陜西光石溝鈾礦床鈾賦存狀態(tài)和鈾成礦期次研究

馮張生， 程德進(jìn)， 陳金錄， 周 彬， 張航飛

(中陜核工業(yè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710100)

光石溝鈾礦床是陜西省商南縣—丹鳳縣(簡(jiǎn)稱商丹地區(qū))鈾礦整裝勘查區(qū)內(nèi)的典型花崗偉晶巖型鈾礦床。礦體由位于花崗巖巖株外接觸帶200 m范圍內(nèi)的花崗偉晶巖脈控制，主要鈾礦物為晶質(zhì)鈾礦，礦石品位與團(tuán)塊狀黑云母、棕紅色更長(zhǎng)石、磷灰石、獨(dú)居石富集呈正相關(guān)關(guān)系。鈾成礦年齡為391～413 Ma(羅忠戍， 1984； 郭國(guó)林等，2012；孟雷，2016)。鈾成礦物質(zhì)來源主要為礦床黑云母斜長(zhǎng)片麻巖，部分來自上地幔。鈾礦成因主要為富鈾重熔花崗巖巖漿結(jié)晶分異作用，以及巖漿沸騰、去氣、晶質(zhì)鈾礦沉淀作用等(戎嘉樹，1980；羅忠戍，1984；馮明月，1996；馮明月等，1996；左文乾等，2010；沙亞洲等， 2011；馮張生等，2013，2016；陳佑緯等，2013，2015；孟雷，2016)。礦床類型劃分為巖漿型偉晶巖類巖體外接觸帶型鈾礦床(馮張生等，2016)。部分晶質(zhì)鈾礦周圍見蝕變暈圈和環(huán)邊，對(duì)蝕變暈圈研究后提出了礦床的產(chǎn)鈾巖體遭受過后期含 S、 C 流體改造觀點(diǎn)(劉靜，2015；宋炎，2018)；依據(jù)晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊由黃鐵礦、方解石、鈾石等礦物組成，提出礦床可能存在熱液成礦作用觀點(diǎn)(馮張生等，2016)。但未見本礦床鈾賦存狀態(tài)及成礦期次的詳細(xì)研究報(bào)道。因此，筆者擬通過礦石薄片鑒定、光片礦物參數(shù)自動(dòng)分析系統(tǒng)檢測(cè)、電子探針分析，基本查明礦床礦石中鈾的賦存狀態(tài)，初步劃分成礦期次，為商丹地區(qū)花崗偉晶巖型鈾礦勘查及礦石選冶工藝研究提供依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)背景

光石溝鈾礦床位于我國(guó)秦、祁、昆鈾成礦域祁連—秦嶺成礦省北秦嶺鈾成礦帶商丹地區(qū)陳家莊—光石溝花崗偉晶巖型鈾礦集中區(qū)東部，出露地層是秦嶺群第三巖性段第二亞段(Pt1qn3-2)，巖性以黑云斜長(zhǎng)片麻巖為主，屬于花崗偉晶巖型鈾礦鈾源層。

礦床出露巖漿巖是加里東期花崗巖及花崗偉晶巖脈(圖1)，花崗巖巖株接觸帶200 m以內(nèi)的黑云母花崗偉晶巖脈是鈾礦含礦主巖，其中①②⑨號(hào)黑云母花崗偉晶巖脈為光石溝鈾礦床主礦化脈巖。

圖1 光石溝鈾礦床地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of Guangshigou uranium deposit 1.秦嶺群第三巖性段第二亞段；2.加里東期花崗閃長(zhǎng)巖巖基；3.加里東期二長(zhǎng)花崗巖巖株；4.礦化黑云母花崗偉晶巖及編號(hào)；5.非礦化花崗偉晶巖；6.花崗偉晶巖型鈾礦床

礦床構(gòu)造主要為褶皺，褶皺核部控制了花崗巖產(chǎn)出，褶皺翼部控制了花崗偉晶巖脈產(chǎn)出。礦床斷裂以層間破碎帶為主，屬于礦后斷裂，與鈾礦化關(guān)系不大(沙亞洲等，2011；馮張生等，2013，2016；孟雷，2016)。

礦化類型屬于巖漿巖類花崗偉晶巖型巖體外接觸帶鈾礦床(馮張生等，2016)，礦體以脈狀、透鏡狀賦存于礦化花崗偉晶巖中。礦石巖性為二長(zhǎng)花崗偉晶巖(圖2a)和花崗偉晶巖(圖2b)，塊狀構(gòu)造，中粒、粗粒結(jié)構(gòu)，主要脈石礦物為微斜長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石、更長(zhǎng)石、石英，其次是黑云母、白云母、榍石、磷灰石等，鈾礦物呈稀疏浸染狀分布在礦石中(馮明月等，1996；羅忠戍，1984；馮張生等，2013，2016；孟雷，2016；劉靜，2015)。

圖2 礦化偉晶巖鏡下特征Fig.2 Microscopic characteristics of mineralized pegmatitea.二長(zhǎng)花崗偉晶巖礦石；b.花崗偉晶巖礦石；1.鈉更長(zhǎng)石；2.微斜長(zhǎng)石；3.石英；4.條紋長(zhǎng)石；5.黑云母

2 鈾的賦存狀態(tài)和鈾礦物特征

2.1 鈾的賦存狀態(tài)

經(jīng)礦物參數(shù)自動(dòng)分析系統(tǒng)(MLA)檢測(cè)，礦石中鈾主要以獨(dú)立礦物存在，其中晶質(zhì)鈾礦中的鈾配分為99.69%，釷石、鈾石、釷鈾礦中的鈾配分為0.01%，含鈾獨(dú)居石中的鈾配分為0.30%。

2.2 鈾礦物特征

2.2.1 晶質(zhì)鈾礦及環(huán)邊特征

(1)晶質(zhì)鈾礦特征。晶質(zhì)鈾礦自形等軸粒狀(圖3a)，724粒晶質(zhì)鈾礦通過MLA分析、等效圓法統(tǒng)計(jì)，粒度為均勻粒度型曲線(圖4)、以150～600 μm粒級(jí)的中粒為主(表1)。

圖4 晶質(zhì)鈾礦粒度分布曲線Fig.4 Granularity distribution curve of uraninite

表1 晶質(zhì)鈾礦粒度

晶質(zhì)鈾礦呈稀疏浸染狀分布在脈石礦物粒間(圖3b)，少量晶質(zhì)鈾礦與鈾石、黃鐵礦連生分布于脈石礦物中(圖3a，c)。

圖3 晶質(zhì)鈾礦顯微特征Fig.3 Microscopic characteristics of uraninitea.晶質(zhì)鈾礦呈自形立方體，邊部有黃鐵礦和鈾石分布 ；b.晶質(zhì)鈾礦呈自形粒狀稀疏浸染狀分布(反光正交)；c.晶質(zhì)鈾礦與鈾石、黃鐵礦連生在脈石中；d.晶質(zhì)鈾礦內(nèi)見鋯石、石英等礦物包裹體(反光單偏)；1.晶質(zhì)鈾礦；2.黃鐵礦；3.鈾石；Zir.鋯石；Q.石英

晶質(zhì)鈾礦與鉀長(zhǎng)石連生密切，其次與黑云母連生，少量與斜長(zhǎng)石、白云母、釷鈾礦、釷石、鈾石、獨(dú)居石連生(表2)。

表2 晶質(zhì)鈾礦與相鄰礦物密切程度表

晶質(zhì)鈾礦內(nèi)見鋯石、石英等礦物包裹體(圖3d)，主要成分為UO2、ThO2、PbO，其中UO2含量為81.27%～86.31%，平均值為84.35%；ThO2含量為2.59%～3.72%，平均值為3.18%；PbO含量為7.88%～10.80%，平均值為8.66%；含微量的Dy、Gd、Ce、Ho、Yb等稀土元素(郭國(guó)林等，2012)，分析結(jié)果如表3所示。

表3 晶質(zhì)鈾礦電子探針分析結(jié)果

(2)晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊特征。部分晶質(zhì)鈾礦周邊見斷續(xù)分布的細(xì)小環(huán)邊，環(huán)邊由細(xì)粒鈾石、方解石與黃鐵礦連生體(圖5a)或板狀白鐵礦與土狀鈾石連生體組成(圖5b)。黃鐵礦呈他形細(xì)粒狀，白鐵礦呈板狀，黃鐵礦粒度為0.001 mm×0.06 mm～0.04 mm×0.06 mm，F(xiàn)e含量為46.72%～46.62%、平均值為46.67%，S含量為53.28%～53.38%、平均值為53.33%。方解石，他形粒狀，粒徑0.01～0.03 mm，呈凹陷狀(圖5a)。

2.2.2 鈾石特征

鈾石為微粒狀。1～6 μm粒級(jí)的鈾石有兩類賦存形式：一類與黃鐵礦(白鐵礦)連生分布于晶質(zhì)鈾礦周邊形成晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊(圖5)，一類分布于晶質(zhì)鈾礦邊部的長(zhǎng)石裂隙中。0.1～0.6 mm粒級(jí)的鈾石有兩類賦存形式：一類與晶質(zhì)鈾礦、黃鐵礦呈連生體分布于脈石中(圖3c)，一類與黃鐵礦呈連生體分布于脈石中(圖6a)。X射線能譜儀(EDS)分析，鈾石鈾含量為44.04%。

圖5 晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊的掃描電鏡背散射圖像Fig.5 Scanning electron microscope back-scattering image of uraninite rima. 由方解石、黃鐵礦和鈾石組成的晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊；b. 由白鐵礦和鈾石連生組成的晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊；1.自形晶質(zhì)鈾礦；2.鈾石；3.黃鐵礦；4.鉀長(zhǎng)石；5.更長(zhǎng)石；6.方解石；7.板狀白鐵礦；8.土狀鈾石

2.2.3 釷鈾礦特征

釷鈾礦為微粒狀，粒徑1～7 μm，呈包體賦存于獨(dú)居石中(圖6b)。X射線能譜儀(EDS)分析，釷鈾礦釷含量為10%～33.48%，鈾含量為41.04%～60.6%，鉛含量為3.49%～5.9%。

圖6 鈾石、 釷石、釷鈾礦的掃描電鏡背散射圖像Fig. 6 Scanning electron microscope back-scattering image of uranite, thorite and thoruraninitea. 鈾石與黃鐵礦連生在脈石中；b. 獨(dú)居石包裹微細(xì)粒釷石、釷鈾礦、磷釔礦;1.鈾石；2.黃鐵礦；3.獨(dú)居石；4.釷鈾礦；5.磷釔礦；+.釷石

2.2.4 釷石特征

釷石為自形四方柱狀，粒度2 μm×3 μm～4 μm×7 μm，呈包體賦存于獨(dú)居石中(圖6b)。X射線能譜儀(EDS)分析，釷石中釷含量為41.95%，鈾含量為17.4%，鉛含量為2.43%。

2.2.5 含鈾礦物特征

獨(dú)居石呈板狀-自形板狀。 145粒獨(dú)居石等效橢圓法粒度0.1 mm×0.2 mm～0.3 mm×0.8 mm，星散分布于脈石礦物中(圖7a)，常含磷釔礦、釷鈾礦、釷石的微細(xì)粒包體(圖6b)，少量晶體周邊見黃鐵礦環(huán)邊(圖7b)。X射線能譜儀(EDS)分析，獨(dú)居石鈾含量為1.74%～2.49%，平均值為2.21%，釷含量為9.95～10.6%，平均值為10.30%。

圖7 獨(dú)居石反光圖像Fig.7 Reflective image of monazitea. 板狀獨(dú)居石及自形晶質(zhì)鈾礦浸染狀分布；b. 獨(dú)居石晶體外發(fā)育黃鐵礦環(huán)邊；1.晶質(zhì)鈾礦；2.獨(dú)居石；3.黃鐵礦

3 礦物生成順序

晶質(zhì)鈾礦大部分分布于鉀長(zhǎng)石等脈石礦物粒間，說明晶質(zhì)鈾礦形成時(shí)間略晚于鉀長(zhǎng)石等脈石礦物。晶質(zhì)鈾礦的環(huán)邊由細(xì)粒鈾石、方解石與黃鐵礦連生體或板狀白鐵礦與土狀鈾石連生體組成，說明組成晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊的黃鐵礦、白鐵礦、方解石、鈾石形成時(shí)間略晚于晶質(zhì)鈾礦。部分獨(dú)居石包裹鈾石及鈾釷礦，說明部分獨(dú)居石形成時(shí)間晚于鈾釷礦、鈾石；獨(dú)居石周邊分布黃鐵礦環(huán)邊，說明部分黃鐵礦形成時(shí)間略晚于獨(dú)居石(表4)。

表4 鈾礦物與主要共生礦物生成順序表

4 成礦期次劃分

依據(jù)光石溝鈾礦床鈾礦石鈾礦物特征、礦物嵌布關(guān)系和成因(陳光遠(yuǎn)等，1987；王德蔭等，1981；趙鳳民等，1988)，光石溝鈾礦床鈾礦物可能形成于巖漿期及熱液期(表4)，其中晶質(zhì)鈾礦形成于巖漿期，組成晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊的鈾石、方解石與黃鐵礦(白鐵礦)可能形成于熱液期。依據(jù)鈾配分測(cè)定結(jié)果，光石溝鈾礦床以巖漿期成礦作用為主。巖漿期的礦物組合為晶質(zhì)鈾礦、鉀長(zhǎng)石和黑云母，熱液期的礦物組合為鈾石、方解石和黃鐵礦(白鐵礦)。

5 結(jié)論

(1)光石溝鈾礦床鈾礦物主要為晶質(zhì)鈾礦，鈾石、釷石、釷鈾礦、含鈾獨(dú)居石含量很低。

(2)晶質(zhì)鈾礦主要呈稀疏浸染狀分布在脈石礦物粒間，粒度以中粒為主，主要與鉀長(zhǎng)石連生，其次與黑云母連生。

(3)鈾石呈粒狀分布于晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊或脈石礦物中，粒度以微粒為主，主要與方解石、黃鐵礦(白鐵礦)連生。釷鈾礦，粒度以微粒為主，自形粒狀，呈包裹體賦存于獨(dú)居石中。釷石，粒度以微粒為主，自形四方柱狀，呈包裹體賦存于獨(dú)居石中。獨(dú)居石，粒度以中粒為主，板狀，星散狀分布于脈石礦物中，部分周邊見黃鐵礦環(huán)邊。

(4)光石溝鈾礦床可劃分為巖漿期和熱液期兩個(gè)成礦期次，以巖漿期成礦作用為主，礦物組合為晶質(zhì)鈾礦、鉀長(zhǎng)石和黑云母；熱液期鈾成礦作用很微弱，礦物組合為鈾石、方解石和黃鐵礦(白鐵礦)。