302鈾礦床礦石中鈾的存在形式及礦物組合特征

趙奇峰，夏 菲，潘家永，陳黎明,林 坤

?

302鈾礦床礦石中鈾的存在形式及礦物組合特征

趙奇峰1，夏 菲2，潘家永2，陳黎明1,林 坤3

電子探針分析顯示，302鈾礦床礦石中鈾的存在形式以獨(dú)立鈾礦物為主，少量呈類質(zhì)同像賦存于釷石、鋯石及金紅石等副礦物之中。獨(dú)立鈾礦物以瀝青鈾礦為主，其次有鈾石、鈾釷石、鈦鈾礦等原生鈾礦物和硅鈣鈾礦、鈣鈾云母、銅鈾云母等次生鈾礦物。鈾礦石具有5種不同的礦物組合，這種礦物組合的多樣性，反映了該礦床熱液流體活動(dòng)的長(zhǎng)期性和復(fù)雜性，即成礦熱液流體作用具有多階段性，以及熱液流體組成和成礦環(huán)境的多變性。與鈾礦化相關(guān)的蝕變有硅化、赤鐵礦化、紫黑色螢石化、黃鐵礦化、方解石化、絹云母化及綠泥石化等。

電子探針；鈾的存在形式；礦石礦物組合；成礦環(huán)境；302鈾礦床

粵北地區(qū)是我國(guó)花崗巖型鈾礦資源的重要產(chǎn)地，302鈾礦床是發(fā)現(xiàn)較早、規(guī)模較大、埋藏較深的花崗巖型鈾礦床之一。前人從礦床學(xué)、地球化學(xué)、同位素地質(zhì)年代學(xué)、巖石學(xué)對(duì)302鈾礦床進(jìn)行過研究[1-12]，但對(duì)其礦物學(xué)方面的研究較少，尤其是鈾的賦存形式以及礦物組合特征方面。為此，筆者在系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查和樣品采集的基礎(chǔ)上，通過電子探針分析和巖礦鑒定，對(duì)該礦床的鈾礦物及組合特征進(jìn)行詳細(xì)研究，了解礦石中鈾的賦存狀態(tài)、礦物組合特征，以及蝕變與鈾礦化的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)礦床的成因及其成礦環(huán)境進(jìn)行探討。

1 礦床地質(zhì)特征

302鈾礦床歸屬于諸廣復(fù)式巖體東南緣的長(zhǎng)江鈾礦田，處在北北東向棉花坑斷裂和北西向油洞斷裂的夾持區(qū)內(nèi)(圖1)，鈾礦體主要賦存在一組近南北向展布的構(gòu)造蝕變帶中，礦床的賦礦圍巖主要為印支期油洞巖體中粒-中細(xì)粒小斑狀二云母花崗巖和燕山期長(zhǎng)江巖體中粒黑云母花崗巖。礦床的圍巖蝕變普遍且強(qiáng)烈，巖漿晚期的自交代及巖漿期后的高、中、低溫蝕變作用均很發(fā)育，高溫條件下的熱液蝕變有云英巖化、硅化、堿性長(zhǎng)石化，中、低溫條件下的熱液蝕變以硅化、絹云母化及赤鐵礦化為主，其次有黃鐵礦化、螢石化、綠泥石化、碳酸鹽化和高嶺石化[7,11]。

圖1 302鈾礦床地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of uranium deposit No.302

近南北向構(gòu)造帶控制著礦體的分布(規(guī)模、形態(tài)和產(chǎn)狀),礦體淺部形態(tài)和產(chǎn)狀變化大、不連續(xù)，主要呈脈狀和透鏡狀；中深部礦體連續(xù)，形態(tài)和產(chǎn)狀均較穩(wěn)定，主要呈脈狀和扁豆?fàn)?，鈾礦化垂幅大，自地表(海拔455m)至深部(海拔-647 m)均見有工業(yè)鈾礦體分布。按照礦物組合關(guān)系，將礦床分為上部(200～400m)紅色礦石帶(主要由紅色微晶石英+瀝青鈾礦+赤鐵礦構(gòu)成)；下部(-200～-647m)灰綠色礦石帶(主要由灰色微晶石英+瀝青鈾礦+黃鐵礦+綠泥石+絹云母構(gòu)成)和中部(200～-200m)的雜色礦石帶(圖2)。

礦石類型主要有含瀝青鈾礦赤鐵礦化碎裂花崗巖型、含瀝青鈾礦碎裂花崗巖型和含瀝青鈾礦硅化碎裂巖型，礦石礦物主要為瀝青鈾礦，以及少量的鈾石、鈾釷石、鈦鈾礦和次生鈾礦物(硅鈣鈾礦)。礦石中金屬礦物含量較少，一般為1%～3%，主要有黃鐵礦、赤鐵礦，其次為方鉛礦和黃銅礦；脈石礦物含量較高(一般>95%)，主要有石英、長(zhǎng)石，其次有螢石、方解石、絹云母、綠泥石、高嶺石等。

2 鈾的賦存狀態(tài)

眾所周知，鈾的賦存形式主要呈獨(dú)立鈾礦物、含鈾礦物(類質(zhì)同像)和吸附態(tài)，閔茂中等(2006)認(rèn)為鈾的賦存狀態(tài)主要分為呈獨(dú)立礦物和呈分散形式兩大類，而分散形式分為類質(zhì)同像以及分散吸附形式，分散吸附形式的鈾通常普遍存在[8，9]。筆者通過電子顯微鏡觀察和電子探針分析發(fā)現(xiàn)，302鈾礦床礦石中鈾多呈獨(dú)立鈾礦物形式存在，主要為瀝青鈾礦、鈾石、鈾釷石、鈦鈾礦、硅鈣鈾礦，少量鈾以類質(zhì)同像形式賦存于富鈾礦物釷石、鋯石、金紅石中,極少量呈吸附態(tài)存在于裂隙或礦物晶粒間。

2.1 獨(dú)立鈾礦物形式

(1)瀝青鈾礦：礦石中最主要的鈾礦物為呈黑色不透明膠狀、腎狀、條帶狀、角礫狀、不規(guī)則以及環(huán)帶狀、球粒狀、皮殼狀分布于礦石中(圖3A-E)，具瀝青光澤、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)和環(huán)帶狀構(gòu)造，發(fā)育網(wǎng)狀和放射狀干裂紋，沿干裂紋有時(shí)見有方鉛礦、黃鐵礦、石英、方解石等充填。常見與微晶石英、赤鐵礦、黃鐵礦、螢石共生。

(2)鈾石：在該礦床中少量分布，常呈薄殼狀圍繞著瀝青鈾礦及黃鐵礦生長(zhǎng)(圖3F)，共生的礦物主要有微晶石英、方解石、絹云母、綠泥石等。

(3)鈾釷石：呈黑褐色、深棕色，存在不同的顏色差別，經(jīng)過電子探針分析發(fā)現(xiàn)其鈾釷含量有一定程度的差異，常分布于長(zhǎng)石、綠泥石、鋯石邊緣(圖3G、H)，與之共生的礦物有微晶石英、鈦鈾礦、綠泥石、方解石、長(zhǎng)石以及鋯石、金紅石等。

(4)鈦鈾礦：反射光下呈灰色，電子探針背散射電子圖像發(fā)現(xiàn)其交代瀝青鈾礦，并在鉀長(zhǎng)石、綠泥石、絹云母的邊緣產(chǎn)出(圖3I)。

(5)硅鈣鈾礦：顯微鏡下觀察，硅鈣鈾礦大多呈針狀、纖維狀、放射狀、束狀、致密塊狀等集合體形式存在，多發(fā)育在空洞和裂隙中。致密塊狀集合體多為瀝青鈾礦的原地氧化產(chǎn)物。

2.2 含鈾副礦物(類質(zhì)同像)賦存形式

302鈾礦床的賦礦花崗巖中，主要副礦物為釷石、鋯石、金紅石等。電子探針化學(xué)成分分析發(fā)現(xiàn)，這些副礦物都是含鈾礦物，鈾以類質(zhì)同像形式賦存于礦物晶格中。

(1)釷石：一般透射光下為黑色、不透明，反射光下呈灰白色，磨光性較差，均質(zhì)，常見半自形釷石產(chǎn)于石英的裂隙中，部分的釷石與半自形黃鐵礦緊密共生，且黃鐵礦的邊緣及內(nèi)部含有少量釷石。電子探針分析結(jié)果顯示，釷石常與黃鐵礦、鋯石共生，其UO2含量為8.07%～14.06%。

(2)鋯石：是302鈾礦床花崗巖中最常見的副礦物，呈自形-半自形，主要產(chǎn)于造巖礦物之間或綠泥石中，常與不規(guī)則狀的鈦鈾礦、鈾釷石共生。電子探針分析結(jié)果顯示，鋯石的UO2含量為1.08%～2.00%，與不規(guī)則狀鈦鈾礦及鈾釷石共生的鋯石UO2含量更高。

圖3 302鈾礦床礦石礦物產(chǎn)出特征Fig.3 Occurrence of ore minerals in uranium deposit No．302

(3)金紅石：一般有針狀和半自形粒狀兩種類形。前者為顏色較暗的針狀集合體，晶形較好，是巖漿階段產(chǎn)物。后者反射率較高，顏色稍深，是熱液階段產(chǎn)物。電子探針背散射圖顯示，金紅石常與綠泥石、鈾釷石、鈦鈾礦及鉀長(zhǎng)石等共生，這類金紅石鈾含量很高，UO2為10.53%～16.18%，說明U4+和Ti4+發(fā)生明顯的類質(zhì)同像置換。

3 鈾礦物成分特征

電子探針分析數(shù)據(jù)顯示(表1)，302鈾礦床各類鈾礦物的化學(xué)成分具有以下特征：

(1)瀝青鈾礦UO2含量73.90%～86.46%，均值為81.60%，雜質(zhì)成分有SiO2、P2O5、Na2O、MgO、FeO、CaO、MnO、TiO2等，但總含量較低，這可能是成礦過程中圍巖組分的帶入所致?？傮w上反映了瀝青鈾礦的形成溫度不高，礦物結(jié)晶速度快，凈化能力差，具有中低溫、淺成成礦的特點(diǎn)。

(2)鈾石主要成分UO2、SiO2、Y2O3含量分別為58.62%～64.77%、11.52%～17.64%、5.11%～9.32%，除此之外還常見Al2O3、CaO、FeO等混入物，且含量十分穩(wěn)定，推測(cè)是由于樣品中混入少量石英、黃鐵礦及黏土礦物所造成的。鈾石的化學(xué)成分總量為87.20%～91.68%，說明其含水量和雜質(zhì)含量比較高，成礦溫度較低。Y2O3在該礦床的含量相當(dāng)高，這反映了鈾石的形成與熱液作用有關(guān)。

表1 302鈾礦床礦石礦物化學(xué)成分電子探針分析表(%)Table 1 Results of electronic probe analyses of chemical component of uranium ore minerals in uranium deposit No．302

注：樣品由東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)試，采用儀器型號(hào)：電子探針JXA-8100、能譜儀Inca Enery，加速電壓：15.0kV，電子束斑：1μm ，探針束流：2.00×10-8A。

4 礦石礦物組合特征

所采集的樣品均來自礦床的0、-50、-100、-150m中段和淺地表的礦石，根據(jù)各個(gè)礦石帶的礦物分布特點(diǎn)，厘定了該礦床的主要礦物組合關(guān)系。

(1)瀝青鈾礦-赤鐵礦-紅色微晶石英組合：該組合在礦床發(fā)育比較廣泛，主要分布于礦床的中上部。赤鐵礦與瀝青鈾礦是熱液活動(dòng)中不同演化階段的產(chǎn)物，赤鐵礦形成于熱液早期富氧階段[10]，主要呈浸染狀、細(xì)脈狀等發(fā)育于微晶石英巖及碎裂花崗巖中，在礦帶或礦帶附近常與瀝青鈾礦共生。在瀝青鈾礦的富集處見有少量黃鐵礦，其赤鐵礦化作用明顯。此外，在礦床中上部還見有較多的其它礦物，如絹云母、螢石等。這種礦物組合關(guān)系，反映了這一階段的鈾礦化形成于相對(duì)氧化和偏酸性的環(huán)境[2]。

(2)瀝青鈾礦-紫黑色螢石組合：與瀝青鈾礦關(guān)系極為密切的螢石生成時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)，具有多世代的特點(diǎn)，多呈細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀和不規(guī)則狀產(chǎn)出。瀝青鈾礦多呈脈狀充填于螢石的裂隙或解理中，此外常有微脈狀黃鐵礦、方鉛礦充填于螢石解理。成礦期的螢石為紫色、紫黑色，顆粒細(xì)小，結(jié)晶程度差，透明度較差，主要分布于紅、灰色微晶石英中，有穿插包裹微晶石英的現(xiàn)象。

(3)瀝青鈾礦-黃鐵礦組合：與瀝青鈾礦緊密共生的黃鐵礦多呈膠狀、脈狀、微細(xì)粒狀產(chǎn)出。該礦物組合的特點(diǎn)主要是金屬硫化物種類較多，除黃鐵礦外還有方鉛礦、黃銅礦。條帶狀瀝青鈾礦也常見沿黃鐵礦邊緣生長(zhǎng)或穿插于黃鐵礦內(nèi)部，推測(cè)黃鐵礦形成于成礦期以前，為鈾沉淀富集的還原劑[9]。此外，瀝青鈾礦與黃鐵礦和方鉛礦的共生組合也常出現(xiàn)，這種共生組合關(guān)系的特點(diǎn)是成礦溫度較低，成礦處于還原性環(huán)境之中[12]。

(4)瀝青鈾礦-黃鐵礦-方解石組合：該礦物組合主要分布于礦床的下部，是302鈾礦床主成礦期的產(chǎn)物。其方解石以白色為主，多呈細(xì)脈狀。電子探針背散射圖顯示瀝青鈾礦與黃鐵礦密切共生，兩者又被方解石所膠結(jié)。瀝青鈾礦一般呈現(xiàn)不規(guī)則狀沿著方解石的邊緣分布，或產(chǎn)于方解石內(nèi)部，呈現(xiàn)出方解石與瀝青鈾礦交替生長(zhǎng)的特征。這表明鈾礦化與方解石化具有密切的成因聯(lián)系，存在多期次特征，反映出成礦作用的復(fù)雜性和熱液活動(dòng)的脈動(dòng)性，也反映了瀝青鈾礦是形成于相對(duì)還原的弱堿性環(huán)境[2]。

(5)瀝青鈾礦-鈦鈾礦-綠泥石組合：電子探針背散射圖顯示，該組合共生的礦物有鈦鈾礦、瀝青鈾礦、鈾釷石、赤鐵礦、鉀長(zhǎng)石、綠泥石、絹云母等，鈦鈾礦交代瀝青鈾礦，主要圍繞綠泥石的邊緣生長(zhǎng)，說明瀝青鈾礦沉淀在鈦鈾礦之前。鈦鈾礦常常產(chǎn)于綠泥石的邊緣及內(nèi)部，反映了鈦鈾礦形成于相對(duì)還原的礦化環(huán)境。

(6)瀝青鈾礦-鈾石-微晶石英組合：該礦物組合在302鈾礦床中較少出現(xiàn)。電子探針顯示，瀝青鈾礦和鈾石在顏色及化學(xué)成分上存在明顯差異，前者呈灰色，后者呈暗灰色；通常情況下，瀝青鈾礦沿著鈾石的邊緣沉淀，且鈾石交代瀝青鈾礦使其殘留在鈾石內(nèi)部，說明了鈾石可以形成在瀝青鈾礦之前，也可以形成在瀝青鈾礦沉淀之后，取決于流體中UO2和SiO2濃度的變化[12]。

綜上所述，302鈾礦床中與鈾礦化相關(guān)的蝕變有硅化、赤鐵礦化、紫黑色螢石化、黃鐵礦化、方解石化、絹云母化及綠泥石化。礦物組合的多樣性特征，反映了成礦流體活動(dòng)的長(zhǎng)期性和復(fù)雜性，成礦作用具有多階段性，以及熱液流體組成和成礦環(huán)境的多變性。鈾礦物主要賦存于紅色、灰色微晶石英脈中，螢石的裂隙、解理或紫黑色螢石發(fā)育部位，細(xì)脈狀或者不規(guī)則脈狀方解石脈邊緣部位，黃鐵礦、方鉛礦、赤鐵礦的緊密共生部位，以及蝕變的釷石、鋯石、金紅石等副礦物的邊緣部位，也是鈾礦物的產(chǎn)出部位。

[1]金景福，倪師軍，胡瑞忠．302鈾礦床熱液脈體的垂直分帶及其成因探討[J]．礦床地質(zhì)，1992，11(3): 252-258．

[2]倪師軍，胡瑞忠，金景福．302鈾礦床熱液的混合和沸騰垂直分帶模式 [J]．鈾礦地質(zhì)，1994，10(2)：70-77．

[3]陳培榮，劉 義．302鈾礦床成礦物理化學(xué)條件、熱液來源和運(yùn)移方向[J]．礦床地質(zhì)，1990，9(2): 149-157．

[4]沈渭洲，凌洪飛，鄧 平，等．粵北302鈾礦床同位素地球化學(xué)研究[J]．鈾礦地質(zhì)，2010，26(2)：80-87．

[5]張國(guó)全，胡瑞忠，商朋強(qiáng)，等．302鈾礦床方解石C-O同位素組成與成礦動(dòng)力學(xué)背景研究[J]．礦物學(xué)報(bào)，2008，28(4)．413 -420．

[6]黃國(guó)龍，尹征平，凌洪飛，等．粵北地區(qū)302礦床瀝青鈾礦的形成時(shí)代、地球化學(xué)特征及其成因研究[J]，巖石礦物學(xué)雜志，2010，29(2)．352-360．

[7]高 翔，沈渭洲，劉莉莉，等．粵北302鈾礦床圍巖蝕變的地球化學(xué)特征和成因研究[J]．巖石礦物學(xué)雜志，2011，30(1): 71-82．

[8]閔茂中，彭新建，王 果，等．我國(guó)西北地區(qū)層間氧化帶砂巖型鈾礦床中鈾的賦存形式[J]．鈾礦地質(zhì)，2006，22(4)．193-201．

[9]楊曉勇，凌明星，賴小東，等．鄂爾多斯盆地東勝-黃龍地區(qū)砂巖型鈾礦鈾礦物賦存狀態(tài)研究[J]．地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009，83(8)．1167-1177．

[10]趙鳳民，鄭自先．中國(guó)熱液鈾礦床礦物共生組合分類和成因初步探討[J]．地質(zhì)論評(píng)，1983，29(3)：220-226．

[11]閔茂中，張富生．成因鈾礦物學(xué)概論[M]．北京：原子能出版社，1992．

[12]李子穎，黃志章，李秀珍，等．南嶺貴東巖漿巖與鈾成礦作用[M]．北京：地質(zhì)出版社，2010．

(1.核工業(yè)270研究所,江西 南昌 330200；2.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，江西 南昌 330013；3.核工業(yè)290研究所，廣東 韶關(guān)512026)

Uranium Occurrences and Its Mineral Combination Characteristics in Uranium Deposit No．302

ZHAO Qi-feng1，XIA Fei2，PAN Jia-yong2，CHEN Li-ming1，LIN Kun3

(1．ResearchInstituteNo．270,CNNC,Nanchang,Jiangxi330200,China; 2KeyLaboratoryofRadioactiveGeologyandExplorationTechnologyFundamentalScienceforNationalDefense,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang,Jiangxi330013,China；3．ResearchInstituteNo．290，CNNC，Shaoguan，Guangdong512026，China)

Electronic probe analysis indicated that uranium in uranium deposit No．302 mainly existed as independent uranium minerals and minors occurred as isomorphism of thorium in zircon and rutile and other accessory minerals．The independent uranium ore minearal mainly as pitchblende,some as coffinite，uranothorite,brannerite and the second uranium minerals of uranophane,autunite,chalcolite．The ore consist of five kind mineral combination,the diversity of uranium ore mineral combination reflects the long-term and complex activity of hydrothermal fluid in the deposit,which also indicate the multiphases and variety of fluid composition and forming environment in hydrothermal activity．Alteration related with uranium mineralization are siliconization,hematization,purple-black fluoritization,pyritization,calcitization,sericitization and chloritization,etc．

electronic probe; uranium occurrence；ore mineral combination；metallogenic environment

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：40963040)。

2014-11-04 [改回日期]2015-06-18

趙奇峰(1989—)，男，在讀碩士研究生，研究方向:鈾礦地質(zhì)和礦床地球化學(xué)。E-mail:zhaoqifeng186@163.com

1000-0658(2015)06-0562-07

P619.104

A