若爾蓋鈾礦田510-1鈾礦床稀土元素地球化學(xué)特征

鄭玉文, 陳友良, 常 丹, 胡 漾, 郭 銳,鄧 舟

(1.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610059；2.成都理工大學(xué)地學(xué)與核技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610059；3.寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 銀川 750021)

稀土元素具有相似的原子結(jié)構(gòu)和相近的離子半徑，它們在地質(zhì)作用過程中往往作為一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)移。且其地球化學(xué)行為具有一定的可預(yù)見性，故稀土元素在地質(zhì)學(xué)上的應(yīng)用非常廣泛。目前稀土元素地球化學(xué)已經(jīng)成為成礦、成巖研究中的重要手段，它不僅可反映礦質(zhì)和流體來源，而且可示蹤流體活動蹤跡和成巖、成礦作用[1-4]。

若爾蓋鈾礦田是中國著名的碳硅泥巖型鈾礦床產(chǎn)區(qū)之一。該鈾礦田在大地構(gòu)造位置上處于秦嶺褶皺系西段，屬西秦嶺褶皺帶之南亞帶。礦田主體位于四川省阿壩自治州西北部的若爾蓋縣與甘肅省迭部縣和碌曲縣交界地帶，東西長約50 km，南北寬約6 km，現(xiàn)已探明鈾礦床10余個(gè)，礦(化)點(diǎn)20余處(圖1)。該地區(qū)的鈾礦床不僅規(guī)模大、品位較富，而且分布集中，并伴有多種金屬元素(鎳、鋅、釩、鉬、銅等)可供綜合利用，因而備受廣大礦床地質(zhì)工作者所關(guān)注[5-7]。510-1鈾礦床位于若爾蓋鈾礦田西部，是該區(qū)品位較富、規(guī)模較大、具有代表性意義的典型鈾礦床之一。本文對該礦床的礦石、圍巖以及礦區(qū)出露的巖漿巖脈的稀土元素地球化學(xué)特征進(jìn)行了對比研究，以期為該鈾礦床的成礦物質(zhì)來源乃至礦床的成因提供信息。

圖1 若爾蓋鈾礦田礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)魏佳等[8]，2014)1-白堊系，2-泥盆系，3-上志留統(tǒng)，4-中志留統(tǒng)，5-下志留統(tǒng)，6-前志留系，7-石英二長巖，8-輝綠巖，9-斷層，10-不整合地質(zhì)界線，11-鈾礦床位置及編號

1 礦床地質(zhì)特征

510-1鈾礦床的含礦巖系為下志留統(tǒng)羊腸溝組上段(S1y2)，為一套陸棚相沉積的板巖、灰?guī)r和硅質(zhì)巖組成的“碳硅泥巖”建造[9]，礦化主要分布于硅灰?guī)r、灰?guī)r和硅質(zhì)巖中，呈似層狀、透鏡狀的礦體群出現(xiàn)。透鏡體一般長200 m左右，出露最大厚度約75 m。總的來看含礦層上、下盤圍巖為千枚巖、板巖和變質(zhì)砂巖，中間為硅灰?guī)r、灰?guī)r和硅質(zhì)巖含礦層。具有“砂巖+板巖”—“硅質(zhì)巖+灰?guī)r”—板巖—砂巖這樣的巖性組合規(guī)律，從而構(gòu)成特定的巖性組合或巖性搭配，其中板巖起到了防止成礦流體散失的良好屏障作用。

值得注意的是，鈾礦化在空間分布上與巖漿巖、斷裂構(gòu)造具有密切關(guān)系。礦體產(chǎn)出部位常發(fā)育中酸性、酸性巖脈，局部地段見基性巖脈，礦體集中產(chǎn)于北東向斷裂切割近東西向順層斷裂帶的交匯部位及其上盤順層斷裂的一定范圍內(nèi)。在礦床的礦脈中金屬礦物以瀝青鈾礦和膠狀、微粒狀、似塊狀、脈狀黃鐵礦為主，含少量鎳、鋅、鉬、釩、銅的硫化物。非金屬礦物主要為脈狀方解石和石英，并具有明顯的垂直分帶特征[10]，偶見重晶石、白云石。近礦圍巖蝕變主要有硅化、碳酸鹽化及黃鐵礦化，局部見其它硫化物礦脈。根據(jù)若爾蓋地區(qū)現(xiàn)有的研究資料進(jìn)行綜合分析，特別是近年來研究工作所取得的新進(jìn)展，顯示該區(qū)鈾礦床與傳統(tǒng)的受地層控制的碳硅泥巖型鈾礦床有很大的差異，屬典型的熱液疊加改造型鈾礦床，具有熱液型鈾礦的基本地質(zhì)特征[11]。

2 樣品采集與分析測試方法

依據(jù)510-1鈾礦床礦體分布和開采的實(shí)際情況，分不同的中段(露天采場、2、3、4、5、6、7中段)系統(tǒng)采集了23件礦石樣品(U>500×10-6)，礦石類型主要有硅灰?guī)r型和硅質(zhì)巖型。29件巖石樣品采自礦床外圍正常地層中的巖石及巖脈樣品，巖石類型主要有硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r、花崗斑巖以及花崗閃長玢巖。樣品送核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心進(jìn)行碎樣和測試，將樣品磨至200目粉末，采用DZ/T00223—2001 電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)方法進(jìn)行微量元素分析。儀器型號為Finnigan公司生產(chǎn)的HR-ICP-MS ElementⅠ，相對誤差≤10%。

3 分析結(jié)果

510-1鈾礦床礦石的稀土元素分析結(jié)果見表1。從表1可以看出，礦石樣品中ΣREE(不含Y)的變化范圍較大，為9.09×10-6～274.57×10-6，除2個(gè)樣品外，其余均<100×10-6，平均為57.47×10-6，明顯低于地殼豐度(165.35×10-6，據(jù)黎彤，1976)。樣品的LREE/HREE變化范圍為0.54～7.77，平均為2.08，LaN/YbN為0.20～8.84，平均1.65，礦石整體來看輕重稀土分餾不明顯，僅有少數(shù)樣品明顯富集LREE或HREE。

510-1鈾礦床各類圍巖的稀土元素分析結(jié)果見表2。從表2來看，硅質(zhì)巖的ΣREE為5.23×10-6～45.48×10-6，平均22.07×10-6，LREE/HREE為0.60～3.98，平均2.30，LaN/YbN為0.35～4.39，平均1.88。硅灰?guī)r的ΣREE變化范圍為5.61×10-6～64.49×10-6，平均18.47×10-6，LREE/HREE為1.70～4.53，平均2.98，LaN/YbN為1.10～3.95，平均2.32。巖脈樣品中花崗閃長玢巖脈稀土總量較高，ΣREE為102.17×10-6～249.03×10-6，均值為179.98×10-6，LREE/HREE平均8.96，LaN/YbN平均10.24，說明輕稀土明顯富集，重稀土明顯虧損，輕重稀土分餾明顯。花崗斑巖脈中ΣREE相對偏低，含量為30.75×10-6，LREE/HREE為3.55，LaN/YbN為3.32。

4 討論

4.1 稀土元素地球化學(xué)特征

510-1鈾礦床的鈾礦化主要產(chǎn)于硅質(zhì)巖與硅灰?guī)r中，其主要礦石類型亦為硅灰?guī)r型和硅質(zhì)巖型，在礦石中通常含有一定數(shù)量的成礦作用階段疊加的熱液方解石或石英細(xì)脈。從前述ΣREE含量分析，硅質(zhì)巖的ΣREE平均含量為22.07×10-6，硅灰?guī)r的ΣREE平均含量為18.47×10-6，而礦石的ΣREE平均含量達(dá)57.47×10-6，礦石相對賦礦圍巖(硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r)其稀土元素總量ΣREE顯著增加，暗示其鈾礦化和蝕變過程是稀土元素富集和帶入的過程。

圖2為510-1鈾礦床的礦石、硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r、巖脈的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值引自Boynton，1984)。從圖2分析，礦石的稀土元素配分模式主要為具弱δEu負(fù)異常的平坦型曲線(圖2a)，另有少數(shù)樣品為重稀土相對富集的左傾型配分曲線，個(gè)別樣品為輕稀土相對富集的右傾型配分曲線，這些特征暗示礦石中的稀土元素以及成礦物質(zhì)可能不是單一來源。硅質(zhì)巖的稀土元素配分模式基本為具弱δEu負(fù)異常和δCe負(fù)異常的平坦型配分曲線(圖2b)，而硅灰?guī)r的稀土元素配分模式圖也表現(xiàn)為平坦型的配分曲線(圖2c)。礦床中的巖脈是后期巖漿作用疊加的產(chǎn)物，其中花崗閃長玢巖的稀土元素配分模式為輕稀土顯著富集的明顯右傾型配分曲線，而花崗斑巖為輕稀土右傾，重稀土平坦型，并且出現(xiàn)明顯的δEu正異常(圖2d)。從以上巖、礦石的稀土配分曲線可以看出，礦石與硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r的特征較為一致，反映其物質(zhì)來源上的關(guān)聯(lián)性。而花崗閃長玢巖的配分曲線差異較大，反映其與成礦的關(guān)系不大，但個(gè)別礦石樣品與花崗斑巖的配分曲線相似，反映其與花崗斑巖可能具有成因上的聯(lián)系。

圖2 礦石(a)、硅質(zhì)巖(b)、硅灰?guī)r(c)、巖脈(d)稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖

利用稀土元素良好的示蹤作用，對各類巖、礦石的樣品做LREE/HREE-ΣREE關(guān)系圖(圖3)。整體上來看，巖、礦石的投點(diǎn)在圖中分布比較集中，但是花崗閃長玢巖與其他樣品的分布差異顯著。大部分礦石與硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r、花崗斑巖分布在同一個(gè)范圍內(nèi)，它們具有相近的稀土元素地球化學(xué)特征，說明礦床的稀土與成礦物質(zhì)來源與硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r、花崗斑巖具有密切的聯(lián)系。但礦石中有少數(shù)樣品的稀土總量較大，可能與后期熱液作用的強(qiáng)烈改造有關(guān)。

圖3 各類巖、礦石稀土元素分布圖

4.2 Y/Ho的指示意義

稀土元素Y、Ho在自然界中一般以三價(jià)態(tài)存在，離子半徑非常接近，在地球化學(xué)過程中有相似的行為。Y/Ho與氧化還原條件的變化關(guān)系不大，成巖和成巖后地質(zhì)地球化學(xué)作用對其影響不大，所以巖石和礦物等的Y/Ho比值應(yīng)與其來源相似。Y與Ho可以獨(dú)立于Eu和Ce之外提供成礦流體的信息[12]。

從510-1鈾礦床的各樣品稀土元素的Y/Ho比值來看，巖脈樣品花崗斑巖和花崗閃長玢巖的Y/Ho均值分別26.08、28.44，接近于CI球粒隕石的Y/Ho比值(28.1)，而礦石、硅質(zhì)巖和硅灰?guī)r的Y/Ho比值均值分別為43.52、35.90、40.27，落在現(xiàn)代深海內(nèi)的熱液流體的Y/Ho值(25～50)范圍內(nèi)，遠(yuǎn)高于巖脈樣品。說明510-1鈾礦床礦石的物質(zhì)來源與硅質(zhì)巖和硅灰?guī)r有著較為密切的同源性，在地層沉積與礦床形成時(shí)期均存在明顯的熱液流體活動。

5 結(jié)論

通過對若爾蓋鈾礦田510-1鈾礦床的礦石、地層中的巖石以及巖脈的稀土元素地球化學(xué)特征研究，得出以下結(jié)論：

(1)510-1鈾礦床的鈾礦化主要產(chǎn)于硅質(zhì)巖與硅灰?guī)r中，其主要礦石類型亦為硅灰?guī)r型和硅質(zhì)巖型。從ΣREE含量分析，礦石相對賦礦圍巖(硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r)其稀土元素總量ΣREE顯著增加，暗示其鈾礦化和蝕變過程是稀土元素富集和帶入的過程。

(2)從巖、礦石的稀土配分曲線以及LREE/HREE-ΣREE關(guān)系圖綜合分析，大部分礦石與硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r、花崗斑巖表現(xiàn)出相近的稀土元素地球化學(xué)特征，說明礦床的稀土與成礦物質(zhì)來源與硅質(zhì)巖、硅灰?guī)r、花崗斑巖具有密切的聯(lián)系。

(3)礦石、硅質(zhì)巖和硅灰?guī)r的Y/Ho比值均落于現(xiàn)代深海內(nèi)的熱液流體范圍內(nèi)，說明地層沉積與礦床形成時(shí)期均存在明顯的熱液流體活動。