沙洲礦床Rb含量自圍巖、蝕變巖石至礦石依次降低;礦石中高場(chǎng)強(qiáng)元素Th，P，Zr，Hf及Pb，Zn和親鐵元素Mo均表現(xiàn)為高含量。顯然，礦石的形成經(jīng)歷了更為復(fù)雜的流體—巖石相互作用，沙洲礦床礦后期流體作用可能導(dǎo)致了Rb的流失;成礦物質(zhì)U與高場(chǎng)強(qiáng)元素在巖漿期后熱液中的富集，為成礦流體演化及成礦作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，礦石中Mo，Pb，Zn的高含量預(yù)示了成礦流體為富含鈉質(zhì)、揮發(fā)分(F，Cl，CO2等)的堿性流體，且成礦階段的溫度大致介于200～250℃(劉英俊等，1984)。

圖4 橫澗—崗上英、沙洲礦床巖、礦石原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.4 The primitive mantle-normalized trace element of Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits

表1 相山礦田巖石、花崗斑巖礦石稀土元素含量表Table 1 REE contents of granitic porphyry of Xiangshan ore field 10－6

表2 橫澗—崗上英、沙洲礦床巖、礦石微量元素含量Table 2 Trace elements composition of Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits 10－6

3.3 C，O同位素特征

橫澗—崗上英、沙洲礦床近礦蝕變巖石及礦石中的方解石C，O同位素組成見(jiàn)表3。

表3 橫澗—崗上英、沙洲礦床碳酸鹽的C，O同位素組成Table 3 Carbon and oxygen isotopic composition for carbonate in the Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits ‰

礦床巖、礦石中方解石的 δ13C值為－3.95‰～ －2.52%，平均值為 －3.45‰，落在巖漿成因δ13C值范圍(Ohmoto，1972)，巖漿成因碳酸鹽中碳進(jìn)入成礦流體有兩種方式，一是熱水溶液直接溶濾圍巖中的巖漿成因碳酸鹽，二是源自地殼深部熱變質(zhì)作用或巖漿分異作用形成的氣床中的變質(zhì)CO2和幔源CO2的向外釋放。據(jù)礦床與地幔來(lái)源火成巖的δ13C值(－5‰±)相近的碳同位素組成，結(jié)合前人研究成果(胡瑞忠等，2004;孫占學(xué)，2004)，認(rèn)為橫澗—崗上英礦床、沙洲礦床成礦流體中的碳主要來(lái)源于地幔。

礦床近礦蝕變巖石中方解石的碳、氧同位素組成較為穩(wěn)定，其在δ13CPDB-δ18OSMOW圖(圖5)中落在花崗巖類(lèi)源區(qū)和地幔源區(qū)周?chē)?，表明成礦流體中的碳源于地幔，礦石的碳、氧同位素組成，可能預(yù)示了成礦作用過(guò)程中發(fā)生了CO2的脫氣作用。

4 成礦機(jī)制探討

相山火山盆地區(qū)域鈾成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，中生代構(gòu)造、巖漿活動(dòng)頻繁，巖漿期后熱液的演化促成了成礦作用的發(fā)生，形成了鈾礦化定位于花崗斑巖及上覆的火山熔巖之中的“兩層樓”空間結(jié)構(gòu)。斑巖型鈾礦成礦機(jī)制概述如下:

圖5 橫澗—崗上英、沙洲礦床方解石δ18OSMOW-δ13CPDB圖解Fig.5 The δ18OSMOW-δ13CPDBof calcite in the Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits

相山礦田火山巖系具同源性，系陸殼物質(zhì)熔融的產(chǎn)物，火山巖漿作用使得相山火山盆地成為區(qū)域鈾成礦物質(zhì)的匯聚區(qū)(邵飛等，2009)，火山巖漿在通向地表途中發(fā)生了高度分餾結(jié)晶作用，大規(guī)?；鹕絿娨绾?，花崗斑巖侵入，最晚期巖漿熱液富含U及高場(chǎng)強(qiáng)元素，其與巖石的相互作用形成了廣泛發(fā)育的礦前期鈉長(zhǎng)石化、水云母化蝕變，并促成了巖漿熱液演化為富含F(xiàn)，Cl，CO2等揮發(fā)分的成礦流體，其中CO2組分可能源自地幔，成礦流體在熱驅(qū)動(dòng)下向上運(yùn)移，隨著溫度、壓力、流體成分等物理化學(xué)條件的改變，U與HREE，P，Mo，Pb，Th，Zn等于花崗斑巖內(nèi)、外接觸帶及巖體侵位正前方、正上方的構(gòu)造破碎帶，不同巖性接觸界面等地球化學(xué)障沉淀析出，成礦溫度一般不超過(guò)250℃，CO2脫氣作用可能是礦質(zhì)卸載的機(jī)制之一。

5 結(jié)論

(1)相山礦田巖石和礦石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后發(fā)現(xiàn)，基底片巖與火山巖系稀土配分曲線形態(tài)彼此平行一致，均表現(xiàn)為較平滑、輕稀土富集的右傾型，火山巖系具同源性，并與陸殼物質(zhì)具成生聯(lián)系?；◢彴邘r礦石重稀土富集，富礦石更富重稀土，表明富礦石可能是多期次成礦作用疊加的產(chǎn)物。

(2)橫澗—崗上英、沙洲礦床花崗斑巖及蝕變花崗斑巖的微量元素含量大致相當(dāng)，礦石中U與高場(chǎng)強(qiáng)元素Th，P，Zr，Hf及親銅元素Pb，Zn和親鐵元素Mo表現(xiàn)為高含量，說(shuō)明礦石的形成經(jīng)歷了更為復(fù)雜的、多期次的流體—巖石相互作用。

(3)成礦物質(zhì)U與高場(chǎng)強(qiáng)元素優(yōu)先富集于巖漿熱液中，表明成礦流體由巖漿期后熱液演化而成，礦石中HREE，Mo，Pb，Zn的高度富集，說(shuō)明成礦流體為富鈉質(zhì)、富含F(xiàn)，Cl，CO2等揮發(fā)分的流體。

(4)成礦作用過(guò)程中有幔源物質(zhì)的參與，成礦溫度大約為200～250℃，CO2脫氣作用是礦質(zhì)卸載機(jī)制之一。

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Metallogenic Mechanism and Geochemical Characteristics of Porphyry Type Uranium Deposits，Xiangshan Ore Field

SHAO Fei1， FAN Heng2， XIA Fei3， ZOU Mao-qin1， PAN Jia-yong3， HE Dan-dan1
(1.Research Institute No.270，CNNC，Nanchang，JX 330200，China;2.Nanchang Senior Technical School of Nuclear Industry，Nanchang，JX 330200，China;3.Faculty of Earth Science，East China Institute of Technology，F(xiàn)uzhou，JX 344000，China)

Most of the uranium deposits in the northern Xiangshan ore field is related with super hypergene granitic porphyry，so they can be classified as porphyry type uranium deposit.Based on analysis of geochemical features of REE，trace elements and carbon and oxygen isotopes in the Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits，sources of uranium metallogenic mechanism are discussed.The study shows that volcanic rock series are homologous，and the product of melting crust.Volcanic magma experiences crystallization of high fractionation during upwelling.Uranium of metallogenic substance and high field strength elements are preferentially enriched in magmatic hydrothermal solution in the latest stage to provide sources for uranium metallogenesis.Interaction between magmatic hydrothermal solution and rocks result in widespread alteration in pre-mineralization，which developed into metallogenic fluid with plentiful volatiles such as F，Cl and CO2etc.High enrichment of HREE，Pb，Zn and Mo in ore indicates that metallogenic temperature is 200～250℃.Feature of carbon and oxygen isotopes shows that mantle substances involved uranium metallogenesis.Degas of CO2is one of release mechanisms of metallogenic substances.Favorable places for release of metallogenic substances are internal and external contact zones of granitic porphyry，front and upward fracture zone of porphyry intrusion and contact of different rocks.

REE;trace element;carbon and oxygen isotopes;porphyritic-type uranium deposit;metallogenic mechanism;Xiangshan ore field

P619.14

A

1674-3504(2011)04-0308-07

邵飛，范衡，夏菲，等.2011.相山礦田斑巖型鈾礦床地球化學(xué)特征及成礦機(jī)制探討［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，34(4):308-314. Shao Fei，F(xiàn)an Heng，Xia Fei，et al.2011.Metallogenic mechanism and geochemical characteristics of porphyry type uranium deposits，Xiangshan ore field［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，34(4):308-314.

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.04.002

2011-07-12; 責(zé)任編輯:吳志猛

中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局項(xiàng)目“相山礦田斑巖型鈾礦成礦作用研究”(270-09-01)

邵 飛(1963—)，男，博士，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事鈾礦地質(zhì)勘查及研究。E-mail:sf270@163.com