若爾蓋鈾礦田510-1鈾礦床稀土元素地球化學特征

鄭玉文, 陳友良, 常 丹, 胡 漾, 郭 銳,鄧 舟

(1.成都理工大學 地球科學學院, 四川 成都 610059；2.成都理工大學地學與核技術四川省重點實驗室, 四川 成都 610059；3.寧夏回族自治區地質調查院，寧夏 銀川 750021)

稀土元素具有相似的原子結構和相近的離子半徑，它們在地質作用過程中往往作為一個整體進行運移。且其地球化學行為具有一定的可預見性，故稀土元素在地質學上的應用非常廣泛。目前稀土元素地球化學已經成為成礦、成巖研究中的重要手段，它不僅可反映礦質和流體來源，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區之一。該鈾礦田在大地構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，現已探明鈾礦床10余個，礦(化)點20余處(圖1)。該地區的鈾礦床不僅規模大、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工作者所關注[5-7]。510-1鈾礦床位于若爾蓋鈾礦田西部，是該區品位較富、規模較大、具有代表性意義的典型鈾礦床之一。本文對該礦床的礦石、圍巖以及礦區出露的巖漿巖脈的稀土元素地球化學特征進行了對比研究，以期為該鈾礦床的成礦物質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簡圖(據魏佳等[8]，2014)1-白堊系，2-泥盆系，3-上志留統，4-中志留統，5-下志留統，6-前志留系，7-石英二長巖，8-輝綠巖，9-斷層，10-不整合地質界線，11-鈾礦床位置及編號

1 礦床地質特征

510-1鈾礦床的含礦巖系為下志留統羊腸溝組上段(S1y2)，為一套陸棚相沉積的板巖、灰巖和硅質巖組成的“碳硅泥巖”建造[9]，礦化主要分布于硅灰巖、灰巖和硅質巖中，呈似層狀、透鏡狀的礦體群出現。透鏡體一般長200 m左右，出露最大厚度約75 m?？偟膩砜春V層上、下盤圍巖為千枚巖、板巖和變質砂巖，中間為硅灰巖、灰巖和硅質巖含礦層。具有“砂巖+板巖”—“硅質巖+灰巖”—板巖—砂巖這樣的巖性組合規律，從而構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、斷裂構造具有密切關系。礦體產出部位常發育中酸性、酸性巖脈，局部地段見基性巖脈，礦體集中產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。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。根據若爾蓋地區現有的研究資料進行綜合分析，特別是近年來研究工作所取得的新進展，顯示該區鈾礦床與傳統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特征[11]。

2 樣品采集與分析測試方法

依據510-1鈾礦床礦體分布和開采的實際情況，分不同的中段(露天采場、2、3、4、5、6、7中段)系統采集了23件礦石樣品(U>500×10-6)，礦石類型主要有硅灰巖型和硅質巖型。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巖、硅灰巖、花崗斑巖以及花崗閃長玢巖。樣品送核工業北京地質研究院分析測試中心進行碎樣和測試，將樣品磨至200目粉末，采用DZ/T00223—2001 電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)方法進行微量元素分析。儀器型號為Finnigan公司生產的HR-ICP-MS ElementⅠ，相對誤差≤10%。

3 分析結果

510-1鈾礦床礦石的稀土元素分析結果見表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果見表2。從表2來看，硅質巖的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。硅灰巖的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?；◢彴邘r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 稀土元素地球化學特征

510-1鈾礦床的鈾礦化主要產于硅質巖與硅灰巖中，其主要礦石類型亦為硅灰巖型和硅質巖型，在礦石中通常含有一定數量的成礦作用階段疊加的熱液方解石或石英細脈。從前述ΣREE含量分析，硅質巖的ΣREE平均含量為22.07×10-6，硅灰巖的ΣREE平均含量為18.47×10-6，而礦石的ΣREE平均含量達57.47×10-6，礦石相對賦礦圍巖(硅質巖、硅灰巖)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、硅質巖、硅灰巖、巖脈的稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(球粒隕石標準化數值引自Boynton，1984)。從圖2分析，礦石的稀土元素配分模式主要為具弱δEu負異常的平坦型曲線(圖2a)，另有少數樣品為重稀土相對富集的左傾型配分曲線，個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可能不是單一來源。硅質巖的稀土元素配分模式基本為具弱δEu負異常和δCe負異常的平坦型配分曲線(圖2b)，而硅灰巖的稀土元素配分模式圖也表現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，礦石與硅質巖、硅灰巖的特征較為一致，反映其物質來源上的關聯性。而花崗閃長玢巖的配分曲線差異較大，反映其與成礦的關系不大，但個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系。

圖2 礦石(a)、硅質巖(b)、硅灰巖(c)、巖脈(d)稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖

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關系圖(圖3)。整體上來看，巖、礦石的投點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。大部分礦石與硅質巖、硅灰巖、花崗斑巖分布在同一個范圍內，它們具有相近的稀土元素地球化學特征，說明礦床的稀土與成礦物質來源與硅質巖、硅灰巖、花崗斑巖具有密切的聯系。但礦石中有少數樣品的稀土總量較大，可能與后期熱液作用的強烈改造有關。

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態存在，離子半徑非常接近，在地球化學過程中有相似的行為。Y/Ho與氧化還原條件的變化關系不大，成巖和成巖后地質地球化學作用對其影響不大，所以巖石和礦物等的Y/Ho比值應與其來源相似。Y與Ho可以獨立于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、硅質巖和硅灰巖的Y/Ho比值均值分別為43.52、35.90、40.27，落在現代深海內的熱液流體的Y/Ho值(25～50)范圍內，遠高于巖脈樣品。說明510-1鈾礦床礦石的物質來源與硅質巖和硅灰巖有著較為密切的同源性，在地層沉積與礦床形成時期均存在明顯的熱液流體活動。

5 結論

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特征研究，得出以下結論：

(1)510-1鈾礦床的鈾礦化主要產于硅質巖與硅灰巖中，其主要礦石類型亦為硅灰巖型和硅質巖型。從ΣREE含量分析，礦石相對賦礦圍巖(硅質巖、硅灰巖)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關系圖綜合分析，大部分礦石與硅質巖、硅灰巖、花崗斑巖表現出相近的稀土元素地球化學特征，說明礦床的稀土與成礦物質來源與硅質巖、硅灰巖、花崗斑巖具有密切的聯系。

(3)礦石、硅質巖和硅灰巖的Y/Ho比值均落于現代深海內的熱液流體范圍內，說明地層沉積與礦床形成時期均存在明顯的熱液流體活動。