滇西地区是中国砂岩型铀矿重要的成矿带之一(孙泽轩等，2007)，该区域内有关砂岩型铀矿成矿作用如成矿特征、成矿规律、成矿条件、沉积控矿等方面已开展了很多研究(戴杰敏，1994；孙泽轩等，2004；朱西养，2004)，而对铀矿化层的物源特征及其风化作用研究则相对薄弱。滇西地区户撒盆地新近发现有砂岩型铀矿化，其岩性为砂砾岩、粗砂岩；铀矿化具有放射性异常层数多、单层厚度大等特征。户撒盆地芒棒组物源主要是燕山期花岗岩还是高黎贡山群变质岩亦或是区域早期沉积地层等还缺乏相应研究。碎屑沉积岩化学组成特征可以揭示其物源和沉积环境(Taylor et al., 1985；McLennan et al., 1991)。碎屑沉积岩中化学性质稳定、难迁移的组分(如稀土元素、Th、Sc、Y、Zr等)可用于指示沉积物源；化学性质活泼、易迁移的组分(如K⁺、Na⁺、Ca²⁺、U⁶⁺等)是判定风化作用强弱的良好指标。泥岩较少受后期流体影响，是研究物源和风化作用的理想载体(Garver and Scotte, 1995)。针对户撒盆地研究现状和砂岩型铀矿进一步勘查需要，本文拟从研究泥岩地球化学特征入手，明确芒棒组第三段物源及其风化作用，恢复沉积期古气候，为户撒盆地砂岩型铀矿找矿工作提供支持。

1 地质背景

户撒盆地位于滇西地区(图 1)，区域上位于印度和欧亚2个超级大陆汇聚间的腾冲地体上。腾冲地体原为冈瓦纳大陆一部分(杨启军等，2006)，于晚古生代自冈瓦纳大陆分裂、北移，并于晚三叠世-晚白垩世与保山地体发生碰撞、缝合，形成腾冲地体东缘界线。晚白垩世-始新世，缅甸地体沿葡萄-密支那缝合线向腾冲地体俯冲挤压，形成腾冲地体西缘界线。始新世-渐新世，印度和欧亚超级大陆持续汇聚，腾冲地体由碰撞、俯冲逐渐过渡为剪切挤压状态(阚荣举等，1996)。新近纪，腾冲地体处于碰撞后伸展环境，地壳拉薄，深部地幔物质上涌，形成弧状张裂带，早期走滑-挤压断裂逐渐转变为走滑-拉张断裂，沿早期户撒走滑-挤压断裂拉张形成户撒盆地，户撒盆地明显受户撒断裂控制，呈北东—南西向狭长带状。

户撒盆地基底为混合花岗岩、变质岩。混合花岗岩以灰色花岗岩、花岗斑岩以及黑云母二长花岗岩为主(邹光富等，2013)，花岗岩锆石U-Pb同位素年龄为139±2.3 Ma、129±5.2 Ma、118±4.2 Ma(李再会等，2012)。盆地周缘出露少量高黎贡山群变质岩，分布于盆地中段两侧和北部北东区，岩性为灰色、浅灰色片岩、片麻岩。户撒盆地新近纪芒棒组不整合于基底之上，为一套含煤碎屑岩建造，根据岩性、岩石组合特征划分为五段(图 2)。

2 样品与实验

本次研究样品均采自户撒盆地YZ-45号钻孔，岩性为灰色、浅灰色泥岩、粉砂质泥岩。样品无污染粉碎至200目，主量元素采用X荧光光谱法(XRF)分析，精度优于1%~3%；微量元素采用等离子质谱(ICP-MS)分析，相对标准偏差小于5%，分析测试均在国土资源部沉积盆地与油气资源重点实验室完成。

3 分析结果

芒棒组第三段泥岩分析结果见表 1。由表 1可见，芒棒组第三段泥岩的CaO含量高于MgO含量，说明泥岩中方解石丰度大于白云石丰度。在SiO₂-Al₂O₃图解(图 3)上，泥岩主要矿物成分为石英、伊利石、白云母、绿泥石等；其ΣLREE为191×10^-6~764×10^-6，均值为411×10^-6，ΣHREE为22×10^-6~79×10^-6，均值为40×10^-6，ΣLREE/ΣHREE为7.88~12.26。La_N/Yb_N值为10.74~22.88，均值为16.99，表明泥岩轻稀土元素相对重稀土元素明显富集。北美页岩标准化蛛网图(图 4)，总体特征较一致，轻重稀土元素均富集，δEu=0.63~0.9，均值为0.75，为弱负异常；δCe=0.74~1.17，均值为0.97，无异常。

4 讨论 4.1 物源分析

碎屑沉积岩研究发现，成岩作用会影响其化学成分特征(Shields and Stille, 2001)，因此，在应用化学成分特征判定其物源前应先进行成岩作用研究，同时应尽量结合多种化学参数共同判定(闫臻等，2007)。碎屑沉积岩的稀土元素特征可作为其成岩作用强弱判定指标，因为成岩作用使δCe和δEu呈较好的相关性、δCe和ΣREE呈正相关性、δCe和Dy_N/Sm_N呈负相关性，成岩作用越强则相关性越好。Al₂O₃-(CaO^*+Na₂O)-K₂O图解(A-CN-K图解)可用于判别碎屑沉积岩风化作用、交代作用和物源组成(Fedo et al., 1995)。理想条件下，风化作用将沿着平行A-CN或A-K方向进行，交代作用使实际风化线与自然风化线偏离，偏离越大说明交代作用越强烈。在A-CN-K图中样品分布集中，且大部分沿A-K方向分布，实际风化线与自然风化线基本平行(图 5a)，说明样品在沉积期后交代作用微弱；这与δCe-δEu、δCe-ΣREE及δCe-(Dy_N/Sm_N)图解(图 5b、5c、5d)投点均无明显相关性结论一致，说明样品化学成分特征受后期成岩作用影响较小，可用于物源及风化作用的研究。

Th、Sc以及高场强元素等可用于判别碎屑沉积岩物源属性，当Th/Sc=1时，其物源为古老大陆上地壳；当Th/Sc≧1时，其物源为再循环沉积岩；当Th/Sc＜1时，其物源为年轻未分异弧(Taylor and Mclennan, 1985)。样品的Th/Sc值为3.56~11.29(均值为6.7)，高于上地壳的界限值(0.97)，同时还高于物源为上地壳的井冈山早古生代页岩值(沈渭洲等，2009)，推测其源岩应为上地壳再循环沉积岩。不同类型的火成岩Al₂O₃/TiO₂值不同，通常镁铁质火成岩的Al₂O₃/TiO₂值为14，长英质火成岩的为18~26时(Le Maitre，1976；Girty et al., 1996)。研究样品的Al₂O₃/TiO₂值偏大(为25.12~51，均值为34.17)，说明源岩可能为偏酸性的长英质火成岩类。

中酸性岩具有较高的K₂O和Rb含量，K₂O和Rb关系可用于判别物源属性(Floyd et al., 1989)。样品的K₂O含量为2.18%~5%，均值为3.05%，远高于地壳均值(1.81%)，也高于上地壳均值(2.8%)；Rb含量为109×10^-6~247×10^-6，均值为158×10^-6，同样远高于地壳均值(49×10^-6)且远高于上地壳均值(82×10^-6)(Rudnick et al., 2004)。在K₂O-Rb图解中，样品均落入中酸性成分区且数据集中(图 6a)，与Al₂O₃/TiO₂值判定结果一致。由于La、Th等元素随着岩浆的持续演化逐渐富集，而Sc、Cr、Co等元素逐渐亏损，因此，酸性岩比基性岩有更高的La/Sc值、更低的Co/Th值。La、Th、Sc、Cr、Co等元素均为稳定元素，元素含量基本不受风化、剥蚀以及沉积期后作用影响，鉴于此常应用Co/Th、La/Sc值研究物源(Cullers，2000；张力强等，2014)。样品Co/Th值为0.05~0.38，均值为0.13，比值较小；La/Sc值为6.89~19.01，均值为11.72(H-J-3-53由于La值测试明显偏大，予以剔除)，比值较大；在Co/Th-La/Sc图解中样品大部分落在花岗岩周边(图 6c)，少数偏离较远，推测可能有其他物源的混入。在La-Th-Sc图解中样品落入花岗岩周边，部分靠近花岗岩下部(图 6b)。

δEu也可作为判定物源的参数，通常中性斜长岩具有Eu正异常(1.01＜δEu＜2.33)，玄武岩没有Eu异常(0.90＜δEu＜1.0)，花岗岩多为Eu负异常(δEu＜0.90) (张金亮和张鑫，2007)，样品的δEu值为0.63~0.9，均值为0.75，呈弱的Eu负异常。在La/Yb-ΣREE图解(周圆圆等，2016)中样品分布在花岗岩区域周边(图 6d)，结合δEu、REE、Al₂O₃/TiO₂值、K₂O-Rb、Co/Th-La/Sc、La-Th-Sc图解，综合分析得出：样品源岩主要为花岗岩；鉴于在Co/Th-La/Sc、La-Th-Sc、La/Yb-ΣREE图解中部分投点偏离花岗岩区域，结合区域地质特征认为：户撒盆地芒棒组第三段物源主要为周缘燕山期花岗岩，少量为高黎贡山群变质岩。

4.2 物源风化作用

SiO₂/Al₂O₃值常用来判断碎屑沉积岩成分成熟度(Roser and Korsch, 1986)，比值越大成分成熟度越大。样品SiO₂/Al₂O₃=1.63~3.13，均值为2.08，比值小，样品成分成熟度低，应为快速沉积产物。成分变异指数(ICV)可以判断碎屑沉积岩是初次沉积还是再循环沉积(Cox et al., 1995)。研究表明，黏土矿物相对非黏土矿物具有较低的CaO、NaO、K₂O含量和较高的Al₂O₃含量。由于强烈风化条件下的初次沉积物在黏土中滞留时间长，遭受进一步的风化作用，ICV值减小，因此，ICV值低的碎屑沉积岩被认为来自含有大量黏土矿物的沉积源区，指示活动构造环境下沉积物的再循环或者较强风化条件下沉积物的初次沉积；相反，ICV值高的碎屑沉积岩则指示活动构造环境下的初次沉积(Van De Kamp et al., 1985)。样品ICV值为0.18~0.48，均值为0.34，ICV均小于1，说明样品含有较多的黏土矿物，可能为活动构造环境下沉积物的再循环或者较强风化条件下沉积物的初次沉积。

化学风化作用在寒冷干燥的环境下普遍较弱，在温暖潮湿的环境下较强(Deng et al., 2006)。U元素相对Th元素更加活泼，Th/U值随着化学风化程度增大而增加(Taylor and McLennan, 1985；崔加伟等，2016)。样品的Th/U值为3.16~12.07，均值为9.22，比值较大，说明物源区化学风化程度较强。化学蚀变指数(CIA)是长石向黏土矿物转换程度的指标，通常认为寒冷、干燥环境下的初级风化作用CIA值为50~65，温暖、湿润环境下的中等风化作用的CIA值为65~85，炎热、潮湿环境下的强烈风化作用的CIA值为85~100(冯连君等，2003)。此外，化学风化指数(CIW)、斜长石蚀变指数(PIA)都是判断源区风化作用强度指标(Harnois，1988)。CIA、CIW及PIA之间具有如下关系：

式中：CaO^*为硅酸盐组分中的Ca含量(Mclennan，1993)，所有单位均为摩尔。样品的CIA值为70~89(均值为81)，CIW值为84~96(均值为91)，PIA值为82~96(均值为89)；CIA值大部分小于85，部分大于85，与PIA、CIW较一致，说明芒棒组第三段泥岩经历了强烈的化学风化作用，推测物源区为温暖、湿润环境。

根据SiO₂/Al₂O₃值判定样品的成分成熟度低，应为快速沉积产物，这与户撒盆地新近纪构造活动强烈、沉积相变化快相一致；结合Th/U、CIA、CIW、PIA可得出物源经历了强烈的化学风化作用；研究认为：由于构造活动强烈，沉积物风化作用时间较短，较强风化条件下的初次沉积物难以被强烈风化；推测更可能为物源的多次旋回沉积，多次接受风化作用才容易达到强烈风化程度。以上分析表明，芒棒组第三段碎屑沉积岩为活动构造环境下沉积物的快速再循环沉积。

高的Rb/Sr值指示温暖、潮湿环境，低的Rb/Sr值指示干燥、寒冷环境(罗情勇等，2015)。样品的Rb/Sr值为0.79~2.06，均值为1.57，比值大，高于澳大利亚后太古代平均页岩(约0.8)。Mn在湖水中通常以Mn²⁺形式稳定存在，只有当环境干旱、炎热时，Mn²⁺才会饱和沉淀；Fe在湖水中不稳定，常以Fe(OH)₃胶体形式沉淀，因此沉积物的Fe/Mn值可判断沉积环境(陈亮等，2009)。Fe/Mn值高，沉积环境为温暖、湿润环境；Fe/Mn值低，沉积环境为干旱、炎热环境。样品的Fe/Mn值为77.17~107.87，均值为90.73，比值较大。综合CIA、CIW、PIA、Rb/Sr以及Fe/Mn指标分析可知，户撒盆地芒棒组第三段沉积环境为温暖、潮湿环境。温暖、潮湿环境下形成的含煤碎屑岩建造，易使高价态、易迁移的U⁶⁺还原成低价态、稳定的U⁴⁺富集成矿，是砂岩型铀矿有利的容矿空间。

5 结论

滇西地区户撒盆地芒棒组第三段泥岩化学成分特征受后期成岩作用影响较小，可用于物源及其风化作用的研究；碎屑沉积岩物源主要为周缘燕山期花岗岩，少量为周缘高黎贡山群变质岩；其物源经历了强烈的化学风化作用，推测为活动构造环境下沉积物的快速再循环沉积；沉积环境为温暖、潮湿环境，该环境下形成的含煤碎屑岩建造是砂岩型铀矿成矿的有利容矿空间。