广东长排铀矿床成矿流体特征

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.05.04

摘要/Abstract

摘要：

长排铀矿床位于广东长江铀矿田内,矿体主要赋存在北北西向硅化断裂带内及其两侧的蚀变花岗岩中。流体包裹体显微测温和激光拉曼光谱分析表明,成矿流体为中低温、中低盐度的含CO₂、CH₄和H₂的流体。铀成矿期流体包裹体均一温度多集中于120~250 ℃,盐度为0.4%~10.2%。氢、氧同位素分析表明,成矿流体可能来源于深部,后期有大气降水的加入。成矿期方解石的δ¹³C值大多数集中于-9.1‰~-8.2‰,以深源碳为主。综合分析认为,长排铀矿床属于中低温热液脉型铀矿床。成矿流体经历了沸腾作用,使CO₂等挥发分逃逸,这可能是长排铀矿床铀矿沉淀、富集的主要原因。

关键词: 流体包裹体, 成矿流体, 稳定同位素, 长排铀矿床, 广东

Abstract:

The Changpai uranium deposit is located in the Changjiang ore field in northern Guangdong Pro-vince. The uranium orebodies are controlled by the NNW trending silicified fracture zones and hosted within both the fracture zones and adjacent altered granites. Microthermometric measurements and Laser Raman Spectrum analysis indicate that the ore-forming fluids of the Changpai uranium deposit are of medium-low temperature, medium-low salinity and contain volatiles including CO₂, CH₄ and H₂. The homogenization temperatures of the ore-forming fluids range from 120 to 250 ℃ while the salinities range from 0.4% to 10.2%. Hydrogen and oxygen isotopic systems of quartz indicate that the ore-forming fluids are mainly derived from magmatic water in the early stage but mixed with meteoric water in the late stage. The δ¹³C values of calcite from the mineralization stage are mostly from -9.1‰ to -8.2‰,signifying deep-sourced carbon in this deposit. On the basis of the aforementioned analyses, it is suggested that the Changpai uranium deposit is a medium-low temperature hydrothermal vein type uranium deposit. Fluid boiling of the ore-forming fluids and consequent escape of the volatile (e.g., CO₂) components resulted in the precipitation of pitchblende and other uranium minerals.

Key words: fluid inclusion, ore-forming fluid, stable isotope, Changpai uranium deposit, Guangdong

中图分类号:

P619.14

徐浩, 张闯, 庞雅庆, 曹豪杰, 刘佳林, 刘文泉. 广东长排铀矿床成矿流体特征[J]. 现代地质, 2018, 32(05): 902-912.

XU Hao, ZHANG Chuang, PANG Yaqing, CAO Haojie, LIU Jialin, LIU Wenquan. Characteristics of Ore-forming Fluids of the Changpai Uranium Deposit in Guangdong Province[J]. Geoscience, 2018, 32(05): 902-912.

图/表 13

图1 长排地区地质简图(据①修改) 1.第四系;2.细粒二云母花岗岩;3.中粒二云母花岗岩;4.细粒黑云母花岗岩;5.中粒黑云母花岗岩;6.中粒斑状二云母花岗岩;7.中粒斑状黑云母二长花岗岩;8.花岗斑岩岩脉;9.中基性岩脉;10.构造断裂带;11.铀矿床及编号 ① 核工业二九〇研究所.广东省韶关市仁化县长排铀矿床普查地质报告.2013:1-137.

Fig.1 Geological sketch map of Changpai area(modified after ①)

图2 长排铀矿床14号勘探线地质剖面图(据①修改) 1.中粒黑云母花岗岩;2.中粒斑状二云母花岗岩;3.中粒斑状黑云母二长花岗岩;4.煌斑岩脉;5.硅化带;6.蚀变带;7.地质界线;8.铀矿体;9.施工钻孔

Fig.2 No.14 cross section of the Changpai uranium deposit (modified after ①)

图3 长排铀矿床蚀变岩石和矿石特征照片 A.绿泥石化、绢云母化蚀变花岗岩;B.赤铁矿化蚀变花岗岩;C.肉红色微晶石英;D.沥青铀矿与黄铁矿、紫黑色萤石共生;E.成矿期方解石脉;F.成矿后方解石脉;G—I.铀矿石显微照片(透射正交偏光);Qz.石英;Cal.方解石;Fl.萤石;Py.黄铁矿;Ptc.沥青铀矿

Fig.3 The altered rock and mineral characteristics of the Changpai uranium deposit

图4 长排铀矿床矿物生成次序

Fig.4 The mineral arisen sequence of the Changpai uranium deposit

图5 长排铀矿床典型流体包裹体类型 A、B.石英中含CO2三相包裹体;C.石英中富液相包裹体;D.萤石中富液相包裹体;E.石英中富气相包裹体;F.方解石中富液相包裹体

Fig.5 Typical fluid inclusions from the Changpai uranium deposit

表1 长排地区流体包裹体显微测温结果

Table 1 Microthermometry results of fluid inclusions from the Changpai uranium deposit

成矿期次	矿物类型	包裹体类型	测试数目	CO₂包裹体			均一温度/℃		冰点/℃	盐度/%
成矿期次	矿物类型	包裹体类型	测试数目	初熔温度 /℃	笼形物消失温度/℃	部分均一温度/℃	范围	平均	冰点/℃	范围	平均
成矿前	石英	含CO₂三相包裹体	18	-61.9~-58.9	5.5~8.2	19.7~29.2	291~381	331		3.5~7.9	5.4
		富液相包裹体	10				291~372	335	-2.6~-1.8	3.1~4.3	3.7
		富气相包裹体	2				320~378	345	-2.5	4.2	4.2
成矿期	萤石	富液相包裹体	15				91~294	205	-5.0~-3.5	5.7~7.9	6.8
	方解石	富液相包裹体	14				121~171	140	-0.6~-0.2	0.4~1.1	0.7
	石英	富液相包裹体	84				115~295	195	-6.5~-1.8	2.6~10.2	5.7
	石英	富气相包裹体	6				222~249	234	-4.4	7.0	7.0
成矿后	方解石	富液相包裹体	8				146~220	188	-2.7~-0.8	1.4~4.5	2.3

图6 长排铀矿床流体包裹体均一温度直方图

Fig.6 Histograms of homogenization temperatures of the fluid inclusions from the Changpai uranium deposit

图7 长排铀矿床流体包裹体盐度直方图

Fig.7 Histograms of salinities of the fluid inclusions from the Changpai uranium deposit

图8 长排铀矿床流体包裹体激光拉曼光谱分析 A.石英含CO2三相包裹体中富含CO2;B.石英富液相包裹体中富含CO2和CH4;C.石英富气相包裹体中富含CO2;D.石英富液相包裹体中富含H2

Fig.8 The Laser Raman spectrum analyses of the fluid inclusions from the Changpai uranium deposit

表2 长江铀矿田石英中氢氧同位素组成

Table 2 Hydrogen and oxygen isotopic composition in the quartz from Changjiang uranium ore-field

样品编号	成矿阶段	地区	岩性	t/℃	δD /‰	δ¹⁸O_quartz/‰	δ¹⁸O_water/‰
ZN72	成矿前	长排	灰白色石英	270	-51.0	9.2	1.1
ZN3-1	成矿前	塘洞	灰白色石英	270	-73.9	10.5	2.4
ZN14	成矿前	棉花坑	灰白色石英	267	-57.2	11.3	3.1
ZN33-1	成矿前	学塘坳	灰白色石英	270	-104.4	14.3	6.4
ZN42-6	成矿前	长排	灰白色石英	270	-85.2	11.5	3.4
-15029-1	成矿期	棉花坑	肉红色石英	208	-77.9	8.7	-2.5
5008-3	成矿期	棉花坑	肉红色石英	248	-71.6	10.2	1.2
-10041-1	成矿期	棉花坑	肉红色石英	301	-92.2	9.9	3.1
-10029-1	成矿期	棉花坑	肉红色石英	272	-51.6	9.7	1.7
ZK4-3-2	成矿后	棉花坑	灰白色石英	170	-77.9	12.3	-3.7
ZK23-2-1	成矿后	棉花坑	浅灰白色石英	170	-83.2	10.2	-5.8
ZK23-3-7	成矿后	棉花坑	灰白色石英	170	-76.8	11.2	-4.8
ZN3	成矿后	塘洞	灰白色石英	217	-84.2	8.0	-2.7
ZN10	成矿后	城口	灰白色石英	163	-73.4	7.1	-5.9
04C-2	成矿后	棉花坑	灰白色石英	177	-71.5	10.8	-1.2

表3 长排铀矿床方解石的碳、氧同位素组成

Table 3 Carbon and oxygen isotopic compositions of calcite in the Changpai uranium deposit

样品编号	矿物	δ¹³C_PDB/ ‰	δ¹⁸O_PDB/ ‰	δ¹⁸O_SMOW/ ‰
ZK4-4-1	成矿期烟灰色方解石	-0.6	-23.9	6.3
ZK11-2-2	成矿期烟灰色方解石	-8.2	-17.9	12.4
GZN201-2	成矿期烟灰色方解石	-8.5	-16.8	13.6
GZN203-4	成矿期烟灰色方解石	-9.1	-17.6	12.7
ZK4-3-11	成矿期烟灰色方解石	-8.5	-18.0	12.4
ZK4-4-2	成矿后灰白色方解石	-10.3	-16.8	13.6
ZK2-1-6	成矿后灰白色方解石	-1.0	-23.7	6.5
ZK14-1-5	成矿后灰白色方解石	-9.7	-14.8	15.7
ZN70-3	成矿后灰白色方解石	-8.5	-18.5	11.8
ZK4-3-10	成矿后灰白色方解石	-11.9	-16.1	14.3
ZK5-3-3	成矿后灰白色方解石	-10.6	-15.9	14.5

图9 长江地区δD - δ18O同位素组成图

Fig.9 δD - δ18O isotopic composition of Changjiang area

图10 长排铀矿床δ13CPDB- δ18OSMOW同位素组成图

Fig.10 δ13CPDB - δ18OSMOW isotopic composition in the Changpai uranium deposit

参考文献 45

[1]	NEGGA H S, SHEPPARD S M F, ROSENBAUM J M, et al. Late Hercynian U-vein mineralization in the Alps: fluid inclusion and C,O,H isotopic evidence for mixing between two externally derived fluids[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1986, 93(2): 179-186. DOI URL
[2]	TURPIN L, LEROY J L, SHEPPARD S M F. Isotopic systema-tics (O, H, C, Sr, Nd)of superimposed barren and U-bearing hydrothermal systems in a Hercynian granite,Massif Central, France[J]. Chemical Geology, 1990, 88(1/2): 85-98. DOI URL
[3]	TURPIN L, VELDE D, PINTE G. Geochemical comparison between minettes and kersantites from the Western European Hercynian orogen: trace element and Pb-Sr-Nd isotope constraints on their origin[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1988, 87(1/2): 73-86. DOI URL
[4]	LEROY J, HOLLIGER P. Mineralogical, chemical and isotopic (U-Pb method) studies of Hercynian uraniferous mineralizationstion (Margnac and Fanay mines,Limousin, France)[J]. Chemical Geology, 1984, 45(1/2): 121-134. DOI URL
[5]	MIN M Z, FANG C Q, FAYEK M. Petrography and genetic history of coffinite and uraninite from the Liueryiqi granite-hosted uranium deposit, SE China[J]. Ore Geology Reviews, 2005, 26(3/4): 187-197. DOI URL
[6]	ZHANG C, CAI Y Q, XU H, et al. Mechanism of mineralization in the Changjiang uranium ore field,South China: Evidence from fluid inclusions, hydrothermal alteration,and H-O isotopes[J]. Ore Geology Reviews, 2017, 86: 225-253. DOI URL
[7]	金景福, 胡瑞忠. 希望铀矿床物质来源探讨[J]. 矿床地质, 1990, 9(2): 141-148.
[8]	王联魁, 刘铁庚. 华南花岗岩铀矿H、O、S、Pb同位素研究[J]. 地球化学, 1987, 16(1): 67-78.
[9]	杜乐天. 幔汁HACONS流体[J]. 大地构造与成矿学, 1988, 12(1): 87-94.
[10]	胡瑞忠, 金景福. 上升热液浸取成矿过程中铀的迁移沉淀机制探讨——以希望铀矿床为例[J]. 地质论评, 1990, 36(4): 317-325.
[11]	胡瑞忠, 毕献武, 彭建堂, 等. 华南地区中生代以来岩石圈伸展及其与铀成矿关系研究的若干问题[J]. 矿床地质, 2007, 26(2): 139-152.
[12]	李子颖. 华南热点铀成矿作用[J]. 铀矿地质, 2006, 22(2): 65-69.
[13]	高飞, 林锦荣, 钟启龙, 等. 302铀矿床围岩蚀变分带性及地球化学特征[J]. 铀矿地质, 2011, 27(5): 274-281.
[14]	高翔, 沈渭洲, 刘莉莉, 等. 粤北302铀矿床围岩蚀变的地球化学特征和成因研究[J]. 岩石矿物学杂志, 2011, 30(1): 71-82.
[15]	祁家明, 黄国龙, 朱捌, 等. 粤北棉花坑铀矿床蚀变花岗岩副矿物特征研究[J]. 地质学报, 2014, 88(9): 1691-1705.
[16]	郭国林, 刘晓东, 潘家永, 等. 粤北302铀矿床流体包裹体研究[J]. 铀矿地质, 2010, 26(6): 350-354.
[17]	张闯, 蔡煜琦, 徐浩, 等. 粤北302铀矿床成矿机制探讨——来自流体包裹体的证据[J]. 东华理工大学学报(自然科学版), 2016, 39(2): 156-164.
[18]	陈培荣, 刘义. 302铀矿床成矿物理化学条件、热液来源和运移方向[J]. 矿床地质, 1990, 9(2): 149-157.
[19]	金景福, 倪师军, 胡瑞忠. 302铀矿床热液脉体的垂直分带及其成因探讨[J]. 矿床地质, 1992, 11(3): 252-258.
[20]	张国全, 胡瑞忠, 商朋强, 等. 302铀矿床方解石C-O同位素组成与成矿动力学背景研究[J]. 矿物学报, 2008, 28(4): 413-420.
[21]	张国全, 胡瑞忠, 蒋国豪, 等. 幔源挥发性组分参与302铀矿床成矿作用的氦同位素证据[J]. 地球化学, 2010, 39(4): 386-395.
[22]	沈渭洲, 凌洪飞, 邓平, 等. 粤北302铀矿床同位素地球化学研究[J]. 铀矿地质, 2010, 26(2): 80-87.
[23]	黄国龙, 尹征平, 凌洪飞, 等. 粤北地区302矿床沥青铀矿的形成时代、地球化学特征及成因研究[J]. 矿床地质, 2010, 29(2): 352-360.
[24]	金景福, 胡瑞忠. 302矿床成矿热液中铀的迁移和沉淀[J]. 地球化学, 1987, 16(4): 320-329.
[25]	金景福, 胡瑞忠. 302铀矿床成因探讨[J]. 成都地质学院学报, 1985(4): 1-10.
[26]	倪师军, 胡瑞忠, 金景福. 302铀矿床热液的混合和沸腾垂直分带模式[J]. 铀矿地质, 1994, 10(2): 70-77.
[27]	卢焕章, 范宏瑞, 倪培, 等. 流体包裹体[M]. 北京: 科学出版社, 2004: 1-487.
[28]	朱黎宽, 顾雪祥, 李关清, 等. 藏南扎西康铅锌锑多金属矿床流体包裹体研究及地质意义[J]. 现代地质, 2012, 26(3): 453-463.
[29]	蔡应雄, 杨红梅, 段瑞春, 等. 湘西—黔东下寒武统铅锌矿床流体包裹体和硫、铅、碳同位素地球化学特征[J]. 现代地质, 2014, 28(1): 29-41.
[30]	BODNAR R J. Revised equation and table for determining the freezing point depression of H₂O-NaCl solutions[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1993, 57(3): 683-684. DOI URL
[31]	COLLINS P L F. Gas hydrates in CO₂-bearing fluid inclusions and the use of freezing data for estimation of salinity[J]. Economic Geology, 1979, 74(6): 1435-1444. DOI URL
[32]	CLAYTON R N, O’NEIL J R, MAYEDA T K. Oxygen isotope exchange between quartz and water[J]. Journal of Geophysical Research, 1972, 77(17): 3057-3067. DOI URL
[33]	TAYLOR S R, RUDNICK R L, MCLENNAN S M, et al. Rare earth element patterns in Archean high-grade metasediments and their tectonic significance[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1986, 50(10): 2267-2279. DOI URL
[34]	VEIZER J, HOLSER W T, WILGUS C K. Correlation of ¹³C/¹²C and ³⁴S/³²S secular variations[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1980, 44(4): 579-587. DOI URL
[35]	OHMOTO H. Systematics of sulfur and carbon isotopes in hydrothermal ore deposits[J]. Economic Geology, 1972, 67(5): 551-578. DOI URL
[36]	ZHENG Y F. Carbon-oxygen isotopic covariation in hydrothermal calcite during degassing of CO₂[J]. Mineralium Deposita, 1990, 25(4): 246-250.
[37]	徐文雄, 王树忠, 黄国龙, 等. 诸广南部基性岩脉的地球化学特征及成因[J]. 东华理工大学学报, 2008, 31(2): 101-110.
[38]	黄国龙, 曹豪杰, 凌洪飞, 等. 粤北油洞岩体SHRIMP锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其成因研究[J]. 地质学报, 2012, 86(4): 577-586.
[39]	黄国龙, 刘鑫扬, 孙立强, 等. 粤北长江岩体的锆石U-Pb定年、地球化学特征及其成因研究[J]. 地质学报, 2014, 88(5): 836-849.
[40]	TAYLOR S R, MCLENNAN S M. The geochemical evolution of the continental crust[J]. Reviews of Geophysics, 1995, 33(2): 241-265. DOI URL
[41]	胡瑞忠, 毕献武, 苏文超, 等. 华南白垩—第三纪地壳拉张与铀成矿的关系[J]. 地学前缘, 2004, 11(1): 153-160.
[42]	陈跃辉, 陈祖伊, 蔡煜琦, 等. 华东南中新生代伸展构造时空演化与铀矿化时空分布[J]. 铀矿地质, 1997, 13(3): 129-146.
[43]	毛景文, 谢桂青, 李晓峰, 等. 华南地区中生代大规模成矿作用与岩石圈多阶段伸展[J]. 地学前缘, 2004, 11(1): 45-55.
[44]	张德会. 流体的沸腾和混合在热液成矿中的意义[J]. 地球科学进展, 1997, 12(6): 546-552.
[45]	CHEN Y J, PIRAJNO F, QI J P. The Shanggong gold deposit,Eastern Qinling Orogen,China: Isotope geochemistry and implications for ore genesis[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2008, 33(3/4): 252-266. DOI URL