青海海德乌拉地区火山岩型铀矿含矿主岩地球化学及铀矿化特征研究

2021-07-30李彦强段建华戴佳文王凯兴

铀矿地质 2021年4期

李彦强，段建华，戴佳文，王凯兴

（1.青海省核工业地质局，青海西宁 810016；2.东华理工大学地球科学学院，江西南昌 330013）

全球范围内，火山岩型铀矿床主要分布在环太平洋构造域和欧亚古生代巨型褶皱造山带内，我国境内主要分布在东部赣杭铀成矿带和北部沽源-红山子铀成矿带，西部地区虽然也有此类矿床，如新疆白杨河铀-铍矿床，但与西北广泛发育的古生代火山岩浆活动很不匹配。近年来，青海省核工业地质局在东昆仑造山带海德乌拉地区火山岩中发现了独立铀矿化（铀矿平均品位为0.038%～1.31%），为我国西北地区寻找火山岩型铀矿提供了新的线索。为此，本文希望通过对该铀矿化及其赋存岩石地球化学特征的研究，为该区铀矿勘查提供思路。

1 区域地质背景

1.1 大地构造位置

东昆仑造山带位于青藏高原的北部，南邻巴彦哈尔地块，北接柴达木盆地，其西端被北东东向阿尔金大型走滑断裂带所斜切（图1a）。大地构造位置处于古亚洲构造域与特提斯构造域叠合部位，是中国大陆巨型构造带——中央造山带的重要组成部分［1］。东昆仑造山带内元古宙、显生宙地层发育较为齐全［2］，由老到新主要发育古元古代金水口岩群片麻岩、片岩及大理岩等中高级变质岩系，中-新元古代万保沟群和冰沟群碎屑岩、火山岩及碳酸盐岩等浅变质岩系，寒武-奥陶纪滩间山群变碎屑岩、变火山岩夹生物碎屑岩等浅变质岩系，奥陶纪-志留纪纳赤台群玄武质安山岩、英安岩、流纹岩、火山碎屑岩和浊积岩与少量灰岩互层。泥盆纪牦牛山组火山碎屑岩组合，三叠纪鄂拉山组中酸性火山岩等。东昆仑造山带内中酸性岩浆侵入作用较强，广泛出露早古生代、二叠纪-三叠纪闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩。

东昆仑构造带向东延伸约1 300 km，以昆中缝合带和昆南缝合带为界，东昆仑造山带可以分为北羌塘带、中昆仑带、南昆仑带以及巴彦哈尔地块［3］。

南昆仑带主要由古生代-三叠纪沉积或火山岩组合的不连续逆冲推覆带构成，发育少量的前寒武纪变质岩和早古生代岩体碎片［4］。

1.2 火山岩特征

海德乌拉地区位于南昆仑带，地貌上呈扁长型盆地，东西延伸约30 km，南北最长延伸约7 km（图1b）。盆地北侧出露中-新元古代万保沟群浅变质岩系，下部以中基性变火山岩为主，上部以含镁质碳酸盐岩为主，与海德乌拉中酸性火山岩呈断层接触；南侧发育有大量古近纪-新近纪及第四纪红色碎屑沉积物［4］。

图1 海德乌拉地区大地构造位置与地质简图Fig.1 Tectonic location and geology sketch of Haidewula area

盆地内发育一套古生代中基性-中性-酸性火山岩组合，岩性主要为（杏仁状）玄武岩、粗安岩-粗面岩、流纹岩、流纹质凝灰岩。该火山岩具有多次喷发旋回特征，中间夹有红色碎屑砂岩、粉砂岩，成岩后被晚期基性岩侵入。海德乌拉火山岩可分成4 个旋回［5］，第一旋回主要为粗安岩-粗面岩夹少量凝灰岩；第二旋回下部为玄武岩，上部主要为流纹岩；第三旋回下部为玄武岩，上部为流纹岩、粗面岩-粗安岩；第四旋回主要为玄武岩和流纹岩。

海德乌拉地区粗安岩-粗面岩呈现出黑色、褐色、褐黑色等，斑状结构，块状构造。岩石主要由斑晶（13%～17%）和基质（83%～85%）构成。斑晶主要包括钾长石（图2a）、石英（图2b）及斜长石（图2c）。斑晶钾长石强熔蚀，表面明显可以看到两组接近正交的解理，其边部可见窄的反应边，基质有钾长石长条状微晶定向排列，构成粗面结构；有少量的自形锆石出现，出现二级黄的干涉色，还有少量的磁铁矿、黄铁矿等；基质由隐晶质斜长石微晶构成，见大量不透明矿物（磁铁矿），粒度约0.1～0.2 mm 之间。

图2 海德乌拉火山岩岩相学特征Fig.2 The petrographic characteristics of volcanic rocks in Haidewula

2 铀矿化特征

海德乌拉火山盆地内初步圈定12 条铀矿化带，长100～1 300 m 不等、宽50～200 m，矿化带受走向为北东-北东东向、倾向南东的断裂构造及其裂隙系统所控制（图3），累计圈定铀矿体31条、矿化体24 条，多数为中、小矿体，一般沿走向长约30～60 m，沿倾向长20～80 m，铀平均品位为0.038%～1.31%，单样最高铀品位为10.1%；矿体形态复杂，多为透镜状，少数为细脉状，规模较大的矿体有5 个，走向长160～410 m、倾向延伸92～175 m（图4）。铀矿（化）体主要赋存于粗面岩、流纹岩、构造角砾岩及隐爆角砾岩中。成矿前期围岩蚀变有硅化、碳酸盐化，成矿期蚀变有赤铁矿化、黄铁矿化、萤石化、碳酸盐化。

图3 海德乌拉地区火山岩型铀矿Ⅱ号带铀矿体分布平面示意图Fig.3 Schematic map of ore body of volcanic mineralization Belt Ⅱin Haidewula area

图4 海德乌拉地区Ⅱ号带16 号勘探线剖面示意图Fig.4 Schematic Profile of exploration line No.16 of uranium ore belt No.Ⅱin Haidewula area

海德乌拉地区铀矿化岩石中，铀矿物以沥青铀矿为主（图5a），含少量六价铀矿物（图5b）。次生铀矿物为钙铀云母及硅钙铀矿，主要在Ⅶ号矿化带铀矿石裂隙面发育，未见其他次生铀矿物；与铀矿化共伴生的少量金属矿物为赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿及铅锌矿。

图5 海德乌拉地区沥青铀矿（a）、六价铀矿物（b）和与粗面岩有关的矿石（c）Fig.5 Pitchblende（a），hexavalent uranium mineral（b）and trachyte-related uranium ore（c）in the Haidewula area

沥青铀矿以球粒状、葡萄状、胶状、细小粒状、脉状产在火山角砾岩、英安岩及蚀变玄武岩岩石裂隙和黄铁矿裂隙中。矿化岩石表面可以见到次生的钙铀云母，呈黄绿色，鳞片状、放射状结构，鳞片状、粉末状、被膜状构造，发育于铀矿石裂隙面中（图5c）。黄铁矿、赤铁矿等多呈浸染状、粉末状充填在岩石裂隙中。黄铁矿为自形、半自形粒状，淡黄白色，单体粒径多在0.3 mm 以下，少量粒径在0.3～1.5 mm 左右，其内裂纹发育，多呈单体状不均匀零星出现。脉石矿物主要为萤石、方解石及石英。萤石呈紫黑色、紫色，多为粒状（0.2～2 mm）、团块状（10～50 mm）分布于铀矿石裂隙中，偶见少量环带生长的紫色萤石。方解石呈桃红色及白色，细脉状、网脉状充填于岩石裂隙中，脉体宽0.2～3 mm。其中桃红色方解石脉体与铀矿化关系密切，白色脉体为矿后期充填的脉体。石英多呈细脉状充填在北东向构造裂隙带中，脉宽3～8 mm。

3 含矿主岩地球化学特征

3.1 样品采集与测试方法

被测样品的主要采集于第一旋回，岩性主要为粗安岩和粗面岩。测试方法包括U-Pb 同位素、主量元素分析和微量元素分析。开始锆石U-Pb 分析前，先进行阴极发光（CL）图像分析，以确定锆石颗粒的内部结构。

锆石U-Pb 同位素和元素分析检测在南京聚谱检测科技有限公司完成。激光剥蚀系统为193 nm ArF 准分子激光剥蚀系统，型号为RES Olution LR。测试过程中以标准锆石91500（1 062 Ma）为外标，校正仪器质量歧视与元素分馏；以标准锆石GJ-1（600 Ma）与Plešovice（337 Ma）为盲样，检验U-Pb 定年数据质量；以NIST SRM 610 为外标、29Si 为内标，标定锆石中的微量元素含量。LA-MC-ICP-MS Hf 同位素测试过程中多接收器型电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）由英国Nu Instruments 公司制造，型号为Nu Plasma II。测试过程中每隔5 颗锆石样品，依次测试1 颗标准锆石（包括GJ-1、91500、Plešovice、Mud Tank、Penglai），以检验锆石Hf 同位素比值的数据质量。全岩主量和微量元素测定在南京聚谱检测科技有限公司完成。主量元素以Agilent 5110 ICP-OES 测定，微量元素测试仪器为Agilent 7700x ICP-MS。与德国马普学会地质与环境标物数据库GeoReM［6］对比，这些地质标物的实测值固体浓度大于10×10-6的微量元素，偏离范围不超过±10%；固体浓度大于50×10-6的微量元素，偏离范围不超过±5%。

3.2 地球化学特征

海德乌拉地区中性火山岩主量和微量元素测试结果见表1。

表1 海德乌拉地区中性火山岩主量/%和微量元素/10-6含量Table 1 Major elements（%）and trace elements（10-6）of medium volcanic rocks in Haidewula

表1（续）

为了保证测量结果能真实代表岩石形成时的特征，利用化学风化指数（CIA［7］）对样品蚀变程度（如长石黏土化）进行了探讨。结果表明，海德乌拉地区中性火山岩的CIA 介于47～51 之间，与新鲜花岗岩的CIA 值吻合（45～55 之间），说明其地球化学特征能够用来分岩石成因过程。

3.2.1 主量元素

8个样品SiO2含量分布在55.04%～64.31%之间，平均值为61.32%，属于中性火成岩类；Al2O3含量最低为13.32%，最高为15.11%、平均为13.89%，属于准铝质；Na2O 含量为2.16%～3.86%，平均为2.92%；K2O 含量最低为5.09%、最高可达7.03%，明显偏钾；ALK 最低为7.75%，最高为9.39%，平均为8.71%，碱含量明显偏高。

在TAS 图中（图6a），样品分析结果落入玄武质粗安岩-粗安岩-粗面岩区域，远离响岩分布区。在Zr/Ti-SiO2图解中（图6b），海德乌拉地区中性火山岩位于响岩-粗面岩区域，明显属于中性火山岩性。综合分析，本区的粗安岩-粗面岩中性火山岩特征明显。

图6 海德乌拉拉粗安岩-粗面岩的TAS（a）和Zr/Ti-SiO2（b）图解Fig.6 TAS（a）and Zr/Ti-SiO2（b）diagram of trachyte-trachyandensite in Haidewula area

从化学成分分析结果可知海德乌拉地区中性火山岩具有较高的碱含量及相对富集K，这一特征在Na2O-K2O图解中也得到了明显得到体现。粗安岩-粗面岩分析结果落入超钾质和橄榄玄粗质的分界线两侧（图7a），高钾特质突出。在A.R.-SiO2图解中，采集的样品全部落入岩位于碱性火山岩区域的中心，属于典型的碱性火山岩（图7b）。

图7 海德乌拉粗安岩-粗面岩的Na2O-K2O（a）和A.R.-SiO2（b）图解Fig.7 Na2O-K2O（a）and A.R.-SiO2（b）diagram of trachyte-trachyandensite in Haidewula area

海德乌拉地区粗安岩-粗面岩的A/CNK 值介于0.88～1.04 之间，在A/CNK-A/NK 图解中落入准铝质-弱过铝质范畴（图8a），在SiO2-FeOT图解中，海德乌拉地区粗面岩-粗安岩显示了较高的Fe含量和FeOT值，落入A型岩浆分布区域（图8b）。

图8 海德乌拉粗安岩-粗面岩的A/CNK-A/NK（a）和SiO2-FeOT（b）图解Fig.8 A/CNK-A/NK（a）and SiO2-FeOT（b）diagram of trachyte-trachyandensite in Haidewula area

3.2.2 微量元素

海德乌拉地区中性火山岩富含高场强元素、Ga 和Zn 等元素，其中Zr 异常富集，为（1 430～1 770）×10-6。在微量元素原始地幔标准化图解中（图9），粗安岩-粗面岩显示了Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti 和Eu 的负异常，以及Rb、Th、U 和Zr 的正异常。其中，铀含量为（3.01～5.73）×10-6，平均含量为3.95×10-6，是中国东部铀矿床内中性火山岩铀含量的1.5～2 倍。

图9 海德乌拉地区粗安岩-粗面岩的微量元素原始地幔标准化蛛网图准化值（原始地幔值据文献［8］）Fig.9 Primitive-mantle-normalized trace element spidergram of trachyte-trachyandensite in Haidewula area

海德乌拉粗安岩-粗面岩高场强元素Zr＋Nb＋Ce＋Y 总量介于（1 572～1 925）×10-6之间，Ga/Al 值为3.18～3.78，显示出海德乌拉地区粗安岩-粗面岩具有A 型岩浆岩的特征［9-10］。

3.2.3 稀土元素特征

海德乌拉地区粗安岩-粗面岩稀土元素总量介于（206.5～278.5）×10-6之间，轻重稀土比值（LREE/HREE）为4.69～5.76。在稀土元素球粒陨石标准化配分图上（图10），区内中性火山岩显示出轻稀土相对富集、重稀土相对亏损（LaN/YbN为3.74～5.04），轻稀土内部具有较为明显的分异（LaN/SmN为2.10～2.71），重稀土内部分异不明显（GdN/YbN为1.23～1.38），Eu 负异常等特征，δEu 为0.44～0.71。与我国产铀火山岩的稀土元素含量为（150～500）×10-6，LREE/HREE＝5～12，δEu 小于0.6，比较吻合。

图10 海德乌拉地区粗安岩-粗面岩和球粒陨石标准化稀土配分型式值（球粒陨石值据文献［8］）Fig.10 Chondrite normalized REE pattern of trachyte-trachyandensite in Haidewula area

4 火山岩成因及其与铀成矿的关系

海德乌拉中性火山岩样品总体具有较高的碱质总量，具备碱性岩的特征，样品主要包括玄武质粗安岩、粗安岩、粗面岩。上述特征说明海德乌拉地区中性火山岩可能由地幔源区岩石部分熔融而成。同时，海德乌拉中性火山岩富集不相容元素、且Nb、Ta等元素相对亏损。故而，我们认为海德乌拉中性火山岩的源区可能为俯冲流体交代岩石圈地幔。岩体具有较高的高场强元素Zr、Nb、Ce等含量，呈现出A型岩浆岩的特征［9-10］，并表现出较低的LaN/YbN和Sr含量及明显的Eu 负异常等特征，说明在海德乌拉中性火山岩具有高温A 型岩浆岩特征［9-10］，并在其形成过程中存在斜长石的分异作用或者源区具有斜长石的残留，也就是说海德乌拉中性火山岩的形成于高温低压板内伸展环境有关。

与中国东部铀矿火山岩区的中性火山岩中位值相比，海德乌拉粗安岩-粗面岩铀含量较高，为（3.01～5.73）×10-6，可达平均为中国东部铀矿区中性火山岩的1.5 倍，最高可达2倍，显示出相对富铀的特征。海德乌拉具有较高的钾含量，具有准铝质岩浆岩的特征。由于火山岩中的铀主要赋存于火山玻璃中，易于浸取［11-15］。因此本研究认为海德乌拉富铀的高钾-准铝质中性火山岩可以为区内铀成矿提供一定的铀源。