湖南省江华县香草地区含矿构造岩地球化学及铀矿物特征研究

徐 勇

(1.中南大学 有色金属成矿预测教育部重点实验室，湖南 长沙 410083；2.核工业二三〇研究所，湖南 长沙 410007；3.湖南省伴生放射性矿产资源评价与综合利用工程技术研究中心，湖南 长沙 410007)

湖南省江华县香草地区位于九嶷山岩体西部，金鸡岭岩体与雪花顶岩体夹持部位，目前已发现了香草大型铀矿床。前人对香草铀矿床铀成矿特征、成矿规律等开展了大量研究，确定了金鸡岭岩体形成于板块碰撞挤压和地壳增厚的构造环境，属地壳改造型(S型)花岗岩，是华南重要的产铀岩体(章邦桐等，2001；李剑锋等，2021；何建军等，2008；章健等，2014；付建明等，2005；许文力，2020)。该区区域性构造交汇部位具有明显的控矿作用，控矿断裂两侧的次生断裂、裂隙、劈理等构造对矿床、矿体的定位、规模和产状以及成矿元素的迁聚均具有直接控制作用，且铀矿化富集具多期、多源、多成因的特点(杜乐天，2001，2009；张祖还，1991；李乐国，2009；吴仁贵等，2018；王珂等，2021)。前人研究集中在区域控矿条件方面，对于区内构造地球化学和铀矿物的研究相对不足。因此，本次研究在野外地质调查的基础上，结合室内岩矿鉴定和电子探针分析，对区内不同方向断裂带的含矿构造岩地球化学特征和铀矿物进行研究，为研究区内铀成矿作用提供依据。

1 地质概况

香草地区位于南华活动带湘桂褶皱带耒阳-临武褶皱区水口山-九嶷山成矿带。

出露地层主要为震旦系和寒武系(图1)。震旦系为一套以斜坡重力流为主体的砂泥质碎屑沉积，寒武系为一套类复理石海相重力流泥质碎屑沉积，其中香楠组、茶园头组是该区花岗岩外接触带主要含矿层位。

区内岩浆岩具多期多阶段侵入特点，东侧为金鸡岭岩体，主体为灰白-浅红色粗粒黑云母花岗岩，西侧为雪花顶岩体，主体岩性为灰白-灰黑色中粗粒角闪石黑云母二长花岗岩。

区内发育褶皱和断裂构造。铀矿床位于下竹瓦复背斜南东翼次级倒转背斜中，背斜轴向NE45°，向SE倾伏，核部为震旦系，翼部为寒武系下、中统。断裂以NW至近SN向为主，其次为近EW向及NE向。

图1 香草地区地质简图(a)及大地构造略图(b)Fig.1 Geological map(a) and tectonic sketch(b) of Xiangcao area1.第四系；2.寒武系中统上段；3.寒武系中统下段；4.寒武系下统上段；5.寒武系下统下段；6.震旦系；7.中细粒二云母二长花岗岩；8.粗粒黑云母花岗岩；9.中粗粒角闪石二长黑云母花岗岩；10.构造及编号；11.推测构造；12.地质界线；13.河流；14.研究区；15.矿床

矿化受断裂控制，平面上定位于北西向断裂与近南北向断裂组成的复杂“N”形断裂系统中，剖面上组成复杂的“Y”字形构造格架。铀矿化产于不同方向断裂上下盘破碎带内，矿体随断裂交汇线侧(倾)伏而侧伏，富集于硅化断裂膨胀变异及裂隙密集处。

矿化与岩性关系密切，主要富集于岩体外接触带寒武系香楠组和茶园头组遭蚀变的白云母角岩中，以及金鸡岭岩体与雪花顶岩体所夹持的向南张开的箕形凹槽区，金鸡岭岩体顶界面上侧附近，远离顶界面或进入花岗岩则矿化消失，矿体随岩体顶界面倾伏而倾伏。

2 样品及分析方法

按构造方向和矿化品位进行采样(表1)。本次样品的主量、微量元素均在核工业二三〇研究所分析测试中心分析。全岩主量元素成分使用AxiosMAX型(荷兰帕纳科)X 射线荧光光谱仪测定，相对标准样品的偏差，高含量氧化物小于0.8%，低含量氧化物小于10%，而Fe2O3和FeO 含量采用湿化学法分析。微量元素和稀土元素采用ICP-MS方法分析(美国Nexion300)，检测限优于0.5×10-9，相对标准偏差优于5%，分析方法见Qi等(2000)。电子探针分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。

表1 香草地区样品岩性表Table 1 Lithology of samples in Xiangcao area

3 构造岩地球化学特征

3.1 香草地区不同方向构造特征对比

香草地区主要含矿的NW、SN和NE向构造特征见表2。各构造均表现为压扭性，发育硅化、赤铁矿化。SN向和NW向构造倾向相对，深部交汇，均表现为多组平行硅化断裂带并在带中发育矿化；NE向和NW向构造在地层中倾向相对，深部与F22、F21等交汇，具有多组平行展布特征和较好的赋矿空间。地表矿化异常发育，F22带下盘的NE向断裂带F8、F9和F10周围发育有一系列的铀异常点，这些铀异常点异常值高，显示出F22带下盘NE向构造在寒武系内发育有较好的铀矿化，深部具有较大的探索空间。

表2 香草地区主要含矿构造特征一览表Table 2 The main ore-bearing structures in Xiangcao area

3.2 构造岩地球化学特征

3.2.1 主量元素

从主量元素(表3、图2)可以看出，Al2O3含量普遍偏高，Na2O、CaO、 TiO2和MnO含量相对偏低，Fe2+/Fe3+大部分小于0.4。铀含量偏高时，CaO/Na2O普遍偏低。YP-7和YP-13在MnO、Na2O、CaO和CaO/Na2O含量上与其他含矿构造岩不一致，可能由于这两者都是NE向构造矿石，受后期构造热液活动影响所致。

表3 香草地区岩石主量、微量及稀土元素含量表Table 3 Contents of major elements, REE and trace elements of rocks in Xiangcao area /10-6

续表

图2 香草地区岩石U与主量元素关系图Fig.2 Relationship between U and main elements of rocks in Xiangcao area

3.2.2 稀土元素

图3 香草地区岩石稀土配分模式图Fig.3 REE distribution pattern of rocks in Xiangcao area 红色线：U≥0.05%；蓝色线：0.05%>U≥0.03%；黑色线：非矿石样品；紫色线：花岗岩样品；球粒陨石数据据Boynton(1984)

从稀土元素表(表3)和稀土配分图(图3)可以看出：NW向和SN向构造岩两者较为相似，整体呈右倾型，负铕异常相对不明显，LREE/HREE为14.09～17.36，轻稀土含量高，重稀土含量低，与一般右倾海鸥型负铕异常较明显的南方S型富铀花岗岩有一定差别，与地层的稀土配分模式类似，表明矿化基本受同期构造作用影响；NW向含矿岩石稀土总量较不含矿岩石偏高，SN向含矿岩石的重稀土含量低于不含矿岩石，表明两组构造有少量差别；NE向构造矿石为右倾平缓型，LREE/HREE为4.01～6.95，轻重稀土分异较NW向和SN向构造小，虽然配分曲线形态与地层类似，但是受到后期深部热液活动影响，且以YP-7所代表的F6号构造最为明显，矿化期次与NW向和SN向构造不同或受到后期矿化作用叠加。

3.2.3 微量元素

从微量元素表3和图4可以看出：NW向构造矿石中Cs、W、Tl、Rb和Pb元素较非矿石中的含量多，SN向构造矿石中W、Th和Pb元素较非矿石中的含量多，NE向构造矿石中Cs、W、Tl、Rb和Pb较非矿石样中含量多；YP-7矿石样中Cu、Zn、V、Cd、Mo和Co元素较其他矿石样多，可能矿化时受含此类元素的热液影响。

根据微量元素数据得到香草地区岩石R型聚类分析图(图5)，发现U与元素W、Be、Pb相关性密切，与其他元素相关性较差，这和颜晓莲等(2002)的结论类似。

4 铀矿物特征

香草地区矿石中金属矿物主要有沥青铀矿、黄铁矿、赤铁矿及少量方铅矿，次生铀矿物主要有铁铀云母，其次为硅钙铀矿、钙铀云母。矿石构造主要呈显微浸染状、细脉浸染状、脉状、角砾状等。

YP-7为NE向F6赤铁矿化碎裂岩，偏反光镜下见赤铁矿、次生铀矿物(钙铀云母)。其中赤铁矿少量，它形粒状，红褐色内反射色，部分颗粒具规则外形；次生铀矿物微量，半透明、透明，黄绿色内反射色，主要为钙铀云母，与赤铁矿互混。α径迹主要呈斑点状、集合体状分布在岩石中，与半透明矿物对应较好(图6)。

图4 香草地区岩石微量元素标准化蛛网图Fig.4 Standardization of trace elements of rocks in Xiangcao area 红色线：U≥0.05%；蓝色线：0.05%>U≥0.03%；黑色线：不含矿构造岩；球粒陨石数据据Boynton(1984)

YP-13为NE向F9黄铁矿化碎裂岩，偏反光镜下见少量黄铁矿和钛铀氧化物。黄铁矿为它形粒状、集合体状，浅亮黄色，均质，分散在岩石中或呈脉状分布；钛铀氧化物为痕量，多呈胶状，与氧化铁质互混，显微镜下无法区分。α径迹主要呈斑块状、脉状分布，与岩石中的不透明矿物对应较好(图7a-d)。

图5 香草地区岩石R型聚类分析图Fig.5 R-type cluster diagram of trace elements in Xiangcao area

结合YP-13背散射图像发现，铀矿物主要呈胶状、块状、脉状分布在岩石的裂隙中，少量呈点状分散分布(图7e-f)。

铀矿物有颗粒状和细脉状两种形态。香楠组、茶园头组和金鸡岭岩体是区域成矿的矿源层。多期次的岩浆活动为成矿提供了能量和热液，不断从矿源层中萃取U，并使其富集。构造破碎带和节理等构造薄弱面为成矿流体的运移和沉淀提供了空间(曾认宇等，2020)。

由表4可知，该样品中的铀矿物主要是沥青铀矿(铀黑)，除3号点外，其他测点的总量偏少。铀矿物的伴生矿物主要为磷灰石、白云母、石英和绿泥石(图7e)。沥青铀矿主要呈胶状、土状分布在岩石裂隙中和磷灰石边缘。香草地区的铀矿化和磷灰石的吸附也有一定的关系，这与已知的香草矿床矿体富集位置——含磷结核的寒武系香楠组下段相吻合(王倩等，2016)。

5 结论

(1)香草地区岩石高Al，低Na、Ca、Ti和Mn，Fe2+/Fe3+大部分小于0.4，铀含量偏高时，CaO/Na2O普遍偏低。NW向和近SN向构造稀土配分模式差别不大，呈右倾型，负铕异常相对不明显，轻稀土含量高，重稀土含量低，总体与地层类似，矿化受同期构造作用影响；NE向构造轻重稀土分异相对较小，矿化还受到后期深部热液活动影响。

(2)与U相关性密切的元素有W、Be、Pb。铀矿物形成可分为两种：一种为成岩时形成；另一种为后期含铀热液沿构造裂隙侵入，经还原沉淀形成。

(3)铀矿物以沥青铀矿为主，铀矿化与赤铁矿化、黄铁矿化和磷灰石相关。香草地区NE向断裂带具有较好的铀成矿潜力。

图6 YP-7镜下特征Fig.6 Microscopic features of YP-7a.YP-7的α径迹照片；b.同一位置的透射偏光照片；c.将b中一个半透明矿物放大后的反射图像；d.进一步放大之后的图像；U.钙铀云母；Hem.赤铁矿

表4 YP-13铀矿物定量点分析数据Table 4 Quantitative point analysis data for YP-13 uranium minerals /%

图7 YP-13镜下特征(a-d)和背散射电子像(e-h)Fig.7 The microscopic features (a-d) and backscattered electron images(e-h) of YP-13a.YP-13的α径迹照片；b.同一位置的透射偏光照片；c.b放大后的图像；d.反射单偏光图像；e.沥青铀矿呈颗粒状和细脉状在磷灰石边缘；f.沥青铀矿呈颗粒状位于原岩中；g.铀钍石呈颗粒状位于原岩中；h.沥青铀矿沿裂隙分布；Pit.沥青铀矿；Ut.铀钍石；Ap.磷灰石；Qz.石英；Mu.白云母；Chl.绿泥石；Py.黄铁矿