贵州从江县舒家湾铀矿元素地球化学特征及其意义

张维乾，左华平

(贵州省有色金属和核工业地质勘查局七总队，贵州 贵阳 550005)

舒家湾铀矿处于摩天岭岩体的北端，该区的铀矿找矿工作始于上世纪70年代中期，先后发现了舒家湾、俾门等多个铀矿点[1]，由于工作区环境条件恶劣，没有对矿区的基础地质、构造和岩石地球化学特征等进行深入研究，对铀矿成因认识不够，为了在铀矿找矿方面取得突破，笔者在工作区见矿探槽中对矿石和围岩分别进行采样，从元素地球化学研究入手，总结舒家湾、俾门等铀矿的常量、微量和稀土元素变化特征，探讨铀成矿与元素之间的关系，为该地区下一步的找矿工作提供参考。

1 区域地质背景

摩天岭花岗岩体位于扬子板块与华南板块之间的边缘活动带，舒家湾、俾门等铀矿位于岩体的北端边缘弯曲部位的接触带上(图1)。岩体侵入于中元古界四堡群绿泥绢云母石英片岩、千枚岩夹变余砂岩—粉砂岩中，接触界线清楚。岩体沿NNE向延伸略呈椭圆形，面积约1 000 km2，岩体内构造主要以NNE向压扭性断裂为主，自东向西依次为乌指山断裂、高武断裂和俾门断裂。舒家湾、俾门等铀矿则位于俾门断裂的北端。据前人对舒家湾地区岩体和矿石的测年资料，舒家湾沥青铀矿的主要成矿期为56～60 Ma，摩天岭岩体形成于760 Ma[1]。

2 矿区地质特征

1 青白口系番召组；2 青白口系乌叶组；3 青白口系甲路组；4 中远古河村组；5 中远古尧等组；6 混合岩；7 花岗岩岩体；8 地层界线；9 断层；10 铀矿床、矿点

图1摩天岭岩体地质简图(据广西1∶50地质图,1980)

舒家湾、俾门铀矿区出露地层主要为中元古界四堡群尧等组绿泥绢云母石英片岩、千枚岩夹变余砂岩—粉砂岩。出露花岗岩主要为细粒黑云母花岗岩(边缘相)、中粒黑云母花岗岩(过渡相)；尧等组岩石与花岗岩呈突变接触关系，接触界面清晰，界线呈蛇曲状。铀矿化受NW向张性断裂、NNE向张扭性断裂及有硅质充填的接触带控制。铀矿(化)体主要产在构造破碎带内的硅化蚀变带中，矿体由蚀变围岩和含铀矿石两部分组成。矿体呈透镜体状、脉状位于断层下盘的蚀变带内，矿体产状与断层产状一致。

矿体一般沿走向长200～400 m，倾向延伸100～200 m，矿体厚0.81～7.25 m，平均厚度约2.75 m，一般品位0.047%～0.159%，最高达0.64%，平均品位0.134%，矿石类型为沥青铀矿—玉髓型。含铀矿物主要为沥青铀矿，此外地表氧化带见铜铀云母、钙铀云母等次生铀矿物。脉石矿物主要为石英、绿泥石、萤石。金属矿物有黄铁矿、赤铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、黄铜矿、闪锌矿等。矿石结构简单，矿物颗粒细小，结晶程度较差，往往呈胶状产出，以交代残留结构、含斑状结构为主；构造有脉状、网脉状、浸染状、角砾状构造等。围岩蚀变分带明显，外蚀变带主要有绿泥石化、硅化、碳酸盐化、萤石化等，蚀变较弱；内蚀变带主要有钾长石化、云英岩化、黄铁矿化、赤铁矿化、硅化、绿泥石化等[1]。

3 样品采集与分析方法

为了了解舒家湾地区元素地球化学特征，笔者在矿区见矿探槽中采取新鲜的岩石样4件，矿石样3件，对其进行常量、微量及稀土元素的分析研究。常量元素、微量元素及稀土元素的含量测定均由中科院贵阳地化所矿床地球化学国家重点实验室完成。常量元素的分析方法为X射线荧光光谱法；微量元素和稀土元素的分析方法为电感耦合等离子质谱仪。样品的分析测试结果分别列于表1～3。

表1 舒家湾地区围岩与矿石化学成分 %

表2 舒家湾矿区矿石与围岩中微量元素含量 ×10-6

表3 舒家湾矿区样品稀土元素含量(×10-6)及其特征值

4 元素地球化学特征

4.1 常量元素

舒家湾地区花岗岩及矿石的岩化学成分见表1，从表1可以看出，矿石中的SiO2值为47.65%～67.79%，平均值为58.37%，花岗岩(围岩)中的SiO2含量为72.85%～73.54%，平均值为73.21%，与全球花岗岩的SiO2平均值(73.18%)基本持平；从矿体到围岩SiO2含量不断增加，在成矿过程中发生了Si元素的流失。矿石中的Na2O+K2O平均值为2.90%，围岩中的Na2O+K2O含量为6.96%～7.84%，平均值为7.27%，与全球花岗岩的Na2O+K2O平均值(7.59%)大体相当，可见在成矿过程中，岩体碱质发生了流失。矿石中的Fe2O3+FeO含量平均值为18.67%，围岩中的Fe2O3+FeO含量平均值为2.64%，可见在成矿过程中，流体带来了Fe元素的增加。矿石中的Al2O3含量平均值为10.08%，围岩中的Al2O3含量平均值为13.08%，与围岩相比，矿石中的Al2O3有所下降。

4.2 微量元素

微量元素在岩石和矿物中的含量甚微，以低浓度为主要特征，它们往往不能形成自己的独立矿物，而被容纳在由其它组分所形成的矿物固溶体、熔体或流体相中[2]，在地质变化过程中它们的浓度可发生明显变化，因而可作为地质过程的示踪剂[3]。舒家湾地区铀矿围岩与矿石中微量元素含量详见表2。从俾门地区铀矿围岩与矿石样品微量元素原始地幔标准化蛛网图(图2)表明，大离子亲石元素Rb、Cs、W、U、Pb、Sb在围岩和矿石中异常富集，较为富集的有Th、Ta、Sr，明显亏损的有Zn、Cu、Sc、Co、Cr、Ni等；U、Sb、W、Pb在矿石中则明显富集。在矿石或围岩中较轻的微量元素拟合较好，而较重的微量元素则差异较大。这与成矿流体中各元素的地球化学行为有关，同时也说明了流体中重微量元素的分馏作用较为明显。

图2 舒家湾铀矿微量元素原始地幔标准化蛛网图(据Sunand McDonough,1989)

4.3 稀土元素

稀土元素是一组特殊的微量元素,在地球化学研究中占有很重要的地位。它们的分馏情况能够灵敏地反映地质—地球化学作用，有良好的示踪作用，在岩石成因、成矿物源、成岩成矿物理化学条件等研究中得到广泛应用，可以为成岩成矿物质来源提供相关信息[3]。

4.3.1 稀土元素特征

舒家湾地区铀矿围岩与矿石中稀土元素含量见表3，从围岩到矿石，稀土元素总量(∑REE)增高明显，反映成矿热液富含稀土元素，并且在成矿过程中稀土元素与铀共同沉淀。从稀土元素配分型式图(图3)可以看出，围岩的分布曲线略向右倾斜，轻稀土相对富集，重稀土则相对亏损，分布曲线呈“海鸥”型，具有明显的负Eu异常。矿石中稀土元素分馏不明显，具有轻度的δCe异常，未出现明显的Eu异常，重稀土相对富集，与围岩稀土元素分布曲线明显不同，表明成矿物质的来源不单纯是由围岩提供，还有深源物质的参与。

图3 舒家湾铀矿稀土元素配分型式图

4.3.2 稀土元素特征值

1)∑REE：围岩的稀土元素总量∑REE为42.44×10-6～96.96×10-6，明显低于地壳平均值146.8×10-6；矿石的稀土元素含量∑REE则为122.12×10-6～290.12×10-6；LREE/HREE值为1.67～6.06，(La/Yb)N平均值为3.29，δEu平均值为0.39。这些数据特征都表明成矿物质不是单一来源，具有多源或上、下地壳混合的特点[4]，说明成矿流体在沿岩石裂隙运移过程中与围岩发生水岩反应，萃取了围岩中呈活化态的分散矿物质组分，与围岩发生混染。

2)LREE/HREE、La/Sm、(La/Yb)N；从LREE/HREE、La/Sm、(La/Yb)N等值来看，轻、重稀土之间存在一定的分异作用。这些特征值从围岩到矿石有减小的趋势，LREE/HREE值从6.06到1.67，La/Sm值从5.04到2.39，(La/Yb)N值从10.55到1.58，说明在矿化过程中，重稀土更加富集，成矿热液来自深源富含重稀土元素的流体。

3)Y/Ho：Y和Ho是离子半径非常接近的两个元素，在自然界中一般以三价态存在，具有非常相似的地球化学行为，Y/Ho比值不受氧化—还原条件的影响，该比值的变化一般与热液、岩石间的水—岩反应有关，亦或与不同热液系统间络合介质差异有关[4]。从舒家湾铀矿各样品稀土元素的Y/Ho比值来看，围岩的Y/Ho比值为21.47～26.64，接近于华南产铀花岗岩的Y/Ho比值29.86和球粒陨石的Y/Ho比值28，说明舒家湾地区的花岗岩与华南花岗岩有着相同的来源，都属于地壳部分重熔型花岗岩[5]。矿石的Y/Ho比值为31.84～38.63，远大于围岩的Y/Ho比值，说明成矿物质来源具多源性，即部分来自于岩体本身(围岩)，部分来自深部。

4)δCe、δEu：稀土元素Ce、Eu是具有重要的环境指示意义的变价元素，可随环境的氧化—还原条件不同而呈不同的价态。在还原条件下，Eu3+易被还原成Eu2+而发生沉淀与其它稀土元素分离，而Ce3+很稳定，可在溶液中保存较长时间，使得流体中Ce保持相对稳定和Eu的相对异常；在氧化条件下，Ce3+则被氧化成Ce4+并沉淀，与其它稀土元素分离，而Eu3+则很稳定，可在溶液中保存较长时间，使得流体中出现Ce的相对异常和Eu的相对稳定。从表3和图3可以看出，Eu明显亏损，δEu值为0.17～0.86，平均值为0.39；Ce呈弱亏损，δCe值为0.54～1.09，平均值为0.88。表明铀成矿作用形成于还原性物理化学环境。这与铀沉淀富集所需的物理化学环境相一致[6-7]。

5 结 论

1)舒家湾铀矿与U密切相关的微量元素主要为高场强元素Rb、Cs、W、Pb、Sb、Th、Ta、Sr等。

2)稀土元素总量从围岩到矿体逐步增加，反映成矿热液富含稀土元素，反映成矿过程中稀土元素与铀共同沉淀，且在矿化过程中重稀土明显比轻稀土富集。

3)矿石与围岩的稀土元素存在明显差异，其来源并不一致；这可能与舒家湾矿区碱交代作用较为发育有关，形成碱交代的热液在流动的过程中与围岩发生热液交代作用，使稀土元素活化并转移到热液中富集，且在碱性条件下稀土元素很容易与F-、CO32-等形成络合物进行迁移，并在有利地段形成富集，导致围岩和矿石中稀土元素存在明显差异。

4) 舒家湾铀矿的形成系来自深部夹带部分成矿物质的流体在高温高压下沿断层或裂隙运移，流体经过围岩时，使岩体中的U及其它伴生元素活化释放进入流体中，而舒家湾地区正好处于地应力释放的岩体边缘接触带，断裂构造发育，为含矿流体提供了很好的迁移通道及容矿空间，有利于成矿物质在该区域沉淀形成矿床。

参考文献：

[1] 中南二零九队第六队.从江吉羊岩体北端普查评价报告[R].内部资料,1978.

[2] 韩吟文,马振东.地球化学[M].北京:地质出版社,2003.

[3] 赵振华.微量元素地球化学[J].地球科学进展,1992,7(5):65-66.

[4] 丁振举,刘丛强,姚书振,等.海底热液系统高温流体的稀土元素组成及其控制因素[J].地球科学进展,2000,15(3)：307-312.

[5] 地矿部南岭花岗岩专题组. 南岭花岗岩地质及成因和成矿作用[M].北京:地质出版社,1989:50-375.

[6] 丁振举,姚书振,刘丛强,等.东沟坝多金属矿床喷流沉积成矿特征的稀土元素地球化学示踪[J].岩石学报,2003,19(4):792-798.

[7] 李厚民,沈远超,毛景文,等.石英、黄铁矿及其包裹体的稀土元素特征——以胶东焦家式金矿为例[J].岩石学报,2003,19(2):267-274.