科学技术与工程

编号	含量/%
TiO₂	0.07	0.02	—	—	—	—	—	—
CaO	4.85	4.98	5.25	5.08	5.09	4.92	4.90	4.91
Yb₂O₃	—	—	—	0.03	0.15	0.25	—	0.08
ThO₂	—	—	—	—	—	—	—	—
Y₂O₃	0.01	—	0.01	0.05	—	—	—	0.05
SiO₂	0.26	0.20	0.19	0.11	0.31	0.20	0.18	0.24
Al₂O₃	—	—	—	0.02	0.08	0.04	—	—
UO₂	87.93	87.89	87.63	87.97	87.58	87.92	87.97	87.81
PbO	1.09	1.40	1.19	1.44	1.12	1.38	1.42	1.40
Ce₂O₃	—	0.05	0.16	0.12	0.12	—	0.11	0.04
La₂O₃	—	—	0.05	—	—	—	—	0.10
P₂O₅	0.14	0.21	0.16	0.23	0.15	0.16	0.21	0.18
Na₂O	0.16	0.18	0.12	0.19	0.12	0.15	0.17	0.14
MgO	—	—	—	—	0.04	—	—	0.01
K₂O	—	0.01	0.01	—	—	—	—	0.01
合计	94.51	94.94	94.75	95.24	94.76	95.01	94.95	94.97

编号	含量/%
TiO₂	0.07	0.02	—	—	—	—	—	—
CaO	4.85	4.98	5.25	5.08	5.09	4.92	4.90	4.91
Yb₂O₃	—	—	—	0.03	0.15	0.25	—	0.08
ThO₂	—	—	—	—	—	—	—	—
Y₂O₃	0.01	—	0.01	0.05	—	—	—	0.05
SiO₂	0.26	0.20	0.19	0.11	0.31	0.20	0.18	0.24
Al₂O₃	—	—	—	0.02	0.08	0.04	—	—
UO₂	87.93	87.89	87.63	87.97	87.58	87.92	87.97	87.81
PbO	1.09	1.40	1.19	1.44	1.12	1.38	1.42	1.40
Ce₂O₃	—	0.05	0.16	0.12	0.12	—	0.11	0.04
La₂O₃	—	—	0.05	—	—	—	—	0.10
P₂O₅	0.14	0.21	0.16	0.23	0.15	0.16	0.21	0.18
Na₂O	0.16	0.18	0.12	0.19	0.12	0.15	0.17	0.14
MgO	—	—	—	—	0.04	—	—	0.01
K₂O	—	0.01	0.01	—	—	—	—	0.01
合计	94.51	94.94	94.75	95.24	94.76	95.01	94.95	94.97

稀土元素地球化学对湘东大富岭矿床铀成矿的指示意义

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范鹏飞 ¹^,²^,³ , 廖志权 ⁴ , 李满根 ¹^,^* , 陈念楠 ¹ , 欧阳平宁 ²^,³ , 张鑫 ²^,³

科学技术与工程 | 论文·天文学、地球科学 2025,25(5): 1792-1802

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科学技术与工程 | 论文·天文学、地球科学 2025, 25(5): 1792-1802

稀土元素地球化学对湘东大富岭矿床铀成矿的指示意义

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范鹏飞¹^,²^,³, 廖志权⁴, 李满根¹^,^*, 陈念楠¹, 欧阳平宁²^,³, 张鑫²^,³

作者信息

¹ 东华理工大学地球科学学院, 南昌 330013

² 核工业二三○研究所, 长沙 410007

³ 湖南省伴生放射性矿产资源评价与综合利用工程技术研究中心, 长沙 410007

⁴ 江西省地质局第七地质大队, 赣州 341000

范鹏飞(1989—),男,汉族,山西翼城人,博士,高级工程师。研究方向:铀矿地质与岩矿测试。 E-mail:FanPF188@126.com。

通讯作者:

^*李满根(1969—),男,汉族,江西吉安人,博士,教授。研究方向:矿产勘查与成矿预测。 E-mail:75363159@qq.com。

Geochemical Characteristics of REE as Indicators for Uranium Metallogenesis in the Dafuling Deposit in Eastern Hunan Province

Peng-fei FAN¹^,²^,³, Zhi-quan LIAO⁴, Man-gen LI¹^,^*, Nian-nan CHEN¹, Ping-ning OUYANG²^,³, Xin ZHANG²^,³

Affiliations

¹ School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang 330013, China

² Changsha Uranium Geology Institute, Changsha 410007, China

³ Hunan Engineering Technology Research Center for Evaluation and Comprehensive Utilization of Associated Radioactive Mineral Resources, Changsha 410007, China

⁴ The Seventh Geological Brigade of Jiangxi Bureau of Geology, Ganzhou 341000, China

出版时间: 2025-02-18 doi: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403038

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摘要

收起

大富岭矿床隶属于湘东明月峰矿田,是近年来新发现的花岗岩外带型铀矿床。该矿床的矿石矿物特征和稀土元素特征尚未有报道,为进一步理清矿石矿物特征和稀土元素的特征,探讨稀土元素对铀成矿的指示意义,采用扫描电镜、电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry,LA-ICP-MS)等技术研究了该矿床的主要矿石矿物——沥青铀矿,并首次利用LA-ICP-MS测试了沥青铀矿的稀土元素。实验结果表明,大富岭铀矿床沥青铀矿主要由UO₂、CaO和PbO组成,ThO₂含量极低,∑REE含量偏低,轻重稀土分异明显,(La/Yb)_N远大于1,轻稀土明显富集,Eu负异常,沥青铀矿的主量元素和稀土元素均表明其形成于温度低于350 ℃的中低温热液环境,指示大富岭矿床为典型的中低温热液脉型铀矿床。稀土元素指示成矿作用过程中成矿热液从高盐度向低盐度转变,热液环境由还原环境逐渐过渡到弱氧化环境,暗示了来源于地壳深部或岩石圈地幔的成矿热液沿着大富岭地区区域性深断裂上升,在经历一系列物理化学条件变化后,最终大富岭矿床适宜位置富集成矿。

关键词

沥青铀矿 / LA-ICP-MS / 稀土元素 / 热液脉型铀矿床 / 大富岭矿床 / 明月峰矿田

Abstract

收起

Dafuling(DFL) deposit is a part of the Mingyuefeng ore field in eastern Hunan Province, China, is a typical perigranitic uranium deposit discovered recently. The characteristics of the ore minerals and the features of rare earth elements in this deposit have not been previously documented. In order to further elucidate the characteristics of ore minerals and rare earth elements (REE), as well as explore their indicative significance for uranium metallogenesis. Herein, uraninite, the primary ore mineral in the deposit, was investigated via scanning electron microscopy and electron probe microanalysis. Additionally, laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry(LA-ICP-MS) was used for the first time to determine the in situ the REE characteristics of uraninite. Uraninite exhibits a distinct fractionation between light rare earth elements(LREE) and heavy rare earth elements(HREE), while displaying a negative Eu anomaly. The (La/Yb)_N ratio exceeds 1, indicating a significant enrichment of LREE. Both major elements and REE in uraninite suggest its formation within a hydrothermal environment at temperatures ranging from moderate to low, below 350 °C. Consequently, DFL deposit can be classified as a typical hydrothermal vein-type uranium deposit. The REE serve as indicators of the transition of ore-bearing hydrothermal fluids from high salinity to low salinity, and the hydrothermal environment gradually shifts from a reducing state to a weakly oxidizing state. These observations suggest that the ore-bearing hydrothermal fluid responsible for metallogenesis originating from the deep crust or lithospheric mantle, ascended along regional deep faults, and subsequently underwent a series of physical and chemical transformations, eventually accumulated mineralization in suitable locations within DFL deposit.

Key words

uraninite / LA-ICP-MS / REE / hydrothermal vein-type uranium deposit / Dafuling deposit / Mingyuefeng ore field

引用本文

范鹏飞, 廖志权, 李满根, 陈念楠, 欧阳平宁, 张鑫. 稀土元素地球化学对湘东大富岭矿床铀成矿的指示意义. 科学技术与工程, 2025 , 25 (5) : 1792 -1802 . DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403038

Peng-fei FAN, Zhi-quan LIAO, Man-gen LI, Nian-nan CHEN, Ping-ning OUYANG, Xin ZHANG. Geochemical Characteristics of REE as Indicators for Uranium Metallogenesis in the Dafuling Deposit in Eastern Hunan Province[J]. Science Technology and Engineering, 2025 , 25 (5) : 1792 -1802 . DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403038

正文

收起

稀土元素(rare earth elements,REE)是一组地球化学性质极为相似的元素,经常以不同浓度一起出现在各类岩石和矿物中^[1],稀土元素保存着地质体成因、演化等多方面的信息,可以反映成矿物质和流体的来源,示踪成矿流体的活动轨迹,是研究成岩、成矿的重要手段^[2]。沥青铀矿是各类中低温热液铀矿床和表生铀矿床的主要矿石矿物,常含少量稀土元素^[3-4],其所含稀土元素对铀成矿具有重要指示意义^[5-8],近年来,随着激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱(laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry,LA-ICP-MS)原位微区分析技术的快速发展,极大地促进了沥青铀矿中稀土元素分析和研究工作,并取得了一系列重要成果。如张涛等^[9]通过LA-ICP-MS原位技术分析了向阳坪矿床沥青铀矿的稀土元素,得出成矿流体具有多阶段、深源等特点;郑国栋等^[10]通过LA-ICP-MS原位技术分析了书楼丘矿床沥青铀矿的稀土元素,证明了形成矿床的热液具有低温、中低盐度的特征;黄广文等^[11]通过LA-ICP-MS原位技术分析了大石沟矿床晶质铀矿的稀土元素,通过稀土元素指示了晶质铀矿形成具有高温、高盐度、岩浆来源的特点;李海东等^[12]通过LA-ICP-MS原位技术分析了琶江矿床沥青铀矿的稀土元素,得出成矿流体具有富F的特点。

大富岭铀矿床位于湖南省醴陵市贺家桥乡—攸县大桥乡境内,隶属湘东明月峰矿田,近两年中国核工业地质局对大富岭矿床外带地层进行钻探施工,在丫江桥岩体外接触带地层中连续揭露到高品位铀矿体,证实大富岭矿床为花岗岩外带型铀矿床。花岗岩外带型铀矿床在国内发现较少,研究程度相对于国外略显不足,如著名的捷克Pribram铀矿床,为典型花岗岩外带单铀金属脉型矿床,赋矿围岩主要为上元古界和寒武系的碎屑岩系,成矿时代为270 Ma^[13-15],其U₃O₈开采量已超过68 000 t^[16];德国的Niederchlem-Alberode铀矿床,其铀资源量约为84 466 t,矿脉主要赋存在Erzgebirge花岗岩体外接触带的轻微热变质晕范围内,赋矿围岩为黑色页岩和炭质千枚岩,成矿年龄为318~325 Ma^[17]。

20世纪90年代,前人对大富岭铀矿床有过勘查和研究工作,总体而言工作程度较低^[18-19],截至目前,该矿床沥青铀矿的主要化学成分、微量及稀土元素特征还未被报道过,而铀矿物化学成分、稀土元素等对研究矿床地质条件、成矿机理、成矿模式等方面具有重要意义^[20-24]。因此,对大富岭矿床沥青铀矿的矿物化学特征和稀土元素特征进行深入研究势在必行。现通过详细的野外地质调查,在室内岩矿鉴定的基础上,利用扫描电镜、电子探针、LA-ICP-MS等分析手段,对大富岭矿床的铀矿石开展矿物化学、稀土元素研究,重点厘定大富岭铀矿床铀矿化特征和成矿环境,旨在进一步完善大富岭铀矿床成矿理论研究,以期为区内铀矿勘查和铀资源综合利用提供必要的理论依据。

1 矿床地质背景

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扬子板块与华夏板块的构造拼合带是一条多期次、多类型造山作用下由多种构造型式复合而成的复杂构造带^[25-28]。大富岭铀矿床位于该构造拼合带中西段扬子陆块南缘醴陵褶皱带^[29],区域构造位置属华南板块东部板内NNE向走滑造山带的西枝,郯庐断裂和修水—茶陵—郴县NNE向走滑断裂配套的雁行走滑断裂系^[30-31]。

矿床出露地层从老到新依次为中-上元古界冷家溪群(Pt₂ln)、上古生界泥盆系跳马涧组(D₂t)、棋梓桥组(D₂q)、佘田桥组(D₃s)、锡矿山组(D₃x)、石炭系岩关阶(C₁y)和新生界第四系(Q)(图1)^[32]。其中,冷家溪群为区内基底地层,岩性主要为浅灰色、青灰色绿泥石绢云母板岩、粉砂质板岩;跳马涧组以黄绿色变质石英砂岩、变质粉砂岩为主;棋梓桥组主要分布于丫江桥岩体东北部的狭长地带,出露岩性为黑色含碳泥灰岩,夹泥岩、砂岩等薄层,局部地段下部可见黄灰色泥灰岩;佘田桥组出露岩性为白色、褐白色巨厚的结晶白云岩、灰岩;锡矿山组上部岩性主要为灰色石英砂岩、下部主要为灰褐色条带状泥灰岩;岩关阶岩性主要为黑色含碳泥灰岩、含碳泥岩^[33]。矿区出露岩体主要为丫江桥岩体,呈岩基状侵入于冷家溪群和板溪群,为多期次的复式花岗岩体,成岩年龄主要为244~251 Ma和212~213 Ma两个阶段^[34]。矿区内主要构造为大障—贺家桥向斜、两条较深的断裂F1、F2,控矿断裂F220以及大量的隐伏层间及层内破碎带,其构造线方向均为NE-NNE,另见少量晚期的NW向断层,NW向断层往往切割NE向构造。

大富岭矿床位于丫江桥岩体东北外接触带,大障—贺家桥向斜东侧,主要矿体位于丫江桥岩体外接触的地层中,成矿有利地层主要为棋梓桥组(D₂q)及岩关阶(C₁y),矿体主要受地层的接触面、层间破碎带及F220控制,主要的矿石类型为肉红色方解石-沥青铀矿型,该类型矿石品位较高。

2 样品采集及分析方法

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2.1 样品采集与处理

大富岭铀矿床赋矿地层和岩性主要为棋梓桥组、岩关阶含碳泥灰岩、泥灰岩。经多次筛选不同的铀矿石样品,最终选择大富岭矿床岩关阶地层中的富矿体样品作为测试对象[图2(a)],编号为ZKD66-1。样品对应薄片及探针片磨制在核工业二三○研究所分析测试中心完成。随后利用偏光显微镜开展岩矿鉴定,初步圈定出感兴趣的矿物和区域,然后做扫描电镜观察和电子探针定量分析,挑选出化学成分变化小、内部不含其他矿物包体、未遭受蚀变、不发育裂纹的沥青铀矿作为LA-ICP-MS原位微区稀土元素的测试对象。

2.2 测试方法

扫描电镜分析在东华理工大学核资源于环境国家重点实验室完成,仪器型号为FEI Nova Nano SEM450,分辨率1.0 nm(15 kV)和1.4 nm(1 kV),加速电压为15.0 kV,配备牛津X-Max20能谱仪,可进行定性点分析,扫描电镜主要用来观察铀矿物的形貌特征,并寻找合适的微区原位稀土元素分析点位。

电子探针定量成分分析在武汉微束检测科技有限公司完成,仪器型号为Jeol-8230。测试加速电压15 kV,加速电流20 nA,束斑直径1 μm。测试元素所用的标样为橄榄石(Si),刚玉(Al),硬玉(Na),钾长石(K),透辉石(Ca、Mg),磷灰石(P),金红石(Ti),镁铝榴石(Fe)、钍单质(Th),晶质铀矿(U),方铅矿(Pb),含REE玻璃(REE),定量数据用ZAF法校正。元素检测限为200×10^-6,主量元素误差1.5%,微量元素误差5.0%,电子探针用来分析铀矿物的主要化学成分。

沥青铀矿原位微区原位稀土元素含量实验在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS分析完成。详细的实验流程、数据处理和校正策略见文献[35]。GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro 102 ArF 193 nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成,ICP-MS型号为Agilent 7900。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度,二者在进入ICP之前通过一个T形接头混合,激光剥蚀系统配置有信号平滑装置^[36]。激光束斑和频率分别为16 μm和1 Hz。稀土元素含量处理中采用玻璃标准物质NIST610进行校正,每个时间分辨分析数据包括20~30 s空白信号和50 s样品信号,分析数据离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、稀土元素含量计算)采用软件ICPMSDataCal^[37]完成。

3 结果

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3.1 岩相学特征

铀矿石新鲜面呈黑色-黑褐色,发育多条粉色方解石脉[图2(a)],显微镜下观察矿石薄片样品,主要赋矿岩性为含碳泥灰岩[图2(b)],发育微晶粒状结构,层状构造。矿石中出露大量微晶粒状方解石、隐晶-显微鳞片状黏土矿物、绢云母及不透明碳质组成,其中微晶方解石颗粒多被压扁拉长显定向排列。含矿段含碳泥灰岩破碎强烈,发育多条肉红色方解石脉体。铀矿物主要与肉红色方解石关系密切[图2(a)、图2(b)],以沥青铀矿为主,沥青铀矿反射色钢灰色,呈球粒状、葡萄状,集合体呈细脉状[图2(c)],部分沥青铀矿见干裂纹,沥青铀矿集合体分布在含碳泥灰岩角砾的边缘和延伸进角砾内部。背散射图像下沥青铀矿呈现均匀的亮白色,部分球粒状沥青铀矿显环带结构[图2(d)],环带外部灰度值略高,环带内部灰度值略低,少量向纤维状次生铀矿物转变。经过详细的偏光显微镜和扫描电镜观察后可大致确定,含碳泥灰岩碎裂后,被晚期的方解石胶结,方解石形成时沥青铀矿也同时从热液中沉淀出来,在原地层岩石的角砾周边形成脉状集合体状沥青铀矿,基本确认不存在其他期次的铀矿化。

3.2 沥青铀矿电子探针定量分析

对沥青铀矿做电子探针定量点分析,共测试8个点,分析结果见表1。沥青铀矿主要组成元素为U、Ca、Pb,其次含微量的Si、Na、P、Ce等元素。其中,沥青铀矿UO₂含量为87.58% ~ 87.97%,平均值为87.44%;CaO含量为4.85% ~ 5.25%,平均值为5.00%,沥青铀矿的CaO含量略高;PbO含量为1.09% ~ 1.44%,平均值为1.30%;SiO₂含量为0.11% ~ 0.31%,平均值为0.21%;Na₂O含量为0.12% ~ 0.19%,平均值为0.15%; K₂O、MgO、Al₂O₃、TiO₂、REE₂O₃等含量较低,Th未检出。

3.3 沥青铀矿原位微区稀土元素分析

对大富岭矿床高品位矿体中沥青铀矿开展了LA-ICP-MS原位稀土元素分析,通过利用偏光显微镜、扫描电镜仔细观察沥青铀矿,选择无裂纹、晶面平整、反射色及背散射图像颜色均一的沥青铀矿颗粒进行LA-ICP-MS原位稀土元素分析,分析点位见图2(d),分析结果见表2。沥青铀矿的∑REE含量为1 768.25×10^-6~3 471.04×10^-6,总体含量偏低,平均值为2 504.3×10^-6;LREE含量范围为1 647.34×10^-6~3 219.34×10^-6,平均值为2 328.06×10^-6,HREE含量范围在120.91×10^-6~251.70×10^-6,平均值为175.96×10^-6,LREE/HREE为9.37~15.73,平均值为13.35,轻重稀土分异明显;(La/Yb)_N为16.22~41.97,平均值为28.95,远大于1,为明显的轻稀土富集型;δCe为0.74~1.01,平均值为0.86,略小于1,显示弱负异常;δEu为0.52~0.82,平均值为0.71,小于1,显示负异常。

4 讨论

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4.1 沥青铀矿主量元素对铀矿成指示意义

沥青铀矿的化学成分受其形成时的物理化学条件影响,容易发生元素的迁移、替换,其实际化学计量式要比理想化学计量式UO₂更为复杂,也因此沥青铀矿中的Si、Ca、Al、Th等能反映沥青铀矿的形成时的环境条件,这对解释矿床形成具有指示意义^[4,38]。大富岭铀矿床富大矿体中沥青铀矿的UO₂(87.58%~87.97%)、CaO含量(4.85%~5.25%)明显较高,而ThO₂含量明显低于检测限。CaO含量普遍高于一般沥青铀矿,并不是因为存在含Ca的矿物包裹体,而是因为U⁴⁺与Ca²⁺的离子半径相似,极为接近,U⁴⁺容易被Ca²⁺代替从而进入沥青铀矿晶格^[39-40],岩相学结果表明沥青铀矿主要的共生矿物就是方解石脉体,说明含铀热液中含大量的钙,存在U⁴⁺被Ca²⁺置换的热液条件。由于Th⁴⁺(0.105 nm)和U⁴⁺(0.1 nm)具有相似的离子半径和地球化学性质,因此沥青铀矿在热液结晶过程中,U⁴⁺与Th⁴⁺常发生置换,U在不同的氧化状态下溶解度也不同,具有氧化性质的低温热液流体有助于U的迁移。相比之下,由于Th在中低温环境中比较稳定,在热液流体中溶解度较低,不易被氧化流体迁移,故在高温环境中(>350 ℃)Th的溶解度高,更容易进入铀的氧化物晶格中,而在低于350 ℃环境中形成的铀氧化物Th含量极低。有研究表明,铀矿物的U/Th可作为判断热液铀矿床结晶温度的重要指标,若U/Th小于100,则表明铀矿物结晶温度较高或为岩浆作用下形成,若 U/Th大于1 000,表明铀矿物结晶温度较低^[41-43]。研究中电子探针测试的沥青铀矿UO₂含量均高于85%,而ThO₂均低于检测限,故可合理推断测试沥青铀矿的U/Th远大于1 000。

LA-ICP-MS原位微区测试显示,沥青铀矿中U含量均高于700 000.0×10^-6,Th含量均低于1×10^-6,U/Th均大于1×10⁶(表2),远大于1 000;电子探针和LA-ICP-MS测试U/Th值均表明大富岭矿床沥青铀矿成矿温度低于350 ℃。在U-Th相关性图解中[图3(a)],U、Th之间存在负相关性,说明在沥青铀矿结晶过程中,U、Th之间存在微弱的置换,当温度降低到350 ℃以下,热液中Th含量越来越低,与U之间的置换作用越来越弱,暗示了含U热液迁移过程中温度、Eh的降低变化。

4.2 沥青铀矿稀土元素对铀矿成指示意义

沥青铀矿中所含的稀土元素可用来判别其形成环境和温度,REE³⁺离子半径(0.097 7~0.116 nm)与U⁴⁺离子半径接近(0.1 nm),在热液结晶过程中REE³⁺可以与U⁴⁺离子可发生八面体配位置换,温度是这种置换反应的主要影响因素之一。形成于高温岩浆或变质作用环境中的铀的氧化物∑REE含量较高,通常大于1%,由于在该温度条件下沥青铀矿的膨胀性质导致大量的稀土元素进入沥青铀矿,并且轻重稀土分异不明显,即LREE/HREE≈ 1,从而形成一个“较平的”稀土元素配分模式图;形成于中低温(<350 ℃)热液环境中的沥青铀矿∑REE含量通常较低,一般小于1%,稀土元素受来源和沥青铀矿的结晶相共同控制,导致稀土元素之间发生分异,并可能形成Eu异常,其配分模式图整体有一定“斜率”,因此在无明显稀土矿物形成的条件下,稀土元素配分模式图能一定程度上反映铀矿成因类型^[5-6,42,44]。与全球其他类型铀矿床进行对比,大富岭矿床沥青铀矿的稀土元素配分模式显示出与热液脉型铀矿床最为相似(图4),指示大富岭铀矿床属于热液脉型铀矿床。研究中沥青铀矿样品中的稀土元素,∑REE均小于1%,LREE/HREE大于1,(La/Yb)_N远大于1,轻重稀土分异明显;(U/Th)-∑REE图解[图5(a)]中,测试样品点均落在温度T<350 ℃低温热液成矿作用区域内,(LREE/HREE)_N-∑REE图解[图5(b)]中,测试样品点均分布在低温区域内,呈现集中分布的特征,并处于温度低于350 ℃、高盐度和中低盐度流体区域之间,表明大富岭矿床属于中低温热液脉型铀矿床,其中含铀热液在成矿过程中呈现从高盐度向低盐度过渡的趋势;U-∑REE、U-(LREE/HREE)_N、U-δEu相关性图解中[图3(b)~图3(d)],U与∑REE(LREE/HREE)_N、δEu无明显的相关性或相关性较弱,表明在温度低于350 ℃的中低温热液环境中,稀土元素含量极低,在沥青铀矿结晶过程中,稀土元素与U之间的置换反应极弱。

eq.NaCl表示等摩尔浓度的氯化钠溶液;(a)根据文献[42]修改;(b)根据文献[6]修改

Ce和Eu在不同的氧化还原环境下表现出不同价态,与其他稀土元素之间产生分馏,导致元素的异常^[45],δEu能反映成矿流体的氧化还原环境,Eu属于变价元素,在成矿流体中一般呈Eu³⁺,还原条件下部分Eu³⁺还原成Eu²⁺,导致其与其他稀土元素分离^[46]。测试样品显示了明显的Eu负异常(δEu<1),大富岭沥青铀矿形成于中低温热液环境,其中Eu显示负异常,指示热液成矿作用处于还原环境;在还原性成矿流体中,Ce主要呈Ce³⁺形式与其他稀土元素同时存在,相互之间分异不明显,在氧化环境中Ce³⁺被氧化成Ce⁴⁺,与其他3价稀土元素之间产生分异,本次测试样品显示微弱的Ce负异常,δCe略小于1,指示成矿作用过程中,热液环境从还原环境向弱氧化环境过渡。

大富岭矿床沥青铀矿的稀土元素指示该矿床为典型的中低温热液脉型铀矿床,成矿作用过程中,成矿流体从高盐度向低盐度过渡,在沥青铀矿结晶过程中,成矿热液环境从还原环境向弱氧化环境过渡。由于大富岭铀矿床主要的矿体都赋存在丫江桥岩体外带的地层中,部分观点认为需按照 “碳硅泥岩”型铀矿成矿规律来指导找矿,本次研究中沥青铀矿的主量元素和稀土元素都指示大富岭铀矿床为中低温热液脉型铀矿床,在实际找矿过程中应主要考虑热液脉型铀成矿规律来指导找矿。

4.3 稀土元素对成矿模式的启示

华南地区中生代以来发育的断陷(走滑)盆地、基性岩脉、双峰式火山岩、A型花岗岩、高钾I型花岗岩等大量证据表明华南自中生代以来存在明显的岩石圈伸展减薄作用^[47-48],明月峰地区铀成矿作用具有一致性且统一受华南陆块伸展减薄作用控制^[49-51],岩石圈伸展作用促使大富岭矿床NNE向断裂(F2)从会聚走滑构造向离散走滑构造转换,离散走滑期间断裂构造开启度在90~100 Ma达到最大,明月峰地区金管冲矿床铀矿成矿年龄约为93 Ma^[52],大富岭铀矿成矿年龄目前虽无数据支撑,但大富岭矿床与金管冲矿床相距不足5 km,且二者在赋矿层位上具有相似性,据明月峰地区铀成矿作用具有一致性可合理推断大富岭矿床主要铀成矿作用发生于白垩世的华南陆块伸展期,在此期间,区域性深断裂构造(F2)使地表和深部得以良好贯通,为大富岭地区铀成矿提供了热液迁移的构造条件。

华南热液铀矿床的矿化剂多为具有幔源特征的∑CO₂,且统一受地壳伸展作用控制^[53-54],岩相学研究表明方解石是沥青铀矿的主要共生矿物,证实大富岭地区成矿热液的矿化剂主要为∑CO₂,这为该地区铀成矿提供了必要的热液矿化剂条件。大富岭矿床沥青铀矿稀土元素指示,沥青铀矿析出于中低温热液环境,成矿热液经历了从高盐度向低盐度过渡、从还原环境向弱氧化环境过渡。可得出,大富岭地区区域性断裂(F2)沟通岩石圈地幔,使得地幔脱气成因的矿化剂∑CO₂能够沿深断裂上升,上升过程中含铀热液温度、压力、盐度、Eh等物理化学条件发生变化,导致热液中的铀最终在大富岭地区F220和层间破碎带附近富集成矿(图6)。

5 结论

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(1)大富岭铀矿床为典型的花岗岩外带型铀矿床,主要矿石矿物为沥青铀矿,主要脉石矿物为方解石,沥青铀矿的主量元素和稀土元素都指示大富岭铀矿床为中低温热液脉型铀矿床。

(2)大富岭铀矿床沥青铀矿的稀土元素指示在成矿作用过程中,成矿流体经历了从高盐度向低盐度的转变,在沥青铀矿结晶过程中,热液环境由还原环境逐渐过渡到弱氧化环境,暗示了成矿热液起源于地壳深部或具有幔源特征;华南陆块岩石圈伸展减薄过程中,深部热液沿着大富岭地区区域性深断裂上升,在经历一系列物理化学条件变化后,最终在大富岭矿床适宜位置富集成矿。

基金

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中国核工业地质局基金(2023-24-1)
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2025年第25卷第5期

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doi: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403038

接收时间：2024-04-25
首发时间：2025-07-29
出版时间：2025-02-18

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收稿日期：2024-04-25
修回日期：2024-11-19

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中国核工业地质局基金(2023-24-1)

中国核工业地质局基金(2023-24-3)

中国核工业地质局基金(地 LCEQ01)

作者信息

¹ 东华理工大学地球科学学院, 南昌 330013

² 核工业二三○研究所, 长沙 410007

³ 湖南省伴生放射性矿产资源评价与综合利用工程技术研究中心, 长沙 410007

⁴ 江西省地质局第七地质大队, 赣州 341000

通讯作者:

^*李满根(1969—),男,汉族,江西吉安人,博士,教授。研究方向:矿产勘查与成矿预测。 E-mail:75363159@qq.com。

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科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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