光石溝鈾礦床含礦主巖及鈾礦化特征

馮張生，陳金錄，程德進(jìn)，周琳，張夏濤

（中陜核工業(yè)集團(tuán)公司，西安 710100）

光石溝鈾礦床含礦主巖及鈾礦化特征

馮張生，陳金錄，程德進(jìn)，周琳，張夏濤

（中陜核工業(yè)集團(tuán)公司，西安 710100）

光石溝鈾礦床是我國(guó)典型的花崗偉晶巖型鈾礦床，礦體呈透鏡狀及脈狀斷續(xù)產(chǎn)于殼?；煸春谠颇富◢弬ゾr脈中，鈾礦物以晶質(zhì)鈾礦為主。通過(guò)該礦床礦化黑云母花崗偉晶巖及鈾礦化特征研究，提出了該礦床形成于加里東期拉張動(dòng)力環(huán)境，成礦巖漿屬于溫度≥700℃、富鈾、含F(xiàn)及CO2、低氧逸度的巖漿-熱液過(guò)渡性流體體系，鈾以氟羥基絡(luò)合物形式遷移富集，巖漿-熱液體系沸騰、去氣作用是晶質(zhì)鈾礦沉淀成礦的主要成礦作用，形成晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊的黃鐵礦、方解石、鈾石等礦物是熱液成礦階段產(chǎn)物的新認(rèn)識(shí)。

光石溝鈾礦床；含礦主巖；鈾礦化特征

陜西省商州—丹鳳—商南國(guó)家鈾礦整裝勘查區(qū)花崗偉晶巖型鈾礦是我國(guó)20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的鈾礦新類型，光石溝鈾礦床是該整裝勘查區(qū)典型礦床及骨干礦床，也是目前惟一完成詳查的礦床，筆者應(yīng)用已有資料初步總結(jié)了該礦床含礦主巖及鈾礦化特征，對(duì)成因提出了新認(rèn)識(shí)，以為該整裝勘查區(qū)同類型鈾礦勘查提供參考。

1 成礦地質(zhì)背景

光石溝鈾礦床位于我國(guó)秦祁昆成礦域祁連—秦嶺成礦省北秦嶺成礦帶光石溝—陳家莊花崗偉晶巖型鈾礦區(qū)光石溝地區(qū)，礦區(qū)地層為富泥質(zhì)沉積相、經(jīng)區(qū)域變質(zhì)形成以片麻巖類為主的秦嶺群巒莊塊體，巖漿巖為加里東期殼幔混源成因的黃龍廟、騾子坪、灰池子巖基和陳家莊、毛芋園、大毛溝、高山溝巖株及花崗偉晶巖脈，分布于上述巖基、巖株內(nèi)、外接觸帶的黑云母花崗偉晶巖為含礦主巖，鈾礦體呈脈狀斷續(xù)產(chǎn)于黑云母花崗偉晶巖中，鈾礦物主要為晶質(zhì)鈾礦［1-2］。

2 含礦主巖特征

2.1 含礦主巖分布

礦床含礦主巖為黑云母花崗偉晶巖，分布于土地嶺—牛家臺(tái)短軸背斜翼部、大毛溝巖株外接觸帶300 m范圍古元古界秦嶺群第3巖性段第2亞段（Pt1qn3-2）片麻巖內(nèi)，斷裂分布于含礦主巖外圍，基本對(duì)含礦主巖無(wú)破壞作用（圖1）［2］。

2.2 含礦主巖特征

2.2.1 巖性及產(chǎn)出特征

黑云母花崗偉晶巖主要以單脈形式產(chǎn)出，除局部切層外、產(chǎn)狀與地層基本一致，具有成群、密集分布特點(diǎn)，脈間距5～30 m，長(zhǎng)度一般50～2 000 m、最大3 400 m，寬度一般1～3 m、最大40 m。沿走向、傾向具有尖滅再現(xiàn)、分支復(fù)合、膨大狹縮的特點(diǎn)（圖1），巖脈內(nèi)部常見(jiàn)變質(zhì)巖殘留體，巖脈與變質(zhì)巖接觸帶部位同化混染現(xiàn)象發(fā)育。

礦床已基本查明②號(hào)脈為礦床主礦化黑云母花崗偉晶巖，①、68號(hào)脈為礦床次礦化黑云母花崗偉晶巖，礦化黑云母花崗偉晶巖內(nèi)常見(jiàn)團(tuán)塊狀分布的黑云母及棕紅色更長(zhǎng)石［2］。

2.2.2 礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

黑云母花崗偉晶巖呈灰白-淺肉紅色，中粗粒-偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，主要礦物為條紋斜長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、石英、黑云母和白云母（圖2）；副礦物有晶質(zhì)鈾礦、石榴子石、方鉛礦、黃鐵礦、輝鉬礦、磷灰石和鋯石。礦化黑云母花崗偉晶巖富團(tuán)塊狀黑云母及棕紅色更長(zhǎng)石，非礦化黑云母花崗偉晶巖中的黑云母多以鱗片狀產(chǎn)出，偶見(jiàn)鈉更長(zhǎng)石（圖3）。

2.2.3 巖石化學(xué)特征

圖1 光石溝鈾礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch of Guangshigou uranium ore area

光石溝鈾礦區(qū)巖漿巖都屬于富硅、鋁過(guò)飽和的鈣堿性花崗巖，大毛溝巖株分異結(jié)晶階段出現(xiàn)鉀鈉含量比值轉(zhuǎn)折，鉀鈉比值由小于1轉(zhuǎn)變?yōu)榇笥?，礦化黑云母花崗偉晶巖具有鈾含量、鉀鈉含量、鉀鈉比值、鈣堿指數(shù)最高和釷鈾比值最低的特點(diǎn)（表1）［2］。

圖2 黑云母花崗偉晶崗塊狀構(gòu)造，粗粒結(jié)構(gòu)（正交偏光）Fig.2 Biotite granite pegmatite with massive structure，coarse granular texture （Orthogonal polarization）

圖3 二長(zhǎng)黑云母花崗偉晶巖塊狀構(gòu)造，粗粒結(jié)構(gòu)（正交偏光）Fig.3 Monzonitic biotite granite pegmatite with massive structure，coarse granular texture （Orthogonal polarization）

表1 光石溝鈾礦區(qū)巖漿巖主量及放射性元素含量一覽表Table 1Major and radioactive elements contents of igneous rock in Guangshigou uranium ore area

表1 （續(xù)）

表2 礦化黑云母花崗偉晶巖與非礦化黑云母花崗偉晶巖微量元素分析結(jié)果Table 2Trace elements analysis results of mineralized biotite granite pegmatite and non-mineralized biotite granite pegmatite

2.2.4 地球化學(xué)特征

礦化黑云母花崗偉晶巖明顯富集Zr、Mo元素（表2、圖4），同時(shí)，另由化學(xué)分析結(jié)果，非礦化黑云母花崗偉晶巖F平均含量為237×10-6，礦化黑云母花崗偉晶巖F平均含量為413×10-6，反映了Zr、Mo和F元素與鈾成礦關(guān)系密切。

圖4 礦化黑云母花崗偉晶巖與非礦化黑云母花崗偉晶巖微量元素地幔標(biāo)準(zhǔn)蜘網(wǎng)圖Fig.4 Primitive mantle-normalized trace elements spider diagrams for the mineralized biotite granite pegmatite and non-mineralized biotite granite pegmatite

圖5 礦化黑云母花崗偉晶巖與非礦化黑云母花崗偉晶巖稀土元素配分曲線Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for the mineralized biotite granite pegmatite and nonmineralized biotite granite pegmatite

礦化黑云母花崗偉晶巖與非礦化黑云母花崗偉晶巖，都具有輕稀土富集，重稀土虧損的稀土模式，配分曲線形態(tài)都呈右傾式（圖5）。礦化黑云母花崗偉晶巖輕稀土含量、重稀土含量、稀土總量高于非礦化黑云母花崗偉晶巖，礦化黑云母花崗偉晶巖δEu值小于非礦化黑云母花崗偉晶巖，礦化黑云母花崗偉晶巖銪的虧損程度高于非礦化黑云母花崗偉晶巖（表3）。

2.2.5 形成溫度

表3 礦化黑云母花崗偉晶巖與非礦化黑云母花崗偉晶巖稀土元素分析結(jié)果及主要參數(shù)Table 3Content and main parameters of the mineralized biotite granite pegmatite and non-mineralized biotite granite pegmatite

表3 （續(xù)）

運(yùn)用二元長(zhǎng)石溫度計(jì)，計(jì)算出非礦化黑云母花崗偉晶巖的結(jié)晶溫度約為623～679℃，礦化黑云母花崗偉晶巖的結(jié)晶溫度約為582～607℃，從非礦化黑云母?jìng)ゾr-礦化黑云母?jìng)ゾr，成巖結(jié)晶溫度降低，說(shuō)明礦區(qū)黑云母花崗偉晶巖是同源巖漿不同期次分異侵入成巖成因［3］。

2.2.6 礦化與非礦化黑云母花崗偉晶巖中的長(zhǎng)石及黑云母特征

從非礦化黑云母?jìng)ゾr-礦化黑云母?jìng)ゾr，堿質(zhì)含量、鈾含量和釷含量增加（表1），斜長(zhǎng)石由鈉長(zhǎng)石向更長(zhǎng)石演化，堿性長(zhǎng)石中鉀長(zhǎng)石成分不斷增加［4］。礦化黑云母花崗偉晶巖中的黑云母相對(duì)非礦化黑云母花崗偉晶巖具有較高的Mg、Mn等基性成分，具有較低的Al、ACNK值，同時(shí)礦化黑云母花崗偉晶巖中的黑云母氧逸度值低于非礦化黑云母花崗偉晶巖中的黑云母氧逸度值［4］。

3 鈾礦化特征

礦床共圈定23個(gè)盲礦礦體，斷續(xù)產(chǎn)于礦化黑云母花崗偉晶巖中，沿走向、傾向平行或雁行狀排列，呈脈狀、透鏡狀，具有尖滅再現(xiàn)、分支復(fù)合特征（圖6）。其中10個(gè)主要礦體長(zhǎng)度40～976 m，埋深10～638 m，延深42～460 m，厚度0.35～2.98 m，變化系數(shù)42.2%～130.7%，厚度較穩(wěn)定，品位0.0517%～0.1945%，變化系數(shù)16.3%～57.3%，礦化均勻。

3.1 礦石類型及分布

圖6 光石溝鈾礦床985 m中段礦體分布簡(jiǎn)圖Fig.6 Ore body distribution sketch of 985 m level in Guangshigou uranium deposit

圖7 花崗偉晶巖型鈾礦石Fig.7 Granite pegmatite type uranium ore

圖8 富黑云母花崗偉晶巖型鈾礦石Fig.8 Biotite-rich granite pegmatite type uranium ore

鈾礦石自然類型為花崗偉晶巖型（圖7）、富黑云母花崗偉晶巖型（圖8），富更長(zhǎng)石花崗偉晶巖型（圖9），以花崗偉晶巖型鈾礦石為主，富黑云母花崗偉晶巖型、富更長(zhǎng)石花崗偉晶巖型鈾礦石斷續(xù)分布于花崗偉晶巖型鈾礦中，無(wú)法單獨(dú)圈出。工業(yè)類型屬于螢石等特征礦物含量低的高硅酸鹽鈾礦石。

圖9 富更長(zhǎng)石型鈾礦石Fig.9 Oligoclase-rich uranium ore

3.2 礦石物質(zhì)成分

脈石礦物主要為微斜長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石、更長(zhǎng)石和石英，其次為黑云母、白云母、黝簾石、白云石和方解石。金屬礦物有黃鐵礦、磁鐵礦、輝鉬礦、鋯石和獨(dú)居石，工業(yè)鈾礦物主要為晶質(zhì)鈾礦，含鈾礦物鈾釷鈾礦、釷石、獨(dú)居石和磷灰石（表4）。

礦石化學(xué)成分具有富硅、鋁過(guò)飽和、Fe3＋/ （Fe3＋＋Fe2＋）值低、鐵鎂質(zhì)成分含量較高、鉀鈉含量高、鉀鈉比值大于1的特點(diǎn)（表5），與礦化黑云母花崗偉晶巖的化學(xué)成分基本一致。

3.3 鈾賦存狀態(tài)

礦石中鈾主要以獨(dú)立礦物存在，其中晶質(zhì)鈾礦中的鈾配分占99.69%，釷石、鈾石、釷鈾礦中的鈾配分0.01%，含鈾礦物磷灰石、獨(dú)居石中的鈾配分0.30%。

晶質(zhì)鈾礦呈稀疏浸染狀分布于花崗偉晶巖中（圖10、11），以自形等軸粒狀、自形板狀（圖12）賦存于脈石礦物粒間為主，其次被方解石、黃鐵礦和鈾石等礦物包裹（圖13）。晶質(zhì)鈾礦的富集程度與團(tuán)塊狀黑云母、更長(zhǎng)石、黃鐵礦、磷灰石、獨(dú)居石和釷鈾礦等礦物的富集程度呈正相關(guān)關(guān)系：低品位花崗偉晶巖型鈾礦石（圖7）晶質(zhì)鈾礦主要分布于長(zhǎng)石、石英粒間，少量分布于黑云母粒間，晶質(zhì)鈾礦周?chē)７植剂谆沂?、?dú)居石和鋯石等含鈾副礦物；中等品位花崗偉晶巖礦石（圖8、9）富含團(tuán)塊狀黑云母或棕紅色更長(zhǎng)石等富鈾礦物，晶質(zhì)鈾礦分布于黑云母及更長(zhǎng)石粒間（圖10、11）；高品位花崗偉晶巖礦石（圖14）同時(shí)富團(tuán)塊狀黑云母、棕紅色更長(zhǎng)石［2］。

表4 礦石礦物組成Table 4Composition of ore minerals

表5 不同礦石類型主量元素含量Table 5Major element contents of different types of ore

圖10 反光正交圖像Fig.1 0Reflection orthogonal image

圖12 掃描電鏡背散射圖像Fig.1 2BSE of SEM

圖11 電子探針背散射圖像Fig.1 1BSE of Electron probe

圖13 掃描電鏡背散射圖像Fig.1 3BSE of SEM

圖14 富黑云母及更長(zhǎng)石花崗偉晶巖型鈾礦石Fig.1 4Biotite-oligoclase-rich granite pegmatite type uranium ore

3.4 鈾礦化形成機(jī)理

秦嶺群巒莊地塊是古元古代形成于華北古陸南緣的富鈾碳硅泥質(zhì)沉積建造，新元古代在華北古陸南緣俯沖-碰撞造山背景下，于晉寧旋回中晚期變形變質(zhì)形成以黑云斜長(zhǎng)片麻巖為主體的秦嶺群第3巖性段第2亞段富鈾層（Pt1qn3-2）［5-6］。

古生代早期因古秦嶺洋向秦嶺微地塊斜向俯沖，秦嶺群巒莊塊體處于大陸動(dòng)力環(huán)境急劇變換和抬升運(yùn)動(dòng)階段。富含氟、CO2氣體的幔源巖漿上侵局部熔融約35～40 km深的富鈾秦嶺群巒莊地塊形成了溫度≥700℃、富鈾、含F(xiàn)及CO2、低氧逸度的巖漿-熱液過(guò)渡性流體體系，該巖漿-熱液過(guò)渡性流體體系呈脈動(dòng)式上侵成巖。擠壓應(yīng)力作用下，結(jié)晶分異形成灰池子花崗閃長(zhǎng)巖巖基（顆粒鋯石激光探針Pb-Pb年齡465 Ma）及殘漿。大陸動(dòng)力條件由擠壓向伸展過(guò)渡階段，形成大毛溝白崗質(zhì)巖株（顆粒鋯石激光探針Pb-Pb年齡423 Ma）及殘漿。423 Ma以后大陸動(dòng)力環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺弓h(huán)境，巖體接觸帶層間滑脫帶張開(kāi)，殘漿沿層間滑脫帶結(jié)晶成巖，殘漿在不同的溫度、壓力條件下分異結(jié)晶，先后形成黑云母花崗偉晶巖（顆粒鋯石激光探針Pb-Pb年齡405 Ma）、二云母花崗偉晶巖（K-Ar年齡378 Ma）、白云母花崗偉晶巖（K-Ar年齡367 Ma）［5］。巖漿演化過(guò)程中，鈾以氟羥基絡(luò)合物在巖漿-熱液過(guò)渡性流體體系中遷移并向殘漿中富集，黑云母花崗偉晶巖形成階段，富鈾富氟富CO2氣體巖漿-熱液體系由于壓力、溫度的降低形成去氣作用使氟羥基絡(luò)合物分解，鈾在巖漿階段fo2低狀態(tài)下形成晶質(zhì)鈾礦沉淀于黑云母花崗偉晶巖中，F(xiàn)進(jìn)入磷灰石及黑云母礦物。鈾在熱液階段fo2低狀態(tài)下形成含鈾礦物，CO32-最后形成了方解石礦物，部分含鈾礦物與方解石形成了晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊［2］。因殘漿中鈾含量、溫度及壓力等物化條件差異，形成礦化黑云母花崗偉晶巖、非礦化黑云母花崗偉晶巖，晶質(zhì)鈾礦物富集程度達(dá)到工業(yè)要求的黑云母花崗偉晶巖形成鈾礦（化）體。

4 結(jié)語(yǔ)

1）光石溝鈾礦床秦嶺群第3巖性段第2亞段為富鈾層，大毛溝巖株為鈾源體，黑云母花崗偉晶巖為含礦主巖。礦化黑云母花崗偉晶巖分布于巖體外接觸帶300 m范圍，具有中粗粒結(jié)構(gòu)和富團(tuán)塊狀黑云母及棕紅色更長(zhǎng)石、磷灰石和獨(dú)居石礦物的巖石學(xué)特征，鈾高、釷低、Th/U值小于1的放射性地球化學(xué)特征，Mo、Zr、F、稀土元素含量高及δEu值小于0.19的的地球化學(xué)特征。

2）礦體品位與礦化黑云母花崗偉晶巖中團(tuán)塊黑云母、棕紅色更長(zhǎng)石、含鈾礦物和鋯石、磷灰石、輝鉬礦等副礦物富集程度呈正相關(guān)關(guān)系，上述礦物少時(shí)屬于低品位礦石，富團(tuán)塊狀黑云母或棕紅色更長(zhǎng)石時(shí)屬于中等品位礦石，同時(shí)富團(tuán)塊狀黑云母、棕紅色更長(zhǎng)石時(shí)屬于富礦石。

3）光石溝鈾礦床自然類型以花崗偉晶巖鈾礦為主，鈾礦物主要為晶質(zhì)鈾礦，呈自形晶、稀疏浸染狀分布，多見(jiàn)由方解石、含鈾礦物、黃鐵礦和褐鐵礦等礦物組成的環(huán)邊。

4）光石溝鈾礦床巖漿巖是殼?；煸磶r漿呈脈動(dòng)形式不同階段分異結(jié)晶的產(chǎn)物，黑云母花崗偉晶巖及花崗偉晶巖型鈾礦形成于拉張大陸動(dòng)力環(huán)境，鈾在巖漿中呈［UF2（CO3）3］4-絡(luò)合物遷移富集，鈾沉淀富集的主要原因是富鈾巖漿在低氧逸度條件下因溫度、壓力降低形成的去氣作用及沸騰作用使［UF2（CO3）3］4-絡(luò)合物分解形成了晶質(zhì)鈾礦，晶質(zhì)鈾礦環(huán)邊是在成礦后期含鈾熱液沉淀作用下形成的。

［1］羅忠戌，沙亞洲，張展適，等.丹鳳地區(qū)花崗偉晶巖型鈾礦富集規(guī)律及成礦遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)研究報(bào)告［R］.北京:中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局，2008.

［2］程德進(jìn)，馮張生，張夏濤，等.陜西省商南縣光石溝鈾礦床詳查報(bào)告［R］.西安：陜西省核工業(yè)地質(zhì)局224大隊(duì)，2014.

［3］馮張生.陜南光石溝偉晶巖型鈾礦床中長(zhǎng)石礦物初步研究［J］.化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2012，34（2）:71-76.

［4］陳佑緯，畢獻(xiàn)武，胡瑞忠.陜南光石溝偉晶巖型鈾礦床中黑云母礦物化學(xué)研究及其對(duì)鈾成礦的啟示［J］.礦物巖石，2013，33（4）:17-27.

［5］馮張生，張夏濤，焦金榮.陜西省丹鳳地區(qū)花崗偉晶巖型鈾礦特征及找礦方向［J］.西北地質(zhì)，2013，46（2）:160-165.

［6］王濤，胡能高，裴先治，等.秦嶺雜巖的組成、構(gòu)造格局及演化［J］.地球?qū)W報(bào)，1997，18（4）:345-351.

Characteristics of host rock and uranium mineralization in Guangshigou uranium deposit

FENG Zhangsheng，CHEN Jinlu，CHENG Dejin，ZHOU Lin，ZHANG Xiatao
（China Shaanxi Nuclear Industry Group Corporation，Xi’an 710100，China）

Objective：Guangshigou uranium deposit is a typical granite pegmatite type uranium deposit in China，the ore body present lenticular and veined shape which produced intermittently in the biotite granite pegmatite originated from crust-mantle mixing，uranium mineral are mainly uraninite.Through the study characteristics of mineralized biotite granite pegmatite and uranium mineralization in the deposit，the new understandings were put forward.The deposit formed in the extensional environment in the Caledonian，and the metallogenic magma belongs to the magmatic-hydrothermal transitional fluid system which is of the temperature over or equal to 700℃，U-rich，containing F and CO2and lowoxygen fugacity，the uranium was migrating and enriched in the form of fluorine hydroxyl complexes magmatic-hydrothermal system，boiling and degassing are the main cause of uraninite precipitating and metalization，minerals such as the pyrite，calcite and coffinite，around uraninite rim belong to the products of hydrothermal mineralization stage.

Guangshigou uranium deposit；ore-bearing host rock；characteristics of uranium mineralization

P619.14

A

1672-0636（2015）04-0200-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.04.003

2014-09-16；

2015-04-07

馮張生（1972—），男，甘肅西和人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事花崗偉晶巖鈾礦勘查工作。E-mail:1191753709@qq.com