摘 要:棉花坑鈾礦床產(chǎn)有三類螢石,分別為形成于鈾成礦期主成礦階斷的紫黑色螢石、形成于鈾成礦期成礦晚階段的紫色螢石以及形成于鈾成礦后期的淺綠色螢石,這三類螢石均屬于熱液成因。 紫黑色螢石和紫色螢石相似的稀土元素配分模式暗示了兩者具有相同的物質(zhì)來源,而淺綠色螢石的物質(zhì)來源可能與紫黑色螢石、紫色螢石的物質(zhì)來源不同。 從鈾成礦期至鈾成礦期后,螢石弱的負(fù) Ce 異常、明顯的負(fù) Eu 異常和 U 的含量以及這些參數(shù)的變化特征都指示了成礦環(huán)境由還原向氧化轉(zhuǎn)化,成礦流體性質(zhì)由還原向氧化演化。 在研究棉花坑鈾礦床螢石微量元素和稀土元素的基礎(chǔ)上,結(jié)合長江鈾礦區(qū)的成礦地質(zhì)背景和類比鄰近相似鈾礦區(qū)成礦流體的研究成果,認(rèn)為棉花坑鈾礦床成礦流體存在多源性,該成礦流體是一種經(jīng)歷了深部循環(huán)的外來流體,并不源于富含 Ba、U 等元素的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底,也并未與其發(fā)生較為充分的水-巖反應(yīng)。

　　關(guān)鍵詞:螢石;礦物學(xué);地球化學(xué);熱液蝕變;棉花坑鈾礦床

　　含 Ca 礦物螢石,普遍存在于各類型地質(zhì)環(huán)境中,因 Ca2+的離子半徑與 REE3+相近,Ca2+易與 Y3+、Ce3+等離子發(fā)生類質(zhì)同象替換,因此賦存于螢石中的稀土元素可作為成礦流體來源和性質(zhì)的示蹤劑[1~ 9]。 脈石礦物螢石在熱液鈾礦床中起極其重要的作用,如位于贛杭構(gòu)造帶的火山巖型熱液鈾礦床(相山鈾礦田鄒家山鈾礦床) 和位于南嶺構(gòu)造帶的花崗巖型鈾礦床(長江鈾礦區(qū)棉花坑鈾礦床)都廣泛發(fā)育紫黑色-紫色螢石化和淺綠色-白色/ 無色透明螢石化蝕變。

　　螢石與鈾成礦的關(guān)系極其密切,尤其是紫黑色螢石常與成礦期的灰白色方解石、棕紅色微晶石英(膠狀/ 玉髓狀石英)和鈦鈾礦、瀝青鈾礦、鈾石以及次生鈾礦物等密切共生[9~ 11],因此,地質(zhì)工作者經(jīng)常將紫黑色螢石作為熱液鈾礦床重要的找礦標(biāo)志。本文在詳細(xì)的巖相學(xué)觀察基礎(chǔ)上,利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)分析了棉花坑鈾礦床中螢石(紫黑色螢石、紫色螢石和淺綠色螢石)的微量和稀土元素,探討了該礦床螢石的成因、成礦流體性質(zhì)和成礦環(huán)境條件等信息,以期為解決該礦床的形成機(jī)制等問題提供重要依據(jù)。

　　1 區(qū)域地質(zhì)背景

　　粵北長江鈾礦區(qū)地處于南嶺中部諸廣山復(fù)式巖體東南緣,諸廣山地區(qū)在地理位置上位于廣東、江西、湖南三省交界部位,大地構(gòu)造位置北鄰揚(yáng)子板塊和華南板塊縫合線,屬華夏古陸塊西南部,處于閩贛后加里東隆起與湘桂粵北海西-印支坳陷的結(jié)合部位[12~ 17]。

　　該區(qū)地層存在多階段演化,經(jīng)歷了早元古代結(jié)晶基底、前泥盆紀(jì)冒地槽、晚古生代穩(wěn)定地臺以及中生代拉張背景下的多期次構(gòu)造-巖漿活動[18~ 22],區(qū)域地層從元古代至新生代,除晚奧陶世、志留紀(jì)、早泥盆世以及中三疊世時期的地層存在缺失外,其他地層均有出露。諸廣山復(fù)式巖體位于強(qiáng)烈?guī)r漿-構(gòu)造區(qū)內(nèi),區(qū)內(nèi)巖漿活動具有持續(xù)時間長及多期多階段的特征,自加里東期至海西-印支期再到燕山期均發(fā)生巖漿活動,且燕山期巖漿活動最為強(qiáng)烈[10,23~ 26]。 區(qū)內(nèi)發(fā)育深大斷裂構(gòu)造,主要受 NE 向、NW 向、近 WE 向和近 SN 向 4 組深大斷裂影響,多條深大斷裂的夾持區(qū)嚴(yán)格控制區(qū)內(nèi)鈾礦床的分布。

　　2 礦床地質(zhì)特征

　　棉花坑礦床位于諸廣山巖體東南緣長江礦田中部[27~ 31],區(qū)內(nèi)出露圍巖由印支期中粒-中細(xì)粒小斑狀二云母花崗巖、燕山期中粗粒黑云母花崗巖及燕山晚期花崗巖組成,同時區(qū)內(nèi)還發(fā)育部分中基性脈巖,屬于硅化帶型鈾礦床。研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育近南北、北西和北東向 3 組斷裂構(gòu)造。 其中棉花坑礦床最主要的控礦構(gòu)造是近南北向的斷裂構(gòu)造;礦區(qū)控礦構(gòu)造及含礦構(gòu)造是北西向的油洞斷裂,且斷裂邊緣發(fā)育基性脈巖;以棉花坑斷裂代表的北東向斷裂構(gòu)造為主要的控礦構(gòu)造。 棉花坑礦床位于北東向棉花坑斷裂和北西向油洞斷裂夾持的巖塊中[32~ 36]。棉花坑礦床淺部礦體產(chǎn)狀主要呈似脈狀和透鏡狀,變化較大且不連續(xù);中深部礦體產(chǎn)狀主要呈脈狀和扁豆?fàn)?較為穩(wěn)定連續(xù)。

　　研究區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的熱液蝕變作用,近礦圍巖主要發(fā)育水云母化、綠泥石化蝕變,與外圍圍巖呈過渡漸變關(guān)系。 與鈾礦化密切相關(guān)的蝕變主要為硅化、黃鐵礦化、紫黑色螢石化和碳酸鹽化。 礦區(qū)內(nèi)的礦石礦物主要為瀝青鈾礦,鈾石以及少量鈾釷石、鈦鈾礦和次生鈾礦物等。 與礦石礦物伴生的金屬礦物主要有黃鐵礦、赤鐵礦和少量方鉛礦等,脈石礦物主要有微晶石英、螢石、方解石和少量綠泥石等。

　　3 樣品采集與測試分析

　　筆者在棉花坑鈾礦床 9 號帶-150 m 中段垂直礦體走向等間距采集樣品,間距約 0. 5 m,綠色螢石樣品采自礦體兩側(cè)蝕變帶,黑色及紫黑色螢石樣品采自礦體邊緣,共采集了 6 件代表性的螢石化巖/礦石樣品。

　　樣品經(jīng)過清洗和詳細(xì)的宏觀觀察等預(yù)處理后,在室內(nèi)進(jìn)行切片(主要沿著與鈾礦化關(guān)系較為密切的紫黑色-紫色螢石化發(fā)育的部位切片),磨制普通薄片和電子探針片(巖相學(xué)和礦物學(xué)特征;再對樣品進(jìn)行破碎至 40~80 目,將紫黑色螢石、紫色螢石和淺綠色螢石 3 類單礦物(各 3 件,共 9 件)在雙目鏡下挑選出來,使其純度 ≥ 99%,再使用瑪瑙缽研磨至 200 目以下后送樣測試。 螢石化巖/ 礦石樣品的巖相學(xué)、礦物學(xué)觀察鑒定以及單礦物挑選等工作在自然資源部離子型稀土資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院)和核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東華理工大學(xué))完成;在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)測試中心完成螢石單礦物的微量元素和稀土元素含量測試。

　　4 螢石的礦物學(xué)特征

　　棉花坑鈾礦床主要出露有紫黑色螢石、紫色螢石和淺綠色螢石三類螢石,偶見白色-無色透明螢石。 在野外多見斷裂構(gòu)造帶中或鈾礦體的邊緣充填交代脈狀、浸染狀的紫黑色螢石和紫色螢石。 吳德海等研究表明成礦期紫黑色以及紫色螢石與鈾成礦關(guān)系極為密切,且鈾含量越高螢石顏色越深(這在紫黑色螢石和紫色螢石的微量元素 U 含量特征方面也有所體現(xiàn));淺綠色螢石和白色-無色透明螢石為成礦期后的螢石,與鈾成礦沒有明顯的成因(或者時間和空間)關(guān)系,顏色較淺表明其所含的鈾含量較低(這在淺綠色螢石的微量元素 U 含量特征方面也有所體現(xiàn))[9]。

　　從棉花坑鈾礦床代表性螢石化巖/ 礦石標(biāo)本的宏觀特征可以看出,紫黑色螢石和紫色螢石主要呈脈狀、團(tuán)塊狀以及浸染狀充填交代于鈾成礦前期的白色粗晶石英(Q1 )中,或與鈾成礦期的褐紅-灰白色微晶石英(Q2 )密切共生;鈾成礦期紫黑色和紫色螢石中充填分布團(tuán)塊狀和脈狀淺綠色螢石。 紫黑-紫色螢石、淺綠色螢石以及白色粗晶石英(Q1)整體上構(gòu)成條帶狀構(gòu)造,巖/ 礦石標(biāo)本具有明顯的顏色分帶特征。

　　另外,紫黑色螢石和紫色螢石較淺綠色螢石結(jié)晶程度差。紫黑色螢石型鈾礦石(以 MHK18-5 為例)整體呈灰白色,因發(fā)育強(qiáng)烈的螢石化蝕變,巖石呈現(xiàn)出界線明顯的紫黑色。 鈾礦石呈不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,局部發(fā)育晶洞構(gòu)造,晶洞孔徑大小不一,最大孔徑達(dá) 1. 8 cm,暗示了棉花坑鈾礦床在溫暖潮濕環(huán)境和張性構(gòu)造背景下形成。在偏光顯微鏡下可觀察到紫黑色螢石型鈾礦石( MHK18-5) 發(fā)育明顯的粒狀 “ 變晶” 結(jié)構(gòu),主要由石英、方解石(Cal-1 和 Cal-2)和螢石組成;副礦物大部分為黃鐵礦(即以不透明金屬礦物為主),見少部分礦石礦物瀝青鈾礦。 巖石發(fā)育有多條寬度不等的石英脈,脈內(nèi)以梳狀石英為主。

　　巖石主要發(fā)育不同程度的螢石化、碳酸鹽化及硅化等蝕變。石英主要以梳狀、微晶狀集合體、他形粒狀等形式分布。 梳狀石英在張性構(gòu)造形成的空洞中發(fā)育生長(非交代成因),整體構(gòu)成環(huán)狀形態(tài),梳狀石英沿環(huán)壁相向生長,環(huán)內(nèi)充填有少量粒狀方解石(Cal-2,圖 4a);微晶狀石英集合體可能為原巖內(nèi)隱晶質(zhì)玉髓經(jīng)重結(jié)晶作用轉(zhuǎn)變而成;他形不規(guī)則粒狀石英為平行消光,存在“環(huán)帶”假象(圖4a,b,c),其邊部環(huán)繞有少數(shù)微晶石英和方解石(Cal-1)顆粒,且部分石英顆粒表面依附有粘土礦物等。

　　根據(jù)巖石的顯微特征可以判斷方解石存在兩期發(fā)育(鈾成礦期 Cal-1 和鈾成礦后期 Cal-2),兩期方解石(Cal-1 和 Cal-2)均呈他形不規(guī)則粒狀,局部以微粒狀集合體的形式分布,單偏光鏡下無色透明,正交偏光鏡下干涉色整體呈高級白,但因方解石表面依附有粘土礦物等,覆蓋了其干涉色,呈現(xiàn)出土狀集合體特征;鈾成礦期方解石(Cal-1)機(jī)械雙晶發(fā)育,部分呈微顆粒充填于張性構(gòu)造形成的空洞中(或者描述為充填在梳狀石英構(gòu)成的環(huán)狀形態(tài)內(nèi)。 方解石(Cal-2)與梳狀石英是同期不同階段的產(chǎn)物,空洞中的方解石(Cal-2)相對于梳狀石英稍晚。

　　5 測試結(jié)果與分析

　　螢石單礦物的微量元素和稀土元素含量采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀分析,測試在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)測試中心完成,儀器型號為 Agilent 7700x。

　　5. 1 稀土元素特征

　　為棉花坑鈾礦床螢石樣品稀土元素含量和特征值的分析測試結(jié)果,三類螢石樣品稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖,稀土元素在球粒隕石中的含量引自 Sun and McDonough(1989)[37]。經(jīng)分析表明,棉花坑鈾礦床螢石單礦物的∑REE(不包括 Y) 最低值為 43. 88 × 10-6,最高值為247. 53×10-6,53. 36×10-6 其平均含量。 此中,鈾成礦期主成礦階段的紫黑色螢石(Fl1 )稀土元素總量最低值為 47. 97×10-6,最高值為 49. 04×10-6,444×10-6 為其平均含量;鈾成礦期晚階段的紫色螢石(Fl2 )稀土元素總量最低值為 43. 88×10-6,最高值為82. 35×10-6,67. 45×10-6 為其平均值;鈾成礦后期的淺綠色螢石(Fl3 )稀土元素總量最低值為 163. 92×10-6,最高值為 247. 53×10-6,平均值為 192. 72×10-6。螢石單礦物的 Y 元素含量整體變化于 19. 4×10-6~ 241. 0×10-6 之間,平均值為 71. 77×10-6。

　　其中,Fl1 的 Y 元素含量變化于 19. 4×10-6~ 23. 5×10-6之間,平均值為 21. 23×10-6;Fl2 的 Y 元素含量變化于 29. 3×10-6~48×10-6 之間,平均值為 34×10-6;Fl3的 Y 元素含量變化于 103. 0×10-6~ 241. 0×10-6 之間,平均值為 155. 67×10-6。螢石單礦物的 LREE(La→Eu)含量整體變化于42. 18×10-6~ 170. 32×10-6 之間,平均值為 80. 04 ×10-6。 其中, Fl1 的 LREE 含量最低 值 為 42. 18 ×10-6,最高值為 42. 54×10-6,平均值為 42. 36×10-6;Fl2 的 LREE 含量最低值為 34. 13 × 10-6,最高值為69. 73×10-6,平均值為 55. 16×10-6;Fl3 的 LREE 含量變化于 125. 21×10-6~ 170. 32×10-6 之間,平均值為 142. 59×10-6。

　　螢石單礦物的 HREE(Gd→Lu) 含量整體變化于 5. 43×10-6~ 77. 21×10-6 之間,平均值為 22. 83×10-6。 其中,Fl1 的 HREE 含量變化于 5. 43×10-6~6. 86×10-6 之間,平均值為 6. 07×10-6;Fl2 的 HREE含量變化于 9. 75×10-6~14. 50×10-6 之間,平均值為12. 29×10-6;Fl3 的 HREE 含量變化于 34. 45×10-6~77. 21×10-6 之間,平均值為 50. 12×10-6。螢石單礦物的 LREE / HREE 比值整體變化介于 2. 21~7. 83 之間,平均比值為 4. 85。 其中,Fl1 的LREE / HREE 比 值 最 低 值 為 6. 15, 最 高 比 值 為7. 83,平均比值為 7. 04;Fl2 的 LREE / HREE 比值最低值為 3. 50,最高比值為 5. 53,平均比值為 4. 43;Fl3 的 LREE / HREE 比值最低值為 2. 21,3. 84 為其最高比值,平均值為 3. 09。

　　螢石單礦物 LaN/ SmN 比值整體變化于 1. 64 ~6. 08 之間,平均值為 3. 98。 其中,Fl1 的 LaN/ SmN比值變化于 5. 44~6. 08 之間,平均值為 5. 73;Fl2 的LaN/ SmN 比值變化于 3. 68 ~ 4. 28 之間,平均值為3. 95;Fl3 的 LaN/ SmN 比值變化于 1. 64 ~ 2. 87 之間,平均值為 2. 28。螢石單礦物 GdN/ LuN 比值整體變化于 0. 72 ~1. 21 之間,平均值為 0. 99。

　　其中,Fl1 的 GdN/ LuN比值變化于 1. 03~1. 21 之間,平均值為 1. 13;Fl2 的GdN/ LuN 比值變化于 0. 72 ~ 1. 05 之間,平均值為0. 92;Fl3 的 GdN/ LuN 比值變化于 0. 79 ~ 1. 03 之間,平均值為 0. 92。Fl1 和 Fl2 的輕稀土元素(La→Sm)稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式(圖 5)明顯的“右傾”特征表明:Fl1 和 Fl2 中的輕稀土元素隨著 La→Sm 原子序數(shù)的增加逐漸虧損,LREE 之間的分餾程度逐漸升高;Fl3 較 Fl1 和 Fl2 的輕稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式更為“平緩” ,說明 Fl3 中 LREE之間的分餾程度有所減弱。 此外,Fl1→Fl2→Fl3 的LaN/ SmN 值(平均值:5. 73→3. 95→2. 28)變化特征表明:從鈾成礦期→鈾成礦后期,Fl1→Fl2 →Fl3 的LREE 分餾程度逐漸降低。

　　Fl1 、Fl2 和 Fl3 較為“平坦”的重稀土元素(Gd→Lu)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式以及較為穩(wěn)定的GdN/ LuN 值(平均值分別為 1. 13、0. 92 和 0. 92) 表明:從 Gd→Lu 隨著原子序數(shù)的增加,Fl1 、Fl2 和 Fl3重稀土元素之間并未發(fā)生明顯的分餾;從鈾成礦期→鈾成礦后期,Fl1→Fl2→Fl3 的重稀土元素呈現(xiàn)出越來越富集特征。螢石單礦物 δCe 值整體變化于 0. 82 ~ 1. 06 之間,0. 90 為其平均值,呈現(xiàn)出較弱的 δCe 負(fù)異常特征,并且從 Fl1 →Fl2 →Fl3 ,δCe 的負(fù)異常逐漸減弱(平均值:0. 83→0. 92→0. 95)。 螢石單礦物 δEu 值整體變化于 0. 29 ~ 0. 37 之間,0. 34 為其平均值,呈現(xiàn)顯著 δEu 的負(fù)異常特征,并且從 Fl1→Fl2→Fl3 ,螢石 δEu 的負(fù)異常呈現(xiàn)“V” 型變化(平均值:0. 34→0. 37→0. 32),即 δEu 的負(fù)異常表現(xiàn)為先降低后升高的特征。

　　螢石單礦物的 Sm/ Nd 比值整體變化于 0. 22 ~0. 34 之間,平均值為 0. 26,變化范圍較小。 其中,Fl1的 Sm/ Nd 平均值(0. 22) 與 Fl2 的 Sm/ Nd 平均值(0. 25)比較接近,但兩者的 Sm/ Nd 平均值均略低于Fl3 的 Sm/ Nd 平 均 值 ( 0. 30 )。 據(jù) Chesley et al.(1994)運(yùn)用螢石 Sm-Nd 同位素等時線年齡對美國伊利諾伊-肯塔基州(Illinois-Kentucky)密西西比河谷型(MVT)鉛鋅礦床的成礦年齡研究可知:棉花坑鈾礦床主成礦期紫黑色螢石(Fl1 )如此穩(wěn)定的 Sm/ Nd比值(3 個樣品 Sm/ Nd 比值均為 0. 22)是難以獲得該紫黑色螢石(Fl1 )的 Sm-Nd 同位素等時線年齡,因此也難以通過該紫黑色螢石(Fl1 )的 Sm-Nd 同位素等時線年齡有效約束棉花坑鈾礦床的成礦年齡[38]。

　　6 討論

　　稀土元素是較為特別的微量元素,在地質(zhì)作用過程中,稀土元素的地球化學(xué)行為相似,常發(fā)生整體的遷移和沉淀。 在螢石中因?yàn)?Ca2+ 的離子半徑與 REE3+ 的離子半徑相近[1,41,43], 螢石晶格中的Ca2+易與 REE3+發(fā)生類質(zhì)同象置換,據(jù)此,賦存于螢石中的稀土元素是地質(zhì)作用過程中有力的信息記錄者[4,9,43~ 45]。

　　6. 1 螢石的成因分析

　　Möller 等(1976)指出據(jù) Tb / La-Tb / Ca 圖解可將螢石成因劃分為沉積、熱液和偉晶巖三種[1]。 通過對棉花坑鈾礦床螢石單礦物中的微量元素分析計(jì)算得出其 Tb / La 原子比值變化范圍為 1. 55×10-2~8. 01×10-2,Tb / Ca 原子最小比值為 1. 25×10-7,最大比值為 15. 98×10-7。 在 Tb / La-Tb / Ca 圖解中分析棉花坑鈾礦床螢石數(shù)據(jù),可見 Fl1 、Fl2 和 Fl3 的數(shù)據(jù)點(diǎn)均投影在熱液成因區(qū)范圍內(nèi),此特征同脈狀、浸染狀螢石充填交代于棉花坑鈾礦床中礦物裂隙以及構(gòu)造帶等現(xiàn)象一致。

　　此外,Mölleret al. (1976)認(rèn)為,螢石的稀土元素地球化學(xué)特征在結(jié)晶作用的早期階段表現(xiàn)為輕稀土富集,在結(jié)晶作用的中期階段輕重稀土富集程度相當(dāng),而在結(jié)晶作用的晚期階段重稀土富集[1]。 棉花坑鈾礦床 Fl1 和Fl2 均表現(xiàn)為明顯富集 LREE,Fl3 相對富集 LREE,但 Fl3 的 HREE 含量明顯增加,據(jù)此可推測棉花坑鈾礦床中 Fl1 和 Fl2 是于結(jié)晶作用的早期階段形成,而 Fl3 形成于結(jié)晶作用的中-晚期階段的可能性更大。 通過進(jìn)一步推斷紫黑色螢石與瀝青鈾礦的共生組合及賦存狀態(tài)特征(圖 4e,f)可以得出鈾成礦期主成礦階段的紫黑色螢石應(yīng)與瀝青鈾礦的結(jié)晶時期相一致,即主要形成于螢石結(jié)晶作用的早期階段。

　　6. 2 螢石的微量元素和稀土元素對成礦環(huán)境和成礦流體的指示

　　棉花坑鈾礦床主要產(chǎn)出紫黑色、紫色和淺綠色螢石,見少量白色或無色透明螢石。 經(jīng)分析三類螢石中的微量元素和稀土元素含量可得,Fl1 和 Fl2 的微量元素和稀土元素在含量上無顯著差別(除 U 元素以外),Fl1 和 Fl2 的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式也基本一致,呈現(xiàn)一定的繼承性,暗示了 Fl1和 Fl2 具有相同的物質(zhì)來源。 Fl1 、Fl2 與 Fl3 的微量元素和稀土元素在含量上具有明顯差異,尤其是 Fl3的 REE 含量明顯較 Fl1 和 Fl2 的 REE 含量高,且 Fl3的平緩“海鷗”型稀土標(biāo)準(zhǔn)化配分模式與 Fl1 、Fl2 的“右傾”型稀土標(biāo)準(zhǔn)化配分模式差異明顯,暗示了Fl3 與 Fl1 、Fl2 的物源可能不同。

　　系統(tǒng)的氧化還原環(huán)境是 δEu 和 δCe 變化的主要影響因素,Eu 在還原條件下大多以 Eu2+ 形式存在,在氧化環(huán)境中則以Eu3+形式存在;Ce 在還原條件下大多以 Ce3+形式存在,而在氧化環(huán)境中則以 Ce4+ 形式存在為主[9,46]。早印支期,深部體系較為封閉為還原狀態(tài),自印支期到喜山期中國南部地區(qū)地殼運(yùn)動活躍(區(qū)內(nèi)構(gòu)造體系經(jīng)歷“開合交替”變化)[47~ 51],眾多斷陷型紅盆(例如白堊紀(jì)南雄盆地及丹霞盆地)及斷陷帶(例如長江礦區(qū)的長江斷陷帶)在區(qū)內(nèi)形成;斷裂帶和裂隙構(gòu)成的體系較為開放,地下熱液與大氣降水發(fā)生混合導(dǎo)致熱液氧逸度增高,整個熱液系統(tǒng)自相對還原環(huán)境向氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致系統(tǒng)中部分 Ce3+氧化成為 Ce4+。

　　又因 Ce4+離子半徑較 Ce3+小,及其惰性強(qiáng)、不易隨熱液遷移等特性,Ce 元素不易保留在熱液之中,并與其他稀土元素發(fā)生分離,與螢石晶格中的 Ca2+發(fā)生類質(zhì)同象置換從而保存在螢石中,造成 Fl1→Fl2→Fl3 中的 Ce 逐漸富集而呈現(xiàn)由弱負(fù) Ce異常趨于正常的現(xiàn)象( δCe 平均值:0. 83→0. 92→0. 95);上述環(huán)境演化的特征(即從鈾成礦期→鈾成礦后期,成礦環(huán)境由還原向氧化轉(zhuǎn)化)在 Fl1→Fl2→Fl3 中 U 含量的變化特征方面( 平均值:889. 80 ×10-6→1. 67×10-6→0. 77×10-6)也有所體現(xiàn),因 U 在氧化還原環(huán)境下呈現(xiàn)不同的賦存狀態(tài),所以 Fl1→Fl2→Fl3(成礦環(huán)境自還原逐步向氧化轉(zhuǎn)變)中 U 含量呈現(xiàn)出由高到低變化趨勢(U 在還原環(huán)境中富集沉淀,在氧化環(huán)境中遷移)。 同時,在自封閉向開放演化的熱液體系中,Eu2+更易在水溶液中發(fā)生遷移,導(dǎo)致更為明顯的 δEu 負(fù)異常(δEu 的平均值為 0. 34→0. 37→0. 32)。

　　綜合分析上述特征表明成礦熱液體系自封閉向較為開放的環(huán)境演化與地下熱液同大氣降水混合同時發(fā)生,導(dǎo)致成礦熱液自還原狀態(tài)逐步向較為氧化狀態(tài)演變,這與鐘福軍等(2017)運(yùn)用鈾礦石、蝕變花崗巖、礦石礦物(瀝青鈾礦)和脈石礦物(螢石、方解石、黃鐵礦)的 REE、U、Th 地球化學(xué)特征研究粵北長江鈾礦區(qū)成礦流體的演化特征相一致,與吳德海等(2019a) 通過螢石研究贛南上窖鈾礦床(位于棉花坑鈾礦床南西約 150 km 處的一個花崗巖型鈾礦床) 成礦流體的演化特征相類似[9,34]。

　　7 結(jié)論

　　1. 棉花坑鈾礦床產(chǎn)有三類螢石,分別為形成于鈾成礦期主成礦階斷的紫黑色螢石、形成于鈾成礦期成礦晚階段紫色螢石以及形成于鈾成礦后期淺綠色螢石,三類螢石均屬于熱液成因。

　　2. 鈾成礦期主成礦階斷紫黑色螢石以及鈾成礦期成礦晚階段紫色螢石所呈現(xiàn)的“右傾”型稀土配分模式明顯區(qū)別于鈾成礦期后淺綠色螢石相對平緩的“海鷗型”稀土配分模式,這一特征指示紫黑色螢石與紫色螢石具有相似的物質(zhì)來源,而淺綠色螢石與紫黑色螢石、紫色螢石的物質(zhì)來源可能有所差異。 自鈾成礦期到鈾成礦期后,螢石弱的負(fù) Ce異常、明顯的負(fù) Eu 異常和 U 的含量及這些參數(shù)的變化特征都指示了成礦環(huán)境由還原向氧化轉(zhuǎn)變,成礦流體性質(zhì)由還原向氧化演化。

　　3. 棉花坑鈾礦床中螢石的 U 含量較礦區(qū)周圍巖體、江西南部-廣東北部地區(qū)前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和華東地殼豐度呈現(xiàn)出不同程度的富集,而成礦晚期淺綠色螢石虧損 U;同時 Th、Ba 等在三種螢石中都存在不同程度的虧損。

　　4. 在研究棉花坑鈾礦床螢石微量元素和稀土元素的基礎(chǔ)上,結(jié)合長江鈾礦區(qū)的成礦地質(zhì)背景和類比鄰近相似鈾礦區(qū)成礦流體的研究成果,認(rèn)為棉花坑鈾礦床成礦流體存在多源性,該成礦流體可能是外來流體且經(jīng)歷了深部循環(huán),并不源于富含 U、Ba 等元素的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底,也并未與其發(fā)生較為充分的水-巖反應(yīng)。

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　　作者：張 蕊1,2,3,4,吳德海3,4∗,夏 菲1,2,華國歡3,4,王宇飛3,4,潘家永1,2