遼東黃溝鈾礦床赤鐵礦化蝕變及與鈾礦化關(guān)系研究

吳 迪，呂志平，張 揚(yáng)，趙星博，韓逸鵬

核工業(yè)240研究所，遼寧沈陽(yáng)110032

遼東黃溝鈾礦床赤鐵礦化蝕變及與鈾礦化關(guān)系研究

吳 迪，呂志平，張 揚(yáng)，趙星博，韓逸鵬

核工業(yè)240研究所，遼寧沈陽(yáng)110032

在黃溝鈾礦床勘探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)赤鐵礦化與鈾礦化共生.通過(guò)手標(biāo)本觀察，結(jié)合巖礦鑒定并采用掃描電鏡化學(xué)分析，認(rèn)為赤鐵礦化為成礦期蝕變，分為磚紅色和棕褐色兩種類型.磚紅色赤鐵礦化蝕變巖中黑云母未完全蝕變成綠泥石，對(duì)于鈾礦有一定的指示作用；而棕褐色赤鐵礦化蝕變巖中黑云母幾乎全部被綠泥石交代，可作為本區(qū)鈾礦找礦重要標(biāo)志.

赤鐵礦化；鈾礦化；找礦標(biāo)志；黃溝鈾礦；遼寧省

0 前言

黃溝鈾礦床隸屬于遼寧省本溪市東部連山關(guān)鎮(zhèn).連山關(guān)地區(qū)鈾礦找礦工作已歷經(jīng)50余載，尤其是20世紀(jì)70－80年代所做工作比較多，也比較系統(tǒng)，從面上中小比例尺伽瑪普查到點(diǎn)上工程評(píng)價(jià)，均取得了一定的成果.核工業(yè)243大隊(duì)1975年發(fā)現(xiàn)了連山關(guān)鈾礦床，轉(zhuǎn)交核工業(yè)241大隊(duì)勘查，于1989年提交了勘探報(bào)告.20世紀(jì)90年代中后期找礦工作有所停滯.進(jìn)入21世紀(jì)，又開(kāi)啟新一輪找礦高潮.核工業(yè)240研究所2008年在黃溝地區(qū)發(fā)現(xiàn)首個(gè)工業(yè)礦孔，2014年提交普查報(bào)告，歷經(jīng)6年勘查工作提交了黃溝鈾礦床，該礦床距北西方向的連山關(guān)鈾礦床約1.5 km.

目前，黃溝鈾礦床各項(xiàng)研究工作程度較低，尚未開(kāi)展成礦年齡測(cè)試、礦床成因等研究工作.根據(jù)野外勘查經(jīng)驗(yàn)及成礦背景分析，兩者礦床成因相近，都為接觸帶控礦，屬同期熱液流體在不同構(gòu)造部位成礦.因此，黃溝鈾礦床相關(guān)研究工作可參考連山關(guān)鈾礦床.連山關(guān)鈾礦床成礦年齡1851（－71，＋80）Ma（夏毓亮等，2008），是我國(guó)成礦年齡最早的鈾礦床.多位學(xué)者對(duì)礦床的成礦年齡、賦礦特征、地球化學(xué)特征進(jìn)行了初步探討，提出了多種成礦模式.其中劉漢儒等?劉漢儒，等.3075礦床富礦段物質(zhì)成分圍巖蝕變及其與礦化關(guān)系.1986.對(duì)連山關(guān)南部接觸帶主要礦化點(diǎn)和連山關(guān)鈾礦床富礦段物質(zhì)成分進(jìn)行過(guò)研究，認(rèn)為礦化類型屬于堿交代型.張家富［1］提出了混合巖化作用熱液脈狀充填型鈾礦化.隨著近幾年對(duì)本區(qū)研究的不斷深入，莊廷新等?莊廷新.連山關(guān)巖體南緣韌性剪切帶發(fā)育特征及其與鈾礦化的關(guān)系.2009.認(rèn)為該區(qū)屬于與韌性剪切作用有關(guān)的構(gòu)造熱液型鈾礦化.而對(duì)于鈾礦化的圍巖蝕變方面的研究較少，特別是關(guān)于赤鐵礦化的研究.為此，本文將針對(duì)赤鐵礦化蝕變的成因、類型及其與鈾礦化的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)的研究，最后提出蝕變找礦標(biāo)志，為后續(xù)勘查工作提供參考.

1 地質(zhì)概況

連山關(guān)地區(qū)位于遼東古裂谷北緣.裂谷內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，其成礦作用與裂谷演化關(guān)系密切，多位學(xué)者都開(kāi)展過(guò)研究工作［2-4］.黃溝鈾礦床位于連山關(guān)短軸穹狀復(fù)式背斜的南翼西段?.該復(fù)式背斜軸向NW，核部為新太古代連山關(guān)鉀質(zhì)混合花崗雜巖體，冀部為古元古宙遼河群沉積變質(zhì)巖系所覆（圖1）.核部連山關(guān)巖體平均含鈾量為 6×10－6～8×10－6，是遼東地區(qū)主要鈾礦遠(yuǎn)景區(qū)之一［5］.區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要有3種：①NW向大型韌性剪切帶——為主要控礦構(gòu)造；②NEE向—E-W向次級(jí)裂隙——富鈾礦體定位空間；③NE向斷裂——晚期破礦構(gòu)造.區(qū)內(nèi)出露地層主要為太古宇鞍山群殘留體及古元古界遼河群沉積變質(zhì)巖?劉漢儒，等.連山關(guān)巖體南帶前寒武紀(jì)不同類型鈾礦化的圍巖蝕變特征及其找礦意義.1981..

圖1 連山關(guān)地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Regional geological sketch map of Lianshanguan area

連山關(guān)混合花崗雜巖體主要由紅色鉀質(zhì)重熔花崗巖組成，太古宇鞍山群呈捕擄體形式分布其中.南部及西部邊緣出露后期堿交代形成的白色重熔花崗巖［5］，分布在遼河群浪子山組地層與紅色重熔花崗巖之間，巖性漸變過(guò)渡.巖體由內(nèi)到外分布的順序是黑云母花崗巖（局部見(jiàn)片麻理）—肉紅色鉀長(zhǎng)花崗巖—重熔混合巖—白云母石英片巖（局部地段缺失）—石英巖—石榴二云母片巖（圖2）.黃溝鈾礦床內(nèi)鈾礦化大部分位于連山關(guān)混合花崗雜巖體與遼河群浪子山組的接觸帶內(nèi)帶，受斷裂構(gòu)造控制.含礦主巖為碎裂重熔混合巖，礦石礦物為瀝青鈾礦，礦石呈細(xì)脈狀和團(tuán)塊狀構(gòu)造，受韌性剪切帶及背斜控制明顯.

圖2 接觸帶地質(zhì)剖面示意圖Fig.2 Sketch of the geological section of contact zone

2 赤鐵礦化蝕變特征

黃溝鈾礦床與連山關(guān)鈾礦床圍巖蝕變種類相近，相同的有黃鐵礦化、綠泥石化、硅化、水云母化和碳酸巖化.不同的是，連山關(guān)鈾礦床以絹云母化蝕變?yōu)樘卣魑g變，其中絹云母化、硅化、黃鐵礦化蝕變組的成黃鐵絹英巖化帶與鈾礦化關(guān)系最密切；而黃溝鈾礦床以赤鐵礦化為特征蝕變，赤鐵礦化、綠泥石化和水云母化蝕變帶與鈾礦化關(guān)系密切.黃溝鈾礦床的水云母化為鈾元素的富集提供條件，綠泥石化可吸附鈾元素，為鈾元素的富集提供空間，赤鐵礦化與鈾礦化關(guān)系密切，往往這幾種蝕變疊加發(fā)育，且蝕變?cè)綇?qiáng)，鈾礦化越富.黃溝鈾礦床赤鐵礦化蝕變分為磚紅色赤鐵礦化和棕褐色赤鐵礦化兩種蝕變類型.本次研究工作取樣位置均在黃溝鈾礦床典型剖面鉆孔中選?。▓D3）.

圖3 黃溝鈾礦床N0號(hào)勘探線剖面圖Fig.3 Profile along the N0 prospecting line in Huanggou uranium deposit

1）磚紅色赤鐵礦化

本地區(qū)發(fā)育程度不均，顏色為磚紅色（圖4A），呈脈狀、浸染狀，受構(gòu)造控制明顯（圖4B、C），礦化段少見(jiàn).當(dāng)發(fā)育程度較強(qiáng)時(shí)，對(duì)鈾礦化有一定指示作用.鏡下赤鐵礦化邊界明顯（圖4C），可見(jiàn)長(zhǎng)石中包裹的赤鐵礦化晶體（圖4E）.

2）棕褐色赤鐵礦化

本區(qū)內(nèi)發(fā)育程度不高，顏色為棕褐色（圖5A），常疊加綠泥石化，多見(jiàn)于礦段、礦化段，呈脈狀、浸染狀，受構(gòu)造控制明顯.根據(jù)放射性測(cè)井解釋結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其對(duì)鈾礦化指示作用明顯.

研究發(fā)現(xiàn)，磚紅色赤鐵礦化中黑云母并未完全蝕變成綠泥石，而棕褐色赤鐵礦化鏡下發(fā)現(xiàn)大片的綠泥石蝕變，綠泥石對(duì)鈾具有較強(qiáng)的吸附性.研究區(qū)內(nèi)綠泥石是由重熔混合巖在韌性剪切過(guò)程中受到壓應(yīng)力發(fā)生塑性變形，由黑云母蝕變而來(lái)（圖5B）.而區(qū)內(nèi)的活動(dòng)鈾多由韌性剪切作用形成以綠泥石和黑云母為主的泥鐵質(zhì)膠結(jié)物吸附.

3 赤鐵礦化蝕變與鈾礦化的關(guān)系

通過(guò)對(duì)連山關(guān)鈾礦床各類巖石晶胞中的鐵陽(yáng)離子數(shù)統(tǒng)計(jì)可以看出，有堿性熱液活動(dòng)的重熔混合巖中Fe3＋均高于或等于Fe2＋.這是由于鈾元素在堿性熱液中沿重熔混合巖裂隙以（UO2）2＋形式遷移的過(guò)程中，遇到了巖石中的 Fe2＋被還原為 U4＋而沉淀.與此同時(shí)，F(xiàn)e2＋則被U6＋氧化為Fe3＋，從而形成赤鐵礦.赤鐵礦化越強(qiáng)證明氧化還原作用越強(qiáng)，U4＋沉淀得越多，鈾礦化越強(qiáng)，所以強(qiáng)赤鐵礦化對(duì)鈾礦化具有指示意義［6］.（說(shuō)明：此項(xiàng)工作尚未在黃溝鈾礦床開(kāi)展，但兩者含礦圍巖一致，因此具有借鑒意義.）

研究發(fā)現(xiàn)，赤鐵礦化與鈾礦化息息相關(guān).顯微鏡下發(fā)現(xiàn)磚紅色赤鐵礦化伴隨鈾礦化（圖6A），掃描電鏡驗(yàn)證鈾礦物存在（圖6B，表1）.顯微鏡下發(fā)現(xiàn)棕褐色赤鐵礦化伴隨鈾礦化（圖6C），掃描電鏡驗(yàn)證鈾礦物存在（圖6D，表2）.目前，尚未開(kāi)展此類鈾礦物定名工作，推測(cè)為瀝青鈾礦.由于在綠泥石化的過(guò)程中又有新生成的Fe2＋，這為氧化還原反應(yīng)的正向進(jìn)行又提供了原料，所以赤鐵礦化會(huì)繼續(xù)增多，顏色由之前的磚紅色變成暗紅色，而我們野外觀察到的棕褐色赤鐵礦化是赤鐵礦和綠泥石疊加作用的結(jié)果.這也就解釋了為何棕褐色赤鐵礦化比磚紅色赤鐵礦化對(duì)于指導(dǎo)找礦更加直接的原因.在鈾礦化的過(guò)程中伴生其他金屬的成礦作用，但其含量很小.當(dāng)在礦化物周圍發(fā)現(xiàn)含有銀、鉑、鈦、鉛等金屬時(shí)，鈾含量通常不高，這值得我們進(jìn)一步去研究.

圖4 磚紅色赤鐵礦化Fig.4 Brick-red-colored hematitization of rock

圖5 棕褐色赤鐵礦化Fig.5 Dark brown-colored hematitization of rock

表1 磚紅色蝕變巖中含鈾礦物的化學(xué)成分Table 1 Chemical compositions of uranium mineral in brick-red altered rock

表2 棕褐色蝕變巖中含鈾礦物的化學(xué)成分Table 2 Chemical compositions of uranium mineral in dark brown altered rock

4 赤鐵礦化蝕變成因探討

赤鐵礦化是熱液鈾礦床中最常見(jiàn)的一種近礦圍巖蝕變，長(zhǎng)期以來(lái)已成為鈾礦勘查的一種找礦標(biāo)志.關(guān)于赤鐵礦化的機(jī)理，一直以來(lái)都是一個(gè)復(fù)雜的、爭(zhēng)議的地質(zhì)問(wèn)題.

對(duì)于赤鐵礦化蝕變的成因有兩種看法：①輻射化學(xué)成因.水溶液在天然的α、β、γ粒子的輻射作用下，產(chǎn)生極強(qiáng)的活性基團(tuán).它們具有強(qiáng)氧化能力，在含鈾熱液沿著構(gòu)造裂隙向上運(yùn)移過(guò)程中，就使圍巖中的Fe2＋氧化成Fe3＋，形成赤鐵礦化現(xiàn)象.這種觀點(diǎn)不僅在理論上缺乏根據(jù)，而且與地質(zhì)實(shí)際也相矛盾.問(wèn)題的要害就在于在僅含 0.10×10－6～10.00×10－6含鈾熱液（150～250℃）中所產(chǎn)生的輻射作用產(chǎn)物能否使得圍巖中的 Fe2＋氧化成 Fe3＋？［6-9］②氧化還原成因. 以連山關(guān)鈾礦床（包括黃溝鈾礦床）為例，由于受到韌性剪切作用影響，圍巖和深部上來(lái)的富含揮發(fā)份的流體多次相互作用，從而使圍巖化學(xué)成分發(fā)生改變.而赤鐵礦化蝕變的地球化學(xué)實(shí)質(zhì)主要在于含鈾熱液中的U6＋和圍巖中的Fe2＋發(fā)生氧化還原反應(yīng)，致使U6＋還原成U4＋，形成瀝青鈾礦沉淀.與此同時(shí)，圍巖中的Fe2＋卻被氧化為Fe3＋，形成赤鐵礦微粒.國(guó)內(nèi)有學(xué)者對(duì)氧化還原觀點(diǎn)提出質(zhì)疑，然而中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所的嵇少丞研究員對(duì)這一反應(yīng)組成原電池裝置加以印證，并計(jì)算出電動(dòng)勢(shì) E＝0.066＋0.84 pH，可見(jiàn)在 pH＝1~14 范圍內(nèi)，E值都大于零，證明氧化還原反應(yīng)可以正向自發(fā)進(jìn)行［10］.

黃溝鈾礦床鈾礦化主要發(fā)育在重熔混合巖中，早期的基底隆起和大規(guī)模的韌性剪切作用使來(lái)自深源的富鈾堿性流體上涌.而另一反應(yīng)物Fe2＋的來(lái)源，認(rèn)為主要有兩種形式，一是圍巖中的Fe2＋，此外主要來(lái)源是成礦前期的黃鐵礦.在成礦期，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，黃鐵礦被氧化成赤鐵礦，同時(shí)鈾沉淀.這也就解釋了為何成礦期黃鐵礦常為細(xì)粒集合體形態(tài)，在富礦附近黃鐵礦含量很少或無(wú)，而且質(zhì)不純，呈浸染狀出現(xiàn)；而成礦前期的黃鐵礦結(jié)晶良好，晶形粗大，一般達(dá)到數(shù)毫米，質(zhì)較純，散布在巖石中這一現(xiàn)象.

5 結(jié)論

1）研究區(qū)內(nèi)圍巖蝕變強(qiáng)烈，熱液活動(dòng)現(xiàn)象明顯，其中赤鐵礦化與鈾礦化關(guān)系最為密切.

圖6 赤鐵礦化顯微照片F(xiàn)ig.6 Microphotographs of hematitization

2）赤鐵礦化為成礦期蝕變，分為磚紅色和棕褐色兩種類型.磚紅色赤鐵礦化中黑云母并未完全蝕變成綠泥石，而棕褐色赤鐵礦化鏡下發(fā)現(xiàn)大片的黑云母被綠泥石交代.由此得出，綠泥石蝕變后疊加棕褐色赤鐵礦化與鈾礦化的關(guān)系顯著.

3）赤鐵礦化、綠泥石化、水云母化蝕變改變了重熔混合巖的物理性質(zhì)，促進(jìn)了鈾的活化、遷移，為鈾成礦富集提供了有利的物理和地球化學(xué)環(huán)境.

4）棕褐色赤鐵礦化這一現(xiàn)象的提出可作為黃溝地區(qū)鈾礦找礦的一種標(biāo)志.

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RELATIONSHIP BETWEEN THE HEMATITIZATION AND URANIUM MINERALIZATION IN HUANGGOU URANIUM DEPOSIT，EASTERN LIAONING PROVINCE

WU Di，LYU Zhi-ping，ZHANG Yang，ZHAO Xing-bo，HAN Yi-peng
No.240 Institute of Nuclear Industry，CNNC，Shenyang 110032，China

The paragenesis of hematitization and uranium mineralization is discovered in the exploration of Huanggou uranium deposit in Liaoning Province.Based on the hand specimen observation and SEM chemical analysis，it is believed that the hematitization belongs to metallogenic alteration，which is presented in brick red and dark brown colors.In the brick red-colored hematitization，biotite rock is incompletely altered into chlorite and would provide certain indication for uranium deposit.While in the dark brown alteration，almost all the biotite is replaced with chlorite，which can be taken as a significant prospecting indicator.

hematitization；uraniummineralization；prospectingindicator；Huanggouuraniumdeposit；LiaoningProvince

1671-1947（2017）05-0494-06

P619.14

A

2016－09－02；

2017－02－27.編輯：張哲.

中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局勘查項(xiàng)目“遼寧省本溪縣草河口地區(qū)鈾礦預(yù)查”（編號(hào)201463）.

吳迪（1987—），男，碩士，工程師，現(xiàn)為吉林大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)博士研究生，主要從事核地質(zhì)勘查與研究工作，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市沈北新區(qū)孝信街12號(hào)，E-mail//wudi.1114@163.com