贛南6722鈾礦床鈦鈾礦—晶質(zhì)鈾礦—鈾石—瀝青鈾礦顯微共生組合的厘定及成因意義

章邦桐,凌洪飛,吳俊奇

內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室(南京大學(xué)), 南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 南京, 210093

內(nèi)容提要: 通過235U誘發(fā)裂變徑跡及電子探針測試綜合研究，在6722鈾礦床的含礦隱爆角礫巖膠結(jié)物中首次發(fā)現(xiàn)鈦鈾礦—晶質(zhì)鈾礦—鈾石—瀝青鈾礦顯微共生組合。這樣一種在1 cm2(光薄片)范圍內(nèi)分布, 而且不存在任何脈狀相互穿插現(xiàn)象的鈦鈾礦—晶質(zhì)鈾礦—鈾石—瀝青鈾礦顯微共生組合表明其形成于同一成礦物理化學(xué)體系中。根據(jù)UO2—TiO2—H2O體系穩(wěn)定場, 確定6722鈾礦床中鈦鈾礦—晶質(zhì)鈾礦—鈾石—瀝青鈾礦顯微共生組合形成溫度范圍為250～350 ℃,屬中—高溫熱液成因。

前人曾對6722(草桃背)鈾礦床礦石物質(zhì)成分作過較詳細的研究。陳然志?(1980)研究表明，6722鈾礦床礦石中的原生鈾礦物以瀝青鈾礦為主，部分為鈾石, 吸附狀鈾存在于赤鐵礦、水云母、粘土礦物及隱爆角礫巖膠結(jié)物中。據(jù)范洪海等?(2010)研究，"6722鈾礦床礦石中的鈾礦物主要以瀝青鈾礦為主，少量鈾石及吸附狀態(tài)的鈾。鏡下觀察鈦礦物很多，主要是銳鈦礦、鈦鐵礦和白鈦石等，但未見鈦鈾礦"。 筆者等注意到前人研究成果中存在以下問題: ① 關(guān)于是否存在鈦鈾礦的問題尚需進一步探尋；② 對鈾礦物共生組合及其形成物理化學(xué)條件缺乏研究。為此，筆者等專門采集了6722鈾礦床隱爆角礫巖型礦石樣品，釆用光薄片、235U誘發(fā)裂變徑跡及與電子探針分析相結(jié)合的方法，從微觀上研究鈾礦物共生組合關(guān)系，探討其形成的物理化學(xué)條件及成因。

圖1 6722礦床63號剖面示意圖(據(jù)陳然志等? )Fig. 1 Sketch geological section for No. 6722 deposit (after Cheng Ranzhi et al.?)

1 6722(草桃背)鈾礦床地質(zhì)簡況

6722鈾礦床位于贛南會昌地區(qū)，產(chǎn)出在受晚白堊世贛州組草桃背橄欖玄粗巖火山機構(gòu)控制的隱爆角礫巖帶內(nèi)，其基底為富城花崗巖體。草桃背火山機構(gòu)在平面上呈不規(guī)則橢圓形，東西長450m左右，南北寬約350m，在剖面上呈漏斗狀，向中心傾斜。隱爆角礫巖圍繞橄欖玄粗巖頸呈不規(guī)則狀分布，分帶明顯，由中心向外，依次為橄欖玄粗巖、隱爆角礫巖帶、碎裂花崗巖帶、花崗巖(圖1)。6722礦床的鈾礦體呈不規(guī)則凸鏡狀及團塊狀主要賦存在隱爆角礫巖中，礦體產(chǎn)狀嚴格受火山機構(gòu)制約。礦石品位高，成分簡單，屬單鈾型礦石，在礦石中可見少量黃鐵礦。脈石礦物主要有微晶石英、綠泥石、水云母、螢石。

圖2 6722鈾礦床含礦隱爆角礫巖花崗巖角礫呈磚紅色；含礦橄欖玄粗質(zhì)碎屑膠結(jié)物呈灰紫色Fig. 2 Ore-bearing cryptoexplosive breccia for No. 6722 uranium deposit granite breccia-lateritic red; shoshonitic clastic cement-grayish purple

2 樣品采集與制備

首先將采集的6722鈾礦床隱爆角礫巖型礦石樣品(圖2)磨制成光薄片(f130，圖3a)，進行顯微鏡下鑒定后, 將光薄片及作為鈾誘發(fā)裂變徑跡探測器的白云母片放入核反應(yīng)堆進行熱中子照射(熱中子通量為2×1016中子/cm2)。白云母探測器經(jīng)化學(xué)蝕刻處理后獲得鈾誘發(fā)裂變徑跡的分布圖像，鈾裂變徑跡密集分布的部位呈白色(圖3b)。從圖3b可以清晰地看出鈾在含礦角礫巖中的分布特征：① 鈾集中分布在橄欖玄粗質(zhì)膠結(jié)物中，呈白色，而石英、長石等碎屑礦物中鈾含量很低呈灰藍色；② 礦石中黑云母鈾含量高，由于鈾誘發(fā)裂變徑跡特別密集而呈白色(圖3b 中的① ) , 表明其有很強的聚鈾能力； ③ 在石英、長石中鈾常沿微裂隙分布。

圖4 6722鈾礦床含礦隱爆角礫巖中的鈦鈾礦Fig. 4 Brannerite in ore-bearing cryptoexplosive breccia for No 6722 uranium deposit (a) 鈦鈾礦—晶質(zhì)鈾礦共生組合的背散射電子圖像 , Ti—鈦鈾礦, Br—隱爆角礫, Ur —晶質(zhì)鈾礦; (b) 鈦鈾礦的背散射電子圖像; (c) 鈦鈾礦的U元素X射線面掃描分析圖像; (d) 鈦鈾礦的Ti元素X射線面掃描分析圖像(a) Back-scattered electron image of brannerite—uraninite micro-assemblage, Ti—brannerite, Br—cryptoexplosive breccia, Ur —uraninite; (b) Back-scattered electron image of brannerite; (c) X-ray image of U in brannerite; (d) X-ray image of Ti in brannerite

其后, 選擇光薄片中有代表性的鈾誘發(fā)裂變徑跡密集部位作出標記(圖3a 中的紅色圓圈)，進行電子探針測試。所用電子探針型號為南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室的JEOLJXA8100，工作條件為：電壓15kV，電流20mA，束斑直徑≤1 μm。

3 鈦鈾礦—晶質(zhì)鈾礦—鈾石—瀝青鈾礦顯微共生組合的的厘定

3.1 鈦鈾礦

鈦鈾礦呈發(fā)育良好的長柱狀晶形分布在含礦隱爆角礫巖的膠結(jié)物中(圖4a, 4b ) ，其U,Ti元素X射線面掃描分析圖像見圖4c和圖4d，化學(xué)成分列于表1。從表1可見，草桃背鈾礦床中鈦鈾礦的成分特點為: ① UO2及TiO2含量很高，分別為40.65%～43.83%和32.56%～34.25% ；② 含有少量的SiO2(3.19%～14.27%), Al2O3(0.77%～5.30%), CaO (0.99%～2.01%),MgO(0.013%～0.442%), FeO (0.374%～0.489%), Na2O (0.772%～1.313%), KO2(0～0.796%)等雜質(zhì)；③ 較低的ThO2(0.289%～0.508%)和稀土元素(Ce2O3,0～0.794%; Nd2O3, 0～0.288%)；④ 含

表1 6722鈾礦床含礦隱爆角礫巖中鈦鈾礦-晶質(zhì)鈾礦-鈾石-瀝青鈾礦的電子探針分析結(jié)果(%)Table 1 Electron microprobe compositions of brannerite-uraninite-coffinite-pitchblende in ore-bearing cryptoexplosive breccia from No 6722 uranium deposit (%)

圖5 6722鈾礦床含礦隱爆角礫巖中的晶質(zhì)鈾礦Fig. 5 Uraninite in ore-bearing cryptoexplosive breccia for No 6722 uranium deposit(a) 晶質(zhì)鈾礦的背散射電子圖像 , Ur —晶質(zhì)鈾礦; (b) 晶質(zhì)鈾礦的的U元素X射線面掃描分析圖像(a) Back-scattered electron image of uraninite, Ur —uraninite; (b) X-ray image of U in uraninite

有一定數(shù)量的鹵族元素(F,0. 040～0.058%; Cl, 0～0.010%)。

3.2 晶質(zhì)鈾礦

晶質(zhì)鈾礦在含礦隱爆角礫巖中呈不規(guī)則狀晶體沿礦物角礫邊緣生長 (圖5a) ，其U元素X射線面掃描分析圖像見圖5b，化學(xué)成分列于表1。從表l可見，6722鈾礦床中晶質(zhì)鈾礦的UO2含量很高，為84.7% , 同時含有較高ThO2(7.26%), 其他造巖元素含量低于1%。這明顯區(qū)別于以含Si, Ca, Al, Mg等雜質(zhì)元素較多(> 1%) 而ThO2含量低為特征的瀝青鈾礦(王德蔭等,1986)。 該晶質(zhì)鈾礦與鈦鈾礦緊密共生在一起(圖4a)。這些特征表明6722鈾礦床含礦隱爆角礫巖中的晶質(zhì)鈾礦屬熱液成因。

3.3 鈾石

鈾石呈不規(guī)則偏膠狀集合體分布在含礦隱爆角礫巖的膠結(jié)物中(圖6a、6c ) ，其U元素X射線面掃描分析圖像見圖6b和圖6d，成分列于表1。從表l可見，草桃背鈾礦床中鈾石的成分特點為:① U含量高但變化范圍大，為14.95%～31.97% ；② 含有很高的的SiO2(20.07～39.64%); ③ 含有較多 Al2O3(2.75%～21.95%),CaO(0.1%～3.67%), MgO(0.35%～1.09%),FeO(0.32%～0.63%), NaO2(0.52%～4.81%), KO2(0.02%～3.33%)等雜質(zhì)；④ 較低的稀土元素(Ce2O3,0～0.27%; Nd2O3,0～0.06%)。

3.4 瀝青鈾礦

瀝青鈾礦呈雪花狀、骸晶狀、不規(guī)則凝膠狀等多種形態(tài)分布在含礦隱爆角礫巖的膠結(jié)物中(圖7a,7b) ，其成分列于表1。從表l可見，草桃背鈾礦床中瀝青鈾礦的成分特點為:

① U含量很高，為68.54% ；② 含有一定數(shù)量的SiO2(1.75%), Al2O3(0.077%), MgO(0.023%), FeO(0.173%), NaO2(0.028%)等雜質(zhì)。瀝青鈾礦以其獨特的雪花狀、骸晶狀結(jié)晶形態(tài)及含有較多數(shù)量的造巖及微量元素而明顯區(qū)別于晶質(zhì)鈾礦。

圖7 6722鈾礦床含礦隱爆角礫巖中的瀝青鈾礦Fig. 7 Pitchblende in ore-bearing cryptoexplosive breccia for No. 6722 uranium deposit(a) 多種形態(tài)瀝青鈾礦的背散射電子圖像; (b) 雪花狀瀝青鈾礦的背散射電子圖像(a) back-scattered electron image of pitchblende with different forms; (b) snowflake back-scattered electron image of pitchblende

4 成因討論及結(jié)論

(1) 從以上研究可知，6722鈾礦床中的鈦鈾礦—晶質(zhì)鈾礦—鈾石—瀝青鈾礦顯微共生組合出現(xiàn)在含礦隱爆角礫巖膠結(jié)物的微區(qū)范圍(1cm2, 圖2a)內(nèi)，但不存在任何脈狀穿插現(xiàn)象。這表明它們是由同一成礦熱液體系形成的產(chǎn)物。

圖8 在20MPa壓力條件下UO2—TiO2—H2O體系的鈦—鈾礦物的穩(wěn)定場圖解 (據(jù)Dymkov,2003)Fig. 8 Stability fields of uranium minerals synthesized in the UO2—TiO2—H2O system at 20 MPa (after Dymkov,2003)

(2) 在內(nèi)生熱液鈾礦床中瀝青鈾礦、鈾石、鈦鈾礦是常見的原生鈾礦物，而晶質(zhì)鈾礦則很少發(fā)現(xiàn)。晶質(zhì)鈾礦與鈦鈾礦密切共生的現(xiàn)象(圖4a) 表明6722鈾礦床形成溫度高。

(3) Dymkov(2003)曽在20 MPa壓力條件下通過UO2—TiO2—H2O體系實驗作出了鈦—鈾礦物的穩(wěn)定場圖解(圖8) 。 將6722鈾礦床上述鈦鈾礦—晶質(zhì)鈾礦—瀝青鈾礦共生組合及其UO2,TiO2含量投影到UO2—TiO2—H2O穩(wěn)定場圖解上，確定其形成溫度范圍為250℃～350℃,屬中—高溫熱液成因 (圖8)。

(4) 根據(jù)6722鈾礦床隱爆角礫巖中碎屑石英的超微構(gòu)造特征及存在位錯消失的高溫退火現(xiàn)象，判明6722礦床中的隱爆作用是在>400℃的環(huán)境下發(fā)生的(章邦桐等,1998)。這為6722礦床含鈾隱爆角礫巖形成的高溫環(huán)境提供了佐證。

綜上所述，鈦鈾礦—晶質(zhì)鈾礦—鈾石—瀝青鈾礦顯微共生組合揭示6722鈾礦床屬于中—高溫(250℃～350℃)熱液鈾礦床。

注釋/Notes

? 陳然志，倪修義.1985.抓住隱爆巖，突破認識關(guān)，找到主礦層——6722礦床發(fā)展史.見：核工業(yè)地質(zhì)局. 中國鈾礦床發(fā)現(xiàn)和發(fā)展實例. 114.

? 范洪海，何德寶，王鳳崗. 2008. 贛南鈾礦基地白面石—河草坑地區(qū)成礦潛力評價及遠景預(yù)測. 北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院科研報告. 66～82

? 陳然志. 1980. 6722鈾礦床礦化期次劃分及富集規(guī)律. 核工業(yè)江西二六四隊. 地質(zhì)情報， (2)：1～17.