黄梅尖岩体北缘铀成矿流体来源: 来自锂同位素、元素地球化学特征的证据

陈光旭; 刘琛琛; 谭东波; 陈经龙; 史春旺; 杨彪; 方翔宇; 恽虎; 刘杨; 肖益林

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2504324

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (13) :5363-5374 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2504324

天文学、地球科学

黄梅尖岩体北缘铀成矿流体来源: 来自锂同位素、元素地球化学特征的证据

陈光旭 ¹^,² ,
刘琛琛 ¹^,² ,
谭东波 ³ ,
陈经龙 ¹^,² ,
史春旺 ¹^,² ,
杨彪 ¹^,² ,
方翔宇 ¹^,² ,
恽虎 ¹^,² ,
刘杨 ¹^,² ,
肖益林 ³

作者信息 +

Source of Uranium Ore-forming Fluids in Northern Margin of Huangmeijian Rock Mass: Evidence from Lithium Isotopes and Elemental Geochemical Characteristics

CHEN Guang-xu ¹^,² ,
LIU Chen-chen ¹^,² ,
TAN Dong-bo ³ ,
CHEN Jing-long ¹^,² ,
SHI Chun-wang ¹^,² ,
YANG Biao ¹^,² ,
FANG Xiang-yu ¹^,² ,
YUN Hu ¹^,² ,
LIU Yang ¹^,² ,
XIAO Yi-lin ³

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摘要

黄梅尖地区是长江中下游重要的热液型铀矿床产区之一,尽管前人研究证实存在多期热液叠加迹象,但对成矿流体的来源上仍存在诸多争议。通过对黄梅尖岩体北缘工业钻孔中的赋矿围岩、蚀变脉体和矿化脉体进行了微量元素组成、锂同位素特征研究,结果表明:研究区内不同铀矿化类型岩石的锂同位素组成差异明显,未矿化的赋矿围岩δ⁷Li值差异不大(10.3‰ ~ 13.2‰),而矿化蚀变段硅质脉和方解石脉的δ⁷Li(-9.9‰ ~ 6.1‰)值相差较大;矿化蚀变段脉体和赋矿围岩中的U和Mo元素呈现富集特征,Sr、Ba元素处于亏损状态;稀土元素特征表现出LREE明显富集,而重稀土中Eu、Dy、Tm等元素则亏损显著。锂同位素和元素地球化学特征均指示区内铀矿化至少存在两期成矿热液流体,早期铀矿化的成矿流体来源于深部下地壳岩浆房岩浆分异,而晚期铀矿化则可能与岩浆期后的热液流体有关。研究结果为利用锂同位素识别和区分铀矿成矿流体来源提供了有力范例,显著拓展了锂同位素在热液成矿作用研究中的应用范围。

Abstract

The Huangmeijian area represents one of the major hydrothermal uranium metallogenic provinces in the middle-lower Yangtze River region. Although multiple episodes of hydrothermal overprinting have been recognized, the origin of the ore-forming fluids remains controversial. Through the study of trace element composition and lithium isotope characteristics in the industrial boreholes along the northern margin of the Huangmeijian rock mass, it was found that the lithium isotope compositions of different uranium mineralized rock types in the area exhibit significant differences. The δ⁷Li values of unmineralized host rocks show minor variations (10.3‰~ 13.2‰), while those of siliceous veins and calcite veins in the mineralized alteration zones exhibit larger discrepancies (-9.9‰~ 6.1‰). The U and Mo elements in the mineralized alteration veins and host rocks display enrichment features, whereas Sr and Ba elements are depleted. The rare earth element characteristics reveal notable enrichment of light rare earth elements (LREE), while heavy rare earth elements such as Eu, Dy, and Tm show significant depletion. These Li-isotope and trace-element characteristics indicate the involvement of at least two distinct hydrothermal fluid events. The early-stage uranium mineralization was driven by magmatic fluids exsolved from a deep lower-crustal magma chamber, whereas late-stage uranium deposition resulted from post-magmatic hydrothermal circulation. The study provides a robust example of using Li isotopes to identify and distinguish the sources of uranium ore-forming fluids, thereby greatly extending the applicability of Li isotopes in hydrothermal ore-forming systems.

Graphical abstract

关键词

黄梅尖岩体北缘 / 铀矿床 / 元素地球化学 / 锂同位素 / 成矿流体来源

Key words

the northern margin of the Huangmeijian rock mass / uranium deposits / element geochemistry / lithium isotope / source of ore-forming fluids

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陈光旭, 刘琛琛, 谭东波, 陈经龙, 史春旺, 杨彪, 方翔宇, 恽虎, 刘杨, 肖益林. 黄梅尖岩体北缘铀成矿流体来源: 来自锂同位素、元素地球化学特征的证据[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(13): 5363-5374 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2504324

CHEN Guang-xu, LIU Chen-chen, TAN Dong-bo, CHEN Jing-long, SHI Chun-wang, YANG Biao, FANG Xiang-yu, YUN Hu, LIU Yang, XIAO Yi-lin. Source of Uranium Ore-forming Fluids in Northern Margin of Huangmeijian Rock Mass: Evidence from Lithium Isotopes and Elemental Geochemical Characteristics[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(13): 5363-5374 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2504324

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作为长江中下游成矿带重要的矿集区,庐枞矿集区内多期强烈的岩浆热液活动及其伴生的多金属矿床吸引了广泛的学术兴趣,目前的研究多集中于铁、铜、铅、锌等矿床的成矿序列和成矿机制等方面,并取得了不俗的成效。其中,王世伟等^[1]利用Cameca、LA-ICP-MS U-Pb和Re-Os同位素定年方法,查明了庐枞矿集区内沙溪矿床内主要岩浆岩的成岩年龄以及成矿年龄,并重新解析沙溪岩体从早到晚岩浆的侵位序列。蔡煜琦等^[2]指出长江中下游成矿带多形成与燕山期壳幔源侵入-喷出岩有关的U、Cu、W、Mo矿床成矿系列,尤其以庐枞-宁芜地区与壳幔源中基性-中酸性-碱性火山岩有关的铜铅锌矿床为典型代表。张赞赞等^[3]基于岩石学和岩石地球化学分析,在庐枞矿集区东顾山地区深部首次发现了与隐伏花岗岩密切相关的钨钼多金属矿化,并推测其岩浆来源于扬子下地壳的部分熔融,岩浆在就位之前经历了一定程度的分异结晶作用。

然而,考虑到庐枞矿集区也是长江中下游铀成矿带内重要的热液型铀矿床产区之一,与之相关的铀成矿研究同样吸引了广泛的兴趣。其中,朱杰辰等^[4]查明了大龙山、昆山地区多期次、复成因铀矿类型,并指出铀矿热源可能与古陆边缘的深断裂或裂谷活动有关。张舒等^[5]以庐枞矿集区铀矿床为例,初步探讨区域与正长岩类有关的铁氧化物-铜铀矿化系列。总体而言,对铀矿床的成矿规律、成矿流体类型及来源、成矿机理等研究却稍显薄弱,这不仅严重滞后于区内铁、铜等其他金属矿产的翔实研究,也与华南其他主要铀成矿区带的铀成矿研究程度存在较大差异。上述不足严重制约了对于庐枞矿集区铀成矿规律及机制的全面理解,限制了庐枞地区铀矿床深部及其外围勘探的持续突破。

现阶段,学者们针对庐枞矿集区黄梅尖岩体北缘的2处中型铀矿床开展了成矿时代、成矿物源及成矿流体的系列研究^[6-10],结果表明主要的成矿岩体为正长岩和碱性花岗岩,呈现两期铀成矿(分别为66 Ma和108~114 Ma)特征,成矿物质多来源于赋矿岩体及围岩地层^[8-10]。然而在成矿流体来源上争议明显,尽管存在多期热液叠加的迹象,但这些流体究竟来源于大气降水,还是归因于地幔流体贡献,亦或者是岩浆水和大气水混合来源^[11-14],目前尚难达成统一认识。对于铀矿床的成矿流体示踪,邓薇等^[15]通过分析砂岩型铀矿中特征微量元素在不同蚀变分带的定量迁移富集规律,揭示了铀成矿流体来源及铀成矿富集模式;而刘行等^[16]利用流体包裹体和氢-氧-硫同位素方法,深入探讨了柳树湾花岗伟晶岩型铀矿床的成矿物质和流体来源。上述研究多是基于微量元素及常规同位素地球化学方法研究铀成矿流体,针对非常规同位素方法研究热液型铀成矿流体的研究较为贫乏,例如运用Li同位素体系,这严重制约了对热液型铀成矿流体来源及富集成矿的深入理解。

因此,在详细的矿床地质研究基础上,现针对黄梅尖岩体北缘铀矿化段的硅质脉和方解石脉以及未矿化段赋矿围岩展开详细的微量元素和锂同位素分析,深入探讨区内铀矿床的成矿流体来源,不仅可为丰富区内铀成矿机制研究提供关键约束的锂同位素证据,更为推动庐枞矿集区铀矿床的勘探与开发提供重要指导意义。

1 地质背景

研究区位于扬子板块北缘的长江中下游成矿带庐枞矿集区的东南缘,靠近扬子板块北缘,西接郯庐断裂,东靠长江断裂带,是安徽省最具铀成矿潜力的地区。盆地内经历了强烈的构造活动,形成了北东、北西、南北和东西向的断裂网络,这些断裂影响了中生代的构造、岩浆活动和成矿作用^[5,10,17-18];并广泛分布着与火山-潜火山岩和侵入岩相关的矿床,包括铁、铜、铅锌、铀和明矾石。

研究区位于黄梅尖岩体北缘,区内已探明了丁家山和徐村两个中型铀矿床(图1)。区内出露的地层为下侏罗统钟山组和中侏罗统罗岭组,岩性主要为长英质砂岩和粉砂岩,钟山组局部含煤线,而罗岭组局部含砾砂岩或灰岩透镜体;两组地层假整合接触,具有韵律特征。区内断裂构造发育,主要为NW向、NS向、近EW向、NE向四组;其中,北西向、近东西向构造是主要控矿构造,铀矿化与构造破碎带发育程度呈正相关关系。近东西向构造控制黄梅尖岩体北缘中下侏罗统地层中的铀矿床,矿化多产于断裂构造与接触带构造夹持部位。铀成矿与黄梅尖岩体关系密切,该岩体对铀成矿作用有显著影响,提供了成矿物质和有利于成矿流体运移和富集的地质条件。

与铀矿化密切相关的蚀变主要有:以细脉状相互穿插并呈现烟灰色、灰白色到无色的多期次的石英脉(硅化);以团块状、星点状、脉状分布于岩石或矿物裂隙中的黄铁矿化;将近矿围岩染成褐红色和灰绿色的“红化”(赤铁矿化)和绿泥石化;以及在铀矿体和矿石中呈层状、脉状的碳酸岩化(方解石脉)。

2 样品采集与分析测试方法

对黄梅尖岩体北缘28勘探线工业矿孔(ZK28-2)中的围岩、蚀变脉体、矿化脉体进行了系统的取样工作,分别采集了矿化体、围岩和蚀变脉体等6件岩心样品(图2),采样位置如表1所示;而后对采集的样品进行了锂同位素和微量、稀土元素分析测试工作。

为了测定样品的微量、稀土元素含量,将均质研磨的200目粉末样品溶解在含有HF- HNO₃酸性混合物的消解体系中持续48 h,并通过光谱法(ICP-MS;Element-XR)分析消解样品。该过程中检测温度为25 ℃,相对湿度为30%。此外,通过使用标准材料和重复分析,确保了微量、稀土元素测量的准确性。

锂同位素分析的化学前处理和MC- ICP-MS质谱分析均在中国科学技术大学地球与空间科学学院岩石圈与环境协同演化国家重点实验室完成,锂同位素分析详细实验流程和质谱测试参见Rudnick等^[19]和Xu等^[20]。化学前处理的详细流程如下:首先称取50~100 mg样品,加入2 mL 14.4 mol/L HNO₃ 和 2 mL 24 mol/L HF放入聚四氟乙烯溶样瓶中,置于超声波中震荡后转移至加热板,在120 ℃条件下加热至干燥后,再加入1 mL 16 mol/L HNO₃溶解,再次转移至加热板重复此过程,以确保去除氟化物。将蒸干后的样品加入1 mL 12 mol/L HCl溶解并再次加热蒸干,再加入2 mL 0.5 mol/L HCl备用。经上述化学前处理的样品,再用3根阳离子交换树脂(AG 50WX8)进行化学分离和提纯。在干燥等离子体条件下,使用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS,Neptune Thermo-Finnigan)进行测量。仪器工作参数:RF功率1 300 W,冷却气约13 L/min,辅助气0.58~0.7 L/min,载气约1.15 L/min,雾化器类型为Menhard雾化器(50 μL/min),分析器真空度(4~8)×10^-9 Pa。在分析过程中,采用标准与样品交叉法(SSB)来校正仪器的质量分馏,标准样品和样品进样溶液的浓度相对偏差控制在10%以内。

3 分析结果

3.1 微量元素地球化学特征

所选微量元素的含量列于表1,其中矿化段脉体样品中Li(平均值:289.6×10^-6)、Ga(平均值:20.0×10^-6)、Rb(平均值:158.3×10^-6)、Sr(平均值:178.4×10^-6)、Ba(平均值:297.6×10^-6)、Nb(平均值:17.1×10^-6)、Y(平均值:30.7×10^-6)元素含量明显高于无矿化段砂岩样品(Li: 8.0×10^-6;Ga:11.9×10^-6;Rb:74.9×10^-6;Sr:81.9×10^-6; Ba: 112.8×10^-6; Nb: 8.0×10^-6; Y: 17.2×10^-6)。而图3(a)显示的是根据上地壳元素标准化的微量元素蜘蛛网图^[21],研究区内铀矿脉体和围岩中的U和Mo等元素高于上地壳,呈现较为明显的富集特征;处于显著富集状态。Sr、Ba元素低于上地壳,处于亏损状态[图3(a)];而Ga、Rb、Hf、Ta、Zr、Y元素浓度与上地壳相近,呈现均衡特征。同时一些地球化学代用指标,Y/Rb、Rb/Sr、Rb/Ba比值均显示出较小的变化范围(表1),分别介于1.0~3.8、0.5~2.1、0.4~1.0。

3.2 稀土元素地球化学特征

研究区内蚀变脉体、铀矿化脉体和围岩中稀土元素含量(∑REE)介于106.3×10^-6~265.6×10^-6,平均值为166.9×10^-6(表2);其中,轻稀土元素(∑LREE)介于97.0×10^-6~247.6×10^-6(平均值:154.1×10^-6),而重稀土元素(∑HREE)介于7.8×10^-6~20.0×10^-6(平均值:12.8×10^-6)。通过球粒陨石标准化法获得稀土元素球粒陨石标准配分模式图^[22],模式图显示区内蚀变和铀矿化脉体和围岩中稀土元素呈现明显的“左陡右缓”形态[图3(b)],表明LREE富集特征明显,而重稀土中Eu、Dy、Tm等元素亏损显著。

3.3 锂同位素地球化学特征

黄梅尖岩体北缘地区铀矿化的锂同位素在-9.94‰~13.22‰,变化较大(表1)。其中,无矿化段砂岩的锂同位素值相对较重,在10.25‰~13.22‰变化,平均值为11.73‰;而矿化段硅质脉的同位素值相对较轻,在-9.94‰~6.09‰变化,平均值为0.28‰。此外,研究区赋矿围岩、铀矿化样品的锂元素含量在7.0×10^-6~1 105×10^-6,也呈较大变化趋势。其中,无矿化段砂岩的锂元素含量较低,平均值为8.0×10^-6;而矿化段锂元素含量较高,平均值为289.6×10^-6。

4 讨论

4.1 铀成矿流体来源的探讨

成矿流体的来源及其组成在揭示矿床成因中扮演着关键角色,黄梅尖地区的丁家山、徐村铀矿床成矿流体来源一直备受学者关注。朱杰辰等^[4]通过包裹体测温及稳定氧同位素研究,指出黄梅尖铀矿床成矿流体来源于岩浆期后热液,在成因联系上可能与正长质岩浆活动紧密相关。张舒等^[5]认为成矿流体来源于早期岩浆分异和后期岩浆热液,两个阶段的岩浆分异和岩浆期后的热液叠加促使了铀矿的形成与富集。熊欣等^[7]基于流体包裹体岩相学、流体包裹体均一温度和盐度、流体包裹体激光拉曼探针成分分析,认为与A型花岗岩有关的铀矿床成矿流体主要来源于岩浆热液,成矿流体呈现高温和中高盐度的显著特征。而张祖还等^[11]和闵茂中^[23]则认为岩浆分异的岩浆水为早期成矿流体做出了突出贡献,后期成矿流体中大气降水含量显著提升,这得到稳定同位素结果的进一步支持。此外,沈渭洲等^[24]、张龙等^[12]也指出成矿阶段流体可能为深循环大气降水与岩浆流体的混合,这与张祖还等^[11]和闵茂中^[23]的研究相一致。

通过梳理前人对区内铀矿床的成因研究,发现对于成矿流体的来源存在以下多个观点,包括大气降水来源、地幔流体来源以及岩浆水和大气水混合来源等,但尚无统一认识。前人研究还表明^[9,11,13-14]黄梅尖地区铀矿床的矿石以脉状-网脉状构造为主,而团块状及浸染状构造不常见,这通常是热液充填构造裂隙成矿的显著特征。铀矿床围岩中多穿插有脉状沥青铀矿、方解石脉、硅质脉以及黄铁矿脉,特别是矿化蚀变脉体中可见磷灰石、金红石等中低温热液矿物,这同样暗示了方解石脉、硅质脉与铀成矿期热液活动密切。此外,根据笔者野外调查发现研究区内成矿早期蚀变主要为面状分布的水云母化、绿泥石化,这可能代表了热液大范围的循环萃取成矿物质;而主成矿期的蚀变以脉状为主,受岩体与围岩接触带及断裂构造的控制,可能为含矿热液沿构造裂隙交代充填所致。因此,不论是前人对黄梅尖铀矿床的流体包裹体、稳定氢氧同位素、激光拉曼分析,还是矿相学、热液蚀变矿物组合特征,均揭示出黄梅尖地区铀矿床存在多期次热液流体活动的迹象,但目前还缺乏较为直接的证据。

4.2 成矿流体来源的锂同位素指示意义

由于锂的两个稳定同位素(⁷Li 和 ⁶Li)质量差异达到了近17%,因此在各种地质过程中可产生显著的同位素分馏;目前自然界观察到的Li同位素分馏值可达60‰以上^[25-26],这意味着锂及锂同位素组成可作为各种地质作用和物质迁移过程的极佳示踪剂,特别是对岩浆熔体、热液、水体以及其他地质流体具有很强的指示性。刘丽君等^[27]创新性地将锂同位素应用到甲基卡新三号矿脉的研究中,研究表明不含矿伟晶岩、含矿伟晶岩围岩的锂同位素分馏差异明显,δ⁷Li值可作为良好的找矿的“示踪剂”;而矿区内相似的δ⁷Li值出现在二云母花岗岩和伟晶岩之间,也暗示了潜在的成因联系,为甲基卡矿床成矿流体的来源研究提供了关键思路。而后,侯江龙等^[28]开展了锂同位素和元素地球化学的综合研究,进一步明确了伟晶岩的成矿流体主要来源于二云母花岗岩,岩浆来源以三叠系西康群砂泥岩的部分熔融为主,可能有部分深源物质的加入。此外,朱艺婷等^[29]基于锂同位素及成矿元素组成分析,明确了新疆白杨河铀铍矿床中花岗斑岩矿化和与晶屑凝灰岩矿化有关的差异成矿流体来源及其成因机制。上述研究表明,锂同位素及其组成在示踪热液金属矿床成矿流体的来源方面显示出得天独厚的优越性。

在本次研究中,未矿化段的1号和2号砂岩样品δ⁷Li值呈现相对高值(图4),分别为10.25‰和13.22‰;同时显示出相对低的Li元素含量,低至9.7×10^-6。这种相对高的δ⁷Li值和较低的Li含量在新疆白杨河铀铍矿床的无矿化晶屑凝灰岩中较为常见,相对高的δ⁷Li值可能与流纹质火山岩形成过程中锂同位素的较大分馏有关,而流纹质火山岩形成过程中脱气作用可能会引起Li元素进一步损失^[29-32]。因此,推测本文研究中无矿化段样品相对高的δ⁷Li值和较低的Li含量可能与其有关,δ⁷Li值和Li元素含量未受成矿流体的影响。而矿化蚀变段和矿化段的4组样品的δ⁷Li值为-9.94‰~6.09‰,经验表明这与I型和S型花岗岩的锂同位素组成具有较明显的差异^[33],但与A型花岗岩的锂同位素组成极为相似,这可能与区内广泛发育的A型花岗岩有关。显而易见的是矿化段的成矿流体并非来源于大气降水或者河流输入^[34],但不排除铀成矿期存在大气降水的参与,因为大气降水或者河流输入常导致大约25‰的锂同位素分馏^[34],这显然与相对低的δ⁷Li值不符(图4)。

而本文研究中不同类型岩石的δ⁷Li值与U、Mo等成矿元素未显示出明显的相关性(图5),这在一定程度上表明锂同位素分馏受到了岩浆热液流体的显著影响。前人针对东太平洋海隆和大西洋洋中脊热液端元区的锂同位素研究表明,热液作用常导致锂同位素产生+2.6‰~+9.1‰的分馏作用,这与研究区矿化蚀变段(3号和4号样品)的δ⁷Li值基本吻合。而考虑到锂同位素在高温情况下(>900 ℃)的分馏作用通常<1‰,而在低温情况分馏较小。因此有理由相信与A型花岗岩有关(3号和4号样品)的成矿流体为中低温热液流体,并导致了Li元素富集的发生(表1)。此外,矿化段(5号和6号样品)较低的δ⁷Li同位素组成以及相对较高的Li含量则反映了该段引起矿化的热液流体具有极低的δ⁷Li同位素组成且富集Li元素。而下地壳通常被认为具有较低的δ⁷Li值,其最低可达-18‰^[35]。分析认为该段成矿流体有可能来自下地壳岩浆房岩浆的分异,且这种分异出的岩浆流体δ⁷Li同位素值小于1‰,也进一步暗示了高温流体的特性。由此可见,引起下部矿化段铀矿化的热液流体与引起上部矿化蚀变段铀矿化的热液流体组成不同,早期铀矿化的成矿流体来源于深部下地壳岩浆房岩浆分异,而晚期铀矿化则可能与岩浆期后的热液流体有关。

4.3 成矿流体来源的元素地球化学证据

通常微量元素在地质历史演化中化学性质稳定,因此常被认为是重建初始岩浆类型的绝佳手段^[36-39]。前文指出矿化段的脉体样品与A型花岗岩的锂同位素组成极为相似,指示了脉体存在潜在的“A型花岗岩”成因特征。通常而言,I型花岗岩由下地壳来源物质熔融形成,S型花岗岩由上地壳物质熔融形成,而“A型花岗岩”与I型和S型花岗岩存在显著差异,常具有特殊的地球化学特征和较高的岩浆温度^{[36-37,40-41]}。基于上述各类花岗岩的差异,学者们提出了一系列可靠的地球化学判别图来区分花岗岩的类别,包括Nb-Y-3Ga和Nb-Y-Ce等三元图^[1,37]。在Nb-Y-3Ga和Nb-Y-Ce三元图中,矿化段脉体大部分被绘制到A2型花岗岩区域[图6(a)和图6(b)]^[36,42-44],少部分样品落入A1型花岗岩范畴,这与黄梅尖岩体的A1型花岗岩岩石成因有着显著差异,分析认为可能与岩浆热液流体形成的构造背景差异有关。

在Yb/Ta-Y/Nb图解中,上部矿化蚀变段脉体样品一半落在了OIB的范围内,还有一半样品显示了向IAB区过渡的趋势,而下部矿化段脉体均显示了向IAB区的趋势[图7(a)],表明研究区的蚀变铀矿化脉体与黄梅尖岩体相似,具有OIB-型地幔岩浆的特征,但其可能在很大程度上受到地壳物质的混染作用影响^[45-46],尤其是在矿化段下部样品中。同时,铀矿化蚀变脉体的Rb/Sr和Rb/Ba平均值分别为1.1和0.6(表1),相较于原始地幔的低值(Rb/Sr:0.029;Rb/Ba:0.088)^[42],样品的高值表明岩浆经历了较强的分异演化过程。从球粒陨石标准化分配图解可知,Ba、Sr 以及 Eu 等元素的强烈负异常,也反映了岩浆经历了较强的分异结晶过程^[45]。从Ba/La-Y/Nb图解可知,上部矿化蚀变段脉体样品落入OIB的范围内,显示出近似平行于碱性长石的分异结晶演化趋势,与黄梅尖岩体呈现相一致的岩浆分异结晶过程[图7(b)],进一步显示出同源特征。此外,区内铀矿床脉体的 Rb-(Y+Nb)图解中[图7(c)],上部矿化蚀变段样品均落在WAG(板内花岗岩)的区域内,指示其可能形成于板内岩浆作用,与黄梅尖岩体相一致;而下部矿化段样品主要落入VAG(火山弧花岗岩)中,这与矿化段上部明显不同,可能与岩浆流体在不同构造背景下侵入有关。

值得注意的是,Zr、Ta、Hf、Nb等元素通常被认为是典型的高温成矿元素^[10],并在高温岩浆热液作用过程中显著富集,本文研究样品中高的Zr、Ta、Hf、Nb元素含量表明成矿流体可能来源于深部,这与锂同位素的指示结果相一致。脉体样品的Nb/Ta值为3.3~16.1(表1),考虑到原始地幔的Nb/Ta值为17.5±2,下部矿化段样品(平均值:15.1)基本接近原始地幔的Nb/Ta值^[45-46],这表明其源区可能来源于原始地幔;而上部矿化蚀变段的低Nb/Ta值(平均值为3.3)表明其源区并非正常的原始地幔或亏损地幔,可能与富集地幔的部分熔融及地壳物质不同程度的混染有关。此外,下部矿化段的Zr/Nb值为15.2,与原始地幔(Zr/Nb=14.8)较为接近,而矿化段上部的较低Zr/Nb值(平均值为8.4)可能表明其来源于富集地幔^[46]。因此,黄梅尖岩体北缘铀矿床的成矿流体可能来源于富集地幔,并受到壳源物质的混染。结合前文锂同位素的分析结果,有理由认为区内铀矿化的成矿流体来源于深部岩浆房岩浆分异和岩浆期后的热液输入。

4.4 区内铀资源勘查的启发

将锂同位素地球化学手段应用于黄梅尖岩体北缘铀成矿流体来源研究,初步获取了“深部岩浆分异-晚期热液叠加”两阶段成矿流体事件,为区内深部铀资源勘查提供可验证的指向标志。基于δ⁷Li负异常与U-Mo富集耦合特征,初步建立“锂同位素-微量元素”指示区内铀成矿流体来源的标志,显著拓展了锂同位素在热液成矿作用研究中的应用范围。根据上述分析,认为ZK28-2深部存在深部岩浆分异和岩浆期后的热液作用,指示黄梅尖岩体北缘600~ 1 000 m以深仍具有较大的铀成矿潜力,尤其是在银珠凹西侧及岗上马家地区的深部位置。因此,建议将上述深部空间列为黄梅尖岩体北缘攻深找盲的首选靶区,进一步部署物探测深及深部钻孔验证工作。

研究区内北西向断裂与岩体接触带为控制矿化的关键结构面。通过类比推断可知,岩体北缘丁家山东侧至岗上马家地区近5 km间隔区域具有同等成矿条件,建议进一步开展工作,有望提交铀矿产地一处。此外,锂同位素方法可在大龙山等铀资源禀赋较佳的相邻工作区进行复制推广,可形成快速有效的成矿流体的识别体系,并应用于找矿勘查工作中,进而缩短勘查周期。

5 结论

(1)黄梅尖岩体北缘地区铀矿赋矿围岩、矿化蚀变脉体的锂同位素组成差异明显。未矿化段的赋矿围岩δ⁷Li值差异不大(10.3‰ ~13.2‰),而矿化蚀变段硅质脉和方解石脉的δ⁷Li(-9.9‰ ~6.1‰)值相差较大;脉体和围岩中的U和Mo元素呈现富集特征,Sr、Ba元素处于亏损状态;稀土元素中LREE富集特征明显,而重稀土中Eu、Dy、Tm等元素则亏损显著。

(2)锂同位素和元素地球化学特征共同指示区内铀矿至少存在两期成矿热液流体,早期铀矿化的成矿流体来源于深部下地壳岩浆房岩浆分异,而晚期铀矿化则可能与岩浆期后的热液流体有关。

参考文献

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