相山矿田斑岩型铀矿床地球化学特征及成矿机制探讨

邵 飞， 范 衡， 夏 菲， 邹茂卿， 潘家永， 何丹丹

(1.核工业270研究所，江西 南昌330200;2.核工业南昌高级技工学校，江西 南昌330200;3.东华理工大学 地球科学学院，江西 抚州344000)

相山矿田斑岩型铀矿床地球化学特征及成矿机制探讨

邵 飞1， 范 衡2， 夏 菲3， 邹茂卿1， 潘家永3， 何丹丹1

(1.核工业270研究所，江西 南昌330200;2.核工业南昌高级技工学校，江西 南昌330200;3.东华理工大学 地球科学学院，江西 抚州344000)

相山矿田北部多数铀矿床在时空和成因上与超浅成侵入相的花岗斑岩密切相关，可归属为斑岩型铀矿床。以横涧—岗上英、沙洲矿床为例，通过稀土元素、微量元素及C，O同位素地球化学特征研究，探讨铀成矿物质来源、成矿流体演化及成矿机制。研究表明，相山矿田火山岩系具同源性，是陆壳物质熔融的产物，火山岩浆在通向地表途中受到高度分馏的结晶作用，成矿物质铀与高场强元素优先富集于最晚期岩浆热液中，为铀成矿提供了物质基础，岩浆热液与岩石相互作用形成了广泛的矿前期蚀变，也促成了其演化为富含F，Cl，CO2等挥发分的成矿流体，矿石中HREE，Pb，Zn，Mo的高度富集，说明成矿温度大致为200～250℃。C，O同位素特征预示了幔源物质参与了铀成矿作用，CO2脱气作用是成矿物质卸载的机制之一，花岗斑岩内外接触带及斑岩侵位正前方、正上方构造破碎带、不同岩性界面是矿质卸载的有利场所。

稀土元素;微量元素;C，O同位素;斑岩型铀矿床;成矿机制;相山矿田

斑岩型矿床是对时间上、空间上和成因上与钙碱性的浅成或超浅成相的中酸性斑岩体有关的细脉浸染型矿床的通称，斑岩型铜、钼、锡、钨、金、铅锌(银)矿床具有重要的工业意义。由于斑岩型矿床成岩成矿地质条件复杂，矿化类型丰富，斑岩型铀矿也具巨大的成矿—找矿潜力(Armstrong，1974;邵飞等，2008a;张寿庭等，2011)。

相山矿田位于江西省抚州市崇仁、乐安县交界处，受制于相山塌陷式火山盆地(Chen，1981)，其大地构造位置地处扬子与华夏古板块结合带的南侧。该矿田铀矿勘查及成矿区域地质背景、火山岩岩石学特征、控矿因素、成矿规律、成矿预测等方面的研究历时50余年，成果丰硕。目前，相山矿田已发展成为我国已探明的最大陆相火山岩型铀矿田，20余个矿床相对集中分布于矿田的西部和北部。北部11个矿床有7个矿床在时空和成因上与超浅成侵入相的花岗斑岩密切相关，前人一般将其归属为火山岩型、次火山岩亚类铀矿床，并开展了铀成矿地质条件、成矿地质特征、成矿作用等研究(余达淦等，2005;方锡珩，2009)。而将其归为斑岩型铀矿床进行较系统的研究却极为薄弱，本文选择横涧—岗上英矿床和沙洲矿床为代表，应用地球化学研究手段，重点研究岩、矿石稀土元素和微量元素特征以及蚀变岩石、矿石中方解石中的C，O同位素组成，以揭示其对成矿物质来源、成矿流体演化的指示，并对成矿机制进行探讨。

1 矿床地质特征

控制相山矿田产出的相山火山盆地基底地层主要为震旦系浅变质岩和下石炭统华山岭组砂岩，上三叠统安源组煤系地层出露于火山盆地东侧。盖层由总厚度 ＞2 000 m的上侏罗统打鼓顶组(J3d)流纹英安岩和鹅湖岭组(J3e)碎斑熔岩构成，白垩系红色碎屑岩出露于火山盆地西侧。大规模火山活动后，花岗斑岩侵入。打鼓顶组火山熔岩及花岗斑岩均是矿田的主要赋矿岩性。EW向构造是火山盆地基底主构造，SN向及NE、NW向构造次之;盖层构造表现为以NE向为主导、NW向次之的线性断裂和火山环状塌陷构造、层间离张构造交织格局，盖层线性断裂多是基底断裂的继承性发展产物，火山环状塌陷构造及层间离张构造控制花岗斑岩的侵位(邱爱金，2001)。基底构造控制了矿田北、西部矿集带的产出，基底构造与盖层构造的交汇复合部位控制了矿床的定位，构造旁侧次级构造及裂隙密集带控制矿体的空间产出(魏祥荣等，2006;张鸿等，2009)(图1)。

图1 相山铀矿田地质略图Fig.1 The geological map showing Xiangshan uranium ore field

横涧—岗上英矿床、沙洲矿床位于相山矿田北部，花岗斑岩体是控制铀矿体群产出的主要地质体，岩体内部破碎蚀变岩带、岩体内外接触带、岩体上方火山岩及火山岩岩性界面附近的密集裂隙带是矿体(群)定位的有利空间(图2)，并控制矿体的产状，矿体走向长及倾向延伸一般为数十至数百米，厚度一般为1～5 m。矿床平均品位为0.178%～0.21%。

矿床围岩蚀变具多阶段作用和空间叠加的特点。矿前期发育钠长石化、水云母化蚀变，成矿期蚀变主要有赤铁矿化、绿泥石化、萤石化、碳酸盐化，成矿后主要为碳酸盐化。据与成矿关系最密切、最明显的围岩蚀变划分的矿石类型为:铀—赤铁矿—绿泥石型、铀—萤石—水云母型、铀—赤铁矿型、铀—绿泥石型、铀—萤石型。

主要矿石矿物有沥青铀矿、铀黑、钛铀矿、硅钙铀矿、钙铀云母等，金属矿物有黄铁矿、辉钼矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、赤铁矿、白铁矿、红镍矿等中低温热液标型矿物。矿石中的铀矿物呈斑点状、发丝状、肾状及胶状体，矿石构造主要为脉状、细脉浸染状、巢状。

矿床赋矿花岗斑岩锆石U-Pb法SHRIMP测试年龄为131.2 Ma(邵飞等，2008b)，前人测定的成矿年龄为127～96 Ma。可见，成岩与成矿在时间尺度上是一个相对连续的过程。

2 样品采集与测试

样品采自横涧—岗上英－83 m，－43 m，－3 m中段及沙洲矿床－138 m，－98 m，－58 m，－8 m中段，样品为花岗斑岩(围岩)、蚀变花岗斑岩(近矿围岩)及花岗斑岩矿石，同时采集了相山火山盆地基底变质岩、火山岩系的代表性岩石样品。稀土元素由核工业西北测试中心完成，微量元素由核工业北京地质研究院测试中心完成，C，O同位素由东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室完成。分析结果见表1，2，3。

图2 横涧—岗上英矿床43线剖面示意图Fig.2 Geological section of line No.43 of Hengjiang-Gangshangying deposit

3 地球化学特征

3.1 稀土元素特征

经球粒陨石标准化后发现(用于标准化的球粒陨石数据引自Boynton，1984)，相山矿田火山岩系岩石的稀土配分型式均呈轻稀土富集、较平滑的右倾型，基底片岩与火山岩系的稀土配分曲线形态表现为彼此平行一致的特征，表明相山矿田火山岩系具同源性，火山岩系与陆壳物质具成生联系，其源于陆壳物质的熔融。花岗斑岩矿石总体表现稀土元素含量增高，普遍矿石的稀土配分模式与火山岩系稀土配分模式较类似，重稀土含量增高;富矿石稀土配分模式表现为轻、重稀土均明显增高的锯齿状，其成因可能更为复杂(图3)。

图3 相山矿田岩石、花岗斑岩矿石稀土元素配分型式图Fig.3 REE patterns of granitic porphyry of Xiangshan ore field

相山矿田岩、矿石Eu负异常明显。火山岩系岩石 δEu=0.34～0.55，平均值为0.41，表明火山岩浆在通向地表途中受到高度分馏的结晶作用。花岗斑岩普通矿石 δEu=0.16～0.25，富矿石 δEu=0.06～0.22，矿石强烈Eu亏损的原因，可能是富含F、Cl等挥发分的成矿流体与熔体相互作用(钠长石化)所导致，并且成矿作用过程的温度不大于250℃(王中刚等，1989;别风雷等，2000)。

3.2 微量元素特征

横涧—岗上英矿床和沙洲矿床岩、矿石的微量元素原始地幔标准化分布模式总体相似(图4)。金属矿床的形成是水(流体)—岩石相互作用动力学过程中的产物(张荣华等，2002)，由于研究矿床赋矿围岩化学成分相似，因而推认形成矿床的成矿流体物理化学性质相近、成矿作用过程类似。

微量元素经原始地幔标准化后，矿床围岩(花岗斑岩)及蚀变花岗斑岩的P，Ti，Zn多表现为负异常，矿石中各微量元素均为正异常，尤以U，Th，Mo，Pb，Zr等表现为高正异常。微量元素含量(表2)的直观比较表明，蚀变岩石中各元素含量与围岩大致相当，亲铜元素Pb，Zn在蚀变岩石中略有增高，大离子亲石元素在蚀变岩石中略有降低，沙洲矿床Rb含量自围岩、蚀变岩石至矿石依次降低;矿石中高场强元素Th，P，Zr，Hf及Pb，Zn和亲铁元素Mo均表现为高含量。显然，矿石的形成经历了更为复杂的流体—岩石相互作用，沙洲矿床矿后期流体作用可能导致了Rb的流失;成矿物质U与高场强元素在岩浆期后热液中的富集，为成矿流体演化及成矿作用提供了物质基础，矿石中Mo，Pb，Zn的高含量预示了成矿流体为富含钠质、挥发分(F，Cl，CO2等)的碱性流体，且成矿阶段的温度大致介于200～250℃(刘英俊等，1984)。

图4 横涧—岗上英、沙洲矿床岩、矿石原始地幔标准化微量元素蛛网图Fig.4 The primitive mantle-normalized trace element of Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits

表1 相山矿田岩石、花岗斑岩矿石稀土元素含量表Table 1 REE contents of granitic porphyry of Xiangshan ore field 10－6

表2 横涧—岗上英、沙洲矿床岩、矿石微量元素含量Table 2 Trace elements composition of Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits 10－6

3.3 C，O同位素特征

横涧—岗上英、沙洲矿床近矿蚀变岩石及矿石中的方解石C，O同位素组成见表3。

表3 横涧—岗上英、沙洲矿床碳酸盐的C，O同位素组成Table 3 Carbon and oxygen isotopic composition for carbonate in the Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits ‰

矿床岩、矿石中方解石的 δ13C值为－3.95‰～ －2.52%，平均值为 －3.45‰，落在岩浆成因δ13C值范围(Ohmoto，1972)，岩浆成因碳酸盐中碳进入成矿流体有两种方式，一是热水溶液直接溶滤围岩中的岩浆成因碳酸盐，二是源自地壳深部热变质作用或岩浆分异作用形成的气床中的变质CO2和幔源CO2的向外释放。据矿床与地幔来源火成岩的δ13C值(－5‰±)相近的碳同位素组成，结合前人研究成果(胡瑞忠等，2004;孙占学，2004)，认为横涧—岗上英矿床、沙洲矿床成矿流体中的碳主要来源于地幔。

矿床近矿蚀变岩石中方解石的碳、氧同位素组成较为稳定，其在δ13CPDB-δ18OSMOW图(图5)中落在花岗岩类源区和地幔源区周围，表明成矿流体中的碳源于地幔，矿石的碳、氧同位素组成，可能预示了成矿作用过程中发生了CO2的脱气作用。

4 成矿机制探讨

相山火山盆地区域铀成矿地质条件优越，中生代构造、岩浆活动频繁，岩浆期后热液的演化促成了成矿作用的发生，形成了铀矿化定位于花岗斑岩及上覆的火山熔岩之中的“两层楼”空间结构。斑岩型铀矿成矿机制概述如下:

图5 横涧—岗上英、沙洲矿床方解石δ18OSMOW-δ13CPDB图解Fig.5 The δ18OSMOW-δ13CPDBof calcite in the Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits

相山矿田火山岩系具同源性，系陆壳物质熔融的产物，火山岩浆作用使得相山火山盆地成为区域铀成矿物质的汇聚区(邵飞等，2009)，火山岩浆在通向地表途中发生了高度分馏结晶作用，大规模火山喷溢后，花岗斑岩侵入，最晚期岩浆热液富含U及高场强元素，其与岩石的相互作用形成了广泛发育的矿前期钠长石化、水云母化蚀变，并促成了岩浆热液演化为富含F，Cl，CO2等挥发分的成矿流体，其中CO2组分可能源自地幔，成矿流体在热驱动下向上运移，随着温度、压力、流体成分等物理化学条件的改变，U与HREE，P，Mo，Pb，Th，Zn等于花岗斑岩内、外接触带及岩体侵位正前方、正上方的构造破碎带，不同岩性接触界面等地球化学障沉淀析出，成矿温度一般不超过250℃，CO2脱气作用可能是矿质卸载的机制之一。

5 结论

(1)相山矿田岩石和矿石稀土元素球粒陨石标准化后发现，基底片岩与火山岩系稀土配分曲线形态彼此平行一致，均表现为较平滑、轻稀土富集的右倾型，火山岩系具同源性，并与陆壳物质具成生联系。花岗斑岩矿石重稀土富集，富矿石更富重稀土，表明富矿石可能是多期次成矿作用叠加的产物。

(2)横涧—岗上英、沙洲矿床花岗斑岩及蚀变花岗斑岩的微量元素含量大致相当，矿石中U与高场强元素Th，P，Zr，Hf及亲铜元素Pb，Zn和亲铁元素Mo表现为高含量，说明矿石的形成经历了更为复杂的、多期次的流体—岩石相互作用。

(3)成矿物质U与高场强元素优先富集于岩浆热液中，表明成矿流体由岩浆期后热液演化而成，矿石中HREE，Mo，Pb，Zn的高度富集，说明成矿流体为富钠质、富含F，Cl，CO2等挥发分的流体。

(4)成矿作用过程中有幔源物质的参与，成矿温度大约为200～250℃，CO2脱气作用是矿质卸载机制之一。

别风雷，李胜荣，孙岱生，等.2000.川西呷村黑矿型多金属矿床热液体系稀土元素组成特征［J］.矿物学报，20(3):233-241.

方锡珩.2009.中国火山岩型铀矿的主要地质特征［J］.铀矿地质，25(2):98-104.

胡瑞忠，毕献武，苏文超，等.2004.华南白垩—第三纪地壳拉张与铀成矿的关系［J］.地学前缘，11(1):153-160.

刘英俊，曹励明，李兆麟，等.1984.元素地球化学［M］.北京:科学出版社:157-309.

邱爱金.2001.江西相山铀矿田东西向隐伏构造的发现及其地质意义［J］.地质论评，47(6):637-641.

邵飞，陈晓明，徐恒力，等.2008b.相山铀矿田成矿物质来源探讨［J］.东华理工大学学报:自然科学版，31(1):39-44.

邵飞，徐恒力，邹茂卿.2009.相山铀矿田火山岩浆期后成矿热液系统［J］.铀矿地质，25(3):137-144.

邵飞，邹茂卿，何晓梅，等.2008a.相山矿田斑岩型铀矿成矿作用及深入找矿［J］.铀矿地质，24(6):321-326.

孙占学.2004.相山铀矿田铀源的地球化学证据［J］.矿物学报，24(1):19-24.

王中刚，于学元，赵振华.1989.稀土元素地球化学［M］.北京:科学出版社:88-93.

魏祥荣，林舟可，龙期华，等.2006.江西相山邹家山—石洞断裂带及其控矿作用［J］.铀矿地质，22(5):281-289.

余达淦，吴仁贵，陈培荣.2005.铀资源地质学［M］.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社:171-198.

张鸿，陈正乐，杨农.2009.江西省相山矿田横涧—岗上英矿床构造控矿特征分析［J］.地质力学学报，15(1):36-49.

张荣华，胡书敏，王军，等.2002.长江中下游典型火山岩区水—岩相互作用［M］.北京:中国大地出版社:1-5.

张寿庭，赵鹏大.2011.斑岩型矿床—非传统矿产资源研究的重要对象［J］.地球科学，36(2):247-255.

Armstrong F C.1974.Uranium resources of the future porphyry uranium deposits，formation of uranium ore deposits［R］.International Atomic Energy Agecy，Vienna，625-634.

Chen Z B.1981.“Double mixing”genetic model of uranium deposits in volcanic rocks and relationship between China’s Mesozoic vein-type uranium deposits and Pacific plate tectonics metallogensis of uranium［C］.Proceedings of the 26th IGC，Geoinstitute，Beogard，65-97.

Ohmoto H.1972.Systematics of sulur and carbon isotopes in hydrothermal ore deposits［J］.Econ.Geol.，67:551-578.

Metallogenic Mechanism and Geochemical Characteristics of Porphyry Type Uranium Deposits，Xiangshan Ore Field

SHAO Fei1， FAN Heng2， XIA Fei3， ZOU Mao-qin1， PAN Jia-yong3， HE Dan-dan1
(1.Research Institute No.270，CNNC，Nanchang，JX 330200，China;2.Nanchang Senior Technical School of Nuclear Industry，Nanchang，JX 330200，China;3.Faculty of Earth Science，East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，China)

Most of the uranium deposits in the northern Xiangshan ore field is related with super hypergene granitic porphyry，so they can be classified as porphyry type uranium deposit.Based on analysis of geochemical features of REE，trace elements and carbon and oxygen isotopes in the Hengjian-Gangshangying and Shazhou deposits，sources of uranium metallogenic mechanism are discussed.The study shows that volcanic rock series are homologous，and the product of melting crust.Volcanic magma experiences crystallization of high fractionation during upwelling.Uranium of metallogenic substance and high field strength elements are preferentially enriched in magmatic hydrothermal solution in the latest stage to provide sources for uranium metallogenesis.Interaction between magmatic hydrothermal solution and rocks result in widespread alteration in pre-mineralization，which developed into metallogenic fluid with plentiful volatiles such as F，Cl and CO2etc.High enrichment of HREE，Pb，Zn and Mo in ore indicates that metallogenic temperature is 200～250℃.Feature of carbon and oxygen isotopes shows that mantle substances involved uranium metallogenesis.Degas of CO2is one of release mechanisms of metallogenic substances.Favorable places for release of metallogenic substances are internal and external contact zones of granitic porphyry，front and upward fracture zone of porphyry intrusion and contact of different rocks.

REE;trace element;carbon and oxygen isotopes;porphyritic-type uranium deposit;metallogenic mechanism;Xiangshan ore field

P619.14

A

1674-3504(2011)04-0308-07

邵飞，范衡，夏菲，等.2011.相山矿田斑岩型铀矿床地球化学特征及成矿机制探讨［J］.东华理工大学学报:自然科学版，34(4):308-314. Shao Fei，Fan Heng，Xia Fei，et al.2011.Metallogenic mechanism and geochemical characteristics of porphyry type uranium deposits，Xiangshan ore field［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，34(4):308-314.

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.04.002

2011-07-12; 责任编辑:吴志猛

中国核工业地质局项目“相山矿田斑岩型铀矿成矿作用研究”(270-09-01)

邵 飞(1963—)，男，博士，研究员级高级工程师，主要从事铀矿地质勘查及研究。E-mail:sf270@163.com