摘要
芨岭铀矿床是中国典型的钠交代岩型铀矿床，其寄主钠长岩的成因机制一直处于争论之中，制约了对钠交代型铀矿床成矿机制的认识。磷灰石是岩浆-热液矿床的贯通矿物，是追踪流体来源的重要载体。本研究对芨岭铀矿床钠长岩中的磷灰石开展了电子探针主量元素、LA-ICP-MS同位素和微量元素测试，并与区内原岩花岗岩(石英二长岩、花岗闪长岩和花岗岩)中的磷灰石进行了对比，得到如下结果：① 芨岭铀矿床钠长岩形成于晚志留世(429 Ma)，与区内花岗岩(441~435 Ma)、辉绿岩(435 Ma)和正长岩(428 Ma)的形成年龄相近；② 相比区内花岗岩中的岩浆磷灰石，芨岭铀矿床钠长岩中的磷灰石具有明显偏高的Cl、Sr、Y、Th和U含量，以及偏低的F和Fe含量及F/Cl比值；③ 芨岭钠长岩中的磷灰石显示出与基性岩中的磷灰石相似的Ce元素含量和Eu/Y比值。上述结果表明，芨岭铀矿床钠长岩属于热液起源，钠交代流体(包括高温铀成矿作用阶段的成矿物质铀)来源于区内同期辉绿岩的结晶分异作用，属岩浆-热液流体范畴。贯通主体花岗岩和辉绿岩的构造区是芨岭铀矿发育高温铀成矿作用的有利地区。
Abstract
The Jiling uranium deposit epitomizes a Na-metasomatic uranium deposit in China. However, the formation mechanism of its host albitite has been controversial, limiting our understanding of the ore-forming mechanisms in this type of deposit. Apatite, a common mineral in magmatic-hydrothermal deposits, is an essential carrier for tracing fluid sources. In this study, electron probe microanalysis, as well as LA-ICP-MS isotope and trace element analyses were conducted on apatite from the albitite of the Jiling uranium deposit. Comparative analyses were also made with apatite from the granitic rocks (quartz monzonite, granodiorite, and granite) within the region. The results indicate the following:① The albitite of the Jiling uranium deposit formed during the Late Silurian (429 Ma), which is close to the formation ages of the granitic rocks (441~435 Ma), diabase (435 Ma), and syenite (428 Ma) in the region; ② Compared to the magmatic apatite in the regional granites, the apatite in the Jiling albitite shows significantly higher contents of Cl, Sr, Y, Th, and U, along with decreased contents of F and Fe, as well as a lower F/Cl ratio; ③ The apatite in the Jiling albitite displays similar Ce content and Eu/Y ratios to those in the apatite of the basic rock. These findings suggest that the albitite of the Jiling uranium deposit originated from a hydrothermal system. The sodium metasomatic fluids, which included high-temperature uranium mineralization material, originated from the crystallization differentiation of contemporaneous diabase in the regionand fall within the magmatic-hydrothermal fluid category. Therefore, in the tectonic zone where the granite and the diabase intersect provides, favorable conditions exist for the high-temperature uranium mineralization process of the Jiling uranium deposit.
按照国际原子能机构对于铀资源与铀矿床类型的划分，交代岩型铀矿床是全球铀资源最主要分布的矿床类型之一，占全球铀资源总量的第四位（IAEA，2022）。该类矿床以品位低（U3O8＜0.2%）、储量大为特征。交代岩型铀矿床包括钠交代岩型和钾交代岩型，并以钠交代岩型铀矿床占据绝对主导，典型代表如乌克兰地盾Kirovo-Grad地区、巴西Lagoa Real地区和Itataia地区、俄罗斯Druzhnoye地区和美国Coles Hill（Cuney et al.，2012; IAEA，2018）。作为世界上第四大铀资源分布的矿床类型，钠交代岩型铀矿床备受关注，相关研究也取得了一系列成果（Belevtsev et al.，1995; Emetz et al.，2008; Cuney et al.，2012），同样也存在一些关键的科学问题有待进一步研究。尽管钠长岩既能够由花岗质岩浆高度结晶分异作用形成（Breiter et al.，1999; Li Huan et al.，2018; Song Shiwei et al.，2021），也可以由后期流体交代形成（Cuney et al.，2012; Zhong Fujun et al.，2018; Yu Chida et al.，2020），但是目前大部分学者认为与铀矿相关的交代岩是由后期流体交代而形成（Alexandre，2010; Zhong Fujun et al.，2018; Yu Chida et al.，2020）。然而，对于与铀矿有关的钠长岩的交代流体的来源也存在争议。Cuney et al.（2012）认为乌克兰地盾交代岩型铀矿床的钠交代岩受到深循环大气降水或者地层水的改造；Deymar et al.（2018）认为伊朗Saghand Anomaly 5矿床参与钠交代作用的流体为岩浆期后流体。
芨岭铀矿床位于中国西北地区龙首山铀成矿带中部。作为中国钠交代岩型铀矿床的典型代表，许多学者从岩石成因、成矿物质和成矿流体来源以及成矿作用过程等方面针对芨岭铀矿床开展了相关研究（赵如意等，2013，2015，2018，2020；陈云杰等，2014，2015；赵如意，2016；张甲民等，2017；余驰达，2020）。然而，该地区钠长岩成因机制一直存在争议，例如赵如意等（2018）提出芨岭地区钠长岩为芨岭花岗质岩浆结晶分异而成，Zhong Jun et al.（2020）认为芨岭地区钠长岩为流体交代成因。成岩时代的精确厘定对于分析钠长岩的形成机制，探讨钠长岩与铀成矿作用的关系具有重要的意义。磷灰石广泛分布于各类岩石和矿床中，尽管具有很好的稳定性，但是对热液交代作用十分敏感，可以被热液流体部分或者完全地交代蚀变（Harlov and Marschall，2009; Harlov，2015）。因此，磷灰石的化学组成已广泛用于热液蚀变和成矿过程的研究，用于记录各类矿床形成过程中的热液蚀变和矿质沉淀信息（Pan Lichuan et al.，2016; Yu Zhiqiang et al.，2018，2019，2023）。综上，本研究在总结前人工作的基础之上，选择芨岭钠长岩中的磷灰石作为研究对象，开展元素地球化学和U-Pb同位素定年等方面的研究，厘定芨岭地区钠长岩形成时代，探讨钠长岩成因，为芨岭地区铀矿找矿工作提供一定的理论依据。
1 区域地质背景和矿床地质特征
龙首山铀成矿带位于甘肃省中部，属祁连-昆仑铀成矿省，区内发育有岩浆铀矿床、钠交代岩型铀矿床等多种类型的铀矿床，是中国西北地区最重要的铀成矿带之一（张金带等，2012）。区域上，龙首山铀成矿带位于华北地块西南部，南接河西走廊，北连潮水盆地，西北部以阿尔金断裂为界，连接塔里木地块。该成矿带呈北北西向延伸近200 km，宽约20 km（图1）。
古元古界龙首山岩群是区内最早出露的变质地层，后被中元古界墩子沟群和新元古界韩母山群所不整合覆盖。龙首山岩群是一套经角闪岩相变质作用改造的强烈变质变形地质体，岩性主要为条带状、眼球状混合岩夹斜长角闪岩、花岗质片麻岩、黑云斜长片麻岩等，间有大理岩、石英岩、片岩和变粒岩等；墩子沟群下部主要为含炭硅质板岩和变长石石英砂岩，上部为硅质条带白云岩、纹层状白云岩、藻白云岩和含铁白云岩等；韩母山群平行不整合或微角度不整合于墩子沟群之上，岩性主要为砾状白云岩、含砾千枚岩、含炭绢云千枚岩和绢云石英千枚岩。龙首山地区显生宇零星分布，除底界局部分布以含磷层位为特点的寒武纪碎屑岩、碳酸盐岩外，下古生界缺失，上古生界泥盆纪紫红色磨拉石、安山质凝灰岩、玄武岩和石炭纪—二叠纪碎屑岩呈局部断陷盆地分布。区内侵入岩广泛分布，主要包括古元古代红石泉白岗岩（张林等，2021），新元古代—志留纪金川基性—超基性岩，古生代芨岭和青山堡复式岩体（刘文恒等，2019；Wang Kaixing et al.，2019），以及中生代煌斑岩（蓝德初等，2019）等。
图1龙首山铀成矿带区域地质简图（a）和芨岭岩体区域地质简图（b）
Fig.1The regional geological map of the Longshoushan uranium metallogenic belt (a) and Jiling pluton (b)
芨岭复式岩体主要由灰黑色中细粒闪长岩、肉红色中粗粒似斑状花岗岩、中粗粒花岗岩、钠长岩脉以及正长岩等组成。前人通过锆石U-Pb同位素获得的年龄分别为闪长岩540 Ma（赵如意，2016）、似斑状花岗岩458 Ma（张甲民等，2017）、中粗粒花岗岩426.4±2.0 Ma（陈云杰等，2022）和钠长岩脉443 Ma（赵如意等，2015）。近期研究结果表明，芨岭复式岩体内的花岗质岩石主要为石英二长岩、花岗闪长岩和细粒花岗岩，其锆石U-Pb同位素年龄介于442~441 Ma之间（Wang Kaixing et al.，2019）；侵入花岗岩中辉绿岩的年龄为435 Ma（本人待发表数据）；正长岩的锆石U-Pb同位素年龄为428 Ma（张志强等，2018）。
芨岭铀矿床位于芨岭复式岩体南带的中部（图1b），勘探结果显示芨岭铀矿床铀资源品位介于0.03%~0.2%之间。古元古界龙首山群出露于矿区西南部，宽度在数米到数百米之间，岩性主要为经历了强烈蛇纹石化的硅化大理岩。韩母山群和墩子沟群在矿区未见出露。北—西向马路沟断裂带（F101、F102）是芨岭铀矿床主要的控矿构造，沿龙首山群北部发育，并伴随一系列近东—西向的次级构造（图2a）。同时，一些北—东向和近南—北向的成矿期后断裂构造切穿了北—西向和近东—西向构造。F101和F102是一对近乎平行的构造断裂，产状相似，倾向220°~230°，倾角60°~70°。近东—西向的次级断裂构造以及马路沟断裂带周围的破碎变形带是有利的储矿部位。F105沿古元古界龙首山群南部发育（图2a），倾向30°~35°，倾角70°~75°。F105是成矿期后形成的大型右行走滑断裂构造，穿切F101和F102，使得矿体向北西向错动（赵如意等，2018，2020）。矿区内岩浆岩主要为灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩、肉红色中粗粒花岗闪长岩-花岗岩及肉红色细粒花岗岩。野外地质特征显示肉红色中粗粒花岗闪长岩-花岗岩侵入灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩中，后被肉红色细粒花岗岩侵入（Wang Kaixing et al.，2019）。
芨岭铀矿床蚀变体和铀矿化体呈55°~65°倾角向310°~320°方向侧伏。矿体主要呈透镜状、脉状、网脉状和不规则状产出于钠长岩中（赵如意等，2020）。矿石主要以浸染状、细脉状和网脉状等形式分布（图2b）。先前的研究认为芨岭铀矿床主要为中低温铀成矿作用，矿石矿物主要为沥青铀矿（赵如意等，2018，2020）；近期的研究在芨岭铀矿床发现了脉状的晶质铀矿，说明存在高温铀成矿作用，且高温铀成矿和中低温铀成矿年龄分别为440 Ma和361 Ma（Yu Chida et al.，2020）。上述特征说明芨岭铀矿床是高温铀成矿和中低温铀成矿共同作用的产物。芨岭铀矿床矿石矿物包括晶质铀矿、沥青铀矿和铀石，详细的铀矿物化学特征见Yu Chida et al.（2020）。矿区热液蚀变强烈发育，主要包括钠长石化、赤铁矿化、绿泥石化、方解石化和黄铁矿化等。与世界上典型的钠交代岩型铀矿床类似，芨岭铀矿床热液蚀变也具有多期多阶段演化的特征。根据矿物共生组合关系，本文将芨岭铀矿床的形成划分为五个阶段（图3）：① 岩浆作用阶段、② 成矿前的钠交代阶段、③ 高温铀成矿阶段、④ 中—低温铀成矿阶段和 ⑤ 成矿后的改造阶段。岩浆作用阶段主要形成芨岭复式岩体，在花岗岩中主要的矿物组合包括石英、钾长石、斜长石、黑云母和角闪石等；成矿前钠交代阶段钾长石和富钙斜长石被钠长石取代，黑云母被绿泥石取代，面状赤铁矿形成，石英溶解；高温铀成矿阶段主要为脉状和浸染状晶质铀矿的形成，以及与之共生的磁铁矿的形成；中—低温铀成矿阶段主要为方解石、脉状绿泥石、脉状赤铁矿和沥青铀矿的形成；成矿后改造主要体现在早期形成的晶质铀矿和沥青铀矿被改造，局部形成铀石，以及白色方解石的沉淀（Yu Chida et al.，2020; 余驰达，2020）。
本次研究的样品采自龙首山铀成矿带芨岭钠交代型铀矿床外围地段。钠长岩呈砖红色至紫红色，块状构造，具有中—粗粒结构，并以宽脉状形式沿着闪长岩（图4a）和花岗岩（图4b、c）的断裂和裂隙分布。宏观上，随着蚀变强度的增加，原生新鲜花岗岩中石英大量溶解，形成残留孔洞（图4d）。在微观结构上，钾长石受热液流体交代，形成钠长石，并显示出微褶皱和揉曲等变形特征（图4e~h），表明发生了高温钠交代作用（＞450°C；Cuney et al.，2012）。副矿物包括磷灰石、锆石和磁铁矿等（图4i）。此外，钠长岩呈砖红色至紫红色是由于交代过程中形成面状赤铁矿化，其成因是交代过程中碱性流体pH值降低、Eh值增加，导致Fe2+氧化为Fe3+，形成赤铁矿并以浸染状附着于钠长石表面（图4b~d）。
Fig.2The geological map of the area around the Jiling uranium deposit (a) and the cross-section of the Jiling uranium deposit (b, after Yu Chida et al., 2020)
图3芨岭铀矿床矿物共生组合序列
Fig.3Mineral paragenesis of the Jiling uranium deposit
2 分析方法
磷灰石单矿物分选在廊坊诚信地质服务有限公司完成。首先将野外采集的样品破碎至120目，通过电磁与重液分选，在双目镜下挑选较好的磷灰石制靶。磷灰石单矿物透反射成像、背散射成像、电子探针主量元素（含F和Cl）及LA-ICP-MS元素和同位素原位分析在东华理工大学核资源与环境国家重点实验完成。电子探针型号为JEOLJXA-8100，分析测试工作条件为：加速电压15 kV，加速电流20 nA，束斑直径1 μm。芨岭花岗岩体中磷灰石LA-ICP-MS微量元素测试在南京聚谱分析检测有限公司完成。193 nm ArF准分子激光剥蚀系统由Teledyne Cetac Technologies制造，型号为Analyte Excite。四极杆型电感耦合等离子体质谱仪由安捷伦科技制造，型号为Agilent 7700x。以美国国家标准技术研究院NIST SRM 612与610玻璃作为外标，采用“无内标-基体归一法”对元素含量进行定量计算（Liu Yongsheng et al.，2008）。磷灰石LA-ICP-MS元素和同位素原位分析测试方法见钟福军等（2023）。普通铅校正引用了Stacey and Kramer（1975）两阶段演化模式，具体处理过程见Thomson et al.（2012），采用Isoplot/Ex_ver3（Ludwig，2003）软件绘制样品的U-Pb同位素Tera-Wasserburg图。
3 分析结果
3.1 磷灰石化学组成
磷灰石主量元素EMPA分析测试结果见附表1和图5。芨岭花岗岩体和钠长岩中磷灰石具有相似的SiO2和P2O5（图5a、f）。钠长岩中磷灰石的Na2O含量明显高于灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩，与肉红色中粗粒花岗闪长岩和肉红色细粒花岗岩中磷灰石的Na2O含量接近（图5c）。钠长岩中磷灰石的MnO含量介于灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩和肉红色中粗粒花岗闪长岩之间，明显低于肉红色细粒花岗岩中磷灰石的MnO含量（图5d）。钠长岩中磷灰石的CaO含量和Cl含量明显高于芨岭花岗岩体（图5e、h），F和FeO含量以及F/Cl比值明显低于芨岭花岗岩体（图5b、g、i）。所有被测的磷灰石都具有高F含量和低Cl含量，属于氟磷灰石系列。灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩中磷灰石F含量为3.05%~3.81%（中间值3.51%），Cl含量为0.01%~0.02%（中间值0.01%）；肉红色中粗粒花岗闪长岩中磷灰石F含量为3.03%~4.13%（中间值3.32%），Cl含量为0.01%~0.04%（中间值0.02%）；肉红色细粒花岗岩中磷灰石F含量为2.33%~4.31%（中间值3.29%），Cl含量为0.01%~0.06%（中间值0.02%）；钠长岩中磷灰石F含量为2.16%~4.09%（中间值3.00%），Cl含量为0.01%~0.09%（中间值0.04%）。与新鲜的花岗岩相比，钠长岩中磷灰石的FeO含量和F/Cl比值偏低。
图4芨岭地区钠长岩的野外地质特征及显微特征
Fig.4Field geological characteristics and microscopic characteristics of the albitite in Jiling area
（a）~（c）—钠长岩露头特征：以宽脉状形式沿着闪长岩和花岗岩的断裂、裂隙分布；（d）—钠长岩发育强钠长石化、赤铁矿化等蚀变，石英被溶蚀后保留的未被充填的孔洞；（e）~（h）—钾长石发生钠长石化，显示出微褶皱和揉曲等变形特征，正交偏光；（i）—钠长岩背散射电子图像；Ab—钠长石；Ap—磷灰石；Cal—方解石；Kfs—钾长石；Mag—磁铁矿；Pl—斜长石
(a) ~ (c) —outcrop characteristics of albitite: distribution along the fractures and fissures of diorite and granite in the form of wide veins; (d) —the albitite develops strong albitization, hematite mineralization, and other alterations, and the unfilled pores retained after the quartz is dissolved; (e) ~ (h) —potassium feldspar has albitization, showing micro-folding and kneading deformation characteristics, orthogonal polarization; (i) —back scattered electron image of albitite; Ab—albitite; Ap—apatite; Cal—calcite; Kfs—K-feldspar; Mag—magnetite; Pl—plagioclase
钠长岩中磷灰石LA-ICP-MS微量、稀土元素分析测试结果见附表2和图6。芨岭地区灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩中磷灰石的Sr含量为379×10-6~582×10-6（中间值400×10-6），U含量为2.50×10-6~34.4×10-6（中间值8.12×10-6），Th含量为9.81×10-6~128×10-6（中间值27.2×10-6），Y含量为31.3×10-6~226×10-6（中间值73.1×10-6），Sr/Y比值为1.70~12.1（中间值5.31），稀土总量为827×10-6~5218×10-6（中间值1889×10-6），轻重稀土比LREE/HREE为28.8~38.0（中间值34.7）；肉红色中粗粒花岗闪长岩中磷灰石的Sr含量为64.5×10-6~101×10-6（中间值84.1×10-6），U含量为16.2×10-6~128×10-6（中间值31.3×10-6），Th含量为1.04×10-6~180×10-6（中间值13.8×10-6），Y含量为1694×10-6~8982×10-6（中间值2601×10-6），Sr/Y比值为0.01~0.05（中间值0.03），稀土总量为3008×10-6~17957×10-6（中间值4572×10-6），轻重稀土比LREE/HREE为1.84~2.53（中间值2.07）；肉红色细粒花岗岩中磷灰石的Sr含量为102×10-6~462×10-6（中间值144×10-6），U含量为5.36×10-6~55.0×10-6（中间值17.1×10-6），Th含量为0.94×10-6~129×10-6（中间值52.0×10-6），Y含量为1325×10-6~5224×10-6（中间值2971×10-6），Sr/Y比值为0.02~0.33（中间值0.05），稀土总量为1951×10-6~6423×10-6（中间值5481×10-6），轻重稀土比LREE/HREE为0.81~2.94（中间值1.97）。在稀土元素+Sr和Y球粒陨石标准化配分图中（图6a），灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩中的磷灰石具有轻重稀土分异明显，Eu亏损不明显甚至正异常（δEu为0.88~1.29，中间值1.14），以及Sr亏损中等等特征；肉红色中粗粒花岗闪长岩和肉红色细粒花岗岩中的磷灰石具有轻重稀土分异不明显，Eu强烈亏损（δEu分别为0.06~0.14，中间值0.08；0.07~0.31，中间值0.13），以及Sr强烈亏损等特征。
Fig.5Box diagram of major elements of apatite from the albitite in Jiling uranium deposit and the Jiling granite (apatite datas of the Jiling granite are from Yu Chida, 2020)
图6芨岭铀矿床钠长岩与芨岭花岗岩体中磷灰石稀土元素+Sr和Y配分模式图（a）及lgCe-lg（Eu/Y）图（b，据Zhou Tong et al.，2022）（球粒陨石标准化参考Sun Shensu and McDonough，1989； 芨岭花岗岩体中磷灰石数据来自余驰达，2020）
Fig.6The REE+Sr and Y pattern (a) and lgCe versus lg (Eu/Y) diagram (b, after Zhou Tong et al., 2022) of apatite from the albitite in Jiling uranium deposit and the Jiling granite (chondrite-normalized reference Sun Shensu and McDonough, 1989; apatite datas of the Jiling granite are from Yu Chida, 2020)
与芨岭新鲜花岗岩相比，芨岭钠长岩中磷灰石具有较高的Sr含量（457×10-6~829×10-6，中间值492×10-6）、U含量（9.42×10-6~290×10-6，中间值76.0×10-6）、Th含量（7.98×10-6~669×10-6，中间值82.8×10-6）和稀土总量（2687×10-6~26498×10-6，中间值7823×10-6），其Y含量（1175×10-6~9882×10-6，中间值2538×10-6）与肉红色中粗粒花岗闪长岩和肉红色细粒花岗岩相似，明显高于灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩。钠长岩中磷灰石的Sr/Y比值（0.06~0.59，中间值0.20）高于肉红色中粗粒花岗闪长岩和肉红色细粒花岗岩，却明显低于灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩。钠长岩中磷灰石的轻重稀土比LREE/HREE为2.04~8.23（中间值3.59）。在稀土元素+Sr和Y球粒陨石标准化配分图中（图6a），钠长岩中磷灰石具有微弱的轻重稀土分异，以及中等程度的Eu负异常，其δEu为0.14~0.49（中间值0.21）。
3.2 磷灰石U-Pb同位素年龄
芨岭钠长岩LA-ICP-MS U-Pb同位素测年结果见附表3。被测磷灰石粒度介于83~120 μm之间，共分析了2件钠交代岩样品共47颗磷灰石。样品23JL-1共23个测点，测点U含量为26.4×10-6~135×10-6（中间值83.7×10-6）、Th含量为36.6×10-6~314×10-6（中间值101×10-6）、Pb含量为14.4×10-6~33.7×10-6（中间值21.5×10-6），其中普通铅占比变化较大，为49%~82%。在Tera-Wasserburg谐和图中（图7），样品23JL-1的23个测点下交点年龄为429±19 Ma，上交点获得的207Pb/206Pb值为0.847±0.042。样品23JL-5共24个测点，测点U含量为35.7×10-6~290×10-6（中间值67.9×10-6）、Th含量为36.0×10-6~669×10-6（中间值72.1×10-6）、Pb含量为15.3×10-6~45.4×10-6（中间值18.4×10-6），其中普通铅占比变化较大，为32%~85%。在Tera-Wasserburg谐和图中，样品23JL-5的24个测点下交点年龄为429±16 Ma，上交点获得的207Pb/206Pb值为0.860±0.034。两件样品的磷灰石U-Pb年龄在误差范围内一致，表明它们形成于同一地质时代晚志留世。
4 讨论
4.1 钠交代流体的来源
磷灰石是一种分布相对广泛的磷酸盐矿物，不仅在岩浆岩中普遍存在，在热液矿床中也非常发育（Mao Mao et al.，2016; Zeng Liping et al.，2016; Yu Zhiqian et al.，2018，2019，2023; Xing Kai et al.，2020）。磷灰石的微量元素和同位素组成不仅可以有效地刻画岩浆作用过程（Piccoli and Candela，2002; Zhang Fanghua et al.，2020），而且能够记录热液活动的叠加和交代作用过程（Yu Zhiqiang et al.，2018，2019，2023; Qu Pan et al.，2021）。因此，磷灰石的元素地球化学特征可以用来研究热液流体特征（Zirner et al.，2015; Broom-Fendley et al.，2016），对于成岩和成矿物质来源、岩浆演化及流体性质的研究具有重要意义。
芨岭新鲜花岗岩不同单元的磷灰石也存在着显著的区别，灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩中的磷灰石轻、重稀土分异明显，Eu弱负至正异常，Sr/Y比值高；肉红色中粗粒花岗闪长岩和肉红色细粒花岗岩轻重稀土分异不明显，Eu强烈亏损，Sr/Y比值低。上述区别可能是由于芨岭花岗质岩浆各个端元演化程度不一所致。从灰白色中粗粒石英二长岩-花岗闪长岩（61.5%~66.9%的SiO2）、肉红色中粗粒花岗闪长岩（66.5%~71.9%的SiO2）至肉红色细粒花岗岩（70.4%~73.7%的SiO2）（Wang Kaixing et al.，2019），其磷灰石Sr含量、稀土分异程度以及Eu亏损程度的变化趋势可能与长石和富含轻稀土类矿物的分离结晶有关。长石和富含轻稀土类矿物的结晶将导致残余的岩浆中Sr和轻稀土元素的含量不断降低，Eu亏损程度不断增加。芨岭钠长岩中两个样品的磷灰石U-Pb年龄为429±19 Ma和429±16 Ma，与寄主花岗岩年龄442~435 Ma在误差范围内基本一致，说明被测磷灰石可能是岩浆成因。然而，芨岭钠长岩中磷灰石具有与原岩花岗质岩石截然不同的元素化学特征，如芨岭钠长岩中磷灰石具有偏低的F和Fe含量及F/Cl比值（图8a、b），以及较高的Sr、Y、Th和U等元素含量（图8c、d），表明芨岭钠长岩中的磷灰石并不是岩浆成因而可能是热液成因，即芨岭钠长岩并非前人所认定的属于岩浆成因（赵如意等，2020），而应该是热液交代花岗岩而形成（Yu Chida et al.，2020; Zhong Jun et al.，2020）。这与世界上典型的交代岩型铀矿床中的钠长岩在成因上是吻合的（Cuney et al.，2012）。
图7芨岭铀矿床钠长岩中磷灰石LA-ICP-MS U-Pb同位素Tera-Wasserburg图
Fig.7LA-ICP-MS U-Pb isotopic Tera-Wasserburg diagrams of apatite from the albitite in Jiling uranium deposit
Fig.8Cl versus F (a) , FeO versus F/Cl (b) , Sr versus Y (c) , and Th versus U (d) diagrams of apatite from the albitite in Jiling uranium deposit and the Jiling granite (apatite datas of the Jiling granite are from Yu Chida, 2020)
关于交代流体的来源存在着明显的争议，诸如岩浆期后流体、大气降水或者层间水以及变质流体都作为交代流体的来源被地质学家们提出。考虑到芨岭交代岩中热液成因的磷灰石的U-Pb同位素年龄与芨岭花岗质岩石（441~435 Ma）、辉绿岩（435 Ma）和正长岩（428 Ma）的年龄相似，可以认为芨岭钠交代作用的流体可能是来源于芨岭花岗质岩浆期后流体。然而，花岗质岩浆期后流体自交代形成的钠长岩一般具有以下特征（Song Shiwei et al.，2021）：① 常位于花岗岩体的顶部或者边部；② 常发育有钠长石+黄玉+白云母组合；③ 全岩稀土元素存在明显的四分组效应。芨岭钠长岩中并不存在上述特征，说明芨岭钠长岩可能并不是花岗质岩浆期后流体自交代形成。芨岭钠长岩中的热液磷灰石与源于基性岩中的磷灰石具有相似的Ce元素含量和Eu/Y比值（图6b），结合相似的形成年龄，本文认为芨岭钠长岩交代流体可能来自于区内基性岩分泌出来的岩浆热液流体，而被交代的原岩为芨岭花岗岩。
4.2 对铀成矿作用启示
关于芨岭铀矿床成矿物质的来源一直以来都备受争议。目前普遍认为芨岭钠交代岩型铀矿床成矿物质可能来自于芨岭赋矿花岗岩，部分来自于围岩富铀的龙首山群（谢从瑞等，2013；赵如意等，2018，2020；Zhong Jun et al.，2020）。Yu Chida et al.（2020）研究发现芨岭花岗岩中大部分样品Th/U比值较高，指示在岩浆期后热液流体活动过程中，芨岭花岗岩发生铀浸出，为芨岭铀成矿提供铀源。花岗岩为成矿提供铀源的能力取决于花岗岩中铀的赋存状态（Cuney，2014）。芨岭花岗岩属于高钾钙碱性花岗岩（Wang Kaixing et al.，2019）。高钾钙碱性花岗岩为成矿提供铀源的前提条件存在以下两种情况：① 铀在其中主要是以晶质铀矿形式出现；② 以铀钍石或其他的铀的硅酸盐矿物形式出现，则至少需要经历200 Ma的变生作用（Cuney，2014）。芨岭高钾钙碱性花岗岩具有低—中等程度铀含量及低U/Th和REE/Th比值（Wang Kaixing et al.，2019），说明芨岭花岗岩中的铀主要是以含铀的副矿物形式出现。然而，不管是芨岭矿床早阶段高温铀成矿作用（435 Ma，电子探针年龄），还是晚阶段中—低温铀成矿作用（361 Ma，电子探针年龄）（Yu Chida et al.，2020），其岩-矿时差都远小于含铀副矿物蜕晶化作用所需的200 Ma，也就是说芨岭岩体含铀副矿物不大可能为成矿提供铀源。前期研究表明芨岭脉状晶质铀矿具有与岩浆晶质铀矿相似的稀土配分模式，说明芨岭脉状晶质铀矿是岩浆热液来源（Yu Chida et al.，2020）。结合磷灰石U-Pb同位素年龄和化学组成、芨岭脉状晶质铀矿分布形式、年龄及其岩浆流体来源等各方面特征，本文提出芨岭矿床早阶段高温铀成矿是紧随着芨岭花岗岩钠长岩化产生的，高温成矿流体与钠长岩化流体是同一期但是不同阶段的流体，高温成矿阶段成矿物质铀也可能主要来自于基性岩浆分泌形成的岩浆热液上升过程中萃取的铀。在芨岭铀矿床内，单一由高温流体成矿作用形成的矿体，其品位较低，只有在叠加了晚期与大气降水有关的流体成矿作用后品位才明显增加，这可能与岩浆流体中铀的赋存形式和赋存状态有关。在没有氧化大气降水参与的岩浆流体环境下，U以正四价形式迁移，尽管矿化剂如Cl离子能够增加四价铀在流体中的溶解度，但是UCl04在流体中的溶解度也明显低于UO2Cl2在流体中的溶解度（Timofeev et al.，2018）。这一点也可能解释了为何深源高温铀成矿作用形成的矿石品位较低，只有在叠加了浅源中低温铀成矿作用后才能形成富矿（林锦荣等，2013）。此外，因芨岭钠交代流体、高温成矿流体和成矿物质可能都与芨岭成矿期基性岩浆活动有关，本文提出贯通芨岭主体花岗岩和晚期基性脉岩活动的构造区可能是高温铀成矿发育的有利部位，值得进一步找矿工作的投入。
5 结论
通过对芨岭铀矿床钠长岩中磷灰石元素和同位素地球化学特征的研究，结合芨岭铀矿床地质背景等资料，综合分析得出以下结论：
（1）与芨岭新鲜花岗岩中的磷灰石相比，芨岭钠长岩中的磷灰石具有偏高的Cl、Sr、Y、Th和U等元素含量，低的F和Fe含量及F/Cl比值；在球粒陨石标准化稀土元素图解上，钠长岩中磷灰石具有微弱的轻重稀土分异，以及中等程度的Eu负异常（0.14~0.49）；
（2）磷灰石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年结果表明芨岭钠长岩形成于晚志留世（429 Ma），与区内花岗岩（441~435 Ma）、辉绿岩（435 Ma）和正长岩（428 Ma）的形成年龄相近；
（3）根据磷灰石化学组成，结合前人对芨岭脉状晶质铀矿年龄的测试结果，本文认为芨岭钠长岩是交代成因，交代流体为同期基性岩分泌出来的岩浆流体，且芨岭早阶段低品位的高温铀成矿作用的成矿物质铀主要来自于基性岩浆流体上升过程中所萃取的铀。
致谢：感谢廊坊诚信地质服务有限公司和南京聚谱分析检测有限公司工作人员对样品处理与实验测试的指导和帮助，感谢东华理工大学核资源与环境国家重点实验室老师们的帮助。
附件：本文附件（附表1~3）详见http://www.geojournals.cn/dzxb/dzxb/article/abstract/202510091?st=article_issue
