粤北花岗岩型铀矿黄铁矿地球化学特征及对成矿流体的指示作用

祁家明,罗春梧,黄国龙,曹豪杰,许丽丽

(1.核工业290研究所，广东 韶关512026；2.中核韶关金宏铀业有限公司，广东 韶关 512027)



粤北花岗岩型铀矿黄铁矿地球化学特征及对成矿流体的指示作用

祁家明1,罗春梧2,黄国龙1,曹豪杰1,许丽丽1

(1.核工业290研究所，广东 韶关512026；2.中核韶关金宏铀业有限公司，广东 韶关 512027)

文章从粤北诸广南部岩体内棉花坑、东坑等典型富铀矿床成矿期黄铁矿Pb同位素及微量元素着手，对富铀矿成矿流体性质及物质来源进行了研究，结果表明：成矿期黄铁矿206Pb/204Pb为20.02～60.88，207Pb/204Pb为15.80～17.70，显示成矿流体具有放射性成因铅富集的特点，成矿物质来源于富铀岩体；同时，黄铁矿中异常富集U、Pb等元素，∑REE含量低，富集HREE及部分LREE，亏损La、Nd；高场强及过渡族元素变化较大，Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho、Hf/Sm等比值显示两矿床的成矿流体具有不同性质，且均受到不同来源热液体系的混染。

花岗岩；铀矿；Pb同位素；微量元素；成矿流体

1 前言

粤北地区是我国花岗岩型铀矿重要产地，区内铀矿床主要分布于诸广与贵东两个印支-燕山期复式花岗岩体内。前人对该区进行了大量的找矿勘探及地质研究工作[1-7]，且近年来对该区的勘查工作中发现有特富铀矿的存在(矿石品位大于1%)。本文以此为契机，重新以含特富铀矿石的棉花坑、东坑等粤北典型富铀矿床为研究对象，对其成矿期黄铁矿铅同位素及微量元素组成及赋存状态进行研究，探讨成矿流体特征及物质来源，以期查明区内富铀矿床的成因，对扩大找矿远景有所裨益。

2 地质背景

2.1 棉花坑(302)铀矿床

棉花坑铀矿床(硅化带型)位于诸广岩体东部由NE向棉花坑断裂和NW向油洞断裂所夹持的区域内(图1)。铀矿体主要呈似脉状、扁豆状或透镜状产于上述夹持区域中的断裂蚀变带内。铀矿化垂幅大，自地表(海拔500 m左右)至深部(海拔-647 m)均见有工业铀矿体分布。矿石成分相对简单，矿石矿物以沥青铀矿为主，呈肾状、葡萄状、皮壳状、分散球粒状等形式产出。与沥青铀矿伴生的金属矿物主要是黄铁矿，其次为赤铁矿和少量的方铅矿等。脉石矿物有微晶石英、萤石、方解石和少量绿泥石、绢云母等。围岩蚀变相当发育，与铀矿化紧密伴生的蚀变主要是硅化、赤铁矿化、黄铁矿化及紫黑色萤石化。成矿温度主要介于250～150℃[8]。沥青铀矿Sm-Nd等时线年龄为70±11Ma[9]。

图1 粤北诸广南部岩体铀矿床分布地质简图Fig.1 Geological sketch map of uranium deposit in south Zhuguang pluton1—燕山晚期花岗岩;2—燕山早期第3阶段花岗岩;3—燕山早期第2阶段花岗岩;4—燕山早期第1阶段花岗岩;5—印支晚期第3阶段花岗岩;6—印支期第2阶段花岗岩;7—印支期第1阶段花岗岩;8—海西中期花岗岩;9—加里东早期片麻状、眼球状花岗岩;10—中基性岩脉;11—断裂构造;12—铀矿床及其编号。

2.2 东坑(361)铀矿床

东坑铀矿床(断裂带型)产于诸广岩体东部成矿前期强烈挤压、成矿期张开的烟筒岭断裂走向角度较大的地段(图1)，铀矿体赋存在该断裂构造下盘呈弧形向上盘突出的部位，矿体上盘由矿前糜棱岩屏蔽，下盘由细粒二云母花岗岩圈围，沿两种岩性接触界面发育张性角砾岩；在743 m标高以下还有一条北东东向的中-基性岩脉，783 m标高则有一条次级硅化带与主带相交。矿石成分相对简单，矿石矿物以沥青铀矿为主，呈肾状、葡萄状等产出，伴生金属矿物为黄铁矿及少量黄铜矿、赤铁矿等，脉石矿物为石英、玉髓、长石、萤石及少量方解石。围岩蚀变广泛发育，与矿化相关的有白云母化、钠长石化和沿断裂带分布的绿泥石化、硅化、黄铁矿化、赤铁矿化等。沥青铀矿年龄为82～104Ma[10]。

3 样品及分析方法

用于Pb同位素及微量元素分析的黄铁矿采自棉花坑、东坑等富铀矿床。棉花坑铀矿床的黄铁矿发育于红色含矿微晶石英中(图2a)，东坑铀矿床的黄铁矿发育于成矿期紫色萤石中(图2b)。将样品清洗干净，粉碎至60～80目，通过人工重砂法从中分离出黄铁矿，再在双目镜下挑选出黄铁矿单矿物，使其纯度达到99%。将挑选好的黄铁矿样品送往南京大学内生金属矿床成矿机制国家重点实验室完成Pb同位素及微量元素分析，所用仪器分别为MAT262与HR-ICP-MS。Pb同位素分析结果见表1，微量及稀土元素分析结果见表2。

4 结果及讨论

4.1 黄铁矿Pb同位素特征

大量研究表明，无论矿床中的铀来自地层岩石还是其它地质体，热液作用产物的Pb同位素组成应当与其源区的Pb同位素呈线性关系(吴开兴，2004)。从粤北典型富铀矿床成矿期黄铁矿Pb同位素的分析结果来看(表1)，黄铁矿的Pb同位素组成变化明显。其中，棉花坑矿床206Pb/204Pb为25.07～62.40，207Pb/204Pb为16.03～17.77，208Pb/204Pb为39.32～39.30；东坑矿床206Pb/204Pb为20.66～23.70，207Pb/204Pb为15.83～15.98，208Pb/204Pb为39.12～39.22。它们的一个共同特征是放射性成因铅比值206Pb/204Pb和207Pb/204Pb高且变化明显，而比值208Pb/204Pb非常稳定，接近于花岗岩的正常值。

图2 富铀矿成矿期黄铁矿显微特征Fig.2 Micro-photograph showing the ore-forming phase pyrites in rich uranium deposits(a)—棉花坑铀矿床，黄铁矿呈浸染状发育于富矿红色微晶石英中，自形、半自形粒状结构，可见褐铁矿交代；(b)—东坑铀矿床，黄铁矿呈浸染状发育于成矿期紫黑色萤石中，自形、半自形粒状结构。Py—黄铁矿；Lim—褐铁矿；Q—石英；F—萤石(反射光，10×8)。

铀矿床名称样品编号U(×10-6)Th(×10-6)Pb(×10-6)206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb(206Pb/204Pb)i(207Pb/204Pb)i(208Pb/204Pb)i棉花坑矿床F393⁃198768—303814250716033932247816023932F1604179943—153967624017773930608817703930东坑矿床F361⁃235335—18596237015983922214715873922F361⁃15965—10614206615833912200215803912

注:—表示低于检测限，棉花坑、东坑矿床的Pb同位素组成初始值分别按t=70、95Ma进行校正。

表2 棉花坑、东坑铀矿床成矿期黄铁矿微量元素含量(×10-6)

续表2

由于矿床中黄铁矿的铀含量较高(最高达1799×10-6)，因而只有在对放射性成因Pb进行校正、获得成矿流体初始铅同位素组成的基础上，才能讨论成矿流体中铅的来源。由表1可见，根据ICP-MS方法测定的U、Th、Pb含量进行校正后的(206Pb/204Pb)i和(207Pb/204Pb)i值分别为20.02～60.88和15.80～17.70，仍然很高。在Holmes-Houtermans图上，数据点都位于零等时线右侧(图3)，表明它们的高放射性成因铅含量高，反映成矿流体中的铅主要来源于富铀的地质体。

由图4可以看出，棉花坑及东坑矿床的Pb同位素组成与诸广岩体[(206Pb/204Pb为18.29～18.81、207Pb/204Pb为15.62～16.69)(据王健芳等，1989)]和南岭地区基底变质岩[(206Pb/204Pb为18.12～23.75、207Pb/204Pb为15.47～16.20)(据张理刚等，1994)]的Pb同位素组成呈明显的线性排列，显示矿床中的Pb具有混合来源特征[11,12]。鉴于矿床的Pb同位素组成都位于基底变质岩区域，因此成矿流体中的铅主要来源于基底变质岩，可能有部分来源于诸广岩体。成矿流体从深部向上运移过程中，可以从基底变质岩中浸取部分Pb。实验研究已经证实，岩石中的放射性成因铅易被淋取并进入成矿流体[13]。

图3 富铀矿床成矿期黄铁矿Holmes-Houtemans图Fig.3 Holmes-Houtemans diagram for Pb isotope of metallogenic pyrite in high grade uranium deposits

图4 各富铀矿床Pb同位素构造模式图Fig.4 Diagram of Pb isotopic composition of pyrite in high grade uranium deposits1—基底变质岩；2—诸广岩体各富铀矿床；3—黄铁矿初始铅；4—黄铁矿初始铅呈线性分布。

4.2 黄铁矿地球化学特征

4.2.1 微量元素

从表2可以看出，成矿期黄铁矿中U、Pb的含量特别高，而其它微量元素的含量较低。其中，棉花坑矿床的Pb含量为(1539.67～3038.14)×10-6，U含量为(987.68 ～1799.43)×10-6；东坑矿床的Pb含量为(109.19 ～185.96)×10-6，U含量为(91.36～353.35)×10-6；两矿床黄铁矿中未检测出Th的含量。从表1可以看出，208Pb/204Pb值均在正常范围内，说明成矿流体中Th含量确实较低。黄铁矿富集U、Pb等元素可能与其晶型有关，U6+(7.3×10-11m)、Pb4+(7.7×10-11m)半径与Fe2+(7.8×10-11m)半径相近，U、Pb最有可能以类质同像的方式进入到黄铁矿晶格之中，因而黄铁矿的形成与铀成矿关系密切。

从微量元素蛛网图(图5a)可见，除U、Pb富集之外，其余元素均出现不同程度亏损，这与黄铁矿的晶体结构有关。Cs、Ba、Sr、Pb、U等大离子亲石元素以及Ta、Nb等高场强元素在各样品间的分布特征大致相同，在图5a上表现出较为整齐的曲线；而Zr、Hf等高场强元素以及Sc、Co、Cr、Ni等过渡族元素在各样品间的含量差异明显，在图5a上呈无规律分布，说明成矿过程中热液体系曾受到干扰。

成矿期黄铁矿的微量元素含量及比值变化主要受控于黄铁矿结晶时的物理化学条件，因成矿流体的不同而发生变化[14]。Co、Ni等元素的原子半径与Fe相近，所以这两种元素易于进入黄铁矿晶格。一般情况下，Co/Ni值越大，矿物的形成温度越高[15,16]。粤北富铀矿床中黄铁矿的Co/Ni值为0～ 2.10(平均值为0.88，表2)，说明成矿温度均不高，这与包裹体研究结果一致[10,17]。同时，Co、Ni的含量均较低且分布不均匀，说明黄铁矿从成矿流体中结晶时经历了物理化学条件的波动，可能是不同来源的成矿流体脉动式加入的结果[18]。再者，黄铁矿中Ni[(0～4.95)×10-6]、Co[(0～10.41)×10-6]含量与诸广岩体的平均值(Ni为 7.04×10-6、Co为3.00×10-6)(据朱 捌，2010)较为相似，表明Ni、Co可能主要来源于花岗岩体[19]。

Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素在同一流体中保持稳定，不易受到变质、风化作用的影响，但当体系受到干扰时，如发生不同来源热液混合或交代作用时，就会发生明显分异，表现为不同样品间同一元素含量变化较大[20]。该区富铀矿床黄铁矿的Zr/Hf值(5.00～44.90)变化较大，而Nb/Ta值(4.52～7.84)变化较小，说明成矿流体受到过不同来源流体的影响。这与棉花坑、东坑等矿床成矿期成矿热液由地幔流体与少量大气降水相混合的观点相吻合[7,10]。

4.2.2 稀土元素

从表2可以看出，棉花坑及东坑铀矿床中黄铁矿的稀土元素含量均比较低。其中棉花坑矿床∑REE为(5.70～9.52)×10-6，LREE为(2.83～3.32)×10-6，HREE为(2.38～6.69)×10-6；东坑矿床的∑REE为(1.10～2.91)×10-6，LREE为(0.37～1.90)×10-6，HREE为(0.74～1.10)×10-6。两个矿床黄铁矿的稀土含量存在差异，东坑矿床中黄铁矿的稀土总体偏低，而黄铁矿的δEu和δCe值则大致相同。棉花坑矿床δEu值为0.30～0.36，δCe值为1.14～1.42；东坑矿床δEu为值0.22～0.44，δCe值为0.92～1.36，这说明两个矿床的黄铁矿具有相同的形成环境，即都形成于强还原环境。

由图5b可以看出，两个矿床黄铁矿稀土元素的分布模式大致相同，略呈左倾斜，说明它们具有相同的物质来源。黄铁矿富集重稀土元素，且含量分布均匀；轻稀土元素亏损轻微，但La、Nd亏损明显，且元素间的含量相差较大； Eu负异常明显。上述分布特征与黄铁矿选择性吸收轻、重稀土元素有关。因为LREE的离子半径为(10.3～9.5)×10-11m，而HREE的离子半径(9.4～8.6)×10-11m与Fe2+半径7.8×10-11m更为接近，因此在黄铁矿形成时，重稀土优先以类质同像形式进入其晶格，而轻稀土则选择性地进入晶格或以包裹体形式存在于黄铁矿中。

5 结论

通过对粤北诸广岩体棉花坑与东坑两个花岗岩型富铀矿床成矿物质来源的研究，可得出如下结论：

(1)成矿期黄铁矿的(206Pb/204Pb)i值为20.02～60.88，(207Pb/204Pb)i值为15.80～17.70，显于其放射性成因铅含量偏高，反映矿床中的铅主要来源于赋矿花岗岩体。

(2)黄铁矿中异常富集U、Pb等元素，表明成矿流体的U、Pb含量高；Co/Ni值表明富矿形成于中低温环境，Co、Ni含量与花岗岩体类似；高场强与过渡族元素变化较大，Nb/Ta、Zr/Hf值异常，表明成矿流体受到不同热液体系干扰。

(3)铀矿床中黄铁矿∑REE含量很低，且富集HREE与部分LREE，但亏损La、Nd、Eu等LREE；棉花坑矿床Y/Ho值更接近诸广岩体及变质岩的值，东坑矿床由于成矿流体富F而与岩石发生水-岩反应，使Y/Ho值变小；Nb/La、Hf/Sm等值异常，也表明不同热液体系的混合，改变了成矿流体性质。

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Geochemical Character of Pyrite and Its Tracing Effects to Ore-forming Fluid for Granite Type Uranium Deposit in North Guangdong

QI Jia-ming1, LUO Chun-wu2, HUANG Guo-long1, CAO Hao-jie1, XU Li-li1

(1.ResearchInstituteNo.290,CNNC,Shaoguan,Guangdong512026,China; 2.JinhongUraniumCo.,Ltd.,CNNC,Shaoguan,Guandong512027,China)

High grade granite type uranium deposits has been found in north Guangdong. Pb isotope and trace elements of pyrite in Mianhuakeng and Dongkeng deposit were studied as the cases.Ratio of206Pb/204Pb of pyrite in the deposits was 20.02～60.88 and207Pb/204Pb was 15.80～17.70, which indicate that ore-forming fluid is with radioactive Pb and originated from uranium rich granite.The pyrite was abnormally riched in U & Pb, low in total REE but enrich in HREE and some LREE, depleted in La, Nd.Ratio of Zr/Hf, Nb/Ta, Y/Ho, Hf/Sm，which shows that the two deposits have different kind ore-forming fluid and mixed by different source hydrothermal system.

granite; uranium deposit;Pb-isotope; trace element; ore-forming fluid

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.02.002

中国地质调查局“全国铀矿资源调查”项目(编号：1212011220781)、国家科技支撑计划项目(编号：2011BAB04B07)及中国核工业地质局生产中科研项目(编号：201369)等联合资助。

2014-02-11 [改回日期]2014-08-19

祁家明(1987—)男，硕士，助理工程师，2013年毕业于成都理工大学矿床地球化学专业，目前主要从事铀矿勘查及地质科研。E-mail：jiaming＿qi@126.com

1000-0658(2015)02-0073-08

P611

A