若尔盖510－1铀矿床方解石、石英微量元素地球化学特征

何忠庠，陈友良，常 丹，胡旭刚，魏 佳

(成都理工大学 地球科学学院，成都610059)

微量元素在岩石和矿物中的含量甚微，其地球化学性质独特，在地质地球化学过程中它们的浓度可发生明显的变化，因而可作为地质地球化学过程的“指示剂”、“示踪剂”或“探途元素”［1，2］。近年来，金属矿床中热液脉石矿物的微量元素地球化学在示踪成矿流体来源与演化等方面，得到了广泛的应用［3，4］。

方解石、石英是510－1铀矿床中与铀成矿密切相关的主要脉石矿物，本文通过该铀矿床中与沥青铀矿密切共生的方解石、石英的微量元素(包括稀土元素)地球化学特征进行研究，以期为该矿床成矿流体的来源及演化提供重要信息。

1 成矿地质背景

若尔盖铀矿田位于秦岭褶皱系西段，西秦岭褶皱带之南亚带，分布于主要由古生界地层所构成的白龙江复背斜西段，是中国著名的碳硅泥岩型铀矿床产区之一。该铀矿田主要位于四川省阿坝自治州西北部的若尔盖县与甘肃省迭部县和碌曲县交界地带，矿田呈近东西向展布，东西长约50km，南北宽约6km，面积约300km2，海拔高为2 900～4 060 m。现已探明铀矿床10余个，矿(化)点20余处，是中国极具发展前景的铀矿资源基地之一，其中510－1铀矿床位于该铀矿田西部(图1)，是该区品位较富、规模较大、具有代表性意义的典型矿床之一，该矿床的研究对整个若尔盖地区的找矿具有指导性的意义。

510－1铀矿床的含矿岩系为下志留统羊肠沟组上段(S1y2)，为一套陆棚相沉积的板岩、灰岩和硅质岩组成的“碳硅泥岩”建造［5］，铀矿体赋存于由灰岩、砂(板)岩及硅质岩等组成的透镜体内。透镜体一般长200m左右，出露最大厚度约75m。含矿岩层总体上呈单斜状产出，倾向NE，倾角约75°。在矿床的矿脉中金属矿物以沥青铀矿和胶状、微粒状、似块状、脉状黄铁矿为主，含少量镍、锌、钼、钒、铜等的硫化物。脉石矿物主要为方解石，其次是石英。此外还见极少量的重晶石、白云母。矿石矿物组合中常构成沥青铀矿—黄铁矿—方解石—石英组合，反映方解石和石英是与铀成矿作用密切相关的热液矿物。

图1 若尔盖铀矿田矿床地质简图

2 样品采集与分析方法

本次实验的样品均采集于510－1铀矿床已经开采的各中段平巷中，依据野外观察采集了与铀成矿关系密切的6件成矿期方解石样品和3件成矿期石英样品。对采集的样品进行碎样，并在显微镜下挑选出纯净的单矿物，再将挑选出的单矿物在玛瑙研钵中磨至200目粉末。样品的测试工作由核工业北京地质研究院分析测试中心完成，微量元素分析采用DZ/T00223—2001电感耦合等离子体质谱(ICP－MS)方法分析，仪器型号为Finnigan公司生产的HR－ICP－MS ElementⅠ，相对误差≤10%。

3 微量元素组成特征

表1列出了6件成矿期方解石和3件成矿期石英样品的微量元素含量。从表1可以看出，方解石中含量较高(平均值＞4×10－6)的微量元素有:V(239.5×10－6)、Cr(7.26×10－6)、Ni(51.97×10－6)、Zn(812.05×10－6)、Sr(353.67×10－6)、Y(17.29×10－6)、Zr(4.15×10－6)、Cd(9.87×10－6)、Ba(18.73×10－6)、U(65.17×10－6)。石英中含量较高的微量元素有:V(4.35×10－6)、Ni(56.63×10－6)、Cu(22.07×10－6)、Zn(109.47×10－6)、Sr(4.16×10－6)、Ba(8.99×10－6)、U(36.07×10－6)。总体上石英与方解石中含量较高的微量元素种类基本一致，其中明显高于方解石的微量元素有Cu，明显低于方解石的微量元素有V、Sr、Cr、Y。这些元素含量的差异主要是由于形成方解石的流体与形成石英的流体中Ca与Si具有不同的地球化学性质所决定的。从成矿元素及主要伴生元素等的含量来看，石英、方解石中均具有很高的U、Ni、Zn含量，方解石中还具有很高的V含量，石英中还具有较高的Cu含量，这与510－1铀矿床矿石中富集的元素种类一致［6－7］，进一步反映石英、方解石与成矿关系密切。

表1 成矿期方解石、石英微量元素含量(×10－6)

图2、3分别为510－1铀矿床成矿期方解石、石英的微量元素相对于原始地幔(据因特网上国际地球化学参考模型数据，1998)的标准化组成图，从图中可以看出，除Sr、Sb外，方解石、石英具有较为相似的微量元素组成特征，且配分形态基本一致，暗示形成二者的地质流体可能具有相同的来源。其Sr含量的差异主要是由于在流体运移过程中Sr容易与Ca产生类质同象置换，从而导致方解石中的Sr含量大大增加;而石英中的Sb含量较高主要是由于该流体中含有较多的S，在矿床中往往形成石英硫化物脉。

图2 成矿期方解石微量元素原始地幔标准化组成图

图3 成矿期石英微量元素原始地幔标准化组成图

4 稀土元素组成特征

表2列出了6件成矿期方解石和3件成矿期石英样品的稀土元素含量。从表2可以看出，成矿期方解石和石英的稀土元素含量都较低，但有较宽的变化范围。方解石的稀土元素含量总体上高于石英的稀土元素含量，其∑REE为2.21×10－6～36.72×10－6，平均为14.23×10－6，∑LREE/∑HREE为0.72～1.68，平均为1.25，(La/Yb)N为0.43～1.18，平均为0.79，表明轻、重稀土间无明显分异。(La/Sm)N比值介于0.50～1.20之间，(Gd/Yb)N比值介于0.77～1.24之间，说明轻稀土和重稀土内部之间的分异也无明显。由图4可知，方解石的稀土配分模式总体上为相对平坦型(球粒陨石标准值采用文献［8］推荐数据)，暗示其与球粒陨石(相当于地幔成分)的稀土元素配分模式相似。其δEu值变化范围为0.77～0.85，平均为0.80，呈现出弱的负Eu异常，而δCe值变化范围为0.85～0.98，平均为0.91，为很弱的负Ce异常。成矿期石英的∑REE为0.28×10－6～0.78×10－6，平均为0.53×10－6，∑LREE/∑HREE为1.67～2.88，平均为2.32，(La/Yb)N为0.97～3.71，平均为2.30，表明轻、重稀土间无明显分异。(La/Sm)N比值介于0.80～3.18之间，(Gd/Yb)N比值介于0.14～0.48之间，暗示轻稀土内部分异不显著，但重稀土内部存在一定程度的分异。在稀土配分模式上石英的变化范围比方解石的变化范围大，但总体上在水平线上下波动，配分曲线近于平坦型，与方解石稀土配分模式基本一致(图5)。其δEu值变化范围为0.81～0.83，平均为0.82，呈现弱的负Eu异常特征，而δCe值变化范围为0.90～1.63，平均为1.28，以弱的正Ce异常为主。

表2 成矿期方解石脉、石英脉稀土元素含量(×10－6)

续表2

图4 成矿期方解石脉稀土配分模式图

图5 成矿期石英脉稀土配分模式图

5 相关性讨论

表3列出了成矿期方解石中与U具有正相关的微量元素，从表3可以看出，方解石中U与Sc、Y、Mo、Sb、Hf、Re呈明显正相关，其相关系数都在0.705以上，其中与Hf、Sb、Re三种元素呈显著的正相关，相关系数分别达到了0.855、0.884和0.924。由于Hf属于岩浆作用中的高场强元素，U与它显著正相关性说明形成方解石的流体可能来源于深部。

表3 成矿期方解石微量元素相关系数表

表4列出了石英中与U具有正相关的微量元素，从表4可以看出，石英中U与V、Co、Ni、Cu、Zn、Ba呈明显正相关，其相关系数都在0.611以上，特别是与V、Co的相关系数最高，达到了0.999以上，反映U与V、Co具有高度的同源性。与Ni的相关性也达到了0.611，而Co、Ni是典型的地幔元素，U与这些元素密切相关的事实反映了形成石英的成矿流体应当来源于深部。

表4 成矿期石英微量元素相关系数表

由表3与表4对比可知，方解石和石英中与U相关性较好的微量元素种类差异很大，这可能是形成方解石和石英的同源流体在后期演化过程中其所萃取的元素种类不同所致。

6 结语

通过对若尔盖510－1铀矿床与铀成矿密切相关的热液矿物—方解石、石英的微量元素和稀土元素地球化学特征进行研究，得出如下结论:

(1)成矿期方解石和石英中含量较高的微量元素种类基本一致，两者均相对富含V、Ni、Zn、Sr、Ba、U等元素，这与510－1铀矿床矿石中富集的元素种类基本一致，反映石英、方解石与成矿作用关系密切。方解石和石英的微量元素相对于原始地幔的配分曲线形态基本一致，说明形成方解石和石英的成矿流体来源相同;

(2)成矿期方解石的稀土元素含量总体上高于石英的稀土元素含量，但两者均表现为轻重稀土分馏无明显，其中方解石中的轻稀土与重稀土内部之间也无明显分异，而石英中重稀土内部存在一定程度的分异。总体上两者的稀土配分模式都呈相对平坦型，尤其是方解石的稀土配分模式与球粒陨石十分相似，可能暗示形成方解石的成矿流体具有一定的幔源特征;

(3)方解石中U与Sc、Y、Mo、Sb、Hf、Re呈明显的正相关性，石英中U与V、Co、Ni、Cu、Zn、Ba呈明显的正相关性，U与这些元素中的Co、Ni、Hf等深源元素相关的事实反映了形成矿床的成矿流体应当来源于深部。方解石、石英中与U相关性较好的微量元素种类差异很大，这可能是形成方解石和石英的同源流体在后期演化过程中其所萃取的元素种类不同所致。

［1］赵振华.七十年代地质地球化学进展——微量元素地球化学研究进展［M］.中国科学院地球化学研究所编.贵州人民出版社，1980.

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［5］陈友良，侯明才，朱西养，等.若尔盖铀矿田含矿岩系的岩石特征及成因探讨［J］.成都理工大学学报(自然科学版)，2007，53(4):555－558.

［6］陈友良若尔盖510－1铀矿床微量元素垂直分带特征研究［J］矿物学报2013，33(S2).196－198.

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