四川冕西岩体岩石地球化学特征及铀成矿条件分析

王战永1, 隆兆笃1, 解波1, 孙悦2, 李巨初3, 向杰1, 范永宏1

（1.核工业二八○研究所,四川 广汉 618300；2.中核赣州金瑞铀业有限公司,江西 赣州 341000；3.成都理工大学 核技术与自动化工程学院,四川 成都 610059）

(相关资料图)

摘    要

冕西花岗岩体位于康滇地轴北段,区内已发现铀矿点3个、铀矿化点4个以及大量铀异常(带)。收集整理了该岩体以往地质资料,开展了岩石地球化学分析及电子探针测试等工作,对其铀成矿条件进行了综合分析。结果表明: 冕西岩体SiO2含量偏高,一般为73%~78%,平均达75.09%,碱度高,K2O+Na2O平均含量大于8%,是在伸展构造环境下形成的A型花岗岩,为多期多阶段形成的复式花岗岩体,岩浆分异演化程度较高,岩体内断裂构造发育,并广泛发育以煌斑岩脉为代表的基性岩脉。区内存在煌斑岩脉型、碱交代型和碎裂蚀变岩型3种铀矿化类型,铀矿化受断裂构造、煌斑岩脉及热液蚀变的控制,并提出岩体北段具有较好的铀成矿条件,可作为下一步铀矿勘查的重点地段。

关键词

岩石地球化学; 铀矿化类型; 铀成矿条件; 冕西岩体

0 引    言

冕西花岗岩体(亦称冕西岩体)是康滇地轴燕山期构造-岩浆活动作用产生的重要岩体[1]。近年来,随着矿产勘查力度的加大,在该岩体及内外接触带发现了诸多具有重要意义的矿床,如金林、张家坪子等金矿床,牦牛坪、冕宁—德昌等稀土矿床[2⇓-4]。岩体北部已发现铀矿点3个、矿化点4个以及大量铀异常点(带),铀矿化类型丰富。前人在岩体内开展了专项地质测量、地面伽马能谱测量、钻探查证等工作,仅对单个矿点、矿化点进行了矿化特征及控矿因素的初步总结,对该岩体铀成矿条件的系统研究较为薄弱[5-6]。近年来,康滇地轴铀矿找矿工作得以加强,积累了新的资料,有条件对冕西岩体铀成矿条件进行深入分析,以期为岩体的铀矿勘查工作部署提供依据[7-8]。

1 地质概况

冕西岩体位于扬子准地台西缘与松潘—甘孜褶皱系结合部位,属地台西南缘[9]康滇地轴北段。该岩体分布于冕宁县西侧,北起冶勒,南至里庄,东西夹于南河大断裂和马头山大断裂之间,呈北北东向的带状延伸,为多期多阶段侵入的复式岩体,以燕山期钾长花岗岩为主体,呈岩基产出,岩浆活动受断裂控制,也受牦牛山背斜控制[10]。

冕西岩体断裂构造以一系列NNE向断裂带为主,组成向北撒开、向南收敛的“帚状”形态(图1)。在断裂带内花岗岩一般都强烈破碎,糜棱岩化、片理化带发育,常见煌斑岩和辉绿岩沿断裂及次级断裂充填,局部发育强烈的钾质和钠质碱交代作用而使岩石呈红—红紫色。

图1   冕西钾长花岗岩体构造位置和矿产分布图

2 岩石地球化学特征

2.1 主量元素特征

冕西岩体主要岩性为灰白色中细粒钾长花岗岩,其主量元素含量见表1,主要特征如下:

表1   冕西岩体钾长花岗岩主量元素含量(wB/%)

(1)钾长花岗岩整体上SiO2含量偏高,一般在73%~78%,平均达75.09%,部分属超酸性岩。其SiO2含量比正常花岗岩高,与所对应的国内外A型花岗岩一致[11]。

(2)岩体碱度高,K2O+Na2O平均含量大于8%,K2O含量普遍比较高,且Na2O小于K2O,K2O/Na2O平均达1.22。

(3)Al、Ca、Mg显著偏低,Al2O3、CaO和 MgO平均值明显低于S型和I型花岗岩,尤其是后两者更是低于中国花岗岩平均值。

以上特征同国内外A型花岗岩的主量元素特征基本一致,即富硅(SiO2平均值大于75%)、富碱(Na2O+K2O平均值为8.42%~8.72%)、贫CaO(平均值为0.75%~0.82%)和MgO(平均值为0.20%~0.27%)。

2.2 微量元素特征

冕西岩体微量元素含量见表2。从表2中可以看出Nb、Zr、Y等HFSE含量及Rb/Sr和Rb/Ba比值较高,明显有别于其他类型花岗岩,而与A型花岗岩特征类似。从蛛网图(图2)中可以看出,Sr和Ba含量较低,这与A型花岗岩典型的微量元素特征[12⇓⇓⇓-16]相同。

表2   冕西钾长花岗岩微量元素含量(wB/10-6)

图2   冕西钾长花岗岩微量元素球粒陨石标准化蛛网图

钾长花岗岩稀土元素含量见表3,稀土总量平均值为184.39×10-6,轻稀土富集,LREE/HREE为7.39。从稀土配分模式图(图3)上可以看出,Eu严重亏损,形成深Eu谷,曲线呈现为右倾海鸥式,是典型的A型花岗岩稀土元素标准化分布型式。

表3   冕西钾长花岗岩稀土元素含量(wB/10-6)

图3   冕西钾长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

冕西钾长花岗岩是伸展构造环境下形成的A型花岗岩,现代铀矿研究表明伸展环境和围岩条件对铀矿化是有利的[17⇓⇓⇓-21]。

3 铀矿化特征

冕西岩体主要铀矿化可划分为煌斑岩脉型铀矿化、碱交代型铀矿化和碎裂蚀变岩型铀矿化3种类型,其中煌斑岩脉型铀矿化在区内分布广泛。

3.1 煌斑岩脉型铀矿化

该种类型铀矿化以节节马7301矿化点较为典型。矿化煌斑岩脉方向与构造方向相同,主要沿NNE向F7-3断裂(哈哈断裂的派生断裂)及其次级断裂充填[22],局部地段扭转为NW向。正常煌斑岩相对高Sr(319×10-6)、低Y(40.9×10-6)、低Yb(2.92×10-6),低Li、Be,特别低Rb(46.4×10-6);矿化煌斑岩低Sr(10×10-6~39×10-6)、高Y(13×10-6~937×10-6)、高Yb(132×10-6~937×10-6)、高Rb(174×10-6~777×10-6),相对富集流体中活动性较强的元素,表明煌斑岩脉型铀矿化铀富集过程中有活动流体参与其中。

该矿化点共见5处矿化段。其中,Ⅰ号矿化段地表矿化煌斑岩脉刻槽取样化学分析铀含量最高达1.052%,并在前人挖掘的坑道内发现隐伏矿化煌斑岩脉,形态复杂;Ⅲ号矿化段发现两处铀异常,较好的一处可圈定出一条长约15 m、宽0.4~1 m的矿体,刻槽取样化学分析铀含量最高达0.161%;Ⅴ号矿化段位于NNE向断裂与近EW向断裂交叉部位,铀异常严格受矿化煌斑岩脉控制,其中一条矿化煌斑岩脉圈定出两段矿体,长10~15 m,宽0.2~0.6 m,刻槽取样化学分析铀含量为0.308%~0.594%。

Ⅱ号矿化段位于F7-3断层上盘,铀矿化赋存于沿构造破碎带贯入的煌斑岩脉中,矿化带岩石破碎,总体为NW向张性构造破碎带。在地表呈反“S”状(图4),其产状为210°~310°∠55°~85°,脉壁不规则、较为粗糙,偶见破碎角砾,脉体上可见顺时针扭动的水平擦痕。该矿化段共见4段断续分布的铀矿化[23],总长度40 m,宽度0.3~2.5 m,矿化分布不均一,局部地段达到工业品位,铀含量最高可达0.487%,圈定出一处宽1 m、长20 m左右的工业矿体。

图4   7301矿化点Ⅱ号矿化段BT-1剥土地质物探详测成果图

1.中细粒钾长花岗岩;2.煌斑岩脉;3.石英脉;4.断裂破碎带;5.刻槽取样位置;6.产状;7.断裂;8.工业矿体;9.铀含量

电子探针分析显示,矿化煌斑岩中铀以钛铀矿形式存在,未见其他铀矿物。与钛铀矿共/伴生的矿物为金红石、磷灰石和磷钇矿。由背散射电子图像可以看出,钛铀矿呈细分散状(浸染状)、似云雾状,煌斑岩中存在钛铀矿微米级颗粒(图5),钛铀矿形成稍晚于绿泥石、绢云母。

图5   矿化煌斑岩背散射电子图像

3.2 碱交代型铀矿化

冕西岩体内的碱交代包括钾质交代和钠质交代,统称碱质交代。碱交代型铀矿化以小沟7801矿化点为典型。碱交代岩石由条纹长石、正长石、少量钠长石和石英组成,极少有暗色矿物。正长石具有净化边结构,见少量新鲜、半自形、细粒、具卡-钠双晶律的钠长石,呈细小团块分布;见正长石和钠长石交代条纹长石,部分条纹长石呈半自形残留体,也有条纹长石呈斑晶,被石英脉横向交代(图6)。

图6   碱质交代岩石正交偏光照片

铀矿化大多集中于NEE向节节马—石梯子断裂上盘,矿体多呈透镜状、短柱状和团块状(图7),长1.5~7 m,厚0.2~1.8 m,长轴方向以NW向为主,倾向北东,化学分析铀含量最高达1.213%。矿化基本赋存于碱交代岩中,在其旁侧的碎裂花岗岩中亦可见铀含量的增高。矿化呈不规则状排列,沿裂隙断续出现,裂隙通过碱交代岩处矿化变富,远离碱交代岩矿化逐渐变弱以致尖灭,可见矿化受构造及碱交代的双重控制[24-25],具碱交代型铀矿床典型的地质特征,即铀矿体基本只产于碱交代岩中,很少在其范围外,碱交代岩不全部都是矿体,矿体是其中的一部分[26]。

图7   7801矿化点BT-2剥土碱交代矿化体地质示意图

1.钾长花岗岩;2.碱交代岩;3.脉状热液蚀变范围;4.铀矿化体;5.断裂和裂隙;6.坑道;7.取样位置。

7801矿化点矿石样品XG-5,在核工业北京地质研究院分析测试研究中心进行电子探针分析, Y、Yb、Ti含量高,表明成矿溶液属中—高温、碱性介质。样品中含有较多的钛铀矿,呈柱状、板状、不规则状分布,集合体为团块状、放射状,主要与金红石、水锆石、独居石等伴生,并交代金红石、水锆石(图8(a))。钛铀矿中含有一些沥青铀矿,分布在其内部或边缘和水锆石内部,颗粒非常细小。金红石、磷钇矿和褐铁矿中含铀,含有较多的硅铅铀矿(图8(b)),呈脉状、细粒状分布,为次生铀矿物,见磷灰石、磷钇矿、独居石、褐铁矿、方铅矿和黄铁矿等伴生副矿物。

图8   7801矿化点矿石背散射电子图像

钛铀矿交代副矿物金红石、水锆石等,沥青铀矿和方铅矿等硫化物形成晚于钛铀矿。这表明钛铀矿形成之后,发育了沥青铀矿、铀石等的矿化,但其强度和规模比较小。

铀矿物和金红石、锆石、磷钇矿等常与沿裂隙分布的铁绿泥石、绢云母、赤铁矿、黄铁矿、方铅矿等伴生,表明成矿流体具有由碱性到酸性演化的特征,经历了由高温到中低温的热液成矿过程。

3.3 碎裂蚀变岩型铀矿化

石梯子地区7303矿点为碎裂蚀变岩型铀矿点,镜下花岗岩呈显微鳞片变晶结构,钾长花岗岩受动力变质作用发育片理化、糜棱岩化,岩石碎裂成大小不等的碎块,碎裂部位为绢云母、绿泥石呈网脉状交代,铀矿化富集。

矿体一般长1.0~6.5 m,真厚度0.3~2.6 m,铀品位0.068%~0.446%。铀矿化受NE向F2断裂(石梯子断裂)及NEE向F5断裂(石梯子—尤黑木断裂)及次级裂隙控制,铀矿化主要受断裂构造及热液蚀变的联合控制,蚀变主要为绢英岩化、绿泥石化、硅化、钾长石化等,铀矿物为沥青铀矿。

4 铀成矿地质条件

4.1 铀源条件

花岗岩型铀矿的铀源主要为花岗岩岩体[27⇓⇓⇓-31],冕西岩体铀含量相对较高,在6.0×10-6~16.8×10-6之间,铀含量为正常值(U在花岗岩类岩石中的克拉克值约为3×10-6)的2~5.6倍,是铀成矿的有利围岩[32],可以为铀成矿提供一定的铀源。在碱质交代发育地段,经后期构造-热液作用后具备形成铀矿化的条件。冕西岩体内外接触带发现铀异常点带1 337个(条),异常群42个,已经落实铀矿点3个,铀矿化点4个。

4.2 脉岩对铀成矿的控制作用

冕西岩体内基性岩浆活动较强烈,广泛发育以煌斑岩为代表的基性岩脉,幔源物质上侵参与成矿。幔源岩浆作用可以提供深部来源的CO2和H2O等矿化剂物质,岩体内随之出现幔汁的热液碱交代作用和热液成矿。节节马7301 铀矿化点即为冕西岩体内典型的煌斑岩脉型铀矿化,铀矿化严格受煌斑岩的控制[33]。矿化煌斑岩产于断裂破碎-蚀变带中,受断裂带内张-剪性裂隙控制。煌斑岩脉普遍具有高的放射性强度,铀矿化不均匀(图9)。矿化体只产于煌斑岩脉内,外侧花岗岩中没有矿化显示。在该岩体内的石梯子、来子尔和黄鸡沟等矿化点,矿化亦同样分布于煌斑岩脉内。

图9   7301矿化点I号带BT-6剥土矿化煌斑岩分布示意图

1.钾长花岗岩;2.花岗质混染岩;3.裂隙;4.片理、劈理;5.煌斑岩;6.铀矿化体。

4.3 碱交代作用

冕西岩体部分地段在岩浆演化晚期发生了以钾长石化、钠长石化为代表的碱质交代,对铀成矿起到了重要作用:(1)发生碱质交代的热液是富含K+、Na+的强碱性溶液,具有很强的交代、浸出、萃取能力,萃取出了岩石中的U,为铀成矿提供了铀源[34];(2)碱质交代作用会使岩石变成海绵体,孔隙增多,这为后期的热液成矿提供了理想的成矿定位环境[35-36]。

4.4 构造条件

岩体内构造发育,见7条NNE向和4条NEE向大断裂,具有长期活动性,是冕宁地区多期岩浆活动的主要通道[37],控制着冕西岩体内煌斑岩脉、碱交代作用、热液作用及铀矿化的产出。NNE向区域性构造为控矿构造,其次级及更次级构造为容矿构造[38],为含矿热液的运移和沉淀提供了有利空间,矿化主要赋存于次级构造甚至裂隙中,构造-热液活动明显,如7301矿化点、A372异常群。

受NNE向构造-蚀变带控制,构造交点控制岩体内主要铀矿化点的分布,区域放射性异常场亦主要分布在区域性断裂交叉部位,如7303矿点在NE向石梯子断裂及NEE向石梯子—尤黑木断裂交汇部位显示良好的放射性异常。

4.5 热液蚀变

成矿前:早期钾质交代,花岗岩条纹长石化,形成条纹长石化花岗岩;早期钠质交代,以棋盘格状钠长石化为主。岩石发育细小的、斑点状赤铁矿化、绿泥石化、绿帘石化,去硅化等蚀变。

成矿期:晚期钾质交代,岩石强烈破碎,钾长石交代棋盘格子状钠长石。含有钛铀矿、沥青铀矿-绢云母-绿泥石细脉、黄铜矿、斑铜矿和闪锌矿或方铅矿。

成矿后:晚期钠质交代,进一步去硅化,形成钠长石化花岗岩,石英-钠长石交代条纹长石及其边缘的绢云母,呈簇状或充填状分布。此阶段的钠长石较早期形成的钠长石晶面干净,双晶纹宽阔而不完整。

矿化煌斑岩普遍绢云母化、绿泥石化,绢云母化尤其强烈,有时见黑云母化、硅化等;岩石挤压变形变质明显,常见碎斑结构,发育定向绿泥石-绢云母化、片理化,见较多的褐铁矿-赤铁矿显微细脉—网脉,伴有磁铁矿化、少量黄铁矿化等热液蚀变现象,还见有晚期绿泥石显微细脉。

5 找矿方向

冕西岩体是在伸展构造环境下形成的A型花岗岩体,为多期次多阶段的复式花岗岩体,岩浆分异演化程度较高,岩体内断裂构造发育,且广泛发育以煌斑岩脉为代表的基性岩脉。岩体内铀矿化受构造、煌斑岩脉及热液蚀变的控制作用明显,主要铀矿化可分为煌斑岩脉型、碱交代型和碎裂蚀变岩型3种。综合分析认为冕西岩体北段具有较好的铀成矿条件,今后找矿方向如下:

(1)石梯子7303矿点为碎裂蚀变岩型铀矿化,下一步在该点工作,应重点查证NEE向石梯子—尤黑木断裂(F5)上盘及其次级断裂中的铀矿化。

该区210Po增高及异常晕分布规模较大,呈团块状及条带状展布,主要分布在NEE向石梯子—尤黑木断裂(F5)上盘。前人在该断裂内发现有工业矿体,认为该断裂中段深部还有找矿空间,在其与NE向石梯子断裂交汇部位亦有良好的异常显示。

(2)节节马7301矿化点深部及其北部以煌斑岩脉型铀矿化为主攻类型。

该矿化点共见210Po异常点19个,异常值一般为107~145 Bq/kg,P-8、P-9、P-13、P-19异常值较高,为203~300 Bq/kg,P-11异常值最高,达544 Bq/kg。 210Po异常点的分布受断裂控制作用明显,该矿化点北部异常点密集,指示深部可能有潜在的铀矿化。

(3)小沟7801矿化点的今后找矿工作,在空间上应关注NEE向节节马—小沟断裂上盘,尤其是垂向上应探索深部可能存在的隐伏碱质交代体。

该矿化点为碱交代型铀矿化,与NEE向节节马—小沟断裂(F10)及其次级裂隙关系密切,主要分布于此断裂上盘。地表及浅深部铀矿化体位于碱质交代体中,矿化体大小受碱质交代体规模的控制作用明显。因此,探索深部可能存在的碱质交代体是该矿化点铀矿工作取得突破的关键。

6 结论

(1)冕西岩体钾长花岗岩是在伸展构造环境下形成的A型花岗岩,为多期次多阶段的复式花岗岩体,岩浆分异演化程度较高,岩体内断裂构造发育,且广泛发育以煌斑岩脉为代表的基性岩脉,具有良好的铀成矿条件。

(2)岩体内铀矿化受构造、煌斑岩脉及热液蚀变的控制作用明显,铀矿化可分为煌斑岩脉型铀矿化、碱交代型铀矿化和碎裂蚀变岩型铀矿化3种类型。

(3)冕西岩体北段为铀成矿有利区,找矿前景良好。今后应重点查证NEE向石梯子—尤黑木断裂上盘和其次级断裂及其中的铀矿体、节节马7301矿化点深部及其北部和NEE向节节马—小沟断裂上盘可能存在的隐伏碱质交代体及其中的铀矿体。

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