新疆砂巖型鈾礦床中稀土元素地球化學(xué)特征對比分析
——以伊犁盆地鈾礦床與巴什布拉克鈾礦床為例

張映寧

（核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊）

前言

從近年來新疆鈾礦找礦的礦床類型看，對伊犁盆地的層間氧化帶砂巖型鈾礦類型研究已趨于成熟化，但對不同成因的巴什布拉克砂巖型鈾礦床才開始進行相應(yīng)的工作，本文主要對伊犁盆地層間氧化帶砂巖型和巴什布拉克砂巖型鈾礦床稀土元素地球化學(xué)特征進行對比分析。

1 礦床地質(zhì)背景

1.1 伊犁盆地礦床地質(zhì)背景

新疆伊犁盆地在大地構(gòu)造單元劃分上歸屬于天山造山帶中的伊犁－中天山微地塊，盆地夾持于科古琴－博羅霍洛－依連哈比爾尕陸內(nèi)裂陷造山帶（北天山）和哈爾克－那拉提板塊俯沖碰撞造山帶（南天山）之間。盆地蓋層自下而上發(fā)育有三疊系、侏羅系、白堊系、古近系和新近系[1-3]。該區(qū)主要砂體中均發(fā)育層間氧化帶，它們沿傾向可分為層間氧化巖石帶、礦石帶、原生還原巖石帶，在礦石帶pH 值和Eh 值降到最低點。形成有利的鈾及伴生元素沉淀的地球化學(xué)障，是鈾賦存部位[4]。

1.2 巴什布拉克礦床地質(zhì)背景

巴什布拉克礦床位于喀什西北部烏恰以西的南天山山前喀拉塔勒中新生代斷陷盆地中，克孜勒蘇新生代EW 背斜的北翼。基底為元古界弱磁性負變質(zhì)巖，整個下白堊系巖層以角度不整合覆于元古代結(jié)晶片巖之上，呈向南和西南方向傾斜的單斜構(gòu)造。鈾礦化主要產(chǎn)于下白堊統(tǒng)克孜勒蘇群陸相平原三角洲相堆積的紅色碎屑巖建造中，含礦巖性為褐黃色- 灰綠色砂巖、砂礫巖及其泥板巖互層中[5]。

2 元素的選擇

根據(jù)新疆伊犁盆地南緣伊犁盆地地區(qū)水西溝群（J1-2sh）中的65 個巖石樣及礦石樣和18 個蝕源區(qū)巖石樣的REE平均值以及其中36 個樣品的REE 分析數(shù)據(jù)進行分析討論, 在巴什布拉克礦床共取了8 個稀土元素樣品，包括5 個圍巖樣和3 個礦石樣進行分析。

3 元素與鈾相關(guān)性分析

本文利用采自伊犁盆地南緣鉆孔中稀土元素和稀有元素分析數(shù)據(jù)，用地球化學(xué)多元統(tǒng)計中的聚類分析方法[6～8]，對樣品分析結(jié)果進行對數(shù)和標準化運算后，求出他們的相關(guān)系數(shù)，作出R 型聚類分析圖（圖1）。從圖1 中可知，U、Th 和稀土元素的相關(guān)性較好。因而在研究伊犁盆地層間氧化帶砂巖型鈾礦床和巴什布拉克砂巖型鈾礦床中，研究它們的REE 地球化學(xué)特征對研究不同類型的礦床特征也是有必要的，也可利用稀土元素的地球化學(xué)特征追溯鈾礦的物質(zhì)來源。

圖1 伊犁盆地南緣稀有金屬和稀土元素R 型聚類分析

4 稀土元素分布特征分析

4.1 成巖成礦特征的繼承性

從表1 中可見，安山巖和花崗巖和礦石帶的ΣREE 值基本接近，而玄武巖的相差較大；并且可以看出從氧化帶→還原帶→礦石帶,ΣREE 值逐漸有升高的趨勢，這一現(xiàn)象表明氧化帶中ΣREE 是虧損的，也有可能在成礦過程中，REE 可能在遷移過程中一部分流失掉了[10-11]。另外從圖2 可見，安山巖和花崗巖的REE 分布模式與礦石帶的REE 分布模式基本一致，但跟玄武巖的相差較大，反映該區(qū)的物質(zhì)主要源于酸性花崗巖或者安山巖。

圖2 伊犁盆地鈾礦床不同分帶巖石與基巖稀

表1 巖石和礦石稀土元素含量(μg/g)及相關(guān)參數(shù)平均值

從表2 可以看出，巴什布拉克礦床礦石的ΣREE明顯低于圍巖的ΣREE，并且圍巖的ΣREE 是礦石ΣREE 的2 倍左右。礦石和圍巖ΣREE 差別較大，這可能是由于巴什布拉克礦床在成巖成礦和搬運過程中有大量的REE 被淋濾流失掉的緣故，這也反映了該區(qū)成巖成礦的繼承性特征。

表2 巴什布拉克鈾礦床巖石和礦石的稀土元素特征參數(shù)

4.2 稀土元素分異程度的差異性

LREE/HREE 或ΣCe/ΣY 值主要反映稀土元素的分異程度和指示部分熔融殘留體和巖漿早期結(jié)晶礦物的一些特征[9]。從表1 可以看出在伊犁盆地層間氧化帶砂巖型鈾礦床從氧化帶→還原帶→礦石帶，LREE/HREE 值是一個逐漸升高的趨勢，同時Ce/Yb)N值也是一個增高的趨勢,從數(shù)據(jù)分析可以看出,礦石帶中明顯高于蝕源區(qū)、氧化帶和還原帶，這些都可以說明在不同分帶中REE 的分異程度不同，礦石帶中分異程度最大，更加富集LREE。

但從總體看，LREE 和HREE 的分異程度變化比較大，這是一個LREE 富集、HREE 虧損的沉積環(huán)境[12]。原因主要是：細粒沉積物的礦物對稀土元素吸附性比較強，更容易被吸附而與粘土礦物一起沉淀，導(dǎo)致隨著輕重稀土元素的分異程度受粒徑的變化而變化。

（La/Yb）N 和（Ce/Yb）N 為輕稀土元素和重稀土元素比值的變化，主要反映稀土元素的分異情況。從表1他們的比值情況可見它們變化范圍較大且顯示均富LREE。

在巴什布克礦床稀土元素的分異程度也是很明顯的，從表2 可以看出，在礦石中LREE/HREE 值為4.085～7.193，而圍巖LREE/HREE 值為7.657～8.605，圍巖的LREE/HREE 值略高于礦石的LREE/HREE值，也說明LREE/HREE 有不同程度的分異，均易于富集LREE。

（La/Yb）N和（Ce/Yb）N的 分 異 程 度 也 不 同。（La/Yb）N值的變化范圍（4.443～9.427）和（Ce/Yb）N值的變化范圍（3.338～6.120）；也顯示更易于富集LREE。

總之，在層間氧化帶砂巖型鈾礦和巴什布拉克砂巖型鈾礦的REE 的分異性具有不同的差異性，但總體上它們都顯示富LREE 的特征，只是分異程度不同而已。

4.3 Eu 的虧損

在伊犁盆地，從圖2 可見，銪具有弱負異常。另外，從表1 中也可以看出，（Gd/Yb）N 和（Sm/Nd）N 的比值，可以看出他們比值變化不是很大，表明了銪具有弱負異常，銪的異常系數(shù)可以反映體系內(nèi)地球化學(xué)狀態(tài)，還可作為鑒別物質(zhì)來源的依據(jù)。從圖2 可也可以看出玄武巖為銪正異常，花崗巖仍具有銪弱負異常，表明該區(qū)侏羅系的砂巖物源主要為花崗巖和安山巖，而不是玄武巖。

5 討論

稀土元素在成巖成礦過程中具有重要的指示意義。REE 屬于親石元素，具有8 個電子的惰性穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，它與稀有金屬U、Th 具有相似的親和性，從而具有相近的地球化學(xué)性質(zhì)，表現(xiàn)出密切的共生遷移行為。本文以層間氧化帶砂巖型鈾礦床的典型礦床伊犁盆地礦床為例進行討論。

5.1 U 和REE 活動性的影響因素

由于REE 具有穩(wěn)定的最外層8 個電子結(jié)構(gòu)，活動性較小，另外REE 的活動性還取決于礦物中REE的濃度和進入流體的REE 濃度, 以及REE 的遷出能力等因素[13～15]。當滿足某種特定的因素時，REE 就會活化遷移。初步認為在受到不同階段流體循環(huán)的影響下，U 和REE 可以在不同階段淋濾、活化遷移和再沉淀。

5.2 pH 值對稀土元素的活化遷移的影響

根據(jù)研究區(qū)蝕源區(qū)、含礦主巖巖石及孔隙流體pH 值分布情況[11]可以看出，在含礦流體和巖石的各帶中，pH 值在氧化帶和還原帶基本相近的，但是礦石帶中pH 值相對偏低，這可能與pH 值在偏堿性條件下，REE 和U 的絡(luò)合物容易形成有關(guān)，這與REE 和U 的絡(luò)合物隨著pH 值的降低而遷移和沉淀富集是一致的[16]。

6 結(jié)論

（1） 在伊犁盆地層間氧化帶鈾礦床中，蝕源區(qū)的花崗巖和安山巖的REE 分布模式與礦石帶的REE分布模式十分相似，花崗巖和安山巖的ΣREE 值與礦石帶的基本一致，且均具有銪負異常，這表明成礦物質(zhì)主要源于酸性花崗巖和安山巖。在巴什布拉克砂巖鈾礦床中，圍巖的REE 分布模式和礦石的REE 分布模式基本一致，也具有銪負異常，但圍巖的ΣREE值和礦石的ΣREE 值相差較大，分析可能是由于它的復(fù)雜成因所致。

（2） 在伊犁盆地層間氧化帶鈾礦床中，從層間氧化巖石帶→原生還原巖石帶→礦石帶ΣREE 有升高的趨勢，層間氧化巖石帶的稀土元素的總量明顯降低，甚至低于原生還原巖石帶巖石，可能在成礦過程中流失或者表生氧化期流失。

（3） 在伊犁盆地層間氧化帶鈾礦床中，不論是蝕源區(qū)還是在層間氧化巖石帶、原生還原巖石帶和礦石帶巖石中，LREE/HREE 值均大于1，表明均富LREE，但富集的程度存在一定的差異。在礦石帶中這種分異更明顯。另外隨著巖石粒徑的變化，REE 的分異性也存在一定的差異。而在硬砂巖鈾礦床中，圍巖的LREE/HREE 值接近或略高于礦石的LREE/HREE值，說明LREE/HREE 也有不同程度的分異，更易于富集LREE。