桂北摩天岭拉培地区铀矿化元素地球化学特征

朱小兵， 李小勇， 王小明

(核工业二三〇研究所，湖南 长沙 410007)

广西融水县拉培地区位于摩天岭岩体东部。区域内铀成矿地质条件优越，已发现达亮、新村两个中型铀矿床及大量的铀矿点、矿化点、异常点(刘正义等，2018)。其中新村矿床成因类型为浅成中低温热液矿床，归属于花岗岩型硅质脉亚型铀矿床，成矿年龄为47 Ma。矿体位于区域性乌梓山硅化断裂带次级断裂带中，成矿物质来源于花岗岩本身和深部，成矿流体既有大气降水也有深部热液，U与Pb、As关系较密切。拉培地区发育拉培、两培铀矿化点和大量的铀异常点，尤其是Fw断裂上盘EW向次级构造地表发育大量的铀异常点带，矿化蚀变发育，属铀-硅质脉型。前人对两培矿化点的研究程度较低，仅开展了地质调查工作，提交了铀矿化点，但铀成矿条件尚不清晰，成矿潜力未加以评价。因此，笔者在前人研究和野外地质调查的基础上，对两培铀矿化点开展S-O同位素、微量元素和稀土元素地球化学特征等方面的研究，并与新村矿床进行对比研究，分析其成矿物质来源和铀成矿潜力，为该区的铀矿勘查工作提供帮助。

1 地质背景

1.1 大地构造背景

研究区位于华南板块扬子陆块南缘(程裕淇，1994)多构造体系复合的成矿有利部位。在铀成矿单元上，属于扬子陆块东南部铀成矿省雪峰山-摩天岭碳硅泥岩型、花岗岩型铀成矿带中九万大山-元宝山铀成矿区和雪峰山铀成矿区(图1)。

图1 华南地区铀成矿带及大地构造划分示意图

1.2 地层

研究区出露地层为四堡群文通组、鱼西组(图2)。岩性为由灰至深灰、绿灰色变质砂岩、粉砂岩、绢云母千枚岩、绢云母板岩及少量中-基性海底火山喷发岩组成。地层总体产状是由岩体向四周倾斜。

1.3 岩浆岩

岩体主要为摩天岭岩体，面积约为964 km2，根据锆石U-Pb同位素年龄测定(曾雯等，2005)，形成时代为(825.0±2.4)Ma，属雪峰期产物，是华南最老的产铀花岗岩。岩体具有明显的岩相分带特征，中心相、过渡相、边缘相界线较为清晰，岩性依次为中粗、中粒、细粒似斑状黑云(二云)母花岗岩。受区域变质作用的影响，片麻理较发育。U元素的平均值为7.1×10-6，铀浸出率30%～40%，对铀成矿有利，是摩天岭地区主要铀源之一(1)舒孝敬，梁永东，范立亭，等，2011.广西北部摩天岭地区铀矿资源调查评价[R].核工业二三〇研究所：13-45.。

1.4 构造

根据构造走向、规模、活动期次和断裂充填物类型的不同，拉培地段构造体系划分为4组，分别为NE向乌梓山断裂、NW向断裂、近EW向断裂和NE向羽状断裂(表1，图2)。

图2 拉培地区地质简图

表1 拉培地区主要构造特征一栏表

EW向构造主要有F6、F8、F9、F10、F15，走向为95°左右，呈近等间距状展布，间距约500 m。该组断裂尤以F6为典型代表，矿化最好，成矿期蚀变最发育，地表异常点密集，是拉培地区主要含矿构造带。构造活动具有多期次活动特征，依次表现为白色细晶石英、灰色含黄铁矿玉髓胶结角砾岩和硅化岩、红色硅质胶结断层角砾岩、硅化碎粉岩和碎斑岩、白色梳状石英5个阶段，铀成矿作用主要发生在第2到第4阶段。

拉培地区硅质热液具多期次活动，矿前期为白色粗晶石英，成矿期为灰色微晶、细晶石英和玉髓，矿后期为白色梳状石英。

1.5 蚀变特征

拉培地区围岩蚀变主要有碱交代钾钠长石化、白云母化、绢云母化、绿泥石化、水云母化、萤石化，而与铀成矿有关的蚀变主要为硅化、胶状黄铁矿化和赤铁矿化。

2 样品采集和分析测试方法

(1)为了研究成矿流体及成矿物质来源，分析乌梓山断裂(Fw)上盘近EW向断裂带含矿热液脉体(F6、F8)与乌梓山断裂的关系，本次研究挑选矿前期和成矿期构造热液脉体中的黄铁矿和石英，进行S、O同位素测试和研究。

本研究选择3件硅质脉样品中的石英进行氧同位素测试，其中2件为乌梓山断裂主矿带前期石英脉(图3a，b)，1件为乌梓山断裂上盘F8断裂带成矿期红褐色强硅化碎粉岩(图3c)；选择4件硅质脉样品中的黄铁矿进行硫同位素测试，其中1件为乌梓山断裂主带成矿期灰绿色含黄铁矿细晶硅质脉，3件为乌梓山断裂上盘F6、F8断裂带成矿期深灰色-红褐色含黄铁矿硅化岩、强硅化碎粉岩、碎斑岩(图3d,e,f)。

图3 拉培地区主要构造岩特征

样品由廊坊市诚信地质服务有限公司进行分析测试。S同位素采用LFCX300.42-01—2016检测方法，O同位素采用BrF5方法，所用仪器为稳定气体同位素质谱仪/253plus，外精度优于0.2‰，相对标准为V-SMOW。

(2)本次采集了5件样品进行微量元素和稀土元素分析，其中4件为F6构造岩(图3d，e，f)，该构造为乌梓山断裂上盘EW向构造典型代表，1件为拉培地区围岩，用于与4件构造岩样品对比。样品由核工业二三〇研究所分析测试中心进行分析测试，采用GB/T 14506.30—2010硅酸盐岩石化学分析方法第30部分: 44个元素量测定、230-JC-011—2017电感耦合等离子质谱法测定岩石土壤中Ag As Hg、DZ/T 0279.3—2016区域地球化学样品分析方法第3部分：钡、铍、铋等15个元素量测定电感耦合等离子体质谱法、DZG93-01多金属矿石分析 无色散原子荧光光谱法测定汞量。采用仪器电感耦合等离子体质谱仪、原子荧光光度计、等离子体质谱仪，各方法检出限符合规范要求。

3 稳定同位素特征

3.1 S同位素特征

样品的S同位素测试结果见表2。自然界硫同位素主要有3个储存库，一是幔源硫(δ34S值为0±3‰)；二是海水硫，现代海水中δ34S值为20‰；三是沉积物中还原硫，这种硫的同位素主要以具有较大的负值为特征(聂利青等，2019)。来自同一源区的硫，因各种氧化还原、交代反应和动力学过程产生的分馏，其δ34S值偏差不会超过10%(徐培言等，2019)。因此,热液流体硫同位素变化范围如果不超过10%，则可以认为流体的硫源是均一的。

表2 拉培地区成矿期硅质脉中黄铁矿S同位素数据一览表

拉培地区成矿期硅质脉中黄铁矿硫同位素组成见表2，本区硫同位素组成整体比较均一，变化范围相对较小，δ34S值为-2.45‰～+7.01‰，变化范围为9.46‰。其中，见矿最好的F6构造带深灰色含黄铁矿硅化岩δ34S值明显偏高至+7.01‰。通过与达亮矿床内带(δ34S值为-3.5‰～9.1‰)和新村矿床(δ34S值为-5.6‰～8.4‰)的硫同位素组成对比分析(图4)，表明F6与Fw、新村矿床成矿物质具有相类似的S同位素特征。

图4 拉培地区黄铁矿中δ34S值对比图(花岗岩和变质岩δ34S值参见Chen et al.，2012)

拉培地区EW向含矿构造成矿期δ34S值为-2.45‰～+7.01‰，变化范围略大(F6断裂构造δ34S偏正值)，可能为以下两个原因造成：一是成矿流体发生氧化作用所致，因为δ34S在氧化硫和还原硫之间的分异程度受氧逸度变化影响较大，且在中低温条件下尤为明显(张道涵等，2017)；二是成矿物质具有多源性，既有来自花岗岩本身，也有来自深部。矿前期为高氧低硫的环境，有利于铀的活化。

3.2 O同位素特征

样品的O同位素测试结果见表3。由于不同来源的流体具有不同特征的H、O同位素组成，所以成矿流体的H、O同位素组成是判断成矿流体来源的重要依据(杨波等，2016)。拉培地区硅质脉δ18O样品-PDB值为-25.2‰～16.7‰，δ18O样品-SMOW值为4.9‰～13.7‰，δ18O水-SMOW(‰)值按给出的分馏方程1 000×ln a石英-水=3.38×106/(273.15+t)2-3.40(Clayton et a1.,1972)计算，t值使用本区同类型矿床——新村矿床成矿流体温度数据。利用均一法测得成矿前微晶石英温度为170～198 ℃(徐争启等，2014)，取中间值184 ℃，成矿期铀-微晶石英型矿石微晶石英温度为165～168 ℃，取值为167 ℃。

表3 拉培地区硅质脉O同位素数据一览表

一般说来，正常岩浆水的氧同位素组成δ18O值为+5.5‰～+10‰(Taylor，1974)；中酸性岩石δ18O值变化范围通常为+6‰～+13‰；大气降水的氧同位素组成变化很大，δ18O值为+10‰～-55‰。由表3可见，矿前期δ18O水-SMOW平均值为-7.67‰，成矿期δ18O水-SMOW值为-0.35‰，矿后期δ18O水-SMOW值为-6.28‰(达亮矿床)，从矿前期到矿后期呈增高再降低趋势，热液以大气降水为主。

4 微量元素特征

通过化学分析，拉培地区构造岩微量元素含量见表4。常见的成矿指示元素As、Sb、Hg、Cu、Pb、W、Co、Be等，除Zn略为流失外，其余元素含量均较围岩富集，富集系数从几到几十，其中As的富集系数高达57.66(表4)，就单个样品而言，矿化最好的BT193Y1H1达到了170。由于As元素的参与，黄铁矿中的S原子3s、3p轨道对费米能级附近的价带和导带均产生了贡献，活性非常大，是导致其还原铀的关键(邹明亮等，2017)。成矿热液富As为拉培地区铀成矿作用提供了极好的还原环境。

表4 拉培地区构造岩微量元素含量表

使用SPSS统计软件对拉培地区样品的微量元素进行R型聚类分析(图5)。与U组成一类的微量元素主要有As、Hg、Sb、Pb、Co、W、Y、Zn、Be，且呈正相关关系，其相关系数均达0.9左右，反映了U与As、Hg、Sb、Pb、Co、W、Y具有同源性(表5)。而Co、W是高温元素，反映深部来源信息，所以从侧面反映拉培地区的成矿物质具有深部来源的特征，这与S-O同位素示踪得出的结论相一致。

表5 拉培地区F6构造岩微量元素相关系数表

图5 拉培地区F6构造岩微量元素R型聚类图

5 稀土元素特征

通过化学分析，拉培地区稀土元素含量见表6。拉培地区F6稀土元素配分模式(图6)整体呈现为一略微右倾的“海鸥”型，表现为轻稀土比重稀土较为富集的特征，与新村矿床硅化带(铀-硅质脉型)形态极其类似，表明F6成矿热液与新村矿床具有相类似的稀土元素特征。Eu负异常强度与铀矿化强度具有正相关趋势。同时，F6与围岩的稀土配分模式存在一定的差异，二者的不同源性间接表明F6发生了铀成矿作用。

图6 拉培地区F6构造岩稀土元素标准化配分图

从单个样品稀土含量及相关参数对比来看，F6不同构造岩的稀土元素特征也具有差异，除了构造岩岩性组成不同之外，可能还表明该构造具有多期次构造活动成矿的特点。尤其是对比其他几个样品，BT193Y1H1(含矿)稀土元素配分显示出略微轻稀土较重稀土亏损，可能是因为叠加了后期的铀成矿作用。

岩石稀土元素地球化学特征具有一定的示踪性质，可以为成岩、成矿物质来源提供相关信息(赵振华，1992)。从拉培地区微量元素相关性来看，U与Y为代表的稀土元素具有较好的相关性。Y和Ho在自然界中一般以三价态存在，且离子半径非常接近，在地质作用过程中具有非常相似的地球化学行为，而且Y/Ho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，或者与不同热液系统间络合介质差异有关(丁振举等，2000)。拉培地区围岩的Y/Ho值为26.64，而F6样品中Y/Ho值为23.00～38.00，见矿最好的BT193Y1H1样品中Y/Ho值为38.00(表6)。如果成矿流体及铀源来自围岩本身，则矿石的Y/Ho值将十分接近围岩的比值，但实际上F6中Y/Ho高于围岩，这说明F6样品构造岩物源除来自围岩本身外，还具有部分深部来源的特征(祁家明等，2013)。

表6 拉培地区F6构造岩稀土元素含量表

6 结论

(1)拉培地区EW向含矿构造成矿热液总体表现为较强的高硫低氧环境，利于铀的还原、沉淀，明显具深源特点。矿前期、矿后期热液与Fw热液脉体稳定同位素特征相似，以大气降水为主，表明Fw可能为其上盘次级EW向含矿构造提供了成矿热液，在成矿过程中主要为导矿构造。

(2)拉培地区含矿构造富集As、Sb、Hg、Cu、Pb、W、Co、Be等常见的成矿指示元素，富集系数较大，尤其以As、Sb、Hg等前缘晕元素更为富集，为拉培地区铀成矿作用提供了极好的还原环境。

(3)拉培地区含矿构造U与As、Pb、Be、Y等元素相关性较高且为正相关，铀成矿作用强烈且延深性较好，这与F6断裂构造地表地质观察得出的结论相吻合。

(4)F6断裂构造稀土元素分配模式显示相对稳定的Ce和明显的Eu负异常，反映了成矿过程中的低温度和低氧逸度，为还原环境，有利于低温热液铀成矿作用。F6断裂构造具有多期次构造活动和多期次深源成矿热液叠加的特点。