王江波，赖绍聪，李卫红，胡渭平

(1.西北大学地质学系，陕西西安 710069; 2.核工业二〇三研究所，陕西咸阳 712000)



北秦岭东段宽坪岩体地质地球化学特征及其与铀成矿关系

王江波1，2，赖绍聪1，李卫红2，胡渭平2

(1.西北大学地质学系，陕西西安 710069; 2.核工业二〇三研究所，陕西咸阳 712000)

北秦岭东段宽坪岩体受南北两侧区域性大断裂控制，呈狭窄带状展布，岩石地质地球化学特征具I型花岗岩的特征。铀矿化产于宽坪岩体与丹凤岩群内外接触带及内部构造角砾岩带内，具有强烈的热液蚀变。铀成矿年龄集中在140～90 Ma，铀矿化产出部位距K-E盆地不到10 km，岩体内部发育大量晚期煌斑岩脉，显示铀矿化与区域拉张事件密切相关。铀矿化从弱到强，HREE逐渐增高，显示HREE与铀的迁移具有同步性。岩(矿)石微量元素蛛网图基本一致，富集Rb、Th、U、La、Ce、Nd，亏损Ba、Sr、P、Ti等，与华南产铀花岗岩特征类似。Y/Ho变化范围狭窄(26.50～31.86)，暗示成矿物质主要来源宽坪岩体本身。岩石类型(I型或S型)及岩体铀含量的高低不是铀成矿能力的决定因素，强烈的构造改造和热液蚀变作用，叠加富CO2流体的搬运作用使岩石中的铀沉淀富集成矿。

地质特征 地球化学 宽坪岩体 北秦岭

Wang Jiang-bo, Lai Shao-cong, Li Wei-hong, Hu Wei-ping.Geological and geochemical characteristics of the Kuanping granite in the eastern section of North Qin Ling and their relationship with uranium mineralization[J].Geology and Exploration, 2015, 51(1):0098-0107.

0 引言

秦岭造山带是华北与扬子两大古板块的接合带，具有复杂的物质组成和结构构造，经历了长期的演化历史，并在不同的构造演化阶段以不同的构造体制发展演化而最终形成复合型大陆造山带，在我国大陆地质构造演化中占有重要地位。前人发现了商丹和勉略缝合带，将其划分为华北克拉通南缘、北秦岭造山带、南秦岭造山带和扬子克拉通北缘等4 个构造单元，确定了秦岭造山带的板块构造格局、地球化学分区及其物质成分，分析了显生宙造山机制和造山动力学过程(张国伟1995，2001；赖绍聪1998，2002；张本仁2002；杨经绥等，2002；刘良等，2013)。商丹缝合带及其附近构造带分布大量的铀矿床(点)，与区内广泛发育的古生代花岗岩体关系密切，前人研究多注重基础地质的专题研究，对铀成矿作用关注较少，本文以在该区开展的1∶5万区调和铀资源潜力评价项目为契机，对商丹缝合带中产出的宽坪岩体地质地球化学特征进行系统研究，分析其与铀成矿的关系，为该区进一步铀矿找矿工作提供借鉴。

1 区域地质概况

研究区位于秦岭铀成矿省北秦岭铀成矿带商丹成矿亚带(图1)，带内地质体间多由网结状构造岩块与基质构成，多层次、多阶段断裂构造极为发育，变形极为强烈，热液蚀变现象普遍发育，是热液型铀成矿的一级远景区，已发现热液型铀矿床两处以及数十个铀矿(化)点。以分水岭大断裂为界，北侧出露地层为古元古界秦岭岩群，为一套中深变质(角闪岩相至高角闪岩相)地层组合体，主要由黑云斜长片麻岩、含石榴黑云二长片麻岩、石榴矽线黑云片麻岩和含石墨白云石大理岩等组成(陆松年等，2006；闫全人等，2009；杨力等，2010)；南侧出露地层为下古生界丹凤岩群，为一套强烈变形变质的以火山岩-碎屑岩组合为主的构造岩片体，具有强烈而复杂的变形变质和组成结构特征。该岩群主要由基性熔岩、枕状玄武岩、辉绿岩墙、硅质岩、大理岩以及外来基底等构造岩块组成，被早古生代同碰撞花岗岩焊接在一起形成蛇绿构造混杂岩带(张旗等，1995；崔智林等，1995；裴先治等，2001；闫臻等，2009)。

图1 北秦岭宽坪岩体地质略图①Fig.1 Geological sketch of the Kuanping granite, North Qin Ling① 1-第四系；2-白垩-第三系；3-下古生界刘岭群；4-下古生界丹凤岩群；5-古元古界秦岭岩群；6-超基性岩；7-辉长岩；8 -花岗岩；9-断裂1-Quaternary；2-Cretaceous-Tertiary；3-lower Palaeozoic Liuling Group；4-lower Palaeozoic Danfeng Group；5-lower Proterozoic Qinling Group；6-ultrabasic rocks；7-gabbro；8-granite；9-fault

2 地质特征

宽坪岩体位于陕西省丹凤县双槽乡宽坪村一带，岩体北侧为分水岭大断裂，南侧为商丹大断裂，呈狭长带状侵入于构造夹持区，宽约2～3 km，长约40 km，面积约80 km2，延长远远大于其宽度，延伸方向与区域构造线一致均呈NWW向。岩体与围岩之间呈侵入接触关系，但目前多数地段呈断层接触，北界北倾，南界南倾，接触面产状与围岩中的面理产状协调一致。

宽坪岩体以片麻状中细粒黑云母二长花岗岩为主，呈浅肉红色—灰白色，中细粒花岗结构，块状、片麻状构造，主要由斜长石、钾长石、石英、黑云母组成，黑云母含量一般在5～10%，局部富集地段黑云母含量可达15%以上，副矿物有角闪石、磷灰石、榍石等。岩体内部及边缘发育强烈的面状组构，糜棱岩化作用强烈。岩体内部多有丹凤岩群变质岩残留体及定向展布的暗色闪长质包体(图2a、b)。宽坪岩体平均铀含量4.85×10-6，略高于全球花岗岩的铀平均质量分数(3.5×10-6)，钍含量18.64×10-6，钍/铀=4.07，用浓度为7.2% HCl进行浸出试验，铀浸出率达60.7%②。

岩体内部发育大量煌斑岩脉，以闪斜煌斑岩、拉辉煌斑岩为主，脉岩新鲜清晰，保留较好的煌斑结构，呈明显的侵入接触，接触面平直，显示脉体侵入后基本没有受到后期构造作用的影响(图2c)。

铀矿化产于岩体与丹凤岩群外接触带以及岩体内部构造角砾岩内，发育强烈碳酸岩化和赤铁矿化等热液蚀变。地表常见沥青铀矿氧化后形成的铀黑以及钙铀云母、硅钙铀矿等次生铀矿物，蚀变类型以碳酸岩化、赤铁矿化、钾长石化为主(图2e、f)。铀矿化受热液蚀变、断裂和脉体活动控制明显，往往在蚀变叠加部位和断裂交汇部位更为发育。

图2 北秦岭宽坪岩体岩(矿)石地质特征Fig.2 Geological features of the Kuanping granite, North Qin Ling a-片麻状黑云母二长花岗岩；b-矿物组成及花岗结构(正交)，视域2.7 mm；c-侵入于宽坪岩体中的煌斑岩脉；d-眼球状 旋转碎斑；e-碳酸岩化赤铁矿化铀矿石；f-沿裂隙发育的沥青铀矿细脉a-gneissic biotite monzonitic granite；b-mineral composition and granite texture；c-lamprophyre vein in Kuanping granite；d-augen rotational mortar；e-carbonate and hematite uranium mineral；f-pitchblende vein in crack

碳酸岩化有白云石化和方解石化两种：白云石化在含矿地段出现，呈脉状、团块状，自形程度较好，具环带构造。见有赤铁矿化、沥青铀矿围绕白云石，或为伟晶碳酸岩、黄铁矿等所交代的残体；方解石化在整个成矿过程中均有发育，粗晶方解石脉为矿前产物，结晶良好，并有压碎现象，被其他碳酸岩脉、硅质脉切穿。污色方解石脉与矿化关系密切，常与金属硫化物组成复合脉体，而沥青铀矿则充填在脉的一侧或两侧，当复合方解石脉被压碎时则沥青铀矿呈胶结物形式出现。而细粒方解石脉不含金属硫化物，为矿后脉体。赤铁矿化也是主要近矿围岩蚀变之一，有两种形式：一为脉状充填于岩石裂隙中和方解石解理裂纹或碳酸岩脉两侧；一为呈尘埃状，分散在方解石的分解物中。赤铁矿化范围往往大于铀矿化范围，是一种最直观的找矿标志。

3 地球化学特征

3.1 样品采集与分析方法

本次工作取样13件，其中宽坪岩体正常围岩样3件，弱蚀变岩样3件，蚀变岩样3件，铀矿石样4件，取样位置见图1。样品的主量元素和微量元素测试在核工业二〇三研究所分析测试中心完成，其中主量元素测试依据GB/T14506-2010，采用X射线荧光光谱法，仪器为岛津制造UV-2401PC，AA-6800；微量元素测试依据GB/T14506.30-2010，仪器为Thermo Fisher Scientific制造XSERIES2型ICP-MS。测试精度：Fe2O3和FeO的RSD<10%，其它元素的RSD<2%～5%，微量元素的RSD<2%～5%。分析测试结果见表1。

表1 北秦岭宽坪岩体岩(矿)石主量元素和微量元素分析结果

续表

注: 主量元素单位为%，痕量元素单位为×10-6，*引自③。

3.2 主量元素

宽坪花岗岩体(正常围岩)SiO2含量为65.90～73.80%，平均69.76%。Na2O含量2.87～4.11%，平均3.58%，K2O含量3.75～6.59%，平均5.21%，平均K2O/Na2O=1.49，显示出富K特征；里特曼指数δ=1.87～4.24，碱度率AR=2.58～3.86，属钙碱性系列；A/CNK=1.00～1.26，属过铝质岩石。随着铀矿化程度的增强，CO2和Fe2O3逐渐增高，显示热液蚀变程度与铀矿化密切相关(图3、图4)。随着热液蚀变程度的增强，暗色组分(Fe2O3、FeO和MgO)增加，浅色组分(SiO2、Al2O3、Na2O和K2O)都发生不同程度流失，而TiO2、MnO和P2O5则变化不大，显示其与热液蚀变和铀矿化无关。

3.3 微量元素

一些新近提出的理论为深入了解岩体地球化学特征提供了可供借鉴的方法。其中，大离子亲石元素对确定与花岗岩有关元素的迁移和流体—岩石相互作用发挥了一定作用，高场强元素作为不活动性元素对变质作用、交代蚀变作用惰性的元素一直是成岩、成矿流体来源的判别依据。

图3 铀矿化与碳酸岩化散点图Fig.3 Scatter diagram of uranium and carbonatization 1-弱蚀变岩；2-蚀变岩；3-铀矿石1-weakly altered rocks; 2-altered rocks; 3-uranium ores

图4 铀矿化与赤铁矿化散点图Fig.4 Scatter diagram of uranium and hematitization (Legend is the same to Fig.3)

宽坪岩体岩(矿)石微量元素蛛网图基本一致(图5)，均是左边相对隆起，右边相对平缓，暗示成矿物质来源于宽坪岩体本身。岩石富集Rb、Th、U、La、Ce、Nd，亏损Ba、Sr、P、Ti等，与华南产铀花岗岩特征类似。K2O与Rb具有较好的正相关性(图6)，表明Rb+更多以类质同像的形式取代K+进入矿物晶格中，随着铀矿化程度的增强和热液蚀变的强度增高，二者都发生流失。

3.4 稀土元素

岩石的稀土元素地球化学特征也具有一定的示踪性质，可以为成岩、成矿物质来源提供相关信息。稀土元素地球化学在热液铀矿床研究中积累了许多有益的认识，在成矿物质来源、成矿流体物理化学状态、岩体含铀性，甚至指导铀矿找矿勘探等方面都发挥了重要作用。

宽坪岩体各类岩石稀土总量变化较大，∑REE=72.30～416.86，在球粒陨石标准化稀土元素配分图解(图7)上，正常围岩样品呈LREE相对富集的右倾曲线，随着铀矿化程度的增强，HREE含量不断 升高，球粒陨石标准化曲线呈现近“海鸥型”。在富CO2的流体中稀土元素与碳酸络离子形成稳定络合物迁移，且重稀土的碳酸根络合物比轻稀土更易于溶解(陈培荣等，2000)，因此重稀土较轻稀土更容易迁移，这可能是铀矿石样品中HREE显著增加的原因。HREE相对增加由于U(Ⅳ)与HREE的离子半径更为接近，而导致类质同像置换时HREE较LREE在铀矿石中具有更大的分配系数。

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，在地质作用过程中具有非常相似的地球化学行为，而且Y/Ho值不受氧化-还原条件的影响。该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，etal.1995；丁振举，2000)。宽坪岩体不同类型岩(矿)石稀土元素总量变化较大，但Y/Ho值分布范围狭窄，绝大多数样品在26.50～31.86之间，暗示其具有相同的来源，进一步说明成矿物质来源于宽坪岩体本身。

4 讨论

宽坪岩体铀矿化产于岩体与围岩的内外接触带及岩体内部构造角砾岩带内，普遍发育强烈的热液蚀变。热液蚀变对于铀成矿具有以下有利作用：改变岩石的物理力学性质，使岩石孔隙度增加，强度降低，成为有利的成矿围岩；改变岩石中铀的赋存状态，使活性铀增多；为铀富集提供有利的地球化学环境。

图5 北秦岭宽坪岩体不同类型岩(矿)石微量元素原始地幔标准化蛛网图(原始地幔标准化值引自Sun et al.，1989)Fig.5 Primitive mantle-normalized trace element spidergrams of the Kuanping granite, North Qin Ling (base diagram from Sun et al., 1989)

图6 不同岩(矿)石类型中常量、微量元素含量及其比值散点图Fig.6 Scatter diagrams of the major-trace element contents and ratios in the different types of rocks

图7 北秦岭宽坪岩体不同类型岩(矿)石稀土元素球粒陨石标准化配分模式(球粒陨石准化值引自Sun，1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution patterns of the Kuanping granite, North Qin Ling

目前大量的研究表明与花岗岩有关的铀矿床其成矿物质主要来源于花岗岩本身(商朋强等，2007)，宽坪岩体具有I型花岗岩的特征，物质来源以上地幔或下地壳分异出的岩浆为主，在其向上侵位过程中同熔了一定数量的地壳上部物质，因而具有壳幔混源的性质。最新研究认为地幔中铀含量存在不均一性，在大陆型热点活动(地幔柱)区的岩石圈地幔通常含铀较高的铀丰度，地幔流体能够溶解或萃取地幔岩中的铀并得以浓集形成富铀成矿流体(王正其等，2007)。当SiO2、K2O和Na2O等低熔组分从上地幔分异出来形成岩浆时，温度较高，可以有较多地壳物质被同熔并将其中较丰富的铀带入岩浆中，在其向上侵位时又可以从地壳上部岩石汲取较丰富的铀，最后形成富有岩体。

传统观点认为富铝含榴的S型花岗岩经过多期改造，是热液型铀矿成矿的有利地区，而I型产铀花岗岩一般规模较小，铀含量较低，不利于形成热液型铀矿床。宽坪岩体北侧为分水岭大断裂，南侧为商丹区域性大断裂，岩体呈狭窄带状展布，普遍发育强烈的片麻状构造，显示出同构造花岗岩的特征(张成立等，1994，2013)。岩体侵位后发育多次构造岩浆活动，在宽坪岩体及其捕掳体(斜长角闪片岩、大理岩等)中均发育大量超动侵入的花岗伟晶岩脉，受后期构造改造作用，形成大量眼球状旋转碎斑和相似不对称褶皱(图2d)。尽管秦岭造山带在印支期后已经褶皱隆起，但是大量的事实证明它并未从此稳定、平静。新阶段的大陆内构造活动不仅不断发生，有的还很剧烈。早白垩世以前秦岭褶皱带内已经产生深大断裂发生了继承性的活动，如洛南-栾川断裂、商丹断裂等。由于强烈的SN向挤压作用，产生了大规模的逆冲推覆以及以中酸性为主的岩浆活动。其后随着太平洋板块俯冲作用的加强，东秦岭地区受到NWW向构造应力场的影响，沿着早期深大断裂产生了一系列大大小小的以断陷为主的山间盆地和一系列张性构造。几乎所有盆地都受断裂影响，商丹盆地就是其中之一，沿NWW向商丹大断裂延展的窄长条形。盆地边界清楚，断裂一侧的高山不断抬升，而另一侧的盆地不断相对下降，形成明显的地堑型断陷盆地。

5 结论

(1) 宽坪岩体铀矿石表现出强烈的碳酸岩化，铀以碳酸根络合物的形式参与运移的，在构造破碎带中，减压沸腾铀沉淀富集同时形成网状方解石脉。

(2) 铀矿石微量元素特征与宽坪岩体基本一致，说明铀主要来源于宽坪岩体。

(3) 重稀土与U的迁移具有同步性，富铀的热液同时应该也是富稀土的，铀源为就近的富铀花岗岩体。

(4) Y/Ho变化范围狭窄(26.50～31.86)，进一步说明成矿物质来源于宽坪岩体。

(5) 不论是I型还是S型花岗岩，发育强烈的构造改造和热液蚀变作用，叠加富CO2流体的搬运作用才能使岩石中的铀沉淀富集成矿。

[注释]

① 陕西省地质矿产局.1991.1∶20万商南幅地质图及说明书(修测)[R].

② 孙圭，赵致和.1998.中国北西部铀矿地质[R].

③ 陕西省地质矿产局.1996.1∶5万清油河幅区域地质图及说明书[R].

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[附中文参考文献]

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Geological and Geochemical Characteristics of the Kuanping Granite in the Eastern Section of North Qin Ling and their Relationship with Uranium Mineralization

WANG Jiang-bo1,2, LAI Shao-cong1, LI Wei-hong2, HU Wei-ping2

(1.DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710069； 2.ResearchInstituteNo. 203,CNNC,Xianyang,Shaanxi712000)

The Kuanping granite in the eastern section of North Qin Ling shows a tectonic control by two regional faults on its south and north sides, and thus exhibits a narrow banded extension. The rocks of the Kuanping granite belong to the type-I one. Uranium mineralization mainly occurs in the inner-and outer-contact zones of the Kuanping granite with the Danfeng rock group and endo-tectonic breccia belt, and has strong hydrothermal alternation. The ages of uranium mineralization are largely between 140～90 Ma, less than 10 km distant from the K-E basin. Within the granite formed lots of late lamprophyres, which show that uranium mineralization is closely related with the regional extensional events. HREE gradually increases when uranium mineralization gets stronger, which indicates that the migration of HREE and uranium migration were synchronous. The spider diagrams of trace elements from rocks and uranium ores are generally the same, with an enrichment of Rb, Th, U, La, Ce and Nd, a depletioin of Ba, Sr, P and Ti. This characteristic is very similar to that of uranium-bearing granite in South China. The narrow range of Y/Ho ratios between 26.50～31.86 indicates that metallogenic materials mainly originate from the Kuanping granite. The scale of geochemical rock type (I-type or S-type) and uranium content of rock itself is not the deciding factor of uranium mineralization capacity. A strong affection of structure and hydrothermal alteration coupled with CO2-riched fluid transportation resulted in uranium precipitate and enrichment to form ores.

geological characteristics, geochemistry, Kuanping granite, North Qin Ling

2014-08-01；

2014-10-20；[责任编辑]郝情情。

中国核工业地质局铀矿地质项目(项目编码：201351)和中国地质调查局地质调查项目(项目编码：1212011120567、1212011220375)联合资助。

王江波(1982年-)，男，2005年毕业于南京大学，工程师，在读博士研究生，矿物学岩石学矿床学专业。E-mail: sunshine3426@163.com。

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A

0495-5331(2015)01-0098-10