相山铀矿田居隆庵矿床矿石地球化学特征及其与矿石品位关系探讨

银涌兵,李海英,孔德旭,韩飘平,卢 腾,万环环,郭福生

（1.江西省地质局二六一大队，江西 鹰潭 335001；2.江西省能源矿产地质调查研究院，南昌 330100；3.江西省地质局二六六大队，南昌 330038；4.江西省核工业地质调查院，南昌 330038；5.东华理工大学，南昌 330013）

相山矿田是我国最大的火山岩型铀矿田，居隆庵矿床是继邹家山矿床后又一新增典型铀钍混合大型矿床［1］，前人对该矿床的基础地质特征及成矿规律等进行了大量研究，且取得了丰硕的成果。对于矿床地球化学特征研究，主要集中于对围岩及其蚀变化学特征方面，对矿石矿物地球化学特征研究相对较少。笔者以居隆庵矿床为研究对象，通过采集、分析矿床矿石地球化学组分，对矿石地球化学特征进行研究，探讨其与矿石品位的关系。

1 地质概况

相山矿田位于扬子板块与华南板块交接部位的构造缝合线的南缘，我国东南部的重要铀矿成矿带—北东向赣杭构造火山岩铀成矿带与呈北北东向展布的大王山—于山花岗岩铀成矿带的交汇部位［2］。

居隆庵矿床位于相山矿田西部，处于北东向芜头—小陂、邹家山—石洞断裂构造与北西向石城—书堂、河元背—石洞断裂构造所圈围组成的居隆庵菱形断块内，该断块面积约10 km2。现已查明，居隆庵菱形断块是相山矿田中戴坊—邹家山—云际东西向基底断陷带中相对隆起的构造圈闭型断块，是伴随火山塌陷构造活动、断裂构造活动和次级裂隙构造特别发育的断块，为含矿热液运移、汇集及成矿有利区。矿床受近南北向展布断裂控制，地层较简单，矿体（化）主要赋存于下白垩统鹅湖岭组碎斑熔岩和打鼓顶组流纹英安岩中，尤以火山岩层组间界面附近最为富集。

2 铀矿化特征

居隆庵矿床铀矿化主要受断裂构造及火山岩层组间界面控制。在平面上矿化总体呈近南北向展布，矿体以5°～15°走向大致平行成组群侧列展布；在剖面上，矿体总体呈向浅部收敛、向深部撒开的帚状特殊形态展布［3］。矿床含矿围岩主要为酸性、中酸性火山熔岩-碎斑熔岩和流纹英安岩；矿化类型主要为赤铁矿化、萤石化、绿泥石化、碳酸盐化等。矿石矿物以沥青铀矿为主，还有钛铀矿、晶质铀矿、铀钍石等。伴生金属矿物有：黄铁矿、辉钼矿及少量方铅矿、闪锌矿等；脉石矿物主要有：水云母、萤石、微晶石英、绿帘石、磷灰石等。矿床早期成矿时期约120 Ma，晚期成矿时期约100 Ma［4］。

矿石品位与成矿时期及蚀变特征密切相关。早期成矿阶段（红化阶段），矿化以钠长石化碱交代为主，常伴有赤铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化等，蚀变矿物组合为钠长石—赤铁矿—绿泥石—碳酸盐，蚀变范围较大且蚀变较强，但矿化较弱，矿石品位低；主成矿阶段，矿化以萤石、水云母化酸交代为主，常伴有绿泥石化、磷灰石化、黄铁矿化，蚀变矿物组合为萤石—伊利石—绿泥石—磷灰石，蚀变作用强烈，矿化较强，矿石品位较高。同时，酸交代型矿化叠加于碱交代型矿化之上，以强萤石化和水云母化为特征，常伴随有一定程度的磷灰石化和硅化，矿化蚀变作用强烈，幅度进一步变窄，形成富矿体［5］。

3 样品采集及测试方法

以居隆庵矿床主要矿体为重点，选取其中7个钻孔的原生带矿心进行取样，共计采集样品15件，样品主要分布于矿床富大矿体中，样品岩性以矿床成矿主岩碎斑熔岩及流纹英安岩为主。平面位置落于40～60号勘探线，取样标高范围-308～-445 m，样品铀含量为0.03%～9.50%，所选样品于矿床而言有着较强的代表性。样品主量元素测试由江西省核工业地质局测试研究中心完成，测试方法为X射线荧光光谱法；样品微量及稀土元素测试由核工业北京地质研究院分析测试中心完成，测试方法为电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法。

4 地球化学特征

4.1 主量元素

居隆庵矿床矿石（铀含量大于0.03%）主量元素分析结果见表1。矿石Si O2含量较低，为50.89%～72.63%，均值为62.18%，变化系数较大，含量变化与矿石蚀变程度及蚀变类型密切相关，二者呈负相关关系；矿石碱含量（Na2O+K2O）值3.84%～8.98%，平均值7.08%，含量相对较高；A/CNK值0.60～1.28，平均值1.09，A/NK值1.76～3.21，平均值2.31，具有铝过饱和的特点，随着铀含量增加，A/NK值也变大，A/CNK值则变小，甚至小于1，矿石逐步呈偏铝质特点，造成这一现象的主要原因是矿石中CaO含量急剧增加。

表1 居隆庵矿床矿石主量元素含量/%Table 1 Contents/% of major elements of ore in Julong'an deposit

4.2 微量元素

矿石微量元素分析结果如表2，采用岩浆岩化学元素平均含量，建立矿石微量元素标准化图如图2。选取的样品铀含量0.03%～9.50%，覆盖矿床不同等级品位矿石，微量元素强烈富集Mo、W、As、Th，相对富集Pb、Co、Sr、Li，明显亏损V、Ba，相对亏损Nb、Zr。Mo、W、As、Th元素与U元素呈正相关关系，构成了区内铀矿找矿微量元素主要标志。

表2 居隆庵矿床矿石微量元素含量/10-6Table 2 Trace element content/10-6 of ore in Julong'an deposit

图2 微量元素标准化图Fig.2 Standardization diagram of trace element in ore

4.3 稀土元素

居隆庵矿床矿石稀土元素含量及特征参数见表3，元素球粒陨石标准化如图3。矿石LREE含 量125.16×10-6～273.44×10-6，HREE含 量18.45×10-6～1046.45×10-6，LREE/HREE值0.25～9.27；稀土元素配分曲线显示轻稀土右倾而重稀土左倾，δEu值0.01～0.42，显示Eu负异常，δCe值1.26～3.05，显示Ce正异常。随着矿石铀含量增加，LREE/HREE值变小，LREE含量基本不变，HREE含量快速增长，显示在成矿过程中，轻稀土与重稀土发生分馏，重稀土强烈富集，与铀元素富集密切相关。

表3 居隆庵矿床矿石稀土元素含量/10-6Table 3 REE contents/10-6 of ore in Julong'an deposit

图3 稀土元素球粒陨石标准化曲线（球粒陨石标准化值［6］）Fig.3 Chondrite normalized REE pattern of ores（Chondrite normalized value［6］）

5 讨论

5.1 主量元素与矿石品位关系

矿石主量元素分析结果显示，铀含量与钙、硅、磷含量密切相关，其中，铀含量与钙、磷含量呈正相关，与硅含量呈负相关（图4）。低品位矿石中铀及各主量相关元素变化系数相对较小，高品位矿石中各元素含量变化系数随铀含量的增加而增加。

图4 铀与主量元素关系图Fig.4 Diagram showing the relationship between uranium and major elements

矿床早期矿化以碱交代型铀—赤铁矿化为主［7］，较为发育的钠长石化造就矿石中石英含量减少，而伴随着碳酸盐化、绿泥石化等，矿石中钙、磷含量则有所增加。在主成矿期，矿化以酸交代型铀—萤石—绢云母（水云母）化为主，矿石具有强萤石化并伴有较强水云母化和一定程度的磷灰石化，受其影响，矿石中钙、磷含量快速增加。

5.2 微量元素与矿石品位关系

随着热液环境的变化，铀元素的富集相应伴随着其它元素的富集或亏损，矿石微量元素分析结果表明，与铀元素含量密切相关的微量元素主要有Mo、W、As、Th等元素（图5-图8）。

图5 铀与钼元素关系图Fig.5 Diagram showing the relationship between uranium and molybdenum

图6 铀与钨元素关系图Fig.6 Diagram showing the relationship between uranium and tungsten

图7 铀与砷元素关系图Fig.7 Diagram showing the relationship between uranium and arsenic

图8 铀与钍元素关系图Fig.8 Diagram showing the relationship between uranium and thorium

矿石中Mo元素含量变化系数较大，与U含量呈双对数线性正相关关系，相关系数0.79，反应着Mo随U的富集而富集，相较于原岩，Mo富集度达数十倍甚至近千倍，Mo与U有着相似的化学性质，在成矿热液由碱变酸、成矿环境由氧化条件变成还原条件时，Mo随U一同迁移、沉淀［8］。

W含量变化系数小于U含量变化系数，与U含量呈双对数线性正相关，相关系数0.81；约以0.3%为界，当U含量小于0.3%时，矿石W元素含量约n×10-5，当U含量大于0.3%时，矿石W元素含量增至约n×10-4，推测U含量约0.3%是该矿床的一个重要指示含量指标，而矿床矿石平均品位也约0.3%，其相关成因需进一步研究。

As元素含量变化系数较小，但其富集程度相对较高，As含量与U含量呈双对数线性正相关，相关系数0.54，相关性相对较小。

Th元素含量变化系数较大，与U含量呈双对数线性正相关，相关系数0.76；低品位矿石中Th含量及变化系数都较小，为早期成矿结果反应，在碱性环境下，深部热液携带的U6+与CO32-结合以UO2（CO3）34-、UO2（CO3）22-等络合物形式迁移、沉淀，Th则主要与H元素结合，以氢化物ThH4的形式迁移，钍元素易于迁移而不易于沉积，只有少量钍元素与沉积铀元素发生类质同象现象而多以钛铀矿的形式存在，矿石U、Th组合表现为相对贫钍富铀；高品位矿石形成于主成矿期，成矿热液由碱性逐步变为中-酸性，在还原条件下U4+与Th4+呈铀酰碳酸盐络合物、卤化物或以硅酸盐络合物形式迁移、沉淀，造就了高品位矿石中Th随U的富集而富集［9-11］。

5.3 稀土元素与矿石品位关系

居隆庵矿床稀土元素含量与U含量密切相关（图9），相关系数0.84。轻稀土含量变化系数较小，与U含量相关性不明显，相关系数0.18，重稀土含量变化系数较大，其含量与U含量呈双对数线性正相关关系（图10），相关系数0.93，显示随着U元素的富集，轻稀土无明显变化，而重稀土随U共同富集。随着矿石铀品位增加，δCe值也线性变大，显示高品位矿石的形成与还原环境密切相关。

图1 相山矿田地质简图（据江西省地质局二六一大队）Fig.1 Geological sketch map of Xiangshan ore field（After 261 brigade of Jiangxi Geological Bureau）

图9 铀与稀土关系图Fig.9 Diagram showing the relationship between uranium and REE

图10 铀与重稀土含量关系图Fig.10 Diagram showing the relationship between uranium and HREE

6 结论

1）居隆庵矿床矿石铀含量与硅、钙、磷等主量元素含量密切相关，随着U含量增加，硅含量逐步降低，钙、磷含量逐步增加，矿石由铝过饱和逐步转变为偏铝质特点。

2）随着成矿热液环境变化，在还原条件下，Mo、W、Th等微量元素与铀共同沉淀，造就了矿石中U与Mo、W、Th含量呈双对数线性正相关。

3）矿石稀土元素配分曲线呈轻稀土右倾而重稀土左倾的特征，铀含量与重稀土含量密切相关，δCe值随铀含量增加而变大，显示还原环境利于高品位矿石的形成。