相山铀矿田山南矿区稀土元素特征及其地质意义

邵 飞， 许健俊， 何晓梅， 何丹丹， 刘春月

(核工业270研究所，江西 南昌 330200)

相山铀矿田山南矿区稀土元素特征及其地质意义

邵 飞， 许健俊， 何晓梅， 何丹丹， 刘春月

(核工业270研究所，江西 南昌 330200)

对相山铀矿田山南矿区围岩、矿石稀土元素地球化学特征进行了研究。矿区基底片岩∑REE平均值与火山岩系岩石∑REE平均值大致相当，自围岩、普通矿石到富矿石，∑REE不断增高。围岩稀土元素配分模式均呈轻稀土富集的右倾型，火山岩系岩石稀土元素配分模式彼此平行一致，火山岩系具同源性，是同一岩浆房脉动事件的产物。火山岩系围岩及矿石Eu亏损明显，结合稀土组分比值特征及岩、矿石轻、中、重稀土三角图解和LREE/HREE-(Eu/∑REE)×100图解特征，表明火山岩浆在通向地表途中受到高度分馏结晶作用，U及REE富集于岩浆期后热液，为铀成矿提供了物质基础，矿区火山岩系成岩事件与铀成矿事件均是受制于火山岩浆活动的地质事件。成矿流体富含F，Cl，CO2等挥发分，在还原环境下成矿物质卸载，成矿温度可能不大于250℃，富矿石成因更为复杂，可能经历了多期次成矿叠加。

REE;铀矿床;成矿物质来源;铀成矿作用;山南矿区

邵飞，许健俊，何晓梅，等.相山铀矿田山南矿区稀土元素特征及其地质意义［J］.东华理工大学学报：自然科学版，35(3)：223-229.

Shao Fei，Xu Jian-jun，He Xiao-mei，et al.REE characteristics of Shannan deposit district in Xiangshan uranium orefield and its geological significance［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，35(3)：223-229.

相山铀矿田是我国目前最大的火山岩型铀矿田，位于矿田北部的山南矿区由横涧矿床、岗上英矿床和石马山矿床构成，该矿区是矿田内开采时间最长、累计天然铀产量最多的矿区。前人在矿区内做过较多研究工作，在矿床地质、控矿因素、铀矿化空间分布规律及矿床成因等方面取得了许多有价值的研究成果(刘家远，1985;张鸿等，2009;蒋振频等，2008;陈正乐等，2011;吴三亻毛 等，2010;邵飞等，2008;张万良，2001)。但以往的研究工作主要是围绕地质历史演化过程中形成的铀矿这一客观地质事实而开展，没有充分认识到铀成矿作用是源—运—聚链式动力学过程，由此而导致成矿作用的一些关键问题，如成矿物质来源、成矿机理等，众多研究者历来是各持已见，如Chen(1981)认为铀来自原生流体和富铀地层及古老铀矿床的溶解，成矿溶液中的水为岩浆水和岩浆热场导生出来的地下热水体系的混合;范洪海等(2001)认为铀来自富铀基底岩石所形成的深熔岩浆的充分演化释放;杜乐天(2001)认为热液来自幔汁，碱交代岩为矿源岩;胡瑞忠等(2004)认为富含幔源CO2的大气成因地下水热液浸取铀源岩石中的铀而成矿;毛景文等(2005)认为地幔流体在成矿过程中起主导作用。

稀土元素作为地球化学的示踪剂，其包含着极其丰富的地质信息，在成岩成矿物质来源及形成过程、矿床成因和热液演化等方面的研究中发挥了重要作用(王中刚等，1989;邵飞等，2011a)。笔者拟对山南矿区稀土元素地球化学特征进行研究，以便能更好地反映矿区铀成矿作用的实际。

1 矿区地质

矿区内出露的地层主要为火山盆地基底震旦系变质岩，盆地盖层为上侏罗统打鼓顶组和鹅湖岭组中酸性—酸性火山岩，燕山晚期的潜火山岩—花岗斑岩广泛发育，在矿区西部横涧地段出露于地表，9～39勘探线以东的岗上英—石马山地段为走向以NEE为主、向SE侧伏的岩体。矿区位于相山矿田内控制富、大铀矿床产出的NE向邹-石断裂带北段，为此，区内以NE向构造为主，还发育有近EW向、NNW向及近EW向的弧形火山塌陷构造。NE 向构造，走向25°～35°，向 SE 陡倾，倾角70°～80°;近 EW 向构造，走向 270°～290°，倾角 70°～80°;火山塌陷构造表现形式为不同的火山岩岩性界面附近岩石破碎、网状裂隙发育(图1)。

图1 山南矿区地质略图Fig.1 The geological map of Shannan deposit district

矿区内业已探明的横涧、岗上英和石马山矿床，前人按赋矿主岩将其划归为次火山岩亚型和火山熔岩亚型铀矿床，即横涧、岗上英矿床主要赋矿围岩为花岗斑岩及其外接触带的火山岩、基底片岩;石马山矿床赋矿围岩为鹅湖岭组碎斑熔岩。铀矿体呈脉状、透镜状产出，定位于花岗斑岩内外接触带、斑岩体形态变异部位、斑岩体正上方或其侵位方向前方火山岩的裂隙密集带(图2，3)。矿区内三个铀矿床在时间上、空间上和成因上与超浅成侵入相的花岗斑岩密切相关，其成因可归属为斑岩型铀矿床(邵飞等，2008;张寿庭等，2011)。

矿区内围岩蚀变强烈，发育有矿前期的钠长石化，成矿期的赤铁矿化、绿泥石化、萤石化、水云母化、黄铁矿化、碳酸盐化及矿后期的碳酸盐化。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、铀-赤铁矿-绿泥石、铀-萤石-水云母型。主要矿石矿物为沥青铀矿，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，金属矿物为中低温热液矿床典型矿物-黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿等(邵飞等，2011b)。

2 样品采集与测试

样品采自山南矿区铀矿接替资源勘查钻孔，样品包括赋矿围岩、普通矿石及较高品位(U＞0.2%)的富矿石。REE含量用日本岛津ICPS-7500型扫描式等离子体光谱仪测定，U含量用日本岛津UV-2401PC紫外分光光度计测定。分析测试工作由核工业203研究所分析测试中心完成。

3 岩、矿石稀土元素地球化学特征

3.1 稀土元素总量(∑REE)

矿区岩、矿石稀土元素测试结果见表1，相关计算结果见表2。

表1 相山矿田山南矿区围岩、矿石稀土元素含量Table 1 REE contents of rocks and ores in Shannan mining district of Xiangshan orefield ×10－6

表2 相山铀矿田山南矿区岩矿石稀土元素地球化学参数Table 2 REE geochemical parameters of rocks and ores in Shannan mining district of Xiangshan uranium orefield

基底片岩∑REE 为182.41×10－6～199.52×10－6，平均值为 190.97 × 10－6;火山岩系岩石∑REE为114.32 ×10－6～263.87 ×10－6，平均值为185.21 ×10－6。矿石的∑REE 为 179.47 ×10－6～521.17 ×10－6，平均值为 309.61 ×10－6，其中普通矿石∑REE 平均值为222.95×10－6，3个富矿石的∑REE 平均值为454.05 ×10－6。

分析结果表明，火山岩系∑REE与基底片岩中∑REE相当，矿石中∑REE明显高于岩石，尤其是富矿石中∑REE约是岩石的2.4倍。

3.2 稀土元素配分模式

经球粒陨石标准化后发现，矿区基底片岩及火山岩系岩石的稀土配分模式类似，均表现为Eu亏损的轻稀土富集右倾型，火山岩系不同岩性中的稀土配分曲线具彼此平行一致的特征;普通矿石稀土配分模式总体与岩石稀土配分模式类似，表现为Eu亏损的轻稀土富集、重稀土较平坦的分布曲线特征;富矿石稀土配分模式表现为轻、重稀土两侧相对对称、重稀土明显富集的较平滑的海鸥型(图4)。

3.3 稀土元素地球化学参数

3.3.1 稀土组分比值特征

图4 相山矿田山南矿区围岩、矿石稀土元素配分型式图Fig.4 REE patterns of rocks and ores in Shannan mining area of Xiangshan orefield

LREE/HREE是反映轻、重稀土分异程度的指标，岩石源区不同，该比值也不同。基底片岩LREE/HREE平均值为 7.84，火山岩系 LREE/HREE平均值为7.16，普通矿石LREE/HREE平均值为5.15，富矿石中 LREE/HREE平均值为2.46。可见，基底片岩与火山岩系岩石中LREE/HREE比值接近，矿石中HREE富集，尤其是富矿石HREE明显富集。

轻、重稀土组分比值(La/Y，La/Yb)反映稀土元素碱性强度，比值越大，碱性度越强。基底片岩及火山岩系岩石中La/Y，La/Yb平均比值大致相当，分别为 1.53，1.37，14.94，13.54;普通矿石 La/Y及La/Yb平均比值较岩石明显降低，其比值分别为1.03，8.32;富矿石的 La/Y 及 La/Yb 平均比值最小，分别为0.38，2.64。La/Y 及 La/Yb 比值在一定程度上也反映轻、重稀土的分馏程度，因而它们与LREE/HREE有相似的起落变化(谢树成等，1997)。

稀土组分Sm/Nd比值是划分岩石类型、讨论成矿物质来源的重要参数。矿区基底片岩和火山岩系岩石的Sm/Nd平均比值接近，两者分别为0.18，0.20，均落入沉积岩 Sm/Nd 比值(0.142 ～0.217)内。普通矿石 Sm/Nd平均比值为0.21，富矿石Sm/Nd平均比值为0.23。可见，矿石Sm/Nd比值总体与岩石相当，但富矿石Sm/Nd比值略有增高。

稀土元素中 Ce，Pr，Tb，Dy易呈 +4 价，而 Sm，Eu，Tm，Yb易呈 +2价，因此，(Sm+Eu+Tm+Yb)N/(Ce+Pr+Tb+Dy)N比值可以反映成岩、成矿时氧化还原状态的变化(乔海明等，2011)。基底片岩与火山岩系岩石中该比值的平均值均为0.41，普通矿石中平均比值为0.53，富矿石中平均比值达1.13。可见，该比值可以明显区别出岩、矿石，成矿环境还原程度较高。

3.3.2 Ce，Eu 异常

矿区内基底片岩、火山岩系岩石、普通矿石及富矿石的 δCe 平均值分别为:0.86，0.86，0.84 及0.85，均显示弱的负异常，符合一般情况下火成岩不出现Ce异常的普遍特征。

基底片岩δEu值为0.64，表现为中等亏损，与大陆地壳δEu值(0.65)接近;火山岩系岩石δEu值为0.07 ～ 0.43，平均值为 0.25，表现为强烈亏损;普通矿石和富矿石的δEu值大致相当，其平均值分别为0.42和0.45，显示中等亏损特征(张国玉等，2006;张婷婷等，2009)。

3.3.3 稀土元素地球化学参数图解

稀土元素是一个地球化学性质相似的“元素组”，图解法可以清晰地展示稀土元素之间的地球化学关系，有助于对金属矿床成矿流体及其演化进行研究。

在轻、中、重稀土三角图解(图5)中可以看出，岩石和普通矿石的投影点相对集中，靠近∑La-Nd端，富矿石的中、重稀土含量相应增加，从岩石到矿石的稀土含量变化趋势总体表现为中、重稀土含量增加。

LREE/HREE-(Eu/∑REE)×100图解(图6)中，基底片岩投影点区域相对独立，火山岩系岩石与普通矿石投影点存在重叠域，富矿石与普通矿石投影点也存在重叠域。

4 稀土元素的地质意义

4.1 REE对成岩物质来源的指示

矿区内基底片岩∑REE及基底片岩、火山岩系岩石的Sm/Nd比值特征表明，基底及火山岩系岩石的源岩均为沉积岩。

基底片岩与火山岩系REE相似的配分模式，表明了火山岩系与陆壳物质具成生联系，火山岩系主要由深部古陆壳物质的深熔作用所形成。火山岩与潜火山岩彼此平行一致的REE配分模式，说明其具同源性，是同一岩浆房脉动事件的产物。

4.2 REE对铀成矿物质来源的指示

稀土元素具有重要的指示作用，可以判断矿床成因及成矿物质来源(李永峰等，2005)。普通矿石与火山岩系岩石具有相似的稀土配分模式;在岩、矿石轻、中、重稀土三角图解中，普通矿石与火山岩系岩石的投影点相对集中于同一区域;LREE/HREE-(Eu/∑REE)×100图解中，普通矿石与火山岩系岩石的投影点区域存在叠加域。据此，认为山南矿区火山岩系成岩事件和铀成矿事件是密切相关的地质事件，它们均是火山岩浆活动的产物。

火山岩系岩石Eu强烈亏损，表明火山岩浆在通向地表途中受到高度分馏的结晶作用(王昊，2011;Campbell，et al.1985)，不相容元素 U 优先富集于岩浆演化晚期热液之中，岩浆期后热液为铀成矿提供了物质基础，矿石中∑REE的明显增加，亦为此推论提供了证据(邵飞等，2009)。

4.3 REE对铀成矿作用的指示

金属矿床的形成是流体-岩石相互作用的产物，山南矿区流体-岩石相互作用造就了铀成矿过程，岩浆期后热液与熔体、岩石的相互作用，使得矿区内蚀变广泛发育而强烈，并促使岩浆期后热液向富含U及REE、尤其是HREE的成矿流体演化。

鉴于山南矿区矿石HREE富集及Eu亏损，(Sm+Eu+Tm+Yb)N/(Ce+Pr+Tb+Dy)N比值特征表明，成矿环境还原程度较高，也正是这种还原环境促使U自成矿流体中析出。

值得指出的是，富矿石REE配分型式独特;在轻、中、重稀土三角图解中富矿石投影点区域相对独立;在LREE/HREE-(Eu/∑REE)×100图解中，富矿石投影点区域与普通矿石投影点区域有重叠域、但相对独立，说明富矿石的成因更为复杂，可能是多期次成矿作用叠加的产物。

5 结论

(1)山南矿区基底片岩与火山岩系岩石∑REE大致相当，矿石∑REE、尤其是富矿石的∑REE明显增高。岩石稀土配分模式类似，火山岩系岩石稀土配分模式具彼此平行一致的特征。矿区内基底片岩和火山岩系岩石的源岩均为沉积岩，火山岩系岩石是同一岩浆房脉动事件的产物。

(2)围岩、矿石稀土元素地球化学参数及图解表明，矿区内火山岩系岩石的成岩事件与铀成矿事件是密切相关的地质事件，它们均是火山岩浆活动的产物。

(3)火山岩系岩石Eu强烈亏损，火山岩浆在通向地表途中发生了高度分馏的结晶作用，不相容元素U及REE在岩浆期后热液中富集，为铀成矿提供了物质基础。

(4)富矿石的成因更为复杂，可能是多期次成矿叠加作用的产物。

陈正乐，杨农，王平安，等.2011.江西临川地区相山铀矿田构造应力场分析［J］.地质通报，30(4):514-531.

杜乐天.2001.中国热液铀矿基本成矿规律和一般热液成矿学［M］.北京:原子能出版社:1-200.

范洪海，凌洪飞，王德滋，等.2001.江西相山铀矿田成矿物质来源的 Nd、Sr、Pb同位素证据［J］.高校地质学报，7(2):139-145.

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.

蒋振频，吴雅梅，董永杰，等.2008.相山铀矿田变质基底的变质作用期次［J］.铀矿地质，24(1):32-37.

李永峰，毛景文，胡华斌，等.2005.东秦岭钼矿类型、特征、成矿时代及其地球动力学背景［J］.矿床地质，24(3):292-304.

刘家远.1985.相山岩体——一个壳源花岗质浅成侵入火山杂岩体［J］.地球化学，(2):142-149.

毛景文，李晓峰，张荣华，等.2005.深部流体成矿系统［M］.北京:中国大地出版社:199-206.

乔海明，闫周让，章金彪，等.2011.吐哈盆地十红滩铀矿床稀土元素地球化学特征浅析［J］.地质论评，57(1):73-80.

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):137-143.

邵飞，邹茂卿，何晓梅，等.2008.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.

邵飞，范衡，夏菲，等.2011a.相山矿田斑岩型铀矿床地球化学特征基成矿机制探讨［J］.东华理工大学学报:自然科学版，34(4):308-314.

邵飞，余西垂，吴三亻毛，等.2011b.模型找矿在相山矿田山南矿区接替资源勘查中的应用［J］.东华理工大学学报:自然科学版，34(1):41-45.

王昊.2011.河南银洞沟银多金属矿床地球化学特征与成矿机理初探［J］.地质与勘探，47(2):222-229.

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:1-93.

吴三亻毛，邵飞，唐相生.2010.相山矿田山南铀矿区富矿体空间分布规律及其找矿方向［J］.铀矿治，29(2):105-108.

谢树成，殷鸿福.1997.生物—有机质—流体成矿系统:以南京栖霞山铅锌银锰多金属矿床为例［M］.武汉:中国地质大学出版社:28-39.

张国玉，王正其，梁良.2006.相山、下庄铀矿田稀土元素特征对比［J］.矿物岩石，26(1):64-68.

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):247-254.

张婷婷，双宝，陈智敏.2009.云南个旧锡铜多金属矿集区稀土元素分布特征［J］.地球科学与环境学报，31(2):148-152.

张万良.2001.相山铀矿田横涧矿床的成因归属［J］.地质论评，47(4):377-382.

Campbell I H，Turner J S.1985.Turbulent mixing between fluids with different viscosities［J］.Nature，313:39-42.

Chen Zhaobo.1981.“Double mixing”genetic molel of uranium deposits in volcanic rocks and relationship between China’s Mesozoic veintype uranium deposits and Pacific plate tectonics，Metallogensis of U-ranium［C］//Proceedings of the 26th 1GC，Geoinstitute，Beogard:65-97.

REE Characteristics of Shannan Deposit District in Xiangshan Uranium Orefield and Its Geological Significance

SHAO Fei， XU Jian-jun， HE Xiao-mei， HE Dan-dan， LIU Chun-yue
(Research Institute No.270，CNNC，Nanchang，JX 330200，China)

REE geochemical characteristics of rock and ore are studied in Shannan deposit district of Xiangshan Uranium orefield.The mean values of∑REE of both basement schist and volcanic rock are approximately equal.∑REE gradually increases from rock，common ore to bonanza.REE distribution patterns of rocks are right declined type to light REE.REE distribution patterns of volcanic rock series are parallel and concordant，the volcanic rock series are homologous，and products of pulsating events of same magma chamber.Eu depletes remarkably in volcanic rock series and ores.On its way to surface，magma underwent high fractionation and crystallization，based on feature of REE component ratio，triangle diagram of light medium and heavy REE，and diagram of LREE/HREE-(Eu/∑REE)×100.U and REE enriched in hydrothermal solution of post-magmatism to provide substances for uranium metallogenesis.Both diagenesis of volcanic rock series and uranium metallogenesis in the mining district are constrained by volcano-magmatism.Metallogenic fluid is rich in volatiles，such as F，Cl，CO2etc.Metallogenic substances are unloaded in reduction environment.Metallogenic temperature is probably less than 250℃.Genesis of bonanza is more complicated and likely superimposed by multi-metallogenesis.

REE;uranium deposit;source of metallogenic substances;uranium metallogenesis;Shannan deposit district

P619.14

A

1674-3504(2012)03-0223-07

10.3969/j.issn.1674-3504.2012.03.004

2012-03-13 责任编辑:吴志猛

江西省乐安县山南铀矿接替资源勘查(200436009);江西省乐安县相山铀矿田横涧矿区接替资源勘查与资源潜力预测研究(200698)

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