相山鈾礦田鵬姑山地區(qū)熱液蝕變地球化學(xué)特征及其對找礦的啟示

許健俊,夏 菲,張熠陽,潘家永,呂 川,魏 欣,黨飛鵬,鐘福軍

(1.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國家重點實驗室, 江西 南昌 330013; 2.核工業(yè)二七〇研究所, 江西 南昌 330200)

圍巖蝕變是熱液礦床最為顯著的地質(zhì)特征,它記錄了水-巖反應(yīng)的大量地質(zhì)信息,如流體物理化學(xué)條件、流體性質(zhì)、流體成分等,是研究流體-巖石置換作用的良好載體(Kishida and Kerrich, 1987; Monteiroetal., 2008; Zhaoetal., 2021)。這些關(guān)鍵信息在刻畫礦床形成過程、揭示礦床成因、指導(dǎo)找礦勘查方面發(fā)揮著重要作用(唐菊興等, 2016; Hungeretal., 2018; Kumaretal., 2020; 劉學(xué)龍等, 2020; 呂承訓(xùn)等, 2021)。在熱液鈾礦床中,廣泛發(fā)育的熱液蝕變和蝕變分帶是其重要特征,鈾礦體周邊往往伴隨著多種類型、多個期次的熱液蝕變,一般而言,礦石品位越高,礦體周邊的圍巖蝕變越強烈,熱液疊加期次越多(章邦桐等, 1990; 劉國奇等, 2011; 吳玉等, 2013; 吳德海等, 2019; 張濤等, 2020; Yuetal., 2020; 譚雙等, 2022)。前人通過大量的野外觀察和室內(nèi)研究,建立了熱液鈾礦床的垂向和水平蝕變-礦化分帶模式,總結(jié)出了“先堿后酸,上酸下堿”空間分帶規(guī)律,有力地指導(dǎo)了我國華南地區(qū)熱液鈾礦的勘查工作,并取得了重要突破(杜樂天, 2011)。因此,在鈾礦勘查的新區(qū),加強熱液蝕變的研究工作,將為下一步的找礦部署提供科學(xué)依據(jù)。

相山鈾礦田位于贛杭火山巖帶的西南段(圖1a),是我國最大的火山巖型鈾礦田之一(溫志堅等, 1999a, 1999b; 蔡煜琦等, 2015)。近60余年的勘探與開采,礦田內(nèi)資源日益枯竭,急需開拓新區(qū),探明新資源量。鵬姑山地區(qū)位于相山鈾礦田西部鄒-石斷裂帶和濟河口斷裂帶的夾持區(qū),毗鄰鄒家山、李家?guī)X、居隆庵等大型鈾礦床。自2016以來,核工業(yè)二七〇研究所先后在區(qū)內(nèi)開展了大量的地質(zhì)找礦工作,取得了較好的找礦效果,認為鈾成礦地質(zhì)條件優(yōu)越,找礦潛力巨大。已有勘查資料表明,鵬姑山地區(qū)具有典型的高溫蝕變特征,晚期蝕變疊加少,是研究高溫?zé)嵋何g變與鈾礦化關(guān)系的理想場所。但是,目前針對區(qū)內(nèi)熱液蝕變分帶缺乏系統(tǒng)的梳理,高溫?zé)嵋何g變與成礦的關(guān)系尚不明確,野外勘查標識也不清晰,在一定程度上限制了勘查一線工作人員對該區(qū)成礦作用的認識和勘查工作的部署。本次研究擬通過熱液蝕變的巖相學(xué)和地球化學(xué)特征分析,查明鵬姑山地區(qū)熱液蝕變組合,探討高溫?zé)嵋何g變與鈾礦化的關(guān)系,為今后的找礦勘查提供重要啟示。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

相山鈾礦田大地構(gòu)造處于華夏板塊與揚子板塊兩個一級大地構(gòu)造單元拼合帶附近。在區(qū)域地質(zhì)背景上,礦田位于北東向贛杭火山巖帶西南段,鈾礦化整體受制于相山大型塌陷式火山盆地(圖1a)。目前,在礦田內(nèi)已探明鄒家山、李家?guī)X等鈾礦床20余處,礦化規(guī)模大,資源豐富,被認為是我國最大的火山巖型鈾礦田之一(溫志堅等, 1999a, 1999b)。

相山火山盆地基底主要由青白口紀變質(zhì)巖系組成,盆地東側(cè)出露下石炭統(tǒng)及上三疊統(tǒng);蓋層為下白堊統(tǒng)打鼓頂組(K1d)和鵝湖嶺組(K1e)中酸性火山熔巖和陸相碎屑沉積巖,盆地北部和東南部有少量次火山巖體侵位(圖1b)。盆地西北側(cè)大面積出露早白堊世(K1)火山熔巖,巖性以流紋英安巖和碎斑熔巖為主(方錫珩等, 1982)。盆地內(nèi)火山巖和次火山巖的形成時代主要集中在135 Ma左右,具有高硅、富鉀、鋁過飽和,富集Rb、Th、U、LREE,虧損Nb、Ta、Ti、P等地球化學(xué)特征(范洪海等, 2001; 楊水源等, 2010, 2012)。在盆地北部有少量煌斑巖脈出露,其40Ar-39Ar年齡為134、120～125和84.5 Ma(劉龍等, 2020)。盆地內(nèi)構(gòu)造主要分基底構(gòu)造和蓋層構(gòu)造兩類?；讟?gòu)造以斷裂構(gòu)造為主,屬區(qū)域性北東向斷裂構(gòu)造及其次級派生構(gòu)造;蓋層構(gòu)造主要是與火山盆地有關(guān)的環(huán)形火山機構(gòu)、火山塌陷構(gòu)造等。前人研究認為,相山鈾礦田先后經(jīng)歷了兩期鈾礦化事件:第1期為鈾-赤鐵礦階段,成礦年齡為115±0.6 Ma;第2期為鈾-螢石-水云母化階段,成礦年齡為99±6 Ma(范洪海等, 2003)。兩期成礦事件分別形成于不同的地質(zhì)構(gòu)造背景,第1期成礦事件主要與大規(guī)模火山塌陷及深部堿性巖漿巖、基性巖侵位作用有關(guān),第2期成礦事件則主要與晚中生代華南巖石圈的區(qū)域性伸展、裂解活動相關(guān)(范洪海等, 2003; 胡瑞忠等, 2007; Bonnettietal., 2020)。

本文研究區(qū)位于相山鈾礦田西部近南北向濟河口斷裂與北東向鄒-石斷裂帶夾持區(qū),即鵬姑山至濟河口斷裂帶之間的區(qū)域(圖2)。東側(cè)毗鄰鄒家山、船坑及平頂山鈾礦床,這些礦床的礦體多產(chǎn)于鄒-石斷裂旁側(cè)的次級裂隙內(nèi)及其與火山巖組間界面交匯復(fù)合部位;西側(cè)毗鄰書塘、李家?guī)X及居隆庵鈾礦床,這些礦床的礦體則主要產(chǎn)于盆地西部菱形斷塊內(nèi)近南北向次級斷裂或裂隙帶內(nèi)。研究區(qū)內(nèi)地表僅出露下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組上段(K1e2)流紋質(zhì)碎斑熔巖,鉆探揭露鵝湖嶺組下段(K1e1)熔灰狀碎斑熔巖和打鼓頂組上段(K1d2)流紋英安斑巖及次火山巖等。目前大量鉆孔揭露顯示流紋英安斑巖是研究區(qū)最主要的賦礦巖性。區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要分為斷裂構(gòu)造和裂隙構(gòu)造。近南北向濟河口斷裂是區(qū)內(nèi)最主要的斷裂帶,裂隙內(nèi)見堿性長石化或充填灰白色硅質(zhì)、碳酸鹽細脈。鵬姑山地區(qū)礦體主要賦存在濟河口斷裂下盤流紋英安斑巖的次級裂隙中,礦體呈群脈型,整體形態(tài)平緩。含礦斷裂帶發(fā)育鈉長石化、綠泥石化、碳酸鹽化等熱液蝕變,局部發(fā)育較為典型的熱液蝕變分帶。

圖2 鵬姑山地區(qū)地質(zhì)簡圖

2 樣品采集與分析

在相山鈾礦田鵬姑山研究區(qū),熱液蝕變發(fā)育極為廣泛,主要沿斷裂構(gòu)造帶兩側(cè)呈線狀分布。按蝕變礦物組合、蝕變巖顏色和蝕變巖與礦體的距離,本次研究將蝕變巖分成遠礦蝕變巖和近礦蝕變巖兩類。遠礦蝕變巖系距離礦體較遠,距離可達10～50 m左右,蝕變較弱,基本上保留了流紋英安斑巖的斑狀結(jié)構(gòu);近礦蝕變巖系距離礦體較近,距離一般為10 m以內(nèi),蝕變較為強烈,巖石破碎明顯,局部保留流紋英安斑巖的斑狀結(jié)構(gòu)。鈾礦石一般以斷裂帶為中心,在斷裂帶旁側(cè)的10 m范圍內(nèi)。

本次研究樣品均采自研究區(qū)內(nèi)施工的鉆井巖芯,其中正常圍巖(流紋英安斑巖)8件,遠礦蝕變巖(弱蝕變流紋英安巖)28件,近礦蝕變巖(強蝕變流紋英安巖)11件,貧礦石(低品位鈾礦石)26件,富礦石(高品位鈾礦石)18件,共計91件。蝕變分帶以ZK14-12鉆孔巖心最為典型,具體描述列于表1。樣品地球化學(xué)分析在核工業(yè)二七〇研究所分析測試中心完成,主量元素采用日本島津XRF-1800型X射線熒光光譜儀分析,檢測方法依據(jù)《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法 第28部分: 16個主次成分量測定》(GB/T 14506.28-2010),全巖U和Th含量采用PerkinElmer NexION 2000 ICP-MS分析,檢測方法依據(jù)《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法 第30部分: 44個元素量測定》(GB/T14506.30-2010)。

表 1 鵬姑山地區(qū)ZK14-12蝕變分帶典型樣品描述

3 分析結(jié)果

3.1 巖相學(xué)

正常圍巖為流紋英安斑巖,灰褐色、紅褐色,具斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)具隱晶質(zhì)-霏細結(jié)構(gòu)。斑晶占全巖含量約30%,主要由斜長石、鉀長石、石英和黑云母組成?；|(zhì)約占全巖的70%,由隱-微晶質(zhì)石英、長石、黑云母等礦物組成(圖3a～3c)。斜長石呈自形-半自形板柱狀,以團塊狀集合體或自形單晶產(chǎn)出,粒徑0.15～3.00 mm,部分顆粒發(fā)育聚片雙晶和卡式雙晶,含量約25%;鉀長石呈自形-半自形板柱狀,多以獨立晶體產(chǎn)出,局部顆粒較粗大,粒徑0.2～4.00 mm,含量約30%;石英呈不規(guī)則他形、橢圓形等形態(tài),粒徑約0.2～2.0 mm,含量約25%;黑云母呈暗色或墨綠色自形寬板狀鱗片集合體或片狀晶體產(chǎn)出,片徑0.20～1.48 mm,局部發(fā)育綠泥石化,周緣有鐵質(zhì)析出,含量約5%。副礦物有鋯石、磷灰石、磁鐵礦、黃鐵礦等,含量<5%。

遠礦蝕變巖為弱蝕變流紋英安斑巖,淺綠色,基本保留原巖的斑狀結(jié)構(gòu),斜長石和鉀長石斑晶發(fā)生較為明顯的黏土化和伊利石化。伊利石化分兩類,一類發(fā)生于斜長石和鉀長石斑晶的中心,另一類則沿長石斑晶的裂隙發(fā)生(圖3d～3f)。此外,基質(zhì)中的長石也普遍發(fā)育伊利石化,但仍保留長石的晶體形態(tài)。鉀長石發(fā)育較為明顯的鈉長石化,新形成的鈉長石形態(tài)不一,有板柱狀狀、不規(guī)則粒狀和細脈狀,但新生鈉長石的集合體保留了鉀長石的假像。黑云母發(fā)育強烈的綠泥石化,綠泥石多成黑云母的假像產(chǎn)出,在綠泥石的邊緣和裂隙內(nèi)有金紅石和鐵質(zhì)析出。反射光下可以見到綠泥石周邊有星點狀黃鐵礦分布,顆粒細小,粒徑小于0.05 mm?；|(zhì)中的黑云母發(fā)生了較明顯的綠泥石化,保留了黑云母的假像,鉀長石發(fā)育鈉長石化。

近礦蝕變巖為強蝕變流紋英安斑巖,綠、黑、紅雜色,呈現(xiàn)為碎裂結(jié)構(gòu),斑晶呈碎塊狀,可拼合(圖3g～3i),局部保留了原巖的斑狀結(jié)構(gòu)。鉀長石發(fā)育強烈的鈉長石化,鈉長石幾乎全部替代了鉀長石,保留了鉀長石的假像。斜長石發(fā)育強烈的伊利石化,幾乎整個長石都轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾?但保留了斜長石的假像。黑云母已完全綠泥石化,呈現(xiàn)黑云母的假像,基質(zhì)中可以見到脈狀的綠泥石。黃鐵礦含量明顯增加,顆粒較為細小,呈星點狀或細脈狀產(chǎn)出。巖石裂隙內(nèi)產(chǎn)出有少量的方解石脈、石英脈和細粒黃鐵礦,局部見到方解石脈切穿石英脈,表明方解石形成晚于石英。方解石和石英的脈體較為細小,脈寬小于0.5 mm,延伸較短。局部可以見到團塊狀的方解石膠結(jié)早期的長石和石英。

貧礦石為低品位鈾礦石,淺肉紅色,碎塊狀構(gòu)造,整體較為破碎,裂隙明顯增加,裂隙內(nèi)充填有方解石、螢石、黃鐵礦等礦物(圖3j～3l)。裂隙兩側(cè)發(fā)育明顯的赤鐵礦化,使得礦石顏色變紅(圖4a),呈漸變過渡。礦石局部破碎程度較完全,形成大小不一、不規(guī)則的塊體,后被白色方解石膠結(jié)。鏡下長石斑晶明顯減少,鈉長石含量顯著增加,個別保留了鉀長石的晶體形態(tài),局部空洞內(nèi)可見長柱狀次生石英。礦石中發(fā)育強烈的綠泥石化、伊利石化、鈉長石化、赤鐵礦化與黃鐵礦化(圖4b),赤鐵礦化與磷灰石交織共生,形成團塊(圖4a)。鈦鈾礦常和方解石、黃鐵礦、螢石等礦物共生,呈脈狀、網(wǎng)脈狀、透鏡狀產(chǎn)出,鈦鈾礦顆粒細小,主要呈星點狀分布,局部為團粒狀集合體(圖5)。礦石中磷灰石含量顯著增加,多呈短柱狀和放射狀集合體產(chǎn)出,與鈦鈾礦共生。

圖5 鵬姑山地區(qū)礦石中鈾礦物的背散射圖像

表 2 鵬姑山地區(qū)正常圍巖、蝕變巖和鈾礦石元素分析結(jié)果

富礦石為高品位鈾礦石,肉紅色,碎裂狀、角礫狀構(gòu)造,肉紅色角礫被白色方解石膠結(jié),角礫大小不一,形態(tài)不規(guī)則,磨圓度較差,角礫發(fā)育強烈的鈉長石化和赤鐵礦化,在礦石的裂隙內(nèi)可見黑色螢石和鈦鈾礦產(chǎn)出(圖3m～3o)。鏡下可見不同形態(tài)的角礫,發(fā)育強烈的鈉長石化、綠泥石化、磷灰石化、黃鐵礦化。礦石中鈉長石化十分強烈(圖4c、4d),原巖中的長石斑晶和基質(zhì)都發(fā)生了強烈的鈉長石化。綠泥石化沿礦物的裂隙發(fā)育,局部有團塊狀集合體。磷灰石常呈短柱狀、長柱狀和集合體產(chǎn)出(圖4c),分布于礦物的裂隙或空洞內(nèi)。鈦鈾礦呈細脈狀、星點狀或團塊狀產(chǎn)出(圖4d),鈦鈾礦的細脈內(nèi)常包裹有釷石,兩者關(guān)系密切(圖5a、5b)。

鵬姑山地區(qū)主要的鈾礦物為鈦鈾礦和鈾釷石,其次為晶質(zhì)鈾礦(圖5)。鈦鈾礦常與鈾釷石共生,形成集合體或脈體,被方解石和磷灰石所膠結(jié)(圖4e、4f、5a),少數(shù)鈦鈾礦-鈾釷石集合體與黃鐵礦伴生,黃鐵礦晶形較差,有被交代的痕跡(圖4d、4f)。部分鈦鈾礦分布于磷灰石顆粒之間,呈不規(guī)則狀產(chǎn)出,被自形的磷灰石顆粒所包裹或膠結(jié)(圖5b)。鈾釷石主要以半自形-自形粒狀產(chǎn)出,分布在鈦鈾礦的顆粒間或被鈦鈾礦所包裹(圖5c、5d)。晶質(zhì)鈾礦以細小不規(guī)則球粒狀或立方體形態(tài)分布于鈦鈾礦顆?？障秲?nèi),粒徑往往小于5 μm(圖5b)。

3.2 地球化學(xué)特征

樣品的地球化學(xué)分析結(jié)果列于表2。流紋英安斑巖SiO2含量為67.05%～69.55%,平均68.53%,Al2O3含量為13.73%～14.82%,平均14.31%,K2O含量為3.11%～5.57%,平均4.81%,CaO含量為1.71%～2.47%,平均2.12%,Na2O含量為2.00%～3.74%,平均2.56%,表現(xiàn)出高硅、富鉀的特征,A/CNK值為1.00～1.13,平均為1.08,屬于過鋁質(zhì)系列(圖6a)。MgO含量為0.42%～0.87%,平均0.59%,Fe2O3含量為3.06%～3.66%,平均3.36%,FeO含量為0.37%～1.38%,平均0.74,具有相對較低含量的MgO和FeO,較高含量的Fe2O3。全巖U含量為5.80×10-6～7.63×10-6,Th含量為19.30×10-6～22.90×10-6,Th/U值為2.53～3.79。

遠礦蝕變巖SiO2含量為53.64%～76.36%,Na2O含量為0.75%～9.39%,K2O含量為0.09%～5.67%,CaO含量為0.84%～9.20%,Al2O3含量為9.95%～20.45%。與流紋英安斑巖相比較,遠礦蝕變巖的SiO2、Na2O、K2O和CaO含量變化較大,具有更高的MgO(0.24%～1.70%,平均值0.84%)和FeO(0.42%～3.44%,平均值1.90%)含量,更低的Fe2O3含量(0.74%～2.84%,平均值1.45%)。U含量變化大,為2.85×10-6～41.11×10-6,大部分樣品U含量較流紋英安斑巖高,但小部分樣品U含量明顯低于流紋英安斑巖。Th含量為7.90×10-6～38.40×10-6,平均值為21.15×10-6,Th/U值為0.34～4.74。

近礦蝕變巖SiO2含量為55.19%～73.57%,Na2O含量為3.22%～9.48%,K2O含量為0.03%～4.81%,CaO含量為1.04%～5.06%,Al2O3含量為13.11%～18.04%。與流紋英安斑巖相比較,近礦蝕變巖具有更高的Na2O(3.22%～9.48%,平均7.05%)、CaO(1.04%～5.06%,平均2.62%)、MgO(0.28%～1.64%,平均0.86%)、FeO(0.94%～3.17%,平均1.93%)和P2O5(0.11%～0.40%,平均0.28%)含量,更低的Fe2O3(0.76%～2.39%,平均1.40%)和K2O(0.03%～4.81%,平均1.00%)含量。U含量為52.71×10-6～96.90×10-6,平均74.5×10-6,Th含量為18.20×10-6～57.92×10-6,平均30.3×10-6,Th/U值為0.23～0.68,與流紋英安斑巖相比,U含量顯著增加,Th含量略有增加。

貧礦石SiO2含量為52.76%～68.13%,Na2O含量為3.52%～10.52%,K2O含量為0.03%～5.08%,CaO含量為1.81%～7.84%,Al2O3含量為14.78%～17.87%。與蝕變巖相比,貧礦石具有更高的Na2O(3.52%～10.52%,平均8.55%)、Fe2O3(0.22%～4.19%,平均2.17%)、CaO(1.81%～7.84%,平均5.10%)和P2O5(0.17%～3.94%,平均1.37%)含量,更低的FeO(0.37%～2.69%,平均1.75%)、K2O(0.03%～5.08%,平均0.47%)和SiO2(52.76%～68.13%,平均59.15%)含量。U含量為107×10-6～910×10-6,平均值為447×10-6,Th含量為19.9×10-6～166×10-6,平均值為53.8×10-6,Th/U值為0.05～0.36,與流紋英安斑巖相比,U和Th含量都有顯著增加。

富礦石具有較低的SiO2(41.98%～58.73%,平均51.05%)、Fe2O3(0.84%～3.56%,平均2.36%)、FeO(0.95%～2.39%,平均1.68%)和K2O(0.03%～1.33%,平均0.18%)含量,較高的Na2O(5.72%～9.68%,平均7.89%)、P2O5(0.93%～8.21%,平均3.82%)和U(1 010×10-6～3 365×10-6,平均1 577×10-6)、Th(23.4×10-6～954×10-6,平均199×10-6)含量,Th/U值為0.01～0.28,MnO含量(0.11%～0.31%,平均0.18%)相對穩(wěn)定。與流紋英安斑巖相比,富礦石的SiO2和K2O含量顯著降低,Na2O、U和Th含量顯著增加(圖6)。

4 討論

4.1 蝕變帶礦物組合

熱液蝕變的本質(zhì)是巖石中礦物與流體之間發(fā)生的系列物質(zhì)交換作用,原有的礦物消失和新礦物的形成是熱液蝕變過程的主要表現(xiàn)形式。前人研究認為,熱液鈾礦床中的熱液蝕變主要分為堿性蝕變和酸性蝕變,堿性蝕變主要發(fā)生在成礦作用前期,主要表現(xiàn)為鈉長石化和鉀長石化;酸性蝕變主要發(fā)生主成礦期,主要表現(xiàn)為硅化、碳酸鹽化、螢石化等(杜樂天, 2011)。

相山鈾礦田鵬姑山地區(qū)熱液蝕變的蝕變礦物組合與地球化學(xué)特征如下:

(1)遠礦蝕變巖: 全巖SiO2、CaO、Na2O、K2O、Fe2O3、FeO和MgO含量變化較大,導(dǎo)致遠礦蝕變巖在圖6a和圖6b中分布極為分散。在圖6c和圖7a中,遠礦蝕變巖投點顯示出良好的線性關(guān)系,表明樣品發(fā)生了較明顯的鈉交代作用,主要表現(xiàn)為鈉長石交代鉀長石,造成全巖K2O含量隨Na2O含量的增加而降低。這得到了巖相學(xué)中鈉長石交代原巖中鉀長石斑晶現(xiàn)象的驗證(圖3e～3f)。鈉交代是堿交代的一種,往往伴隨一定程度的“去硅”作用,即全巖中石英礦物被溶解形成空洞(Petersson and Eliasson, 1997; Dolní●eketal., 2014)。注意到在部分樣品中Na2O含量較高,而K2O和SiO2含量較低,表明這些樣品遭受了明顯的鈉交代作用。但是,個別樣品中SiO2含量不減反而增加,在72%以上,可能與遠礦蝕變巖局部遭受到硅化有關(guān),表現(xiàn)為晚期石英脈穿插于鈉長石等礦物中間(圖3f)。一般來說,花崗質(zhì)蝕變巖中FeO、MgO和TiO2含量的變化一般與綠泥石化和黃鐵礦化有關(guān)。在圖6b中,樣品Fe+Mg+Ti含量變化較大,可能與局部發(fā)育的綠泥石化和黃鐵礦化(圖3f)有關(guān)。部分樣品的CaO含量較高,則與局部的碳酸鹽化有關(guān),這與手標本和鏡下觀察到的方解石細脈穿插于綠泥石化蝕變之上的現(xiàn)象相一致(圖3d～3f)。巖相學(xué)觀察中未發(fā)現(xiàn)方解石脈和石英細脈的穿插關(guān)系,碳酸鹽化和硅化蝕變的先后關(guān)系無法判別。極個別樣品K2O含量的增加與鏡下觀察到的伊利石化有關(guān),伊利石化疊加在鈉長石和斜長石之上(圖3f),表明遠礦蝕變巖局部疊加有少量伊利石化,且晚于鈉長石化。因此,遠礦蝕變巖的蝕變礦物組合為鈉長石化+去硅化+綠泥石化±黃鐵礦化±伊利石化±碳酸鹽化±硅化。

圖7 全巖K2O-Na2O(a)、U-Na2O(b)與Th-Na2O(c)圖解(圖例同圖6)

(2)近礦蝕變巖: 與遠礦蝕變巖類似,近礦蝕變巖也具有變化范圍較大的SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O和P2O5含量,但具有更高的Na2O、U和Th含量。在圖6a、6b中,近礦蝕變巖基本上落于過鋁質(zhì)至偏鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi);在圖6c中,整體呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系,指示近礦蝕變巖與遠礦蝕變巖類似,表明近礦蝕變巖也經(jīng)歷了較為明顯的鈉交代作用,但鈉長石化程度明顯更高。與流紋英安斑巖相比,近礦蝕變巖具有更低的Fe2O3和K2O含量,更高的Al2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O和P2O5含量,樣品中K2O和Na2O含量也呈現(xiàn)出明顯的負相關(guān)性,表明近礦蝕變巖經(jīng)歷了強烈鈉長石化、綠泥石化、碳酸鹽化、黃鐵礦化和磷灰石化蝕變,與鏡下觀察到的現(xiàn)象基本一致(圖3g～3i)。碳酸鹽化和磷灰石化多呈脈狀疊加于早期的鈉長石化和綠泥石化之上,磷灰石或膠結(jié)早期形成的鈉長石和黃鐵礦等礦物(圖3m～3n)。個別樣品中SiO2含量高達73.55%,遠高于流紋英安斑巖(SiO2含量平均68.53%),表明近礦蝕變巖局部也疊加了硅化蝕變。近礦蝕變巖的U和Th含量顯著增加(圖6e～6f),分別為52.71%～96.90%和18.20%～57.95%,平均含量分別為74.57%和30.25%,指示近礦蝕變巖經(jīng)歷了富U和Th的流體交代。由上述分析可知,近礦蝕變帶的蝕變組合為鈉長石化+去硅化+綠泥石化+磷灰石化+黃鐵礦化±碳酸鹽化±硅化。

(3)鈾礦石: 與流紋英安斑巖和蝕變巖相比,鈾礦石具有最低的SiO2含量和變化范圍最大的Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O和P2O5含量,表明礦石中赤鐵礦化、黃鐵礦化、綠泥石化、碳酸鹽化、鈉長石化和磷灰石化的分布極為不均一。由圖6c可知,鈾礦石發(fā)育最強的鈉長石化、碳酸鹽化和磷灰石化,與巖相學(xué)觀察的現(xiàn)象一致(圖3j～3o、圖4),表明這3種蝕變與鈾礦化關(guān)系密切。而且,由遠礦蝕變帶到鈾礦石,Na2O含量逐漸增加,鈉長石化也逐漸明顯。鈉長石呈現(xiàn)肉紅色板狀或粒狀晶形,含鈾礦物的磷灰石和方解石脈包裹或充填在鈉長石顆粒間隙(圖4、圖5),磷灰石和方解石局部有包裹或穿插鈉長石的跡象,表明鈉長石化為成礦早期蝕變。與蝕變巖相比,在礦石樣品中SiO2含量(平均55.84%,表2)顯著降低,且?guī)r相學(xué)觀察也未發(fā)現(xiàn)硅化與鈾礦化有著密切聯(lián)系,推測蝕變帶中的硅化可能為成礦期后蝕變,僅分布于遠礦蝕變帶和近礦蝕變帶。

綜上所述,鵬姑山地區(qū)礦體旁側(cè)的蝕變帶至少發(fā)育4期熱液蝕變作用。第1期為廣泛發(fā)育的鈉交代作用,形成了鈉長石、黃鐵礦、綠泥石等礦物,為成礦前期蝕變; 第2期為富鉀流體交代,在蝕變帶中形成較弱的伊利石化,也為成礦前期蝕變; 第3期為富磷和富碳流體的交代蝕變,形成磷灰石化和碳酸鹽化,與鈾礦化關(guān)系密切,為成礦期蝕變; 第4期為局部的硅化蝕變,形成細脈狀的石英脈,為成礦期后蝕變。

4.2 熱液蝕變與鈾礦化

熱液蝕變與鈾礦化關(guān)系十分密切,全球各地的熱液鈾礦化基本上都產(chǎn)于鈾地球化學(xué)背景含量偏高、斷裂構(gòu)造多次活動、熱液蝕變廣泛發(fā)育且多期活動的地質(zhì)體中(章邦桐等, 1990; 譚雙等, 2022)。一般而言,富礦體產(chǎn)于熱液蝕變強烈且活動期次多的斷裂或裂隙帶內(nèi)。因此,鈾礦體兩側(cè)的熱液蝕變對礦化的形成具有重要影響。

與流紋英安斑巖相比,鵬姑山地區(qū)鈾礦石具有更高FeO、CaO、MgO、Na2O、P2O5和LOI含量,更低的SiO2、Fe2O3和K2O含量,在圖6a、6b中都投影于偏鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi),在圖6c中具有最低的Q和P值,且呈負相關(guān)性,在圖7a中所有樣品呈現(xiàn)出負線性關(guān)系,富礦石和貧礦石均表現(xiàn)出低K2O高Na2O特征,總體表現(xiàn)出強烈的鈉長石化、碳酸鹽化、磷灰石化和去硅化蝕變以及局部的黃鐵礦化和綠泥石化(圖4)。在圖7b、7c中,遠礦蝕變巖、近礦蝕變巖及礦石的U和Th與Na2O含量之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。相比貧礦石,富礦石具有更高的CaO和P2O5含量,更低的SiO2、Al2O3和K2O含量,表明富礦石與更強烈的磷灰石化、碳酸鹽化、鈉長石化和去硅化蝕變關(guān)系更密切。由圖8可知,礦石表現(xiàn)出高CaO和P2O5以及低SiO2含量的特征,而富礦石表現(xiàn)得更為明顯。巖相學(xué)特征顯示,富礦石中鈾礦物往往與膠狀磷灰石和浸染狀碳酸鹽化共生(圖3n～3o),才使得富礦石樣品中CaO和P2O5含量較高。在ZK14-12剖面圖中,由正常圍巖到富礦石,Na2O、CaO、P2O5和Th含量增加,SiO2和K2O含量降低,MgO和FeO含量在遠礦蝕變巖和近礦蝕變巖最高,Al2O3含量在遠礦蝕變巖最高(圖9),這與前文所述的蝕變特征也基本一致?？傮w上來看,鈾礦化與強烈的鈉長石化、磷灰石化、碳酸鹽化和去硅化蝕變關(guān)系密切(圖4),而礦石品位與這些蝕變的程度存在一定的正相關(guān)性(圖7b、7c)。

圖8 全巖地球化學(xué)元素哈克圖解(圖例同圖6)

圖9 鉆孔ZK14-12礦化剖面元素變化圖解

由上文可知,鵬姑山地區(qū)鈾礦化與強烈的鈉長石化、磷灰石化、碳酸鹽化和去硅化蝕變關(guān)系密切(圖4),此特征類似于杜樂天等(2009)所述的堿交代型鈾礦化。此類礦化不僅在相山礦田鄒家山廣泛發(fā)育,在鹿井礦田高昔礦床和龍首山地區(qū)芨嶺礦床也有產(chǎn)出(Minetal., 1999; 王運等, 2012; 趙如意等, 2013; 胡寶群等, 2016)。在鵬姑山地區(qū)的遠礦蝕變巖中,部分樣品的鈾含量低于正常圍巖的平均值,又有相對高含量的CaO、Na2O或K2O,在圖6d中,表現(xiàn)出鈾淋濾的趨勢,表明它們在遭受堿交代蝕變的同時,發(fā)生了鈾的活化遷出。而大部分的蝕變樣品在圖6d中表現(xiàn)出鈾富集的趨勢,表明堿交代作用之后的含鈾成礦流體對蝕變巖進行了疊加改造,使得鈾遷入了蝕變帶內(nèi)。王運等(2012)認為堿交代蝕變不僅使得賦存于副礦物(如黑云母、鋯石、獨居石、鈾釷石等)中的鈾被活化遷移形成游離態(tài)的U6+,還通過去硅化、鉀鈉交代,大大降低了巖石機械強度,增加了孔隙度,促使了成礦流體的遷移(章邦桐等,1990)。此外,堿交代形成的綠泥石、伊利石、絹云母、水白云母等黏土礦物對沉淀形成的鈾礦物又有吸附作用,具有富集鈾的效果(溫志堅等,2000)。鵬姑山地區(qū)蝕變帶內(nèi)發(fā)育鈉長石化、去硅化、綠泥石化、磷灰石化、碳酸鹽化、黃鐵礦化為主(圖3n～3o、圖4),而鈾礦物多與磷灰石和方解石共生(圖5),暗示磷灰石化和碳酸鹽化可能是導(dǎo)致鈾礦的沉淀重要因素,可作為找礦標志。

4.3 對成礦作用的啟示

堿交代巖石是K、Na等堿金屬帶入形成的熱液蝕變巖,分為鈉交代巖、鉀交代巖和鈉鉀混合交代巖(杜樂天, 2002)。堿交代型鈾礦化則指產(chǎn)于堿交代巖中的熱液鈾礦化,鈾礦化與堿交代巖在空間上有著密切的聯(lián)系,但鈾礦化卻不是形成于堿交代作用,堿交代巖僅僅是有利的容礦巖石(吳俊奇等, 1998; 杜樂天等, 2009)。在鵬姑山地區(qū),蝕變巖普遍經(jīng)歷了明顯的鈉交代作用,形成了廣泛的鈉交代巖,但區(qū)內(nèi)鈾礦化卻與晚期的磷灰石化和碳酸鹽化關(guān)系更為密切,也說明鈉交代為成礦的早期蝕變,而磷灰石化和碳酸鹽化才是成礦期蝕變。這與前人報道的堿交代型鈾礦化特征(杜樂天, 2002; 鄧平等, 2005; 朱捌, 2010; 胡寶群等, 2016)也相吻合。

杜樂天(2011)認為,堿交代型鈾礦化往往屬于早期高溫鈾礦化,發(fā)育在礦床的深部,與深部發(fā)育的堿交代體關(guān)系密切。對鵬姑山地區(qū)鈾礦石的掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn),鈾礦物主要以鈦鈾礦為主,晶質(zhì)鈾礦次之,鈦鈾礦顆粒內(nèi)部和邊緣常常伴隨產(chǎn)出有大量的釷石、鈾釷石(圖5),礦脈內(nèi)包裹有早期形成的黃鐵礦(圖5b、5d、5e、5f)。晶質(zhì)鈾礦和鈦鈾礦一般形成于中高溫?zé)嵋涵h(huán)境中,結(jié)合它們在鵬姑山地區(qū)的礦物組合,我們認為鵬姑山地區(qū)鈾礦化屬于堿交代型鈾礦化,形成于中高溫的還原性環(huán)境中。此外,前人在相山鈾礦田鄒家山、居隆庵、李家?guī)X等礦床也報道了堿交代型鈾礦化(王運等, 2012; 胡寶群等, 2016; 李海東等, 2016; 王峰等, 2017),表明堿交代型鈾礦化在相山鈾礦田內(nèi)是一種較為普遍的現(xiàn)象。

4.4 對找礦勘查的啟示

圍巖蝕變是熱液鈾礦床的顯著標志,鈾礦化產(chǎn)于蝕變中心的破碎帶或裂隙帶內(nèi),圍巖蝕變則往往以礦體為中心,往兩側(cè)呈帶狀分布。因此,圍巖蝕變被認為是野外勘查工作的重要找礦標志。查明與鈾礦化關(guān)系密切的特定蝕變或蝕變組合,對找礦勘查具有重要的意義。

鵬姑山地區(qū)的圍巖蝕變以鈉長石化、去硅化、綠泥石化和伊利石化為主,局部疊加有磷灰石化、黃鐵礦化、碳酸鹽化和硅化。由正常圍巖到礦體,鈉長石化、去硅化、磷灰石化逐漸增強,綠泥石化、伊利石化、黃鐵礦化在近礦蝕變巖和遠礦蝕變巖最為強烈。碳酸鹽化和磷灰石化在礦體部分最為強烈。由此,建立了鵬姑山地區(qū)鈾礦化的熱液蝕變分帶模型,見圖10。一般而言,鈉交代蝕變范圍最廣,其分布一般從礦體所在位置向外延伸10～50 m,個別情況下向外延伸可超過50 m;綠泥石化和黃鐵礦化蝕變范圍其次,距離礦體大于10 m;磷灰石化和碳酸鹽礦化蝕變范圍最窄,距離礦體最近(<10 m)。因此,在野外勘查和鉆井編錄過程中,應(yīng)加強對鈉長石化蝕變的判別,再在鈉交代巖的范圍內(nèi)尋找綠泥石化和黃鐵礦化蝕變,最后進一步尋找磷灰石化和碳酸鹽化蝕變。磷灰石化和碳酸鹽化往往在礦體部位發(fā)育最為強烈,可以視為最為重要的找礦標志。

圖10 鵬姑山地區(qū)熱液蝕變分帶模型

5 結(jié)論

(1)鵬姑山地區(qū)高溫?zé)嵋何g變主要為鈉長石化、去硅化、綠泥石化和伊利石化為主,局部疊加有磷灰石化、黃鐵礦化、碳酸鹽化和硅化。

(2)鈾礦化與鈉長石化、磷灰石化、碳酸鹽化和去硅化蝕變關(guān)系密切。熱液蝕變主要起到促使鈾活化和鈾礦物沉淀的作用。

(3)研究區(qū)鈾礦化屬堿交代型鈾礦化,形成于中高溫的還原性環(huán)境,磷灰石化促進了鈾礦物的沉淀和富集。

(4)堿交代之后疊加的磷灰石化和碳酸鹽化在礦體部位發(fā)育最強烈,可視為鵬姑山地區(qū)找礦勘查中最重要的找礦標志。