下庄铀矿田中基性脉岩地球化学特征及其控矿作用

赖中信

(1.中国地质大学(武汉)地球科学学院, 湖北 武汉 430074；2.广东省核工业地质局293大队，广东 广州 510800)



下庄铀矿田中基性脉岩地球化学特征及其控矿作用

赖中信1，2

(1.中国地质大学(武汉)地球科学学院, 湖北 武汉 430074；2.广东省核工业地质局293大队，广东 广州 510800)

研究下庄铀矿田中基性脉岩的地球化学特征发现，其Fe3+、Fe2+、K2O、Na2O和Al2O3等的含量与SiO2呈线性关系，铀矿化与硅化和碱交代关系密切，而与其他常量化学组分的关系并不明显。对流体作用敏感的U/Th、Pb/Ce、Ba/La、Cs/Rb特征值和对流体作用不敏感的Ce/Yb值，为中基性脉岩后期存在的流体作用提供了佐证。研究结果显示，中基性脉岩对铀成矿的控制作用主要是通过对构造裂隙的控制来实现；所谓的“交点”控矿，本质上是硅化带型铀矿化以“界面效应”控矿方式呈现的特殊表现形式。

流体作用；中基性脉岩；碱交代；界面效应；下庄铀矿田

1 引言

在下庄铀矿田已发现的矿床中，约有40%左右的铀矿体赋存在中基性岩墙中或与其相关。这些铀矿体的平均品位较高，有着易采、易选冶的特点。故对中基性脉岩的控矿机理(即“交点型”铀矿成矿机理)进行研究，无论是对下庄铀矿田的下一轮找矿，还是对花岗岩型铀矿成矿理论的研究均有深远意义。

2 区域地质概况

研究区处于南岭诸广山南部、贵东岩体的东部。贵东岩体处于闽赣后加里东隆起与湘桂粤北海西-印支坳陷的交接部位。下庄铀矿田受黄陂断裂与马屎山断裂所夹持，区内东西向、北东东向、北北东向3组断裂相互交织，控制了矿田内铀矿床的分布。其中，北北东向的硅化断裂带与近东西向的中基性脉岩呈近等间距分布，形成似棋盘格子状构造(图1)。

研究区除了残坡积层外，岩浆岩广布全区，主要为印支期花岗岩和印支-燕山期花岗岩，发育有中基性脉岩。在矿田南部和中部主要呈岩基出露鲁溪岩体和下庄岩体，北部从东至西由呈半环状排列分布的帽峰、分水坳、龟尾山、白水寨和岩庄等岩体组成，与下庄岩体呈侵入接触关系。

图1 下庄铀矿田地质略图Fig.1 Geological sketch map of Xiazhuang uranium orefield1—上白垩统；2—泥盆系；3—寒武系；4—英安斑岩；5—细粒白云母花岗岩；6—中细粒二云母花岗岩；7—花岗闪长岩；8—岩相分界线；9—辉绿岩脉；10—硅化带；11—石英脉；12—不整合界线；13—大中型铀矿床及其编号；14—小型铀矿床及其编号；15—产状；16—居民点。

3 中基性脉岩地球化学特征

3.1 岩石化学特征

研究区中基性脉岩岩石化学分析结果见表1。中基性岩脉的SiO2含量为46.39%～71.35%，平均值为55.76%，表明部分岩石已强烈硅化(对比其矿化程度可知，岩石的硅化与铀矿化成正相关)；K2O含量为0.21%～9.25%，平均值为2.35%(部分矿化段样品的钾含量极高)；Na2O含量为0.80%～7.82%，平均值为3.17，增高趋势与K2O一致；(K2O+Na2O)值为1.83% ～13.23%，平均值为5.52，远高于正常中基性岩的碱含量，说明中基性脉岩发生了碱交代； Al2O3含量为12.23%～19.22%，平均值为14.60%。考虑到样品已强烈硅化，故不宜用TAS图解方法对岩性进行分类。但由于中基性脉岩在硅化过程中对Fe3+、Fe2+、Ti4+、Al3+、Mg2+等的影响较小，故采用Fe3++Fe2++Ti-Al-Mg图对研究区中基性岩进行类别归属研究(图2a)。结果显示，绝大多数样品落在高铁拉斑玄武岩的范围，只有少数落在高铝拉斑玄武岩区。在K2O-Na2O图(图2b)中，所有样品均落在钾质岩和钠质岩的范围内，钠质岩范围内的样品基本上是未见矿化的中基性脉岩原岩。

表1 下庄铀矿田中基性脉岩岩石化学成分分析结果(%)

图2 下庄铀矿田中基性脉岩Fe3++Fe2++Ti-Al-Mg和K2O-Na2O图Fig.2 Fe3++Fe2++Ti-Al-Mg and K2O-Na2O diagram for intermediate-basic dike rock in Xiazhuang uranium orefieldUMK—超基性科马提岩；BK—玄武质科马提岩；HMT—高镁拉斑玄武岩；HFT—高铁拉斑玄武岩；HAT—高铝拉斑玄武岩。

3.2 矿化段与非矿化段中基性脉岩物质成分对比

研究区铀成矿与硅化蚀变的关系密切，硅化与铀矿化呈正相关，故以岩石的SiO2含量为横坐标，以其他化学组分为纵坐标作图(图3)进行物质成分研究。钻孔中取得的中基性脉岩具有一定的铀矿化及较强的围岩蚀变，故可作为矿化段岩石与地表无矿化中基性脉岩样品进行对比，研究中基性脉岩在矿化过程中物质成分的变化规律。结果显示，随着硅化增强，Fe2O3和FeO均减少，可能与矿化段常伴随黏土化等褪色蚀变，部分铁离子因淋滤作用而流失有关。由图3可知，随着硅化的增强，K2O含量迅速增高，说明岩石的“钾交代”与铀成矿关系密切；Al2O3与SiO2呈正相关，结合矿物学及野外观察判断，应由钾钠长石化所致，也证明了碱交代作用的存在。

图3 下庄铀矿田中基性脉岩FeO-SiO2、Fe2O3-SiO2、K2O-SiO2和Al2O3-SiO2图Fig.3 FeO-SiO2,Fe2O3-SiO2,K2O-SiO2 and Al2O3-SiO2diagram for intermediate-basic dike rock in Xiazhuang uranium orefield

4 中基性脉岩控矿机理

前人研究成果表明，区内铀成矿与中基性脉岩关系密切[1]；中基性脉岩虽不能为成矿提供铀源，但提供了有利于铀沉淀富集的场所；中基性脉岩成岩年龄与铀成矿年龄接近，其挥发性成分和对围岩的加热作用[2]，为铀从花岗岩中活化转移创造有利条件。中基性脉岩提供的矿化剂(ΣCO2)主要源自受控于岩石圈伸展导致的地幔去气,对铀成矿的作用一方面表现为加入到贫矿化剂的地下水中以便铀元素迁移,另一方面表现在从成矿流体中逸出,改变热液中络离子的组成,导致铀沉淀成矿[3]。前人研究还表明，地幔流体对研究区铀成矿有着重要的作用[4-6]；有学者通过H、O同位素研究证明了这一点：成矿前期和成矿期，成矿流体主要由地幔流体组成[7-8]；铀源来自水热系统之围岩[9-10],即由地幔流体对地壳基底岩石和围岩中铀的浸取[6,11-12]。

为了判明研究区中基性脉岩在形成过程中是否有地幔流体参与,笔者选择一些在流体作用中具有不同地球化学行为的微量元素进行对比研究[13]。具体选择了对流体作用敏感的U/Th、Pb/Ce、Ba/La 和Cs/Rb作为判别地幔流体是否参与的微量元素地球化学参数,同时选择Ce/Yb(对流体作用不敏感元素)作为对比参照。根据表2分析结果作出U/Th-Ce/Yb、Pb/Ce-Ce/Yb、Ba/La-Ce/Yb 和Cs/Rb-Ce/Yb图。由表2和图4可见，研究区中基性脉岩的U/Th、Pb/Ce、Ba/La 和Cs/Rb元素对比值变动范围较大,除了U/Th-Ce/Yb图外，其他图变化趋势与图中地幔流体作用趋向线指示方向基本一致，即地幔流体加入时元素对比值的变化趋势大体一致。这为研究区中基性脉岩存在地幔流体交代作用提供了重要的地球化学证据。由于大多数样品取自地表，研究区气候温暖潮湿，风化淋滤作用带走了一部分铀，导致钍含量较铀相对增高，故U/Th-Ce/Yb图表现得稍有不同。除此之外，也有前人认为，研究区钍铀比值的特点可能主要和中基性岩浆源区的性质有关[2]。

表2 下庄铀矿田中基性脉岩微量元素含量(×10-6)及特征参数

图4 下庄铀矿田中基性脉岩Pb/Ce-Ce/Yb、U/Th-Ce/Yb、Ba/La-Ce/Yb和Cs/Rb-Ce/Yb图Fig.4 Pb/Ce-Ce/Yb,U/Th-Ce/Yb,Ba/La-Ce/Yb and Cs/Rb-Ce/Yb diagram for intermediate-basic dike rock in Xiazhuang uranium ore field

5 控矿作用分析

综上研究表明，研究区与中基性脉岩有关的“交点型”铀矿，其本质是构造裂隙和围岩蚀变控矿，属于硅化带型铀矿的一种表现形式。所谓的交点控矿，实质是构造裂隙的分布。由于中基性脉岩本身受深大断裂控制，中基性脉岩与花岗岩的接触面是一个物理化学突变界面，有利于裂隙发育和成矿流体的活动，故可控制矿体的展布。这一特点也可称为不同岩体之间的“边界效应”。由于中基性脉岩的机械物理强度较花岗岩低，且多以岩墙岩脉的形式分布于以岩基产出的花岗岩之中，故在后期构造应力的作用下，中基性脉岩更易破碎，更容易形成成矿物质的运送通道和沉淀场所，故中基性脉岩对成矿在空间上存在控制作用。又因为铀矿体大多数受硅化带次级构造的控制，矿化常形成于硅化带与中基性脉岩交汇部位，形成单“交点”和双“交点”控矿的现象，或者沿着硅化带与中基性岩脉的横断面展布。

由此可见，中基性脉岩对铀成矿的控制作用，并不表现在地球化学方面，而是其几何空间展布和机械物理方面。中基性脉岩与花岗岩的接触界面、中基性脉岩中的构造裂隙和与中基性脉岩在空间上相联系的断裂构造，是研究区铀富集成矿的有利场所，其将是下一步勘查的重点。

6 结论

通过对下庄铀矿田中基性脉岩岩石地球化学特征研究和实际勘查成果对比，可以总结如下：

(1)FeO、Fe2O3、K2O和Al2O3等与SiO2的关系研究表明，铀矿化与硅化和钾交代关系密切，而与其他化学组分的关系不明显。

(2)对流体作用敏感的U/Th、Pb/Ce、Ba/La、Cs/Rb等微量元素对比值和对流体作用不敏感的Ce/Yb值研究结果，为该区中基性脉岩存在地幔流体作用提供了佐证。

(3)区内中基性脉岩对铀成矿的控制作用是通过构造裂隙实现的。所谓的“交点”控矿，是硅化带型铀矿化以“界面效应”控矿呈现的一种特殊表现形式。

[1]胡瑞忠．XW铀矿床成矿机理[J]．成都地质学院学报，1988，3:1-9.

[2]王学成,章邦桐,张祖还,等.暗色岩脉与铀成矿关系研究[J].矿床地质，1991.10(4): 359-369.

[3]张国全,胡瑞忠,商朋强,等.302铀矿床方解石C-O同位素组成与成矿动力学背景研究[J].矿物学报，2008，28(4):413-420.

[4]杜乐天.幔汁(HACONS)流体的重大意义[J].大地构造与成矿学,1989,13(1):97-99.

[5]杜乐天.烃碱流体地球化学原理——重论热液作用和岩浆作用[M].北京:科学出版社,1996,1165-2301.

[6]杜乐天.中国热液铀矿基本成矿规律和一般热液成矿学[M].北京:原子能出版社,2001,57-110,151-237.

[7]邓 平,沈渭洲,凌洪飞,等.地幔流体与铀成矿作用:以下庄矿田仙石铀矿床为例[J].地球化学, 2003,132(6):520-528.

[8]王正其,李子颖,吴烈勤,等.幔源铀成矿作用的地球化学证据——以下庄小水“交点型”铀矿床为例[J].铀矿地质,2010,26(1):24-34.

[9]李学礼,孙占学,周文斌.古水热系统与铀成矿作用[M].北京:地质出版社, 2000.

[10]邵 飞.相山矿田低温热水及其与铀矿化关系[J].地球科学,2005,30(2):206-210.

[11]毛景文,姜耀辉,等.深部流体成矿系统[M].北京:中国地质大学出版社, 2005.

[12]刘正义,刘红旭.花岗岩铀成矿作用的模拟实验[J].地学前缘,2009,16(1):99-113.

[13]Sun C H,Stern R J.Genesis of Mariana shoshonites:Contribution of the subduction component[J].J Geophys Res,2001,106(B1):589-608.

The Geochemical Character of Intermediate-basic Dikes and Its Control on Uranium Deposits in Xiazhuang Ore Field

LAI Zhong-xin1,2

(1.ChinaUniversityofGeosciences,FacultyofEarthSciences;Wuhan，Hubei430074,China; 2.GeologicPartyNo.293,GuangdongNuclearIndustryBuerau,Guangzhou,Guangdong510800,China)

Geochemical study of major element in intermediate-basic dikes in Xiazhuang uranium orefiled found that the content of Fe3+, Fe2+, K2O, Na2O Al2O3is in liner realtion with SiO2,uranium mineralization is closely related to silicification, but has less realtion to other major elements. Research on fluid sensitive U/Th, Pb/Ce, Ba/La and Cs/Rb ratio and non-sensitive, Ce/Yb ratio provides the evidence for the later fluid action of intermediate-basic dikes. The results showed that the control effect of intermediate-basic dikes to uranium ore formation was by controlling the fracture fissures, the so-called "intersection" controll of mineralization is fundamentally a special silicification zone type uranium mineralization controlled by " the effect of interface "

the effect of fluids；intermediate-basic dyke；alkali metasomatism； effect of interface

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.03.003

中央地质勘查基金资助项目(编号：2009441002)。

2014-06-17

赖中信(1964—)，男，高级工程师，在读博士研究生，地质勘查专业。E-mail：lai.yd@163.com

1000-0658(2015)03-0370-07

P612;P613

A