若爾蓋鈾礦田熱液礦物微量元素地球化學(xué)特征

胡旭剛，陳友良，張成江，趙劍波

（1.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，成都 610059；2. 核工業(yè)280研究所，四川 廣漢 618300）

微量元素在巖石和礦物中的含量甚微，其地球化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特，在地質(zhì)地球化學(xué)過(guò)程中它們的濃度可發(fā)生明顯的變化，因而可作為地質(zhì)地球化學(xué)過(guò)程的“指示劑”、“示蹤劑”或“探途元素”[1、2]。微量元素地球化學(xué)現(xiàn)已成為近代元素地球化學(xué)發(fā)展最快、成果最豐富、最具活力的一門(mén)學(xué)科，微量元素已被廣泛應(yīng)用作為成巖成礦等地球化學(xué)作用的示蹤劑[3]。

前人對(duì)若爾蓋鈾礦田的地層、賦礦圍巖及礦石中微量元素的分布進(jìn)行了比較詳細(xì)的研究[4、5]，并取得了許多重要的認(rèn)識(shí)。但對(duì)與鈾成礦作用密切相關(guān)的熱液礦物的微量元素特征則研究甚少，而這恰恰是研究礦床成礦流體來(lái)源的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)若爾蓋鈾礦田與瀝青鈾礦密切共生的方解石、石英、黃鐵礦等礦物的微量元素地球化學(xué)特征進(jìn)行對(duì)比研究，以期為成礦流體的來(lái)源及演化提供重要信息。

1 成礦地質(zhì)背景

若爾蓋鈾礦田位于秦嶺褶皺系西段，西秦嶺褶皺帶之南亞帶，分布于主要由古生界地層所構(gòu)成的白龍江復(fù)背斜西段。該鈾礦田主要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，礦田呈近東西向展布，西起川甘交界處的拉日瑪梁，東至益洼，東西長(zhǎng)約50km，南北寬約6km，面積約300km2，海拔高為2900～4060 m。現(xiàn)已探明鈾礦床10余個(gè)，礦（化）點(diǎn)20余處，是中國(guó)極具發(fā)展前景的鈾礦資源基地之一。

該鈾礦田含礦巖系為下志留統(tǒng)的硅、灰?guī)r段。下志留統(tǒng)自下而上劃分為羊腸溝組、塔爾組和拉垅組，皆為陸棚相沉積[6]。羊腸溝組為絹云母板巖夾泥質(zhì)粉砂巖，頂部夾硅、灰?guī)r；塔爾組為泥質(zhì)粉砂巖、板巖夾硅、灰?guī)r層；拉攏組為泥質(zhì)粉砂巖、板巖、灰?guī)r、硅巖。依據(jù)含礦主巖進(jìn)行劃分，該地區(qū)的鈾礦床屬于碳硅泥巖型鈾礦。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。脈石礦物主要為方解石，其次是石英，偶見(jiàn)重晶石、白云石和菱鐵礦。在礦床的礦石礦物組合中常構(gòu)成瀝青鈾礦—黃鐵礦—方解石—石英組合，反映方解石、石英和黃鐵礦是與鈾成礦作用密切相關(guān)的熱液礦物。

2 樣品的采集與分析方法

在野外對(duì)有關(guān)典型鈾礦床進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)觀察，確定了與鈾成礦關(guān)系密切的熱液脈體，有針對(duì)性地采集具有代表性的典型樣品，對(duì)采集的樣品進(jìn)行碎樣，在顯微鏡下挑選出單礦物。礦物樣品磨至 200目以下，送中國(guó)工程物理研究院池式反應(yīng)堆中照射，中子注量率約為1×1013n.cm-2.s-1，照射時(shí)間約10小時(shí)。由成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院核分析實(shí)驗(yàn)室采用美國(guó)CANBER公司生產(chǎn)的Ge（Li）半導(dǎo)體探測(cè)器加4096道分析器測(cè)定，相對(duì)誤差為5%～10%。

表1 方解石中微量元素含量（×10－6）

3 微量元素組成特征

表1列出了方解石中的微量元素含量。從表1可以看出，方解石中含量較高（＞4×10-6）的微量元素有：Sr、Zr、Ba、Zn、U、Ni、Cr。在同一中段附近，成礦期的方解石比成礦后期的方解石中的微量元素含量總體上偏高，特別是U含量的變化更加明顯。此外，由淺部向深部，總體上方解石微量元素的含量明顯增加，這與礦床中U、Ni、Zn等成礦元素品位的變化趨勢(shì)一致。

表 2列出了石英中的微量元素含量。從表2可以看出，石英中含量較高（＞4×10-6）的微量元素有：Zn、Zr、Ni、Ba、Sr、U、Cr，與方解石基本一致，其中明顯高于方解石的微量元素有Ni，明顯低于方解石的微量元素有 Sr、U。在同一地點(diǎn)附近（如 JZ—7與 JZ—8、JZ—9與 JZ—10），成礦期雜色石英的微量元素含量顯著高于成礦后期白色石英的微量元素含量，表現(xiàn)出與方解石一致的變化規(guī)律。

表2 石英中微量元素含量（×10－6）

表3列出了黃鐵礦中的微量元素含量。從表3可以看出，黃鐵礦中微量元素的富集程度遠(yuǎn)大于方解石和石英中的微量元素，其中含量高（＞100×10-6）的有：Zr、Zn、Ba、Ni、U，與方解石和石英基本一致。此外，6中段黃鐵礦中的微量元素含量大多明顯高于2中段黃鐵礦中的微量元素，表現(xiàn)出與方解石一致的微量元素含量變化規(guī)律。

表3 黃鐵礦中微量元素含量（×10－6）

圖1、2、3為510-1鈾礦床成礦期方解石、石英和黃鐵礦的微量元素相對(duì)于原始地幔（據(jù)因特網(wǎng)上國(guó)際地球化學(xué)參考模型數(shù)據(jù)，1998，見(jiàn)表3）的標(biāo)準(zhǔn)化組成圖，從圖中可以看出，成礦期方解石、石英和黃鐵礦具有相似的微量元素組成，且配分形態(tài)基本一致，說(shuō)明形成方解石、石英和黃鐵礦的流體來(lái)源相同。

圖1 510-1鈾礦床成礦期方解石和輝綠巖中的脈狀方解石微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化組成圖

圖2 510-1鈾礦床成礦期石英微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化組成圖

4 微量元素相關(guān)分析

表4列出了方解石中與U具有顯著正相關(guān)的微量元素，從表4可以看出，方解石中U與Co、Ba、Ni、Zn、Sb、Zr呈顯著的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)都在0.9以上，特別是與Co的相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到了0.978，反映U與Co具有高度的同源性。由于Zr、Ta屬于巖漿作用中的高場(chǎng)強(qiáng)元素，Co、Ni是典型的地幔元素，U與這些元素密切相關(guān)的事實(shí)反映了形成方解石的成礦流體應(yīng)當(dāng)來(lái)源于深部。

表5列出了石英中與U具有明顯正相關(guān)的微量元素，從表5可以看出，石英中U與Zr、Ni、Ta呈顯著的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)都在0.9以上，特別是與 Zr的相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到了0.993，反映U與Zr具有高度的同源性。由于Zr、Ta屬于巖漿作用中的高場(chǎng)強(qiáng)元素，Ni是典型的地幔元素，U與這些元素密切相關(guān)的事實(shí)反映了形成石英的成礦流體亦應(yīng)當(dāng)來(lái)源于深部。

圖3 510-1鈾礦床黃鐵礦微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化組成圖

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)若爾蓋鈾礦田與鈾成礦作用密切相關(guān)的熱液礦物——方解石、石英、黃鐵礦等的微量元素地球化學(xué)特征進(jìn)行研究，可以得出如下結(jié)論：

1）方解石、石英、黃鐵礦具有相似的微量元素組成特征，相對(duì)富含Sr、Zr、Ba、Zn、U、Ni、Cr等元素，尤其是成礦期的方解石、石英和黃鐵礦的微量元素相對(duì)于原始地幔的配分曲線形態(tài)基本一致，說(shuō)明形成方解石、石英和黃鐵礦的流體來(lái)源相同。

表4 方解石微量元素相關(guān)系數(shù)表

表5 石英微量元素相關(guān)系數(shù)表

2）方解石中U與Co、Ba、Ni、Zn、Sb、Zr呈顯著的正相關(guān)，石英中U與Zr、Ni、Ta呈顯著的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)都在0.9以上，U與這些深源元素密切相關(guān)的事實(shí)反映了形成礦床的成礦流體應(yīng)當(dāng)來(lái)源于深部。

[1] 趙振華.七十年代地質(zhì)地球化學(xué)進(jìn)展—微量元素地球化學(xué)研究進(jìn)展[M].貴州人民出版社，1980.

[2] 趙振華.微量元素地球化學(xué)[J].地球科學(xué)進(jìn)展，1992，7(5)：65～66.

[3] 倪師軍，滕彥國(guó)，張成江，吳香堯.成礦流體活動(dòng)的地球化學(xué)示蹤研究綜述[J].地球科學(xué)進(jìn)展，1999，14(4)：346～352.

[4] 趙兵.若爾蓋鈾成礦帶地球化學(xué)與礦床成因研究[D].成都理工學(xué)院博士學(xué)位論文，1994.

[5] 趙兵，金景福.若爾蓋鈾成礦帶區(qū)域地層（巖石）地球化學(xué)[J].地質(zhì)地球化學(xué)，1996，24（5）：28～31.

[6] 陳友良,侯明才,朱西養(yǎng),等.若爾蓋鈾礦田含礦巖系的巖石特征及成因探討[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，53(4):555～558.