第29卷第2期 2015年4月 j}I MINERAI RES()URCES AND GEOI OGY Vo1.29,No.2 Apr.2015 甘肃省龙首山地区芨岭铀矿区蚀变特征分析 陈云杰,王 伟,王 刚,赵如意 (核工业二。三研究所,陕西咸阳712000) 摘 要:文章重点对龙首山芨岭铀矿区近矿围岩蚀变特征、分带特征以及蚀变期次进行研究,蚀变大致 可分为高温钾钠混合交代阶段、区域性钾交代阶段、中低温热液钠钙交代阶段、矿化期钠交代阶段,其中 与成矿关系密切的是矿化期钠交代阶段。通过对新水井铀矿床各中段的系统取样分析表明:与正常花 岗岩相比钠交代蚀变岩的Cu、Pb、Ni、sn、V、Zr、As等微量元素含量显著增加,而W、Rb的含量明显减 少;钠交代蚀变岩随着埋深增大其Na2O、SiO2、AI2O3含量减小。Fe2O3、Fe()、CaO含量增加;钠交代 蚀变岩具有的碱性(A型)花岗岩型稀土分配型式、富集型(La/Sm) 特点、明显的Eu亏损和重稀土显 著增加等特征。 关键词:铀矿区;碱交代蚀变;地球化学特征;芨岭;甘肃 中图分类号:P619.14 文献标识码:A 文章编号:1O01—5663(2015)02—0144~O8 龙首山碱交代型铀矿是我国西北部重要的铀成 矿类型之一,其中在芨岭铀矿区已经发现矿床两个 (芨岭矿床和新水井矿床),矿(化)点、异常点数百个。 前人对该区的蚀变研究主要集中在2O世纪8O年代, 体,其次为中元古界墩子沟岩群和新元古界孩母山岩 群,最新地层为山前坳陷沉积的古近系红色碎屑岩及 新近系。 芨岭花岗岩体是该区最大的侵人体(图1),是在 研究内容以碱交代蚀变为主,对蚀变的类型及其与 铀矿化的时空关系进行了探索,并且对整个地区与 铀矿化有关的蚀变特征有过概括的论述。但是对蚀 变过程中关于微量元素的迁移等变化规律研究较少。 因此本文根据对新水井矿床各中段的系统取样分析 结果,并结合野外地质调查,试图进一步深化对本 加里东期侵位于前寒武地层之中,由混合花岗岩、闪 长岩、灰白色斑状花岗闪长岩、肉红色(似斑状)粗粒 二长花岗岩、碱性正长岩及脉岩组成杂岩体。它是由 陆壳重熔岩浆经结晶分异形成的,岩浆演化成熟度 高,后期出现了碱性岩及碱性热液,为龙首山铀矿形 成奠定了物质基础。 区蚀变特征的研究工作。 区内褶皱和断裂的主构造线为近EW向,伴随着 早古生代北祁连沟弧盆系的造山运动而形成;其次为 1 地质背景 龙首山地区位于华北板块西南缘的阿拉善地块 近EW向构造,它们或是形成元古代后被近EW向断 裂改造,或是形成于早古生代为近EW向构造的次级 构造。南北缘的区域性深大断裂和不同方向的次级断 南缘,南接河西走廊过渡带,北邻潮水盆地,在漫长的 地质历史中经历了多旋回地质构造演化。区内出露 最老的地层为古元古界龙首山岩群,是在古裂谷环境 下沉积的双峰式火山岩及碎屑岩、碳酸盐岩经历角闪 裂把整个龙首山切割成若干菱形、三角形断块。 矿体产于区域性断裂和与之呈锐角相交或近于 平行的次级断裂带中,成群出现,产状基本和断裂一 致;铀的存在形式主要为沥青铀矿,其次呈类质同象 和分散吸附形式。矿石具碎裂、碎斑和破碎角砾状结 岩相变质作用之后形成的一套强烈变质、变形地质 2O14—05—07 收稿日期: 本文受核工业地质局(任务书编号:2O13 21)和中国地质调查局(资[2014103—005—018)联合资助。 基金项目: 陈云杰(1983一),男,硕士,工程师,现主要从事铀矿地质勘探和科研工作。E—mail:93236925@qq.com 作者简介: 引文格式: 陈云杰,王伟。,等.甘肃省龙首山地区芨岭铀矿区蚀变特征分析[J].矿产与地质,2O15,29(2):144—151 146 矿产与地质 钾交代作用在区内呈带状分布,主要集中在岩体 内外接触带及区域性大断裂带与岩体的交切部位,明 显受断裂和岩体的双重控制。根据上述特点,分析认 为交代作用既有自变质期的产物又有热液期的产物 的叠加,是本区碱交代作用由从封闭式向开放式过渡 阶段的产物。 些钠长石表面出现弱绢云母化。 综上所述,可以大致归纳出龙首山地区碱交代作 用的发展演化特征:碱交代作用与本区中酸性岩浆活 动存在着成生联系;热液作用的范围由全区向局部集 中;碱质热液活动从早期相对封闭的条件逐渐向着晚 期的开放性条件发展;碱金属更替大致是沿着钠一钾 一(3)中低温热液钠钙交代阶段:此阶段作用范围 主要集中在芨岭岩体内外接触带上,不同原岩经过该 阶段蚀变后最终矿物组合趋于一致,即由钠长石、绿 泥石、方解石及赤铁矿组成的钠交代蚀变岩。可以分 为两个阶段:一是以钠交代为主,二是以钙的充填交 钠一钾的顺序发展,其酸碱度的变化趋势是越向晚 期碱度降低越明显,最后向中一酸性过渡;热液的温 度从高温逐渐向低温发展;铀富集出现在最晚阶段; 本区碱交代作用是属于受中酸性岩体和断裂双重控 制的局部碱交代作用。 代为主。含钾矿物首先发生蚀变,如微斜长石被交代 成棋格状钠长石,此时原岩中的石英被大量溶蚀,形 成一些空洞,同时形成大量云雾状赤铁矿散布于矿物 表面,次生石英也开始晶出;第二亚阶段以方解石的 结晶充填为主,主要充填在原石英位置。此阶段基本 无赤铁矿形成,而在方解石外带常形成一些粒状、车 蚀变在水平方向上具有一定的分带性,尤其是近 矿时更为明显。芨岭(701)矿床近矿蚀岩可分为:绿 3蚀变的分带性 泥石化强破碎钠交代蚀变岩带(工)一碳酸盐化碎裂 轮状绿泥石结合体。同时在钠交代过程中对原岩中 副矿物的蚀变和交代,对其中铀的活化和转移起到一 个重要的作用。 (4)矿化期钠交代阶段:该期热液活动仅仅分布 在早期钠交代蚀变岩中,与早期钠交代作用相比,主 要差别为碳酸盐化及赤铁矿化较早期更加强烈,而绿 钠交代蚀变岩带(Ⅱ)一赤铁矿化碎裂钠交代蚀变岩 带(Ⅲ)(图2)。绿泥石化强破碎钠交代蚀变岩带,绿 泥石化发育,以球粒状为主,呈细脉状、网脉状、不规 则团块状,常含碳酸盐,少量细晶钠长石、赤铁矿化强 烈、岩石呈暗红色,铀矿工业矿体就分布在其中,富矿 段有大量的黄铁矿出现,且与沥青铀矿共生,反映了 成矿热液的还原性;碳酸盐化碎裂钠交代蚀变岩带, 碳酸盐化发育,呈脉状、不规则状、斑点状,主要是方 泥石化和钠长石化相对较弱;以充填和胶结为主,而 交代作用为辅;所有蚀变矿物结晶程度均较差。本阶 段方解石多呈玫瑰色、粉红色;绿泥石均呈球状、放射 状等集合体充填在裂隙之中;钠长石以糖粒状集合体 解石,有白色、浅玫瑰色、灰黑色,脉边见少量绿泥石 出现;赤铁矿化碎裂钠交代蚀变岩带,赤铁矿化发育, 呈平行细脉状、网脉状赤铁矿发育,有时含有硅质或 碳酸盐。 出现;赤铁矿化仍以云雾状为主,晶质铀矿、沥青铀矿 也在该阶段大量晶出;在交代作用的最后阶段硅和钾 的活动有明显的显示,表现为细脉状硅质脉灌入及某 ㈠ 。 IlI II I I Ⅱ 。 卜。r - I: ‘ : Ⅲ 图2芨岭(701)矿床近矿带蚀变分带示意图《据李占游等。1986) Fig.2 Sketch of alteration zoning of near-ore zone in Jiling(701)deposit 新水井(706)矿床中的钠代岩初步可划分为四个 带:强构造破碎钠交代蚀变岩带、深肉红色碎裂钠交 伸情况。在该区施工的钻孔中亦可见从矿体中心到 边部(1—2—3线)分别发育有强碎裂钠交代蚀变岩 一碎裂钠交代蚀变岩一微碎裂钠交代蚀变岩(照片 代蚀变岩带、肉红色微碎裂钠交代蚀变岩带和浅肉红 色弱钠交代花岗岩带,其特征见表2、图3。 在水平蚀变分带中,蚀变带边部一般多为矿体边 1)。其中矿体边部3线钻孑L中发育早期钠交代等蚀 变,钠交代、赤铁矿化发育和石英被溶蚀,但缺少矿期 部或外围,主要发育的矿前期蚀变,而缺少成矿期和 和后期碳酸盐等蚀变的充填,仅见一点铀异常,说明 该线已经到已发现的矿体边部,下一步工作重点应放 矿后期的蚀变,根据这些就可以大致判别矿体和的延 148 矿产与地质 探针分析,选取具有代表性的样品做了化学全分析。 4.1岩石化学特征 弱的趋势(Na O平均含量为8.82 一8.18 一8. 13%一6.39 9/6),SiO 、A1 0。含量也在减小。Fe。0。、 FeO、全铁(TFeO)的平均含量分别由3.36%一3. 表3是新水井矿床各中段的钠交代蚀变岩和正 常花岗岩的常量元素特征表,可以看出:与正常花岗 岩相比,钠交代蚀变岩Na O、CaO、AI。0。、Fe 0。、烧 84 一3.99 一6.O5 、0.31 一1.33%一2.18 一 3.94 、3.67 一5.17%一6.17%一9.98%,表明 失量均增加,其中Na 0的增加最为明显。SiO 、 Kz()则下降,其中K O的减少最明显;钠交代蚀变岩 随着埋深增大(2365m- ̄2325m一2285m一2245m)。 Fez0。的增加可能并不是岩石中FeO氧化所致,CaO 平均含量为1.51%一5.72%一4.29%一9.55%,表 明深部碳酸盐化作用是逐渐增强的,MnO和MgO 含量相对有所增加。 钠交代蚀变岩的钠交代作用有随深度加大而逐渐减 表3 新水井矿床蚀变岩常量元素氧化物含量表(%) Table 3 Oxide content of maeroelements of altered rocks in Xinshuijing deposit(%) 注:*据甘肃省地勘局第六地质矿产勘查院,1:50000芨岭幅(J47 E 009024)区域地质图说明书,其它由核工业二0三研究所实验室测定。 4.2稀土元素地球化学特征 由图4、表4、表5可以看出芨岭矿区的钠交代蚀 变岩的稀土元素具有以下特征:钠交代蚀变岩不同标 高的稀土分配型式基本类似,为轻稀土分馏明显、重 稀土明显增加的“海鸥”型,与碱性(A型)花岗岩相 似,而本区正常花岗岩为轻稀土分馏明显、重稀土分 馏不明显的右倾型;钠交代蚀变岩的稀土总量 (∑REE)明显较正常花岗岩增加,∑REE平均为 475.07×10一,而正常花岗岩为162.22×10~,主要 是重稀土的增加;钠交代蚀变岩的轻重稀土 (El REE/∑HREE平均为5.21)较正常花岗岩 ( I REE/EHREE平均为11.93)小很多,(La/ Yb) 具有相同特点,同样表明了钠交代作用过程中 重稀土明显的增加;钠交代蚀变岩和正常花岗岩的 (La/Sm) 均为>1的P型(富集型),与地幔热柱型 图4 新水井钠交代蚀变岩稀土元素球粒陨石 标准化分布型式图 Fig.4 Chondrite—normalized rare earth element pattern of Na metasomatic altered rocks in Xinshuijing 第29卷第2期 陈云杰等:甘肃省龙首山地区芨岭铀矿区蚀变特征分析 149 注:数据由核工业二。三研究所实验室测定。 袭5 新水井矿床钠交代蚀变岩稀土元素参数值 Table 5 REE parameters of Na metasomatic altered rocks in Xinshuijing deposit 】50 矿产与地质 玄武岩的(La/Sm) 特征相似,而且钠交代蚀变岩的 (I.a/Sm) (平均7.12)明显高于正常花岗岩(平均 4.61);钠交代蚀变岩的 Eu平均值为0.69,如果剔 除少数超高的异常8Eu值,则仅有0.50左右,Eu亏 损明显;而正常花岗岩虽然也是Eu亏损,但程度较 钠交代蚀变岩要低,平均值为0.75;钠交代蚀变岩与 K、Sr、Ti处均出现明显的负异常,暗示钠交代蚀变岩 中这几种元素的富集程度相对低于其他元素;钠交代 蚀变岩的Rb /Yb 和P*一般都是小于1,为强不相 容元素和磷亏损型,暗示可能来自于亏损地幔源;而 Sr*得平均值仅有0.27,显示岩石遭受了强蚀变,与 钠交代作用强烈吻合;与正常花岗岩比较钠交代蚀变 岩的Cu、Pb、Ni、Sn、V、Zr、As等微量元素含量显著 正常花岗岩的8Ce值基本相同,前者平均值为0.95, 后者为0.92,表明两者形成后基本未受表生作用的 影响。 增加,而W、Rb的含量明显减少;Zn、Cr、Co、Mo、Sr 的含量则变化不十分明显。 以上钠交代蚀变岩所具有的碱性(A型)花岗岩 型稀土分配型式、富集型(I a/Sm) 特点、明显的Eu 亏损和重稀土显著增加等特征,暗示了龙首山地区碱 交代热液可能主要是来自深部地幔。这与笔者近期 研究的龙首山地区花岗岩型热液铀矿床C、0同位素 缓 研究所得出的结论基本一致。 4.3微量元素地球化学特征 j 从图5和表6中可以看出龙首山钠交代蚀变岩 微量元素具有以下基本特征:在球粒陨石标准化微量 元素配分模式图上,钠交代蚀变岩具有较为相似的配 ∞ 仰㈣ … ∞ ∞ . ¨ 。 。 ㈣ …叫 们 ㈣ 分模式;与球粒陨石(原始地幔)相比,大离子亲石元 图5 新水井矿床微量元素地幔标准化蜘蛛网图 Fig.5 Standardized trace element mantle spider 素、高强场元素和过渡元素均显示相对富集,但在Ba、 diagram of Xinshuijing deposit 表6新水井矿床蚀变岩微量元素表含量 Tabte 6 Content()f trace elements of altered rocks in Xinshuijing deposit ∞}j11o一 注:Sr*=2SrN/(CeN+NdN);P* 2PN/(NdN+HfN);*:据甘肃省地勘局第六地质矿产勘查院,1:50000 ̄工业二0三研究所实验室测定。 (J47 E 009024)区域地质图说明书,其它由核 5 结论 (1)本区蚀变受构造、热液作用控制明显。蚀变 种类较多,同一种蚀变具多期次特点。蚀变大致上 中低温热液钠钙交代阶段和矿化期钠交代阶段。 (2)含矿钠交代蚀变岩一般可分为强构造破碎钠 交代蚀变带、深肉红色碎裂钠交代蚀变带、肉红色微 碎裂钠交代蚀变带和浅肉红色弱钠交代花岗蚀变带。 蚀变分带的边部一般多为矿体边部或外围,主要是发 可分为高温钾钠混合交代阶段、区域性钾交代阶段、 第29卷第2期 陈云杰等:甘肃省龙首山地区芨岭铀矿区蚀变特征分析 京:原子能出版社,2001. 151 育的矿前期蚀变,而缺少成矿期和矿后期的蚀变,根 据这些就可以判别矿体的延伸情况。 (3)对新水井矿床坑道的系统取样分析表明:与 r7]杜乐天.再论碱交代作用理论在铀矿成矿和找矿中的重要价值 [c].核地质科技论文集——庆祝核工业北京地质研究院建院 5O周年.北京:地质出版社,2009:36—42. 正常花岗岩相比,钠交代蚀变岩Na O、CaO、AlzO。、 Fe O。、烧失量均增加,其中Na O的增加最为明显。 [8]陈云杰,赵如意,李涛.甘肃金边寺矿床铀化特征及成矿条件分 析[J].甘肃地质,2011,20(3):46—50. 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Characteristics of alteration in Jiling uranium mining area ’ in L0ngshOushan area of Gansu CHEN Yun—Jie,WANG Wei,WANG Gang。ZHAO Ru—yi (No.203 Research Institute of Nuclear Industry,Xianyang,Shanxi 712000,China) Abstract:This paper focused on the study of the alteration characteristics,zoning characteristics and ahera— tion stages of the near—ore wall rock in Jiling uranium ore field.The alteration was divided into four phases: high temperature K—Na mixed metasomatic stage,areal K metasomatic stage,low—mediUm temperature NaCa metasomatic stage and Na metasomatic stage in the mineralization phase,among which the mineralization is closely related to Na metasomatic stage in the mineralization phaseThe systematic sampling analysis on .each medium section of Xinshuijing U deposits suggested that:compared to those in normal granites trace el— ement content of Cu,Pb,Ni,Sn,V,Zr and AS in Na metasomatic altered rocks increased significantlv while the content of W and Rb decreased obviously;and content of Na2(),SiO2 and A12 O3 decreased as the depth of Na metasomatic altered rocks increased.The content of Fe2()3,FeO and Ca()increased;Na meta— somatic altered rocks were characterized by alkali(Type A)granite type REE pattern,enriched(La/Sm)N, obvious Eu depletion and significant addition of HREE. Key Words:uranium mining area,alkali metasomatic alteration,geochemical characteristic,Jiling,Gansu