芨岭铀矿床是中国北西部祁连山—龙首山铀成矿带重要的铀矿床, 也是中国北方最典型的钠交代型铀矿床之一(杜乐天, 1996)。芨岭、新水井、扁都口等铀矿床及近百个铀矿点、矿化异常点带都产于古生代, 与巴西东北部的 Itataia矿床(Netto et al.,1991)、喀麦隆的Poli矿床(Vels and Fritsche, 1988)及美国的Coles Hill铀矿田(Jerden et al., 2001)等都是古生代钠交代型热液铀成矿作用的产物(Cuney et al., 2012)。

芨岭钠交代型铀矿床发现于20世纪60年代初期, 为中国核工业早期发展做出了贡献, 该矿床的地质特征和成因研究也一直是热液铀成矿研究的热点(李占游, 1987; 杜乐天, 1996, 2001, 2009; 赵如意等, 2013, 2015; 陈云杰等, 2014; 钟军等, 2016; 张甲民等, 2017)。野外勘查和诸多研究成果一致表明,粉红色方解石化和细脉状绿泥石化是芨岭铀矿床蚀变中心部位发育的特征性蚀变, 指示了较好铀矿化所在。前人研究表明(张祖还, 1984; Chen et al.,1992), 在热液中与 配位的阴离子, ∑CO2的含量远高于 F–、Cl–、 等离子, U 主要以碳酸铀酰络合物离子[UO2(CO3)2]2–和[UO2(CO3)3]4–的形式迁移, 所以大多数铀矿床的成矿流体具有富含 CO2的特征(Poty et al., 1988), 而方解石化也是热液铀矿床最常见的蚀变之一。方解石生长过程中所圈闭的流体保存了其形成时地质环境中的压力、温度、pH、盐度、深度等方面的信息(卢焕章等, 2004; 周云等,2012)。因此, 对芨岭矿床粉红色方解石脉中流体包裹体的特征和其两侧的蚀变围岩地球化学特征研究,能够最直接约束钠交代型铀矿的成矿流体特征, 反演地球化学组分的迁移和富集特征, 进而探讨其成矿机制。

1 区域地质背景

芨岭矿床位于龙首山成矿带中部, 其南侧为华北板块西南陆缘海形成的河西走廊(图1a), 北侧是潮水盆地(汤中立和白云来, 1999)。古元古界龙首山岩群是区内出露最老的地层, 经强烈的变质变形后,其片麻岩、片岩、大理岩中发育大量A型褶皱、无根褶皱及顺层韧性剪切带和构造透镜体(胡能高,2003)。中元古界墩子沟群以角度不整合于龙首山岩群之上, 常见含炭硅质板岩、变长石石英砂岩、白云岩等(许安东和姜修道, 2003)。新元古界韩母山群平行不整合或微角度不整合于墩子沟群之上, 岩性为砾状白云岩、含砾千枚岩和含炭绢云千枚岩、绢云石英千枚岩等(校培喜等, 2011)。区域上岩浆作用十分发育, 主要有中条期白岗岩(辛存林等, 2013)、晋宁期镁铁—超镁铁岩(李献华等, 2004)、加里东期闪长岩(魏俏巧等, 2013)、花岗岩(赵亚云等, 2016)、碱性岩(张树明等, 2013)等, 海西期还有少量脉状岩浆活动。地层整体以复式背斜产出, 受北西向主构造线的控制, 早期断裂构造以北西向为主, 衍生有与之小角度相交的近东西向次级断裂, 晚期产出的断裂以北东向和近南北向为主(图1b)。

2 矿床地质

芨岭钠交代型铀矿床定位于芨岭复式岩体南带中段(图1b, 图2A), 含矿岩石主要有蚀变似斑状花岗岩、蚀变闪长岩和钠长岩脉。矿床中部发育北西向马路沟断裂, 是芨岭矿床的控矿断裂, 所有矿体均呈透镜状、长透镜状、脉状、不规则状产出于马路沟断裂的下盘。马路沟断裂, 产状为220°～230°∠60°～70°。断层上盘为古元古界龙首山岩群的大理岩, 下盘似斑状花岗岩((458.3±2.3) Ma,张甲民等, 2017)超动侵入至加里东早期闪长岩(540 Ma, 赵如意, 2016)之中, 后又被中粗粒花岗岩(445 Ma)和钠长岩脉((442.9±5.7) Ma, 赵如意等,2015)侵入。芨岭矿床所有矿体均赋存于钠交代体之中, 但并非所有的蚀变体都发育有品位较高的铀矿化, 钠交代体呈长透镜状、透镜状、囊状分布, 总体呈 55°～65°的倾角向 310°～320°方向侧伏。马路沟断裂南侧, 发育一条产状为30°～35°∠70°～75°的晚期断层, 野外调研和综合研究表明 F105是右行走滑逆断层, 将原矿体和蚀变带向北西向错动约80 m, 下降约40 m。钻探查证的结果显示, F105下盘存在厚大矿体, 矿床中西部的新空间、新深度尚有较大的找矿空间有待拓展。进一步工作有希望将前人控制约 150 m长、10～45 m宽的最大矿体(Dahlkamp, 2009; Zhou, 2000)增加一倍以上的长度。《世界铀矿床》(Dahlkamp, 2009)引用IAEA报告《中国铀成矿省》(Zhou, 2000)中介绍芨岭铀矿床的矿石品位为0.03%～0.1%, 资源量为500～1 500 t, 最新的勘查成果表明, 矿床深部矿石品位变富趋势明显,资源量潜力很大。

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3 样品采集与分析测试

图1 甘肃省龙首山芨岭钠交代型铀矿床区域地质(a)与矿区地质图(b)(据张甲民等, 2017改) Fig.1 Regional geological map (a) and local geological map (b) of the Jiling Na-metasomatic uranium deposit in Longshou Mountain, Gansu Province (after ZHANG et al., 2017)

I1-龙首山陆缘带; I2-河西走廊; II1-北祁连缝合带; II2-中祁连多岛弧带; II3-南祁连弧后盆地; III1-柴达木北缘隆起带;III2-柴达木盆地; III3-柴达木南缘隆起带 I1-Longshou mountain Continental margin; I2-Hexi Corridor; II1-North Qilian Suture zone; II2-Middle Qilian Multi island-arc zone;II3-South Ailian back arc basin; III1-North Qaidam Uplifted zone; III2-Qaidam basin; III3-South Qaidam Uplifted zone

芨岭钠交代型铀矿床 9号勘探线钻孔 ZKJ9-4中所见蚀变闪长岩的全岩地球化学组成列于表1。芨岭矿床闪长岩原岩 SiO2含量为52.25%～53.59%,TiO2含量为1.38%～1.43%, Al2O3含量为15.32%～16.52%, Fe2O3含量为3.51%～4.41%, FeO含量为4.28%～4.35%, MgO含量为2.80%～2.98%, CaO含量为3.84%～4.20%, Na2O含量为5.38%～5.52%,K2O 含量为2.47%～3.96%, P2O5含量为0.61%～0.66%, 其中 Fe2+/Fe3+的值为0.87～1.10,Na+/K+的值为2.17～3.30。蚀变闪长岩的 SiO2含量为47.79%～68.52%, TiO2含量为1.08%～1.66%, Al2O3含量为14.28%～16.86%, Fe2O3含量为0.89%～3.22%,FeO含量为1.73%～6.53%, MgO含量为0.07%～3.77%, CaO含量为1.05%～8.96%, Na2O含量为4.88%～10.10%, K2O含量为0.31%～3.84%, P2O5含量为0.03%～1.28%, 其中 Fe2+/Fe3+的值为1.10～4.84, Na+/K+的值为1.93～36.46。

4.加强宣传工作。使广大养殖户及经营者认识到此项工作是一项对社会负责、对消费者负责、对自己负责，不断促进畜牧业规范有序发展的重要工作，自觉自愿、积极主动配合此项工作的开展。

4 围岩地球化学特征

4.1 主量元素特征

图2 芨岭铀矿床地质图(A)、9号勘探线剖面图(B)、蚀变闪长岩和淡粉红色方解石脉岩石学特征如(C-1, 2, 3) Fig.2 Geological map of the Jiling uranium deposit (A), geological section along No.9 exploration line (B),petrological characteristics of metasomatic diorite and light pink calcite (C-1, 2, 3)

Ab-钠长石; (Ab)-交代钠长石; Cc-1-早期方解石; Cc-2-晚期方解石; Chl-绿泥石; Hb-角闪石; Pl-斜长石 Ab-albite; (Ab)-metasomatic albite; Cc-1-early term calcite; Cc-2-late term calcite; Chl-chlorite; Hb-hornblende; Pl-plagioclase

本文研究所采集的粉红色方解石脉位于芨岭矿床9号勘探线钻孔ZKJ9-4的深部裂隙中(图2B),粉红色方解石脉位于475.30～475.50 m, 轴心角48°,脉体宽约 20 cm(图2C-1), 为系统研究形成方解石脉的流体特征, 对其进行连续取样。脉体两侧向外根据矿化强度依次发育含矿蚀变闪长岩、近矿蚀变闪长岩、远矿蚀变闪长岩和闪长岩原岩。含矿蚀变闪长岩(U>0.05%), 呈暗紫红色, 主要由交代斜长石形成的钠长石、新生钠长石、蚀变角闪石残晶、绿泥石组成(图2C-2), 赤铁矿呈粉尘状、云雾状分布于长石表面或浸染状分布于裂隙之中, 方解石和新生钠长石沿构造裂隙、矿物间隙和孔隙分布。矿化强度和蚀变强度在蚀变闪长岩中减弱较快, 上部蚀变范围宽度约5.5 m, 下部蚀变范围宽度约2 m。为研究芨岭矿床蚀变闪长岩的地球化学特征, 计算成矿流体与围岩作用过程中地球化学组分的迁移量,自上而下系统采集正常闪长岩、弱蚀变闪长岩、强蚀变闪长岩、矿石及方解石等样品, 具体采样位置见表1。淡粉红色方解石脉中富含流体包裹体, 产状多样, 在此选择零星的、孤立的包裹体或是平行于方解石节理成群出现的包裹体进行研究。岩相学研究使用奥林巴斯显微镜完成, 全岩地球化学分析测试由核工业二〇三研究所分析测试中心完成。主量元素检测使用的是荷兰帕纳科公司制造的 Axios X射线光谱仪, 分析数据总量介于99.30～100.70之间, 满足 GB/T14506.28—2010、GB/T14506—2010和GB/T3257.21—1987要求。微量元素和稀土元素检测使用的是荷兰帕纳科公司制造的Axios X射线光谱仪和Thermo Flsher公司制造的 Xseries2型ICP-MS, 分析数据结果满足GB/T14506.28—2010、DZ/T0223—2001要求。

4.2 微量元素含量特征

闪长岩原岩的 U 含量为6.80×10–6～9.20×10–6,Th 含量为17.60×10–6～26.00×10–6, Th/U 的值为1.91～3.82, 蚀变闪长岩的 U 含量为7.20×10–6～505×10–6, Th 含 量 为16.70×10–6～94.60×10–6, Th/U 的值为0.19～4.46。在原始地幔标准化微量元素蛛网图上(图3A), 闪长岩原岩呈现出相对亏损 Rb、Ba、Nb、Ta、Sr、Hf、Ti等元素而相对富集Th、U、Pb等元素的左端微隆右端微倾的曲线特征, 与原岩相比, 蚀变闪长岩更为强烈富集Th、U、Pb, 相对弱亏损 Rb、Ba、Nb、Ta、Sr、Hf,但更亏损Ti等元素, 总体呈现出左端尖峰, 右端略微上翘的曲线特征。

4.3 稀土元素特征

2.1 巨噬细胞中CAV-1与Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)4结合抑制炎症信号通路 TLRs是在固有免疫中发挥作用的经典蛋白家族，其与下游配体结合，引发级联反应导致细胞因子的产生，从而引起适应性免疫的活化，是连接固有免疫和适应性免疫的重要桥梁。Jiao等[9]和Lim等[10]通过研究证实CAV-1与TLRs结合，如TLR4和TLR5[7]，其中TLR4受体在许多炎症紊乱中起重要作用。动物模型和临床研究表明由TLR4引发的炎症反应与糖尿病及其并发症的病理生理学改变相关[11-12]。

表1 芨岭矿床钻孔ZKJ9-4中铀矿体与围岩主量元素(wt%)、微量元素和稀土元素(×10–6)含量一览表 Table 1 Major elements (wt%), trace elements and REE (×10–6) content of orebody and host rock in drill hole ZKJ9-4 of the Jiling deposit

样品 ZKJ9-4-1 ZKJ9-4-2 ZKJ9-4-3 ZKJ9-4-4 ZKJ9-4-5 ZKJ9-4-7 ZKJ9-4-8 ZKJ9-4-9 ZKJ9-4-0岩性 远矿蚀变闪长岩远矿蚀变闪长岩近矿蚀变闪长岩近矿蚀变闪长岩近矿蚀变闪长岩含矿蚀变闪长岩 闪长岩 闪长岩 闪长岩起止/m 471.73-472.13 472.13-472.33 472.33-473.13 473.13-473.93 473.45-473.55 473.93-474.93 478.93-479.23 479.23-479.23 471.20-471.73 SiO2 66.87 68.52 47.63 61.90 49.97 47.79 53.59 52.25 52.80 TiO2 1.46 1.08 1.45 1.42 1.65 1.66 1.43 1.38 1.41 Al2O3 14.63 15.40 14.28 16.86 15.95 14.63 16.52 15.32 16.18 Fe2O3 0.89 0.46 2.20 1.42 3.22 3.20 3.51 4.41 3.78 FeO 2.53 2.49 6.07 1.73 6.53 6.50 4.31 4.28 4.35 MnO 0.07 0.09 0.18 0.08 0.17 0.19 0.17 0.17 0.17 MgO 1.01 0.07 2.68 1.09 3.78 3.77 2.98 2.83 2.90 CaO 2.16 1.05 8.96 3.11 4.93 7.64 4.10 3.84 4.20 Na2O 4.88 5.90 7.19 10.10 6.63 6.03 5.38 5.67 5.52 K2O 3.84 3.61 0.31 0.42 0.89 0.73 2.47 3.96 2.73 P2O5 0.16 0.03 0.91 0.20 1.28 1.27 0.66 0.61 0.66烧失量 1.61 1.67 7.69 1.67 4.02 5.61 3.87 4.15 4.25 Fe2+/Fe3+ 2.56 4.84 2.48 1.10 1.82 1.83 1.10 0.87 1.05 Na+/K+ 1.93 2.48 35.16 36.46 11.29 12.52 3.30 2.17 3.06 Y 43.20 47.50 27.90 39.30 26.60 15.20 27.50 39.90 27.40 La 48.10 50.60 54.60 47.60 73.40 56.40 30.30 40.10 37.80 Ce 82.00 95.00 95.40 88.90 111.00 94.60 74.00 97.60 82.17 Pr 7.79 10.20 9.80 9.64 9.41 9.23 8.57 11.50 9.10 Nd 27.80 35.80 31.90 35.90 29.30 30.90 33.80 41.30 33.47 Sm 5.50 6.24 5.00 6.50 4.35 5.20 5.97 7.13 5.73 Eu 2.01 1.97 1.43 2.25 1.24 1.47 1.50 1.68 1.30 Gd 5.60 5.93 5.33 6.13 5.39 4.89 5.75 7.17 5.58 Tb 1.12 1.05 0.75 1.04 0.76 0.68 0.74 0.98 0.70 Dy 5.00 4.87 3.20 4.96 2.81 2.40 5.35 6.85 4.84 Ho 1.67 1.78 1.14 1.38 0.955 0.60 0.85 1.20 0.84 Er 4.19 5.92 2.99 4.67 2.88 1.64 2.91 3.82 2.68 Tm 0.92 1.32 0.73 1.00 0.68 0.39 0.35 0.53 0.35 Yb 5.55 7.79 4.10 5.84 3.44 1.93 2.62 3.48 2.39 Lu 1.23 1.51 0.89 1.41 0.77 0.32 0.35 0.43 0.31∑REE 198.48 229.98 217.26 217.22 246.39 210.65 173.06 223.77 187.24∑HREE 19.68 24.24 13.80 20.30 12.30 7.96 13.17 17.29 12.11 δEu 1.11 0.99 0.85 1.09 0.78 0.89 0.78 0.72 0.70 U 7.20 7.70 48.80 55.00 80.00 505.00 6.80 9.20 7.80 Th 32.10 26.40 16.70 41.50 34.20 94.60 26.00 17.60 20.17 Sc 6.30 4.95 7.60 11.00 4.45 2.20 5.00 4.00 4.53 Ti 2 389.00 2 754.00 3 544.00 5 718.00 2 621.00 2 803.00 3 768.00 4 049.00 3 323.00 V 68.60 51.80 52.70 83.40 48.70 25.20 39.10 61.50 42.37 Cr 10.40 7.85 8.30 7.40 6.85 6.90 9.00 11.40 8.07 Ga 17.60 20.30 19.40 19.50 19.10 20.40 19.20 20.00 19.27 As 11.90 16.40 7.40 8.70 7.40 4.40 3.60 8.30 5.40 Sr 301.60 199.30 202.00 207.90 152.00 166.10 119.80 125.90 117.10 Zr 191.00 297.30 248.00 269.20 255.00 273.90 162.10 170.50 175.30 Ba 475.80 243.00 257.00 293.40 471.00 217.00 109.30 148.00 101.73 Rb 42.10 68.00 49.40 41.40 52.00 37.30 34.30 49.30 43.27 Co 6.57 4.91 6.70 10.10 5.99 5.43 9.51 7.62 7.30 Ni 10.70 8.60 9.31 8.38 9.49 8.75 7.78 8.47 6.76 Nb 25.40 23.40 22.40 25.90 33.70 23.50 14.00 11.70 11.87 Mo 7.35 4.38 2.36 1.59 3.32 2.384 1.01 2.61 1.76 Cd 0.10 0.31 0.25 0.46 0.26 0.39 0.06 0.22 0.11 Sn 1.800 3.530 2.590 3.543 2.530 1.908 1.810 2.500 1.770 Hf 3.08 4.94 4.14 3.64 5.19 4.95 2.35 1.89 2.31 Ta 1.68 1.37 2.05 1.82 2.15 1.36 0.71 1.60 1.02 W 1.38 0.43 0.38 0.41 0.59 0.39 3.30 5.07 3.30 Cs 0.38 1.52 0.62 0.64 0.46 0.32 0.53 1.25 0.83 Bi 0.21 0.17 0.16 0.19 0.16 0.14 0.19 0.32 0.25 Sb 0.23 0.51 0.13 0.11 0.12 0.14 0.19 0.29 0.22 Th/U 4.46 3.43 0.34 0.75 0.43 0.19 3.82 1.91 2.67

图3 芨岭矿床ZKJ9-4中闪长岩与蚀变闪长原始地幔标准化微量元素蛛网图(A)与球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图(B)(原始地幔标准化值和球粒陨石标准化据文献Sun and McDonough, 1989) Fig.3 Primitive mantle normalized trace elements spider diagram (A) and chondrite-normalized REE patterns (B)of diorite and metasomatic diorite in drill hole ZKJ9-4 of the Jiling deposit (normalizing values of primitive mantle and chondrite after Sun and McDonough, 1989)

图4 芨岭铀矿床淡粉红色方解石脉流体包裹体特征 Fig.4 The inclusion characteristics of light pink calcite in the Jiling uranium deposit

a-沿方解石节理产出的包裹体; b-成列产出的包裹体; c, d, e-I类包裹体; f-II类包裹体; L-液相包裹体; V-气相包裹体 a-inclussions along the cleavages; b-inclussions in a line; c, d, e-type I inclusion; f-type II inclusion; L-liquid inclusion; V-vapor inclussion

5 流体包裹体特征

5.1 包裹体类型与特征

芨岭铀矿床 9号勘探线钻孔 ZKJ9-4深部所见的淡粉红色方解石脉中富含流体包裹体, 原生包裹体呈零星的、孤立的包裹体或是平行于方解石节理成群出现(图4a, b)。根据Roedder(1986)和卢焕章等(2004)提出的流体包裹体在室温下相态的分类标准,芨岭铀矿床淡粉红色方解石脉中的流体包裹体主要有两类:

Ⅰ类: 富液相L+V两相水溶液包裹体, L主要是水溶液, V主要是气相。这种流体包裹体分布最广,多数成群的平行于方解石节理产出, 大多数长约3～10 μm, 长宽比为1:1～3:1, 少数可达 15 μm。呈管状, 椭圆状、次圆状产出。其中的气相比例约占包裹体体积的15%～40%(图4c, d, e)

Ⅱ类: 富气相L+V两相水溶液包裹体, L主要是水溶液, V主要是气相。这种流体包裹体多数呈孤立的、零星分布, 大小约3～10 μm, 长宽比为1:1～2:1, 呈椭圆状、似椭圆状、似立方体状、不规则状产出。其中的气相比例约占包裹体体积的45%～70%(图4f)。

5.2 流体包裹体测试结果

图5 芨岭铀矿床淡粉红色方解石脉流体包裹体均一温度直方图(a)和盐度分布直方图(b) Fig.5 Histograms of homogenization temperature (a) and salinity (b) of light pink calcite vein in the Jiling uranium deposit

图6 芨岭铀矿床淡粉红色方解石脉流体包裹体NaCl-H2O系统T-ω-ρ图解 Fig.6 The T-ω-ρ diagram for NaCl-H2O system of light pink calcite dyke in the Jiling uranium deposit

表2 芨岭铀矿床淡粉红色方解石脉流体包裹体显微测温与激光拉曼测试结果 Table 2 The microthermometirc and laser Raman data of fluid inclusions in light pink calcite dyke in the Jiling uranium deposit

温度测试 激光拉曼光谱测试样品 测试数 冰点/℃ 均一温度/℃盐度/wt% NaCl密度ρ/(g/cm3)形成深度/km 气相比例/% 液相/% 气相/%CH4 H2O CO2 H2S CH4N2 H2 ZKJ9-4-6-1-1 6 –1.8～–0.7 170.3～187.6 1.15～3.18 0.90～0.91 1.29～1.62 20 100.00 51.1 48.9 ZKJ9-4-6-1-2 5 –4.1～–2.2 194.0～200.0 3.80～7.32 0.90～0.92 1.70～1.82 15 100.00 22.6 77.4 ZKJ9-4-6-2-1 5 –3.4～–2.5 188.5～195.5 4.41～6.09 0.91 1.68～1.76 15 100.00 62.5 37.5 ZKJ9-4-6-2-2 6 –2.4～–2.0 165.2～180.6 3.53～4.23 0.92～0.93 1.44～1.60 25 0.22 99.78 12.4 61.2 26.4 ZKJ9-4-6-3-1 5 –3.5～–3.1 171.7～173.4 5.55～6.26 0.94 1.54～1.57 20 100.00 54.5 45.5 ZKJ9-4-6-3-2 6 –2.6～–1.7 141.1～171.3 2.91～4.67 0.93～0.95 1.21～1.50 15 0.04 99.96 63.6 36.4 ZKJ9-4-6-4-1 4 –4.3～–4.0 182.4～185.5 7.05～7.58 0.93 1.66～1.69 45 0.05 99.95 40.7 59.3 ZKJ9-4-6-4-2 5 –3.4～–2.6 168.8～174.2 4.59～6.08 0.93～0.94 1.50～1.57 40 100.00 45.0 55.0 ZKJ9-4-6-5-1 5 –1.7～–1.2 195.4～214.0 2.12～3.00 0.87～0.89 1.66～1.84 15 100.00 29.1 12.8 58.1 ZKJ9-4-6-5-2 5 –3.7～–3.2 180.5～192.1 5.64～6.53 0.92～0.93 1.62～1.74 15 100.00 56.8 43.2 ZKJ9-4-6-6-1 4 –2.7～–2.1 279.8～287.8 3.72～4.86 0.77～0.78 2.45～2.56 45 0.01 99.99 41.1 19.8 32.4 6.7 ZKJ9-4-6-6-2 5 –4.7～–4.0 245.0～246.8 7.15～8.29 0.86 2.23～2.26 15 0.02 99.98 12.9 87.1 ZKJ9-4-6-7-1 4 –4.8～–3.8 291.2～294.5 3.10～3.45 0.75 2.51～2.56 30 100.00 96.3 3.7 ZKJ9-4-6-7-2 4 –5.0～–4.6 205.1～226.6 8.20～8.82 0.89～0.91 1.87～2.08 20 0.02 99.98 59.2 40.8 ZKJ9-4-6-8-1 4 –2.5～–1.7 245.3～256.6 2.92～4.42 0.82～0.83 2.10～2.27 70 0.01 99.99 65.5 34.5 ZKJ9-4-6-8-2 5 –4.5～–3.7 217.3～223.4 6.62～7.94 0.89 1.97～2.04 30 0.15 99.85 57.4 42.6

图7 芨岭铀矿床粉红色方解石脉含CO2气相包裹体激光拉曼图谱 Fig.7 The laser Raman spectra of CO2-bearing vapor inclusion in light pink calcite dyke of the Jiling uranium deposit

晚期流体到达 ZKJ9-4所在的深部裂隙后, 温度从 244.98～246.78 ℃降低至 205.56～214.25 ℃,盐度也从8.12 wt%～8.82 wt% NaCl, 略微降低到了7.06 wt%～8.10 wt% NaCl, 密度从0.86 g/cm3升高至0.91 g/cm3, 即其先是经历了降温降低、密度升高,但盐度降低不多的冷却过程。而后从200 ℃左右降低至 165～175 ℃过程中, 盐度从 7.06 wt%～8.10 wt% NaCl快速降低至1.15 wt%～2.12 wt% NaCl,密度升高为0.91～0.95 g/cm3(图6), 在图8中不再遵守温度和密度的变化趋势线, 而是呈现出一个区域。这暗示此时有大量的它源低盐度(1 wt%～2 wt% NaCl)热液加入与之混合, 它源热液的温度与围岩温度基本相似, 为165～175 ℃。陈云杰等(2014)对芨岭矿床、新水井矿床和牛角沟钠交代型铀矿点的雪花状充填方解石和脉状方解石C、O同位素研究, 得到 δ13CV-PDB的值为–1.50‰ ～–6.33‰, δ18OV-SMOW 的值为–2.577‰～5.051‰, 认为龙首山钠交代型铀矿的成矿热液水源是岩浆热液与大气降水混合而成, 即晚期流体混合作用进一步促进了成矿物质的卸载。根据邵洁涟等流体压力和成矿深度计算公式(邵洁涟和梅建明, 1986; 邵洁涟,1999), 此时围岩所处的深度为1.29～1.82 km(表2),平均深度为1.56 km。

6 讨论

6.1 组分迁移定量分析与成矿热液化学性质

芨岭钠交代型铀矿床的钠交代体除整体发育钠长石化外, 自矿体中心向外特征性蚀变依次有细脉状绿泥石化、粉红色脉状方解石化、白色雪花状方解石化、浸染状赤铁矿化、假象绿泥石化和硅化(赵如意等, 2013)。其中矿体呈现出暗紫红色-紫红色, 发育细脉状绿泥石化和粉红色方解石化。由前述可知, 钻孔 ZKJ9-4中所见的方解石脉正是矿化中心部位的脉体, 同时赋矿蚀变闪长岩中发育较多新生钠长石、交代斜长石而成的钠长石、交代角闪石形成的绿泥石和空隙中的方解石。围岩蚀变是成矿热液与围岩发生作用的结果, 其在宏观上主要表现为赋矿围岩的颜色、体积、成分的变化, 使用蚀变岩石成分变化质量平衡方程(Grant, 1986)计算出ZKJ9-4中各地球化学组分从闪长岩原岩含量(Ci0)到含矿蚀变闪长岩、近矿强蚀变闪长岩和远矿弱蚀变闪长岩的含量(CiA)及得失(ΔCi)列于表3。

从表3和Ci0-CiA图解(图8)可以看出, 与闪长岩的原岩相比, 蚀变闪长岩地球化学组分有如下变化特征: (1)在热液蚀变和成矿过程中各蚀变带中SiO2、Na2O、∑REE、U、Th、Ga、Sr、Zr、Ba、Rb、Nb、Mo、Cd、Sn、Hf和Ta的含量均有增加,其中SiO2在远矿弱蚀变闪长岩中含量增加最多, 可达 20.46%, 而 U、Th、Zr、Hf、Rb、Ba和Mo主要增加于含矿蚀变闪长岩之内。(2)在各蚀变带中均减少的地球化学组分有 Fe2O3、MnO和Co, 其中Fe2O3在远矿蚀变闪长岩中减少量较多, 而MnO和Co在含矿蚀变闪长岩中减少较多。(3)含矿闪长岩中含量相对增加而在远矿弱蚀变闪长岩中相对减少的组分有TiO2、FeO、MgO、CaO、P2O5等。(4)在含矿闪长岩中相对减少而在蚀变围岩中相对增加的地球化学组分有 K2O(远矿蚀弱势变闪长岩增加)、∑HREE、Sc、V、Ni等。因此, 从闪长岩的蚀变矿物组合和地球化学组分迁移计算结果及变化特征看,在卸载成矿前流体中, 铀以碳酸铀酰络合物的形式存在(杜乐天, 1996, 2001; 李占游, 1987; 付伟等,2014), 同时还含有一定量的 SiO2、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、∑REE、U、Th、Ga、Sr、Zr、Ba、Rb、Nb、Mo、Cd、Sn、Hf、Ti和Ta等组分及 CO2、H2S、CH4等挥发分。成矿流体具有较强的还原性,使得其中Fe2O3减少而Fe2+含量增加(含矿闪长岩的Fe2+/Fe3+的平均值为2.44), 同时对MnO、K2O、Cr和Co具有较强的交代溶蚀作用。

流体包裹体测试分析包括包裹体温度测试和激光拉曼光谱测试, 二者都是在西安地质调查中心实验测试中心完成。包裹体测温工作选用仪器为日本制造奥林巴斯偏光显微镜, 英国LINKAM公司制造的 THMSG600冷热台, 仪器可测试–196～600 ℃范围温度, 测试精度为±1℃。单个流体包裹体成分分析使用英国Renishaw公司生产的inVia型激光拉曼探针, 仪器编号为SX-51。实验室温度为23℃, 湿度45%, Ar+激光波长514.5 nm, 激光功率30 mW,扫描速度10 s/5次叠加, 光谱仪狭缝为20 μm。

表3 芨岭矿床含矿蚀变闪长岩、近矿蚀变闪长岩、远矿蚀变闪长岩地球化学组分迁移计算结果及参数一览表 Table 3 The geochemical component migration calculating results and parameters of ore bearing diorite,nearby ore body altered diorite and distal ore body altered diorite in the Jiling deposit

岩石类型 参数 k SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5∑REE ∑HREE U Th Sc闪长岩原岩 Ci0 55.75 1.48 16.88 4.11 4.55 0.18 3.06 4.27 5.82 3.22 0.68 194.70 14.20 7.93 21.26 4.51 CiA 0.96 55.45 1.65 16.28 3.71 5.34 0.13 3.52 4.78 7.71 0.71 0.73 259.40 10.60 619 46.07 2.83含矿蚀变闪长岩 ΔCi 1.70 0.23 –0.01 –0.27 0.98 –0.04 0.58 0.69 2.17 –2.49 0.08 75.51 –3.16 633 26.48 –1.58 CiA 0.98 56.02 1.51 16.55 2.42 5.09 0.15 2.67 6.05 8.39 0.57 0.85 227.00 15.50 61 30.80 7.68近矿蚀变闪长岩 ΔCi 1.41 0.06 0.01 –1.65 0.64 –0.02 –0.33 1.90 2.74 –2.64 0.19 36.93 1.62 55 10.17 3.33 CiA 0.91 69.36 1.27 15.38 0.69 2.57 0.08 0.55 1.65 5.52 3.82 0.10 214.20 22.00 7.5 29.25 5.63远矿蚀变闪长岩 ΔCi 20.46 –0.09 0.03 –3.35 –1.72 –0.09 –2.45 –2.46 0.25 0.97 –0.57 40.68 9.98 0.3 10.89 1.67岩石类型 参数 k Ti V Cr Ga Sr Zr Ba Rb Co Ni Nb Mo Cd Sn Hf Ta闪长岩原岩 Ci0 3 713 47.66 9.49 19.49 120.93 169.30 119.68 42.29 8.14 7.67 12.52 1.79 0.13 2.03 2.18 1.11 CiA 0.96 1 846 18.93 8.53 19.00 226.97 277.93 782.60 78.40 4.71 5.33 21.07 10.38 0.33 2.81 11.25 1.42含矿蚀变闪长岩 ΔCi –1 801 –28.04 –0.65 0.20 114.27 118.71 691.31 38.95 –3.26 –2.15 9.31 8.96 0.21 0.88 9.47 0.36 CiA 0.98 3 961 61.60 7.52 19.33 187.30 257.40 340.47 47.60 7.60 9.06 27.33 2.42 0.32 2.89 4.32 2.01近矿蚀变闪长岩 ΔCi 328 15.20 –1.82 0.24 70.19 93.35 227.74 6.28 –0.39 1.58 15.37 0.68 0.20 0.92 2.23 0.94 CiA 0.91 2 571 60.20 9.13 18.95 250.45 244.15 359.40 55.05 5.74 9.65 24.40 5.86 0.20 2.66 4.01 1.53远矿蚀变闪长岩 ΔCi –888 18.50 0.54 1.34 154.29 99.00 275.27 18.21–1.83 2.94 14.29 4.65 0.09 0.90 2.22 0.56

图8 芨岭矿床含矿蚀变闪长岩(a)、近矿蚀变闪长岩(b)和远矿蚀变闪长岩(c)Ci0-CiA图解 Fig.8 The Ci0-CiA diagrams of ore-bearing diorite (a),near-ore altered diorite(b) and distal altered diorite (c)in the Jiling deposit

6.2 成矿流体物理特征

如前所述, 淡粉红色方解石脉的早期热液流体温度较高为287.8～294.5 ℃, 盐度为2.99 wt%～4.57 wt% NaCl, 密度为0.75～0.77 g/cm3。晚期流体的初始温度较低为250℃左右, 其盐度较高为7.15 wt%～8.82 wt% NaCl。形成地球上绝大多数矿床的成矿流体其主要组分有H2O、NaCl和CO2, 它们的含量比例决定了成矿流体的特征和性质(张德会等, 2011), 而流体的温度和盐度则是制约流体中金属元素丰度的相互独立因素, 热液中的金属元素丰度一般会随着温度和盐度的升高而增大(刘丛强等, 2011)。粉红色方解石脉中早期流体和晚期流体的温度和盐度存在明显不同, 说明二者源区具有一定的差异。芨岭矿床细脉状绿泥石的蚀变温度为273.51～319.54 ℃, 片状绿泥石的蚀变温度为248.26～299.17 ℃, 假象绿泥石的蚀变温度为152.27～237.52 ℃(赵如意, 2016)。虽然粉红色方解石脉的早期流体温度与细脉状绿泥石的形成温度有约 20 ℃的差异, 但是考虑到本次流体包裹体的取样靠近矿床东部, 细脉状绿泥石形成温度计算的样品采集于矿床北西部的深部, 所以二者是同一期热液作用的产物, 它们之间存在约 20 ℃的温度差异进一步证明了热液来源于北西部。粉红色方解石脉和细脉状绿泥石都是产出于蚀变中心, 指示铀矿体的所在, 表明了温度较高的流体是钠交代型铀矿的成矿热液, 即芨岭矿床的成矿流体是初始温度为(300±20) ℃, 盐度为2.99 wt%～4.57 wt% NaCl, 密度为0.75～0.77 g/cm3的热液。芨岭钠交代型铀矿的成矿作用晚于钠交代作用(杜乐天, 1996)或许是晚期流体的补充成矿作用。

6.3 成矿机制与热液来源

图9 芨岭铀矿床淡粉红色方解石脉流体温度和密度演化图解 Fig.9 The temperature and salinity diagram of light pink calcite vein in the Jiling uranium deposit

流体混合、水岩反应和流体沸腾(相分离)是热液流体成矿物质卸载的主要机制(Sverjensky, 1979;林文蔚和殷秀兰, 1998; 金明霞等, 1999; 贺文等,2017)。芨岭铀矿床淡粉红色方解石脉中流体包裹体特征显示, 早期成矿流体温度从 279.80～294.52 ℃降低至 245.27～256.61 ℃, 密度从 0.75～0.77 g/cm3升高至 0.82～0.83 g/cm3, 但密度、盐度变化不甚明显。在流体密度与均一温度和盐度关系图上(图9), 与之后的流体温度、密度变化线形成了一个拐点, 早期成矿流体的包裹体成分激光拉曼光谱测试结果(表1)表明转折点前后早期流体中最大的差异在于CO2含量大大降低。这种热液流体组分、温度、密度呈跳跃式变化而盐度不甚变化的原因是由于流体中气相组分的瞬间逸出导致的, 也就是说流体沸腾是早期成矿热液中成矿物质的卸载机制。沸腾卸载成矿物质之后的早期流体温度降低至195.37～214.04 ℃时盐度也降低到了2.12 wt% NaCl左右, 密度升高至0.87～0.89 g/cm3。

[53] “US-Japan-Australia Announce Trilateral Partnership for Indo-Pacific Infrastructure Investment,” OPIC, Washington D.C., July 30, 2018, https://www.opic.gov/press-releases/2018/us-japan-australia-announce-trilateral-partnership-indo-pacific-infrastructure-investment.

ZKJ9-4中含矿蚀变闪长岩、近矿蚀变闪长岩、远矿蚀变闪长岩和闪长岩原岩中平均 Th含量依次为94.60×10–6、30.80×10–6、29.25×10–6、21.26×10–6,表明成矿热液中具有较高的 Th含量。由于岩石中的Th相对稳定, 很少会被交代进入热液, 所以早期铀成矿热液中的 Th只能来源于岩浆演化晚期产出的岩浆水, 这一点可以从钠长岩脉中的U含量与Th含量呈现明显的正相关(赵如意等, 2015)得到印证。芨岭矿床方解石脉的 δ13CV-PDB的值为–3.2‰～–2.1‰, 平均值为–2.4‰, δ18OV-SMOW的值为9.6‰～13.3‰。C、O同位素显示了热液来源于花岗岩区,向低温蚀变方向演化的趋势(赵如意, 2016)。矿石中δ18OV-SMOW 值为8.99‰～+11.21‰, δ18DH2O 值为–74.2‰～ –72.4‰, 表明钠交代型铀矿的成矿热液是起源于花岗岩岩浆演化晚期分异出的富碱初始岩浆水, 经与围岩交代、反应形成的再平衡混合岩浆水(李占游, 1987)。

芨岭矿床闪长岩的原岩稀土元素总量(∑REE)为173.06×10–6～223.77×10–6, 重稀土含量(∑HREE)为12.11×10–6～17.29×10–6, δEu 的值为0.70～0.78。蚀变闪长岩的稀土元素总量(∑REE)为198.48×10–6～246.39×10–6, 重稀土含量(∑HREE)为7.96×10–6～24.24×10–6, δEu 的值为0.78～1.11。在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图上(图3B), 闪长岩原岩呈现出轻稀土元素右倾明显强分馏而重稀土元素微右倾弱分馏的特征, 其“铕谷”发育明显, 但深度不大。蚀变闪长岩的轻稀土元素与原岩相似,但左端更高, 重稀土元素则呈现出右端明显上翘的特征, 其“铕谷”不甚明显, 有的还出现了“铕峰”。

芨岭铀矿床淡粉红色方解石脉的流体包裹体均一温度、冰点测试结果列于表2。使用 Potter等(1978)的 NaCl-H2O体系盐度计算公式与刘斌和段光贤(1987)的最小二乘法拟合曲线二次多项式对包裹体中流体盐度与密度进行计算, 计算结果列于表2。用于均一温度测试的流体包裹体总计 77个, 从均一温度测试结果和均一温度频数直方图上(图5a)可以看出, 均一温度主要分为三个区间, 即 280～300 ℃的包裹体有 8个, 占测试数目的 10.4%;250～260 ℃的包裹体有9个, 占测试数目的11.7%;160～230 ℃的包裹体有 60个, 占测试数目的77.9%。盐度计算和密度结果和盐度分布直方图(图5b)表明, 芨岭矿床粉红色方解石脉的流体盐度为1.17 wt%～7.69 wt% NaCl, 密度为0.75～0.95 g/cm3。与使用 Bodnar(1983)NaCl-H2O 体系 T-ω-ρ相图(图6)投影所得结果较为一致。从镜下看, 粉红色方解石脉有两期热液活动(图2C-3), 从图6中也可以看出, 所取芨岭矿床钻孔 ZKJ9-4深部淡粉红色方解石脉的热液主要有两期, 早期热液盐度较低, 晚期热液盐度较高。早期流体在镜下观察时有些包裹体常温下呈现灰黑色, 具有含 CO2的特征, 激光拉曼光谱分析结果表明, 早期流体是富含 CO2(1 285,1 387)(图7)、H2S(2 612)、CH4(2 917)水溶液。晚期流体的激光拉曼测试结果表明, 晚期流体中除水外,还有 H2(4 155～4 160)、CH4(2 917)、N2(2 329)等气体。

7 结论

(1)芨岭钠交代型铀矿床的成矿流体是起源于岩浆演化晚期的再平衡岩浆水, 除富含 U外, 还含有丰富的 SiO2、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、∑REE、Th、Ga、Sr、Zr、Ba、Rb、Nb、Mo、Cd、Sn、Hf、Ti和Ta等组分及 CO2、H2S、CH4等挥发分, 成矿流体具有较强的还原性, 并对 MnO、K2O、Cr和Co具有较强的交代溶蚀作用。

文中基于机器人操作系统对室内机器人的定位和导航技术进行研究和实现。利用ROS提供的开源功能包，在Rovio平台实现定位导航算法。该算法避免传统方法所需要的大量计算，提高了定位和导航效率。实验结果证明了利用SVM研究摄像机定标问题的可行性。优化判断标准的GNG算法对数据点云聚类，在保证聚类效果的前提下，取得了速度上的提升。最后卡尔曼滤波的应用也得到了实验结果积极的反馈，下一步的工作可以研究融合多数据来源提高定位精度。

(2)成矿热液流体温度为(300±20) ℃, 盐度为2.99 wt%～4.57 wt% NaCl, 密度为0.75～0.77 g/cm3,流体沸腾是芨岭钠交代型铀矿成矿物质的早期卸载机制, 晚期成矿流体中加入了大量的大气降水, 流体混合作用进一步促进了成矿物质的卸载。

Acknowledgements:This study was supported by China Geological Bureau of Nuclear lndustry (Nos.201349 and 201571),and China Geology Survey (Nos.DD20160346 and 12120114014901).

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