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碳酸岩矿物学的研究不仅有利于揭示其岩浆-热液演化历史,而且对成矿也有重要的指示意义,是碳酸岩重要的研究内容之一。本文选取华阳川铀-多金属矿床为研究对象,以电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)等高精度的原位微区分析技术为支撑,对华阳川矿床铀铌矿物和典型副矿物进行系统研究。结合岩相学、岩石-矿物地球化学和矿物同位素地球化学特征,获得矿物类型、化学成分、成岩-成矿年代学、矿物演化、元素迁移规律等重要的信息,为深入研究该矿床的成矿演化过程和成矿机理提供依据,同时对丰富铀-多金属成矿理论也有重要的指示意义。
根据矿物组合、矿化类型及脉体穿插关系,华阳川铀多金属矿床中生代碳酸岩成矿分为两阶段:早阶段为赋存于含霓辉石碳酸岩中的岩浆铀铌成矿阶段成矿;晚阶段为赋存于含重晶石碳酸岩中的高温热液铀铌活化再成矿阶段。
碳酸岩浆铀铌成矿阶段含霓辉石碳酸岩中发育大量的烧绿石和晶质铀矿,矿物组合为方解石+石英+烧绿石(Pcl3)+晶质铀矿(Ur1)+褐帘石(Aln1)+霓辉石+独居石+榍石(Ttn1)+磷灰石。氧钙烧绿石(Pcl3)呈半自形-他形粒状分布,或呈脉状沿石英和方解石之间的裂隙充填,化学成分B位以Nb为主,A位以Ca和U占满为特征,其边部和内部沿裂隙处发生低温热液蚀变反应:3Ca2++YO2-→Ba2++Sr2++A□+Y□,形成空烧绿石(Pcl4)。晶质铀矿(Ur1)具有高PbO、低(CaO+FeO+SiO2)含量、U/Th比值为28.7~92.3、∑REE含量为4.8wt.%~6.7wt.%,为典型的高温流体产物。Ur1的边部和微裂隙经历晚期热液蚀变,形成低PbO、高(CaO+FeO+SiO2)含量的晶质铀矿(Ur3)。晶质铀矿(Ur1)原位LA-ICP-MSU-Pb同位素年龄(213±3.7)Ma,与碳酸岩中独居石原位LA-ICP-MSU-Th-Pb获得的碳酸岩年龄(218.7±1.2)Ma基本吻合,表明早中生代铀-铌矿化是碳酸岩岩浆作用的产物。早中生代秦岭造山带处于碰撞后阶段,华阳川碳酸岩部分熔融源于地幔,碳酸岩岩浆富含成矿物质(Nb、U和Pb)并优先存在于碳酸岩岩浆晚期,形成烧绿石(Pcl3)和晶质铀矿(Ur1),构成华阳川矿床铀-铌主成矿期。
高温热液改造成矿阶段含重晶石碳酸岩矿物组合为方解石+石英+烧绿石(Pcl5,Pcl7)+晶质铀矿(Ur2)+褐帘石(Aln2)+榍石(Ttn2)+重晶石-天青石+萤石+方铅矿+闪锌矿+黄铁矿。氧钙烧绿石(Pcl5)呈八面体或半自形粒状集合体分布,内部裂隙发生低温热液蚀变反应:3Ca2++YO2-→Ba2++Sr2++A□+Y□,形成空烧绿石(Pcl6);边部则发生高温热液蚀变反应:3Nb5++4Ca2+→2Si4++Ti4++U4++REE3++Ba2++Sr2++A□,形成水烧绿石(Pcl7)。晶质铀矿(Ur2)呈它形粒状或脉状沿烧绿石(Pcl5)边部、裂隙分布,与呈它形榍石(Ttn2)一起出现。晶质铀矿(Ur2)原位LA-ICP-MSU-Pb同位素年龄为(133±1.8)Ma,属晚中生代矿化,为热液流体活动的产物。东秦岭地区晚中生代时期(130~146Ma)的岩浆活动可能是重要的热源和富F的成矿流体来源。区域上密集发育的断裂和裂隙构造为热液流体的迁移提供了通道,富F的热液流体从烧绿石(Pcl5)和早期220Ma形成的晶质铀矿(Ur1)中萃取铀,形成富F和U的流体。直至热液流体中的F与围岩中的Ca结合形成萤石时,铀在热液流体中的溶解度降低并沿早期烧绿石(Pcl5)的边部和裂隙处沉淀,形成晶质铀矿(Ur2)。从烧绿石(Pcl5)中迁移的Ca、Ti、Nb等其他元素与热液流体中的Si形成榍石(Ttn2)。同时,部分早期褐帘石(Aln1)沿边部向核部发生热液蚀变:(Mg, Mn, Sr, Fe)2++REE3+→Ca2++Al3+,并形成褐帘石(Aln2)。
因此,本文认为华阳川铀-多金属矿床在中生代时期经历了岩浆铀铌成矿及热液改造成矿作用。早中生代铀-铌矿化发生于220Ma左右,是碳酸岩岩浆作用的产物;晚期铀铌活化-改造发生于130Ma左右,是热液流体活动对早期岩浆铀-铌矿化改造的结果。
根据矿物组合、矿化类型及脉体穿插关系,华阳川铀多金属矿床中生代碳酸岩成矿分为两阶段:早阶段为赋存于含霓辉石碳酸岩中的岩浆铀铌成矿阶段成矿;晚阶段为赋存于含重晶石碳酸岩中的高温热液铀铌活化再成矿阶段。
碳酸岩浆铀铌成矿阶段含霓辉石碳酸岩中发育大量的烧绿石和晶质铀矿,矿物组合为方解石+石英+烧绿石(Pcl3)+晶质铀矿(Ur1)+褐帘石(Aln1)+霓辉石+独居石+榍石(Ttn1)+磷灰石。氧钙烧绿石(Pcl3)呈半自形-他形粒状分布,或呈脉状沿石英和方解石之间的裂隙充填,化学成分B位以Nb为主,A位以Ca和U占满为特征,其边部和内部沿裂隙处发生低温热液蚀变反应:3Ca2++YO2-→Ba2++Sr2++A□+Y□,形成空烧绿石(Pcl4)。晶质铀矿(Ur1)具有高PbO、低(CaO+FeO+SiO2)含量、U/Th比值为28.7~92.3、∑REE含量为4.8wt.%~6.7wt.%,为典型的高温流体产物。Ur1的边部和微裂隙经历晚期热液蚀变,形成低PbO、高(CaO+FeO+SiO2)含量的晶质铀矿(Ur3)。晶质铀矿(Ur1)原位LA-ICP-MSU-Pb同位素年龄(213±3.7)Ma,与碳酸岩中独居石原位LA-ICP-MSU-Th-Pb获得的碳酸岩年龄(218.7±1.2)Ma基本吻合,表明早中生代铀-铌矿化是碳酸岩岩浆作用的产物。早中生代秦岭造山带处于碰撞后阶段,华阳川碳酸岩部分熔融源于地幔,碳酸岩岩浆富含成矿物质(Nb、U和Pb)并优先存在于碳酸岩岩浆晚期,形成烧绿石(Pcl3)和晶质铀矿(Ur1),构成华阳川矿床铀-铌主成矿期。
高温热液改造成矿阶段含重晶石碳酸岩矿物组合为方解石+石英+烧绿石(Pcl5,Pcl7)+晶质铀矿(Ur2)+褐帘石(Aln2)+榍石(Ttn2)+重晶石-天青石+萤石+方铅矿+闪锌矿+黄铁矿。氧钙烧绿石(Pcl5)呈八面体或半自形粒状集合体分布,内部裂隙发生低温热液蚀变反应:3Ca2++YO2-→Ba2++Sr2++A□+Y□,形成空烧绿石(Pcl6);边部则发生高温热液蚀变反应:3Nb5++4Ca2+→2Si4++Ti4++U4++REE3++Ba2++Sr2++A□,形成水烧绿石(Pcl7)。晶质铀矿(Ur2)呈它形粒状或脉状沿烧绿石(Pcl5)边部、裂隙分布,与呈它形榍石(Ttn2)一起出现。晶质铀矿(Ur2)原位LA-ICP-MSU-Pb同位素年龄为(133±1.8)Ma,属晚中生代矿化,为热液流体活动的产物。东秦岭地区晚中生代时期(130~146Ma)的岩浆活动可能是重要的热源和富F的成矿流体来源。区域上密集发育的断裂和裂隙构造为热液流体的迁移提供了通道,富F的热液流体从烧绿石(Pcl5)和早期220Ma形成的晶质铀矿(Ur1)中萃取铀,形成富F和U的流体。直至热液流体中的F与围岩中的Ca结合形成萤石时,铀在热液流体中的溶解度降低并沿早期烧绿石(Pcl5)的边部和裂隙处沉淀,形成晶质铀矿(Ur2)。从烧绿石(Pcl5)中迁移的Ca、Ti、Nb等其他元素与热液流体中的Si形成榍石(Ttn2)。同时,部分早期褐帘石(Aln1)沿边部向核部发生热液蚀变:(Mg, Mn, Sr, Fe)2++REE3+→Ca2++Al3+,并形成褐帘石(Aln2)。
因此,本文认为华阳川铀-多金属矿床在中生代时期经历了岩浆铀铌成矿及热液改造成矿作用。早中生代铀-铌矿化发生于220Ma左右,是碳酸岩岩浆作用的产物;晚期铀铌活化-改造发生于130Ma左右,是热液流体活动对早期岩浆铀-铌矿化改造的结果。