若爾蓋地區(qū)510-1鈾礦床脈石礦物微量元素垂向分帶特征

葉永欽，陳友良，倪師軍

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若爾蓋地區(qū)510-1鈾礦床脈石礦物微量元素垂向分帶特征

葉永欽1，2，陳友良2，倪師軍2

510-1鈾礦床是若爾蓋地區(qū)極具代表性的碳硅泥巖型鈾礦床之一，筆者從其熱液作用產(chǎn)物(鈾礦石及脈石礦物)入手，分不同中段詳細(xì)研究了該礦床的脈石礦物微量元素垂向分帶特征。結(jié)果表明：成礦期方解石脈的U、Sb平均含量在5中段有一明顯的低谷值；各種稀土元素及∑REE平均含量在第5中段附近有一明顯的拐點；δCe與δEu值在第5中段附近也有顯著變化。這反映出第5中段存在一個地球化學(xué)界面，使成礦流體的氧化還原環(huán)境發(fā)生了突變。

若爾蓋地區(qū)；碳硅泥巖型鈾礦；脈石礦物；微量元素；垂向分帶

若爾蓋地區(qū)是我國重要的碳硅泥巖型鈾礦產(chǎn)地，其產(chǎn)出的鈾礦床規(guī)模大、品位較富、分布較集中，并伴有多種金屬元素可供綜合利用[1，2]。然而，區(qū)內(nèi)大部分礦床的礦體呈隱伏狀產(chǎn)出，隨著該地區(qū)淺部找礦日漸完成，深部找礦工作將越來越困難。因此，“攻深找盲”是若爾蓋地區(qū)目前亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，需要礦床垂向分帶理論的指導(dǎo)[3-6]。

510-1鈾礦床隸屬于若爾蓋鈾礦田，是該地區(qū)極具代表性的礦床之一，且目前正在開采。近年來的研究表明[7，8]，該礦床中與成礦作用有關(guān)的脈石礦物在空間上顯示出與粵北地區(qū)花崗巖型鈾礦床相似的“上酸下堿”的垂向分帶規(guī)律。在礦床上部(第1中段及以上)主要發(fā)育石英脈，可稱之為“酸帽”；礦床中部(第2～4中段)的石英脈與方解石脈均較發(fā)育，為“酸堿共生帶”；而在礦床的下部(第5、6中段及以下)則大量發(fā)育方解石脈，極少見石英脈，故屬于“堿性基底”。礦床第5中段附近為“酸堿分離”的地球化學(xué)界面。筆者通過對該礦床不同中段鈾礦石及成礦期方解石脈中的微量元素含量進行研究，在微觀上揭示了礦床的垂向分帶規(guī)律，為指導(dǎo)該地區(qū)的深部找礦工作提供新的重要依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)特征

若爾蓋鈾礦田主要位于四川省阿壩自治州西北部的若爾蓋縣北側(cè)，少部分延至甘肅省迭部縣境內(nèi)。礦帶呈近東西向展布，長50 km，寬6 km，面積約300 km2，海拔高度為2900～4060m。該礦田大地構(gòu)造位置屬秦嶺褶皺系西段，西秦嶺褶皺帶之南亞帶，主體部分為由古生界所構(gòu)成的白龍江復(fù)背斜之西段(圖1)。

圖1 若爾蓋鈾礦田地質(zhì)略圖Fig.1 Geology sketch of Zoige uranium ore field

510-1鈾礦床的含礦巖系為下志留統(tǒng)羊腸溝組，由一套陸棚相沉積的板巖、灰?guī)r和硅質(zhì)巖組成的“碳硅泥巖”建造[9]，鈾礦體主要呈脈狀賦存在破碎的硅灰?guī)r中。在礦床的礦脈中，金屬礦物以瀝青鈾礦和膠狀、微粒狀、似塊狀、脈狀黃鐵礦為主，含少量鎳、鋅、鉬、釩、銅的硫化物；非金屬礦物主要為方解石，其次是石英，偶見重晶石、白云石。礦石礦物常構(gòu)成瀝青鈾礦-黃鐵礦-方解石-石英組合，反映方解石、石英和黃鐵礦與鈾成礦作用密切相關(guān)。

510-1鈾礦床現(xiàn)已圈定大小礦體30余個，其中盲礦體25個。2號礦體是礦床內(nèi)規(guī)模最大的礦體，長約81.7m，延深235m左右，見礦最大厚度為27.8m；最小的礦體長僅8m，延深約20m，厚1.8m。礦體形態(tài)不規(guī)則，大多呈透鏡狀、柱狀，少數(shù)為脈狀，沿走向、傾向和厚度方向上具有不同的變化特征，呈礦體群出現(xiàn)(圖2)。目前該礦床深部尚未完全控制，隨著新一輪找礦工作的開展，相信在礦床深部還會有新的礦體被發(fā)現(xiàn)。

圖2 510-1鈾礦床0-1勘探線剖面示意圖Fig.2 Schematic profile of line 0-1 of uranium deposit 510-1

2 樣品采集與分析測試

若爾蓋510-1鈾礦床目前已經(jīng)開采至第7中段(每個中段高差40m)，為了系統(tǒng)研究該礦床微量元素的垂向分帶規(guī)律，筆者按不同中段分別采集了代表性鈾礦石樣品39件及成礦期脈石礦物樣品16件。

鈾礦石及脈石礦物微量元素(包括稀土元素)分析：分別選取具有代表性的礦石及脈石礦物樣品，經(jīng)手工進行逐級破碎、過篩。將礦石及挑純后的脈石礦物樣品在瑪瑙缽里研磨至200目以下，送往核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心進行測試分析。采用等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)方法進行微量元素分析，分析儀器為Finnigan公司生產(chǎn)、型號為HR-ICP-MS ElementⅠ的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，相對誤差≤10%。

3 鈾礦石微量元素垂向分帶特征

關(guān)于礦石微量元素垂向分帶特征，項目組在另文中有專門論述[10，11]，為了行文的連貫性和邏輯性，在此作簡要敘述。

(1)510-1鈾礦床伴生Zn、Ni、Mo、Co、V等多金屬元素。礦石中Pb、Zr、Hf、Sb、W、Sc與U呈明顯正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.54～0.92，是尋找鈾礦的伴生元素地球化學(xué)標(biāo)志。

(2)礦床第5中段為不同中段礦石中微量元素及稀土元素的高度富集帶，尤其是U、Pb、Zr、Hf、Sb、W、Sc及稀土元素高度富集。510-1鈾礦床由深部至淺部，礦床的形成環(huán)境總體上由相對還原向相對氧化轉(zhuǎn)變，在第5中段δCe與δEu值有顯著變化，表明該中段是一個重要的氧化還原環(huán)境發(fā)生顯著變化的地球化學(xué)界面。

4 成礦期方解石脈微量元素垂向分帶特征

由于石英脈大多數(shù)分布于礦床的上部，而方解石脈在礦床的各個中段基本上均有分布，所以方解石脈對研究該礦床垂向分帶特征具有較大的實際意義。本文將重點討論成礦期方解石脈的微量元素垂向分帶特征。

4.1 微量元素組成特征

由510-1鈾礦床不同中段成礦期方解石脈微量元素含量分析結(jié)果(表1)可知，方解石脈中含量較高(>4×10-6)的微量元素有U、Ni、Zn、Sr、Ba、Y、V。從礦床淺部向深部，微量元素含量總體上有逐漸升高的趨勢，這與該礦床實際開采過程中所掌握的U、Ni、Zn等成礦元素品位的變化特征相一致。

4.2 微量元素相關(guān)性分析

為了研究成礦期方解石脈中U與各個微量元素之間的相關(guān)性，利用數(shù)理統(tǒng)計軟件SPSS對14件成礦期方解石脈樣品的微量元素數(shù)據(jù)進行R型聚類分析，發(fā)現(xiàn)U與Hf、Ga、Y、W、Sb、Th、Tl等元素聚為一類。誠然，R型樹狀聚類分析只能定性描述元素與元素之間的相關(guān)性，為了更具體知曉U與哪些元素存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，筆者進一步計算了U與各個微量元素之間的相關(guān)系數(shù)(表2)。由表2可以看出，成礦期方解石脈中U與Tl、Sb之間存在較明顯的線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.406和0.659。

表1 不同中段成礦期方解石脈微量元素平均含量(×10-6)

續(xù)表1

表2 不同中段成礦期方解石脈微量元素相關(guān)系數(shù)

4.3 微量元素垂向分帶特征

4.3.1 與U呈明顯正相關(guān)的微量元素垂向分帶特征

前已述及，510-1鈾礦床成礦期方解石脈中U與Tl、Sb之間存在較明顯的線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.406和0.659。由表1可以看出，U在不同中段成礦期方解石脈中的平均含量變化范圍較小，為(71.0～149.95)×10-6，平均值為121.658×10-6。從第7中段到第5中段成礦期方解石脈中U的平均含量顯著降低，在第5中段附近有一明顯的低谷值。第7中段U的平均含量是第5中段的2.112倍，隨后到了第4中段、第2中段，U的平均含量逐漸升高，總體上趨于平穩(wěn)但平均含量仍低于第7中段。

Sb在不同中段成礦期方解石脈中的平均含量變化范圍較大，為(0.366～1.281)×10-6，平均值為0.763×10-6。從第7中段到第5中段成礦期方解石脈中Sb的平均含量顯著降低，在第5中段附近有一明顯的低谷值。第7中段Sb的平均含量是第5中段的2.144倍，隨后到了第4中段、第2中段，Sb平均含量逐漸升高，特別是第2中段Sb的平均含量高達1.281×10-6，高于第7中段的平均含量(0.784×10-6)。

Tl元素在不同中段成礦期方解石脈中的平均含量變化范圍較小，為(0.099～0.231)×10-6，平均值為0.17×10-6。從第7中段到第4中段Tl的平均含量持續(xù)降低，在第4中段附近有一明顯的低谷值。第7中段Tl的平均含量為(0.211×10-6)，是第4中段的2.134倍，到了第2中段，Tl的平均含量顯著升高，高達0.231×10-6。

綜合上述結(jié)果，U、Sb、Tl在不同中段成礦期方解石脈中的平均含量在垂向上的變化趨勢基本一致(表1，圖3)。從第7中段到第5中段這3種微量元素的平均含量顯著降低，在第5中段附近(Tl在第4中段)有一明顯的低谷值，反映出成礦流體在第5中段附近發(fā)生了大規(guī)模的突發(fā)成礦作用，導(dǎo)致成礦物質(zhì)卸載和熱液體系中成礦元素的驟然減少，隨后結(jié)晶形成的方解石脈微量元素含量明顯降低。到了第4、2中段，上述3種微量元素的平均含量又逐漸升高。究其原因，是否存在某種來源的成礦物質(zhì)加入，還有待進一步的研究。

圖3 510-1鈾礦床不同中段成礦期方解石脈中與U呈明顯正相關(guān)的微量元素平均含量對比圖Fig.3 Comparision of average content of trace element in calcite veins from different levels of uranium deposit 510-1

4.3.2 稀土元素垂向分帶特征

表3列出了510-1鈾礦床不同中段成礦期方解石脈稀土元素含量及特征參數(shù)。由表3和圖4可以看出，∑REE在不同中段成礦期方解石脈中的平均含量變化范圍較大，為(7.683～15.051)×10-6，平均為12.839×10-6，明顯低于鈾礦石中稀土元素總量(48.09×10-6)；從第7中段到第5中段成礦期方解石脈中各種稀土元素及∑REE平均含量較為平穩(wěn)，到了第4、2中段，各種稀土元素的平均含量逐漸降低，在第5中段出現(xiàn)一明顯的拐點。這同樣反映了成礦流體從第5中段附近開始發(fā)生突發(fā)成礦作用，導(dǎo)致成礦物質(zhì)卸載和熱液體系中稀土元素減少，冷凝結(jié)晶形成的方解石脈稀土元素含量明顯降低。

表3 不同中段成礦期方解石脈稀土元素平均含量(×10-6)及特征參數(shù)表

圖4 510-1鈾礦床不同中段成礦期方解石脈中∑REE平均含量圖Fig.4 Comparision of average content of ∑REE in calcite veins from different levels of uranium deposit 510-1

圖5為510-1鈾礦床不同中段成礦期方解石脈的δCe與δEu平均含量變化曲線。由表3和圖5可知，δEu值在不同中段成礦期方解石脈中的平均含量變化范圍較小，為0.732～0.793，平均值為0.766，隨著礦體由深至淺，δEu值具有逐漸升高的趨勢。δCe值在不同中段成礦期方解石脈中的平均含量變化范圍亦不大，為0.851～0.978，平均值為0.916，隨著礦體由深至淺，δCe值表現(xiàn)為逐漸降低，說明礦床的形成環(huán)境總體上由相對還原向相對氧化轉(zhuǎn)變。在第5中段附近δCe為一顯著的峰值，δEu為一顯著的谷值，反映出成礦流體的物化環(huán)境發(fā)生突變，導(dǎo)致U等成礦元素驟然沉淀富集成礦。這也從另一側(cè)面說明第5中段附近為流體成礦的地球化學(xué)界面。

圖5 510-1鈾礦床不同中段成礦期方解石脈δCe與δEu值變化曲線圖Fig.5 Comparision of δCe and δEu in calcite veins from different levels of uranium deposit 510-1

5 結(jié)論

綜合上述510-1鈾礦床不同中段成礦期方解石脈微量元素地球化學(xué)特征，可以得出如下結(jié)論：

(1)成礦期方解石脈中Sb、Tl與U呈明顯的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.659和0.406。上述3種元素平均含量在第5中段(Tl元素在第4中段)有一明顯的低谷值，說明成礦流體在第5中段附近發(fā)生大規(guī)模的突發(fā)成礦作用，導(dǎo)致成礦物質(zhì)卸載和熱液體系中成礦元素的驟然減少，使隨后冷凝結(jié)晶的方解石脈中微量元素含量明顯降低。各種稀土元素及∑REE平均含量在第5中段附近有一明顯的拐點，這是地球化學(xué)界面的表現(xiàn)。

(2)510-1鈾礦床由深部至淺部，脈石礦物的形成環(huán)境總體上由相對還原向相對氧化轉(zhuǎn)變[12-14]，在第5中段δCe與δEu值有顯著變化，說明第5中段是一個氧化還原環(huán)境發(fā)生顯著變化的重要地球化學(xué)界面。

(3)脈石礦物微量元素的垂向分帶特征與礦石中的微量元素垂向分帶特征相互印證，也與該鈾礦床中和成礦作用密切相關(guān)的脈石礦物(石英、方解石脈)所表現(xiàn)出的“上酸下堿”的宏觀垂向分帶規(guī)律一致，這從宏觀和微觀兩個方面均證明了該礦床的第5中段附近(現(xiàn)今距地表礦化露頭深約320m處)是礦床流體成礦的地球化學(xué)界面。這一界面的確定，對若爾蓋鈾礦田進一步的找礦和勘查工作具有十分重要的指導(dǎo)意義。

[1]陳友良.西南地區(qū)鈾資源現(xiàn)狀與找礦前景展望[J].鈾礦地質(zhì)，2004，20(1)：1-3.

[2]金有忠，李慶陽，劉建華，等.若爾蓋鈾礦田成礦條件與發(fā)展遠景淺析[J].西南鈾礦地質(zhì)，2005，11(1)：11-25.

[3]金景福，倪師軍，胡瑞忠.302鈾礦床熱液脈體的垂直分帶及其成因探討[J].礦床地質(zhì)，1992，11(3)：252-258.

[4]倪師軍，胡瑞忠，金景福.302鈾礦床熱液的混合和沸騰垂直分帶模式[J].鈾礦地質(zhì)，1994，10(2)：70-77.

[5]杜樂天.迎接鈾礦找礦新高潮——華南二輪找礦勢在必行[J].鈾礦地質(zhì)，2005，21(3)：146-151.

[6]葉永欽.若爾蓋鈾礦田510-1鈾礦床垂直分帶特征研究[D].成都：成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014.

[7]陳友良.若爾蓋地區(qū)碳硅泥巖型鈾礦床成礦流體成因和成礦模式研究[D].成都：成都理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2008.

[8]張成江，陳友良.510-1鈾礦床垂直分帶規(guī)律的發(fā)現(xiàn)及其成因意義[J].地質(zhì)與勘探，2010，46(3)：434-441.

[9]陳友良，侯明才，朱西養(yǎng)，等.若爾蓋鈾礦田含礦巖系的巖石特征及成因探討[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，34(5)：553-558.

[10]Chen Youliang, Ye Yongqin, Song Hao, Chang Dan. Vertical Zoning Characteristics of Trace Element in Zoige 510-1 Uranium Deposit, Sichuan Province, China[J]. Acta Geologica Sinica (English Edition), 2013, 87(S1): 679-681.

[11]陳友良，常 丹，葉永欽，宋 昊，魏 佳.若爾蓋510-1鈾礦床微量元素垂直分帶特征研究[J].礦物學(xué)報，2013，33(S2)：196-197.

[12]涂光熾.低溫地球化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1998.

[13]趙振華.微量元素地球化學(xué)原理[M].北京：科學(xué)出版社，1997.

[14]Rollison H R. Using geochemical data: evaluation, presentation, interpretation[M]. New York: Longman Scientific & Technical Limited, 1993.

(1.核工業(yè)290研究所，廣東 韶關(guān) 512029；2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

Vertical Zoning Characteristics of Trace Element in Gangue Mineral of Uranium Deposit 510-1 in Zoige

YE Yong-qin1,2， CHEN You-liang2， NI Shi-jun2

(1.ResearchInstituteNo.290,CNNC,Shaoguan,Guangdong512029,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

Uranium deposit 510-1 is one of the typical carbonaceous-siliceous-arillaceoius rock type deposit in Zoige. By studying the vertical zoning characteristics of trace element in gangue mineral from different levels, the authers found that average content of U,Sb in calcite veins of metallogenic period shew a obvious lower value nearby level 5, and the average content of ∑REE in calcite veins shew a obvious change nearby level 5. The significant changes of δCe and δEu in calcite veins also occurred nearby the level 5. These two feature nearby level 5 of uranium deposit 510-1 indicates that there was a geochemical interface which cause the abrupt change for the oxidative-reductive condition of metallogenic fluid.

Zoige area; carbonaceous-siliceous-argillaceous rock type uranium deposi; gangue mineral; trace elements; vertical zoning

國家自然科學(xué)基金項目“若爾蓋地區(qū)碳硅泥巖型鈾礦床垂直分帶規(guī)律研究”(編號：41072064)資助。

2014-10-16 [改回日期]2015-01-21

葉永欽(1988—)，男，助理工程師，理學(xué)碩士，地球化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事鈾礦地質(zhì)勘查及成礦規(guī)律與礦產(chǎn)預(yù)測研究工作。E-mail:yeyongqincdut@163.com

1000-0658(2015)05-0510-07

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A