相山李家?guī)X鈾礦床熱液蝕變作用地球化學(xué)特征

李海東，潘家永，夏　菲,周加云，劉　穎,2，鐘福軍

(1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌　330013；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢　430074 )

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相山李家?guī)X鈾礦床熱液蝕變作用地球化學(xué)特征

李海東1，潘家永1，夏菲1,周加云1，劉穎1,2，鐘福軍1

(1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌330013；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢430074 )

李家?guī)X鈾礦床是最近幾年在相山西部發(fā)現(xiàn)的一個(gè)鈾礦床。礦床熱液蝕變特別發(fā)育并存在明顯的蝕變分帶現(xiàn)象，在對(duì)鉆孔巖心樣詳細(xì)的野外和室內(nèi)巖相學(xué)觀測(cè)基礎(chǔ)上，將李家?guī)X鈾礦床鈾礦化段分為礦化中心帶、礦旁蝕變帶、近礦蝕變帶和遠(yuǎn)礦蝕變帶，其熱液蝕變強(qiáng)度依次減弱。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法表明，熱液蝕變帶中，CaO、FeO、Fe2O3、Na2O明顯增加，這與發(fā)育赤鐵礦化、鈉長(zhǎng)石化、碳酸鹽化相一致；K2O明顯降低，這是由于鈉長(zhǎng)石交代鉀長(zhǎng)石造成K的大量遷出；而MnO、MgO在各蝕變帶中呈現(xiàn)“此消彼長(zhǎng)”的特征，顯示出熱液蝕變交代過(guò)程中并不是簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)散滲濾交代，可能存在對(duì)流平衡的元素遷移方式。Th、Y、Zr、Hf等微量元素變化與鈾含量一致，對(duì)鈾礦化具有很好地指示作用。HREE與鈾礦化關(guān)系密切，隨著蝕變程度增強(qiáng)，HREE明顯增加，顯示成礦流體富含HREE，并具有深源性。

標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法；熱液蝕變；李家?guī)X礦床；鈾礦

0　引　言

圖1　相山鈾礦田區(qū)域位置圖[6](據(jù)邵飛，2011，有修改)Fig.1　Regional location map of Xiangshan uranium ore-field(From Shao Fei[6]，2011,modified)1.贛杭成礦帶；2.欽杭成礦帶；3.斷裂；4.火山盆地

在地殼中通過(guò)流體或成礦熱液所發(fā)生的交代蝕變作用是一類重要的地質(zhì)作用，它對(duì)于成礦物質(zhì)的活化轉(zhuǎn)移、搬運(yùn)和集中，礦床及其周圍交代蝕變巖石的形成，以及對(duì)于區(qū)域變質(zhì)作用和巖漿作用等都具有重要的意義。熱液蝕變過(guò)程中必定引起元素的帶入和遷出。而如何準(zhǔn)確限定發(fā)生遷移的地球化學(xué)組分的種類及其程度是認(rèn)識(shí)熱液蝕變作用的前提和關(guān)鍵[1]。研究者經(jīng)常通過(guò)對(duì)比蝕變前后或者不同蝕變樣品之間各物質(zhì)組分的含量差異來(lái)分析蝕變過(guò)程元素或組分的帶入遷出規(guī)律，但是，在交代蝕變這樣大多數(shù)處于開(kāi)放的地質(zhì)作用過(guò)程來(lái)說(shuō)，前后地質(zhì)樣品質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化，直接比較不同樣品之間物質(zhì)組分的含量差異并不能真正地顯示出實(shí)際蝕變過(guò)程中組分的遷移情況。例如：某熱液蝕變地質(zhì)作用過(guò)程中巖石由狀態(tài)A轉(zhuǎn)變成狀態(tài)B，質(zhì)量變?yōu)樵瓉?lái)的80%，而SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原來(lái)的70%變?yōu)?5%，從SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)看是增加了，但是實(shí)際上狀態(tài)B中SiO2的質(zhì)量只有60%。所以，對(duì)于一個(gè)質(zhì)量變化的地質(zhì)作用過(guò)程來(lái)說(shuō)，僅依靠組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化來(lái)判斷其遷移規(guī)律往往是不可靠的。對(duì)蝕變前后樣品進(jìn)行質(zhì)量平衡計(jì)算可以消除樣品總質(zhì)量變化造成的影響[1-5]。通過(guò)質(zhì)量平衡計(jì)算并且運(yùn)用巖石地球化學(xué)手段定量分析熱液蝕變作用過(guò)程中物質(zhì)組分的相對(duì)變化，有利于認(rèn)識(shí)熱液蝕變過(guò)程中元素帶入遷出規(guī)律。

相山火山巖型鈾礦田位于贛杭構(gòu)造帶西南段(圖1)、北東向贛杭火山巖型鈾成礦帶與北北東向大王山—于山花崗巖型鈾成礦帶的復(fù)合疊加部位。區(qū)域上受北東向遂川深斷裂與北北東向宜黃—安遠(yuǎn)深斷裂交匯控制,在中生代出現(xiàn)大規(guī)模的中—酸性火山噴發(fā)和巖漿淺成侵入活動(dòng),形成一個(gè)大型火山塌陷盆地——相山盆地。盆地整體分為三層結(jié)構(gòu)：基底主要為中元古代的淺變質(zhì)巖,部分為下石炭統(tǒng)、上三疊統(tǒng)；基底之上為下白堊統(tǒng)火山巖;盆地北西側(cè)火山巖之上有上白堊統(tǒng)紅層覆蓋。在中生代，該區(qū)處于NEE向贛杭構(gòu)造火山巖帶西南端與近NS向贛中南花崗巖帶的交接地帶，發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造—巖漿—成礦活動(dòng)，并形成了以鈾為主的多種金屬、非金屬礦產(chǎn)。

圖2　李家?guī)X礦床區(qū)域地質(zhì)圖略圖(據(jù)吳志堅(jiān)等[22]，2014)Fig.2　Schematic geological map of Lijialing deposit(From Wu Zhijian et al.[22],2014)1.砂礫巖；2.碎斑熔巖、晶屑玻屑凝灰?guī)r；3.流紋英安巖、熔結(jié)凝灰?guī)r；4.砂礫巖、砂巖；5.變質(zhì)巖；6.花崗斑巖；7-8.花崗巖；9.火山頸(推測(cè))；10.斷裂；11.礦床；12.李家?guī)X礦床

李家?guī)X鈾礦床是最近幾年在相山西部發(fā)現(xiàn)的一個(gè)接近特大型規(guī)模的鈾礦床[7]，位于相山鈾礦田西部北東向鄒—石斷裂、蕪頭—小陂斷裂與北西向石城—書堂斷裂、河元背—石洞斷裂所夾持的居隆庵菱形區(qū)塊內(nèi)(圖2)。從20世紀(jì)五六十年代至今，很多研究者對(duì)相山鈾礦田構(gòu)造背景、賦礦圍巖地球化學(xué)特征、火山機(jī)構(gòu)、圍巖蝕變特征、成礦流體來(lái)源與演化、成礦物質(zhì)來(lái)源及其沉淀機(jī)制等進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并取得豐富的成果[8-22]，但對(duì)于近幾年新發(fā)現(xiàn)的李家?guī)X礦床研究較少，特別是對(duì)該礦床熱液蝕變研究相對(duì)薄弱。本文在詳細(xì)野外地質(zhì)勘查以及對(duì)李家?guī)X鈾礦床鉆孔樣品觀察的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了詳細(xì)的巖相學(xué)研究，確定了礦化蝕變類型和組合關(guān)系，并采用標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法探討了李家?guī)X鈾礦床熱液蝕變過(guò)程中元素帶入遷出規(guī)律。

1　巖石學(xué)及其蝕變特征

1.1巖石學(xué)主要特征

李家?guī)X礦床是位于相山西部北西向斷裂及其次級(jí)斷裂中的一個(gè)礦床，其賦礦圍巖主要為英安斑巖和碎斑熔巖。

英安斑巖具有典型的斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶由石英、斜長(zhǎng)石、堿性長(zhǎng)石及少量黑云母組成，斑晶占30%～50%。基質(zhì)具霏細(xì)結(jié)構(gòu)、顯微嵌晶結(jié)構(gòu)，主要由石英微晶、黑云母雛晶及長(zhǎng)石組成。常見(jiàn)的副礦物有黃鐵礦、磷灰石、鋯石、金紅石等。

碎斑熔巖具碎斑結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶由石英、斜長(zhǎng)石(主要是更長(zhǎng)石，也有中長(zhǎng)石)、堿性長(zhǎng)石，斑晶占30%～50%?；|(zhì)具霏細(xì)結(jié)構(gòu)、顯微嵌晶結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的副礦物有黃鐵礦、磷灰石、鋯石、金紅石等。

1.2熱液蝕變與礦化

以往的研究表明相山鈾礦床熱液蝕變具有多期多階段性，蝕變類型主要有鈉長(zhǎng)石化、水云母化、綠泥石化、紅化(赤鐵礦化)、螢石化、碳酸鹽化、硅化等，蝕變具有“上酸下堿、西酸東堿”的分布規(guī)律。而此次為深部鉆孔樣品，所以觀測(cè)到的蝕變類型以堿性蝕變?yōu)橹?，主要有鈉長(zhǎng)石化、綠泥石化、紅化(赤鐵礦化)、黃鐵礦化、泥化、碳酸鹽化。

鈉長(zhǎng)石化是一種以鈉長(zhǎng)石交代鉀長(zhǎng)石為主的堿性交代蝕變，同時(shí)伴隨著石英含量的減少，被后期泥化、碳酸鹽化等破壞，所以在顯微鏡下沒(méi)有明顯表現(xiàn)出來(lái)。

綠泥石化是中、低溫?zé)嵋旱囊环N重要和常見(jiàn)的交代蝕變，也是相山鈾礦床常見(jiàn)的蝕變，分為礦前期綠泥石化和成礦期綠泥石化，主要沿巖石裂隙和解理縫對(duì)斜長(zhǎng)石和暗色礦物進(jìn)行交代。綠泥石的解理和裂隙等部位又可被后期鈾礦物充填而形成鈾-綠泥石型鈾礦化。

紅化(赤鐵礦化)也稱之為赤鐵礦化，是蝕變過(guò)程中，原來(lái)圍巖的鐵鎂礦物中的鐵組分分解、氧化為微小的赤鐵礦晶體。同時(shí)，也可從熱液中結(jié)晶出部分赤鐵礦。微觀上多呈粉末狀分布于長(zhǎng)石或黏土礦物表面，可形成鈾-赤鐵礦型鈾礦化。

黃鐵礦化是在熱液特別是在中、低溫?zé)嵋褐幸环N常見(jiàn)的交代蝕變。相山鈾礦田中發(fā)育有早期黃鐵礦化和晚期黃鐵礦化，早期較自形，晚期為細(xì)粒它形。早期黃鐵礦化常與鈾礦化關(guān)系密切[23]。

泥化是一種中、低溫?zé)嵋航淮g變，主要為黏土化和絹云母化。在顯微鏡下表現(xiàn)出巖石呈現(xiàn)臟雜現(xiàn)象，巖石孔隙度增加。

碳酸鹽化分為早期碳酸鹽化和晚期碳酸鹽化，早期碳酸鹽化主要交代長(zhǎng)石和石英并占據(jù)它們的空間，后又被晚期綠泥石等礦物交代，晚期主要沿裂隙充填交代，對(duì)前期鈾礦化起破壞作用。

從巖石巖相學(xué)觀測(cè)可知，李家?guī)X鈾礦熱液蝕變作用具多期多階段性，蝕變類型主要有綠泥石化、紅化(赤鐵礦化)、黃鐵礦化、泥化、碳酸鹽化。其中紅化(赤鐵礦化)、泥化、碳酸鹽化蝕變強(qiáng)烈，綠泥石化和黃鐵礦化表現(xiàn)較弱。本次采集的李家?guī)X鈾礦床ZK72-39中不同程度蝕變樣品以及礦化樣品，根據(jù)其礦化特征及蝕變程度將鈾礦化段分為礦化中心帶、礦旁蝕變帶、近礦蝕變帶和遠(yuǎn)礦蝕變帶(圖3)，其熱液蝕變強(qiáng)度依次減弱，對(duì)應(yīng)的樣品編號(hào)分別為L(zhǎng)JL14-13、LJL14-14、LJL14-11、LJL14-8。從礦化中心帶到遠(yuǎn)礦蝕變帶各樣品巖相學(xué)及蝕變特征見(jiàn)表1，依次對(duì)應(yīng)圖4中d、c、b、a。顯微鏡下特征如圖5所示。

圖3　礦化—蝕變剖面示意圖Fig.3　Mineralization-alteration profile sketch1.礦化中心帶；2.礦旁蝕變帶;3.近礦蝕變帶;4.遠(yuǎn)礦蝕變帶;5.正常圍巖;6.赤鐵礦化;7.碳酸鹽化;8.綠泥石化;9.絹云母化;10.泥化

樣品LJL14-8為斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶由石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石及少量黑云母組成；基質(zhì)具霏細(xì)結(jié)構(gòu)、顯微嵌晶結(jié)構(gòu)，多為隱晶質(zhì)礦物及多晶石英和黏土化完全的長(zhǎng)石，多晶石英與蝕變長(zhǎng)石顆粒構(gòu)成霏細(xì)結(jié)構(gòu)及嵌晶結(jié)構(gòu)明顯(圖5(a))，發(fā)育強(qiáng)烈泥化。其中斜長(zhǎng)石普遍發(fā)育強(qiáng)烈泥化及碳酸鹽化，發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)(中-更長(zhǎng)石為主，圖5(b))及凈邊結(jié)構(gòu)。鉀長(zhǎng)石泥化完全，同時(shí)被后期碳酸鹽礦物交代強(qiáng)烈。黑云母整體發(fā)育強(qiáng)烈綠泥石化，后又被黏土礦物及碳酸鹽礦物交代完全，且沿邊部及解理縫析出有不透明鐵質(zhì)組分，故只保留其云母片狀外形(圖5(c))。

表1ZK72-39蝕變巖巖石礦物學(xué)特征

Table 1Petrological and mineralogical characteristics of alteration rock in ZK72-39

樣品編號(hào)巖石名稱 蝕變礦物組合蝕變程度鈾含量/10-6LJL14-8綠泥石化泥化英安斑巖主要為綠泥石、黏土礦物、絹云母;少量方解石LJL14-11泥化赤鐵礦化英安斑巖主要為赤鐵礦、黏土礦物、絹云母;其次為方解石LJL14-14碳酸鹽化泥化英安斑巖主要為黏土礦物、絹云母、碳酸鹽LJL14-13礦化英安斑巖主要為赤鐵礦化;其次為綠泥石化、方解石、黏土礦物、絹云母弱↓強(qiáng)12.946.2231.01468.0

樣品LJL14-11發(fā)育強(qiáng)烈泥化、赤鐵礦化(圖5(d))。赤鐵礦化呈粉末狀或浸染狀分布于斑晶和基質(zhì)中，部分沿裂隙分布。斜長(zhǎng)石普遍發(fā)育強(qiáng)烈泥化及碳酸鹽化，鉀長(zhǎng)石泥化完全，同時(shí)被后期碳酸鹽礦物交代強(qiáng)烈。黑云母整體發(fā)育強(qiáng)烈綠泥石化，后又被黏土礦物及碳酸鹽礦物交代完全，且沿邊部及解理縫析出有不透明鐵質(zhì)組分，形成磁鐵礦(圖5(e)),只保留其云母片狀外形。

樣品LJL14-14顯示巖石整體碳酸鹽化(圖5(f))、泥化強(qiáng)烈。斜長(zhǎng)石普遍發(fā)育強(qiáng)烈泥化及碳酸鹽化，鉀長(zhǎng)石泥化完全，同時(shí)被后期碳酸鹽礦物交代強(qiáng)烈。黑云母呈細(xì)鱗片狀，均已析出鐵質(zhì)組分轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦(圖5(g))，只保留其黑云母片狀外形。

樣品LJL14-13顯示巖石整體發(fā)育強(qiáng)烈赤鐵礦化(反射光下呈朱紅色，圖5(h))。另外見(jiàn)較多微細(xì)粒狀黃鐵礦呈不規(guī)則分布(圖5(i))。在部分赤鐵礦化空隙內(nèi)充填有較多細(xì)長(zhǎng)條狀斜長(zhǎng)石呈晶簇狀生長(zhǎng)于空洞中，且與石英交代在一起(圖5(j))，斜長(zhǎng)石發(fā)育聚片雙晶明顯。赤鐵礦、晶質(zhì)鈾礦及黃鐵礦共生在一起(圖5(l))。

圖4　李家?guī)X巖石標(biāo)本照片　Fig.4　Photos of hand samples of dacite porphyry in Lijialing deposit

2　采樣及分析方法

2.1樣品采集和測(cè)試分析

圖5　李家?guī)X蝕變巖石顯微照片F(xiàn)ig.5　Microphotographs of porphyries in Lijialing

本次研究的4件樣品來(lái)自李家?guī)X礦床ZK72-39鉆孔樣。樣品采集基本思路是從弱蝕變樣至強(qiáng)蝕變樣(礦石)。經(jīng)過(guò)鏡下巖礦鑒定之后選取代表性樣品進(jìn)行巖石化學(xué)成分分析。所有樣品的主量、微量元素的成分測(cè)定均由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測(cè)試中心承擔(dān)完成。主量元素分析采用X 射線熒光光譜玻璃熔片法(XRF)，測(cè)試儀器為飛利浦 PW2404X 射線熒光光譜儀。微量和稀土元素分析采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)進(jìn)行，測(cè)試儀器為ELEMENT XR 等離子體質(zhì)譜分析儀，測(cè)試方法依據(jù)GB/T 14506.30—2010“硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法”第30部分——44個(gè)元素量測(cè)定，測(cè)試條件為 20 ℃，相對(duì)濕度為30%。

2.2標(biāo)準(zhǔn)化Isocon分析

本文采用標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法對(duì)李家?guī)X礦床按從強(qiáng)蝕變巖石(礦體)→弱蝕變巖石進(jìn)行元素遷移對(duì)比研究。標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法是Guo等[24]2009年在詳細(xì)研究Grant的Isocon[2]圖解法之后，建立的一個(gè)可以針對(duì)多個(gè)分析樣品進(jìn)行質(zhì)量平衡分析的圖解法。在自然界熱液蝕變過(guò)程中往往是處在開(kāi)放的地質(zhì)體系中，所形成的并不是兩個(gè)截然不同的地質(zhì)體(未蝕變巖石和蝕變巖石)，而是形成一系列蝕變強(qiáng)度不同的連續(xù)的蝕變產(chǎn)物，因此標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法解決了Isocon圖解法只能在兩個(gè)樣品之間作對(duì)比的不足，有利于多個(gè)樣品之間元素變化的對(duì)比。標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法基本思路為：(1) 將所有蝕變樣品與未蝕變樣品所建立的多個(gè)Isocon線調(diào)整成同一條 Isocon線(normalized Isocon); (2) 按照 Isocon調(diào)整的比例來(lái)調(diào)整對(duì)應(yīng)的活動(dòng)組分成分。根據(jù)Guo等[24]2009年的總結(jié)，有關(guān)蝕變作用過(guò)程中組分—質(zhì)量變化關(guān)系可用公式來(lái)表示。

(1)

將(1)兩邊都除以MO,可得：

(2)

另外

(3)

將公式(2)帶入公式(3)，可得：

(4)

進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為：

(5)

公式(4)表示樣品A和樣品O之間q組分含量關(guān)系。公式(5)表示蝕變過(guò)程中q組分的含量遷移量或質(zhì)量遷移量。

(6)

假設(shè)某組分n在地質(zhì)體系開(kāi)放過(guò)程中為活動(dòng)組分，則組分n在這一地質(zhì)過(guò)程中有質(zhì)量的增減，公式(4)就變成：

(7)

在熱液活動(dòng)過(guò)程中，假設(shè)O為原始未蝕變的樣品，A、B為樣品O經(jīng)熱液交代形成的蝕變程度不同的樣品。樣品O-A之間含量與質(zhì)量關(guān)系可用上述公式(6)和(7)來(lái)表示：

同理，樣品O-B之間含量與質(zhì)量關(guān)系可由公式(6)和公式(7)推導(dǎo)為：

(8)

(9)

將公式(8)和公式(9)兩邊都乘以MB/MA可得：

(10)

(11)

假設(shè)

(12)

(13)

將公式(12)和公式(13)分別代入公式(10)和公式(11)，可得：

(14)

(15)

標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法可以對(duì)多個(gè)樣品體系(如O、A、B、C、D、E等)組分的質(zhì)量轉(zhuǎn)移進(jìn)行平衡分析。其關(guān)鍵步驟是對(duì)該地質(zhì)作用過(guò)程中不活潑組分的確定。Grant[3]認(rèn)為在進(jìn)行Isocon圖解投圖時(shí)，一些組分能夠擬合成一條經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，那么這條直線就是Isocon線，這些組分就是不活動(dòng)組分。對(duì)于任何一種含Si地質(zhì)體而言，Zr的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定[25-26]，因此以交代蝕變樣品中Zr作為橫坐標(biāo)，其他組分作為縱坐標(biāo)的雙變量圖解可以用來(lái)判斷不活動(dòng)組分，在不活動(dòng)組分雙變量圖解中可大致擬合成一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。本文在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，通過(guò)上述兩種方法來(lái)綜合確定李家?guī)X礦床圍巖熱液交代蝕變過(guò)程中的不活動(dòng)組分。Al2O3、P2O5、FeO、TiO2大致位于一條線上或其邊上(圖6(a))，相山鈾礦田磷灰石與鈾礦化關(guān)系密切，所以在相山鈾礦田熱液蝕變過(guò)程中P2O5為活動(dòng)組分；而FeO-Zr的巖石投影點(diǎn)不能擬合成一條經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)直線圖6(b)，Al2O3-Zr、TiO2-Zr的巖石投影點(diǎn)能夠大致擬合成一條經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線圖(6(c))，因此可以初步確定Al2O3、TiO2為不活潑組分，但是，考慮到TiO2在巖石中含量相對(duì)于Al2O3含量小，相對(duì)偏差大。所以本文選用Al2O3作為不活動(dòng)組分。

圖7　鈾礦化剖面主、微量元素標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解Fig.7　Major and trace elements standardized Isocon illustrations of uranium metallization lateral section

3　熱液蝕變過(guò)程中元素遷移規(guī)律

運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法分析時(shí)，首先根據(jù)巖漿巖和熱液活動(dòng)中不活動(dòng)組分(如Al2O3、Zr等)確定多條Isocon線，然后采用標(biāo)準(zhǔn)化處理將多條Isocon線擬合成一條標(biāo)準(zhǔn)化Isocon線，并以標(biāo)準(zhǔn)化Isocon線作為元素組分在熱液交代蝕變過(guò)程中富集或虧損的基線。在標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解中不活動(dòng)元素組分的投影點(diǎn)基本位于Isocon線上或附近，表示其在熱液蝕變前后未發(fā)生明顯遷移; 在熱液蝕變過(guò)程中富集的元素組分投影點(diǎn)位于Isocon線上方，并且富集程度越高，投影點(diǎn)偏離Isocon線越遠(yuǎn)，在熱液蝕變過(guò)程中虧損元素組分的投影點(diǎn)位于Isocon線下方，并且虧損程度越高，其投影點(diǎn)偏離Isocon線越遠(yuǎn)。本文根據(jù)Guo[24]建立的標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖解法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(表2，表3)，以Al2O3為不活動(dòng)組分，通過(guò)擬合建立了標(biāo)準(zhǔn)化Isocon線(圖7)。

表2　李家?guī)X礦床主量元素含量(wB/%)

注：樣品測(cè)定在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測(cè)試中心完成，分析者：劉牧。

鈾礦化熱液交代蝕變過(guò)程中呈帶入的主量元素有Na2O、Fe2O3、FeO、CaO、P2O5，呈明顯遷出主量元素有K2O；TiO2在礦化中心帶明顯遷出(表2，表3和圖7)，而其他蝕變帶具有少量的帶入，MnO表現(xiàn)為礦化中心帶和礦旁帶遷出，并且從礦化中心帶向側(cè)緣蝕變帶遷移程度逐漸減小，而在赤鐵礦化帶表現(xiàn)出帶入，MgO、燒失量表現(xiàn)為蝕變帶內(nèi)礦化中心遷出，旁側(cè)蝕變帶富集?？梢钥闯雠c成礦元素鈾元素富集關(guān)系密切的主量氧化物有Na2O、Fe2O3、FeO、CaO、P2O5。從微量元素標(biāo)準(zhǔn)化Isocon圖中可以看出，鈾礦化熱液交代蝕變過(guò)程Th、Y、Zr、Hf、Zn帶入，其中Th、Y、Zr、Hf變化與U元素含量變化一致，表現(xiàn)出從弱蝕變帶到礦化中心帶富集程度逐漸增加；Ga、Co、Ba、Cs、Sr、V、Nb、Ta、Rb、Cu表現(xiàn)出遷出，但遷出程度各不一致。Cu、Rb、Cs、Co在各個(gè)蝕變帶都表現(xiàn)出明顯的遷出，Nb、Ta在礦化中心帶明顯遷出，在其他蝕變帶遷出量不大；Ba從礦化中心帶到遠(yuǎn)礦蝕變帶遷出量逐漸增加；V則表現(xiàn)出在礦化中心帶和礦旁蝕變帶有大量遷出，其他蝕變帶少量遷出，Ga表現(xiàn)出在各個(gè)蝕變帶皆有少量遷出。

總之，隨著熱液蝕變作用的持續(xù)進(jìn)行，蝕變帶內(nèi)Na2O、Fe2O3、FeO、CaO、P2O5帶入，K2O明顯遷出，MnO、TiO2、MgO、SiO2無(wú)明顯遷移規(guī)律；微量元素Th、Y、Hf、Zr與元素U表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律，Ga表現(xiàn)為弱的活動(dòng)性或不活動(dòng)性。

3.1主量元素遷移規(guī)律

研究表明，李家?guī)X鈾礦床圍巖蝕變過(guò)程中，礦化中心和礦旁蝕變帶中SiO2明顯減少，這與Na2O明顯富集有關(guān)，以Na2O組分明顯增加為特征的鈉長(zhǎng)石化堿交代過(guò)程，以交代鉀長(zhǎng)石為主，K2O組分明顯降低，同時(shí)會(huì)伴隨石英的減少；并且在Na2O為主的堿交代作用下，石英斑晶邊緣經(jīng)常被熔蝕，這與鏡下觀測(cè)一致；CaO在蝕變帶中帶入，這與巖石普遍發(fā)育碳酸鹽化一致；而MnO、MgO不是單純的帶入或者遷出，基本上都反映出礦化蝕變中心的遷出以及外帶的帶入，這種在蝕變帶中存在“此消彼長(zhǎng)”的特征，顯然不是成礦熱液中元素的簡(jiǎn)單帶入遷出，可能是以一種對(duì)流平衡的元素遷移方式[27]，對(duì)流平衡的元素遷移方式最顯著的特點(diǎn)就是在典型的礦化-蝕變剖面中，從礦化到正常圍巖，有些元素含量是逐漸增加或降低的，有些元素則是在某些蝕變帶中增加，而另一蝕變帶中降低，這種現(xiàn)象反映出在熱液蝕變交代過(guò)程中存在元素對(duì)流平衡遷移方式。

Ti元素是一種在高溫下活動(dòng)性強(qiáng)，在中低溫?zé)嵋褐谢顒?dòng)性弱，相對(duì)穩(wěn)定的一種元素，相山鈾礦田熱液活動(dòng)屬中低溫范疇，但是在礦化中心帶內(nèi)顯示出明顯的虧損，在相山鈾礦田李家?guī)X礦床其他鉆孔和居隆庵等鈾礦床中也出現(xiàn)類似的現(xiàn)象(內(nèi)部數(shù)據(jù))。這是因?yàn)橐灶愘|(zhì)同象形式存在于黑云母中的Ti在黑云母的綠泥石化過(guò)程中被釋放出來(lái)進(jìn)入熱液，進(jìn)行了短距離的遷移。結(jié)合鏡下巖石學(xué)、巖相學(xué)和各蝕變帶蝕變特征可以發(fā)現(xiàn)：礦化中心帶蝕變強(qiáng)烈，特征Fe2O3組分的增長(zhǎng)與在手標(biāo)本和鏡下觀測(cè)到的紅化強(qiáng)度不呈正相關(guān)關(guān)系，可見(jiàn)紅化并非引起Fe2O3組分變化的唯一原因，可能的解釋是有些元素(Fe2+、Fe3+)賦存多種礦物之中，例如黑云母、角閃石等暗色礦物蝕變過(guò)程也會(huì)造成Fe、Mg等元素的遷移，巖石中黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦的存在也證明元素在蝕變過(guò)程中部分元素含量變化可能受多個(gè)賦存狀態(tài)的影響。

3.2微量元素遷移規(guī)律

熱液蝕變過(guò)程中影響微量元素活化的原因主要可分為兩種：一是由于圍巖中含微量元素礦物的溶解；二是由于熱液與礦物間的離子交換。后者主要受元素在礦物中擴(kuò)散速率的影響，而元素的擴(kuò)散速率極低，因此主導(dǎo)熱液蝕變過(guò)程中微量元素活化的因素不是離子交換，而應(yīng)該是前者。因此要了解微量元素在熱液蝕變過(guò)程中的遷移規(guī)律，必須先了解其地球化學(xué)性質(zhì)以及在各主要礦物中的賦存狀態(tài)。Rb、Cs與K的化學(xué)性質(zhì)相似，主要賦存于鉀長(zhǎng)石和黑云母中，Sc主要賦存于黑云母和角閃石中，Sr與Na、Ca的化學(xué)性質(zhì)相似，主要賦存于斜長(zhǎng)石中，Nb、Ta主要賦存于榍石中。U和Th主要分布于鋯石、褐簾石之中，Zr、Hf主要分布于鋯石之中。Zr和Hf地球化學(xué)性質(zhì)相似，可能以Na2[ZrF6]和Na[HfF6]絡(luò)合物形式遷移，因此，二者在蝕變帶富集與鈉長(zhǎng)石化堿交代有關(guān)；Rb、Cs和K地球化學(xué)性質(zhì)相似，在鈉長(zhǎng)石化交代鉀長(zhǎng)石的過(guò)程中，使K明顯遷出，同時(shí)也造成與K呈類質(zhì)同象的Rb、Cs的虧損；Nb和Ta化學(xué)性質(zhì)極為相似，可與多種元素類質(zhì)同象，在蝕變帶的變化與Ti很相似，所以Nb、Ta的虧損與Ti的降低有關(guān)；成礦元素U和Th相比原巖而言顯著富集，這表明圍巖蝕變的熱液即為成礦熱液，而礦化蝕變中心帶主要為赤鐵礦化，說(shuō)明鈾礦化與赤鐵礦化最為密切。

3.3稀土元素地球化學(xué)特征

從稀土元素分析數(shù)據(jù)(表4)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(圖8)可以看出，鈾礦化蝕變帶具有以下特征：(1)稀土總量ΣREE都較高，并且從微弱蝕變到礦化中心帶，ΣREE呈上升的趨勢(shì)；(2)相對(duì)于未蝕變英安斑巖而言，礦化蝕變中心帶和礦旁蝕變帶稀土總量高于未蝕變英安斑巖(ΣREE為265.86×10-6)，近礦蝕變和遠(yuǎn)礦蝕變帶稀土總量低于未蝕變英安斑巖，輕稀土總量低于未蝕變英安斑巖，而重稀土總量皆高于未蝕變英安斑巖；(3)蝕變巖石的輕重稀土比值、δCe都低于未蝕變英安斑巖；(4)未蝕變英安斑巖和蝕變圍巖配分曲線呈右傾，而礦化的配分曲線呈海鷗型；(5)礦化巖石和蝕變巖石都具有明顯的銪負(fù)異常，δEu介于0.39～0.42，變化不大，略低于未蝕變英安斑巖(0.46)，屬于中等銪負(fù)異常型；(6)LREE/HREE呈降低的趨勢(shì)，LREE變化不大，HREE呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，表明隨著U含量的增加，輕重稀土發(fā)生分異，重稀土相對(duì)富集。

蝕變礦化樣品中稀土元素配分模式反映的是熱液流體沉淀時(shí)的稀土元素瞬時(shí)特征，而熱液流體具有與其來(lái)源物質(zhì)相同的稀土元素特征[32-34]，所以礦化蝕變樣品中稀土元素具有一定的示蹤作用。李家?guī)X鈾礦床礦石稀土元素含量大大高于圍巖中稀土元素含量，其中重稀土元素尤為明顯。稀土元素含量與鈾含量呈現(xiàn)正相關(guān)性關(guān)系，并且礦石中重稀土元素高度富集，反映出成礦熱液的深源性[35-38]。此外，礦石中同時(shí)富集稀土元素和磷，鈾礦物多與磷灰石共生，而磷被認(rèn)為是地幔深源來(lái)源[36,39]。蝕變礦化樣品中Sm/Nd比值介于0.161～0.201之間，均小于0.35，顯示為幔源性質(zhì)，相山鈾成礦作用年代與幔源基性巖脈相吻合[39]。所以，從以上分析可知李家?guī)X鈾礦床成礦流體具有深源性。

圖8　蝕變帶稀土元素分布模式Fig.8　REE distribution pattern of alteration zone

4　結(jié)　論

(1)李家?guī)X礦床的圍巖蝕變發(fā)育，深部蝕變類型有鈉長(zhǎng)石化、綠泥石化、赤鐵礦化、泥化、碳酸鹽化，具有明顯的蝕變分帶現(xiàn)象，其中赤鐵礦化可作為深部找礦標(biāo)志。

(2)從弱蝕變到礦化中心，成礦元素U、Th含量增高，CaO、FeO、Fe2O3、Na2O明顯增高，這與發(fā)育赤鐵礦化、鈉長(zhǎng)石化、碳酸鹽化相一致；K2O明顯降低，這是由于鈉長(zhǎng)石交代鉀長(zhǎng)石造成K的大量遷出；MnO、TiO2、MgO在蝕變帶中呈現(xiàn)“此消彼長(zhǎng)”的特征，這反映出熱液蝕變過(guò)程并不是簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)散滲濾交代, 而是可能存在一種對(duì)流平衡的元素遷移方式。

(3)熱液蝕變過(guò)程中微量元素遷移特征主要受其賦存的主要礦物溶解支配，李家?guī)X鈾礦化蝕變過(guò)程Th、Y、Zr、Hf等微量元素變化與鈾含量變化一致，對(duì)鈾礦具有很好地指示作用。

(4)HREE與鈾礦化關(guān)系密切，隨著蝕變程度增強(qiáng)，HREE明顯增加，顯示成礦流體富含HREE，并具有深源性。

致謝：在對(duì)樣品顯微觀察和巖相學(xué)特征描述過(guò)程中，得到黃廣文碩士研究生的熱心幫助，在此表示感謝。

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Hydrothermal Alteration and Its Geochemical Characteristics of Lijialing Deposit in Xiangshan Uranium Ore Deposit

LI Haidong1，PAN Jiayong1，XIA Fei1，ZHOU Jiayun1，LIU Ying1,2，ZHONG Fujun1

(1.SchoolofEarthSciences，EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang,Jiangxi330013,China；2.FacultyofEarthResource,ChinaUniversityofGeosciences，Wuhan，Hubei430074，China)

Lijialing uranium deposit is a new uranium deposit of discovered in western Xiangshan in recent years. Hydrothermal alteration develops strongly and obvious alteration zoning phenomenon exists in this deposit. Based on detailed field and indoor petrography observation on the drilled well samples, this paper divided uranium mineralization period into center zone, near-ore alteration zone, near-ore alteration zone and far-ore alteration zone, of which the hydrothermal alteration intensity decreases gradually.Standardized Isocon graphic method shows that in the hydrothermal alteration zone, CaO, FeO, Fe2O3, Na2O contents increase significantly, with accordance to the development of hematite, albitization and carbonatization facies.K2O content decreases obviously, which is caused by that albite replace potash feldspar and then the K element is migrated from potash feldspar; while MnO and MgO display a characteristic of inversely proportional relationship, which shows that hydrothermal alteration metasomatic process is not only a kind of diffusion infiltration metasomatism, but also a kind of element migration pattern with convective equilibrium.The content changes of the trace elements such as Th, Y, Zr and Hf are consistent with those of uranium, indicating that those elements can be used for prospecting uranium mineralization. HREE contents are closely relative to the uranium mineralization. With enhancement of the alteration degree, the HREE contents increase more and more, which indicates that the ore-forming fluid is rich in HREE, and is deeply derived.

normalized Isocon graphic method；hydrothermal alteration；Lijialing deposit；uranium ore

2015-04-17；改回日期：2015-12-12；責(zé)任編輯：戚開(kāi)靜。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1403292)。

李海東，男，碩士研究生，1990年出生，地球化學(xué)專業(yè)， 主要從事鈾礦床地球化學(xué)研究。Email:hdlidhlg@163.com。

潘家永，男，教授，1967年出生，地球化學(xué)專業(yè)，主要從事鈾礦床地球化學(xué)研究。Email: jypan@ecit.cn。

P618

A

1000-8527(2016)03-0555-12