成矿流体探讨

《桂北达亮铀矿床成矿流体来源探讨》研究区简介桂北摩天岭研究区花岗岩体位于扬子板块东南边缘，紧邻华南板块。地理上摩天岭岩体位于贵州省从江县西部、广西壮族自治区融水县北部一带。岩体岩性较单一，主要是黑云母花岗岩，岩体略呈椭圆形，沿北北东－南南西向延伸，面积约1000km2，侵入于围岩中元古界四堡群中，接触界线清楚，局部地段为渐变关系，与围岩关系比较协调，没有强烈的冲挤现象。接触面均向四周倾斜，南北两端倾角较缓，东西两端倾角较陡。岩体断裂发育，有乌指山（Fw）、高武（Fg）、梓山坪（Fz）断裂带。前人研究的不足点：305大队对研究区进行了几十年的勘察，取得了大量宝贵资料和规律性认识，但同时也存在一些薄弱环节：（1）勘察深度较浅（2）对有利成矿部位的勘察不充分（3）对区内控矿因素和铀矿化规律总结研究不够（4）找矿方法单一，缺乏“攻深找盲”的有效物化探手段（5）对围岩蚀变和矿化关系总结不够，对已有矿床的成因争论较大矿床成因可能不仅仅局限于淋滤成矿：（1）成岩与成矿年龄相差巨大，成岩年龄为825Ma左右，而达亮铀矿床则形成于350Ma左右，属加里东晚期—海西期，当时地壳有大的地质造山运动。（2）矿床附近有大的构造断裂Fw(高武断裂)通过。（3）矿床周围蚀变发育，有钾长石化、绿泥石化、硅化等。（4）研究区脉体发育，在矿床附近有NW向的辉绿岩脉，矿床成矿期有石英脉、方解石脉、萤石脉等。研究内容纲要（1）矿床地质特征矿床附近发育近EW、近SN、NE、NW向断层，前两组断层规模稍大，控制矿化分布，后两组规模较小，为矿床储矿构造。矿体明显受断层控制，绝大多数矿体呈透镜体状，位于断层下盘的断裂蚀变带内，且矿体产状与断层产状一致。达亮矿床总储量属中型矿床。矿石结构构造简单，主要有胶状、脉状、网脉状、侵染状、角砾状等构造。铀矿物以原生沥青铀矿为主，地表氧化带可见铀黑、硅钙铀矿等次生铀矿。脉石矿物主要为石英、方解石、萤石。金属矿物有黄铁矿、磁黄铁矿、赤铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等。矿床围岩蚀变内外带有明显差异，内带蚀变主要有云英岩化、钾长石化、绿泥石化、黄铁矿化、赤铁矿化、硅化等。外带蚀变表现较弱，主要有绿泥石化、硅化、黄铁矿化、碳酸盐化、萤石化等。（2）成矿期脉体同位素地球化学研究以达亮矿床成矿期的各种脉体，通过多元同位素与微量元素地球化学相结合，对成矿期矿脉中矿物（黄铁矿、方解石、萤石）做C、O及稀有气体同位素研究，综合判断铀矿成矿流体来源。因为含矿热液中的同位素与母源中的同位素具有密切的内在联系，这种联系必然要在同位素特征上表现出来（何明友等1995），运用多种同位素进行综合判断，避免单一同位素的误判，以避免出现地质多解性。碳氧同位素判别原理：花岗岩型热液铀矿床U的成矿流体主要以碳酸铀酰络合离子形式进行迁移，∑CO2作为流体载体，所以成矿期方解石脉C、O同位素也可以很好的示踪流体来源。热液成矿流体中碳一般有以下三种来源：岩浆或地幔来源的碳、沉积碳酸盐岩的碳以及和有机质中的碳（沈渭州，1987）。也有研究表明，δ13CPDB在-9‰~-3%最能代表地幔等原始岩浆碳同位素组成，沉积碳酸盐岩的δ13CPDB值为0‰左右，有机碳的δ13CPDB值为-25‰（FaureG,1986）。本文碳氧同位素组成在成都理工大学地球化学实验室的MAT-253质谱仪上完成,质谱仪测试最小精度为0.01‰，碳氧同位素测试时都以PDB为标准，然后再将δ18OPDB换算成δ18OSMOW，换算公式为：δ18OSMOW=1.03086×δ18OPDB+30.86，测试结果见表岩性样品编号取样地点δ13CPDBδ18OSMOW方解石M076-2同乐矿点-16.8017.99方解石M076-1同乐矿点-17.2015.64方解石ZK1-9达亮矿床-8.4213.31方解石ZK2-13达亮矿床-8.8410.45方解石M077-1同乐矿点-17.4516.32达亮矿床的碳、氧同位素值投影点主要落在岩浆-地幔等深部流体碳与沉积有机碳之间，并较靠近于岩浆为代表的深部流体，说明了达亮矿床成矿流体的来源的多源性。从图中亦能看出，达亮铀矿床方解石的δ13C-δ18O呈负相关关系以下情况会影响δ13C和δ18O之间的相关关系：（1）流体的混合作用，（2）∑CO2去气作用，（3）流体与围岩之间的水-岩反应。呈正相关关系呈负相关关系流体与围岩的水-岩反应实质上是相对高温的流体与较低温的围岩见相互发生吸附、离子交换和氧化-还原反应等，达亮铀矿床在实际流体成矿过程中，含铀流体肯定也会与周围的花岗岩发生水-岩反应，但如果仅发生水-岩反应，往往会出现方解石的δ13C变化范围较小，而δ18O的变化范围较大（石少华，胡瑞忠等，2011）。但从表中可以看出，达亮地区方解石的δ13CPDB介于-17.45‰~-8.42‰，δ18OSMOW介于10.45‰~17.99‰之间，δ13C和δ18O的变化范围都很大，这就为矿床的成因判别增加了难度。但方解石的碳同位素在沉淀之后不会随时间的增加发生太大的漂移，而氧同位素则会在方解石沉淀之后因大气降水或其它流体的淋滤而发生水-岩反应而漂移，加之达亮矿床的形成时间久远，为350Ma左右，所以可以初步断定达亮铀矿床的成矿流体在成矿过程中主要以∑CO2去气为主，在矿床形成之后由于大气降水淋滤等因素而使方解石脉的氧同位素发生漂移。同时从图我们也可以注意到，矿床地区的方解石与同乐矿点的方解石在图上明显分为两个部分，同乐矿点方解石的δ13C和δ18O的值会更小一些，这可能是由于这些方解石是同源不同阶段热液演化的产物，热液发生∑CO2去气作用势必将引起沉淀的方解石更为亏损13C。据上文碳、氧同位素之分析，达亮矿床的成矿流体来源较为复杂，但主要是以深部流体来源为主，并沿着流体去气漂移方向排列（Demeny等，2010）；成矿后的长时间内矿床又经历了来自大气降水淋滤带来的少部分有机质的影响。这也符合矿床周围的蚀变带沿断层走向分布，而且钾长石化、绿泥石化发育等地质现象。导致矿床成因也较为复杂。稀有气体判别原理：稀有气体He和Ar的同位素组成在大气降水、地幔和地壳中相差很大，即使地壳流体中混有少量地幔或大气降水的He源，也能很容易判别出，这就使得稀有气体同位素在研究地质流体来源和多源流体混合方面的判别提供了非常好的示踪剂（李荣西等，2006）。本文稀有气体同位素研究以挑选的黄铁矿为测试对象，因为黄铁矿中U、Th等亲石元素的含量低，同时黄铁矿也是封闭性较好的矿物，其保存的同位素比值变化不大。样品送往中国科学地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心做稀有气体同位素分析,工作仪器为MM5400质谱仪，工作标准为兰州市皋兰山顶的空气，其3He/4He值为1.4×10-6，即Ra，详细的实验方法参见（叶先仁等，2001），测试结果见表。送样编号M014ZK2-6ZK2-9M043M027-4M023-4M070-24He(cm3STP/g)(E-7)40554821026889836051184335135.320Ne(cm3STP/g)(E-7)7040.911851.560.991.480.12740Ar(cm3STP/g)(E-7)24.826.072740.420.65.968.463He/4He(Ra)0.017700.020690.0010160.0089810.0071020.036070.0455940Ar/36Ar未检测出405.5270.8318.6301.2353.12300.9有研究表明，地壳物质的3He/4He值为0.01~0.05Ra，地幔流体的3He/4He值为6~9Ra，达亮铀矿床成矿流体3He/4He正好处于地壳物质的范围内。达亮铀矿床成矿流体3He/4He正好处于地壳物质的范围内。除一个样品外，其余样品的40Ar/36Ar均明显高于大气Ar同位素组成（40Ar/36Ar=295.5）。由于达亮矿床为花岗岩型铀矿，样品本身就有一定的放射性U，加之达亮铀矿床形成年龄为350Ma，尽管采样是主要以成矿期石英脉中黄铁矿为对象，但在如此长的放射性累计效应中，也难免会对样品产生一定的影响。但由于本次研究未测得样品中U、Th的含量，因而无法恢复样品中稀有气体的原始值，所以所测的数据只能代表矿床形成成矿流体中稀有气体的组成趋势（张国全，胡瑞忠等，2010）。从图3可以看出，样品3He/4He与40Ar/36Ar比值之间存在着良好的线性关系，以地壳区域为主，具有逐渐向地幔区域演化的趋势，显示了成矿流体具有地壳与地幔流体混合的特点。如果在不考虑U、Th等元素放射性衰变对4He影响的情况下，可以通过二元混合模式用3He/4He比值简单的估算一下成矿流体中来自地幔流体(Rm）和地壳流体(Rc)的比例，计算地幔流体公式为：He(Rm)%=[(R-Rc)/(Rm-Rc)]×100%其中R为所测He同位素组成，Rm=6~9Ra，Rc=0.01~0.05Ra（Stuartetal,1995）。计算结果若去除负值表明，达亮铀矿床成矿流体中来源于地幔流体的He的比例为0.025%~0.59%，流体中的He还是主要来自地壳。（3）矿床稀土元素研究本次课题中将岩石地球化学方法为主，对达亮矿床矿石和围岩样品进行稀土分析测定，构建稀土元素球粒陨石和不相容元素原始地幔标准化图、有意义的不相容元素对比值图解、厘定产铀花岗岩体的地质和地球化学特征。稀土元素在成矿作用过程中也具有类似“同位素”示踪的性质，通过对达亮矿床矿石和围岩的稀土元素组成和分布特征，也是判断成矿流体来源的重要手段（张国玉等，2006）。对达亮铀矿床新打的两口钻井的矿石与围岩岩心进行取样，并由北京铀矿地质研究院测试中心用ICP-MS分析方法对样品稀土元素含量进行测定，测试结果见表3。编号岩性LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuYΣREELREE/HREELaN/YbNδEuδCeZK1-5深色矿体4.339.781.154.231.260.0661.230.3672.410.481.40.1911.40.23413.228.532.702.220.161.05ZK1-6含萤石脉碱交代花岗岩7.12161.846.281.160.0780.8690.1941.230.2440.7560.1340.870.1287.1736.907.345.870.231.06ZK2-4矿带间围岩12.728.73.4612.53.380.1453.060.7864.520.8592.690.4282.960.40723.276.603.883.080.141.04ZK2-5沥青铀矿62.311513.350.712.74.2517.73.7323.84.8915.12.212.41.65223339.723.173.600.870.93ZK2-7浅色粗粒花岗岩12.226.83.1711.82.990.2673.250.7554.920.9623.040.5053.330.45627.874.453.322.630.261.03华南产铀花岗岩平均值（金景福）47.4763.5910.7339.418.240.836.241.126.071.172.640.573.30.4634.94191.847.8910.320.340.66稀土分布向右倾斜，轻稀土相对富集，而重稀土则相对亏损。围岩的分布线在Eu出现低谷，呈“海鸥”型，表明具有明显的负Eu异常。矿石的分布曲线差异较大，表明成矿热液并非来自同一期次或不同的来源，ZK1-5矿石的曲线与围岩的相似，反映出其物质来源上的关联性；而ZK2-5沥青铀矿的稀土元素分馏不明显，未出现明显的Eu异常，与围岩稀土分布曲线明显不同。①Y/Ho特征指示Y和Ho在自然界中一般以三价态存在，且离子半径非常接近，在地球化学过程中具有非常相似的地球化学行为。而且Y/Ho比值不受的氧化-还原的影响，其比值的变化一般与热液、岩石间的水—岩反应有关，亦或者与不同热液系统间络合介质差异有关（Bau,1995；丁振举，200