光石溝花崗偉晶巖型鈾礦床地質(zhì)及流體包裹體特征

田浩浩，凌錦蘭，胡小佳

（1.中陜核工業(yè)集團公司，西安 710100；2.中陜核工業(yè)集團二二四大隊有限公司，西安 710100）

光石溝地區(qū)為我國重要的花崗偉晶巖型鈾礦床產(chǎn)地之一， 是商—丹地區(qū)偉晶巖型鈾成礦最有利的地區(qū)［1］。特別是近幾年隨著陜西商州—丹鳳—商南地區(qū)鈾礦整裝勘查區(qū)內(nèi)找礦項目的開展， 礦床的規(guī)模不斷擴大， 對其形成機理的認識也逐步加深。 前人在礦床地質(zhì)、 礦物學(xué)、 年代學(xué)、 巖石地球化學(xué)及找礦預(yù)測等方面開展了大量研究［2-10］，并取得了一些重要成果， 如明確了該區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖型鈾礦的找礦前景， 花崗偉晶巖的形成環(huán)境、年齡等，但成礦流體方面的研究還相對缺乏。

成礦流體的溫度、 壓力和深度等是控制偉晶巖脈體的分異程度、 礦化程度和礦化類型的關(guān)鍵因素， 同時也控制著巖漿性質(zhì)和演化特征［11］。而礦物中流體包裹體的研究是探討巖石礦石形成物理化學(xué)條件的重要手段。筆者擬通過系統(tǒng)的巖相學(xué)觀察， 顯微測溫研究以及激光拉曼分析， 試圖揭示光石溝花崗偉晶巖鈾礦床的地質(zhì)特征和成礦流體特征，為該區(qū)的鈾礦找礦工作提供新的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

光石溝鈾礦床大地構(gòu)造位置處于秦嶺造山系東部的北秦嶺加里東褶皺帶， 夾持于商丹斷裂與蔡川斷裂構(gòu)造之間。 該區(qū)曾受到元古宙的秦嶺裂谷作用、 古生代的板塊俯沖和碰撞以及中新生代斷塊逆沖推覆構(gòu)造的影響，構(gòu)成了以東西向構(gòu)造為主的區(qū)域構(gòu)造格架［12］。

區(qū)內(nèi)出露地層為下元古界秦嶺群［5］，是一套由片麻巖、 大理巖、 斜長角閃巖和混合巖組成的中深變質(zhì)巖系， 巖性以黑云斜長片麻巖為主。 偉晶巖脈主要分布在秦嶺群的黑云斜長片麻巖中。

區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造主要為留仙坪—碾子坪—巒莊地背斜，北翼被金陵寺—蔡川斷裂斷失，南翼完整且次級褶皺發(fā)育。背斜軸呈NW-SE向， 樞紐變化大。 區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育， 南帶有商丹斷裂， 中部有雙槽斷裂， 北帶有分水嶺斷裂，蔡川斷裂構(gòu)成疊瓦式強構(gòu)造變形帶，構(gòu)造線方向總體呈110°方向展布。

區(qū)內(nèi)中酸性巖漿巖體、 巖株、 巖脈和花崗偉晶巖脈群廣泛分布。 商—丹地區(qū)分水嶺斷裂以北主要分布加里東早期花崗巖體（γ31），晚期富鉀花崗巖株、 花崗巖脈（γ32）以及偉晶巖脈組合（黑云母花崗偉晶巖、二云母花崗偉晶巖、白云母花崗偉晶巖）。這些花崗巖體多以不規(guī)則彎窿狀產(chǎn)出， 巖體長軸方向與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致，呈北西-南東向。偉晶巖脈多圍繞晚期富鉀花崗巖株（γ32）呈帶狀產(chǎn)出。 與光石溝鈾礦床關(guān)系較為密切的是加里東早期的黑云母花崗閃長巖（灰池子巖體，450～437 Ma）［2，8-9］、 加 里 東 晚 期 二 長 花 崗巖（大毛溝巖株， 420～419 Ma）［13］和 加 里東晚期黑云母花崗偉晶巖脈（集中在415～402 Ma）［8-9］。

2 礦床地質(zhì)特征

光石溝鈾礦床位于北秦嶺丹鳳三角區(qū)的東段土地嶺—牛家臺背斜南西翼， 大毛溝巖株南西方向外接觸帶200 m 范圍內(nèi)的黑云母花崗偉晶巖密集區(qū)（圖1），是該區(qū)規(guī)模最大的礦床， 達到大型規(guī)模。 黑云母花崗偉晶巖為礦床賦鈾主巖， 產(chǎn)鈾黑云母偉晶花崗巖一般靠近巖體接觸帶密集分布，單脈一般長430～820 m，通常厚0.8～3.5 m，最厚達40 m，傾向SW，傾角60°～70°。最長者為2 號脈，長度約3.8 km， 東西橫貫整個礦區(qū)， 為礦床的主要礦體。

已初步查明10 條含礦脈體，控制大小礦體23 個， 各含礦脈體基本平行排列， 沿走向、 傾向具有分支復(fù)合的展布特征。 含礦黑云母花崗偉晶巖呈灰白-淺肉紅色，偉晶狀文象結(jié)構(gòu)， 塊狀構(gòu)造， 主要礦物成分為石英（40%～45%）、斜長石（30%～35%）、鉀長石（20%～25%）、 黑云母 （1%）， 少量副礦物（如鋯石、 獨居石和磷灰石等）。 其中富黑云母或鉀長石的黑云母花崗偉晶巖含礦性最好。鈾礦體嚴格受偉晶巖脈控制， 同一礦體沿走向、 傾向呈斷續(xù)狀分布于礦化偉晶巖脈中。礦體主要產(chǎn)于2 號黑云母偉晶巖脈中， 礦體形態(tài)簡單， 呈脈狀、 透鏡狀和似層狀， 礦體長度80～777 m，平均厚度2.33 m，最大厚度6.18 m。

礦石類型主要為花崗偉晶巖型鈾礦石，在花崗偉晶巖脈的不同部位往往產(chǎn)出具有不同特征的鈾礦石， 如花崗偉晶巖型鈾礦石、同化混染型鈾礦石、 富黑云母型鈾礦石和石英脈型鈾礦石， 工業(yè)類型為低品位的高硅酸鹽鈾礦石。 金屬礦物有黃鐵礦、 磁鐵礦、 褐鐵礦和輝鉬礦， 工業(yè)鈾礦物主要為晶質(zhì)鈾礦（圖2），硅鈣鈾礦及鈾黑等次生鈾礦物僅見于地表以下20 m 范圍內(nèi)的氧化帶中。鈾元素在晶質(zhì)鈾礦、 獨居石和鋯石 （及釷石、 鈾石、釷鈾礦）礦物中的含量分別為99.69%、0.30%和0.01%。晶質(zhì)鈾礦以自形粒狀為主，粒徑多在20～200 μm，邊部常有黃鐵礦或磁鐵礦的斷續(xù)環(huán)邊。 可獨立產(chǎn)出， 也可與鋯石、 獨居石和磷釔礦伴生。 石英、 斜長石、 鉀長石中均可產(chǎn)出， 主要呈立方體、 八面體自形晶形式嵌布于鉀長石粒間， 少量呈不規(guī)則狀嵌布于斜長石、 鉀長石或石英等其他脈石礦物裂隙內(nèi)。

圖1 光石溝鈾礦區(qū)地質(zhì)簡圖 （據(jù)袁峰等，2017）Fig.1 Geology sketch of Guangshigou uranium deposit （After YUAN Feng，et al，2017）

圖2 光石溝晶質(zhì)鈾礦背散射下特征Fig.2 Back scatter image of uranite in Guangshigou uranium deposit

礦石構(gòu)造為稀疏浸染狀構(gòu)造， 晶質(zhì)鈾礦稀疏浸染狀分布于花崗偉晶巖中。 光石溝鈾礦床晶質(zhì)鈾礦U-Pb 等時線年齡418、414 Ma，與晶質(zhì)鈾礦緊密共生的黃鐵礦Pb-Pb 等時線年齡值402 Ma［4］。

3 樣品采集和分析方法

本次樣品均采自光石溝礦床的含礦偉晶巖脈， 來自地表露頭、 鉆孔巖心以及礦硐。測溫儀器為英國Linkam THMSG 600 型顯微冷熱臺（-196～600 ℃）。流體包裹體來自含礦偉晶巖中的石英。 流體包裹體成分原位激光拉曼顯微探針測試儀器為英國Renishaw System－2000 顯微共焦激光拉曼光譜儀。

4 流體包裹體

4.1 巖相學(xué)

通過野外樣品采集及室內(nèi)巖相學(xué)觀察可知， 光石溝花崗偉晶巖鈾礦床石英中發(fā)育大量流體包裹體和少量熔融包裹體。 根據(jù)盧煥章等［14］提出的流體包裹體在室溫下相態(tài)分類準則及冷凍回溫過程中包裹體相態(tài)變化， 光石溝鈾礦床的流體包裹體可劃分為富液相水溶液包裹體（Ⅰ型）、CO2包裹體 （Ⅱ型）、含CO2的三相水溶液包裹體（Ⅲ型）和含子晶包裹體（Ⅳ型）四類。

Ⅰ型： 水溶液包裹體。 在室溫下， 該類型包裹體又可劃分為富液相和部分純液相。該類包裹體常呈橢圓形或負晶形，少數(shù)形狀不規(guī)則，大小為3～18 μm（圖3 a、b）。I 型包裹體占光石溝礦床整個包裹體總量的60%以上。

Ⅱ型：CO2包裹體。 該類包裹體多呈兩相。據(jù)其氣液比可分為：富液相和富氣相CO2包裹體。 富液相CO2包裹體較暗， 分布不均勻， 形態(tài)多為橢圓形和不規(guī)則形等， 包裹體長軸長一般為3～10 μm。富氣相CO2包裹體氣體相占比例約為65%～78%，僅僅在沿著黑色半透明包裹體的邊部有少量的液相CO2（圖3c）。

圖3 光石溝鈾礦床熔體-流體包裹體巖相學(xué)特征Fig.3 Petrography characteristics of melt-fluid inclusions in Guangshigou uranium deposit

Ⅲ型：CO2-H2O 三相包裹體。這類包裹體通 常 在 室 溫 下 呈 三 相（VCO2＋LCO2＋LH2O）。 該類型包裹體形態(tài)近橢圓形（圖3d）， 數(shù)量多，包裹體大小6～12 μm 左右， 氣相比能達到25%～30%，與Ⅰ型包裹體共生。

Ⅳ型： 含子晶包裹體。 在室溫下通為LH2O＋VH2O＋S。包裹體形態(tài)較規(guī)則， 大小6～9 μm。此類包裹體與Ⅰ型包裹體共生， 本次研究在光石溝礦床中僅見到一例（圖3e）。

熔體包裹體： 該類型包裹體氣泡周圍存在硅質(zhì)熔體， 較模糊， 包裹體形態(tài)普遍不規(guī)則， 大小6～9 μm， 常與Ⅳ型流體包裹體共生（圖3f），且該類包裹體溫度較高， 超過600 ℃時仍未均一， 高于Linkam THMSG 600型顯微冷熱臺的上限。

4.2 顯微測溫

光石溝鈾礦床偉晶巖石英中的流體包裹體主要為Ⅰ型包裹體， 少量Ⅱ型和Ⅳ型包裹體。 包裹體的大小主要集中在 （2～4）μm×（3～5）μm。其測溫及計算結(jié)果表明，Ⅰ型包裹體均一溫度范圍152～308℃，平均為233℃，鹽度范圍7.2%～11.5%NaCleqv，平均為9.5%NaCleqv，均一至液相（圖4）；Ⅱ型包裹體部分均一溫度范圍12～24℃，三相點溫度為-60.1℃，低于純CO2的三相點（-56.6 ℃）， 指示除CO2外， 還混有其他揮發(fā)組分， 這也被其后的流體包裹體激光拉曼測試所證實。Ⅳ型含石鹽子晶包裹體較少，本次工作在光石溝鈾礦床中僅見1 例，測得其子晶熔化溫度為26 ℃，均一溫度為253 ℃，對應(yīng)的鹽度為26.5%NaCleqv。

圖4 光石溝鈾礦床流體包裹體均一溫度及鹽度直方圖Fig.4 Histogram of homogenization temperatures and salinity of fluid inclusions in Guangshigou uranium deposit

4.3 激光拉曼分析

通過激光拉曼探針分析該礦床不同類型代表性流體包裹體的成分， 分析結(jié)果顯示，光石溝鈾礦床的流體包裹體成分較為復(fù)雜。Ⅰ型流體包裹體中檢測到寬泛的液相H2O 包絡(luò)峰（圖5a）；II 型流體包裹體檢測到明顯的CO2峰值 （圖5b、d），III 型包裹體中也檢測到了CO2峰值，但相較于純CO2包裹體，CO2峰值較低（圖5c）。

圖5 光石溝鈾礦床流體包裹體激光拉曼分析圖譜Fig.5 Raman spectra of fluid inclusions in Guangshigou uranium deposit

4.4 成礦流體性質(zhì)

包裹體測試結(jié)果表明光石溝鈾礦床形成于融體-流體過渡階段，流體包裹體以富液鹽水包裹體為主， 含少量CO2包裹體和子晶包裹體，礦床均一溫度范圍為152～308 ℃，平均為233 ℃， 鹽度范圍為7.2%～26.5%NaCleqv，平均10.0%NaCleqv。激光拉曼分析顯示存在H2O 和CO2譜峰。 光石溝鈾礦床成礦流體為中-高溫、中-低鹽度的NaCl-H2O（-CO2）流體體系。

5 礦床成因

光石溝鈾礦床產(chǎn)在黑云母花崗偉晶巖中，晶質(zhì)鈾礦呈微晶浸染狀散布于巖石中， 或分布在造巖礦物內(nèi)部及晶粒邊部， 或分布在造巖礦物粒間， 或被副礦物 （石榴子石、 磷灰石）所包裹，經(jīng)常與鋯石、獨居石、黃鐵礦、輝鉬礦伴生， 與造巖礦物及副礦物共同構(gòu)成共邊結(jié)構(gòu)、 嵌晶結(jié)構(gòu)和包含結(jié)構(gòu)等， 表明晶質(zhì)鈾礦同時或稍早于造巖礦物結(jié)晶。 因此，光石溝花崗偉晶巖型鈾礦是典型的巖漿型同生礦床， 即巖漿結(jié)晶分異形成的。 在晚期含揮發(fā)分的高溫（達639 ℃）的巖漿熱液中，U 是以UFm4-m、［UF2（CO3）3］4-等易溶絡(luò)合物形式進行運移的。 隨著溫度和壓力的不斷變化， 巖漿晚期形成的富氟、 富鈾、 低氧熔漿， 在結(jié)晶分異作用下， 巖漿冷凝結(jié)晶晚期揮發(fā)組分匯集形成較低溫、 高揮發(fā)分、 富流體的偉晶巖巖漿。由于U、F 為大離子親石元素，傾向于在殘余熔漿和流體中富集， 因而在偉晶巖巖漿中U 可得到進一步富集［9］。 高揮發(fā)分的偉晶巖巖漿流體在氣運分異作用下， 侵位到二長花崗巖株附近的秦嶺群中， 形成花崗偉晶巖脈（415 Ma）。隨著磷灰石和黑云母等富氟礦物大量結(jié)晶， 熔漿中的F 大量減少， 引起氟鈾酰絡(luò)合物遭到破壞， 鈾最終以獨立鈾礦物—晶質(zhì)鈾礦的形式結(jié)晶成礦。

6 結(jié)論

1）光石溝花崗偉晶巖型鈾礦是典型的巖漿型同生礦床，即巖漿結(jié)晶分異形成的。

2） 光石溝鈾礦床形成于融體-流體過渡階段， 成礦流體為中-高溫、 中-低鹽度的NaCl－H2O（－CO2）流體體系。