615鈾礦床蝕變和礦石特征

楊 松，李子穎，李秀珍

（1.中核撫州金安鈾業(yè)有限公司，江西 樂安，344301；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

615鈾礦床蝕變和礦石特征

楊 松1，李子穎2，李秀珍2

（1.中核撫州金安鈾業(yè)有限公司，江西 樂安，344301；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

提出615鈾礦床側(cè)緣蝕變的雙層交代蝕變結(jié)構(gòu)，即堿性流體交代之后疊加的酸性流體交代蝕變；強(qiáng)調(diào)在蝕變帶中元素變化與蝕變巖石中礦物之間的相互關(guān)系；論述該礦床鈾成礦是酸性流體疊加的結(jié)果；總結(jié)礦床經(jīng)歷了3次不同性質(zhì)的熱流體作用過程：即前期為富硫氫酸期，鈾礦化期為氟化物、硫化物、磷酸鹽、碳酸鹽期和礦后富氧的簡單流體作用期。

堿性流體交代；酸性流體疊加；礦旁側(cè)緣蝕變；雙層結(jié)構(gòu)

1 礦床地質(zhì)概況

615 鈾礦床位于相山鈾礦田北東端，蕪頭—中華山（沙洲—奧村段）斷裂東段［1］，面積約2 km2。礦床范圍內(nèi)出露的地層為震旦系（Z）淺變質(zhì)巖系，侵入巖是沿蕪頭—中華山EW向斷裂帶侵入的斑狀黑云母二長花崗巖（圖1）。

斑狀黑云母二長花崗巖呈灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石基質(zhì)中主要礦物粒度在5 mm左右，屬粗粒結(jié)構(gòu)。組成巖石的主要礦物成分有堿性長石，晶體為半自形和他形，常見卡斯巴雙晶，有序度δ為 0.2，屬正長石；斜長石半自形，具有鈉長雙晶和鈉長卡斯巴復(fù)合雙晶，斜長石牌號x（An）＝35%～42%，屬中長石；石英他形。次要礦物為黑云母，自形。主要副礦物有褐簾石、榍石、磷灰石、鋯石、綠簾石和黃鐵礦。該巖體的鋯石鈾-鉛同位素年齡為（150±0）Ma［2］， 為晚侏羅世侵入產(chǎn)物。巖石中磷灰石的N（87Sr）/N（86Sr）值為0.711 73［3］，明顯小于來自硅鋁殼物質(zhì)的N（87Sr）/N（86Sr）值 （0.719）。 因此， 該巖石屬于深部地殼與地幔物質(zhì)混熔巖漿產(chǎn)物［3-4］。

圖1 615鈾礦床區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map of uranium deposit No.615

巖石的后期交代作用主要是早期的鈉長石交代作用，伴隨有綠泥石、綠簾石和方解石交代作用。礦化期是同位疊置于鈉長石交代作用之上的酸性交代作用。

2 礦床構(gòu)造

615 鈾礦床主要有成礦期構(gòu)造（也稱控礦構(gòu)造）和成礦后構(gòu)造兩類。成礦期的構(gòu)造是復(fù)合巖體侵入前的斷裂破碎帶，即蕪頭—中華山斷裂破碎帶（圖1）。破碎帶走向?yàn)?95°，傾角70°以上，礦化可發(fā)生在主斷裂帶內(nèi)，也可產(chǎn)于上盤平行斷裂帶內(nèi)［1，5］。 成礦后構(gòu)造發(fā)育，規(guī)模較大，常以角礫巖、構(gòu)造泥的形式出現(xiàn)，并錯(cuò)斷礦體。

控礦裂隙（斷裂）構(gòu)造呈平行帶狀分布在黑云母二長花崗巖巖墻中，與巖墻的縱節(jié)理一致。裂隙帶的走向?yàn)?280°～330°，傾向SW，傾角60°～80°，沿走向發(fā)育近千米，向下延伸達(dá)400 m，裂隙帶西部寬160 m左右，平行裂隙多，向下延伸較淺；在東部寬100 m左右，除4號礦體主構(gòu)造延伸較長外，其他裂隙少而短。這些裂隙帶復(fù)雜，平行裂隙由大致平行和次級別的銳角相交很小的單個(gè)細(xì)裂隙組成，長10 m左右，它們首尾相接，或尖滅、側(cè)現(xiàn)（圖2）。

圖2 615鈾礦床井下98 m中段NWW向裂隙的分枝復(fù)合（A）與側(cè)列斜接現(xiàn)象（B）Fig.2 Ramification and composite of NWW-trending fracture（A）and the phenomena of laterally arrangement and obliquely contact（B）in 98 m level under the drillhole in uranium deposit No.615

根據(jù)裂隙展布特點(diǎn)，延長和向下延伸不大，裂隙旁側(cè)的羽裂發(fā)育，且有不同級別裂隙同時(shí)存在。因此，平行裂隙構(gòu)造是扭壓、扭張裂隙共存的構(gòu)造系統(tǒng)。平行裂隙帶與礦化關(guān)系密切，并具有多期活動，因而構(gòu)成了多次熱液疊加場所。平行裂隙帶的密集程度和幅度是決定礦化富集和礦體大小的重要因素。

3 礦床蝕變

615 鈾礦床經(jīng)歷了兩大交代蝕變過程，即不完全鈉長石交代過程和伊蒙混層黏土礦物交代過程。從流體性質(zhì)來講，先是堿性流體交代，后是酸性流體疊加交代［5］。

3.1 不完全鈉長石交代型蝕變分帶

不完全鈉長石交代型蝕變是鈉長石選擇交代巖石中的正長石，石英還保留的一種堿性流體交代蝕變。在其交代巖石的基礎(chǔ)上，又疊加了成礦的酸性流體交代蝕變，形成了雙層蝕變分帶結(jié)構(gòu)現(xiàn)象（圖3）。

圖3 不完全鈉長石化交代型蝕變分帶示意圖Fig.3 Schemmatic map of incompletely albitized metasomatic type alteration zonation

該剖面從構(gòu)造變形、礦化和蝕變?nèi)瓌t考慮，可劃分為：富礦碎裂巖帶（5～7號樣）、貧礦化花崗碎裂巖帶（2、3號樣）、礦化夾持紅色網(wǎng)狀碎裂花崗巖帶（4號樣）、礦旁碎裂花崗巖帶（8號樣）和遠(yuǎn)礦裂損花崗巖帶（1、9號樣）。其中富礦碎裂巖帶礦石從組成和結(jié)構(gòu)考慮可劃分為：鈾礦疊加硫化物角礫巖礦石（5號樣）、螢石膠結(jié)角礫巖礦石（6號樣）和螢石團(tuán)塊填隙碎裂巖礦石（7號樣）。

從碎裂殘留礦物和交代方式看，該剖面?zhèn)染壩g變作用有如下規(guī)律：從富礦碎裂帶到兩側(cè)遠(yuǎn)礦蝕變巖，巖石中石英由殘斑碎裂和重結(jié)晶石英變?yōu)樽冃瘟钍?；堿性長石從完全鈉長石化殘斑變?yōu)榱严妒胶徒锯c長石交代；斜長石從完全消失變?yōu)椴糠忠晾淮遍L石；黑云母從完全消失變?yōu)楹谠颇覆糠宙V鐵綠泥石化。

從新生礦物變化看，鈉長石從殘斑、重結(jié)晶變?yōu)槠灞P格子的假象鈉長石到浸染團(tuán)塊點(diǎn)狀鈉長石交代（圖4）；黏土礦物從混層黏土礦物向伊利石交代過渡（圖5）；螢石是從團(tuán)塊填隙、脈狀到浸染交代；含錳方解石從團(tuán)塊填隙到微脈充填；磷灰石從團(tuán)塊變?yōu)槲⒘＜系揭愿钡V物形式產(chǎn)出。

圖4 棋盤格子鈉長石交代堿性長石Fig.4 Alkali feldspar replaced by tartan albite

3.2 不完全鈉長石交代型蝕變帶巖石的主量元素氧化物變化

礦化蝕變剖面巖石的主量元素氧化物及鈾、釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示。

表1 蝕變帶巖石的主量元素氧化物及鈾、釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Mass fraction of main elements oxide，uranium and thorium in the altered zone

圖5 鈉長石化堿性長石被伊蒙混層黏土礦物交代Fig.5 Albitized alkali feldspar metasomatized by illite-montmorillonite mixture

根據(jù)表1列舉的礦化蝕變巖與黑云母二長花崗巖（原巖）元素氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比和礦化蝕變帶巖石元素氧化物與鈾元素變化的關(guān)系可以得出如下認(rèn)識：

（1）蝕變帶的礦化及蝕變巖石中元素氧化物和鈾、釷元素的變化關(guān)系，都不是簡單因素所決定的，這些元素氧化物和元素的變化既決定于熱液流體加入礦物、蝕變新生礦物成分和殘留礦物種類，又決定于加入礦物和新生礦物的含量。例如：SiO2在富礦帶含量降低，雖保留有鈉長石交代的某些成分，但更多是受熱液加入礦物的影響。疊加于黃鐵礦硫化物脈上的鈾礦石（4號樣），Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到 13.88%，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69.15%。顯然，鈾礦化前加入的黃鐵礦含量，是決定SiO2含量變化的主要原因。

（2）鈉長石化的流體，并未帶入鈾元素。從遠(yuǎn)礦蝕變巖石（1、9號樣）來看，鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5.95×10-6和8.01×10-6，略低于和略高于原巖的含量，但兩個(gè)樣品的Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.34%和5.10%，明顯高于原巖的2.98%。

（3）酸性流體疊加的加入礦物和新生蝕變礦物與鈾富集有密切關(guān)系。如：富礦樣（5、6、7號樣） 的 FeO、MnO、MgO、CaO、P2O5、LOI和Th都明顯高于原巖，K2O低于原巖。這些元素變化是伊蒙混層黏土礦物、鐵綠泥石、含錳方解石、螢石、磷灰石和鈾礦物富集的綜合反映。

3.3 不完全鈉長石交代型蝕變帶巖石的微量元素變化特征

現(xiàn)將不完全鈉長石交代蝕變帶巖石的微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)列入表2。由表2可見，不完全鈉長石交代型的微量元素從礦體向側(cè)緣外帶蝕變巖中 Sr、Pb、Zn、Mo、W、Sb、Bi、S和F等元素與U、Th含量變化基本一致；Sc、Nb、Ta、 Zr和Hf等元素的含量變化規(guī)律不明顯；蝕變巖石中當(dāng)U質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1 000×10-6時(shí)，V元素的含量高于巖石平均值，它的增高可能與富鋁的層狀黏土礦物有關(guān)。

表2 礦化帶巖石的微量元素及鈾、釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Mass fraction of trace element，uranium and thorium of rock in the mineralized zone

3.4 不完全鈉長石交代型蝕變帶巖石中稀土元素變化特征

不完全鈉長石交代型蝕變帶巖石中稀土元素列入表3。由表3可見：

（1）比較礦化和蝕變圍巖與原巖樣品，元素 Eu、Gd、Ho、 Er、Y， 稀土元素參數(shù)δEu和HREE在富礦石中呈現(xiàn)增加趨勢。而其他稀土元素和參數(shù)變化沒有明顯規(guī)律。

（2）稀土元素在蝕變空間上的變化大體符合，輕稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)從礦體中心向圍巖有相對增高趨勢；重稀土元素的含量，從礦化中心向圍巖有相對降低的趨勢。

（3）稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和稀土元素參數(shù)變化與鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化一致的有：Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Y等元素。

4 礦床的礦石特征

采用元素或礦物群分類，是礦石類型劃分中最直接和最明確的方案。下面是對615鈾礦床的礦石元素和礦物所作的簡要分類。

4.1 礦石的元素分類

在相山礦田的礦石元素分類中，615鈾礦床礦石元素類型可劃歸為U-S、U-Mo-S、U-Mo-S-F和U-Mo-P-F等4種類型，其中U-Mo-S-F和U-Mo-P-F是主要的工業(yè)富礦石。

4.2 礦石的礦物群類型

礦石的元素類型是礦石的礦物群組成的反映。因此按礦物群，該礦床可劃分為：黃鐵礦-鈾石類型、石英-黃鐵礦-鈾石類型、螢石-多硫化物-瀝青鈾礦-鈾石類型。

表3 不完全鈉交代作用蝕變帶巖石中的稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及參數(shù)值Table 3 Mass fraction and their parameters of rare earth element in the rock of incompletely sodium metasomatism alteration zone

5 礦化階段和礦石組成

5.1 礦化階段

礦石的礦物組成是礦床熱液活動的綜合反映。根據(jù)熱液活動產(chǎn)物和先后關(guān)系可將該礦床劃分為3個(gè)大熱液活動期和5個(gè)階段：鈾礦化前為石英-方解石-硫化物熱液活動期，包括：石英-方解石-復(fù)雜硫化物形成階段和石英-簡單硫化物階段；鈾礦化期是鐵綠泥石-方解石-螢石-磷灰石-瀝青鈾礦-鈾石階段和方解石-鈾石階段；鈾礦化后為石英-螢石-方解石熱液活動期，偶爾見少量黃鐵礦。

5.2 礦石的礦物組成

5.2.1 礦石礦物組成

礦石中的工業(yè)鈾礦物有：瀝青鈾礦、鈾石（圖6）和含鈾磷灰石及后生產(chǎn)物鈣鈾礦，鈣鈾云母和鈦鈾氧化物。一般金屬礦物有：復(fù)雜硫鹽中硫鉍鉛礦、硫鉍鉛銅礦（圖7）。簡單硫化物有：輝鉬礦、方鉛礦、閃鋅石、黃銅礦和黃鐵礦，以及自然鉍。非鈾礦物的氧化物有：銳鈦礦、金紅石和水針鐵礦等。

圖6 磷灰石、含釷鈾石和帶狀沉淀的瀝青鈾礦背散射圖像Fig.6 Back scatter image of apatite，thoriumbearing coffinite and banded precipitated pitchblende

5.2.2 脈石礦物

作為殘留礦物存在的有鈉長石和石英；交代蝕變礦物有鐵綠泥石、伊蒙混層黏土礦物、方解石、螢石和石英；新生充填熱液礦物有石英、螢石、方解石和綠泥石；后生填隙礦物有高嶺石、石膏。

5.3 礦石化學(xué)組成

將從以下3個(gè)方面介紹礦石的化學(xué)組成。

5.3.1 不同礦石的主量元素氧化物特征

615 鈾礦床不同礦石的主量元素氧化物及鈾、釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)列入表4。從表4可以看出：

（1）不同元素礦石類型的主量元素氧化物含量有顯著差異，如U-S型礦石Fe2O3和FeO變化明顯，高于其他類型礦石。這是鈾與硫化物的熱液流體在空間上疊置的結(jié)果，它們之間并非是同一階段的產(chǎn)物。

圖7 自然鉍被方鉛礦包裹，其邊緣沉淀硫鉍鉛礦背散射圖像Fig.7 Back scatter image of nature bismush inclosed by galenite with precipitated lillianite margin

表4 不同礦石類型礦石的主量元素氧化物及鈾、釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 4 Mass fraction of the major elements oxide，uranium，thorium in different types of ores

表5 不同礦石類型礦石的微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 5 Mass fraction of trace element in the different types of ores

（2）從總趨勢看，高含量鈾的礦石，SiO2與鈾、釷增長反向。而與U、Th增長一致的元素氧化物有： Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、P2O5和LOI等。這些氧化物是鈾成礦熱液新生礦物和充填沉淀產(chǎn)物的反映，它們是鐵綠泥石、方解石、螢石、磷灰石和硫化物生成的綜合體現(xiàn)。

5.3.2 不同礦石類型礦石的微量元素組成特征

615 鈾礦床不同類型礦石的微量元素和鈾、釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)列入表5。

由表5可見，615鈾礦床礦石中的微量元素可分成3類，它們與鈾元素之間的關(guān)系是：第1類，礦石中微量元素含量低于巖石，且又不受礦化強(qiáng)、弱制約的有 Rb、Zn、 Ba、Sc、Hf、Er、Nb和Ta等7種元素，這些微量元素是巖石遭受改造的反映；第2類，受礦石中鈾含量變化影響的有 Sr、Pb、Cr、Co、Ni、V和S等元素，但鈾與這些元素之間并不存在嚴(yán)格的相關(guān)聯(lián)系，這些元素受多因素制約；第3類，礦石中的微量元素與鈾的含量變化有近似的趨勢，且都有明顯高于原巖的微量元素， 它們是Cu、Zn、Mo、Bi、 Sb、Th和F等元素。這些元素反映出高、中、低溫礦化的微量元素組合，它們是鈾富集過程中的伴生元素。

5.3.3 不同類型礦石的稀土元素組成特征

不同類型礦石的稀土元素和鈾、釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)列入表6。由表6可見：

（1）鈾礦石按鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可劃分為＜4 000×10-6和＞4 000×10-6兩種礦石。兩類礦石的稀土元素含量和參數(shù)變化是有區(qū)別的。

（2）鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜4 000×10-6礦石中的Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu和 Y 等重稀土元素的含量高于它們在原巖中的含量，其參數(shù) δEu 值 大于原巖 ， w（La）N/w（Yb）N和w（LREE）/w（HREE）都小于原巖。 這類稀土元素和參數(shù)變化趨勢，反映了礦化熱液作用是重稀土元素增加的過程，銪的增加與礦化期生成的富鈣化合物有關(guān)。

（3）鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于4 000×10-6的礦石中Nd、Eu、Gd、Ho、Er和Y等元素含量相對巖石是降低的。但從總的變化趨勢看，這類礦石的共性可歸納為輕稀土元素含量略高于巖石，重稀土元素含量略低于巖石。

表6 615鈾礦床不同礦石類型礦石的稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其參數(shù)值Table 6 Mass fraction and their parameters of rare earth elements in different types of ores in uranium deposit No.615

（4）造成鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于4 000×10-6的礦石中的稀土元素變化波動性的原因，主要是成礦后表生作用改造的影響。

6 結(jié) 論

通過討論615鈾礦床，對該礦床小結(jié)如下：

（1）鈉長石選擇性交代堿性長石，石英不被交代的事實(shí)說明，這種流體屬于富鈉、缺鋁的堿性流體。

（2）Na2O是礦化蝕變中普遍增量元素氧化物，但與巖石中鈾的增減并無制約關(guān)系，因此，堿性流體未造成鈾的增加。

（3） Fe2O3、 FeO、 MnO、 MgO、 CaO、 P2O5和LOI等6種元素氧化物和燒失量與U元素增減存在相關(guān)趨勢，說明酸性流體作用生成的伊蒙混層黏土礦物、鐵綠泥石、螢石、含錳方解石和硫化物等是鈾的富集過程。

（4）礦床側(cè)緣蝕變在空間上存在有雙層交代蝕變的分帶結(jié)構(gòu)，即鈉長石蝕變分帶和伊蒙混層黏土礦物分帶疊加結(jié)構(gòu)。

（5）從礦石的組成上看，該礦床熱流體經(jīng)歷了強(qiáng)還原H2S條件（自然鉍生成），然后是成礦期的S2-環(huán)境（瀝青鈾礦、鈾石、硫化物和磷灰石），礦后是在富氧的流體條件下生成的方解石、石英等簡單脈體。

［1］華東608隊(duì)第1隊(duì).615鈾礦床最終儲量報(bào)告［R］.鷹潭：華東608隊(duì)，1967.

［2］李子穎，黃志章，李秀珍，等.相山礦田深源成礦作用機(jī)理研究［D］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，2009.

［3］夏林圻，夏祖春，張 誠.相山中生代含鈾火山雜巖地球化學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1992.

［4］李子穎，黃志章，李秀珍，等.相山礦田深源成礦流體研究［D］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，2006.

［5］王燦林，謝佑新，劉學(xué)斌.相山盆地?cái)嗔褬?gòu)造體系及其對鈾礦化的控制作用［R］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，1980.

Alteration and ore features of uranium deposit No.615

YANG Song1， LI Zi-ying2， LI Xiu-zhen2
（1.Fuzhou Jin’an Uranium Mine Co.Ltd， CNNC， Le’an， Jiangxi 344301， China；2.CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

Double-layered metasomatized alteration texture at the lateral margin of uranium deposit No.615 is proposed， i.e.sodic fluid metasomatized alteration was superposed after alkali fluid metasomatism，the interrelationship between the element changes in the alteration zone and the minerals in the altered rock is emphasized and the uranium ore formation is the results of superposition of sodic fluid.It is summarized that the deposit experienced three phases of hydrotermal fluid process with different qualities， i.e.rhoanite-rich phases of earlier stage， uranium mineralizing phases with fluoride， sulfide， phosphate， carbonate and simple fluid phases with rich oxygen after ore formation.

alkali fluid metasomatism； sodic fluid superposition； alteration lateral margin nearby the deposit；double-layered texture

P619.14；P598

A

1672-0636（2011）02-0071-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2011.02.002

2010-10-17

楊 松（1966—），男，江西撫州人，高級工程師，主要從事鈾礦地質(zhì)、采礦技術(shù)研究及相應(yīng)技術(shù)管理。E-mail:ys721362526@sina.cn