诸广岩体南部铀矿区稳定同位素组成及矿床成因分析

卢小亮，祝民强，邬 铁

(东华理工大学，江西 南昌 330013)



诸广岩体南部铀矿区稳定同位素组成及矿床成因分析

卢小亮，祝民强，邬 铁

(东华理工大学，江西 南昌 330013)

诸广岩体南部产出多个大中型铀矿床，笔者通过测定各主要矿床的硫、氢、氧同位素组成，探讨成矿流体和成矿物质来源。研究发现，富矿石中黄铁矿的δ34SCDT值为-17.4‰～-17.9‰，与新鲜辉绿岩中黄铁矿的δ34SCDT值(-0.5‰～-0.2‰)明显不同，表明成矿流体来自幔源的可能性很小。在δD-δ18OH2O图中，所有氢、氧同位素组成特征值均落于地幔水、岩浆水、变质水与大气降水线之间，进一步表明成矿流体来自大气降水。δ13CPDB值为-9.8‰～-4.3‰，显示碳很可能来自花岗岩。上述同位素特征表明，区内与花岗岩有关的脉型铀矿床可能主要由大气降水沿深大断裂循环并萃取围岩(包括花岗岩)中各种成矿元素而形成。

诸广岩体；稳定同位素；成矿流体；成矿物质来源

诸广复式岩体为我国的富铀花岗岩体,其南部更是以产出富铀矿著称[1]。针对该地区铀成矿物质和成矿流体来源问题，前人做了大量的研究工作，取得了一些认识。刘埃平等(1994)认为361矿床成矿热液是大气降水与少量和基性脉岩有关的深源流体混合而成；李田港(1989)等认为201和361矿床从矿前期到成矿期、矿后期，δ18OH2O变化不大，都是负值，以大气降水为主；张彦春(2002)认为粤北花岗岩型铀矿是碱性幔汁成矿；张国全等(2007)认为成矿热液来自地幔去气形成的热液与深部流体的混合。本文结合前人研究成果，测定并分析铀矿床中氢、氧、碳、硫同位素组成，且与相关地质体同位素组成进行对比，进一步探讨区内成矿流体和成矿物质的来源。

1 区域地质特征

诸广山岩体是一个由加里东期、印支期、燕山早期花岗岩和燕山晚期中基性脉岩构成的多期多阶段复式杂岩体，位于南岭东西向构造-岩浆作用带的中东段，闽、赣后加里东隆起与湘、桂、粤北海西-印支坳陷带的接合处。吴川-四会区域深断裂向北延伸通过该区。区内深部构造环境属幔隆与幔凹的过渡区，是地壳中具长期、多次、强烈构造岩浆活动的特殊部位。岩体南部呈巨型岩基产出，处在南岭东西向构造带和万洋山-诸广山南北向构造带的复合部位，大致呈东西向展布，出露面积约2300km2，为骑田岭-诸广山大型东西向岩带的重要组成部分[2]。

区内地层出露较为齐全，除志留系缺失外，从上元古界到第四系均有出露。其中，震旦-奥陶系浅变质砂岩、板岩以及泥盆-石炭系砂岩、碳酸盐岩分布广泛[3]。工作区处在多期、多次岩浆活动的叠置区，岩浆活动十分频繁且活动强度强弱交替。从早到晚中基性和酸性岩浆活动均有发生，但以酸性岩浆活动为主。加里东期、海西期、印支期和燕山期主要岩浆活动时期的不同阶段均有侵入体分布。各期岩体的岩性为不同粒度的黑云母花岗岩、二云母花岗岩、二长花岗岩、云辉二长岩、辉绿岩、煌斑岩，局部地区可见火山岩及火山碎屑岩。区内断裂构造非常发育，按走向可分为北东向、北北东向、近南北向和近东西向4组。广泛分布的深大断裂与铀矿床的形成有着密切的关系，但矿床、矿体的储矿构造通常是连通性更好的次一级构造。区内伴随构造热液活动产生的围岩蚀变种类繁多，主要有硅化、绿泥石化、水(绢)云母化、钠长石化、黄铁矿化、赤铁矿化、碳酸盐化、萤石化等，且具有水平分带性。各个矿床的主要蚀变类型和强度也存在差异，一些特征性的蚀变(如硅化、萤石化、红化和黄铁矿化)成为良好的找矿标志。

图1 诸广岩体南部地区铀矿地质略图Fig.1 Geologic map of southern Zhuguangshan pluton1—寒武系；2—燕山晚期花岗岩；3—燕山早期花岗岩；4—印支期花岗岩；5—海西期花岗岩；6—加里东期花岗岩；7—实测、推测地质界线；8—断裂；9—不整合界线；10—大型铀矿床；11—中型铀矿床；12—小型铀矿床；13—铀矿点；14—铀矿田。

2 样品与分析方法

本次工作采集了10件样品(辉绿岩3件、含矿辉绿岩3件、含矿硅质脉1件以及碎裂岩富矿石3件)用于分析硫同位素组成。硫同位素测试由东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室完成。碎样后在镜下挑出黄铁矿，研磨至200目以下，称取20～100μg粉末样品，在1020℃下氧化释放出SO2，用Flash-EA与MAT-253质谱计联机测试硫同位素组成。分析精度：δ34SCDT≤0.2‰。

3 稳定同位素特征分析

3.1 硫同位素

硫同位素在矿床地球化学研究中应用十分广泛, 常用来指示成矿环境, 示踪成矿物质来源,解释矿床成因[4]。赵凤民(1986)经实验证实,黄铁矿是铀沉淀的重要还原剂[5],且真正起还原作用的是S2-。鉴于华南热液型铀矿床中的铀矿化常与黄铁矿共生这一事实, 弄清硫的来源和变化过程,对全面客观地了解和掌握此类型铀矿床的成矿规律非常必要。

表1 诸广南部铀矿床、矿点硫同位素组成

注:由东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室分析测试。

从表1可以看出，所有样品中黄铁矿的δ34SCDT值均为负值，即富集轻硫同位素。其次，该区域的δ34SCDT值表现出一定的规律性：新鲜辉绿岩的δ34SCDT值接近零值，具有“地幔硫”特征；富矿石的δ34SCDT值为更小的负值(-17‰左右)，表明成矿流体应该贫34S。显然，富矿石的硫同位素组成与辉绿岩明显不同，可以排除其来自地幔的可能性。

以往对该地区的硫同位素研究资料显示：铀矿床中与沥青铀矿伴生的金属矿物主要为黄铁矿，其他硫化物少见，按照Ohmoto(1972)模式计算得到的结果显示，该区黄铁矿的δ34SCDT可以近似代表成矿流体的总硫同位素组成[6-8]。从图2可以看出，成矿热液硫同位素组成范围与幔源硫(-3‰～3‰)明显不同[9-10]。除302矿床外，其他各矿床、矿点的δ34SCDT值基本落在沉积硫和生物硫范围内，可能来自地层中的生物成因硫或者沉积硫。下庄花岗岩中黄铁矿的δ34SCDT值为-10.9‰～-7.1‰(平均为-9.1‰)(胡瑞忠，1988)，比较接近研究区的δ34SCDT值，因而推测诸广南部铀矿床成矿流体中的硫也可能部分源于花岗岩。已有研究也表明，华南花岗岩铀矿床中硫同位素有就地取材现象，即受围岩原岩同位素组成控制(王联魁等，1987)。

图2 诸广岩体南部铀矿床、矿点硫同位素分布图Fig.2 Sulfur isotope distribution of major uranium deposits in southern Zhuguangshan pluton矿床数据来源：①—据李月湘(1995)；②—据罗毅(2002)；③—据王明太(1999)；④—据金景福(1988)；⑤—据胡瑞忠(1988)。

3.2 氢氧同位素

众所周知，成矿流体主要由水组成，而不同来源的水又具有不同的H、O同位素组成。因此，测定矿床中脉石矿物的H、O同位素组成及其形成温度，有可能通过计算获得沉淀出这些矿物的成矿流体的H、O同位素组成，进而推测成矿流体的来源及其在成矿过程中的演化特征[11]。

表2列出了不同期次石英的δ18O值和包裹体的δD值，并根据石英-水同位素分馏方程计算出成矿热液的δ18OH2O值。已知该地区大气水δD=-50‰、δ18OH2O=-7.5‰(张理刚，1989)，岩浆水δD=-80‰～-40‰、δ18OH2O=+5‰～+9‰和地幔流体δD=-90‰～-45‰，δ18OH2O=+6‰～+10‰(Taylor & Sheppard, 1986)。在δ18OH2O-δD图(图3)上，大部分样品的O、H同位素特征值均落在变质水、岩浆水和地幔流体与大气降水的混合区域，仅有两个样品落入初始岩浆水区域，既不属于典型的变质水，也不是幔源流体，又区别于典型的大气水。

考虑到铀矿床大都赋存于诸广山印支-燕山期复式花岗岩体内，岩体的围岩又都是显生宙沉积岩或浅变质岩，成矿时期该地区并未发生大规模的区域变质作用,可以排除变质水参与成矿的可能性。

目前认为，一个大花岗岩岩基固结成岩所需的时间为10～20Ma[12]。361矿床产于印支期花岗岩体(208～215Ma)中，成岩成矿时差很大(沥青铀矿年龄为82～104Ma)；302矿床和201矿床亦是如此，均远远超出了岩浆活动所能影响的最大时限，因而可以排除成矿流体来自岩浆水的可能性。实际上，胡瑞忠(1994)在研究华南花岗岩型铀矿床的赋矿围岩——产铀花岗岩时得出结论认为，不可能存在岩浆分异热液成矿。

蚀变岩石的氧同位素组成是成矿热液来源的灵敏示踪剂，也可作为判断成矿热液来源的有效手段。若成矿流体来源于岩浆水，则蚀变岩石的δ18OH2O值通常高于新鲜岩石的δ18OH2O值；若成矿流体来源于大气降水，则蚀变岩石的δ18OH2O值明显低于新鲜岩石。矿区热液蚀变花岗岩的δ18OH2O值为+3.20‰～+4.77‰(张 爱，2010)，介于当地大气降水的δ18OH2O值(-7.5‰)与区内新鲜花岗岩的δ18O值(10‰)(李献华，1992)之间，属于雨水深循环热液蚀变体系。由以上论述可知，诸广岩体南部铀矿床成矿流体主要由大气降水演化形成。

表2 诸广岩体南部典型铀矿床的氢、氧同位素组成

注:①—据李月湘(1995)；②—据罗 毅(2002)；③—据金景福(1985)。

图3 诸广岩体南部石英-方解石δ18OH2O-δD关系图Fig.3 The δ18OH2O-δD diagram of quartz-calcite in southern Zhuguangshan pluton1—矿前期-201铀矿床；2—成矿期-201铀矿床；3—成矿期-302铀矿床；4—成矿期-361铀矿床；5—矿后期-201铀矿床；6—矿后期-302铀矿床。

3.3 碳同位素

从表3可以看出，201矿床、302矿床的碳同位素组成分别为-9.22‰～-4.56‰和-9.8‰～-4.3‰，均为负值，且极差较小。一般来说，成矿热液中的碳主要有3个可能的来源:地幔碳(-9‰～-3‰)[13]、沉积碳酸盐岩(-3‰～+3‰)以及各类岩石中的有机碳(-30‰～-20‰)[14-15]。赵子福等(2000)计算出中国东南部花岗岩中碳酸盐的碳同位素值，可分成两组:①δ13CPDB值为-27.8‰～-21.6‰，具典型有机碳特征，可能是由有机碳氧化形成;②δ13CPDB值为-9.8‰～-3.1‰，具有典型地幔碳特征，可能代表了花岗岩中的原生地幔碳组分。

如图4所示，单从δ13CPDB值的范围来看，诸广南部主要铀矿床的成矿流体碳同位素值既与该地区花岗岩δ13CPDB值重叠，又与幔源碳的δ13CPDB值相似，所以必须作进一步判断。将碳、氧同位素数据投图，得到δ13CPDB-δ18OSMOW图(图5)，可以看出铀矿床样品的数据点均没有落到地幔碳的范围内，而且从成矿早期到成矿晚期有从原始碳酸盐范围向沉积有机碳范围靠近的趋势，说明随着成矿作用的进行，有沉积有机碳的混入。结合硫、氢、氧同位素特征，笔者推测其成矿流体中的碳来自围岩，即赋矿的花岗岩。

表3 诸广岩体南部典型铀矿床的碳、氧同位素组成

注:①—据李月湘(1995)；②—据罗 毅(2002)；③—据金景福(1985)。

图4 诸广岩体南部主要铀矿床碳同位素分布图Fig.4 Carbon isotope distribution of major uranium deposits in southern Zhuguangshan pluton

4 结论

上述稳定同位素地球化学特征分析表明，诸广岩体南部地区铀矿床成矿流体中的水主要来自于大气降水，碳主要来自围岩花岗岩，硫可能是生物硫、沉积硫和围岩中的硫多源混合而成，这种混合是通过水-岩相互作用实现的。前人的研究结果也表明，该地区花岗岩型铀矿床的铀源由产铀花岗岩提供[16-24]，铅同位素和微量元素均与围岩(花岗岩)有着密切的关系[6,25-26]。由此可以推测，诸广岩体南部地区花岗岩型铀矿的成矿模式应为“热水浸出成矿”，即大气降水循环至深部被加热形成热液流体，在沿断裂上升过程中从产铀花岗岩中浸出铀，含铀热液运移到近地表沉淀形成铀矿床。

图5 诸广岩体南部主要铀矿床方解石δ13CPDB-δ18OH2O图(据Ray J S, 2000)Fig.5 The δ13CPDB vs.δ18OH2O diagram of calcite in major uranium deposits in south zhuguangshan pluton1—成矿早期；2—主成矿期；3—成矿晚期

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(，Continuedonpage88)(，Continuedfrompage72)

Study on the Stable Isotope Composition and Hydrothermal Fluids Origin of Uranium Deposits in Southern Zhuguangshan Pluton

LU Xiao-liang，ZHU Min-qiang，WU Tie

(EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang，Jiangxi330013,China)

Southern Zhuguangshan pluton has produced several large uranium deposit. In this paper, the composition of sulfur, hydrogen and oxygen was studied to discuss the origen of metallogenic fluids and source matterials. The analysis results shew that theδ34SCDTvalues of pyrites from uranium ore vary from -17.4‰ to -17.9‰ which is quite different to that from the diabase ranged from -0.5‰ to -0.2‰. This suggest that sulfur in the mineralizing fluid is unlikely from the mantle . InδD-δ18OH2Odiagram, charater value of hydrogen and oxygen isotopes composition of mineralizing fluid fall into the region between mantle water, magama water, matmophic water and the meteoric water which furthermore indicate the meteoric origen of mineralization fluid. The carbon isotopic composition vary from -9.8‰ to -4.3‰, which suggests that the carbon was derived from the granite. The isotopic feature discussed above, may tell us that the mineralizing fluid in the study area was derived from the meteoric water which run into the deep along the fractures and extracted various kinds of elements from surrounding rock (including granite).

Zhuguangshan pluton；stable isotope；mineralization fluid；metallogenic provenance

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.02.001

2014-06-24 [改回日期]2014-11-18

卢小亮(1988-)，男，东华理工大学硕士研究生，矿床普查与勘探专业。E-mail：382664549@qq.com

1000-0658(2015)02-0065-09

P597+.2,P611

A