紅石泉偉晶狀白崗巖型鈾礦黑云母特征及成礦作用*

趙新胤 湯 琳

(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

紅石泉偉晶狀白崗巖型鈾礦黑云母特征及成礦作用*

趙新胤 湯 琳

(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

甘肅紅石泉偉晶狀白崗巖型鈾礦床是我國白崗巖型鈾礦最為典型的地區(qū)之一，該礦床主要包括黑化型和紅化型等2種鈾礦化類型，其中黑化型鈾礦化主要與黑云母化直接相關(guān)。黑云母化對鈾礦化起著重要作用，通過闡明黑云母分類、氧逸度與鈾礦化關(guān)系，在此基礎(chǔ)上討論黑云母對成巖成礦的意義，為找礦工作提供參考。

偉晶狀白崗巖 黑云母 成礦意義

甘肅紅石泉偉晶狀白崗巖型鈾礦床是我國最為典型的白崗巖型鈾礦床，也是迄今為止我國已發(fā)現(xiàn)的最古老的鈾礦床之一，與納米比亞羅辛礦床具有十分相似的成礦背景和特征[1-2]。以該鈾礦床中的黑云母礦物為研究對象，對該礦床中與鈾成礦關(guān)系密切的黑云母等蝕變礦物開展系統(tǒng)研究，在此基礎(chǔ)上討論黑云母對成巖成礦的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)及礦床地質(zhì)概況

紅石泉偉晶狀白崗巖型鈾礦床位于華北地臺西部邊緣、阿拉善臺隆南緣NWW向龍首山拱斷帶的西段，南以走廊邊緣深斷裂為界與祁連加里東地槽的走廊過渡帶相鄰，北與阿拉善臺塊潮水中新生代盆地相接[3-5]。 礦區(qū)以上元古界韓母山群為核部，中元古界墩子溝群和下元古界龍首山群大理巖、石英巖夾片巖為兩翼的復(fù)式向斜，礦床位于復(fù)向斜的北翼，為一倒轉(zhuǎn)的單斜巖層。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，包括NWW向，NE(或NW)向和近SN向3組，以NWW向斷裂為主。出露的巖漿巖主要有元古代石英閃長巖-斜長花崗巖、偉晶狀白崗巖，加里東期中?；◢弾r、正長巖、角閃正長巖及脈巖等。鈾礦體主要產(chǎn)于侵入到下元古界龍首山群中的偉晶狀白崗巖體中。

2 黑云母礦物學(xué)特征

黑云母主要賦存于礦體及周圍混染帶中。手標(biāo)本黑云母一般呈綠色-綠黑色，單個晶體較大，集晶呈團塊狀、條帶狀、現(xiàn)狀等不均勻分布(見圖1)。從強混染到弱混染直到無混染的偉晶狀白崗巖中，黑云母含量逐漸減少到消失，粒度逐漸變細(xì)，在較純的偉晶狀白崗巖中的黑云母極少出現(xiàn)?；烊編е泻谠颇妇艿綐?gòu)造作用，產(chǎn)生不同程度的構(gòu)造巖，礦物應(yīng)力現(xiàn)象明顯，可見赤鐵礦化較強、構(gòu)造發(fā)育地段礦化往往比較好。

圖1 黑化礦石樣品

鏡下黑云母一般呈綠色-綠黑色，晶體不完整，多為大小不一的片狀、板狀組成條帶狀、線狀、團塊狀，分布于礦物顆粒間、裂隙中或圍繞礦物周圍出現(xiàn)(見圖2)。蝕變較強，除綠泥石化外，往往沿解理面方向發(fā)生變異，析出鐵鈦等條帶，局部可見細(xì)針狀、網(wǎng)狀金紅石析出物。單體周圍被溶蝕明顯改造，溶蝕殘余物有的重結(jié)晶，有的呈不規(guī)則脈狀圍繞在云母周邊，并沿附近裂隙向外擴散，充填成網(wǎng)脈狀、脈狀綠泥石，包體較少，含鈾性好，既有分散吸鈾，也有鈾礦物?？梢姾谠颇副皇⑷芪g成港灣狀，另可見黑云母交代鉀長石，自身又被白云母交代，分布于其他礦物之間或裂隙間。

3 黑云母化學(xué)成分特征

黑云母相關(guān)測試在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境省部共建國家重點實驗室培養(yǎng)基地電子探針室完成。表1為黑云母主量元素電子探針分析結(jié)果，表2為計算出的黑云母陽離子數(shù)及相關(guān)參數(shù)[6]。

圖2 黑云母礦石樣品鏡下特征

表1 龍首山鈾礦床中黑云母電子探針分析結(jié)果

%

表2 龍首山鈾礦床中黑云母的電子探針分析結(jié)果 %

樣品編號SiTiAlMnMgCaNaKAllVAlVlFe2+Fe3+T10.44.7860.0613.8420.0664.0730.00300.0063.2140.6282.090.26T2.34.8620.2003.9010.0733.74600.0840.0643.2380.7632.060.25T3.14.8350.0163.7790.0763.9130.00700.0083.1650.6142.070.24T1.14.7710.0063.8760.0773.9190.0020.0030.0023.2290.6472.070.24T8.54.9370.0173.8570.0563.8660.0050.0030.053.0630.7942.090.27

注: 以22 個氧原子為基準(zhǔn)計算的陽離子數(shù),Fe3+和Fe2+采用電價平衡法進行校正。

由表1可知，黑云母中的MgO的含量為15.14%～16.76%，含量較高，而Na2O和K2O分別低于0.26%和0.30%，含量相對較低。

對表1中分析數(shù)據(jù)計算了下列參數(shù)：①含鐵系數(shù)，(Fe3++Fe2+)/(Fe3++Fe2++Mg+Mn+Ti)；②含鎂系數(shù)，Mf=Mg/(Mg+Fe3++Fe2++Mn)；③氧化系數(shù)，f=Fe3+/(Fe2++Fe2+)；④還原系數(shù)，F(xiàn)e2+/(Fe3++Fe2+)。通過計算可見：①黑云母氧化系數(shù)較低、還原系數(shù)較高，說明它們可能形成于氧逸度較低的環(huán)境；②黑云母含鎂系數(shù)高于0.5，說明其形成溫度較高；③黑云母含鐵系數(shù)較低、變化范圍小、鐵鎂比值低，為富鎂黑云母。

在Mg-(AlⅥ+Fe2++ Ti)-(Fe2++ Mn) 圖解中(見圖3)，可知該礦區(qū)中黑云母屬于鎂質(zhì)黑云母的范圍，貧Na2O和K2O，形成溫度較高，應(yīng)該是深源產(chǎn)物。利用Wones和Eugster提出的Fe2+-Fe3+-Mg2+三角圖解來估計巖漿的氧逸度(見圖4)，所有樣品的黑云母投影點均接近Fe3O4-Fe2O3緩沖劑附近及之上，說明黑云母結(jié)晶時熔漿有很低的氧逸度，說明形成黑云母的流體為還原環(huán)境，同時暗示本區(qū)形成黑云母的熱液流體來源于殼幔混源。

圖3 云母分類結(jié)果

圖4 黑云母的氧逸度[7]

黑云母在鈾礦化富集過程中主要作用在于：

(1)為鈾的載體礦物。在混染帶中晚期富鈾的熔漿與圍巖過程中，進一步吸取圍巖中的鈾和鐵鎂等暗色組分，熔漿原有的平衡遭到破壞，加之在還原條件下，鈾以晶質(zhì)鈾礦的形式沉淀出來，在黑云母形成過程中捕獲了較多的晶質(zhì)鈾礦，使得鈾富集于富黑云母的混染帶中。

(2)有利于晶質(zhì)鈾礦的保存。大量鎂質(zhì)黑云母已轉(zhuǎn)化為鐵綠泥石，含有大量的Mg2+，這使得晶質(zhì)鈾礦穩(wěn)定存在，不致被氧化淋失。

(3)為后期礦化提供場所。在混染過程中，由于大量富鎂黑云母的形成及以后的交代改造，大大降低了巖石的抗壓強度，增加了孔隙度，有利于后期構(gòu)造的發(fā)育，且富鎂黑云母形成溫度較高，深度較深，又為后期熱液鈾礦化迭加提供了有利的空間和有利的物理化學(xué)條件。

(4)提供吸附鈾。黑云母在蝕變改造時自身的Fe2+被氧化成赤鐵礦，容易吸附鈾。

4 結(jié) 論

(1)黑云母均屬于鎂質(zhì)黑云母，貧Na2O和K2O，形成溫度較高，應(yīng)該是深源產(chǎn)物。

(2)黑云母形成的氧逸度較低，為還原環(huán)境，表明黑云母化的熱液流體主要來自于殼?；旌显础?/p>

(3)黑云母化對鈾礦化的作用主要為：①作為鈾的載體礦物；②有利于晶質(zhì)鈾礦的保存；③為后期礦化提供場所；④提供吸附鈾。

[1] Berning J.,Cooke R.,Heimstra S.A.,et al. The rossing uranium deposit, South West Africa[J].Economic Geology, 1976(1):351-368.

[2] Werner H.Rossing plans long-term future and to reduce treatment costs[J].Mining in Southern Africa,2000(3):8-21.

[3] 張 誠，金景福.紅石泉鈾礦床鈾的遷移形式及沉淀機制[J].西北地質(zhì)科學(xué)，1987(5)：65-74.

[4] 張 誠，金景福.紅石泉鈾礦床黑云母與晶質(zhì)鈾礦同步富集作用探討[J].巖石礦物學(xué)雜志，1989(3)：242-251.

[5] 張新虎.甘肅省區(qū)域構(gòu)造及區(qū)域成礦找礦研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2007.

[6] 林文蔚，彭麗君.由電子探針分析數(shù)據(jù)估算角閃石、黑云母中的Fe2+、Fe3+[J].長春地質(zhì)學(xué)報,1994，24(2)：155-162.

[7] Wones D R, Eugster H P. Stability of biotite: experiment, theory and application[J]. American Mineralogist,1965(1): 1228-1272.

*國家自然科學(xué)基金項目(編號：41172079)。

2015-01-15)

趙新胤(1987—)，男，碩士研究生，330013 江西省南昌市昌北區(qū)廣蘭大道418號。