納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征及與鈾礦化關(guān)系

陳金勇, 范洪海, 王生云, 顧大釗

?

納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征及與鈾礦化關(guān)系

陳金勇1,2*, 范洪海1,2, 王生云1,2, 顧大釗1,2

(1. 中國核工業(yè)集團(tuán)公司 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院, 北京?100029; 2. 中國核工業(yè)集團(tuán)公司 鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京?100029)

為了解礦化白崗巖是否遭受后期熱液的疊加改造及鈾成礦期次, 對(duì)納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖稀土元素和微量元素地球化學(xué)特征進(jìn)行了詳細(xì)研究。研究表明, 從未礦化到富礦白崗巖, 稀土元素總量有明顯的增長趨勢(shì), 說明稀土元素的富集與白崗巖鈾礦化具有同步性。該地區(qū)白崗巖鈾礦化作用至少存在兩期: 一是巖漿結(jié)晶分異作用所形成的, 為主成礦期, 其球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式表現(xiàn)為Eu虧損的輕稀土富集右傾型, U與Pb、Th、Co、Rb、Sr、Ni、 Sb、Cs、Zr、Hf及REE關(guān)系密切, 說明它們具有同源性; 二是熱液疊加改造作用形成的, 主要發(fā)育于構(gòu)造破碎帶, 其球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式表現(xiàn)為Eu虧損的重稀土富集左傾型, U與Pb、Th、Sc、Cr、Co、Zn、Nb、Mo、Ta、Yb及HREE相關(guān)性高。

稀土元素; 微量元素; 鈾礦化; 熱液; 白崗巖; 歡樂谷地區(qū); 納米比亞

0 引?言

納米比亞位于非洲西南部, 礦產(chǎn)資源非常豐富, 現(xiàn)已查明的鈾礦床類型主要為侵入巖型、表生型和砂巖型。納米比亞羅辛(R?ssing)鈾礦床是世界上著名的白崗巖型鈾礦[1]。隨著地質(zhì)工作的開展, 在其周邊的瓦倫西亞(Valencia)、羅辛南(R?ssing South)、Ida Dome、Goanikontes、歡樂谷(Gaudeanmus)等地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)白崗巖型鈾礦[2?11]。對(duì)白崗巖獨(dú)居石U-Pb年代學(xué)的研究表明, 其形成年齡為(509±1) Ma, 與原生晶質(zhì)鈾礦的形成年齡(508±2) Ma基本一致[12?13]。但是對(duì)白崗巖型鈾礦的形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)卻存在諸多爭議, Nex.[13]認(rèn)為白崗巖型鈾礦僅由巖漿結(jié)晶分異作用形成, 沒有受到熱液的改造; Herd[14]則在礦化白崗巖中發(fā)現(xiàn)有后期流體, 但僅與硅鈣鈾礦等次生鈾礦的形成有關(guān); 而陳金勇等[10?11]在礦化白崗巖中發(fā)現(xiàn)瀝青鈾礦, 表明白崗巖型鈾礦是由原始巖漿的結(jié)晶分異作用以及后期熱液的疊加改造作用形成。究其原因就是對(duì)后期熱液的疊加改造尚未取得統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。

微量元素及稀土元素是重要的地球化學(xué)示蹤劑, 是用于探討成巖(成礦)物質(zhì)來源及形成機(jī)制的有力工具[15?19]。本次工作試圖通過研究礦化白崗巖的微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征, 來判斷哪些微量元素與鈾礦化密切相關(guān)及是否存在后期熱液對(duì)礦化白崗巖進(jìn)行疊加改造, 并確定成礦期次, 為研究成礦機(jī)制提供重要證據(jù), 也進(jìn)一步為成礦模式與成礦預(yù)測(cè)提供充分依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

橫貫非洲大陸的達(dá)馬拉造山帶, 屬于泛非造山帶的一部分, 為晚前寒武紀(jì)(新元古代)和早古生代(650～460 Ma)的造山帶, 是Kalahari、Congo和Rio de la Plata克拉通碰撞的產(chǎn)物[20]。其在納米比亞可劃分為正北方向的海岸線分支和北東向的陸內(nèi)分支, 其中陸內(nèi)分支又可細(xì)分為北部地體、北帶、北部中央帶、南部中央帶、Okahandja線性構(gòu)造帶、南帶、南部邊緣帶和南部地體[21?22]。各個(gè)地帶的邊界主要是由航磁解譯圖上解譯的斷裂或線性構(gòu)造帶所確定的[23]。納米比亞所有白崗巖鈾礦化點(diǎn)全部發(fā)育于中央帶[24]。歡樂谷地區(qū)大地構(gòu)造位置歸屬于達(dá)馬拉造山帶的南部中央帶(圖1)。南部中央帶以侵入大量花崗巖和發(fā)生高溫低壓變質(zhì)作用(高角閃巖相至麻粒巖相)為顯著特征[25]。

歡樂谷地區(qū)出露的主要地層有: 早前寒武系的前達(dá)拉基底(Abbabis雜巖體)及上元古界達(dá)馬拉層序的Nosib群地層和Swakop群地層。Nosib群地層包括艾杜西斯組(Etusis)和可汗組(Khan); Swakop群地層包括羅辛組(R?ssing)、楚斯組(Chuos)、卡里畢比組(Karibib)和卡塞布組(Kuiseb)。Abbabis基底雜巖以眼球狀片麻巖和石英長石片麻巖為主, 含少量泥質(zhì)片巖、石英巖、大理巖和斜長角閃巖等, 年代學(xué)研究結(jié)果表明, 該組片麻巖存在兩個(gè)不同年齡, 分別為(2093±51) Ma和(1038±58) Ma (U-Pb SHRIMP)[26]。艾杜西斯組不整合于Abbabis變質(zhì)基底雜巖之上, 主要分布在歡樂谷地區(qū)穹窿的核部, 或者背斜的核部, 巖性主要為變質(zhì)礫巖、石英巖、長石砂巖、片巖和片麻巖等。在達(dá)馬拉造山帶中, Hoffmann.[27]測(cè)得達(dá)馬拉層序底部與裂谷相關(guān)的酸性火山巖年齡為(746±2) Ma, 表明了艾杜西斯組的形成年齡晚于(746±2) Ma?？珊菇M以巖石呈灰綠色、有大量花崗巖脈侵入為特征, 由輝石石榴片麻巖、片巖和角閃巖等組成。羅辛組不整合于可汗組之上, 其出露的巖性特征為發(fā)育上、下兩套大理巖、堇青石片麻巖和鈣硅質(zhì)巖。礦化白崗巖主要侵入于羅辛組和可汗組, 也有部分侵入于卡里畢比組和卡塞布組(當(dāng)羅辛組缺失或減薄時(shí)), 本研究區(qū)的鈾礦化即為后者情況。楚斯組以發(fā)育一層冰磧巖為特征, 出露的巖性主要有: 冰磧巖、鈣硅質(zhì)巖和石英巖等。研究表明, 楚斯組冰磧巖的形成與全球Sturtian冰期事件有關(guān), 從而大致確定楚斯組的形成時(shí)間為710 Ma[28]。卡里畢比組主要由厚層狀大理巖、鈣硅質(zhì)巖、片巖和片麻巖等組成, 其中厚層狀大理巖發(fā)育強(qiáng)烈的片理化?？ㄈ冀M的主要巖性為泥質(zhì)片巖、片麻巖、混合巖、鈣硅質(zhì)巖和石英巖。

2 巖石學(xué)與礦物學(xué)特征

歡樂谷地區(qū)白崗巖呈脈狀、網(wǎng)脈狀及似層狀產(chǎn)出, 寬度為0.1~200 m不等(圖2), 礦化白崗巖主要侵入于羅辛組和卡里畢比組的大理巖及可汗組和卡塞布組的片麻巖中, 其形成年齡為(497±5.5) Ma (LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡)[29]。經(jīng)野外觀察和巖芯對(duì)比分析, 認(rèn)為富礦石可分為兩類: 一是由巖漿結(jié)晶作用所形成, 二是由后期熱液疊加改造作用所形成, 該期鈾礦化主要發(fā)育在構(gòu)造破碎帶處, 白崗巖具有強(qiáng)烈的蝕變(圖3a), 蝕變類型有鈉長石化(圖3c)、硅化、白云母化、伊利石化(圖3b)、高嶺石化(圖3a)、絹云母化、綠泥石化(圖3d)、黃鐵礦化(圖3e)和赤鐵礦化(圖3a)等。

圖1?納米比亞歡樂谷地區(qū)地質(zhì)簡圖及鈾異常點(diǎn)分布

圖2?納米比亞歡樂谷地區(qū)18號(hào)礦化帶西部地質(zhì)剖面圖

圖3?納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖巖石學(xué)、礦物學(xué)及其蝕變特征

(a) 礦化白崗巖發(fā)生高嶺土化、褐鐵礦化等; (b) 礦化白崗巖發(fā)生伊利石化; (c) 白崗巖發(fā)生鈉長石化(Ab); (d)黑云母發(fā)生綠泥石化(Chl), 在綠泥石中含硅鈣鈾礦(Urp); (e) 在鉀長石(Kf)裂隙中充填黃鐵礦脈(Py); (f)白崗巖發(fā)育蠕英石(My)現(xiàn)象; (g)晶質(zhì)鈾礦(Ur)與鋯石(Zr)共生, 黃鐵礦(Py) 充填其反射性暈圈內(nèi); (h) 黃鐵礦(Py)邊緣見有脈狀的瀝青鈾礦(Ptc)和鈾石(Cof); (i) 瀝青鈾礦(Ptc)分布于黃鐵礦(Py)周圍, 并伴生硅鈣鈾礦(Urp)、鋯石(Zr)和獨(dú)居石(Mnz)

白崗巖呈中粒、粗粒至偉晶結(jié)構(gòu), 以石英呈煙灰色、灰黑色為識(shí)別特征, 主要由石英、斜長石和鉀長石組成, 含少量黑云母和白云母, 發(fā)育蠕英石和鈉長石凈邊結(jié)構(gòu)等現(xiàn)象(圖3f)。副礦物有鋯石、磷灰石、獨(dú)居石、綠簾石、金紅石、榍石、黃鐵礦、方鉛礦、鈦鐵礦、赤鐵礦及各種鈾礦物等。大多數(shù)白崗巖樣品的鉀長石含量都高于或略高于斜長石, 因此, 白崗巖主要為正長花崗巖和二長花崗巖, 少數(shù)為堿長花崗巖、花崗閃長巖和英云閃長巖。

通過巖礦鑒定和電子探針分析, 納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖型鈾礦床中鈾主要呈獨(dú)立的鈾礦物形式存在, 少量鈾以類質(zhì)同像的形式存在于釷礦物中, 鈾礦物主要為鈾的氧化物、鈾鈦氧化物和鈾硅酸鹽[10?11]。其中鈾的氧化物主要是晶質(zhì)鈾礦(圖3g)、瀝青鈾礦(圖3h, 圖3i)和釷鈾礦。晶質(zhì)鈾礦一般大小不一, 從幾μm到5 mm, 常被造巖礦物如斜長石、黑云母包裹, 鏡下觀察晶質(zhì)鈾礦與黑云母、長石礦物接觸部位易形成放射性暈圈。瀝青鈾礦常呈脈狀、細(xì)脈狀分布于綠泥石和黃鐵礦邊緣。鈾鈦氧化物是一種復(fù)雜的礦物, 包括鈦鈾礦、鈮鈦鈾礦和鈾燒綠石族。鈾硅酸鹽有硅鈣鈾礦(圖3i)、鈾石和鈾釷石。其中, 巖漿結(jié)晶鈾礦物約占69%, 而熱液形成鈾礦物僅占31%, 可見該地區(qū)白崗巖型鈾礦以巖漿期成礦作用為主, 同時(shí)又受到后期熱液的疊加改造作用[10]。

3 樣品采集與分析

根據(jù)野外巖石的相互接觸關(guān)系、巖石學(xué)特征和放射性等宏觀地質(zhì)特征, 歡樂谷地區(qū)共發(fā)育6類白崗巖[13], 其中只有石英呈煙灰色的白崗巖為鈾礦石。本次研究采集的樣品主要為歡樂谷地區(qū)鉆孔中的礦石, 共采集13個(gè)樣品, 主要包括新鮮的未礦化白崗巖(ZK11-11-20、ZK0-11-9、ZK20-1-3)、弱礦化白崗巖(ZK0-11-8、ZK0-11-10、ZK80-9-2)、富礦白崗巖(ZK76-13-5、ZK76-13-6、ZK76-13-8、ZK76-13- 19、ZK80-9-4、LS-1、ZK15-2-7), 樣品采于18號(hào)異常帶(圖1)。

樣品微量元素、稀土元素含量測(cè)試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究所完成, 所用儀器為德國Finnigan-MAT公司制造HR-ICP-MS(ElementⅠ), 測(cè)試方法依據(jù)為DZ/T0223-2001方法通則, 工作溫度、相對(duì)濕度分別為20 ℃和30%, 微量元素、稀土元素含量大于10 μg/g時(shí)相對(duì)誤差小于5%, 小于10 μg/g時(shí)的相對(duì)誤差小于10%, 詳細(xì)的分析流程見相關(guān)文獻(xiàn)[30]。

4?微量元素特征

納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖的微量元素?cái)?shù)據(jù)見表1, 未礦化、弱礦化及富礦白崗巖的鈾含量分別為13.9~87.8、187~464和1201~21053 μg/g。Rb/Sr值在1.07~7.53之間, 平均為4.29, 遠(yuǎn)高于中國東部地殼的平均值(0.31)和全球上地殼平均值(0.32)[31?32], 反映了該地區(qū)白崗巖具有高成熟度地殼特征。Nb/Ta值在8.22~35.8之間, 平均為15.2; Zr/Hf值在27.8~33.7之間, 平均為30.8(除樣品ZK76-13-8以外), 符合殼源花崗巖地球化學(xué)特征。Th/U值在0.07~1.22之間, 平均為0.47(樣品ZK20-1-3可能富含釷礦物, 因此不計(jì)算在內(nèi)), 為巖漿成因花崗巖特征。在未礦化和弱礦化白崗巖中, Ba/Rb值在0.39～0.54之間, 平均為0.43, 而富礦白崗巖的Ba/Rb值在0.5~1.52之間, 平均為0.87, 因此, Ba/Rb值可以作為區(qū)分含礦和不含礦白崗巖的指標(biāo)之一。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖4)中, 無論是含礦白崗巖還是不含礦白崗巖, 均表現(xiàn)為富集Rb、Th、U和Pb等大離子親石元素, 相對(duì)虧損Ti、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素。Sr呈明顯負(fù)異?？赡芘c巖漿分異或巖漿中鈣含量偏低有關(guān), 表明巖漿部分熔融或結(jié)晶分異過程中具有斜長石的分離。Ba的強(qiáng)烈虧損具有非造山花崗巖的特征, 以及Ta元素的富集也均反映了巖漿存在強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用。而Ti負(fù)異常則可能是鈦鐵氧化物分離結(jié)晶的結(jié)果, 表明結(jié)晶分異完全[33]。

5 稀土元素特征

納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖稀土元素分析結(jié)果見表2, 未礦化、弱礦化及富礦白崗巖的稀土元素總量(ΣREE)分別為222~377 μg/g (平均為303 μg/g)、385~1763 μg/g (平均為878 μg/g)和109~5994 μg/g (平均為1926 μg/g), 從未礦化到富礦白崗巖有明顯的增長趨勢(shì), 這可能與鈾礦物中富含稀土元素有關(guān)。其球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式(圖5)呈現(xiàn)兩種類型: 一種是Eu虧損的輕稀土富集右傾型(圖5a); 另一種是Eu虧損的重稀土富集左傾型(圖5b)。Eu明顯虧損(Eu為0.03~0.47, 平均為0.22), 表明巖漿經(jīng)過強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用。

(a) 未礦化和弱礦化白崗巖; (b) 富礦白崗巖

右傾型包括所有未礦化、弱礦化及部分富礦白崗巖(ZK76-13-8、ZK80-9-4及ZK15-2-7), LREE/ HREE值為6.63~25.11, 平均為13.6, 且從未礦化到富礦白崗巖有逐漸減小的趨勢(shì),Eu為0.03~0.39, 平均為0.18, 表明白崗巖是地殼淺部巖石經(jīng)過部分熔融所形成的。Ce為0.91~1.01, 平均為0.96, 無異?，F(xiàn)象。(La/Yb)N值為6.95~43.79, 平均為25.15, 表明輕稀土相對(duì)富集, 輕重稀土分餾明顯; (La/Sm)N值為2.88~8.49, 平均為4.90, 說明輕稀土的分餾程度較為顯著; (Gd/Yb)N值為1.17~4.96, 平均為2.87, 即重稀土的分餾程度也較為明顯。該類稀土元素分布模式表明鈾礦化主要由巖漿結(jié)晶分異作用形成。

部分富礦白崗巖(ZK76-13-5、ZK76-13-6、ZK76-13-19和LS-1)的稀土元素分布模式表現(xiàn)為左傾型, LREE/HREE值為0.6~2.31, 平均為1.35, (La/Yb)N值為0.19~1.79, 平均為0.89, 表明重稀土元素相對(duì)富集, 但輕重稀土之間的分餾不明顯。Eu為0.14~0.47, 平均為0.31,Ce為1.01~1.20, 平均為1.07。(La/Sm)N值為0.32~1.98, 平均為1.16, 說明輕稀土的分餾不明顯; (Gd/Yb)N值為0.53~0.77, 平均為0.63, 即重稀土的分餾也不明顯。該類稀土元素分布模式表明鈾礦化受到后期熱液的影響。

6?討?論

6.1?微量元素與鈾礦化的相關(guān)性

經(jīng)上述分析, 富礦白崗巖根據(jù)成礦作用的不同可細(xì)分為巖漿期礦化和熱液改造期礦化兩類, 通過SPSS統(tǒng)計(jì)軟件分別對(duì)未礦化、弱礦化、巖漿期礦化及熱液改造期礦化白崗巖的微量元素進(jìn)行R型聚類分析, 找出與U關(guān)系密切的微量元素組合。由表3可知, 從未礦化到富礦白崗巖, 其微量元素與U的相關(guān)性并不一致。因此, 筆者著重從巖漿期礦化和熱液改造期礦化白崗巖入手, 來探討微量元素與U的關(guān)系。

圖5?納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)文獻(xiàn)[33])

(a) 輕稀土富集右傾型; (b) 重稀土富集左傾型

表3?納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖中鈾與微量元素的相關(guān)系數(shù)

從U與各元素相關(guān)性(表3, 圖6)可以看出, 巖漿期礦化白崗巖中, 與U呈正相關(guān)的元素有: Sc、Co、Ni、Rb、Sr、Nb、Sb、Cs、Ta、Pb、Th、Zr、Hf、Yb和REE; 呈負(fù)相關(guān)的有: Cr、Cu、Zn、Mo、Ba和W。其中, U主要與Pb、Th(圖6a)、Co、Rb、Sr、Ni、 Sb、Cs、Zr(圖6b)、Hf及REE的相關(guān)性較高, 相關(guān)系數(shù)為0.805~0.995, 反映了U與Pb、Th、Zr、Hf和REE等具有高度同源性。另外, U與(La/Yb)N呈正相關(guān), 與LREE的相關(guān)系數(shù)(0.839)比HREE的(0.764)大, 說明巖漿期礦化白崗巖比較富集輕稀土元素。U與Rb/Sr值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖6e), 表明在巖漿成礦作用過程中, 白崗巖的Rb/Sr值越低, U含量就越高, 反之亦然。

圖6?納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖中U與其他微量元素的相關(guān)性圖解

熱液改造期礦化白崗巖中, 與U呈正相關(guān)關(guān)系的元素有: Sc、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Ta、W、Pb、Th、Yb和REE; 呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的元素有: Rb、Sr、Sb、Cs、Ba、Zr和Hf。其中, U主要與Pb、Th(圖6a)、Sc、Cr、Co、Zn、Nb、Mo、Ta、Yb和HREE(圖6d)具有較高相關(guān)性, 相關(guān)系數(shù)為0.906～0.999, 表明熱液中的U與Co、Zn、Mo和HREE等元素可能來自同一源區(qū)。而U與Rb/Sr值基本無相關(guān)性(圖6e), U與(La/Yb)N呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, 這也是與巖漿期礦化白崗巖的不同點(diǎn)之一。再則, U與HREE的相關(guān)系數(shù)(0.973)遠(yuǎn)大于與LREE的相關(guān)系數(shù)(0.256)(圖6c, 圖6d), 說明相對(duì)于輕稀土元素, 白崗巖經(jīng)后期熱液改造后更富集重稀土元素, 因此熱液改造期礦化白崗巖的稀土元素分布模式才呈左傾型。

6.2 鈾成礦期次

由微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式可以看出, 該地區(qū)白崗巖型鈾礦主要是由原始巖漿結(jié)晶分異作用形成的。且礦化白崗巖的143Nd/144Nd初始值(0.511102~0.511301)和87Sr/86Sr初始值(0.73035~0.79345)與Abbabis組雜巖體的143Nd/144Nd (0.510771~0.511163)和87Sr/86Sr (0.73368~0.81824)基本一致[35?37], 因此, 鈾應(yīng)主要來源于富鈾的Abbabis組雜巖體。該期鈾礦物包括晶質(zhì)鈾礦、鈦鈾礦、鈮鈦鈾礦、鈾石、鈾釷石及釷鈾礦等原生鈾礦物。

大離子親石元素地球化學(xué)性質(zhì)活潑, 對(duì)于研究花崗巖水-巖作用及元素的遷移能力具有十分重要的作用[38]。歡樂谷地區(qū)白崗巖樣品中大離子親石元素(Rb、Ba、Sr和K)并非完全呈線性組合表明, 部分巖石明顯受到熱液或巖漿期后熱液的影響[35](圖7)。這與野外觀察到的礦化白崗巖發(fā)生高嶺石化、絹云母化、綠泥石化、黃鐵礦化及褐鐵礦化等蝕變是一致的(圖3)。

圖7?納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖中大離子親石元素的變化

后期熱液疊加改造引起部分白崗巖再次發(fā)生鈾礦化作用, 也使得該期白崗巖偏向于富集重稀土元素(圖6f), 這一點(diǎn)從稀土元素分布模式也同樣可以得到證實(shí)。在熱液鈾礦化過程中伴隨著重稀土的富集作用, 這是熱液鈾礦床一個(gè)十分普遍的現(xiàn)象[39?41]。其原因主要有: (1)受“鑭系收縮”的影響, 重稀土元素的離子半徑減小, 電離勢(shì)增強(qiáng), 因而配位能力也相應(yīng)增強(qiáng), 使重稀土元素在熱液中的絡(luò)合遷移能力大于輕稀土元素, 造成熱液中LREE和HREE的分餾; (2) REE和U可以相同的絡(luò)合物形式在熱液中共同遷移。大量已有研究表明, 成礦熱液中的鈾主要以碳酸鈾酰絡(luò)離子UO2(CO3)22–和UO2(CO3)34–形式遷移[42?44], 成礦流體中的CO2能促使鈾的活化遷移。在研究熱液期礦化白崗巖包裹體的過程中, 發(fā)現(xiàn)該期成礦流體中存在大量的CO2氣體[45], 因此可以推斷該期熱液中的鈾也主要是以UO2(CO3)22–和UO2(CO3)34–形式遷移。而在富HCO3–的熱液中, U、Th與HREE元素具有更為相似的地球化學(xué)行為, 形成絡(luò)合物的能力也遠(yuǎn)大于LREE[44], 從而在熱液鈾礦化過程中, HREE比LREE更加富集。該期熱液產(chǎn)生的鈾礦物主要是瀝青鈾礦和脈狀鈾石。

7 結(jié)?論

(1) 對(duì)納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖進(jìn)行稀土元素特征分析, 得出未礦化白崗巖ΣREE = 222~377 μg/g,平均為303 μg/g; 弱礦化白崗巖ΣREE = 385~1763 μg/g,平均為878 μg/g; 富礦白崗巖ΣREE = 109~5994 μg/g,平均為1926 μg/g, 從未礦化到富礦白崗巖有明顯的增長趨勢(shì), 表明稀土元素的富集與白崗巖鈾礦化具有同步性。Eu為0.03~0.47, 平均為0.22, 表明巖漿經(jīng)過強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用。

(2) 納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖表現(xiàn)為富集Rb、Th、U和Pb等大離子親石元素, 相對(duì)虧損Ti、P、Sr和Ba等元素。在巖漿期礦化白崗巖中, U主要與Pb、Th、Co、Rb、Sr、Ni、 Sb、Cs、Zr、Hf及REE的相關(guān)性較高, 相關(guān)系數(shù)為0.805~0.995, 說明U與Pb、Th、Zr、Hf和REE等具有高度同源性。熱液改造期礦化白崗巖中, U主要與Pb、Th、Sc、Cr、Co、Zn、Nb、Mo、Ta、Yb及HREE具有較高相關(guān)性, 相關(guān)系數(shù)為0.906~0.999, 表明了熱液中的U與Co、Zn、Mo和HREE等元素可能來自同一源區(qū)。

(3) 該地區(qū)白崗巖鈾礦化至少可以劃分為兩個(gè)期次: 一是巖漿結(jié)晶分異作用形成的晶質(zhì)鈾礦、鈦鈾礦、鈮鈦鈾礦、鈾石、鈾釷石及釷鈾礦等原生鈾礦物, 約占71%, 該期為主成礦期, 其球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式表現(xiàn)為Eu虧損的輕稀土富集右傾型; 二是后期熱液疊加改造作用產(chǎn)生的瀝青鈾礦和脈狀鈾石等次生鈾礦物, 約占31%, 主要發(fā)生于構(gòu)造破碎帶, 其球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式表現(xiàn)為Eu虧損的重稀土富集左傾型。

[1] Berning J, Cooke R, Hiemstra S A, Hoffman U. The R?ssing uranium deposit, South West Africa[J]. Econ Geol, 1976, 71(1): 351–368.

[2] Marlow A G. Remobilisation and primary uranium genesis in the Damaran Orogenic Belt, Namibia[D]. Leeds: University of Leeds, 1981.

[3] Mouillac J L, Valois J P, Walgenwitz F. The Goanikontes uranium occurrence in South West Africa/Namibia[M]// Anhaeusser C R, Maske S. Mineral Deposits of Southern Africa (Volume Ⅱ). Johannesburg: Geological Society of South Africa, 1986: 1833–1843.

[4] Nex P A M, Kinnaird J A. Granites and their mineralisation in the Swakop River area around Goanikontes, Namibia[J]. Comm Geol Surv Namibia, 1995, 10: 51–56.

[5] Nex P A M. Tectono-metamorphic setting and evolution of granitic sheets in the Goanikontes area, Namibia[D]. Ireland: National University of Ireland, 1997.

[6] S?hnge G. Journal of a Geologist[M]. Stellenbosch: Stellenbosch University, 2001: 197p.

[7] Kinnaird J A, Nex P A M. A review of geological controls on uranium mineralisation in sheeted leucogranites within the Damara Orogen, Namibia[J]. Trans Inst Min Metall B, 2007, 116(2): 68–85.

[8] Greenaway G. Valencia Uranium Pty Ltd: Valencia Project, Namibia-Resource Update[R]. Snowden Group, 2007.

[9] Guy G F. Petrographic, Mineralogical and geochemical characterisation of granite-hosted uranium deposits of the central Damara Orogen, Namibia[D]. Johannesburg: University of the Witwatersrand, 2010.

[10] 陳金勇, 范洪海, 陳東歡, 顧大釗, 王生云.納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖型鈾礦礦物特征研究[J]. 地質(zhì)論評(píng), 2013, 59(5): 962–970. Chen Jin-yong, Fan Hong-hai, Chen Dong-huan, Gu Da-zhao, Wang Sheng-yun. Research on the characteristics of uranium minerals of alaskite-type uranium deposit in the Gaudeanmus area, Namibia[J]. Geol Rev, 2013, 59(5): 962–970 (in Chinese with English abstract).

[11] 陳金勇, 范洪海, 陳東歡, 顧大釗, 王生云. 納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖型鈾礦礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其成因意義[J]. 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào), 2013, 33(1): 91–97. Chen Jin-yong, Fan Hong-hai, Chen Dong-huan, Gu Da-zhao, Wang Sheng-yun. Texture and structure of ore and genesis of alaskite-type uranium deposit in the Gaudeanmus area, Namibia[J]. Bull Mineral Petrol Geochem, 2013, 33(1): 91–97 (in Chinese with English abstract).

[12] Briqueu L, Lancelot J R, Valois J P, Walgenwitz F. Géochronologie U-Pb et genèse d’un type de minéralisation uranifère: les alaskites de Goanikontès (Namibie) et leur encaissant[J]. Bull Centre Rech Explor Prod Elf Aquitaine, 1980, 4: 759–811.

[13] Nex P A M, Kinnaird J A, Oliver G J H. Petrology, geochemistry and uranium mineralisation of post collisional magmatism around Goanikontes, southern Central Zone, Namibia[J]. J African Earth Sci, 2001, 33: 481–502.

[14] Herd D A. Geochemistry and mineralisation of alaskite in selected areas of the R?ssing Uranium Mine, Namibia[D]. St Andrews: University of St Andrews, 1996.

[15] 張展適, 華仁民, 劉曉東, 鄧平, 吳烈勤. 貴東花崗巖雜巖體的稀土元素特征及與鈾成礦關(guān)系[J]. 中國稀土學(xué)報(bào), 2005, 23(6): 749–756.Zhang Zhan-shi, Hua Ren-min, Liu Xiao-dong, Deng Ping, Wu Lie-qin. Geochemical characteristics of rare earth elements of Guidong granitic compiex and their relationship with uranium mineralization[J]. J Chinese Rare Earth Soc, 2005, 23(6): 749–756 (in Chinese with English abstract).

[16] Reezaee E, Saraee K, Saion B E, Abdul K W, Abdi M R. Rare earth element distribution in marine sediments of Malaysia coasts[J]. J Rare Earth, 2009, 27(6): 1066–1071.

[17] Mercadier J, Cuney M, Lach P, Boiron M-C, Bonhoure J, Richard A, Leisen M, Kister P. Origin of uranium deposits revealed by their rare earth element signature[J]. Terra Nova, 2011, 23(4): 264–269.

[18] Mao G Z, Hua R M, Gao J F, Li W Q, Zhao K D, Long G M, Lu H J. Existing forms of REES in gold-bearing pyrite of the Jinshan gold deposit, Jiangxi Province, China[J]. J Rare Earth, 2009, 27(6): 1079–1087.

[19] 祁家明, 徐爭啟, 梁軍, 唐純勇, 倪師軍, 張成江, 程發(fā)貴. 桂北376鈾礦床微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征及其意義[J]. 鈾礦地質(zhì), 2013, 29(1): 1–8. Qi Jia-ming, Xu Zheng-qi, Liang Jun, Tang Chun-yong, Ni Shi-jun, Zhang Cheng-jiang, Cheng Fa-gui. Geochemical characteristics of trace elements and its significance in uranium deposit 376, north Guangxi[J]. Uranium Geol, 2013, 29(1): 1–8 (in Chinese with English abstract).

[20] Coward M P. The tectonic history of the Damara belt[M]//Miller R M. Evolution of the Damara Orogen. Spec Publ Geol Soc S Africa, 1983, 11: 409–421.

[21] Martin H, Porada H. The intracratonic branch of the Damara Orogen in South West Africa. I. Discussion of geodynamic models[J]. Precamb Res, 1977, 5: 311–338.

[22] Shawn K. Structural controls of auriferous quartz veins in the Karibib area, southern central zone of the Pan-African Damara belt, Namibia[D]. Stellenbosch: Stellenbosch University, 2008.

[23] Corner B. An interpretation of the aeromagnetic data covering the western portion of the Damara Orogen in South West Africa/Namibia[J]. Spec Publ Geol Soc S Africa, 1983, 11: 339.

[24] Roesener H, Schreuder C P. Nuclear and Fossil Fuels- Uranium[M]//Mineral Resources of Namibia, 1994: 7.1-1- 7.1–62

[25] Miller R McG. The Okahandja Lineament, a fundamental tectonic boundary in the Damara Orogen of South West Africa/Namibia[J]. Trans Geol Soc S Africa, 1979, 82: 349–361.

[26] Kr?ner A, Retief E A, Compston W, Jacob R E, Burger A J. Single grain and conventional zircon dating of remobilised basement gneisses in the central Damara belt of Namibia[J]. S Africa J Geol, 1991, 94(5): 379–387.

[27] Hoffmann K H, Hawkins D P, Isachsen C E, Bowring S A. Precise U-Pb zircon ages for early Damaran magmatism in the Summas Mountains and Welwitschia Inlier, northern Damara belt, Namibia[J]. Communs Geol Surv Namibia, 1996, 11: 49–55.

[28] Hoffmann K H, Condon D J, Bowring S A, Crowley J L. U-Pb zircon date from the Neoproterozoic Ghaub Formation, Namibia: Constraints on Marinoan glaciation[J]. Geology, 2004, 32(9): 817–820.

[29] 王生云. 納米比亞歡樂谷地區(qū)花崗巖地球化學(xué)特征及成因[D].北京: 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院, 2013. Wang Sheng-yun. Petrology, geochemistry and genesis of Granitoids in the Gaudeanmus Area, Namibia[D]. Beijing: Beijing Research Institute of Uranium Geology, 2013 (in Chinese with English abstract).

[30] Qu Xiaoming, Hou Zengqian, Li Youguo. Melt components derived from a subducted slab in late orogenic ore-bearing porphyries in the Gangdese copper belt, southern Tibetan plateau[J]. Lithos, 2004, 74(3/4): 131–148.

[31] Gao Shan, Luo Tingchuan, Zhang Benren, Zhang Hongfei, Han Yinwen, Zhao Zidan, Kern Hartmut. Structure and composition of the continental crust in East China[J]. Sci China (D), 1999, 42(2): 129–140.

[32] Boynton W V. Geochemistry of the rare earth elements: Meteorite studies[M]//Henderson P. Rare Earth Elements Geochemistry. Amstrdam: Elservier, 1984: 63–114.

[33] Sun S-s, McDonough W F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes[M]//Saunders A D, Norry M J. Magmatism in the Ocean Basins. Geol Soc London Spec Publ, 1989, 42: 313– 345.

[34] 李昌年. 火成巖微量元素巖石學(xué)[M]. 武漢: 中國地質(zhì)大學(xué)出版社, 1992: 1–195. Li Chang-nian. Trace Element Lithology of Magmatic Rock[M]. Wuhan: China University of Geosciences Press, 1992: 1–195 (in Chinese).

[35] 陳金勇. 納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖型鈾礦成礦機(jī)理研究[D]. 北京: 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院, 2014. Chen Jin-yong. The mineralization mechanism study of leucogranite-type uranium deposite around Gaudeanmus, Namibia[D]. Beijing: Beijing Research Institute of Uranium Geology, 2014 (in Chinese with English abstract).

[36] Fan H H, Chen J Y, Wang S Y, Zhao J Y, Gu D Z , Meng Y N. Genesis and uranium sources of leucogranite-type uranium deposit in Gaudeanmus area, central Damara Belt, Namibia: Study of element and Nd isotope geochemistry[J]. Acta Geologica Sinica (Accepted).

[37] McDermott F, Harris N B W, Hawkesworth C J. Geochemical constraints on crustal anatexis: A case study from the Pan-African Damara granitoids of Namibia[J]. Contrib Mineral Petrol, 1996, 123(4): 406–423.

[38] Plant J A, Simpson P R, Smith B, Windley B F. Uranium ore deposits — Products of the radioactive Earth[J]. Rev Mineral Geochem, 1999, 38(4): 255–319.

[39] 陳迪云. 稀土元素的某些地球化學(xué)性質(zhì)行為及對(duì)熱液鈾成礦的指示意義[J]. 鈾礦地質(zhì), 1993, 9(6): 353–357. Chen Di-yun. Some geochemical behaviour of REE and their indicating significance for hydrothermal uranium mineralization[J]. Uranium Geol, 1993, 9(6): 353–357 (in Chinese with English abstract).

[40] 陳燦. 熱液鈾成礦作用中稀土元素地球化學(xué)研究綜述[J]. 華南鈾礦地質(zhì), 1999, 16(1/2): 20–27. Chen Can. Geochemistry of rare earth elements (REE) in hydrothermal uranium mineralizing process[J]. Uranium Geol South China, 1999, 16(1/2): 20–27 (in Chinese with English abstract).

[41] 李占游. 西北某花崗巖型堿交代熱液鈾礦床稀土元素地球化學(xué)[J]. 鈾礦地質(zhì), 1987, 8(8): 175–183. Li Zhan-you. Rare earth element geochemistry of granite-type hydrothermal uranium deposits with alkaline metasomatism in Northwest China[J]. Uranium Geol, 1987, 8(8): 175–183 (in Chinese with English abstract).

[42] Cuney M. Geologic environment, mineralogy, and fluid inclusions of the Bois Noirs-Limouzat uranium vein, Forez, France[J]. Econ Geol, 1978, 73(8): 1567–1610.

[43] 陳肇博, 謝佑新, 萬國良, 季樹藩, 王燦林, 方錫珩. 華東南中生代火山巖中的鈾礦床[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 1982, 56(3): 235–242. Chen Zhao-bo, Xie You-xin, Wan Guo-liang, Ji Shu-fan, Wang Can-lin, Fang Xi-heng. Uranium deposits in Mesozoic volcanics in south-east China[J]. Acta Geol Sinica, 1982, 56(3): 235–242 (in Chinese with English abstract).

[44] 胡瑞忠, 金景福. 上升熱液浸取成礦過程中鈾的遷移沉淀機(jī)制探討: 以希望鈾礦床為例[J]. 地質(zhì)論評(píng), 1990, 36(4): 317–325. Hu Rui-zhong, Jin Jing-fu. Mechanism of the migration and deposition of uranium in ascending hydrothermal solutions — Evidence from the Xiwang uranium deposit[J]. Geol Rev, 1990, 36(4): 317–325 (in Chinese with English abstract).

[45] 范洪海, 陳金勇, 顧大釗, 王生云. 納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖型鈾礦流體包裹體特征及成礦作用[J]. 礦床地質(zhì), 2015, 34(1): 189–199. Fan Hong-hai, Chen Jin-yong, Gu Da-zhao, Wang Sheng-yun. The fluid inclusions and metallogenesis of alaskite-type uranium deposit in the Gaudeanmus area, Namibia[J]. Mineral Deposit, 2015, 34(1): 189–199 (in Chinese with English abstract).

Trace element and REE geochemical characteristics of alaskites and their relationswith uranium mineralization around Gaudeanmus, Namibia

CHEN Jin-yong1,2*, FAN Hong-hai1,2, WANG Sheng-yun1,2and GU Da-zhao1,2

1. Beijing Research Institute of Uranium Geology, China National Nuclear Corporation, Beijing?100029, China; 2. Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology, China National Nuclear Corporation, Beijing?100029, China

This paper focuses on the effect of later hydrotherm on mineralized alaskites and the stages of uranium mineralization. Here, we have reviewed the trace element and REE geochemical characteristics of alaskites and their relations with uranium mineralization in the Gaudeanmus area, Namibia. The results show that there is a significantly increasing amount of rare-earth elements from non-mineralized to mineralized alaskites, indicating the synchronization of REE enrichment and uranium mineralization. There are at least two stages of uranium mineralization: firstly, due to magmatic crystallization differentiation, the REE pattern is characterized by the right-inclining type with obvious Eu negative abnormity and LREE enrichment. This is the main mineralization stage, and uranium enrichment may have close relations with Pb, Th, Co, Rb, Sr, Ni, Sb, Cs, Zr, Hf and REE in this area, so theyare evidently of homology; secondly, due to superimposed hydrothermal alteration, the REE pattern manifests as the left-inclining type with obvious Eu negative abnormity and HREE enrichment. At this stage, the correlations between U and Pb, Th, Sc, Cr, Co, Zn, Nb, Mo, Ta, Yb, HREE are excellent.

rare-earth element; trace element; uranium mineralization; hydrotherm; alaskite; Gaudeanmus area; Namibia

P595; P611

A

0379-1726(2016)05-0486-13

2015-03-27;

2015-08-25;

2016-01-13

非洲中南部古老地塊鈾礦綜合識(shí)別評(píng)價(jià)技術(shù)及應(yīng)用研究項(xiàng)目

陳金勇(1984–), 男, 博士, 巖石地球化學(xué)專業(yè)。

CHEN Jin-yong, E-mail: jinyong20060309@163.com; Tel: +86-10-64813541