北秦嶺丹鳳地區(qū)產(chǎn)鈾花崗巖稀土元素地球化學(xué)特征

王江波，賴紹聰，李衛(wèi)紅，趙如意，惠爭卜

1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069 2.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000

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北秦嶺丹鳳地區(qū)產(chǎn)鈾花崗巖稀土元素地球化學(xué)特征

王江波1,2，賴紹聰1，李衛(wèi)紅2，趙如意2，惠爭卜2

1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069 2.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000

針對北秦嶺丹鳳地區(qū)產(chǎn)鈾花崗巖的區(qū)域地層、賦礦圍巖、蝕變巖和鈾礦石進(jìn)行稀土元素地球化學(xué)研究，結(jié)果表明：各類樣品具有大體類似的LREE富集及Eu負(fù)異常的稀土配分模式，表明它們之間稀土元素特征具有繼承性；賦礦黑云母二長花崗巖與區(qū)域地層(丹鳳巖群變質(zhì)基性火山巖)稀土元素特征指示,二者均形成于島弧環(huán)境；蝕變花崗巖和鈾礦石主要繼承了賦礦花崗巖的特征。各類樣品Y/Ho值變化范圍狹窄，為25.09～33.46，顯示它們具有共同的源區(qū)。鈾礦石具有最高的wB(∑HREE)，且與鈾礦石的品位存在正相關(guān)關(guān)系，暗示HREE與鈾的遷移具有同步性。

稀土元素；地球化學(xué)；產(chǎn)鈾花崗巖；丹鳳地區(qū)；北秦嶺

0 引言

由于稀土元素之間性質(zhì)類似和地球化學(xué)行為相近，其往往能作為一個(gè)整體參與地質(zhì)地球化學(xué)過程[1]，因此稀土元素具有一定的示蹤性質(zhì)，可以為成巖、成礦物質(zhì)來源提供相關(guān)信息[2]。稀土元素地球化學(xué)在熱液鈾礦床研究中積累了許多有益的認(rèn)識，在成礦物質(zhì)來源、成礦流體物理化學(xué)狀態(tài)、巖體含鈾性，甚至指導(dǎo)鈾礦找礦勘探等方面都發(fā)揮了重要作用[3]。

秦嶺造山帶呈東西向橫亙于中國大陸中部，是中央造山帶的重要組成部分，具有復(fù)雜的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。其自元古代以來經(jīng)歷了長期的演化歷史，至三疊紀(jì)晚期華北與揚(yáng)子地塊發(fā)生碰撞,代表著秦嶺造山帶的最終形成，構(gòu)成了現(xiàn)今“兩帶三塊”的構(gòu)造格局。即以洛南--欒川大斷裂、商丹縫合帶和勉略縫合帶為界，將秦嶺造山帶劃分為華北地塊南緣、北秦嶺造山帶和南秦嶺造山帶(圖1)[4-6]。在商丹縫合帶中分布大量的花崗巖型鈾礦床(點(diǎn))，與區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的早古生代花崗巖體關(guān)系密切。

圖1 北秦嶺丹鳳地區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Tectonic sketch map of Danfeng area in North Qinling

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于秦嶺鈾成礦省北秦嶺鈾成礦帶商丹成礦亞帶(圖2)，屬于華北地塊與揚(yáng)子地塊的拼接縫合帶，是花崗巖型鈾礦一級找礦遠(yuǎn)景區(qū)。區(qū)內(nèi)已

發(fā)現(xiàn)高山寺鈾礦床、張灣鈾礦床以及山岔、麻地灣、巖屋溝等數(shù)十個(gè)鈾礦點(diǎn)，鈾成礦潛力巨大。

區(qū)內(nèi)出露地層為下古生界丹鳳巖群，區(qū)域上呈近東西向--北西西向狹長帶狀展布，為一套強(qiáng)烈變形變質(zhì)的以火山巖-碎屑巖組合為主的構(gòu)造巖片體，具有強(qiáng)烈而復(fù)雜的變形變質(zhì)和組成結(jié)構(gòu)特征。其北側(cè)與北秦嶺核部雜巖秦嶺巖群深變質(zhì)片麻巖系相鄰，南側(cè)與南秦嶺古生界羅漢寺巖組以及泥盆系劉嶺群毗鄰[8-9]。

據(jù)文獻(xiàn)[7]修編。圖2 北秦嶺丹鳳地區(qū)地質(zhì)略圖Fig.2 Geological sketch map of Danfeng area in North Qinling

寬坪巖體為區(qū)內(nèi)主要的產(chǎn)鈾花崗巖，單顆粒鋯石U-Pb年齡為(446±19) Ma[10]。巖體呈狹長帶狀侵入于丹鳳巖群，與圍巖之間呈侵入接觸關(guān)系，接觸面產(chǎn)狀與圍巖中的面理產(chǎn)狀協(xié)調(diào)一致。巖體內(nèi)部及邊緣發(fā)育強(qiáng)烈的面狀組構(gòu)，糜棱巖化作用強(qiáng)烈。巖體內(nèi)部多有丹鳳巖群變質(zhì)巖殘留體及定向展布的暗色閃長質(zhì)包體。寬坪巖體平均U質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.85×10-6，略高于全球花崗巖的U平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3.5×10-6)，Th質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.64×10-6，Th/U=4.07，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.2% HCl進(jìn)行浸出試驗(yàn)，U浸出率高達(dá)60.7%。

鈾礦化產(chǎn)于寬坪巖體與丹鳳巖群外接觸帶以及巖體內(nèi)部構(gòu)造角礫巖內(nèi)，發(fā)育強(qiáng)烈黏土化、碳酸鹽化和赤鐵礦化等熱液蝕變。鈾礦化受熱液蝕變、斷裂構(gòu)造和脈體活動(dòng)控制明顯，往往在蝕變疊加部位和斷裂交匯部位更為發(fā)育。

2 巖相學(xué)

本次工作主要針對商丹縫合帶中出露的丹鳳巖群變質(zhì)基性火山巖、賦礦寬坪黑云母二長花崗巖、蝕變花崗巖及鈾礦石等不同組成部分的稀土元素地球化學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期獲取有關(guān)礦質(zhì)遷移、演化的物理化學(xué)信息。

丹鳳巖群變質(zhì)基性火山巖，巖性為斜長角閃片巖(圖3a、b)，呈灰黑色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造,主要礦物成分為角閃石(50%～55%)、斜長石(30%～35%)和石英(15%～20%)。角閃石呈柱狀，柱長0.4～1.8 mm，長/寬=3～10；斜長石呈粒狀，粒徑0.3～0.6 mm，雙晶以聚片雙晶為主，干涉色低于石英，屬更長石；石英呈粒狀-透鏡狀，大小與斜長石相等。

a．斜長角閃片巖；b.角閃石平行排列，斜長石和石英呈透鏡體定向排列形成片狀構(gòu)造；c.片麻狀黑云母二長花崗巖；d.花崗巖中的片麻狀構(gòu)造；e.蝕變花崗巖；f.長石的黏土化特征；g.赤鐵礦化、碳酸鹽化鈾礦石；h.沿裂隙充填的瀝青鈾礦。Hb.角閃石；Pl.斜長石；Kf.鉀長石；Q.石英；Bt.黑云母。圖3 北秦嶺丹鳳地區(qū)各類巖石(a、c、e、g)及巖石薄片顯微照片(b、d、f、h)Fig.3 Photograph(a、c、e、g) and microphotos(b、d、f、h) of different rocks in Danfeng area

寬坪巖體，巖性為片麻狀中細(xì)粒黑云母二長花崗巖(圖3c、d)，呈淺肉紅色--灰白色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分為斜長石(35%～40%)、鉀長石(30%～35%)、石英(20%～25%)、黑云母(5%～10%)。斜長石以半自形晶為主，粒徑1～2 mm，雙晶以聚片雙晶為主，雙晶紋細(xì)密，An=26±；鉀長石以他形晶為主，格子雙晶發(fā)育；石英呈他形粒狀，粒徑為0.1～1.0 mm，多波狀消光；黑云母呈片狀，片長0.5～0.8 mm；副礦物為磷灰石、鋯石等。

蝕變花崗巖(圖3e)，呈黃褐色，碎裂花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為斜長石(40%～45%)、鉀長石(30%～35%)、石英(20%～25%)、黑云母(2%～5%)。黑云母呈片狀，多已蝕變，蝕變較復(fù)雜，有絹云母化及赤鐵礦化等，現(xiàn)僅保留其片狀形態(tài)，片長0.3 mm左右，排列有定向性；鉀長石多具格子雙晶，屬微斜長石，部分黏土化；石英呈粒狀，粒徑變化大，為0.03～0.9 mm；斜長石多已黏土化(圖3f)。

鈾礦石(圖3g)，呈紫紅色、豬肝色，與蝕變花崗巖較為類似，熱液蝕變發(fā)育程度更加強(qiáng)烈，地表常見瀝青鈾礦氧化后形成的鈾黑以及鈣鈾云母、硅鈣鈾礦等次生鈾礦物，顯微鏡下可見沿裂隙分布的瀝青鈾礦(圖3h)。

3 樣品采集與分析方法

本次工作對上述四類巖石進(jìn)行了系統(tǒng)采樣分析:Ⅰ類為區(qū)域地層，即丹鳳巖群變質(zhì)基性火山巖;Ⅱ類為賦礦圍巖，即寬坪黑云母二長花崗巖;Ⅲ類為蝕變花崗巖;Ⅳ類為鈾礦石。

稀土元素測試工作在核工業(yè)二〇三研究所分析測試中心完成，測試依據(jù)GB/T14506.30-2010，儀器為Thermo Fisher Scientific制造XSERIES2型ICP-MS，分析誤差±5%。

4 測試結(jié)果

各類樣品的稀土元素分析結(jié)果見表1，稀土元素配分模式見圖4，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化采用文獻(xiàn)[12]數(shù)據(jù)。

Ⅰ類樣品(丹鳳巖群變質(zhì)基性火山巖)，w(∑REE)= 50.02×10-6～91.77×10-6(不含Y，下同)，稀土配分模式稍許右傾，輕稀土相對富集，LREE/HREE=4.33～6.19，輕重稀土之間分異較顯著，(La/Yb)N=3.94～6.32，輕稀土分異相對顯著，(La/Sm)N=2.26～3.51，而重稀土之間分異相對較弱，(Gd/Yb)N=1.20～1.53。Eu虧損不明顯，δEu=0.80～0.98；具有較弱的Ce正異常，δCe=1.01～1.08。

Ⅱ類樣品(賦礦圍巖黑云母二紅花崗巖)，w(∑REE)=97.99×10-6～199.48×10-6，稀土配分模式右傾，輕稀土富集，LREE/HREE=13.06～16.98，輕重稀土之間分異顯著，(La/Yb)N=16.14～27.58，輕稀土分異相對顯著，(La/Sm)N=5.21～8.22，而重稀土之間分異相對較弱，(Gd/Yb)N=1.63～2.31。Eu具較弱負(fù)異常，δEu=0.64～0.73；Ce無明顯異常，δCe=0.89～1.08。

Ⅲ類樣品(蝕變花崗巖)，w(∑REE)=79.47×10-6～150.82×10-6，稀土配分模式稍許右傾，輕稀土相對富集，但是HREE與Ⅰ類和Ⅱ類相比顯著增加，LREE/HREE=3.43～7.75，輕重稀土之間分異顯著，(La/Yb)N=3.20～7.95，輕稀土分異相對顯著，(La/Sm)N=1.89～4.14，而重稀土之間分異相對較弱，(Gd/Yb)N=1.10～1.44。Eu虧損較為明顯，δEu=0.53～0.82；Ce無明顯異常，δCe=0.93～1.12。

Ⅳ類樣品(鈾礦石)，w(∑REE)=83.37×10-6～126.95×10-6，稀土配分模式呈近“海鷗型”，輕稀土相對較富集，但HREE與Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類相比均有顯著增加，LREE/HREE=2.76～4.38，輕重稀土之間分異較顯著，(La/Yb)N=2.24～4.17，輕稀土分異相對顯著，(La/Sm)N=2.30～3.10，而重稀土之間分異相對較弱，(Gd/Yb)N=0.69～1.06。Eu較為虧損，δEu=0.70～0.88；Ce無明顯異常，δCe=0.96～1.02。

5 討論

5.1 構(gòu)造環(huán)境

區(qū)域地層(丹鳳巖群變質(zhì)基性火山巖)、賦礦圍巖(寬坪黑云母二長花崗巖體)、蝕變花崗巖和鈾礦石均具有大體類似的LREE富集右傾、HREE平坦及Eu負(fù)異常的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式，表明了各類樣品中稀土元素具有繼承性。

Ⅰ類樣品(丹鳳巖群變質(zhì)基性火山巖)原巖屬一套以玄武巖為主的火山巖，富集Ba、Rb、K等大離子親石元素(LILE)，虧損Nb、Ta、Y、Zr、Ti等高場強(qiáng)元素(HSFE)，稀土元素總量較低，LREE相對富集，地球化學(xué)圖解絕大部分落入與島弧有關(guān)的范圍，部分巖石成分點(diǎn)落在MORB(洋脊玄武巖)區(qū)[13]，表明與MORB有較大的親和性，暗示巖石是與洋殼有密切關(guān)系的島弧環(huán)境產(chǎn)物。低壓分離作用可產(chǎn)生拉斑質(zhì)的巖漿，而在有水存在下的高壓分離作用即能產(chǎn)生鈣堿性巖漿。丹鳳巖群變質(zhì)火山巖以LREE富集的鈣堿性玄武巖為主，另有少量REE平坦的MORB型玄武巖，據(jù)此推測本區(qū)新元古代的島弧地殼厚度較大，可能為比較成熟的島弧[14]。

Ⅱ類樣品(賦礦圍巖黑云母二長花崗巖)稀土元素總量較低，w(∑REE)平均值為156.66×10-6(5個(gè)樣)，低于世界花崗巖的平均值(250×10-6)，可能主要與花崗巖的源巖有關(guān)。丹鳳--西峽一帶的早古生代花崗巖類均具有島弧花崗巖的地球化學(xué)特征[15]，寬坪巖體87Sr/86Sr初始比值為0.707 60±0.001 56[11]，丹鳳巖群變質(zhì)火山巖87Sr/86Sr初始比值為0.705 02～0.707 38[14]，暗示它們之間有密切的成因聯(lián)系，兩者的稀土配分模式類似進(jìn)一步說明區(qū)內(nèi)賦礦黑云母二長花崗巖和變質(zhì)基性火山巖均形成于島弧環(huán)境。

球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻(xiàn)[12]。圖4 北秦嶺丹鳳地區(qū)不同類型巖(礦)石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution patterns of different rocks in Danfeng area

5.2 REE和U、Th演化特征

Ⅲ類樣品(蝕變巖)和Ⅳ類樣品(鈾礦石)繼承了賦礦花崗巖的特征。從變質(zhì)基性火山巖→寬坪黑云母二長花崗巖→蝕變花崗巖→鈾礦石，w(∑HREE)有明顯增加的趨勢(10.26×10-6→10.26×10-6→16.71×10-6→24.08×10-6)，Ⅳ類樣品(鈾礦石)具有相對最高的HREE，而且HREE與鈾礦石品位存在正相關(guān)關(guān)系(圖5a)，這一特征在眾多鈾礦床鈾礦石中都有體現(xiàn)。Ⅲ類和Ⅳ類樣品HREE相對增加是由于U(Ⅳ)與HREE的離子半徑更為接近，而導(dǎo)致類質(zhì)同像置換時(shí)HREE較LREE在鈾礦石中具有更大的分配系數(shù)。由于重稀土的碳酸根絡(luò)合物比輕稀土更易于溶解[16]，因此重稀土較輕稀土更容易遷移，這可能是鈾礦石樣品中HREE顯著增加的原因。

U和Th都傾向于在巖漿分異演化晚期階段富集，隨著蝕變作用的增強(qiáng)，從變質(zhì)基性火山巖→寬坪黑云母二長花崗巖→蝕變花崗巖→鈾礦石，鈾平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增高(3.98×10-6→4.43×10-6→158.40×10-6→592.20×10-6)，顯示熱液蝕變作用對鈾富集起著十分重要的作用。Th作為不相容元素，比U穩(wěn)定，各類樣品Th質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.73×10-6～9.80×10-6，基本穩(wěn)定(圖5b)，變質(zhì)基性火山巖稍低(3.17×10-6，5個(gè)樣)，二長花崗巖和蝕變花崗巖以及鈾礦石Th質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍高(6.61×10-6，12個(gè)樣)，顯示熱液蝕變作用基本不改變Th在巖石中的配分。

Y和Ho在自然界中一般以三價(jià)態(tài)存在，且離子半徑非常接近，在地質(zhì)作用過程中具有非常相似的地球化學(xué)行為，而且Y/Ho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(yīng)有關(guān)，亦或者與不同熱液系統(tǒng)間絡(luò)合介質(zhì)差異有關(guān)[17]。不同類型巖(礦)石盡管稀土元素總量變化較大，但Y/Ho值分布范圍狹窄，為25.09～33.75，顯示所有巖(礦)石具有相同的來源[18]，成礦物質(zhì)來源于寬坪巖體本身。

圖5 研究區(qū)重稀土與鈾釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)散點(diǎn)圖Fig.5 Scatter diagram of HREE and U&Th in the study area

6 結(jié)論

1)賦礦黑云母二長花崗巖和區(qū)內(nèi)變質(zhì)基性火山巖稀土元素特征指示二者形成于島弧環(huán)境，蝕變巖和鈾礦石中稀土元素主要繼承了賦礦花崗巖體的特征。

2)重稀土元素與鈾的遷移具有同步性，富鈾的熱液同時(shí)應(yīng)該也是富稀土的，鈾源為就近的富鈾花崗巖體。

3)各類巖(礦)石Y/Ho變化范圍狹窄，顯示成礦物質(zhì)來源于寬坪巖體。

筆者在本文寫作過程中與核工業(yè)二〇三研究所李占游研究員和西北大學(xué)秦江峰副教授進(jìn)行了有益探討，在此表示感謝。

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REE Geochemical Characteristics of Uranium Bearing Granite in Danfeng Area, North Qinling

Wang Jiangbo1,2, Lai Shaocong1, Li Weihong2, Zhao Ruyi2, Hui Zhengbu2

1.DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China2.No. 203ResearchInstitute,CNNC,Xianyang712000,Shaanxi,China

The REE geochemistry of four groups of samples (the regional stratigraphy, ore-hosting rocks, altered rocks, and uranium ores) were analyzed by using ICP-MS method to investigate the genesis of the uranium bearing granite in Danfeng area, North Qinling. The different groups of samples show significant similarity in LREE-enriched REE patterns and negative Eu anomalies. This indicates that the ore-hosting rocks and regional strata were formed in a typical island arc tectonic environment. Besides, altered rocks and uranium ores inherited abundant REE geochemical characteristics from the ore-hosting rocks. The rocks and uranium ores with narrow range of Y/Ho ratios between 25.09-33.46 were derived from the same source. In addition, uranium ores are characterized by highest ∑HREE,and HREE contents correlate positively with uranium ores grades, which is regarded as a clue to a simultaneous transportation of HREE and U.

REE; geochemistry; uranium bearing granite; Danfeng area; North Qinling

10.13278/j.cnki.jjuese.201506113.

2015-02-13

中國核工業(yè)地質(zhì)局鈾礦地質(zhì)項(xiàng)目(201351)；中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212011120567，1212011220375)

王江波(1982--)，男，博士研究生，主要從事礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)方面的研究，E-mail:sunshine3426@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201506113

P595

A

王江波，賴紹聰，李衛(wèi)紅，等.北秦嶺丹鳳地區(qū)產(chǎn)鈾花崗巖稀土元素地球化學(xué)特征.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2015,45(6):1713-1721.

Wang Jiangbo, Lai Shaocong, Li Weihong,et al.REE Geochemical Characteristics of Uranium Bearing Granite in Danfeng Area, North Qinling.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(6):1713-1721.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201506113.