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甘肃省龙首山成矿带中段钠长岩脉地质特征及其与铀矿化关系研究

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第51卷第6期 地质与勘探 Vo1.51 No.6 2015年11月 GE0LOGY AND EXPLORATION November,2015 甘肃省龙首山成矿带中段钠长岩脉地质特征 及其与铀矿化关系研究 赵如意 ,姜常义 ,陈 旭 ,王 冈4 ,陈云杰 ,聂 利 (1.长安大学,陕西西安 710054;2.核工业二0 Y-研究所,陕西成阳 712000) [摘要]钠长岩脉是甘肃省龙首山成矿带中段常见的晚期脉体,与钠交代型铀矿化的关系十分密 切。文章在野外调研、钻孔查证、放射性物探测量的基础上,深入研究钠长岩脉的岩石学、地球化学、同 位素年代学和稳定同位素特征研究,并探讨其与钠交代型铀矿化之间的关系。钠长岩脉侵位于加里东 中期,其LA—ICP—Ms锆石u—Ph年龄为442.9±5.7Ma;具有中硅(61.48%一67.14%)、富铝(14.98%~ 17.59%)、高钠(9.76~%~10.59%)、贫钾(0.08%~0.30%)、低钛(0.11%一0.44%)、低磷(0.02%一 0.16%)的特征;N-MORB标准化微量元素蛛网图显示钠长岩脉相对富集大离子亲石元素(LILE)Rb和 Ba,不相容元素Th和u显著富集,高场强元素(HFSE)Nb和Ta相对亏损、sr和.ri显著亏损;球粒陨石 标准化稀土元素配分曲线图呈碱性花岗岩类的“海鸥”型。综合研究表明,钠长质岩浆是钠质含铀热液 的孪生有效载体,钠长岩脉本身即是钠交代型铀矿有利的赋矿岩石,二者具有同源、等时、共体的特征, 作为龙首山成矿带中段钠交代型铀矿的找矿标志,进而指导深部找矿和矿床外围盲矿体预测。 [关键词] 钠交代铀矿钠长岩脉龙首山 甘肃省 [中图分类号]P618.51 [文献标识码]A [文章编号]0495—5331(2015)06—1069—10 Zhao Ru-yi,Jiang Chang・yi,Chen Xu。Wang Gang,Chen Yun-jie。Nie Li.Geological features of al・ bitite veins and its relationship with uranium metallogenic in the middle Longshou Mountains of Gansu Province[J].Geology and Exploration,2015,51(6):1069—1078. 龙首山成矿带是我国重要的铀矿产地,已有红 运移过程中萃取了花岗岩中的铀形成碳酸铀酰络合 石泉(辛存林等,2013)、新水井、芨岭(陈云杰等, 物([UO:(CO )]4一),在构造破碎带内分解成矿;而 2013;赵如意,2013)、沟和金边寺(陈云杰等, 魏观辉等(1987)和李占游等(1987)则认为钠交代 2013)等五个铀矿床,其中新水井和芨岭铀矿床是 型铀矿的成矿热液来源是再平衡花岗质岩浆热液。 典型的钠交代型铀矿床。自20世纪50年代以来, 凌洪飞(2010)通过对地幔流体和岩浆热液氧逸度 国内众多铀矿勘查队伍和专家学者对钠交代型铀矿 的研究认为,它们氧逸度低于磁铁矿一赤铁矿线,不 进行了较为系统的勘查和研究(魏观辉等,1987;李 能使花岗岩中u 活化迁移。但多数人认为,铀矿 占游,1987;施文静等,1993;杜乐天,1996,2001;王 化与钠交代岩在空间上有着密不可分的关系,即早 青山,2008;张树明等,2013),取得的成果对热液型 期钠交代作用形成了孔隙度较高、渗透性较强易于 铀矿的找矿指导和理论研究工作具有重大的意义。 破碎的成矿有利岩石,当有晚期含矿热液流经时,成 前人通过对已经发现矿床、矿点和矿化异常点带分 矿物质沉淀成矿。虽然所有的铀矿体都定位于钠交 布规律的总结指出,龙首山钠交代型铀矿的找矿应 代岩之中,但并非所有的钠交代岩都发育有铀矿化。 聚焦于三级断裂与次级断裂的交汇部位。在矿床成 当前龙首山地区正在开展新一轮铀矿找矿工作,以 因上,杜乐天(1996,2001)从地幔流体(HACONS) 钠交代体为找矿标志的找矿工作进展并不十分顺 的研究人手,阐明钠交代型铀矿是幔源热液在向上 利,且对深部找矿和盲矿体预测的可操作性偏差。 【收稿日期]2015—07—04;【修订日期]2015—10—09.[责任编辑]郝情情。 [基金项目]中国核工业地质局项目(编号:201349、201571)和中国地质调查局项目(编号:12120114014901)。 [第一作者】赵如意(1982年一),男,2008年毕业长安大学,获硕士学位,在读博士生,工程师,现主要从事铀矿勘查及区域地质调查工作。 E-mail:93236749@qq.com。 1069 地质与勘探 2015年 sample SiO Ti0, A120 3 ZKJ72—6 ZKJ72—7 ZKJ72—5 ZKJ72—4 D13—032 D13—031 D13—038 D13—036 D13—041 D13—039 D13-033 D13-035 63.0O O.1l 17.59 2.63 1.43 O.10 0.45 0.63 lO.52 0.22 0.05 2.28 0.72 6l_66 0.13 63.08 0.1l l7.45 1.14 2.98 61.48 0.28 63.96 0 44 15.91 64.53 0.25 16.02 67.14 0.22 15.98 66.43 0.20 l5.6O 65.9O 0.26 65.92 0.15 65.46 0.21 l5.56 65.25 0.35 17.5O 1.77 2.53 0.07 O.28 l_10 l6.72 2.33 2.81 16.14 0.55 3.12 16.07 0.88 2.59 14.98 1.04 2.46 0.O5 Fe0 Fe203 Mn0 MgO Ca0 Na,0 1.30 2.67 O.05 0.5l 2.13 9.86 0.17 0.11 2.47 0.73 2.63 0.05 0.08 O.82 2.46 0.04 0.05 O.89 3.04 0.04 0.10 0.86 2.48 0.04 0.06 2.5l 9.8l 0.07 0.34 0.42 10.59 0.13 O.06 0.O8 0.52 1.64 l0.00 0.03 O.15 0.04 0.07 1.79 10.19 O.1O 2.75 2.46 10.54 0.09 0.05 1.36 10.13 O.08 0.O3 1,62 9.99 0.08 O.02 0.74 1O.33 O.O8 0.04 lO.68 O.30 0.07 9.76 O.O9 0.O2 2.65 0.54 O.22 2.1O 0.71 3.5O K O P 205 0.14 0.16 3.24 O.08 0.02 1.89 0.48 O.O8 O.O3 2.67 O.53 O.2l 1.96 0.75 3.42 烧失量 3.38 O.78 0.33 O.92 O.88 3.88 35.6 146 2.96 0.79 O.51 2.32 0.36 0.14 1.39 0.40 1.65 0.42 2.01 0.24 O.28 0.49 0.88 4.22 1.00 0.67 1.37 O.85 3.47 71.4 0.67 O.23 1.7l 0.78 3.50 H 0 0.32 0.16 O.95 0.83 0.18 1.27 O.80 3.82 O.17 1.33 0.8O 3.71 C0 A/CNK AR N/K La 0.77 0.94 O.5O 0.95 1.87 0.73 3.87 47.8 14l 27l 27.2 4.00 81.5 l22 240 22.4 78.9 3.71 ll7.1 144 258 23.5 67.6 6.87 0.47 7.62 0.52 2.82 3.86 126.6 58.O 76.4 l26 11.4 35.9 124.9 l34 l29.1 123 238 23.6 72.1 9.28 127.4 119 219 l9.9 56.2 5.82 O.37 l22.6 128 222 20.3 58.2 108.4 l3l 247 82.8 160 133 248 23.O Ce Pr 299 29.4 l01 l2.6 1.92 12.7 1.14 6.82 1.08 4.50 0.55 4.89 255 22.9 15.5 57.9 8.94 1.69 9.74 1.2O 9.79 23.4 68.9 l0.4 O.89 Nd 90.9 12.6 1.74 l2.4 67.2 7.29 0.54 65.2 7.29 0.42 8.09 Sm Eu Gd 10.2 1.51 9.86 4.92 0.95 5.16 5.8l 0.55 0.7l 9.O6 O.75 4.70 8.52 O.72 4.77 1.07 4.38 7.16 O.60 3.59 6.77 O.63 4.35 O.95 4.23 1O.6 1.11 8.08 1.83 7.58 Tb Dv H0 Er 1.04 6.57 1.O8 4 25 0.5l 4.55 1.03 7.00 1.32 5.28 0.74 0.53 3.28 0.70 0.67 3.85 1.86 7.38 1.12 8.62 l_32 0.67 3.33 0.60 4.42 0.67 24 1 522 36.0 42,0 60.8 0.84 3.08 0.47 3.88 0.68 O.98 3.9O 0.60 5.11 0.78 3.24 3.09 0.54 4.96 O.73 25.4 274 Tm Yb LU Y O.68 6.08 0.97 41.6 O.44 3.52 0.58 25.8 440 56.5 O.68 5.12 0.8O 32.O 1.O6 9.44 1.74 6.43 0.87 37.9 507 27.5 152 0.66 33.8 0.67 34.0 622 0.90 32.1 55,O 367 26.4 213 27.5 506 52.3 69.4 523 89.3 60.5 17l ∑REE Rb Ba Th U Ta 575 33.1 523 3l 25.3 506 48.0 50.9 493 54.0 91.O 458 58.O 74l 34.0 128l 32.6 142 74 178 55.2 ll6.O 54.0 122.O 12lO.0 3.19 33.7 39.4 836 15.4 38 33.3 55 1O9 117 1.55 76.6 742.0 3.O2 37.0 39.8 1146 l6.5 1210 133.O 1140.0 2.76 34.3 40.4 9OO l5.8 1180 82.7 l260 65.3 2.16 332 2.5O 21.3 62.6 534 14.0 1030.0 2.54 37.0 36.9 755 13.4 l091 2960.0 4.O9 1.58 17.8 1l9 5l9 1O.1 587 5.6O 32.0 149 608 l0 7 1083 l3.O 26.9 6.2 3.51 3O.6 136 2.63 30.9 71.7 665 17.3 1241 Nb r 27.3 88.2 520 23.0 105 455 9.24 1769 97.1 28.2 l5.4 69.2 55 0 11l5 l6.2 1877 l9O 32.2 l1.5 1.29 Zr 480 11.3 1958 Hf Ti V l0.9 723 l283 106 31.1 865 171 31.1 9.8 26.4 7.2 1.82 28.3 27.6 8.3 2.15 164 28.1 l3.6 4.43 147 31.7 165 28.9 1O.7 l04 33 0 8.O 117 3O.1 Ca Cr Co 8 6 1.49 9.8 O.90 1O.9 7.2 1.18 1.33 8.40 l_02 1.15 0.63 1072 第6期 赵如意等:甘肃省龙首山成矿带中段钠长岩脉地质特征及其与铀矿化关系研究 69 5.0 67 4.5 65 4.0 3.5 63 0 3 0 61 U 2 5 59 2.0 57 1.5 1.0 55 0.5 53 U U 18・0 0.35 17.5 0.30 17.0 0.25 16.5 O.2O 16.0 0 l5.5 0.15 l 5・O 0.10 14.5 0.05 l4 O O 100 l000 l0000 10O 1000 10000 U U 34 33 32 31 0 g 30 29 28 27 26 1OO l000 l0000 U U 200 100 90 150 80 70 60 ≯100 50 4O 50 30 20 0 10 U 图6钠长岩脉中多组分与u含量哈克图解 Fig.6 Hake diagrams of geochemical components and U content in alibitite veins 加。多种地球化学组分与铀含量具有较好的相关性 具有较大的矿岩时差。钠长岩脉的LA—ICP—MS锆 表明钠长质岩浆是钠交代型铀矿热液的有效载体。 石U-Pb年龄为442.9±5.7Ma,这与前人(孙圭等, 与许多成矿温度较高的有色金属的矿岩几乎同 1988)所获得的铀成矿年龄400~410Ma存在30Ma 时产出(祝向平,2011)不同,龙首山钠交代型铀矿 左右的矿岩时差,和我国南方大多数花岗岩型铀矿 1075 地质与勘探 的矿岩时差相一致(张万良等,2013)。从区域地质 演化的角度看,此时的龙首山成矿带处于北祁连洋 闭合后的后碰撞阶段(胡能高等,2005),构造应力 相对拉张,隆升速度缓慢,低温梯度较高。而最新获 得的与钠交代型铀矿伴生的粉红色碳酸盐脉中包裹 体的均一温度为141.1~287.8℃,平均温度 201.5℃,该温度与通过电子探针分析新水井和芨岭 钠交代型铀矿床中绿泥石组分计算所获得的成矿温 度相当(何建国等,2008;魏正宇等,2014)。钠长岩 脉侵位以后,其温度降低到铀成矿温度所需要的时 间大致与岩矿时差一致,暗示二者产出具有等时性, 矿岩时差是定位时差。 钠交代岩的原岩可以是花岗岩、闪长岩甚至是 砾岩砂岩等(孙圭等,1988)。镜下研究和电子探针 测试结果表明,大多数钠交代蚀变仍保留原岩的结 构、构造,钠交代只是将原来组分多样的岩石交代为 成分单一的钠长岩,同时使得碳酸铀酰络合物 ([UO:(CO )] 一)分解卸载成矿物质。钠交代作用 形成的蚀变钠长岩(赵如意等,2013;陈云杰等, 2014)和钠长岩脉的地球化学成分较为相似,球粒 陨石标准化稀土元素配分曲线图呈与碱性岩类相似 的“海鸥”型(程银行等,2014)。李占游等(1987)通 过铅同位素研究,发现钠交代型铀矿石、钠长岩、正 常花岗岩及龙首山岩群的Pb /Pb 叫<19.5,Pb 吣/ Pb <39.5,Pb /Pb204--Pb 嘶/Pb 显示了一条斜率 为0.1383的直线,相关性系数0.9895,暗示了钠交 代型铀矿铀钠同源。将Ph—Pb法得出的花岗岩年 龄带人二次等时线公式进行计算,得出铅的来源年 龄t.=2008Ma。这个年龄与新获得的中粗粒似斑状 花岗岩中一颗核部为2319_+27Ma的锆石,钠长岩脉 中一颗核部为1904±8Ma锆石年龄相一致,表明钠 长岩脉和铀都是20亿年前后的壳源岩石于加里东 期在地壳深部高度重熔后,再经历充分演化分异晚 期阶段的产物。 综上所述,钠长质岩浆是钠质含铀热液的孪生 有效载体,钠长岩脉本身即是钠交代型铀矿有利的 赋矿岩石,二者具有同源、等时、共体的特征。加之 钠长岩脉在野外露头易于识别,产状相对稳定,可以 尝试作为龙首山成矿带中段三级断裂及其次级断裂 交汇部位钠交代型铀矿的找矿标志,指导深部找矿 和矿床外围盲矿体预测。 5 结论 (1)甘肃省龙首山成矿带中段钠长岩脉超动侵 1076 入至早期岩浆岩之中,钠长质岩浆侵位于442.9± 5.7Ma前后;它具有中硅(61.48%~67.14%)、富铝 (14.98%~17.59%)、高钠(9.76~%~10.59%)、贫 钾(0.08%~0.30%)、低钛(0.11%~0.44%)、低磷 (0.02%一0.16%)的特征;N—MORB标准化微量元 素蛛网图中显示相对富集大离子亲石元素(LILE) Rb和Ba,不相容元素Th和u显著富集、高场强元 素(HFSE)Nb和Ta相对亏损,sr和Ti显著亏损,球 粒陨石标准化稀土元素曲线图呈类碱性花岗岩的 “海鸥”型。 (2)钠长质岩浆是钠质含铀热液的孪生有效载 体,钠长岩脉本身即是钠交代型铀矿有利的赋矿岩 石,二者具有同源、等时、共体的特征;加之钠长岩脉 在野外易于识别,可以尝试作为龙首山成矿带中段 钠交代型铀矿的找矿标志,指导深部找矿和矿床外 围盲矿体预测。 [References] Chen Yun—jie,Zhao Ru—yi,Wu Bin.2012.Discovry of cryptoexplosive breccias and their genesis in the Jiling uranium deposit of the Long— shoushan area,Gansu Province[J].Geology and Exploration,48 (6):1101—1108(in Chinese with English abstract) Chen Yun-jie,Fu Cheng-ming,,Wang Wei,Li Tao.2013.The discussing on genesis and prospecting direction of Jinbiansi Uranium deposit in Gansu Province[J].Acta Mineralogiea Sinica(Supplementary is— sue),747—748(in Chinese with English abstract) Chen Yun—jie,Fu Cheng・ming,Wang Gang,Zhao Ru-yi,Wang Wei,Miao Hua-jun.2014.Carbon and oxygen isotopes in granite-type hydrother- mal uranium deposits:A case study on the Jiling uranium ore field inLongshoushan,Gansu Province[J].Geology and Exploration,50 (4):0641—0648(in Chinese with a English abstract) Cheng Yin-hang,Li 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