北秦嶺丹鳳地區(qū)含鈾偉晶巖地質(zhì)地球化學(xué)特征

張 良，胡菲菲，王江波，趙友東，魏正宇

(1.核工業(yè)二○三研究所，陜西西安 710086；2.中國(guó)冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南 250101)

偉晶巖型鈾礦床指產(chǎn)于偉晶巖脈中的鈾礦床，盡管其平均品位偏低，但由于礦體形態(tài)簡(jiǎn)單、組分簡(jiǎn)單、易選易采等特點(diǎn)，被認(rèn)為是世界上重要鈾礦床類型之一。北秦嶺丹鳳地區(qū)是我國(guó)重要的花崗偉晶巖密集區(qū)，也是偉晶巖型鈾礦找礦成果最好的地區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)陳家莊、小花岔、光石溝、紙房溝4處偉晶巖型鈾礦床，鈾礦(化)點(diǎn)數(shù)十個(gè)以及異常點(diǎn)數(shù)百上千個(gè)，找礦潛力大。該區(qū)偉晶巖脈沿含榴二長(zhǎng)花崗巖體和片麻狀花崗巖體內(nèi)外接觸帶廣泛展布，主要類型有黑云母?jìng)ゾr、二云母?jìng)ゾr和白云母?jìng)ゾr，其中與鈾礦化密切相關(guān)的為黑云母?jìng)ゾr(馮明月，1994；盧欣祥等，2010；馮張生等，2013；朱煥巧等，2015；王江波等，2020)。近年來(lái)，該區(qū)偉晶巖型鈾礦的研究較多，但多針對(duì)含鈾偉晶巖本身開(kāi)展同位素測(cè)年、掃描電鏡及電子探針微區(qū)分析等研究，查明了含鈾偉晶巖及含榴二長(zhǎng)花崗巖成巖年齡及副礦物特征，并建立了成礦模式；對(duì)含鈾偉晶巖、含榴二長(zhǎng)花崗巖、片麻狀花崗巖三者之間的成因聯(lián)系研究少，對(duì)三者是否為同源巖漿演化的產(chǎn)物還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)(沙亞洲，2011；陳佑緯等，2013；劉靜，2015；孟雷，2016；葛瑤，2017；袁峰等，2017；曲凱等，2019；王江波等，2020)。本文以丹鳳地區(qū)含鈾黑云母?jìng)ゾr為研究對(duì)象，在研究其地質(zhì)地球化學(xué)特征的基礎(chǔ)上，分析其與片麻狀花崗巖及含榴二長(zhǎng)花崗巖之間的成因關(guān)系，以期為該區(qū)進(jìn)一步鈾礦找礦工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

秦嶺造山帶是華北板塊與揚(yáng)子板塊長(zhǎng)期匯聚形成的復(fù)合型造山帶，自元古代以來(lái)經(jīng)歷了新元古代(979～711 Ma)、古生代(507～400 Ma)、早中生代(250～185 Ma)、晚中生代(158～100 Ma)四個(gè)期次的構(gòu)造及巖漿活動(dòng)(張國(guó)偉等，2001；張本仁等，2002；王曉霞等，2015；李承東等，2018；黃倩雯等，2020)，形成了以洛南-欒川斷裂、商丹縫合帶和勉略縫合帶為界，將秦嶺造山帶劃分為華北克拉通南緣、北秦嶺造山帶、南秦嶺造山帶和揚(yáng)子克拉通北緣的構(gòu)造格局。

研究區(qū)位于北秦嶺造山帶東段，夾持于蔡川斷裂和分水嶺斷裂之間(圖1)，出露地層為古元古界秦嶺巖群，為一套低角閃巖相-高角閃巖相的中深變質(zhì)地層組合體(張宗清等，1994)；南部主要出露秦嶺巖群郭莊巖組(Pt1g)，主要由條帶狀黑云斜長(zhǎng)片麻巖、含石榴子石黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石榴矽線黑云片麻巖等組成；北部出露秦嶺巖群雁嶺溝巖組(Pt1y)，主要是一套含石墨、方柱石、透輝石的大理巖。侵入巖分布范圍廣，主要為古生代構(gòu)造巖漿活動(dòng)期(507～400 Ma)侵入的花崗巖(張成立等，2004；Wang et al.，2013；張成立等，2013)，多呈巖基、巖株以及巖脈群產(chǎn)出，成群成帶分布，約占工作區(qū)面積的三分之一。

圖1 北秦嶺丹鳳地區(qū)構(gòu)造及侵入巖分布略圖①Fig.1 Sketch map showing geology and intrusive rocks in the Danfeng area of north Qinling Mountains①1-早古生界丹鳳巖群；2-古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組；3-古元古界秦嶺巖群郭莊巖組；4-含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖；5-片麻狀花崗巖；6-基性、超基性巖；7-斷裂；8-花崗巖型鈾礦床；9-偉晶巖型鈾礦床1-Danfeng Group,Lower Paleozoic;2-Yanlinggou Formation,Qinling Group,Paleo-Proterozoic;3-Guozhuang Formation,Qinling Group,Pale-Proterozoic;4-garnet monzogranite;5-geissic granite;6-basite and utrabasic rock;7-fault;8-granite-type uranium deposit;9-pegmatite-type uranium deposit

2 地質(zhì)特征

研究區(qū)受新元古代和早古生代秦嶺造山帶板塊俯沖碰撞的影響，形成了以北西西向構(gòu)造為主的構(gòu)造格架，區(qū)內(nèi)出露的侵入巖主要為北西西向產(chǎn)出的加里東期含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖、片麻狀花崗巖以及成群出現(xiàn)的花崗偉晶巖脈(圖1)。

2.1 巖體特征

片麻狀花崗巖有灰池子、棗園、商南巖體等，暗色礦物含量較多，普遍發(fā)育片麻狀構(gòu)造，主要組成礦物為斜長(zhǎng)石、石英，其次為鉀長(zhǎng)石、黑云母和少量角閃石，副礦物為褐簾石、鋯石、榍石和磁鐵礦等(表1)，主要巖石類型為片麻狀黑云二長(zhǎng)花崗巖(圖2a)。

含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖有騾子坪、黃柏岔、桃坪巖體等，暗色礦物含量少，巖石呈塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英和少量黑云母，副礦物為磁鐵礦、榍石、獨(dú)居石、磷灰石、晶質(zhì)鈾礦、石榴子石等(表1)，主要巖石類型為含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖(圖2b)。

2.2 偉晶巖脈特征

偉晶巖脈沿北西西向花崗巖體內(nèi)外接觸帶展布，與花崗巖帶展布方向一致。巖脈呈淺肉紅色、灰白色，規(guī)模不等，多數(shù)順片麻理侵入，少數(shù)截切片麻理?？臻g分布上表現(xiàn)出明顯的分帶性特征，即黑云母?jìng)ゾr脈產(chǎn)于巖體內(nèi)部及巖體附近，二云母?jìng)ゾr脈產(chǎn)于距巖體稍遠(yuǎn)地區(qū)，白云母?jìng)ゾr脈產(chǎn)于遠(yuǎn)離巖體的地區(qū)。其中與鈾礦化密切相關(guān)的為產(chǎn)于巖體內(nèi)外接觸帶的黑云母?jìng)ゾr脈(圖2c)，內(nèi)帶偉晶巖脈多產(chǎn)于含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖與古元古界的內(nèi)接觸帶，偉晶巖脈主要分布在含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖體邊緣，與含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖呈漸變過(guò)渡接觸(圖2d)，脈體產(chǎn)出規(guī)模較小、不穩(wěn)定、呈不規(guī)則狀；外帶偉晶巖脈產(chǎn)于花崗巖體與古元古界地層外接觸帶，含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖和片麻狀花崗巖外帶均有偉晶巖脈產(chǎn)出，脈體產(chǎn)于古元古界黑云斜長(zhǎng)片麻巖中，延伸穩(wěn)定，規(guī)模大。

圖2 黑云母?jìng)ゾr、含榴二長(zhǎng)花崗巖及片麻狀花崗巖地質(zhì)特征Fig.2 Geological characteristics of biotite pegmatite,garnet monzogranite and gneissic granitea-灰池子巖體片麻狀花崗巖；b-騾子坪巖體含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖；c-黑云母花崗偉晶巖；d-偉晶巖與含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖漸變過(guò)度 接觸(虛線為漸變接觸界線，左側(cè)為花崗巖，右側(cè)為偉晶巖)a-gneissic granite of Huichizi rock mass;b-garnet monzogranite of Luoziping rock mass;c-biotite pegmatite;d-gradual contact limit(dashed line) between garnet monzogranite and biotite pegmatite,garnet monzogranite on the left,biotite pegmatite on the right

2.3 含鈾黑云母?jìng)ゾr特征

含鈾黑云母?jìng)ゾr呈淺肉紅-灰白色，具塊狀構(gòu)造，礦物分布極不均勻，主要由微斜長(zhǎng)石、石英、黑云母組成；常見(jiàn)的副礦物有石榴子石、晶質(zhì)鈾礦、獨(dú)居石、鋯石等(表1)。其中黑云母多呈鱗片狀，形成團(tuán)塊分布，含量1%～20%不等，黑云母聚集的部位鈾含量明顯偏高。

一般來(lái)說(shuō)，來(lái)自同源巖漿演化的地質(zhì)體，在物質(zhì)成分上應(yīng)該是有相似之處。從丹鳳地區(qū)花崗巖、含鈾黑云母?jìng)ゾr的主要副礦物對(duì)比表(表1)中可以看出：含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖常見(jiàn)的副礦物有石榴子石、晶質(zhì)鈾礦、磷灰石、獨(dú)居石、磁鐵礦等，有偉晶巖中常見(jiàn)的石榴子石、獨(dú)居石、晶質(zhì)鈾礦，同樣少見(jiàn)褐簾石；片麻狀花崗巖中常見(jiàn)的副礦物有磁鐵礦、褐簾石、榍石、磷灰石等，且少見(jiàn)偉晶巖中常見(jiàn)的石榴子石、獨(dú)居石、晶質(zhì)鈾礦，可見(jiàn)偉晶巖中少見(jiàn)的褐簾石，對(duì)比而言含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖的副礦物組合與偉晶巖較為相似。

表1 丹鳳地區(qū)花崗巖、偉晶巖主要副礦物對(duì)比表(×10-6)②

3 含鈾偉晶巖地球化學(xué)特征

本次取樣9件，其中含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖(以下簡(jiǎn)稱含榴二長(zhǎng)花崗巖)樣3件，取自騾子坪巖體；含鈾黑云母?jìng)ゾr(以下簡(jiǎn)稱含鈾偉晶巖)樣6件，取自騾子坪巖體北側(cè)外接觸帶的鈾礦化黑云母花崗偉晶巖脈；收集片麻狀花崗巖(灰池子巖體)數(shù)據(jù)3組(李伍平等，2001)。樣品的分析測(cè)試由具有甲級(jí)資質(zhì)的核工業(yè)二○三研究所分析測(cè)試中心完成，主量元素測(cè)試采用X射線熒光光譜法，儀器為荷蘭帕納科制造AxiosX射線熒光光譜儀；微量和稀土元素測(cè)試采用等離子體質(zhì)譜法，儀器為T(mén)hermo Flsher制造XSERIES2型等離子體質(zhì)譜分析儀，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 丹鳳地區(qū)含鈾偉晶巖、含榴二長(zhǎng)花崗巖、片麻狀花崗巖主、微量及稀土元素分析結(jié)果表

續(xù)表2

3.1 主量元素特征

含鈾偉晶巖SiO2含量為64.91%～73.90%，平均69.32%。Na2O+K2O=8.30%～11.87%，平均9.98%；Na2O含量2.35%～4.22%，平均3.66%；K2O含量4.08%～8.02%，平均6.32%；平均K2O/Na2O=1.80，顯示出明顯的高K、低Na特征。堿度率AR=2.04～3.18，屬鈣堿性系列；A/CNK=1.00～1.26，屬過(guò)鋁質(zhì)巖石；具有富Al、高K、低Na的特征。

3.2 微量元素特征

從含鈾偉晶巖微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3a)可以看出，巖石強(qiáng)烈富集強(qiáng)不相容元素Rb、Th以及中等不相容元素Sm，強(qiáng)烈虧損弱不相容元素Ti、中等不相容元素P以及強(qiáng)不相容元素K、Ba；整體表現(xiàn)出隨著元素不相容性不斷增強(qiáng)，元素含量逐步富集的特征。大離子親石元素Rb、Ba、K地球化學(xué)性質(zhì)相仿，在巖漿演化過(guò)程中Rb、Ba容易進(jìn)入含K礦物中，但是Rb更易在殘余巖漿中富集，從而表現(xiàn)出隨著巖漿不斷演化，K、Ba在殘余巖漿中不斷貧化，Rb不斷富集的特征。Th/U=0.58～6.59，除TC201-4號(hào)樣Th/U<1以外，其他所有樣品Th/U>3，可能是地表含鈾偉晶巖中晶質(zhì)鈾礦發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈氧化后被淋濾引起。

3.3 稀土元素特征

含鈾偉晶巖稀土總量∑REE=137.1×10-6～444.2×10-6，平均282.4×10-6，含量中等；LREE/HREE=5.31～9.14，(La/Yb)N=10.79～87.35，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖3b)上，稀土配分曲線呈明顯的右傾輕稀土富集型；(La/Sm)N=1.41～1.83，(Gd/Lu)N=6.04～46.84，表明輕稀土無(wú)明顯分餾，重稀土發(fā)生明顯分餾作用；δEu=0.03～0.12，強(qiáng)烈負(fù)Eu異常，說(shuō)明偉晶巖漿經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石大量晶出過(guò)程，具明顯的演化晚期巖漿的特征。

圖3 偉晶巖和花崗巖微量元素(a)、稀土元素(b)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值分別引自Pearce et al.,1984；Sun and McDonough,1989)Fig.3 Chondrite-normalized spidergrams of trace element(a)and REE(b)in pegmatite and granite(normalized values are respectively from Pearce et al.,1984;Sun and McDonough,1989)

4 討論

丹鳳地區(qū)含鈾偉晶巖圍含榴二長(zhǎng)花崗巖體和片麻狀花崗巖體廣泛分布。前人研究大多認(rèn)為含鈾偉晶巖來(lái)源于秦嶺巖群地層深熔變質(zhì)作用形成的花崗閃長(zhǎng)巖漿經(jīng)多期次侵入活動(dòng)形成的殘余巖漿，但是片麻狀花崗巖、含榴二長(zhǎng)花崗巖、含鈾偉晶巖是否為同源巖漿不同演化階段的產(chǎn)物尚存在不同的認(rèn)識(shí)。以下通過(guò)對(duì)含鈾偉晶巖、含榴二長(zhǎng)花崗巖以及片麻狀花崗巖地質(zhì)地球化學(xué)特征進(jìn)行對(duì)比分析，探討含鈾偉晶巖與兩類花崗巖之間的成因聯(lián)系。

從三類巖石的主量元素分析結(jié)果(表2)對(duì)比可以看出：含鈾偉晶巖和含榴二長(zhǎng)花崗巖堿含量較高,K含量大于Na(原子數(shù))；而片麻狀花崗巖堿含量較低，且Na含量大于K(原子數(shù))。單從巖石化學(xué)成分來(lái)看，含鈾偉晶巖和含榴二長(zhǎng)花崗巖相似，而與片麻狀花崗巖差別較大，含鈾偉晶巖和含榴二長(zhǎng)花崗巖不像是片麻狀花崗巖漿分異演化的產(chǎn)物，含鈾偉晶巖與含榴二長(zhǎng)花崗巖可能是同源巖漿演化而來(lái)。

在微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖3a)中，可以看出含鈾偉晶巖與含榴二長(zhǎng)花崗巖具有一致配分曲線，與片麻狀花崗巖存在一定的差別；稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖3b)中，含鈾偉晶巖與含榴二長(zhǎng)花崗巖存在一致的配分模式，與片麻狀花崗巖則明顯不同。含榴二長(zhǎng)花崗巖與含鈾偉晶巖在稀土元素配分模式圖中顯示出從輕稀土到重稀土(La→Lu)各元素差距逐步減小的特點(diǎn)，這與巖漿演化過(guò)程中，由于 Lu→La元素不相容性逐漸增強(qiáng)，稀土元素表現(xiàn)出隨著原子數(shù)減小而逐步在巖漿演化晚期富集特征相符。在含鈾偉晶巖與含榴二長(zhǎng)花崗巖元素含量差值散點(diǎn)圖(圖4)中可以明顯看出，隨著元素不相容性增強(qiáng)，元素逐漸向含鈾偉晶巖富集特征，含鈾偉晶巖可能是含榴二長(zhǎng)花崗巖漿分異演化的產(chǎn)物。

圖4 偉晶巖與含榴花崗巖元素含量差值球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化散點(diǎn)圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值引自Sun and McDonough,1989)Fig.4 Chondrite-normalized scatter diagram of difference content values for trace elements of pegmatite and granite- granite(normalized values from Sun and McDonough,1989)

高場(chǎng)強(qiáng)元素中Zr、Hf的原子結(jié)構(gòu)相同，地球化學(xué)性質(zhì)相近，自然界中密切共生，形成完全的類質(zhì)同象；Rb/Ti比值不受礦物類型和結(jié)晶次序的影響，同源巖漿成因的礦物中Rb/Ti比值是恒定的，只與巖漿的初始Rb、Ti含量有關(guān)。因此同源巖漿演化過(guò)程中Rb/Ti、Zr/Hf比值不發(fā)生明顯變化。含鈾偉晶巖Rb/Ti=0.09～0.62、Zr/Hf=21.82～28.89，含榴二長(zhǎng)花崗巖Rb/Ti=0.27～0.62、Zr/Hf=18.56～28.54，片麻狀花崗巖Rb/Ti=0.01～0.03、Zr/Hf=27.06～42.58；含鈾偉晶巖與含榴二長(zhǎng)花崗巖Rb/Ti、Zr/Hf比值基本一致，而與片麻狀花崗巖相差較大。從圖5可以明顯看出，含鈾偉晶巖與含榴二長(zhǎng)花崗巖Rb與Ti，Zr與Hf存在很好的線性相關(guān)關(guān)系，二者具有同源演化的特征。

圖5 偉晶巖和花崗巖Rb與Ti(a)，Zr與Hf(b)散點(diǎn)圖Fig.5 Rb-Ti(a)and Zr-Hf(b)scatter diagrams of pegmatite and pegmatite

前人大量研究表明：丹鳳地區(qū)含鈾偉晶巖成巖年齡405～415Ma(郭國(guó)林等，2012；趙如意等，2013；劉剛等；2017；張帥等，2019；王江波等，2020)，含榴二長(zhǎng)花崗巖成巖年齡為410～415Ma(左文乾等，2010；趙如意等，2014)，片麻狀花崗巖成巖年齡430～450Ma(劉丙詳，2014；劉剛等；2017；王江波等，2018)。對(duì)比三者同位素年齡可以看出：片麻狀花崗巖成巖時(shí)間明顯早于含鈾偉晶巖和含榴二長(zhǎng)花崗巖，且相差較大；而含榴二長(zhǎng)花崗巖與含鈾偉晶巖成巖時(shí)間相近且略早于后者，與巖漿演化先后順序相吻合。

以上地質(zhì)地球化學(xué)特征可以看出，丹鳳地區(qū)含鈾偉晶巖(及含榴二長(zhǎng)花崗巖)與片麻狀花崗巖副礦物組成、地球化學(xué)特征差別明顯，無(wú)明顯的同源演化特征，認(rèn)為含鈾偉晶巖與含榴二長(zhǎng)花崗巖不是片麻狀花崗巖漿分異演化的產(chǎn)物。含鈾偉晶巖與含榴二長(zhǎng)花崗巖副礦物組成及元素地球化學(xué)特征相似，且表現(xiàn)出明顯的同源演化特征，二者形成時(shí)間吻合，因此認(rèn)為含鈾偉晶巖是含榴二長(zhǎng)花崗巖殘余巖漿的產(chǎn)物，含榴二長(zhǎng)花崗巖內(nèi)外接觸帶是偉晶巖型鈾礦找礦有利區(qū)。

5 結(jié)論

(1)含鈾黑云母?jìng)ゾrSiO2=64.91%～73.90%、平均K2O/Na2O=1.80、AR=2.04～3.18、A/CNK=1.00～1.26，有富Al、高K、低Na的特征。平均∑REE=282.4×10-6、LREE/HREE=5.31～9.14、(La/Yb)N=10.79～87.35，稀土總量中等且富集輕稀土，強(qiáng)烈負(fù)Eu異常；富集元素Rb、Th、Sm，虧損Ti、P、K、Ba，表現(xiàn)出隨著元素不相容性不斷增強(qiáng)，元素含量逐步富集的特征。

(2)含鈾黑云母?jìng)ゾr(及含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖)與片麻狀花崗巖副礦物組成及地球化學(xué)特征差別明顯，無(wú)明顯同源演化的特征，認(rèn)為含鈾黑云母?jìng)ゾr(及含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖)不是片麻狀花崗巖漿分異演化的產(chǎn)物。

(3)含鈾黑云母?jìng)ゾr與含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖副礦物組成及地球化學(xué)特征相似，具同源巖漿演化的特征，且二者成巖時(shí)間相吻合，認(rèn)為含鈾黑云母?jìng)ゾr是含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖殘余巖漿的產(chǎn)物，因此含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖內(nèi)外接觸帶是偉晶巖型鈾礦找礦有利區(qū)。

[注 釋]

①陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1991.1∶20萬(wàn)商南幅地質(zhì)圖及說(shuō)明書(shū)[R].

②核工業(yè)西北地質(zhì)局.1998.中國(guó)北西部鈾礦地質(zhì)[M].