湖南省江華縣香草地區(qū)含礦構(gòu)造巖地球化學(xué)及鈾礦物特征研究

徐 勇

(1.中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410007；3.湖南省伴生放射性礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與綜合利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

湖南省江華縣香草地區(qū)位于九嶷山巖體西部，金雞嶺巖體與雪花頂巖體夾持部位，目前已發(fā)現(xiàn)了香草大型鈾礦床。前人對(duì)香草鈾礦床鈾成礦特征、成礦規(guī)律等開展了大量研究，確定了金雞嶺巖體形成于板塊碰撞擠壓和地殼增厚的構(gòu)造環(huán)境，屬地殼改造型(S型)花崗巖，是華南重要的產(chǎn)鈾巖體(章邦桐等，2001；李劍鋒等，2021；何建軍等，2008；章健等，2014；付建明等，2005；許文力，2020)。該區(qū)區(qū)域性構(gòu)造交匯部位具有明顯的控礦作用，控礦斷裂兩側(cè)的次生斷裂、裂隙、劈理等構(gòu)造對(duì)礦床、礦體的定位、規(guī)模和產(chǎn)狀以及成礦元素的遷聚均具有直接控制作用，且鈾礦化富集具多期、多源、多成因的特點(diǎn)(杜樂天，2001，2009；張祖還，1991；李樂國(guó)，2009；吳仁貴等，2018；王珂等，2021)。前人研究集中在區(qū)域控礦條件方面，對(duì)于區(qū)內(nèi)構(gòu)造地球化學(xué)和鈾礦物的研究相對(duì)不足。因此，本次研究在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)巖礦鑒定和電子探針分析，對(duì)區(qū)內(nèi)不同方向斷裂帶的含礦構(gòu)造巖地球化學(xué)特征和鈾礦物進(jìn)行研究，為研究區(qū)內(nèi)鈾成礦作用提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

香草地區(qū)位于南華活動(dòng)帶湘桂褶皺帶耒陽-臨武褶皺區(qū)水口山-九嶷山成礦帶。

出露地層主要為震旦系和寒武系(圖1)。震旦系為一套以斜坡重力流為主體的砂泥質(zhì)碎屑沉積，寒武系為一套類復(fù)理石海相重力流泥質(zhì)碎屑沉積，其中香楠組、茶園頭組是該區(qū)花崗巖外接觸帶主要含礦層位。

區(qū)內(nèi)巖漿巖具多期多階段侵入特點(diǎn)，東側(cè)為金雞嶺巖體，主體為灰白-淺紅色粗粒黑云母花崗巖，西側(cè)為雪花頂巖體，主體巖性為灰白-灰黑色中粗粒角閃石黑云母二長(zhǎng)花崗巖。

區(qū)內(nèi)發(fā)育褶皺和斷裂構(gòu)造。鈾礦床位于下竹瓦復(fù)背斜南東翼次級(jí)倒轉(zhuǎn)背斜中，背斜軸向NE45°，向SE傾伏，核部為震旦系，翼部為寒武系下、中統(tǒng)。斷裂以NW至近SN向?yàn)橹?，其次為近EW向及NE向。

圖1 香草地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)及大地構(gòu)造略圖(b)Fig.1 Geological map(a) and tectonic sketch(b) of Xiangcao area1.第四系；2.寒武系中統(tǒng)上段；3.寒武系中統(tǒng)下段；4.寒武系下統(tǒng)上段；5.寒武系下統(tǒng)下段；6.震旦系；7.中細(xì)粒二云母二長(zhǎng)花崗巖；8.粗粒黑云母花崗巖；9.中粗粒角閃石二長(zhǎng)黑云母花崗巖；10.構(gòu)造及編號(hào)；11.推測(cè)構(gòu)造；12.地質(zhì)界線；13.河流；14.研究區(qū)；15.礦床

礦化受斷裂控制，平面上定位于北西向斷裂與近南北向斷裂組成的復(fù)雜“N”形斷裂系統(tǒng)中，剖面上組成復(fù)雜的“Y”字形構(gòu)造格架。鈾礦化產(chǎn)于不同方向斷裂上下盤破碎帶內(nèi)，礦體隨斷裂交匯線側(cè)(傾)伏而側(cè)伏，富集于硅化斷裂膨脹變異及裂隙密集處。

礦化與巖性關(guān)系密切，主要富集于巖體外接觸帶寒武系香楠組和茶園頭組遭蝕變的白云母角巖中，以及金雞嶺巖體與雪花頂巖體所夾持的向南張開的箕形凹槽區(qū)，金雞嶺巖體頂界面上側(cè)附近，遠(yuǎn)離頂界面或進(jìn)入花崗巖則礦化消失，礦體隨巖體頂界面傾伏而傾伏。

2 樣品及分析方法

按構(gòu)造方向和礦化品位進(jìn)行采樣(表1)。本次樣品的主量、微量元素均在核工業(yè)二三〇研究所分析測(cè)試中心分析。全巖主量元素成分使用AxiosMAX型(荷蘭帕納科)X 射線熒光光譜儀測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的偏差，高含量氧化物小于0.8%，低含量氧化物小于10%，而Fe2O3和FeO 含量采用濕化學(xué)法分析。微量元素和稀土元素采用ICP-MS方法分析(美國(guó)Nexion300)，檢測(cè)限優(yōu)于0.5×10-9，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于5%，分析方法見Qi等(2000)。電子探針分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

表1 香草地區(qū)樣品巖性表Table 1 Lithology of samples in Xiangcao area

3 構(gòu)造巖地球化學(xué)特征

3.1 香草地區(qū)不同方向構(gòu)造特征對(duì)比

香草地區(qū)主要含礦的NW、SN和NE向構(gòu)造特征見表2。各構(gòu)造均表現(xiàn)為壓扭性，發(fā)育硅化、赤鐵礦化。SN向和NW向構(gòu)造傾向相對(duì)，深部交匯，均表現(xiàn)為多組平行硅化斷裂帶并在帶中發(fā)育礦化；NE向和NW向構(gòu)造在地層中傾向相對(duì)，深部與F22、F21等交匯，具有多組平行展布特征和較好的賦礦空間。地表礦化異常發(fā)育，F(xiàn)22帶下盤的NE向斷裂帶F8、F9和F10周圍發(fā)育有一系列的鈾異常點(diǎn)，這些鈾異常點(diǎn)異常值高，顯示出F22帶下盤NE向構(gòu)造在寒武系內(nèi)發(fā)育有較好的鈾礦化，深部具有較大的探索空間。

表2 香草地區(qū)主要含礦構(gòu)造特征一覽表Table 2 The main ore-bearing structures in Xiangcao area

3.2 構(gòu)造巖地球化學(xué)特征

3.2.1 主量元素

從主量元素(表3、圖2)可以看出，Al2O3含量普遍偏高，Na2O、CaO、 TiO2和MnO含量相對(duì)偏低，F(xiàn)e2+/Fe3+大部分小于0.4。鈾含量偏高時(shí)，CaO/Na2O普遍偏低。YP-7和YP-13在MnO、Na2O、CaO和CaO/Na2O含量上與其他含礦構(gòu)造巖不一致，可能由于這兩者都是NE向構(gòu)造礦石，受后期構(gòu)造熱液活動(dòng)影響所致。

表3 香草地區(qū)巖石主量、微量及稀土元素含量表Table 3 Contents of major elements, REE and trace elements of rocks in Xiangcao area /10-6

續(xù)表

圖2 香草地區(qū)巖石U與主量元素關(guān)系圖Fig.2 Relationship between U and main elements of rocks in Xiangcao area

3.2.2 稀土元素

圖3 香草地區(qū)巖石稀土配分模式圖Fig.3 REE distribution pattern of rocks in Xiangcao area 紅色線：U≥0.05%；藍(lán)色線：0.05%>U≥0.03%；黑色線：非礦石樣品；紫色線：花崗巖樣品；球粒隕石數(shù)據(jù)據(jù)Boynton(1984)

從稀土元素表(表3)和稀土配分圖(圖3)可以看出：NW向和SN向構(gòu)造巖兩者較為相似，整體呈右傾型，負(fù)銪異常相對(duì)不明顯，LREE/HREE為14.09～17.36，輕稀土含量高，重稀土含量低，與一般右傾海鷗型負(fù)銪異常較明顯的南方S型富鈾花崗巖有一定差別，與地層的稀土配分模式類似，表明礦化基本受同期構(gòu)造作用影響；NW向含礦巖石稀土總量較不含礦巖石偏高，SN向含礦巖石的重稀土含量低于不含礦巖石，表明兩組構(gòu)造有少量差別；NE向構(gòu)造礦石為右傾平緩型，LREE/HREE為4.01～6.95，輕重稀土分異較NW向和SN向構(gòu)造小，雖然配分曲線形態(tài)與地層類似，但是受到后期深部熱液活動(dòng)影響，且以YP-7所代表的F6號(hào)構(gòu)造最為明顯，礦化期次與NW向和SN向構(gòu)造不同或受到后期礦化作用疊加。

3.2.3 微量元素

從微量元素表3和圖4可以看出：NW向構(gòu)造礦石中Cs、W、Tl、Rb和Pb元素較非礦石中的含量多，SN向構(gòu)造礦石中W、Th和Pb元素較非礦石中的含量多，NE向構(gòu)造礦石中Cs、W、Tl、Rb和Pb較非礦石樣中含量多；YP-7礦石樣中Cu、Zn、V、Cd、Mo和Co元素較其他礦石樣多，可能礦化時(shí)受含此類元素的熱液影響。

根據(jù)微量元素?cái)?shù)據(jù)得到香草地區(qū)巖石R型聚類分析圖(圖5)，發(fā)現(xiàn)U與元素W、Be、Pb相關(guān)性密切，與其他元素相關(guān)性較差，這和顏曉蓮等(2002)的結(jié)論類似。

4 鈾礦物特征

香草地區(qū)礦石中金屬礦物主要有瀝青鈾礦、黃鐵礦、赤鐵礦及少量方鉛礦，次生鈾礦物主要有鐵鈾云母，其次為硅鈣鈾礦、鈣鈾云母。礦石構(gòu)造主要呈顯微浸染狀、細(xì)脈浸染狀、脈狀、角礫狀等。

YP-7為NE向F6赤鐵礦化碎裂巖，偏反光鏡下見赤鐵礦、次生鈾礦物(鈣鈾云母)。其中赤鐵礦少量，它形粒狀，紅褐色內(nèi)反射色，部分顆粒具規(guī)則外形；次生鈾礦物微量，半透明、透明，黃綠色內(nèi)反射色，主要為鈣鈾云母，與赤鐵礦互混。α徑跡主要呈斑點(diǎn)狀、集合體狀分布在巖石中，與半透明礦物對(duì)應(yīng)較好(圖6)。

圖4 香草地區(qū)巖石微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.4 Standardization of trace elements of rocks in Xiangcao area 紅色線：U≥0.05%；藍(lán)色線：0.05%>U≥0.03%；黑色線：不含礦構(gòu)造巖；球粒隕石數(shù)據(jù)據(jù)Boynton(1984)

YP-13為NE向F9黃鐵礦化碎裂巖，偏反光鏡下見少量黃鐵礦和鈦鈾氧化物。黃鐵礦為它形粒狀、集合體狀，淺亮黃色，均質(zhì)，分散在巖石中或呈脈狀分布；鈦鈾氧化物為痕量，多呈膠狀，與氧化鐵質(zhì)互混，顯微鏡下無法區(qū)分。α徑跡主要呈斑塊狀、脈狀分布，與巖石中的不透明礦物對(duì)應(yīng)較好(圖7a-d)。

圖5 香草地區(qū)巖石R型聚類分析圖Fig.5 R-type cluster diagram of trace elements in Xiangcao area

結(jié)合YP-13背散射圖像發(fā)現(xiàn)，鈾礦物主要呈膠狀、塊狀、脈狀分布在巖石的裂隙中，少量呈點(diǎn)狀分散分布(圖7e-f)。

鈾礦物有顆粒狀和細(xì)脈狀兩種形態(tài)。香楠組、茶園頭組和金雞嶺巖體是區(qū)域成礦的礦源層。多期次的巖漿活動(dòng)為成礦提供了能量和熱液，不斷從礦源層中萃取U，并使其富集。構(gòu)造破碎帶和節(jié)理等構(gòu)造薄弱面為成礦流體的運(yùn)移和沉淀提供了空間(曾認(rèn)宇等，2020)。

由表4可知，該樣品中的鈾礦物主要是瀝青鈾礦(鈾黑)，除3號(hào)點(diǎn)外，其他測(cè)點(diǎn)的總量偏少。鈾礦物的伴生礦物主要為磷灰石、白云母、石英和綠泥石(圖7e)。瀝青鈾礦主要呈膠狀、土狀分布在巖石裂隙中和磷灰石邊緣。香草地區(qū)的鈾礦化和磷灰石的吸附也有一定的關(guān)系，這與已知的香草礦床礦體富集位置——含磷結(jié)核的寒武系香楠組下段相吻合(王倩等，2016)。

5 結(jié)論

(1)香草地區(qū)巖石高Al，低Na、Ca、Ti和Mn，F(xiàn)e2+/Fe3+大部分小于0.4，鈾含量偏高時(shí)，CaO/Na2O普遍偏低。NW向和近SN向構(gòu)造稀土配分模式差別不大，呈右傾型，負(fù)銪異常相對(duì)不明顯，輕稀土含量高，重稀土含量低，總體與地層類似，礦化受同期構(gòu)造作用影響；NE向構(gòu)造輕重稀土分異相對(duì)較小，礦化還受到后期深部熱液活動(dòng)影響。

(2)與U相關(guān)性密切的元素有W、Be、Pb。鈾礦物形成可分為兩種：一種為成巖時(shí)形成；另一種為后期含鈾熱液沿構(gòu)造裂隙侵入，經(jīng)還原沉淀形成。

(3)鈾礦物以瀝青鈾礦為主，鈾礦化與赤鐵礦化、黃鐵礦化和磷灰石相關(guān)。香草地區(qū)NE向斷裂帶具有較好的鈾成礦潛力。

圖6 YP-7鏡下特征Fig.6 Microscopic features of YP-7a.YP-7的α徑跡照片；b.同一位置的透射偏光照片；c.將b中一個(gè)半透明礦物放大后的反射圖像；d.進(jìn)一步放大之后的圖像；U.鈣鈾云母；Hem.赤鐵礦

表4 YP-13鈾礦物定量點(diǎn)分析數(shù)據(jù)Table 4 Quantitative point analysis data for YP-13 uranium minerals /%

圖7 YP-13鏡下特征(a-d)和背散射電子像(e-h)Fig.7 The microscopic features (a-d) and backscattered electron images(e-h) of YP-13a.YP-13的α徑跡照片；b.同一位置的透射偏光照片；c.b放大后的圖像；d.反射單偏光圖像；e.瀝青鈾礦呈顆粒狀和細(xì)脈狀在磷灰石邊緣；f.瀝青鈾礦呈顆粒狀位于原巖中；g.鈾釷石呈顆粒狀位于原巖中；h.瀝青鈾礦沿裂隙分布；Pit.瀝青鈾礦；Ut.鈾釷石；Ap.磷灰石；Qz.石英；Mu.白云母；Chl.綠泥石；Py.黃鐵礦