北秦嶺丹鳳地區產鈾花崗巖稀土元素地球化學特征

王江波，賴紹聰，李衛紅，趙如意，惠爭卜

1.西北大學地質學系，西安 710069 2.核工業二〇三研究所，陜西 咸陽 712000

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北秦嶺丹鳳地區產鈾花崗巖稀土元素地球化學特征

王江波1,2，賴紹聰1，李衛紅2，趙如意2，惠爭卜2

1.西北大學地質學系，西安 710069 2.核工業二〇三研究所，陜西 咸陽 712000

針對北秦嶺丹鳳地區產鈾花崗巖的區域地層、賦礦圍巖、蝕變巖和鈾礦石進行稀土元素地球化學研究，結果表明：各類樣品具有大體類似的LREE富集及Eu負異常的稀土配分模式，表明它們之間稀土元素特征具有繼承性；賦礦黑云母二長花崗巖與區域地層(丹鳳巖群變質基性火山巖)稀土元素特征指示,二者均形成于島弧環境；蝕變花崗巖和鈾礦石主要繼承了賦礦花崗巖的特征。各類樣品Y/Ho值變化范圍狹窄，為25.09～33.46，顯示它們具有共同的源區。鈾礦石具有最高的wB(∑HREE)，且與鈾礦石的品位存在正相關關系，暗示HREE與鈾的遷移具有同步性。

稀土元素；地球化學；產鈾花崗巖；丹鳳地區；北秦嶺

0 引言

由于稀土元素之間性質類似和地球化學行為相近，其往往能作為一個整體參與地質地球化學過程[1]，因此稀土元素具有一定的示蹤性質，可以為成巖、成礦物質來源提供相關信息[2]。稀土元素地球化學在熱液鈾礦床研究中積累了許多有益的認識，在成礦物質來源、成礦流體物理化學狀態、巖體含鈾性，甚至指導鈾礦找礦勘探等方面都發揮了重要作用[3]。

秦嶺造山帶呈東西向橫亙于中國大陸中部，是中央造山帶的重要組成部分，具有復雜的物質組成和結構構造。其自元古代以來經歷了長期的演化歷史，至三疊紀晚期華北與揚子地塊發生碰撞,代表著秦嶺造山帶的最終形成，構成了現今“兩帶三塊”的構造格局。即以洛南--欒川大斷裂、商丹縫合帶和勉略縫合帶為界，將秦嶺造山帶劃分為華北地塊南緣、北秦嶺造山帶和南秦嶺造山帶(圖1)[4-6]。在商丹縫合帶中分布大量的花崗巖型鈾礦床(點)，與區內廣泛發育的早古生代花崗巖體關系密切。

圖1 北秦嶺丹鳳地區大地構造位置示意圖Fig.1 Tectonic sketch map of Danfeng area in North Qinling

1 地質概況

研究區位于秦嶺鈾成礦省北秦嶺鈾成礦帶商丹成礦亞帶(圖2)，屬于華北地塊與揚子地塊的拼接縫合帶，是花崗巖型鈾礦一級找礦遠景區。區內已

發現高山寺鈾礦床、張灣鈾礦床以及山岔、麻地灣、巖屋溝等數十個鈾礦點，鈾成礦潛力巨大。

區內出露地層為下古生界丹鳳巖群，區域上呈近東西向--北西西向狹長帶狀展布，為一套強烈變形變質的以火山巖-碎屑巖組合為主的構造巖片體，具有強烈而復雜的變形變質和組成結構特征。其北側與北秦嶺核部雜巖秦嶺巖群深變質片麻巖系相鄰，南側與南秦嶺古生界羅漢寺巖組以及泥盆系劉嶺群毗鄰[8-9]。

據文獻[7]修編。圖2 北秦嶺丹鳳地區地質略圖Fig.2 Geological sketch map of Danfeng area in North Qinling

寬坪巖體為區內主要的產鈾花崗巖，單顆粒鋯石U-Pb年齡為(446±19) Ma[10]。巖體呈狹長帶狀侵入于丹鳳巖群，與圍巖之間呈侵入接觸關系，接觸面產狀與圍巖中的面理產狀協調一致。巖體內部及邊緣發育強烈的面狀組構，糜棱巖化作用強烈。巖體內部多有丹鳳巖群變質巖殘留體及定向展布的暗色閃長質包體。寬坪巖體平均U質量分數為4.85×10-6，略高于全球花崗巖的U平均質量分數(3.5×10-6)，Th質量分數為18.64×10-6，Th/U=4.07，用質量分數為7.2% HCl進行浸出試驗，U浸出率高達60.7%。

鈾礦化產于寬坪巖體與丹鳳巖群外接觸帶以及巖體內部構造角礫巖內，發育強烈黏土化、碳酸鹽化和赤鐵礦化等熱液蝕變。鈾礦化受熱液蝕變、斷裂構造和脈體活動控制明顯，往往在蝕變疊加部位和斷裂交匯部位更為發育。

2 巖相學

本次工作主要針對商丹縫合帶中出露的丹鳳巖群變質基性火山巖、賦礦寬坪黑云母二長花崗巖、蝕變花崗巖及鈾礦石等不同組成部分的稀土元素地球化學進行系統研究，以期獲取有關礦質遷移、演化的物理化學信息。

丹鳳巖群變質基性火山巖，巖性為斜長角閃片巖(圖3a、b)，呈灰黑色，粒狀變晶結構，片狀構造,主要礦物成分為角閃石(50%～55%)、斜長石(30%～35%)和石英(15%～20%)。角閃石呈柱狀，柱長0.4～1.8 mm，長/寬=3～10；斜長石呈粒狀，粒徑0.3～0.6 mm，雙晶以聚片雙晶為主，干涉色低于石英，屬更長石；石英呈粒狀-透鏡狀，大小與斜長石相等。

a．斜長角閃片巖；b.角閃石平行排列，斜長石和石英呈透鏡體定向排列形成片狀構造；c.片麻狀黑云母二長花崗巖；d.花崗巖中的片麻狀構造；e.蝕變花崗巖；f.長石的黏土化特征；g.赤鐵礦化、碳酸鹽化鈾礦石；h.沿裂隙充填的瀝青鈾礦。Hb.角閃石；Pl.斜長石；Kf.鉀長石；Q.石英；Bt.黑云母。圖3 北秦嶺丹鳳地區各類巖石(a、c、e、g)及巖石薄片顯微照片(b、d、f、h)Fig.3 Photograph(a、c、e、g) and microphotos(b、d、f、h) of different rocks in Danfeng area

寬坪巖體，巖性為片麻狀中細粒黑云母二長花崗巖(圖3c、d)，呈淺肉紅色--灰白色，中細?；◢徑Y構，塊狀、片麻狀構造，主要礦物成分為斜長石(35%～40%)、鉀長石(30%～35%)、石英(20%～25%)、黑云母(5%～10%)。斜長石以半自形晶為主，粒徑1～2 mm，雙晶以聚片雙晶為主，雙晶紋細密，An=26±；鉀長石以他形晶為主，格子雙晶發育；石英呈他形粒狀，粒徑為0.1～1.0 mm，多波狀消光；黑云母呈片狀，片長0.5～0.8 mm；副礦物為磷灰石、鋯石等。

蝕變花崗巖(圖3e)，呈黃褐色，碎裂花崗結構，塊狀構造，主要礦物成分為斜長石(40%～45%)、鉀長石(30%～35%)、石英(20%～25%)、黑云母(2%～5%)。黑云母呈片狀，多已蝕變，蝕變較復雜，有絹云母化及赤鐵礦化等，現僅保留其片狀形態，片長0.3 mm左右，排列有定向性；鉀長石多具格子雙晶，屬微斜長石，部分黏土化；石英呈粒狀，粒徑變化大，為0.03～0.9 mm；斜長石多已黏土化(圖3f)。

鈾礦石(圖3g)，呈紫紅色、豬肝色，與蝕變花崗巖較為類似，熱液蝕變發育程度更加強烈，地表常見瀝青鈾礦氧化后形成的鈾黑以及鈣鈾云母、硅鈣鈾礦等次生鈾礦物，顯微鏡下可見沿裂隙分布的瀝青鈾礦(圖3h)。

3 樣品采集與分析方法

本次工作對上述四類巖石進行了系統采樣分析:Ⅰ類為區域地層，即丹鳳巖群變質基性火山巖;Ⅱ類為賦礦圍巖，即寬坪黑云母二長花崗巖;Ⅲ類為蝕變花崗巖;Ⅳ類為鈾礦石。

稀土元素測試工作在核工業二〇三研究所分析測試中心完成，測試依據GB/T14506.30-2010，儀器為Thermo Fisher Scientific制造XSERIES2型ICP-MS，分析誤差±5%。

4 測試結果

各類樣品的稀土元素分析結果見表1，稀土元素配分模式見圖4，球粒隕石標準化采用文獻[12]數據。

Ⅰ類樣品(丹鳳巖群變質基性火山巖)，w(∑REE)= 50.02×10-6～91.77×10-6(不含Y，下同)，稀土配分模式稍許右傾，輕稀土相對富集，LREE/HREE=4.33～6.19，輕重稀土之間分異較顯著，(La/Yb)N=3.94～6.32，輕稀土分異相對顯著，(La/Sm)N=2.26～3.51，而重稀土之間分異相對較弱，(Gd/Yb)N=1.20～1.53。Eu虧損不明顯，δEu=0.80～0.98；具有較弱的Ce正異常，δCe=1.01～1.08。

Ⅱ類樣品(賦礦圍巖黑云母二紅花崗巖)，w(∑REE)=97.99×10-6～199.48×10-6，稀土配分模式右傾，輕稀土富集，LREE/HREE=13.06～16.98，輕重稀土之間分異顯著，(La/Yb)N=16.14～27.58，輕稀土分異相對顯著，(La/Sm)N=5.21～8.22，而重稀土之間分異相對較弱，(Gd/Yb)N=1.63～2.31。Eu具較弱負異常，δEu=0.64～0.73；Ce無明顯異常，δCe=0.89～1.08。

Ⅲ類樣品(蝕變花崗巖)，w(∑REE)=79.47×10-6～150.82×10-6，稀土配分模式稍許右傾，輕稀土相對富集，但是HREE與Ⅰ類和Ⅱ類相比顯著增加，LREE/HREE=3.43～7.75，輕重稀土之間分異顯著，(La/Yb)N=3.20～7.95，輕稀土分異相對顯著，(La/Sm)N=1.89～4.14，而重稀土之間分異相對較弱，(Gd/Yb)N=1.10～1.44。Eu虧損較為明顯，δEu=0.53～0.82；Ce無明顯異常，δCe=0.93～1.12。

Ⅳ類樣品(鈾礦石)，w(∑REE)=83.37×10-6～126.95×10-6，稀土配分模式呈近“海鷗型”，輕稀土相對較富集，但HREE與Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類相比均有顯著增加，LREE/HREE=2.76～4.38，輕重稀土之間分異較顯著，(La/Yb)N=2.24～4.17，輕稀土分異相對顯著，(La/Sm)N=2.30～3.10，而重稀土之間分異相對較弱，(Gd/Yb)N=0.69～1.06。Eu較為虧損，δEu=0.70～0.88；Ce無明顯異常，δCe=0.96～1.02。

5 討論

5.1 構造環境

區域地層(丹鳳巖群變質基性火山巖)、賦礦圍巖(寬坪黑云母二長花崗巖體)、蝕變花崗巖和鈾礦石均具有大體類似的LREE富集右傾、HREE平坦及Eu負異常的球粒隕石標準化配分模式，表明了各類樣品中稀土元素具有繼承性。

Ⅰ類樣品(丹鳳巖群變質基性火山巖)原巖屬一套以玄武巖為主的火山巖，富集Ba、Rb、K等大離子親石元素(LILE)，虧損Nb、Ta、Y、Zr、Ti等高場強元素(HSFE)，稀土元素總量較低，LREE相對富集，地球化學圖解絕大部分落入與島弧有關的范圍，部分巖石成分點落在MORB(洋脊玄武巖)區[13]，表明與MORB有較大的親和性，暗示巖石是與洋殼有密切關系的島弧環境產物。低壓分離作用可產生拉斑質的巖漿，而在有水存在下的高壓分離作用即能產生鈣堿性巖漿。丹鳳巖群變質火山巖以LREE富集的鈣堿性玄武巖為主，另有少量REE平坦的MORB型玄武巖，據此推測本區新元古代的島弧地殼厚度較大，可能為比較成熟的島弧[14]。

Ⅱ類樣品(賦礦圍巖黑云母二長花崗巖)稀土元素總量較低，w(∑REE)平均值為156.66×10-6(5個樣)，低于世界花崗巖的平均值(250×10-6)，可能主要與花崗巖的源巖有關。丹鳳--西峽一帶的早古生代花崗巖類均具有島弧花崗巖的地球化學特征[15]，寬坪巖體87Sr/86Sr初始比值為0.707 60±0.001 56[11]，丹鳳巖群變質火山巖87Sr/86Sr初始比值為0.705 02～0.707 38[14]，暗示它們之間有密切的成因聯系，兩者的稀土配分模式類似進一步說明區內賦礦黑云母二長花崗巖和變質基性火山巖均形成于島弧環境。

球粒隕石標準化值引自文獻[12]。圖4 北秦嶺丹鳳地區不同類型巖(礦)石稀土元素球粒隕石標準化配分模式Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution patterns of different rocks in Danfeng area

5.2 REE和U、Th演化特征

Ⅲ類樣品(蝕變巖)和Ⅳ類樣品(鈾礦石)繼承了賦礦花崗巖的特征。從變質基性火山巖→寬坪黑云母二長花崗巖→蝕變花崗巖→鈾礦石，w(∑HREE)有明顯增加的趨勢(10.26×10-6→10.26×10-6→16.71×10-6→24.08×10-6)，Ⅳ類樣品(鈾礦石)具有相對最高的HREE，而且HREE與鈾礦石品位存在正相關關系(圖5a)，這一特征在眾多鈾礦床鈾礦石中都有體現。Ⅲ類和Ⅳ類樣品HREE相對增加是由于U(Ⅳ)與HREE的離子半徑更為接近，而導致類質同像置換時HREE較LREE在鈾礦石中具有更大的分配系數。由于重稀土的碳酸根絡合物比輕稀土更易于溶解[16]，因此重稀土較輕稀土更容易遷移，這可能是鈾礦石樣品中HREE顯著增加的原因。

U和Th都傾向于在巖漿分異演化晚期階段富集，隨著蝕變作用的增強，從變質基性火山巖→寬坪黑云母二長花崗巖→蝕變花崗巖→鈾礦石，鈾平均質量分數顯著增高(3.98×10-6→4.43×10-6→158.40×10-6→592.20×10-6)，顯示熱液蝕變作用對鈾富集起著十分重要的作用。Th作為不相容元素，比U穩定，各類樣品Th質量分數為1.73×10-6～9.80×10-6，基本穩定(圖5b)，變質基性火山巖稍低(3.17×10-6，5個樣)，二長花崗巖和蝕變花崗巖以及鈾礦石Th質量分數稍高(6.61×10-6，12個樣)，顯示熱液蝕變作用基本不改變Th在巖石中的配分。

Y和Ho在自然界中一般以三價態存在，且離子半徑非常接近，在地質作用過程中具有非常相似的地球化學行為，而且Y/Ho值不受氧化-還原條件的影響。該比值的變化一般與熱液、巖石間的水-巖反應有關，亦或者與不同熱液系統間絡合介質差異有關[17]。不同類型巖(礦)石盡管稀土元素總量變化較大，但Y/Ho值分布范圍狹窄，為25.09～33.75，顯示所有巖(礦)石具有相同的來源[18]，成礦物質來源于寬坪巖體本身。

圖5 研究區重稀土與鈾釷質量分數散點圖Fig.5 Scatter diagram of HREE and U&Th in the study area

6 結論

1)賦礦黑云母二長花崗巖和區內變質基性火山巖稀土元素特征指示二者形成于島弧環境，蝕變巖和鈾礦石中稀土元素主要繼承了賦礦花崗巖體的特征。

2)重稀土元素與鈾的遷移具有同步性，富鈾的熱液同時應該也是富稀土的，鈾源為就近的富鈾花崗巖體。

3)各類巖(礦)石Y/Ho變化范圍狹窄，顯示成礦物質來源于寬坪巖體。

筆者在本文寫作過程中與核工業二〇三研究所李占游研究員和西北大學秦江峰副教授進行了有益探討，在此表示感謝。

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REE Geochemical Characteristics of Uranium Bearing Granite in Danfeng Area, North Qinling

Wang Jiangbo1,2, Lai Shaocong1, Li Weihong2, Zhao Ruyi2, Hui Zhengbu2

1.DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China2.No. 203ResearchInstitute,CNNC,Xianyang712000,Shaanxi,China

The REE geochemistry of four groups of samples (the regional stratigraphy, ore-hosting rocks, altered rocks, and uranium ores) were analyzed by using ICP-MS method to investigate the genesis of the uranium bearing granite in Danfeng area, North Qinling. The different groups of samples show significant similarity in LREE-enriched REE patterns and negative Eu anomalies. This indicates that the ore-hosting rocks and regional strata were formed in a typical island arc tectonic environment. Besides, altered rocks and uranium ores inherited abundant REE geochemical characteristics from the ore-hosting rocks. The rocks and uranium ores with narrow range of Y/Ho ratios between 25.09-33.46 were derived from the same source. In addition, uranium ores are characterized by highest ∑HREE,and HREE contents correlate positively with uranium ores grades, which is regarded as a clue to a simultaneous transportation of HREE and U.

REE; geochemistry; uranium bearing granite; Danfeng area; North Qinling

10.13278/j.cnki.jjuese.201506113.

2015-02-13

中國核工業地質局鈾礦地質項目(201351)；中國地質調查局地質調查項目(1212011120567，1212011220375)

王江波(1982--)，男，博士研究生，主要從事礦物學、巖石學、礦床學方面的研究，E-mail:sunshine3426@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201506113

P595

A

王江波，賴紹聰，李衛紅，等.北秦嶺丹鳳地區產鈾花崗巖稀土元素地球化學特征.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(6):1713-1721.

Wang Jiangbo, Lai Shaocong, Li Weihong,et al.REE Geochemical Characteristics of Uranium Bearing Granite in Danfeng Area, North Qinling.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(6):1713-1721.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201506113.