鄒家山礦床蝕變碎斑熔巖地化特征及意義

余馳達，劉曉東,2*，王凱興

(1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,南昌 330001；2.九江學(xué)院,九江 332000)

圍巖蝕變廣泛發(fā)育于熱液鈾礦床的賦礦地質(zhì)體中[1-6],它記錄了水-巖反應(yīng)的結(jié)果,并且可以通過巖石化學(xué)成分變化的特征予以體現(xiàn)[7-8]。因此,蝕變巖石地球化學(xué)的研究對于了解蝕變巖中元素的變化趨勢以及指導(dǎo)熱液型鈾礦床的尋找和發(fā)現(xiàn)有著重要的意義。

圖1 相山鈾礦田地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of the Xiangshan Ore field

鄒家山礦床位于相山鈾礦田西部,是區(qū)內(nèi)最重要的鈾礦床之一,該礦床規(guī)模大、品位高(局部礦體品位可達10%以上),受構(gòu)造控制明顯,是典型的熱液鈾礦床[9]。礦床內(nèi)熱液蝕變發(fā)育,包括鉀長石化、鈉長石化、綠泥石化、赤鐵礦化、硅化、絹云母化、螢石等。對于該礦床的研究,前人主要著眼于賦礦火山巖年代學(xué)和地球化學(xué)的研究,以及對礦床H-O-C-S等同位素體系的研究,以探討其賦礦火山巖和礦床的成因。然而,對于該礦床蝕變巖石學(xué)的研究相對較少,盡管王運等[4]和胡寶群等[5]利用新鮮圍巖和蝕變圍巖地球化學(xué)組成的相對差研究該礦床蝕變巖的物質(zhì)帶入與遷出。然而,全巖地球化學(xué)組成結(jié)果反映的是元素在整個巖石所占的相對含量,而不是絕對含量。因此,單純地比較體系開放前后同一組分的質(zhì)量分數(shù)并不能給出該組分帶入/遷出的準(zhǔn)確信息,而產(chǎn)生這個問題的根本原因在于體系開放前后,巖石的總質(zhì)量會發(fā)生變化[10]。

不活動元素的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,在熱液蝕變過程中可視為沒有絕對量的帶入/遷出,其在巖石組成中含量的變化是由于整體巖石質(zhì)量發(fā)生變化所致。基于該原理,本次研究以不活動元素作為基準(zhǔn),利用Grant[11]提出的質(zhì)量平衡計算公式,計算鄒家山礦床蝕變巖石的物質(zhì)帶入、遷出量,深入分析了蝕變巖石的地球化學(xué)特征和元素遷移規(guī)律,并且探討了蝕變作用與鈾礦化的關(guān)系,以期望為鈾礦找礦工作提供一定的依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

相山火山盆地位于濱太平洋成礦域華東南鈾成礦省中著名火山巖型鈾成礦帶——贛杭鈾成礦帶西南部[12],華南褶皺系與揚子地臺拼接帶南側(cè)[13],同時也是NNE向大王山-于山花崗巖型鈾成礦帶與NE向贛杭火山巖型鈾成礦帶的復(fù)合部位。燕山早期太平洋板塊向歐亞板塊俯沖引發(fā)的軟流圈地幔上涌[14-15],引發(fā)地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融,形成大量的中酸性、酸性富鈾巖漿,在相山地區(qū)發(fā)生大規(guī)模的巖漿淺層侵入、噴發(fā)和噴溢活動,形成一套由酸性火山碎屑巖夾沉積巖、酸性-中酸性熔巖及中酸性次火山組成的火山雜巖體。相山火山盆地總體分為三層結(jié)構(gòu):基底以早-中元古代和震旦紀(jì)的變質(zhì)巖為主,部分下石炭統(tǒng)、上三疊統(tǒng)；之上為火山巖；火山巖之上有紅層覆蓋[16]。前人把相山火山盆地的構(gòu)造演化大致分為三個階段:①礦田內(nèi)火山盆地形成階段；②礦田東、西兩部分差異抬升-剝蝕階段；③紅盆形成階段[17]?；鹕脚璧鼗讟?gòu)造以EW向為主(圖1),另還有SN、NE、NW向三組斷裂構(gòu)造,礦田蓋層構(gòu)造以NE向為主、NW向為次的斷裂和火山塌陷環(huán)狀斷裂交錯模式[18]。經(jīng)前人研究,相山礦田鈾成礦分為兩個階段,分別約為120 Ma、98 Ma,其成礦時期恰好與華南6個鈾成礦期中的2、3期相對應(yīng)[17, 19-20],且與中生代華南地區(qū)巖石圈大規(guī)模伸展減薄相關(guān)[21-23]。

鄒家山鈾礦床位于相山鈾礦田西部(圖1),是典型的受構(gòu)造控制的中低溫?zé)嵋衡櫟V床[24-26],主要受NE向鄒家山-石洞斷裂控制,礦床地質(zhì)簡圖見圖2。圍巖主要是早白堊世打鼓頂組流紋英安巖和鵝湖嶺組碎斑熔巖[27-29]。鄒家山鈾礦床發(fā)育多期次強烈的熱液蝕變作用,早期蝕變?yōu)橐遭c長石化、鉀長石化為特征的堿交代；晚期蝕變?yōu)橐越佋颇富?、螢石化為主的酸性蝕變,也可見綠泥石化、碳酸鹽化、赤鐵礦化等。礦體主要分布在次一級斷裂構(gòu)造、碎斑熔巖與流紋英安巖界面附近(圖3)以及火山塌陷構(gòu)造與斷裂構(gòu)造交匯部位,大部分礦體呈脈狀和透鏡狀，少部分呈囊狀、折線型、樹杈型以及不規(guī)則狀等產(chǎn)出。礦床多以中、小礦體為主,單條礦體的規(guī)模比較小,由多條礦體平行側(cè)列組成的礦帶規(guī)模比較大,往往可延伸至100 m以上,有的規(guī)模更大的礦帶可達到幾百米[30]。

圖2 鄒家山鈾礦床地質(zhì)簡圖Fig.2 The geological sketch of Zoujiashan deposit

圖3 鄒家山礦床綜合剖面圖(據(jù)文獻[31]修改)Fig.3 The profile of the Zoujiashan deposit (according to ref.[31])

2 巖石及礦物學(xué)特征

樣品采自露天采場(ZJS15-06、ZJS15-07、ZJS15-08、XZ-01、XZ-02B)、-90 m(ZJS14-10)、-170 m(ZJS14-2、ZJS14-14、ZJS14-15、ZJS14-16)、-210 m(ZJS14-18)、-250 m(ZJS14-24、ZJS14-27,ZJS14-31、ZJS14-32、ZJS14-36、ZJS14-37),坑道樣品采自鄒家山1號、14號帶,且均為碎斑熔巖(圖4)。

碎斑熔巖具斑狀結(jié)構(gòu)、碎斑結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶為石英、堿性長石、斜長石、黑云母和巖屑,主要是石英,鉀、鈉長石類,黑云母較常出現(xiàn),石英多呈半自形-他形。

以鈉長石化為主樣品中長石類主要以鈉長石為主[圖5(a)],見卡斯巴雙晶,石英溶蝕現(xiàn)象普遍[圖5(b)],綠泥石化較廣泛發(fā)育,一般是由黑云母轉(zhuǎn)變而形成,碳酸鹽化較強,在長石表面見絹云母化,黑云母與綠泥石表面吸附少量金屬礦物。以鉀長石化為主的樣品中主要礦物為鉀長石,見零星分布斜長石,含少量石英,鉀長石表面黏土化較強[圖5(c)],碳酸鹽化局部較多,且為后期蝕變,綠泥石化與鈉長石化樣品相比較弱,見方解石-綠泥石-黑云母礦物組合[圖5(d)]。以絹云母化為主的樣品中主要為礦物黏土[圖5(e)],局部見零星分布螢石化[圖5(f)]。鏡下觀察富鈾樣品,原巖礦物形態(tài)基本消失,交代現(xiàn)象明顯,絹云母化強烈。

圖4 鄒家山鈾礦床坑道采樣圖Fig.4 Mine sampling photographs of Zoujiashan deposit

Ab為鈉長石；Bt為黑云母；Cab為碳酸鹽化；Cal為方解石；Chl為綠泥石；Fl為螢石；Ser為絹云母化；Kfs為鉀長石；Pl為斜長石；Q為石英圖5 鄒家山鈾礦樣品蝕變特征圖Fig.5 The characteristic photographs of alteration in the Zoujiashan deposit

鄒家山礦床主要礦石礦物包括瀝青鈾礦、鈦鈾礦和鈾釷石,其中以鈦鈾礦及瀝青鈾礦為主,含鈾副礦物包括磷灰石、磷釔礦。瀝青鈾礦呈浸染狀分布在副礦物縫隙中[圖6(a)],或沿黃鐵礦邊部分布[圖6(b)],后期出現(xiàn)少量磷釔礦。在鄒家山鈾礦床中紫色螢石化也是重要的找礦標(biāo)志,從背散射圖中可清楚觀察到形態(tài)較完整的瀝青鈾礦與螢石共生[圖6(c)],指示螢石化也是重要的找礦標(biāo)志之一。鈦鈾礦在礦床中也大量出現(xiàn),分別與鈦的氧化物[圖6(d)]、黃鐵礦[圖6(e)]和瀝青鈾礦共存[圖6(f)],且有明顯的鈦的氧化物-鈦鈾礦-瀝青鈾礦分帶現(xiàn)象[圖6(f)],所以瀝青鈾礦晚于鈦鈾礦形成。含鈾釷石、瀝青鈾礦、黃鐵礦、磷灰石共存[圖6(g)、圖6(h)],鈾釷石呈粒狀、條狀產(chǎn)出,雖含量不高,但也是較常見的鈾礦物,瀝青鈾礦呈細微浸染狀存在于鈾釷石礦物間隙中[圖6(g)]。礦物共生關(guān)系特征顯示,早期形成的黃鐵礦、鈦的氧化物、磷灰石等都對鈾礦物的形成起到促進作用,與成礦關(guān)系密切,也是找礦工作中重要的標(biāo)志。

圖6 鄒家山礦床鈾礦物共生組合背散射特征圖Fig.6 The backscattered electron images showing the paragenetic association of uranium minerals in the Zoujiashan deposit

3 樣品及分析方法

經(jīng)過仔細的野外勘查工作,系統(tǒng)地采集了鄒家山鈾礦床碎斑熔巖樣品,經(jīng)前期處理,分別制探針片及碎樣,在室內(nèi)進行詳細的顯微鏡及掃描電鏡觀察工作。顯微巖相學(xué)觀察工作在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點實驗室完成,掃描電鏡型號為Nova Nano-SEM 450。樣品的主量和微量元素測試均委托核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測試中心完成。主量元素使用X 射線熒光光譜法進行測定,儀器型號為飛利浦 PW2404X 射線熒光光譜儀；微量和稀土元素使用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)方法進行測定。主量、微量、稀土元素及稀土元素特征參數(shù)結(jié)果分別見表1～表4,其中9-B-2、10-B-1、10-B-2來自胡寶群等[5],22-B-1來自王運等[4],通過對各類碎斑熔巖樣品主量元素、微量元素和稀土元素的分析對比,以及利用物質(zhì)平衡計算方法,分析討論鈾成礦作用元素地球化學(xué)特征。

表1 鄒家山鈾礦床樣品主量元素組成

表2 鄒家山鈾礦床樣品微量元素組成

表3 鄒家山鈾礦床樣品稀土元素組成

表4 鄒家山鈾礦床樣品稀土元素特征參數(shù)

4 結(jié)果

根據(jù)巖相學(xué)特征和后文質(zhì)量遷移計算結(jié)果,將樣品分為四組:新鮮碎斑熔巖，以鈉長石化為主、以鉀長石化為主和以絹云母化為主的碎斑熔巖,并且對其主微量元素進行分析對比。

4.1 新鮮巖石樣品

鄒家山鈾礦床新鮮碎斑熔巖SiO2含量介于75.25%～76.39%；全堿含量(Na2O+K2O)變化于7.24%～8.18%,相對富鉀；[n(K)/n(Na)]比值介于1.66～1.94；CaO含量介于0.77%～1.60%；MgO含量介于0.13%～0.41%；Al2O3含量變化于11.97%～13.26%；P2O5含量變化于0.03%～0.06%。在SiO2-K2O圖解中[圖7(a)],鄒家山新鮮碎斑熔巖落在高鉀鈣堿性范圍內(nèi),個別樣品具較高鉀含量；Al2O3相對較高,介于11.97%～13.26%,為弱準(zhǔn)鋁質(zhì)-強過鋁質(zhì)火山巖[圖7(b)],而高鉀鈣堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)火山巖是很重要的潛在鈾源[34], 指示鄒家山鈾礦床新鮮碎斑熔巖具有提供鈾源可能性,這與孫占學(xué)[35]研究成果相似。

鄒家山鈾礦床新鮮碎斑熔巖相對富集Rb、Th、U、Ta、K,相對虧損Ba、Nb、Zr、Hf、Y[圖8(a)]。原巖ΣREE均值為194.87×10-6(123.86×10-6～293.84×10-6)；LREE均值為167.96×10-6(101.49×10-6～262.75×10-6)；HREE均值為26.92×10-6(21.83×10-6～32.70×10-6)；m(LREE)/m(HREE)均值為6.25(4.54～8.45)；n(LaN)/n(YbN)均值為8.94(3.74～17.15)；δEu均值為0.2(0.13～0.25)；鄒家山鈾礦新鮮火山巖稀土元素配分曲線呈右傾趨勢[圖8(b)],屬輕稀土富集型。

圖7 鄒家山鈾礦新鮮碎斑熔巖判別圖(SiO2-K2O圖據(jù)文獻[32]、A/CNK-A/NK圖據(jù)文獻[33])Fig.7 Discriminant diagrams of fresh porphyroclastic lava in the Zoujiashan deposit (SiO2-K2O from Ref.[32], and A/CNK vs A/NK from Ref.[33])

4.2 鈉長石化

鄒家山鈾礦床以鈉長石化為主樣品SiO2含量介于48.48%～67.70%；Na2O含量介于3.34%～8.12%；K2O 含量介于0.27%～3.15%；m(K2O)/m(Na2O)比值介于0.03～0.94；CaO含量介于0.78%～11.91%；MgO含量介于0.55%～1.90%；Al2O3含量變化于15.81%～18.28%；P2O5含量變化于0.09%～0.56%。

鄒家山鈾礦床鈉長石化碎斑熔巖相對富集Rb、Th、U、Ta,相對虧損Ba、Nb、Y,略微虧損Zr、Hf；除Th、U相對更富集,其他微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖曲線模式與新鮮碎斑熔巖相似[圖8(a)],顯示兩者具有一定繼承關(guān)系。鈉長石化碎斑熔巖ΣREE均值為261.43×10-6(125.37×10-6～445.65×10-6)；LREE均值為221.25×10-6(69.77×10-6～413.79×10-6)；HREE均值為40.18×10-6(31.86×10-6～55.60×10-6)；m(LREE)/m(HREE)均值為6.07(1.25～12.99)；n(LaN)/n(YbN)均值為5.75(0.59～17.54)；δEu均值為0.41(0.22～0.75)；鄒家山鈾礦鈉長石化碎斑熔巖稀土元素配分曲線略微右傾[圖8(b)],輕稀土略微富集,與新鮮碎斑熔巖相比,鈉長石化碎斑熔巖輕、重稀土元素含量均增加,但重稀土元素含量相對增加幅度較大,m(LREE)/m(HREE)及n(LaN)/n(YbN)均有所降低。

4.3 鉀長石化

鄒家山鈾礦床以鉀長石化為主樣品SiO2含量介于44.45%～58.42%；K2O含量介于8.03%～9.08%；Na2O含量介于0.14%～0.23%；m(K2O)/m(Na2O)比值介于35.83～57.36；CaO含量介于6.51%～13.58%；MgO含量介于1.33%～2.23%；Al2O3含量變化于13.63%～15.62%；P2O5含量變化于0.06%～0.09%。

鄒家山鈾礦床鉀長石化碎斑熔巖相對富集Rb、U、Ta、K,相對虧損Ba、Nb、Zr、Hf、Y,除U相對富集外,其微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖與新鮮碎斑熔巖相似[圖8(a)],顯示兩者具有一定繼承關(guān)系。鉀長石化碎斑熔巖ΣREE均值為129.70×10-6(88.56×10-6～165.74×10-6)；LREE均值為94.18×10-6(47.52×10-6～130.88×10-6)；HREE均值為34.77×10-6(30.37×10-6～41.04×10-6)；m(LREE)/m(HREE)均值為2.81(1.16～3.95)；n(LaN)/n(YbN)均值為1.84(0.59～2.86)；δEu均值為0.20(0.17～0.22)；鄒家山鉀長石化碎斑熔巖稀土元素配分曲線略微右傾[圖8(b)],輕稀土元素略微富集,與新鮮碎斑熔巖相比,鉀長石化碎斑熔巖輕稀土元素含量降低,重稀土元素含量增加,m(LREE)/m(HREE)及n(LaN)/n(YbN)均降低。

4.4 絹云母化

鄒家山鈾礦以絹云母化為主樣品SiO2含量介于34.28%～51.92%；K2O含量介于5.32%～9.14%；Na2O含量介于0.16%～0.26%；m(K2O)/m(Na2O)比值介于20.46～57.13；CaO含量介于1.14%～18.71%；MgO含量介于0.83%～1.75%；Al2O3含量變化于19.47%～24.47%；P2O5含量變化介于0.38%～1.11%。

鄒家山鈾礦床絹云母化碎斑熔巖相對富集Rb、Th、U、Ta、Zr、Hf、K,相對虧損Ba、Nb、Y,其微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖與新鮮碎斑熔巖不同[圖8(a)],顯示受不同成分流體疊加。絹云母化碎斑熔巖ΣREE均值為825.23×10-6(302.22×10-6～1 760.03×10-6)；LREE均值為425.08×10-6(264.75×10-6～570.83×10-6)；HREE均值為400.15×10-6(37.47×10-6～1 189.20×10-6)；m(LREE)/m(HREE)均值為2.68(0.48～7.07)；n(LaN)/n(YbN)均值為1.85(0.19～5.83)；δEu均值為0.39(0.32～0.43)；鄒家山絹云母化碎斑熔巖稀土元素配分曲線呈左傾趨勢[圖8(b)],重稀土元素相對富集,與新鮮碎斑熔巖相比,絹云母化碎斑熔巖輕、重稀土元素含量均增加,重稀土元素呈大幅度增加,且鄒家山鈾礦床高品位礦石具有重稀土富集特征[36-37]。

圖8 鄒家山礦床微量、稀土元素特征圖 (據(jù)文獻[38]修改)Fig.8 The characteristic diagrams of trace and REE elements in Zoujiashan deposit (According to Ref.[38])

5 討論

5.1 蝕變過程中元素的遷移

質(zhì)量平衡計算為了解巖石在蝕變作用過程中的元素遷移過程提供了非常有利的工具。Gresens[39]首次提出利用活動元素和不活動元素來衡量巖石在蝕變過程中元素遷移過程,并最終Maclean等[40]建立了利用不活動元素來衡量蝕變巖石的元素遷移量。本次研究選擇Grant[11]所提出的質(zhì)量平衡計算公式來計算鄒家山鈾礦床不同類型的蝕變巖石在蝕變過程中的元素遷移量。物質(zhì)帶入、遷出量計算公式如下:

(1)

不活動元素可以利用元素的相關(guān)系數(shù)加以確定。選擇Ti和Nb作為不活動元素進行計算,在表5中,Ti和Nb的相關(guān)系數(shù)為0.94,大于Grant[11]所提出的作為不活動元素對標(biāo)準(zhǔn)的下限0.90。鄒家山蝕變樣品質(zhì)量平衡計算結(jié)果分別見表6、表7。

表5 鄒家山鈾礦床樣品元素相關(guān)系數(shù)

表6 鄒家山鈾礦床蝕變及樣品ΔC計算結(jié)果

表7 鄒家山鈾礦床蝕變樣品ΔC/Co計算結(jié)果

5.1.1 鈉長石化

與鄒家山地區(qū)新鮮的火山巖樣品的平均值相比,以鈉長石化為主的樣品中SiO2(ΔC介于-51.62%～-17.44%,平均-39.81%)和K2O(ΔC介于-4.89%～-2.08%,平均-3.70%),說明它們從新鮮火山巖中遷出；Al2O3(ΔC介于-5.70%～5.85%,平均-2.07%)、Fe2O3(ΔC介于-1.79%～3.27%,平均0.63%)、MgO(ΔC介于0.05%～1.47%,平均0.41%)、CaO(ΔC介于-0.67%～9.68%,平均2.51%)、Na2O(ΔC介于-1.18%～4.34%,平均0.97%)以及U(ΔC介于82.47×10-6～2 488.15×10-6,平均760.30×10-6)含量明顯增加,說明上述元素從流體進入蝕變火山巖中。在鈉交代過程中,Si、Mn、Mg、Ca、K、P、Rb、U和重稀土元素Gd為活動性非常強的元素(ΔC/Co>1.0或者ΔC/Co<-0.5,ΔC/Co為元素遷出率),成礦元素U的ΔC/Co平均值為69.56。在鈉交代樣品中,主量元素Ti、Fe、Na以及屬于中等活動性元素(0.1<ΔC/Co<1.0或者-0.5<ΔC/Co<-0.1),重稀土元素除Gd,其他元素隨著原子序數(shù)的增加,活動性逐漸增加。

Na2O的增加和K2O的降低與鈉交代樣品中存在大量鈉長石有關(guān),其機理可以解釋為鈉交代過程中富鈉熱液交代鉀長石形成鈉長石；Fe和Mg含量的增加與鈉交代樣品中存在的大量綠泥石有關(guān)；P的增加與鈉交代樣品中存在較多的磷灰石有關(guān)；Ca增加與鈉交代巖中后期經(jīng)歷的碳酸鹽化有關(guān)。

5.1.2 鉀長石化

與鄒家山新鮮火山巖樣品的平均值相比,以鉀長石化為主的樣品SiO2(ΔC介于-31.63%～22.84%,平均-12.08%)、 Na2O(ΔC介于-2.68%～-2.63%,平均-2.65%)和輕稀土元素含量明顯降低,說明上述元素從新鮮火山巖中遷出。Al2O3(ΔC介于0.04%～11.96%,平均5.32%)、Fe2O3(ΔC介于-0.06%～3.35%,平均1.62%)、MgO(ΔC介于1.11%～3.51%,平均2.01%)、CaO(ΔC介于6.56%～15.20%,平均11.10%)、K2O(ΔC介于1.68%～8.46%。平均5.20%)、U[ΔC介于47.03×10-6～368.25×10-6,平均202.49×10-6]和重稀土元素含量明顯增加,說明上述元素從流體進入蝕變火山巖中。以鉀長石化為主的樣品中Mn、Mg、Ca、Na、P、Rb、U、Th和重稀土元素屬高活動性元素(ΔC/Co>1.0或者ΔC/Co<-0.5),其中U的ΔC/Co平均值為18.53；Si、Ti、Fe和輕稀土元素屬于中等活動性元素(0.1<ΔC/Co<1.0或者-0.5<ΔC/Co<-0.1)。隨著原子序數(shù)的增加,重稀土元素活動性逐漸增加。

以鄒家山鈾礦床新鮮酸性火山巖的n(K)/n(Al)比值(0.44)為界,鄒家山地區(qū)以鉀長石化為主的樣品中n(K)/n(Al)比值增大(0.59～0.68)。由于富鉀云母和伊利石中n(K)/n(Al)都小于0.4,鉀長石中n(K)/n(Al)為1,因此,n(K)/n(Al)比值的增加及Na含量的降低可解釋為鉀交代樣品中鉀長石交代斜長石,Ca含量增加可解釋為鉀交代樣品后期經(jīng)歷碳酸鹽化；Fe和Mg含量的增加可能由于巖石經(jīng)歷黃鐵礦化和綠泥石化作用。

5.1.3 絹云母化

與鄒家山新鮮的火山巖樣品的平均值相比,以絹云母化為主的樣品SiO2(ΔC介于-70.48%～59.04%,平均-64.73%)、Na2O(ΔC介于-2.83%～-2.81%,平均-2.82%)、Al2O3(ΔC介于-9.75%～-4.41%,平均-7.26%)、K2O(ΔC介于-4.29%～-2.03%,平均-3.46%)以及輕稀土元素含量明顯降低,說明上述元素從新鮮巖石中遷出。Fe2O3(ΔC介于-1.76%～0.12%,平均0.92%)、MgO(ΔC介于-0.12%～0.34%,平均0.05%)、CaO(ΔC介于-0.70%～1.53%,平均-0.12%)有略微的增加或者降低。U(ΔC介于67.99×10-6～3 595.72×10-6,平均1 745.52×10-6)、Th(ΔC介于-4.98×10-6～1 835.60×10-6,平均388.48 ×10-6)和重稀土元素含量明顯增加。以絹云母化為主的樣品中Si、Al、Mn、Na、K、P、U、Y、Th、輕稀土元素和部分重稀土元素屬高活動性元素(ΔC/Co>1.0或ΔC/Co<-0.5),其中U的ΔC/Co的平均值為159.70；Ti、Fe、Mg屬于中等活動性元素(0.1<ΔC/Co<1.0或-0.5<ΔC/Co<-0.1)；隨原子序數(shù)增加,重稀土元素活動性逐漸增加。

鄒家山鈾礦床以絹云母化為主的樣品的n(K)/n(Al)(0.24～0.41)明顯降低。如上所述,富鉀云母、伊利石以及高嶺土的n(K)/n(Al)小于0.4。然而,值得注意的是,該組樣品Al含量也大幅度降低。前人研究認為,Al在絕大多數(shù)熱液條件下是穩(wěn)定存在的,只有當(dāng)熱液流體為酸性環(huán)境時,Al才是活動性元素[41]。因此,樣品K、Al、Na和Ca的降低是由于巖石遭受以絹云母化為主酸性交代蝕變作用的影響；該組存在的部分樣品Ca、Fe和Mg含量的增加可能是由于碳酸鹽化、綠泥石化和黃鐵礦化的結(jié)果。

5.2 鈉-鉀交代在鈾成礦過程中的作用

在以鉀-鈉長石化樣品中,出現(xiàn)鉀-鈉長石的花崗變晶狀結(jié)構(gòu),說明在鉀-鈉長石化階段,整個圍巖處于高溫環(huán)境。在經(jīng)歷鉀-鈉交代之后,在溶蝕石英的過程中形成一些微小的空間,這些空間被隨之形成的方解石充填,這也就說明了鉀-鈉長石化的樣品中CaO增加量(鉀長石化ΔC介于6.56%～15.20%,鈉長石化ΔC介于-0.67%～9.68%)高于以絹云母化為主的樣品(-0.70%～1.53%)。

鄒家山鈾礦床鈉交代礦石鈾品位較低,而鉀交代礦石鈾品位較高,且在鄒家山多條礦帶中多次采到品位達10%～15%的礦石[5]。與此類似,李滿根等[42]認為鉀化是富礦體形成的必要條件。然而,本次研究發(fā)現(xiàn),并不是所有的鉀交代都是形成富鈾礦的。從質(zhì)量遷移計算顯示,鈉交代蝕變巖石中U的ΔC/Co介于7.55～227.64,均值為69.56；鉀交代巖石樣品中以鉀長石化為主的樣品U的ΔC/Co介于4.30～33.69,均值為18.53；鉀交代樣品中以絹云母化為主的樣品U的ΔC/Co介于6.22～328.98,均值為159.70。因此研究認為以堿交代蝕變?yōu)橹鞯V石樣品鈾含量較低,而以酸交代蝕變?yōu)橹鞑攀切纬筛坏V的前提條件。

6 結(jié)論

通過對鄒家山鈾礦床新鮮碎斑熔巖及各類不同主要蝕變類型碎斑熔巖元素地球化學(xué)特征及運用物質(zhì)平衡計算方法對各元素遷移規(guī)律進行研究,得到以下幾點認識。

(1)鄒家山鈾礦床新鮮碎斑熔巖屬于高鉀鈣堿性,弱準(zhǔn)鋁質(zhì)-強過鋁質(zhì)火山巖,此類火山巖具有提供鈾源的潛力。

(2)根據(jù)微量元素標(biāo)準(zhǔn)化圖解表明,新鮮碎斑熔巖與蝕變碎斑熔巖樣品具有一定的繼承性,但與礦床碎斑熔巖樣品標(biāo)準(zhǔn)化模式曲線不同,說明在成礦過程中,巖體經(jīng)歷了成分不同的流體作用。礦化蝕變過程中Th、Zr、Hf等微量元素含量與鈾含量變化一致,且鈾含量越高HREE相對越富集,對鈾成礦有一定指示作用。

(3)研究重點在于根據(jù)質(zhì)量平衡計算與元素遷移規(guī)律,得出了蝕變類型與成礦作用之間的關(guān)系,鄒家山礦床以鉀-鈉長石化為主的堿性蝕變作用只能形成品位較低的鈾礦石,而只有酸性礦化蝕變才是形成富礦的必要條件。