下莊鈾礦田中基性脈巖地球化學(xué)特征及其控礦作用

賴中信

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院, 湖北 武漢 430074；2.廣東省核工業(yè)地質(zhì)局293大隊(duì)，廣東 廣州 510800)

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下莊鈾礦田中基性脈巖地球化學(xué)特征及其控礦作用

賴中信1，2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院, 湖北 武漢 430074；2.廣東省核工業(yè)地質(zhì)局293大隊(duì)，廣東 廣州 510800)

研究下莊鈾礦田中基性脈巖的地球化學(xué)特征發(fā)現(xiàn)，其Fe3+、Fe2+、K2O、Na2O和Al2O3等的含量與SiO2呈線性關(guān)系，鈾礦化與硅化和堿交代關(guān)系密切，而與其他常量化學(xué)組分的關(guān)系并不明顯。對(duì)流體作用敏感的U/Th、Pb/Ce、Ba/La、Cs/Rb特征值和對(duì)流體作用不敏感的Ce/Yb值，為中基性脈巖后期存在的流體作用提供了佐證。研究結(jié)果顯示，中基性脈巖對(duì)鈾成礦的控制作用主要是通過對(duì)構(gòu)造裂隙的控制來實(shí)現(xiàn)；所謂的“交點(diǎn)”控礦，本質(zhì)上是硅化帶型鈾礦化以“界面效應(yīng)”控礦方式呈現(xiàn)的特殊表現(xiàn)形式。

流體作用；中基性脈巖；堿交代；界面效應(yīng)；下莊鈾礦田

1 引言

在下莊鈾礦田已發(fā)現(xiàn)的礦床中，約有40%左右的鈾礦體賦存在中基性巖墻中或與其相關(guān)。這些鈾礦體的平均品位較高，有著易采、易選冶的特點(diǎn)。故對(duì)中基性脈巖的控礦機(jī)理(即“交點(diǎn)型”鈾礦成礦機(jī)理)進(jìn)行研究，無論是對(duì)下莊鈾礦田的下一輪找礦，還是對(duì)花崗巖型鈾礦成礦理論的研究均有深遠(yuǎn)意義。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)處于南嶺諸廣山南部、貴東巖體的東部。貴東巖體處于閩贛后加里東隆起與湘桂粵北海西-印支坳陷的交接部位。下莊鈾礦田受黃陂斷裂與馬屎山斷裂所夾持，區(qū)內(nèi)東西向、北東東向、北北東向3組斷裂相互交織，控制了礦田內(nèi)鈾礦床的分布。其中，北北東向的硅化斷裂帶與近東西向的中基性脈巖呈近等間距分布，形成似棋盤格子狀構(gòu)造(圖1)。

研究區(qū)除了殘坡積層外，巖漿巖廣布全區(qū)，主要為印支期花崗巖和印支-燕山期花崗巖，發(fā)育有中基性脈巖。在礦田南部和中部主要呈巖基出露魯溪巖體和下莊巖體，北部從東至西由呈半環(huán)狀排列分布的帽峰、分水坳、龜尾山、白水寨和巖莊等巖體組成，與下莊巖體呈侵入接觸關(guān)系。

圖1 下莊鈾礦田地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of Xiazhuang uranium orefield1—上白堊統(tǒng)；2—泥盆系；3—寒武系；4—英安斑巖；5—細(xì)粒白云母花崗巖；6—中細(xì)粒二云母花崗巖；7—花崗閃長巖；8—巖相分界線；9—輝綠巖脈；10—硅化帶；11—石英脈；12—不整合界線；13—大中型鈾礦床及其編號(hào)；14—小型鈾礦床及其編號(hào)；15—產(chǎn)狀；16—居民點(diǎn)。

3 中基性脈巖地球化學(xué)特征

3.1 巖石化學(xué)特征

研究區(qū)中基性脈巖巖石化學(xué)分析結(jié)果見表1。中基性巖脈的SiO2含量為46.39%～71.35%，平均值為55.76%，表明部分巖石已強(qiáng)烈硅化(對(duì)比其礦化程度可知，巖石的硅化與鈾礦化成正相關(guān))；K2O含量為0.21%～9.25%，平均值為2.35%(部分礦化段樣品的鉀含量極高)；Na2O含量為0.80%～7.82%，平均值為3.17，增高趨勢(shì)與K2O一致；(K2O+Na2O)值為1.83% ～13.23%，平均值為5.52，遠(yuǎn)高于正常中基性巖的堿含量，說明中基性脈巖發(fā)生了堿交代； Al2O3含量為12.23%～19.22%，平均值為14.60%?？紤]到樣品已強(qiáng)烈硅化，故不宜用TAS圖解方法對(duì)巖性進(jìn)行分類。但由于中基性脈巖在硅化過程中對(duì)Fe3+、Fe2+、Ti4+、Al3+、Mg2+等的影響較小，故采用Fe3++Fe2++Ti-Al-Mg圖對(duì)研究區(qū)中基性巖進(jìn)行類別歸屬研究(圖2a)。結(jié)果顯示，絕大多數(shù)樣品落在高鐵拉斑玄武巖的范圍，只有少數(shù)落在高鋁拉斑玄武巖區(qū)。在K2O-Na2O圖(圖2b)中，所有樣品均落在鉀質(zhì)巖和鈉質(zhì)巖的范圍內(nèi)，鈉質(zhì)巖范圍內(nèi)的樣品基本上是未見礦化的中基性脈巖原巖。

表1 下莊鈾礦田中基性脈巖巖石化學(xué)成分分析結(jié)果(%)

圖2 下莊鈾礦田中基性脈巖Fe3++Fe2++Ti-Al-Mg和K2O-Na2O圖Fig.2 Fe3++Fe2++Ti-Al-Mg and K2O-Na2O diagram for intermediate-basic dike rock in Xiazhuang uranium orefieldUMK—超基性科馬提巖；BK—玄武質(zhì)科馬提巖；HMT—高鎂拉斑玄武巖；HFT—高鐵拉斑玄武巖；HAT—高鋁拉斑玄武巖。

3.2 礦化段與非礦化段中基性脈巖物質(zhì)成分對(duì)比

研究區(qū)鈾成礦與硅化蝕變的關(guān)系密切，硅化與鈾礦化呈正相關(guān)，故以巖石的SiO2含量為橫坐標(biāo)，以其他化學(xué)組分為縱坐標(biāo)作圖(圖3)進(jìn)行物質(zhì)成分研究。鉆孔中取得的中基性脈巖具有一定的鈾礦化及較強(qiáng)的圍巖蝕變，故可作為礦化段巖石與地表無礦化中基性脈巖樣品進(jìn)行對(duì)比，研究中基性脈巖在礦化過程中物質(zhì)成分的變化規(guī)律。結(jié)果顯示，隨著硅化增強(qiáng)，F(xiàn)e2O3和FeO均減少，可能與礦化段常伴隨黏土化等褪色蝕變，部分鐵離子因淋濾作用而流失有關(guān)。由圖3可知，隨著硅化的增強(qiáng)，K2O含量迅速增高，說明巖石的“鉀交代”與鈾成礦關(guān)系密切；Al2O3與SiO2呈正相關(guān)，結(jié)合礦物學(xué)及野外觀察判斷，應(yīng)由鉀鈉長石化所致，也證明了堿交代作用的存在。

圖3 下莊鈾礦田中基性脈巖FeO-SiO2、Fe2O3-SiO2、K2O-SiO2和Al2O3-SiO2圖Fig.3 FeO-SiO2,Fe2O3-SiO2,K2O-SiO2 and Al2O3-SiO2diagram for intermediate-basic dike rock in Xiazhuang uranium orefield

4 中基性脈巖控礦機(jī)理

前人研究成果表明，區(qū)內(nèi)鈾成礦與中基性脈巖關(guān)系密切[1]；中基性脈巖雖不能為成礦提供鈾源，但提供了有利于鈾沉淀富集的場所；中基性脈巖成巖年齡與鈾成礦年齡接近，其揮發(fā)性成分和對(duì)圍巖的加熱作用[2]，為鈾從花崗巖中活化轉(zhuǎn)移創(chuàng)造有利條件。中基性脈巖提供的礦化劑(ΣCO2)主要源自受控于巖石圈伸展導(dǎo)致的地幔去氣,對(duì)鈾成礦的作用一方面表現(xiàn)為加入到貧礦化劑的地下水中以便鈾元素遷移,另一方面表現(xiàn)在從成礦流體中逸出,改變熱液中絡(luò)離子的組成,導(dǎo)致鈾沉淀成礦[3]。前人研究還表明，地幔流體對(duì)研究區(qū)鈾成礦有著重要的作用[4-6]；有學(xué)者通過H、O同位素研究證明了這一點(diǎn)：成礦前期和成礦期，成礦流體主要由地幔流體組成[7-8]；鈾源來自水熱系統(tǒng)之圍巖[9-10],即由地幔流體對(duì)地殼基底巖石和圍巖中鈾的浸取[6,11-12]。

為了判明研究區(qū)中基性脈巖在形成過程中是否有地幔流體參與,筆者選擇一些在流體作用中具有不同地球化學(xué)行為的微量元素進(jìn)行對(duì)比研究[13]。具體選擇了對(duì)流體作用敏感的U/Th、Pb/Ce、Ba/La 和Cs/Rb作為判別地幔流體是否參與的微量元素地球化學(xué)參數(shù),同時(shí)選擇Ce/Yb(對(duì)流體作用不敏感元素)作為對(duì)比參照。根據(jù)表2分析結(jié)果作出U/Th-Ce/Yb、Pb/Ce-Ce/Yb、Ba/La-Ce/Yb 和Cs/Rb-Ce/Yb圖。由表2和圖4可見，研究區(qū)中基性脈巖的U/Th、Pb/Ce、Ba/La 和Cs/Rb元素對(duì)比值變動(dòng)范圍較大,除了U/Th-Ce/Yb圖外，其他圖變化趨勢(shì)與圖中地幔流體作用趨向線指示方向基本一致，即地幔流體加入時(shí)元素對(duì)比值的變化趨勢(shì)大體一致。這為研究區(qū)中基性脈巖存在地幔流體交代作用提供了重要的地球化學(xué)證據(jù)。由于大多數(shù)樣品取自地表，研究區(qū)氣候溫暖潮濕，風(fēng)化淋濾作用帶走了一部分鈾，導(dǎo)致釷含量較鈾相對(duì)增高，故U/Th-Ce/Yb圖表現(xiàn)得稍有不同。除此之外，也有前人認(rèn)為，研究區(qū)釷鈾比值的特點(diǎn)可能主要和中基性巖漿源區(qū)的性質(zhì)有關(guān)[2]。

表2 下莊鈾礦田中基性脈巖微量元素含量(×10-6)及特征參數(shù)

圖4 下莊鈾礦田中基性脈巖Pb/Ce-Ce/Yb、U/Th-Ce/Yb、Ba/La-Ce/Yb和Cs/Rb-Ce/Yb圖Fig.4 Pb/Ce-Ce/Yb,U/Th-Ce/Yb,Ba/La-Ce/Yb and Cs/Rb-Ce/Yb diagram for intermediate-basic dike rock in Xiazhuang uranium ore field

5 控礦作用分析

綜上研究表明，研究區(qū)與中基性脈巖有關(guān)的“交點(diǎn)型”鈾礦，其本質(zhì)是構(gòu)造裂隙和圍巖蝕變控礦，屬于硅化帶型鈾礦的一種表現(xiàn)形式。所謂的交點(diǎn)控礦，實(shí)質(zhì)是構(gòu)造裂隙的分布。由于中基性脈巖本身受深大斷裂控制，中基性脈巖與花崗巖的接觸面是一個(gè)物理化學(xué)突變界面，有利于裂隙發(fā)育和成礦流體的活動(dòng)，故可控制礦體的展布。這一特點(diǎn)也可稱為不同巖體之間的“邊界效應(yīng)”。由于中基性脈巖的機(jī)械物理強(qiáng)度較花崗巖低，且多以巖墻巖脈的形式分布于以巖基產(chǎn)出的花崗巖之中，故在后期構(gòu)造應(yīng)力的作用下，中基性脈巖更易破碎，更容易形成成礦物質(zhì)的運(yùn)送通道和沉淀場所，故中基性脈巖對(duì)成礦在空間上存在控制作用。又因?yàn)殁櫟V體大多數(shù)受硅化帶次級(jí)構(gòu)造的控制，礦化常形成于硅化帶與中基性脈巖交匯部位，形成單“交點(diǎn)”和雙“交點(diǎn)”控礦的現(xiàn)象，或者沿著硅化帶與中基性巖脈的橫斷面展布。

由此可見，中基性脈巖對(duì)鈾成礦的控制作用，并不表現(xiàn)在地球化學(xué)方面，而是其幾何空間展布和機(jī)械物理方面。中基性脈巖與花崗巖的接觸界面、中基性脈巖中的構(gòu)造裂隙和與中基性脈巖在空間上相聯(lián)系的斷裂構(gòu)造，是研究區(qū)鈾富集成礦的有利場所，其將是下一步勘查的重點(diǎn)。

6 結(jié)論

通過對(duì)下莊鈾礦田中基性脈巖巖石地球化學(xué)特征研究和實(shí)際勘查成果對(duì)比，可以總結(jié)如下：

(1)FeO、Fe2O3、K2O和Al2O3等與SiO2的關(guān)系研究表明，鈾礦化與硅化和鉀交代關(guān)系密切，而與其他化學(xué)組分的關(guān)系不明顯。

(2)對(duì)流體作用敏感的U/Th、Pb/Ce、Ba/La、Cs/Rb等微量元素對(duì)比值和對(duì)流體作用不敏感的Ce/Yb值研究結(jié)果，為該區(qū)中基性脈巖存在地幔流體作用提供了佐證。

(3)區(qū)內(nèi)中基性脈巖對(duì)鈾成礦的控制作用是通過構(gòu)造裂隙實(shí)現(xiàn)的。所謂的“交點(diǎn)”控礦，是硅化帶型鈾礦化以“界面效應(yīng)”控礦呈現(xiàn)的一種特殊表現(xiàn)形式。

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The Geochemical Character of Intermediate-basic Dikes and Its Control on Uranium Deposits in Xiazhuang Ore Field

LAI Zhong-xin1,2

(1.ChinaUniversityofGeosciences,FacultyofEarthSciences;Wuhan，Hubei430074,China; 2.GeologicPartyNo.293,GuangdongNuclearIndustryBuerau,Guangzhou,Guangdong510800,China)

Geochemical study of major element in intermediate-basic dikes in Xiazhuang uranium orefiled found that the content of Fe3+, Fe2+, K2O, Na2O Al2O3is in liner realtion with SiO2,uranium mineralization is closely related to silicification, but has less realtion to other major elements. Research on fluid sensitive U/Th, Pb/Ce, Ba/La and Cs/Rb ratio and non-sensitive, Ce/Yb ratio provides the evidence for the later fluid action of intermediate-basic dikes. The results showed that the control effect of intermediate-basic dikes to uranium ore formation was by controlling the fracture fissures, the so-called "intersection" controll of mineralization is fundamentally a special silicification zone type uranium mineralization controlled by " the effect of interface "

the effect of fluids；intermediate-basic dyke；alkali metasomatism； effect of interface

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.03.003

中央地質(zhì)勘查基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：2009441002)。

2014-06-17

賴中信(1964—)，男，高級(jí)工程師，在讀博士研究生，地質(zhì)勘查專業(yè)。E-mail：lai.yd@163.com

1000-0658(2015)03-0370-07

P612;P613

A