北秦嶺丹鳳地區含鈾偉晶巖地質地球化學特征

張 良，胡菲菲，王江波，趙友東，魏正宇

(1.核工業二○三研究所，陜西西安 710086；2.中國冶金地質總局山東正元地質勘查院，山東濟南 250101)

偉晶巖型鈾礦床指產于偉晶巖脈中的鈾礦床，盡管其平均品位偏低，但由于礦體形態簡單、組分簡單、易選易采等特點，被認為是世界上重要鈾礦床類型之一。北秦嶺丹鳳地區是我國重要的花崗偉晶巖密集區，也是偉晶巖型鈾礦找礦成果最好的地區，目前已發現陳家莊、小花岔、光石溝、紙房溝4處偉晶巖型鈾礦床，鈾礦(化)點數十個以及異常點數百上千個，找礦潛力大。該區偉晶巖脈沿含榴二長花崗巖體和片麻狀花崗巖體內外接觸帶廣泛展布，主要類型有黑云母偉晶巖、二云母偉晶巖和白云母偉晶巖，其中與鈾礦化密切相關的為黑云母偉晶巖(馮明月，1994；盧欣祥等，2010；馮張生等，2013；朱煥巧等，2015；王江波等，2020)。近年來，該區偉晶巖型鈾礦的研究較多，但多針對含鈾偉晶巖本身開展同位素測年、掃描電鏡及電子探針微區分析等研究，查明了含鈾偉晶巖及含榴二長花崗巖成巖年齡及副礦物特征，并建立了成礦模式；對含鈾偉晶巖、含榴二長花崗巖、片麻狀花崗巖三者之間的成因聯系研究少，對三者是否為同源巖漿演化的產物還沒有統一的認識(沙亞洲，2011；陳佑緯等，2013；劉靜，2015；孟雷，2016；葛瑤，2017；袁峰等，2017；曲凱等，2019；王江波等，2020)。本文以丹鳳地區含鈾黑云母偉晶巖為研究對象，在研究其地質地球化學特征的基礎上，分析其與片麻狀花崗巖及含榴二長花崗巖之間的成因關系，以期為該區進一步鈾礦找礦工作提供借鑒。

1 區域地質背景

秦嶺造山帶是華北板塊與揚子板塊長期匯聚形成的復合型造山帶，自元古代以來經歷了新元古代(979～711 Ma)、古生代(507～400 Ma)、早中生代(250～185 Ma)、晚中生代(158～100 Ma)四個期次的構造及巖漿活動(張國偉等，2001；張本仁等，2002；王曉霞等，2015；李承東等，2018；黃倩雯等，2020)，形成了以洛南-欒川斷裂、商丹縫合帶和勉略縫合帶為界，將秦嶺造山帶劃分為華北克拉通南緣、北秦嶺造山帶、南秦嶺造山帶和揚子克拉通北緣的構造格局。

研究區位于北秦嶺造山帶東段，夾持于蔡川斷裂和分水嶺斷裂之間(圖1)，出露地層為古元古界秦嶺巖群，為一套低角閃巖相-高角閃巖相的中深變質地層組合體(張宗清等，1994)；南部主要出露秦嶺巖群郭莊巖組(Pt1g)，主要由條帶狀黑云斜長片麻巖、含石榴子石黑云斜長片麻巖、石榴矽線黑云片麻巖等組成；北部出露秦嶺巖群雁嶺溝巖組(Pt1y)，主要是一套含石墨、方柱石、透輝石的大理巖。侵入巖分布范圍廣，主要為古生代構造巖漿活動期(507～400 Ma)侵入的花崗巖(張成立等，2004；Wang et al.，2013；張成立等，2013)，多呈巖基、巖株以及巖脈群產出，成群成帶分布，約占工作區面積的三分之一。

圖1 北秦嶺丹鳳地區構造及侵入巖分布略圖①Fig.1 Sketch map showing geology and intrusive rocks in the Danfeng area of north Qinling Mountains①1-早古生界丹鳳巖群；2-古元古界秦嶺巖群雁嶺溝巖組；3-古元古界秦嶺巖群郭莊巖組；4-含石榴子石二長花崗巖；5-片麻狀花崗巖；6-基性、超基性巖；7-斷裂；8-花崗巖型鈾礦床；9-偉晶巖型鈾礦床1-Danfeng Group,Lower Paleozoic;2-Yanlinggou Formation,Qinling Group,Paleo-Proterozoic;3-Guozhuang Formation,Qinling Group,Pale-Proterozoic;4-garnet monzogranite;5-geissic granite;6-basite and utrabasic rock;7-fault;8-granite-type uranium deposit;9-pegmatite-type uranium deposit

2 地質特征

研究區受新元古代和早古生代秦嶺造山帶板塊俯沖碰撞的影響，形成了以北西西向構造為主的構造格架，區內出露的侵入巖主要為北西西向產出的加里東期含石榴子石二長花崗巖、片麻狀花崗巖以及成群出現的花崗偉晶巖脈(圖1)。

2.1 巖體特征

片麻狀花崗巖有灰池子、棗園、商南巖體等，暗色礦物含量較多，普遍發育片麻狀構造，主要組成礦物為斜長石、石英，其次為鉀長石、黑云母和少量角閃石，副礦物為褐簾石、鋯石、榍石和磁鐵礦等(表1)，主要巖石類型為片麻狀黑云二長花崗巖(圖2a)。

含石榴子石二長花崗巖有騾子坪、黃柏岔、桃坪巖體等，暗色礦物含量少，巖石呈塊狀構造，主要組成礦物為斜長石、鉀長石、石英和少量黑云母，副礦物為磁鐵礦、榍石、獨居石、磷灰石、晶質鈾礦、石榴子石等(表1)，主要巖石類型為含石榴子石二長花崗巖(圖2b)。

2.2 偉晶巖脈特征

偉晶巖脈沿北西西向花崗巖體內外接觸帶展布，與花崗巖帶展布方向一致。巖脈呈淺肉紅色、灰白色，規模不等，多數順片麻理侵入，少數截切片麻理?？臻g分布上表現出明顯的分帶性特征，即黑云母偉晶巖脈產于巖體內部及巖體附近，二云母偉晶巖脈產于距巖體稍遠地區，白云母偉晶巖脈產于遠離巖體的地區。其中與鈾礦化密切相關的為產于巖體內外接觸帶的黑云母偉晶巖脈(圖2c)，內帶偉晶巖脈多產于含石榴子石二長花崗巖與古元古界的內接觸帶，偉晶巖脈主要分布在含石榴子石二長花崗巖體邊緣，與含石榴子石二長花崗巖呈漸變過渡接觸(圖2d)，脈體產出規模較小、不穩定、呈不規則狀；外帶偉晶巖脈產于花崗巖體與古元古界地層外接觸帶，含石榴子石二長花崗巖和片麻狀花崗巖外帶均有偉晶巖脈產出，脈體產于古元古界黑云斜長片麻巖中，延伸穩定，規模大。

圖2 黑云母偉晶巖、含榴二長花崗巖及片麻狀花崗巖地質特征Fig.2 Geological characteristics of biotite pegmatite,garnet monzogranite and gneissic granitea-灰池子巖體片麻狀花崗巖；b-騾子坪巖體含石榴子石二長花崗巖；c-黑云母花崗偉晶巖；d-偉晶巖與含石榴子石二長花崗巖漸變過度 接觸(虛線為漸變接觸界線，左側為花崗巖，右側為偉晶巖)a-gneissic granite of Huichizi rock mass;b-garnet monzogranite of Luoziping rock mass;c-biotite pegmatite;d-gradual contact limit(dashed line) between garnet monzogranite and biotite pegmatite,garnet monzogranite on the left,biotite pegmatite on the right

2.3 含鈾黑云母偉晶巖特征

含鈾黑云母偉晶巖呈淺肉紅-灰白色，具塊狀構造，礦物分布極不均勻，主要由微斜長石、石英、黑云母組成；常見的副礦物有石榴子石、晶質鈾礦、獨居石、鋯石等(表1)。其中黑云母多呈鱗片狀，形成團塊分布，含量1%～20%不等，黑云母聚集的部位鈾含量明顯偏高。

一般來說，來自同源巖漿演化的地質體，在物質成分上應該是有相似之處。從丹鳳地區花崗巖、含鈾黑云母偉晶巖的主要副礦物對比表(表1)中可以看出：含石榴子石二長花崗巖常見的副礦物有石榴子石、晶質鈾礦、磷灰石、獨居石、磁鐵礦等，有偉晶巖中常見的石榴子石、獨居石、晶質鈾礦，同樣少見褐簾石；片麻狀花崗巖中常見的副礦物有磁鐵礦、褐簾石、榍石、磷灰石等，且少見偉晶巖中常見的石榴子石、獨居石、晶質鈾礦，可見偉晶巖中少見的褐簾石，對比而言含石榴子石二長花崗巖的副礦物組合與偉晶巖較為相似。

表1 丹鳳地區花崗巖、偉晶巖主要副礦物對比表(×10-6)②

3 含鈾偉晶巖地球化學特征

本次取樣9件，其中含石榴子石二長花崗巖(以下簡稱含榴二長花崗巖)樣3件，取自騾子坪巖體；含鈾黑云母偉晶巖(以下簡稱含鈾偉晶巖)樣6件，取自騾子坪巖體北側外接觸帶的鈾礦化黑云母花崗偉晶巖脈；收集片麻狀花崗巖(灰池子巖體)數據3組(李伍平等，2001)。樣品的分析測試由具有甲級資質的核工業二○三研究所分析測試中心完成，主量元素測試采用X射線熒光光譜法，儀器為荷蘭帕納科制造AxiosX射線熒光光譜儀；微量和稀土元素測試采用等離子體質譜法，儀器為Thermo Flsher制造XSERIES2型等離子體質譜分析儀，分析結果見表2。

表2 丹鳳地區含鈾偉晶巖、含榴二長花崗巖、片麻狀花崗巖主、微量及稀土元素分析結果表

續表2

3.1 主量元素特征

含鈾偉晶巖SiO2含量為64.91%～73.90%，平均69.32%。Na2O+K2O=8.30%～11.87%，平均9.98%；Na2O含量2.35%～4.22%，平均3.66%；K2O含量4.08%～8.02%，平均6.32%；平均K2O/Na2O=1.80，顯示出明顯的高K、低Na特征。堿度率AR=2.04～3.18，屬鈣堿性系列；A/CNK=1.00～1.26，屬過鋁質巖石；具有富Al、高K、低Na的特征。

3.2 微量元素特征

從含鈾偉晶巖微量元素蛛網圖(圖3a)可以看出，巖石強烈富集強不相容元素Rb、Th以及中等不相容元素Sm，強烈虧損弱不相容元素Ti、中等不相容元素P以及強不相容元素K、Ba；整體表現出隨著元素不相容性不斷增強，元素含量逐步富集的特征。大離子親石元素Rb、Ba、K地球化學性質相仿，在巖漿演化過程中Rb、Ba容易進入含K礦物中，但是Rb更易在殘余巖漿中富集，從而表現出隨著巖漿不斷演化，K、Ba在殘余巖漿中不斷貧化，Rb不斷富集的特征。Th/U=0.58～6.59，除TC201-4號樣Th/U<1以外，其他所有樣品Th/U>3，可能是地表含鈾偉晶巖中晶質鈾礦發生過強烈氧化后被淋濾引起。

3.3 稀土元素特征

含鈾偉晶巖稀土總量∑REE=137.1×10-6～444.2×10-6，平均282.4×10-6，含量中等；LREE/HREE=5.31～9.14，(La/Yb)N=10.79～87.35，在球粒隕石標準化稀土元素配分圖(圖3b)上，稀土配分曲線呈明顯的右傾輕稀土富集型；(La/Sm)N=1.41～1.83，(Gd/Lu)N=6.04～46.84，表明輕稀土無明顯分餾，重稀土發生明顯分餾作用；δEu=0.03～0.12，強烈負Eu異常，說明偉晶巖漿經歷了斜長石大量晶出過程，具明顯的演化晚期巖漿的特征。

圖3 偉晶巖和花崗巖微量元素(a)、稀土元素(b)球粒隕石標準化蛛網圖(球粒隕石標準化值分別引自Pearce et al.,1984；Sun and McDonough,1989)Fig.3 Chondrite-normalized spidergrams of trace element(a)and REE(b)in pegmatite and granite(normalized values are respectively from Pearce et al.,1984;Sun and McDonough,1989)

4 討論

丹鳳地區含鈾偉晶巖圍含榴二長花崗巖體和片麻狀花崗巖體廣泛分布。前人研究大多認為含鈾偉晶巖來源于秦嶺巖群地層深熔變質作用形成的花崗閃長巖漿經多期次侵入活動形成的殘余巖漿，但是片麻狀花崗巖、含榴二長花崗巖、含鈾偉晶巖是否為同源巖漿不同演化階段的產物尚存在不同的認識。以下通過對含鈾偉晶巖、含榴二長花崗巖以及片麻狀花崗巖地質地球化學特征進行對比分析，探討含鈾偉晶巖與兩類花崗巖之間的成因聯系。

從三類巖石的主量元素分析結果(表2)對比可以看出：含鈾偉晶巖和含榴二長花崗巖堿含量較高,K含量大于Na(原子數)；而片麻狀花崗巖堿含量較低，且Na含量大于K(原子數)。單從巖石化學成分來看，含鈾偉晶巖和含榴二長花崗巖相似，而與片麻狀花崗巖差別較大，含鈾偉晶巖和含榴二長花崗巖不像是片麻狀花崗巖漿分異演化的產物，含鈾偉晶巖與含榴二長花崗巖可能是同源巖漿演化而來。

在微量元素標準化蛛網圖(圖3a)中，可以看出含鈾偉晶巖與含榴二長花崗巖具有一致配分曲線，與片麻狀花崗巖存在一定的差別；稀土元素標準化蛛網圖(圖3b)中，含鈾偉晶巖與含榴二長花崗巖存在一致的配分模式，與片麻狀花崗巖則明顯不同。含榴二長花崗巖與含鈾偉晶巖在稀土元素配分模式圖中顯示出從輕稀土到重稀土(La→Lu)各元素差距逐步減小的特點，這與巖漿演化過程中，由于 Lu→La元素不相容性逐漸增強，稀土元素表現出隨著原子數減小而逐步在巖漿演化晚期富集特征相符。在含鈾偉晶巖與含榴二長花崗巖元素含量差值散點圖(圖4)中可以明顯看出，隨著元素不相容性增強，元素逐漸向含鈾偉晶巖富集特征，含鈾偉晶巖可能是含榴二長花崗巖漿分異演化的產物。

圖4 偉晶巖與含榴花崗巖元素含量差值球粒隕石標準化散點圖(球粒隕石標準化值引自Sun and McDonough,1989)Fig.4 Chondrite-normalized scatter diagram of difference content values for trace elements of pegmatite and granite- granite(normalized values from Sun and McDonough,1989)

高場強元素中Zr、Hf的原子結構相同，地球化學性質相近，自然界中密切共生，形成完全的類質同象；Rb/Ti比值不受礦物類型和結晶次序的影響，同源巖漿成因的礦物中Rb/Ti比值是恒定的，只與巖漿的初始Rb、Ti含量有關。因此同源巖漿演化過程中Rb/Ti、Zr/Hf比值不發生明顯變化。含鈾偉晶巖Rb/Ti=0.09～0.62、Zr/Hf=21.82～28.89，含榴二長花崗巖Rb/Ti=0.27～0.62、Zr/Hf=18.56～28.54，片麻狀花崗巖Rb/Ti=0.01～0.03、Zr/Hf=27.06～42.58；含鈾偉晶巖與含榴二長花崗巖Rb/Ti、Zr/Hf比值基本一致，而與片麻狀花崗巖相差較大。從圖5可以明顯看出，含鈾偉晶巖與含榴二長花崗巖Rb與Ti，Zr與Hf存在很好的線性相關關系，二者具有同源演化的特征。

圖5 偉晶巖和花崗巖Rb與Ti(a)，Zr與Hf(b)散點圖Fig.5 Rb-Ti(a)and Zr-Hf(b)scatter diagrams of pegmatite and pegmatite

前人大量研究表明：丹鳳地區含鈾偉晶巖成巖年齡405～415Ma(郭國林等，2012；趙如意等，2013；劉剛等；2017；張帥等，2019；王江波等，2020)，含榴二長花崗巖成巖年齡為410～415Ma(左文乾等，2010；趙如意等，2014)，片麻狀花崗巖成巖年齡430～450Ma(劉丙詳，2014；劉剛等；2017；王江波等，2018)。對比三者同位素年齡可以看出：片麻狀花崗巖成巖時間明顯早于含鈾偉晶巖和含榴二長花崗巖，且相差較大；而含榴二長花崗巖與含鈾偉晶巖成巖時間相近且略早于后者，與巖漿演化先后順序相吻合。

以上地質地球化學特征可以看出，丹鳳地區含鈾偉晶巖(及含榴二長花崗巖)與片麻狀花崗巖副礦物組成、地球化學特征差別明顯，無明顯的同源演化特征，認為含鈾偉晶巖與含榴二長花崗巖不是片麻狀花崗巖漿分異演化的產物。含鈾偉晶巖與含榴二長花崗巖副礦物組成及元素地球化學特征相似，且表現出明顯的同源演化特征，二者形成時間吻合，因此認為含鈾偉晶巖是含榴二長花崗巖殘余巖漿的產物，含榴二長花崗巖內外接觸帶是偉晶巖型鈾礦找礦有利區。

5 結論

(1)含鈾黑云母偉晶巖SiO2=64.91%～73.90%、平均K2O/Na2O=1.80、AR=2.04～3.18、A/CNK=1.00～1.26，有富Al、高K、低Na的特征。平均∑REE=282.4×10-6、LREE/HREE=5.31～9.14、(La/Yb)N=10.79～87.35，稀土總量中等且富集輕稀土，強烈負Eu異常；富集元素Rb、Th、Sm，虧損Ti、P、K、Ba，表現出隨著元素不相容性不斷增強，元素含量逐步富集的特征。

(2)含鈾黑云母偉晶巖(及含石榴子石二長花崗巖)與片麻狀花崗巖副礦物組成及地球化學特征差別明顯，無明顯同源演化的特征，認為含鈾黑云母偉晶巖(及含石榴子石二長花崗巖)不是片麻狀花崗巖漿分異演化的產物。

(3)含鈾黑云母偉晶巖與含石榴子石二長花崗巖副礦物組成及地球化學特征相似，具同源巖漿演化的特征，且二者成巖時間相吻合，認為含鈾黑云母偉晶巖是含石榴子石二長花崗巖殘余巖漿的產物，因此含石榴子石二長花崗巖內外接觸帶是偉晶巖型鈾礦找礦有利區。

[注 釋]

①陜西省地質礦產局.1991.1∶20萬商南幅地質圖及說明書[R].

②核工業西北地質局.1998.中國北西部鈾礦地質[M].