張同林,溫國棟,張?zhí)K恒

(河南省核工業(yè)地質(zhì)局,河南 鄭州 450044)

偉晶巖型鈾礦床是世界上最為重要的鈾礦床類型之一[1],對(duì)比砂巖型、熱液型和火山巖型等鈾礦床類型,偉晶巖型鈾礦床表現(xiàn)出品位低、分布不均等特點(diǎn),但由于其易于規(guī)?；冶阌陂_采受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1--5]。國內(nèi)偉晶巖型鈾礦床以北秦嶺造山帶商--丹地區(qū)的偉晶巖型鈾礦床最為發(fā)育[6--7],前人研究表明該地區(qū)具有巨大的找礦潛力,并先后在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了光石溝大型鈾礦床和小花岔中型鈾礦床[4--5]。沙亞州等人[2]和馮張生等人[8]對(duì)光石溝鈾礦床的富鈾層段和貧鈾層段進(jìn)行詳細(xì)的地球化學(xué)研究后指出二者在地球化學(xué)特征上呈現(xiàn)顯著的差異;何厚錦等人[9]對(duì)光石溝晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行了U--Pb年齡的測定,并限定了該礦床的形成時(shí)間;小花岔鈾礦床的地球化學(xué)特征、形成時(shí)間以及可能的形成原因前人都有詳細(xì)地論述[4--5,10]。盧欣祥等人[11--12]和李靖輝[13]對(duì)商--丹地區(qū)偉晶巖型鈾礦床的地質(zhì)特征、成礦背景等進(jìn)行了論述,并認(rèn)為豫西柳樹灣地區(qū)也具良好的找礦前景;曲凱[14]和張盼盼[15]等人先后在豫西柳樹灣地區(qū)找礦前景調(diào)研中發(fā)現(xiàn)該區(qū)黑云母花崗偉晶巖脈中存在鈾(元素)的富集現(xiàn)象,曲凱等人[14]主要對(duì)柳樹灣花崗偉晶巖型鈾礦床中黑云母的化學(xué)特征進(jìn)行了研究,張盼盼等人[15]則對(duì)該地區(qū)的地球化學(xué)特征進(jìn)行了論述,但相比光石溝和小花岔鈾礦床,柳樹灣鈾礦床的地質(zhì)學(xué)特征研究仍較為薄弱,且地球化學(xué)數(shù)據(jù)的積累嚴(yán)重不足,基于此原因本文對(duì)柳樹灣黑云母偉晶巖脈型鈾礦床進(jìn)行了詳細(xì)的地球化學(xué)特征研究,并與光石溝和小花岔鈾礦床進(jìn)行對(duì)比,為該地區(qū)以后的鈾礦勘查提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

柳樹灣地區(qū)位于河南省三門峽市西南方向盧氏縣內(nèi),西部毗鄰灰池子花崗質(zhì)復(fù)式巖體,該區(qū)屬華北地層大區(qū)秦祁昆地層區(qū)北秦嶺分區(qū)西峽--南召地層小區(qū)。大地構(gòu)造位置位于秦祁昆造山系中秦嶺弧盆系內(nèi)商南--丹鳳斷裂帶附近的商丹綠巖混雜巖帶附近[16--17],可見寬坪巖體、黃龍廟巖體、灰池子侵入--復(fù)式巖體和商南巖體,自北到南依次出露二郎坪群、秦嶺群、丹鳳群[18--19](圖1a),其中以秦嶺群為主。秦嶺群是一套富含泥質(zhì)的陸源碎屑巖的高級(jí)變質(zhì)巖系,也是研究區(qū)含鈾花崗偉晶巖脈的主要圍巖。

受加里東運(yùn)動(dòng)的影響,該區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁,構(gòu)造十分活躍,并在437～382 Ma形成了研究區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的灰池子侵入--復(fù)式巖體[9--10,17,20]。灰池子巖體主要由明朗河巖體、蔡家溝巖體和淇河巖體組成,其中柳樹灣偉晶巖型鈾礦床分布在該巖體的東側(cè)且更靠近明朗河和蔡家溝巖體,而小花岔和光石溝偉晶巖型鈾礦床分布在該巖體的南側(cè)并更靠近淇河巖體(圖1b)。隨著加里東期揚(yáng)子板塊與華北地塊的俯沖[21],在研究區(qū)內(nèi)形成了大量沿著侵入--復(fù)式巖體呈帶狀分布的偉晶巖巖脈,自內(nèi)向外依次發(fā)育含礦黑云母花崗偉晶巖脈、不含礦二云母花崗偉晶巖脈和含稀有金屬鋰云母花崗偉晶巖脈[13,22],其中富鉀黑云母花崗偉晶巖脈是本次研究的主要對(duì)象。

2 樣品采集與分析

為探討柳樹灣地區(qū)含鈾巖系的地球化學(xué)特征,本文系統(tǒng)地采集了研究區(qū)內(nèi)各類巖石標(biāo)本(圖1c)。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,排除后期風(fēng)化作用和大氣林濾的影響,本文所測試樣品均采自鉆孔巖心和探槽新鮮面。將所采樣品送至河南省巖石礦物測試中心制成薄片樣,依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17412.1--3—1998)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DZ/T 0130.9—2006)采用Leitz--ORTHOPLAN 型號(hào)顯微鏡進(jìn)行鏡下鑒定。主量元素和微量元素(包含稀土元素)送至河南省核工業(yè)放射性核素檢測中心進(jìn)行分析,其中主量元素依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14506.28—2010)采用X 射線熒光光譜儀進(jìn)行檢測;微量元素依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14506.30—2010)采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP--MS)進(jìn)行檢測。

3 巖石學(xué)特征

柳樹灣地區(qū)賦鈾巖性主要為富含黑云母鉀化較強(qiáng)的肉紅色黑云母花崗偉晶巖,少量為局部偉晶巖化的黑云斜長花崗巖,這些賦礦偉晶巖脈主要分布在灰池子復(fù)式巖體的內(nèi)接觸帶,范圍在0～300 m 內(nèi),并多與接觸界線平行,其圍巖主要為各類片巖和片麻巖,如斜長角閃片巖、黑云二長片麻巖、斜長二云片麻巖等。

黑云母花崗偉晶巖呈灰白色或肉紅色、淺肉紅色,具中--粗粒花崗偉晶巖結(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu),呈塊狀構(gòu)造,局部可見條帶狀構(gòu)造。礦物成分主要為石英、鉀長石、斜長石和黑云母等,可見晶質(zhì)鈾礦、鋯石、榍石等副礦物。在鏡下石英呈兩種形態(tài)分布,一種為無色透明;另一種呈煙灰--茶褐色,具明顯油脂光澤;長石粒徑介于2～10 cm之間,局部可達(dá)15 cm,鉀長石局部含量可達(dá)65%;黑云母呈板狀、團(tuán)塊狀或條帶狀分布在其它礦物顆粒之間。結(jié)合樣品中鈾的含量,發(fā)現(xiàn)賦鈾層段的黑云母花崗偉晶巖多由于強(qiáng)烈的鉀化作用而呈現(xiàn)肉紅色(圖2a),且石英多以具油脂光澤的煙灰--茶褐色晶體形式存在,顆粒較無礦段大;鉀長石、黑云母含量明顯增高,且黑云母呈他形團(tuán)塊狀分散于礦物晶格中,少見自形板狀;鉀長石呈他形粒狀,表面多因黏土化而略顯渾濁,部分顆?？梢姼褡訝铍p晶;斜長石多呈他形粒狀,分布不均勻,部分顆粒被絹云母、黏土礦物交代。含礦段偉晶鏡下的副礦物也呈現(xiàn)不同的特點(diǎn),其中晶質(zhì)鈾礦是含礦段偉晶中主要的副礦物,在鏡下呈現(xiàn)兩種賦存形式,一種以細(xì)脈狀賦存于黑云母中(圖2b);另一種以晶型較好的形態(tài)賦存于礦物顆粒之間(圖2c),部分由于微量元素的混染而呈黃綠色或黃褐色,粒徑介于0.05～0.25 mm 之間。此外在部分樣品中還可以看見釷石、黃鐵礦、磁鐵礦(圖2d)和輝石、褐鐵礦(圖2e)等副礦物,其中釷石多以半透明狀的棕褐色自形粒狀產(chǎn)出,常被團(tuán)塊狀的黑云母所包圍。根據(jù)張盼盼等人[15]對(duì)該區(qū)釷石的電子探針測試顯示,研究區(qū)鈾礦除以晶質(zhì)鈾礦賦存于偉晶巖脈中,部分還以鈾釷石的形式賦存于偉晶巖脈中。

圖1 研究區(qū)位置圖和地質(zhì)簡圖(圖a改自文獻(xiàn)[23];圖b改自文獻(xiàn)[24])Fig.1 Geological map and sampling location of the study area

賦礦黑云斜長花崗巖多呈肉紅色,具中--粗?；◢徑Y(jié)構(gòu),呈塊狀構(gòu)造,礦物成分以斜長石和石英,含少部分黑云母(圖2f)。斜長石多呈他形粒狀,發(fā)育聚片雙晶,表面常被絹云母、黏土礦物交代而略顯污濁;石英呈茶褐色的他形粒狀,具強(qiáng)烈波狀消光;黑云母呈褐色的鱗片狀分布于礦物間隔中,晶質(zhì)鈾礦多以細(xì)脈狀賦存于黑云母中,局部可見鐵質(zhì)析出。

綜上,柳樹灣地區(qū)內(nèi)的賦礦偉晶巖脈以具花崗結(jié)構(gòu)的花崗巖為主,由于強(qiáng)烈的鉀化作用而呈現(xiàn)明顯的肉紅色,出現(xiàn)煙灰--茶褐色石英,且礦物顆粒也較圍巖粗大,礦物顆粒表面蝕變現(xiàn)象明顯,這些特征可作為研究區(qū)巖石學(xué)找礦標(biāo)志。

圖2 研究區(qū)巖石學(xué)特征Fig.2 The microscopic characteristics of rocks in study area

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

柳樹灣地區(qū)偉晶巖主量元素中SiO2含量占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(表1),其次為Al2O3、Na2O和K2O,依據(jù)《鈾礦地質(zhì)勘查規(guī)范》(DZ/T 0199—2015)劃分標(biāo)準(zhǔn)可以看出研究區(qū)主量元素在含量上有一定的差異,其中工業(yè)礦石(U≥0.05%)的SiO2平均值為73.66%;低品位礦石(0.03%≤U＜0.05%)的SiO2平均值為67.96%;含礦偉晶巖(0.01%≤U＜0.03%)的SiO2值為65.80%,表明研究區(qū)礦石的鈾含量與偉晶巖脈SiO2含量呈正向相關(guān)性(圖3a)。在偉晶巖礦石和含礦偉晶巖中Al2O3介于10.64%～19.83% 之 間,平 均 為14.62%;Na2O 和K2O 含量較為接近,平均值分別為3.67%和3.89%(表1)。Na2O＋K2O 介于5.27%～9.60%之間,平均為7.56%,K2O/Na2O 值平均為1.31,上述特征表明研究區(qū)在成礦過程中存在Na2O 和K2O 的遷移,并由于K 的富集導(dǎo)致研究區(qū)含礦巖段呈現(xiàn)肉紅色的巖石學(xué)特征,但研究區(qū)Na2O＋K2O 值略低于灰池子復(fù)式花崗巖體中的明朗河巖體(7.64%)[16]而高于蔡家溝巖體(6.59%)[16]和淇河巖體(7.22%)[16],且灰池子復(fù)式花崗巖體K2O/Na2O 均小于1[16],說明柳樹灣偉晶巖型鈾礦床在加里東運(yùn)動(dòng)俯沖造成巖漿活動(dòng)中主要接受了圍巖明朗河巖體成礦流體的同化渾染作用,并且此次同化渾染作用造成了K 元素的富集,因此柳樹灣地區(qū)與明朗河巖體Na2O＋K2O值相似,并出現(xiàn)了高K2O/Na2O 現(xiàn)象。

研究區(qū)里特曼指數(shù)σ介于0.65～4.40之間,平均為2.06,表明研究區(qū)內(nèi)巖石組合為鈣堿性組合類型;A/CNK 可指示巖石是否具有鋁過飽和的特征,從表1 可以看出,研究區(qū)A/CNK 均大于1,平均值為1.73表明該地區(qū)具有鋁過飽和的特征。此外,研究區(qū)偉晶巖礦石和含礦偉晶巖的氧逸度介于0.02～0.46,平均為0.23,表明研究區(qū)鈾礦石的主體形成環(huán)境為低氧逸度環(huán)境,整體而言研究區(qū)U 與氧逸度呈正向相關(guān)關(guān)系(圖3b),說明低氧逸度是研究區(qū)鈾礦石形成的必備條件之一。

圖3 研究區(qū)SiO2(a)和氧逸度(b)與U 相關(guān)性判別圖Fig.3 The correlation diagram of SiO2(a)、oxygen fugacity(b)and U of rocks in the study area

4.2 微量元素

對(duì)研究區(qū)的樣品按照工業(yè)礦石、低品位礦石、含礦巖石和無礦巖石進(jìn)行稀土元素和微量元素測定(表2、3),測試結(jié)果采用球粒隕石[25]標(biāo)準(zhǔn)化繪制稀土元素(圖4)和部分微量元素配分模式圖(圖5)。

從配分模式圖(圖4a)來看研究區(qū)稀土元素的配分模式和稀土元素總量在上述4類巖石中的差異明顯。首先,工業(yè)礦石呈現(xiàn)顯著的左傾特征,且Eu強(qiáng)烈虧損,表明在工業(yè)礦石段中輕稀土元素相對(duì)富集;低品位礦石具Eu虧損平緩狀特征,表明輕重稀土元素分餾效應(yīng)不明顯;含礦巖石和無礦巖石都具有右傾特征,表明在這兩類巖石中重稀土元素相對(duì)富集,但含礦巖石呈現(xiàn)微弱的Eu 虧損而無礦巖石無明顯Eu的異常;Ce在這4類巖石中均無異?，F(xiàn)象。其次,工業(yè)礦石、低品位礦石、含礦巖石和無礦巖石的∑REE 平均值分別為182.74×10－6、78.28×10－6、97.24×10－6和44.42×10－6,整體而言工業(yè)礦石具有較高的∑REE 含量,且高于無礦巖石,將U 分別與∑REE、δEu 和δCe進(jìn)行相關(guān)性分析后發(fā)現(xiàn)U 與∑REE 呈現(xiàn)較好的正向相關(guān)性,U 與δEu呈現(xiàn)一定的負(fù)向相關(guān)性,而U 與δCe無明顯相關(guān)性(圖4b、c、d)。最后,LREE/HREE值整體而言隨著鈾含量的升高而降低,除工業(yè)礦石中有一個(gè)LREE/HREE值略小于1外(表2),其余樣品LREE/HREE值均大于1,表明這4種類型的偉晶巖都具有一定程度的輕、重稀土元素分餾現(xiàn)象,且LaN/YbN值也具有隨著鈾含量的升高而降低的特征。

研究區(qū)微量元素也表現(xiàn)出明顯的差異性,以元素性質(zhì)分類進(jìn)行對(duì)比研究,可發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)偉晶巖鈾礦石明顯富集大離子親石元素(LILE)如Rb、Ba、Th 等,虧損高場強(qiáng)元素(HFSE)如Ti等(圖5a),將U 與Rb、Ba、Th和Ti進(jìn)行相關(guān)性評(píng)價(jià)可發(fā)現(xiàn),研究區(qū)U 與Rb、Ba無明顯相關(guān)性,與Th和Ti呈正向相關(guān)(圖5b、c、d、e)。此外研究區(qū)內(nèi)偉晶巖鈾礦石中V、Zn、Pb等微量元素也出現(xiàn)了一定情況的富集(圖6a),且與U 表現(xiàn)出一定的正向相關(guān)性(圖6b、c、d),因此可將這些微量元素作為研究區(qū)的找礦標(biāo)志元素。

綜上,柳樹灣偉晶巖型鈾礦床主量元素以SiO2為主,并與U 呈正相關(guān),且在成礦過程中存在Na、K 等元素的遷移,研究區(qū)整體具有富Si、K 和Al過飽和以及低的氧逸度等特征;稀土元素表現(xiàn)為含礦偉晶巖段稀土元素的配分模式呈現(xiàn)右傾型強(qiáng)烈Eu虧損的特征,并且稀土元素總量與U 呈現(xiàn)正向相關(guān)性;微量元素Th、Ti、Pb等與U 表現(xiàn)出正向相關(guān)性,因此可將SiO2含量、稀土元素配粉模式以及∑REE、δEu、Th、Ti、V、Zn、Pb等特征元素及其特征作為研究區(qū)偉晶巖型鈾礦床的地球化學(xué)找礦標(biāo)志。

5 討論

5.1 地質(zhì)特征對(duì)比

圖4 研究區(qū)稀土元素配分模式圖(a)及元素相關(guān)性判別圖(b、c、d)(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值引自文獻(xiàn)[25])Fig.4 The chondrite normalized REE pattern(a)and discrimination diagram of element correlation(b、c、d)in the study area

柳樹灣地區(qū)與小花岔、光石溝鈾礦床均分布在灰池子復(fù)式花崗巖體外圍,3個(gè)含礦偉晶巖段均為黑云母花崗偉晶巖,且都具有一定的同化混染現(xiàn)象,礦體都呈現(xiàn)脈狀或透鏡狀且鈾礦的賦存形式主要為晶質(zhì)鈾礦。不同之處在于,從其內(nèi)部巖體分布距離來看,柳樹灣更靠近明朗河和蔡家溝巖體,而小花岔和光石溝更靠近淇河巖體;從鈾礦賦存的狀態(tài)來看,柳樹灣地區(qū)出現(xiàn)了釷石富鈾的報(bào)道,光石溝出現(xiàn)了更長石和黑云母富鈾的報(bào)道[8],小花岔出現(xiàn)了磁黃鐵礦含鈾的報(bào)道[4--5]。

5.2 地球化學(xué)特征對(duì)比

地球化學(xué)特征的對(duì)比主要從主量元素、稀土元素和微量元素3個(gè)方面進(jìn)行分析(表1、2、3)。從主量元素的含量來講,這3個(gè)地區(qū)都是以硅--鋁質(zhì)為主且出現(xiàn)富鉀的特征,且研究區(qū)與小花岔鈾礦床的SiO2含量與U 含量都呈現(xiàn)正向相關(guān)關(guān)性,但光石溝鈾礦床呈現(xiàn)負(fù)向相關(guān)關(guān)系;柳樹灣地區(qū)Na2O＋K2O 值平均為7.56%,對(duì)比小花岔和光石溝含礦偉晶巖Na2O＋K2O值分別為6.61%和8.58%[4--5,9],表明上述3個(gè)偉晶巖型鈾礦床在成礦過程中都由于同化渾染作用導(dǎo)致了Na2O 和K2O 的遷移,但研究區(qū)的K2O/Na2O 平均值為1.31,對(duì)比小花岔和光石溝含礦偉晶巖發(fā)現(xiàn),前者K2O/Na2O 小于1、后者大于1[4--5,9],這可能是由于加里東運(yùn)動(dòng)俯沖造成巖漿活動(dòng)的不均一性所造成。從里特曼指數(shù)來看,小花岔和光石溝的里特曼指數(shù)σ平均值分別為1.30和2.07[4--5,9],對(duì)比柳樹灣地區(qū)特曼指數(shù)σ平均值,發(fā)現(xiàn)3個(gè)地區(qū)的巖石組合均為鈣堿性組合類型,并與灰池子復(fù)式花崗巖體的類型相當(dāng);小花岔、光石溝A/CNK 平均值分別為1.08和1.45[4--5,9],對(duì)比研究區(qū)A/CNK平均值1.73,說明這3個(gè)偉晶巖型鈾礦床都存在鋁過飽和的特征,且與灰池子復(fù)式花崗巖體的A/CNK 值[16]較為接近。柳樹灣地區(qū)與小花岔、光石溝的特曼指數(shù)與A/CNK 值的相似性指示這3個(gè)地區(qū)的成礦流體具有一定的相似性,并與灰池子復(fù)式花崗巖體存在一定的相關(guān)性。此外,光石溝[9]含礦偉晶巖氧逸度與研究區(qū)表現(xiàn)出相似的特征,均表現(xiàn)出低值且與U 呈正向相關(guān)性的特征,但小花岔含礦偉晶巖[4--5]氧逸度為2.70,遠(yuǎn)大于前兩者,但從U 角度而言,3個(gè)地區(qū)都具有含礦偉晶巖氧逸度小于非含礦偉晶巖的特征,說明低氧逸度是鈾礦石形成的必要前提。

圖5 研究區(qū)微量元素標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(a)及元素相關(guān)性判別圖(b～e)(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值引自文獻(xiàn)[25])Fig.5 Thechondrite normalized pattern of trace elements(a)and discrimination diagram of element correlation(b～e)in the study area

綜上,在主量元素方面,柳樹灣、小花岔和光石溝都呈現(xiàn)出富Si、K 和Al過飽和的特征。通過里特曼指數(shù)σ發(fā)現(xiàn)3個(gè)地區(qū)的巖石組合都為鈣堿性組合類型以及具備較低的氧逸度等特征,并且這3 個(gè)含鈾礦偉晶巖段的Na2O＋K2O、K2O/Na2O 和里特曼指數(shù)σ都具有光石溝＞柳樹灣＞小花岔的特征,表明這3個(gè)地區(qū)含鈾礦石偉晶巖脈的形成具有一定的相似性。但就里特曼指數(shù)σ的分布類型來說,柳樹灣和光石溝都具備含礦偉晶巖段的里特曼指數(shù)σ高于非礦巖段,而小花岔卻與之相反,此外小花岔的氧逸度明顯增大,并且A/CNK 和氧逸度的變化趨勢和上述Na2O＋K2O、K2O/Na2O 和里特曼指數(shù)σ的變化特征不一致,A/CNK 呈現(xiàn)柳樹灣＞光石溝＞小花岔、氧逸度出現(xiàn)小花岔＞光石溝＞柳樹灣的特征。

圖6 研究區(qū)微量元素含量(a)分布圖及元素相關(guān)性判別圖(b、c、d)Fig.6 The content distribution(a)and discrimination diagram of element correlation(b、c、d)in the study area

圖7 研究區(qū)和小花岔--光石溝稀土元素配分模式對(duì)比圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值引自文獻(xiàn)[25])Fig.7 The comparison of chondrite normalized REE pattern between rocks in study area and Xiaohuacha-Guangshigou

稀土元素方面,以U ＞0.03% 和U ＜0.01%分別定義含礦偉晶巖段和非含礦偉晶巖段,柳樹灣地區(qū)與光石溝和小花岔進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)含礦偉晶巖段∑REE 含量遠(yuǎn)大于非含礦偉晶巖段,在配分模式圖上(圖7),含礦偉晶巖段都具有顯著的右傾,而非含礦偉晶巖段多表現(xiàn)為輕微的右傾,且Eu的虧損程度也遠(yuǎn)大于非含礦偉晶巖段,但柳樹灣和小花岔含礦層段和非含礦層段的稀土元素配分模式圖差異明顯,前者為顯著的右傾Eu虧損特點(diǎn),后者為平滑型且無Eu的異常,且稀土元素總量相差較大,但光石溝地區(qū)的含礦層段和非含礦層段的稀土元素配分模式圖都呈現(xiàn)右傾Eu虧損的特點(diǎn),且稀土元素總量相差較其余兩地小。微量元素方面,對(duì)比小花岔微量元素的蛛網(wǎng)圖和分布特征(圖8a、b),顯示這兩個(gè)地區(qū)的含礦偉晶巖段都呈現(xiàn)出Rb、Th 富集和V、Zn 和Pb 的高含量,而Nb和Ti出現(xiàn)不同程度的虧損,但柳樹灣地區(qū)出現(xiàn)了Hf和Zr的富集小花岔表現(xiàn)出Hf和Zr的虧損,這可能與當(dāng)時(shí)巖漿差異分化造成的同化混染有關(guān)。

5.3 差異成因探討

由于加里東運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致?lián)P子、秦嶺和華北三大板塊有南向北依次俯沖造成,并造成地殼重融形成加里東期花崗巖[26],而灰池子復(fù)式花崗巖體則是這種重融的地殼巖漿,經(jīng)過分異演化而形成的[9,11--12],表明這3 個(gè)含礦偉晶巖脈的形成與上述殘余巖漿的結(jié)晶分異作用有關(guān),灰池子復(fù)式花崗巖體內(nèi)灰池子巖體與這3個(gè)地區(qū)偉晶巖的稀土元素配分模式也證實(shí)了這一點(diǎn)(圖4a、圖9),此外在柳樹灣和光石溝地區(qū)都曾報(bào)道過Nb 的負(fù)異常[8,15],結(jié)合陳佑緯等人[7]的研究,表明該地區(qū)鈾礦石的形成有大量殼源物質(zhì)殘余的同化混染作用。因此該地區(qū)的花崗偉晶巖脈存在兩個(gè)成因,一個(gè)為灰池子巖體殘余巖漿的結(jié)晶分異作;一個(gè)為圍巖的同化混染作用。

圖8 研究區(qū)和小花岔微量元素配分模式圖(a)和含量對(duì)比圖(b)(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值引自文獻(xiàn)[25])Fig.8 The comparison of chondrite normalized pattern(a)and content(b)of trace elements between the study area and Xiaohuacha

圖9 蔡家溝巖體--淇河巖體--明朗河巖體稀土元素配分模式圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值引自文獻(xiàn)[25],灰池子復(fù)式巖體稀土元素?cái)?shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[16])Fig.9 The chondrite normalized REE pattern of Caijiagou pluton,Qihe pluton and Minglanghe pluton

上述說明這3個(gè)地區(qū)的偉晶巖脈具有相同的物質(zhì)來源,均受控于灰池子復(fù)式花崗巖體,其巖石結(jié)構(gòu)和部分主、微量元素特征也證實(shí)了這一點(diǎn),但在礦物組成和元素含量仍出現(xiàn)了差別。筆者認(rèn)為可能存在兩個(gè)原因,其一為形成時(shí)間:李伍平等人對(duì)灰池子復(fù)式花崗巖體內(nèi)的蔡家溝巖體與淇河巖體的形成時(shí)間做了探討,并測得蔡家溝巖體的鋯石U--Pb年齡為(437±47)Ma和淇河巖體Rb-Sr等時(shí)線年齡為(382±2)Ma以及K--Ar等時(shí)線年齡為和399.1 Ma[16--17,27--28]。基于此本文調(diào)研了小花岔和光石溝鈾礦床形成的年齡,其中何厚錦等人測得光石溝晶質(zhì)鈾礦U--Pb 年齡為(401.3±3.2)Ma[9];劉剛等人測得小花岔鋯石U--Pb的年齡峰值有兩個(gè),分別為(413±1.8)Ma和(417±2.6)Ma,并認(rèn)為小花岔鈾礦形成的年齡上限為417 Ma[4--5],雖現(xiàn)階段無明確的柳樹灣鈾礦床的形成時(shí)間,但從巖石學(xué)、地球化學(xué)等暗示其形成時(shí)間和光石溝鈾礦床形成的時(shí)間相似。從時(shí)間尺度上來看,小花岔鈾礦床形成的時(shí)間最早,而時(shí)間尺度是殘余巖漿結(jié)晶分異的重要參數(shù),因此出現(xiàn)了小花岔賦礦圍巖部分特征出現(xiàn)極低或極高現(xiàn)象。其二為構(gòu)造強(qiáng)度:雖然這3個(gè)含礦偉晶巖脈都形成于構(gòu)造俯沖背景之下的地殼重融,但在強(qiáng)度上由南向北構(gòu)造強(qiáng)度依次減弱,且光石溝與小花岔鈾礦床更靠近陜--豫邊界的丹鳳三角區(qū),而該地區(qū)是揚(yáng)子板塊、秦嶺板塊和華北板塊俯沖變形和構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)[2],而柳樹灣相對(duì)而言遠(yuǎn)離“中心三角區(qū)”,因此所受到的巖漿同化混染作用和構(gòu)造作用較低。綜上,由于成礦的時(shí)間以及受到巖漿作用、構(gòu)造作用強(qiáng)度的差異,造成柳樹灣、小花岔和光石溝賦礦圍巖的地球化學(xué)特征的差異。

6 結(jié)論

1)研究區(qū)礦體呈現(xiàn)脈狀、透鏡狀,且賦礦層段由于鉀化作用而呈現(xiàn)明顯的肉紅色,石英呈現(xiàn)煙灰色,且礦物顆粒明顯增大,上述特征可作為研究區(qū)偉晶巖型鈾礦床的宏觀找礦標(biāo)志。

2)研究區(qū)主量元素中SiO2占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢,且與U 呈負(fù)相關(guān),整體具有富Si、K 和Al過飽和以及低的氧逸度等特征;含礦偉晶巖段稀土元素的配分模式呈現(xiàn)右傾型強(qiáng)烈Eu虧損的特征,且∑REE、δEu、Th、Ti、V、Zn、Pb等特征元素與U 關(guān)系密切,上述特征可作為研究區(qū)偉晶巖型鈾礦床的地球化學(xué)找礦標(biāo)志。

3)對(duì)比小花岔和光石溝偉晶巖型鈾礦床,發(fā)現(xiàn)3個(gè)偉晶巖型鈾礦床存的巖石學(xué)特征和地球化學(xué)特征都表現(xiàn)出一定的相似性,但在副礦物成分、主量元素、微量元素以及稀土元素配分模式存在一定的差異性,表明這3個(gè)礦床均受控于灰池子復(fù)式花崗巖體,但由于成礦的順序和巖漿作用、構(gòu)造作用的強(qiáng)度造成了部分差異。