華南產(chǎn)鈾花崗巖蝕變礦物綠泥石與鈾成礦的聯(lián)系

章　健，　陳培榮，　王凱興，　劉鑫揚(yáng)，　陳　琪，　黃　劍

(1.核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長(zhǎng)沙　410007；2.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京　210003；3.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌　330013；4.中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局，北京　100013)

前人研究表明，產(chǎn)鈾和非產(chǎn)鈾花崗巖在巖石地球化學(xué)、礦物學(xué)組成和成因上存在明顯的差別(張成江，1996；章健等，2011，2014；胡歡等，2014)。研究?jī)?nèi)容多為花崗巖巖石地球化學(xué)特征及其構(gòu)造背景特征，對(duì)花崗巖中的礦物，特別是蝕變礦物研究較少。綠泥石是中-低溫?zé)嵋何g變礦物，是變質(zhì)作用、成巖作用以及銅、金、鈾等礦床熱液蝕變過程中的常見礦物，其化學(xué)式為(R2+,R3+)6[(Si,Al)4O10](OH)8，R2+可為Mg，F(xiàn)e，Mn，Ni等，R3+可為Al，F(xiàn)e，Cr，Mn等，華南花崗巖中普遍存在綠泥石礦物。本文擬通過對(duì)綠泥石成分的研究，尋找產(chǎn)鈾花崗巖與非產(chǎn)鈾花崗巖差異，為鈾礦找礦提供判別依據(jù)。

1　地質(zhì)背景

根據(jù)花崗巖的產(chǎn)鈾能力將華南花崗巖大致分為產(chǎn)鈾花崗巖、非產(chǎn)鈾花崗巖和未知產(chǎn)鈾類型花崗巖(以下簡(jiǎn)稱未知型花崗巖)三類。產(chǎn)鈾花崗巖是指附近產(chǎn)出大中型鈾礦床、鈾礦田的花崗巖體，而非產(chǎn)鈾花崗巖指鈾礦化信息弱的花崗巖體(章健等，2014)。本文選取諸廣山巖體、下莊巖體、白面石巖體、豆乍山巖體等產(chǎn)鈾花崗巖作為研究對(duì)象。

研究的非產(chǎn)鈾花崗巖包括白馬山巖體、歇馬巖體、桃江巖體和五峰仙巖體(圖1)。所研究的花崗巖體的主要巖性及成巖年齡見表1，在此重點(diǎn)討論產(chǎn)鈾花崗巖和非產(chǎn)鈾花崗巖中綠泥石礦物特征差異和其所指示的巖石地球化學(xué)特征差異。

2　樣品及分析方法

本文中所采取的樣品均為較堅(jiān)硬，未風(fēng)化花崗巖，綠泥石礦物多數(shù)存在于花崗巖黑云母中，由黑云母蝕變形成。產(chǎn)鈾花崗巖巖石粒度較細(xì)，蝕變程度稍強(qiáng)，黑云母中綠泥石含量高，蝕變綠泥石占黑云母含量的30%～50%，非產(chǎn)鈾花崗巖巖石粒度較粗、蝕變?nèi)?，中綠泥石含量較少，說明不同花崗巖的黑云母蝕變強(qiáng)度差異較大(圖2)。對(duì)黑云母中的綠泥石采用電子探針方法進(jìn)行分析，電子探針分析在南京大學(xué)內(nèi)金屬成礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，電子探針型號(hào)為JEOL JXA-8800，采用的激光束斑直徑為11 μm，加速電壓和加速電流分別為15 kV和20 nA，元素的特征峰采用La線系，元素特征峰測(cè)定時(shí)間為20 s(U，Th，Pb為30 s)。

圖1　華南印支期花崗巖分布圖(原圖據(jù)孫濤，2005；揚(yáng)子板塊與華夏板塊的界線據(jù)Chen et al.,1998)Fig.1　Distribution of South China granites

序號(hào)巖體類別巖體名稱巖性采樣位置1234產(chǎn)鈾花崗巖諸廣山巖體中粗粒黑云母花崗巖N25°08.256' E113°55.620'N25°08.723' E113°58.095'下莊巖體中粒二云母花崗巖338礦床1號(hào)坑道石角圍北2 km公路旁白面石巖體中細(xì)粒二云母花崗巖N 24°50'8″ E115°23'37.9″N 24°50'59.3″ E 115°19'20.7″豆乍山巖體中細(xì)粒二云母花崗巖N26.10'49″E110.33'24″5678非產(chǎn)鈾花崗巖白馬山巖體中粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖N 27°27.382'E 110°25.520'N 27°25.296'E 110°36.268'桃江巖體粗粒黑云母花崗巖N28°29'43.2''; E112.04'16.1″N28°29'43.2″; E112.04'16.1″歇馬巖體中粒黑云母花崗巖N27°36'55.3″; E112.31'21.0″N27°36'58″; E112.34'14″五峰仙巖體中粒斑狀黑云母花崗巖N2631'30″; E113.08'54″

圖2　產(chǎn)鈾花崗巖(a)和非產(chǎn)鈾花崗巖(b)中的綠泥石礦物Fig.2　The Chlorite in uranium-deposit-bearing granites (left) and non-uranium-deposit-bearing granites (right) of South China granitesBi.黑云母;Pl.斜長(zhǎng)石;Chl.綠泥石;Qtz.石英；Ap.磷灰石；Zrn.鋯石；Muz.白云母；Mnz.獨(dú)居石

3　綠泥石的成分

產(chǎn)鈾和非產(chǎn)鈾花崗巖中綠泥石成分存在著較大的差異。表2及表3中列出綠泥石電子探針數(shù)據(jù)及綠泥石成分中的分子量。產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石MgO含量3.95%～13.27%(平均值為7.50%)、Fe2O3的含量0.01%～7.08%(平均值為2.27%)，F(xiàn)eO的含量16.25%～36.27%(平均值為29.96%)；而非產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石MgO含量12.66%～16.57%(平均值為14.78%)，F(xiàn)e2O3的含量0～2.46%(平均值為0.75%)，F(xiàn)eO含量21.26%～29.41%(平均值為25.18%)。產(chǎn)鈾花崗巖中綠泥石具有MgO含量低、FeO高、Fe2O3高的特征。

綠泥石的Fe2+/(Fe2++Mg2+)的值能比較直觀的反應(yīng)綠泥石中的鐵鎂含量，產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石Fe2+/(Fe2++Mg2+)為0.55～0.78(平均值為0.68)，非產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石Fe2+/(Fe2++Mg2+)為0.44～0.55(平均值為0.48)。產(chǎn)鈾花崗巖中的綠泥石Fe2+/(Fe2++Mg2+)高于非產(chǎn)鈾花崗巖，還原性強(qiáng)。

非產(chǎn)鈾花崗巖中的綠泥石較少，F(xiàn)e2+/R2+的值低，為鐵綠泥石和鐵鎂綠泥石；產(chǎn)鈾花崗巖中的綠泥石含量高，除了含有鐵綠泥石和鐵鎂綠泥石外，鱗綠泥石和鮞綠泥石的含量也較高。特別是，產(chǎn)鈾花崗巖中還存在一些低溫綠泥石，如輝綠泥石和鐵葉綠泥石(圖3)。

圖3　花崗巖中綠泥石的分類(據(jù)王濮，1984)Fig.3　The classification with chlorite of South China granites

綠泥石的形成過程是一個(gè)由反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制的水-巖反應(yīng)過程，受溫度、壓力、及水/巖比、流體和巖石化學(xué)成分等因素的制約。Inoue(1995)認(rèn)為在脈狀礦床的熱液蝕變中，低氧化、低pH值的條件有利于形成富鎂綠泥石，還原環(huán)境有利于形成鐵綠泥石。產(chǎn)鈾花崗巖中綠泥石的主要類型是鐵綠泥石，它們是富鐵的綠泥石，可能主要形成于還原環(huán)境。

根據(jù)n(Al)/n(Al+Mg+Fe)比值，可判斷綠泥石母巖與其源巖的關(guān)系。一般認(rèn)為，由泥質(zhì)巖蝕變形成的巖石中綠泥石具有較高的n(Al)/n(Al+Mg+Fe)值(>0.35)。產(chǎn)鈾花崗巖中綠泥石n(Al)/n(Al+Mg+Fe)比值介于0.35～0.53(平均值為0.41)之間，非產(chǎn)鈾花崗巖中綠泥石n(Al)/n(Al+Mg+Fe)比值介于0.32～0.38(平均值為0.35)。說明產(chǎn)鈾花崗巖是泥質(zhì)巖石來源，泥質(zhì)巖石中U含量更高。在綠泥石的n(Al)/n(Al+Mg+Fe)-n(Mg)/n(Fe+Mg)關(guān)系圖解(圖4)上，投影點(diǎn)比較分散，但基本上體現(xiàn)了一種不明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖4　花崗巖綠泥石n(Al)/n(Al+Mg+Fe)-n(Mg)/n(Fe+Mg)相關(guān)圖(據(jù)Laird J，1988)Fig.4　The relationship between n(Al)/n(Al+Mg+Fe) and n(Mg)/n(Fe+Mg) of chlorite

4　綠泥石的結(jié)構(gòu)

n(ⅥAl + Fe)-n(Mg)關(guān)系圖被用來說明綠泥石在八面體位置的替換關(guān)系。非產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石的n(ⅥAl+Fe)與n(Mg)呈良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5)，說明綠泥石的八面體位置上主要由這三種元素占據(jù)，并且ⅥAl和Fe能替換Mg的位置。產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石n(ⅥAl+Fe)與n(Mg)相關(guān)關(guān)系不明顯，說明其八面體位置成分較復(fù)雜。

Xie(1997)的研究表明，當(dāng)綠泥石在硅鋁四面體位置的離子替代關(guān)系是完全的鈣鎂閃石型替代(tschermakite replacement )時(shí)，n(ⅣAl)與n(ⅥAl)之間呈現(xiàn)近于1∶1的線性關(guān)系(相關(guān)系數(shù)=0.95)。產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石的n(ⅣAl)/n(ⅥAl) 之間的分子數(shù)比為0.41～1.07(平均值0.85)；非鈾花崗巖綠泥石的n(ⅣAl) /n(ⅥAl) 之間的分子數(shù)比為0.78～1.21(平均值1.01)(表1及表2)。產(chǎn)鈾花崗巖的n(ⅣAl) /n(ⅥAl)相關(guān)性關(guān)系不明顯，綠泥石四面體位置不是單純的鈣鎂閃石型替代，四面體位置成分較復(fù)雜。

圖5　綠泥石n(ⅥAl+Fe)-n(Mg)相關(guān)圖(據(jù)Xie X G，1997)Fig.5　The relationship between n(ⅥAl+Fe) and n(Mg) of chlorite

5　綠泥石的形成溫度

綠泥石的形成溫度與綠泥石結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成以及多型等之間的關(guān)系已得到較為深入的研究和正在得到越來越廣泛的認(rèn)同。Battaglia(1999)提出綠泥石網(wǎng)面間距d001與溫度之間的關(guān)系方程計(jì)算綠泥石的形成溫度t/℃=[14.379 -(d001/ 0.1 nm)]/0.001。

綠泥石的溫度與Si原子數(shù)呈良好的反相關(guān)關(guān)系，說明形成溫度影響著綠泥石中的Si原子數(shù)和綠泥石的種類(圖6)。產(chǎn)鈾花崗巖和非產(chǎn)鈾花崗巖中的綠泥石多數(shù)為中-高溫綠泥石(產(chǎn)鈾花崗巖和非產(chǎn)鈾花崗巖均有2個(gè)低溫綠泥石樣本)，產(chǎn)鈾花崗巖的綠泥石形成溫度為221.4～272.4 ℃(平均值為244.7 ℃)，略高于非產(chǎn)鈾花崗巖的綠泥石形成溫度(204.8～251.8 ℃，平均溫度236.6 ℃)。

圖6　綠泥石中T-Si關(guān)系圖解(低溫與中-高溫綠泥石的劃分(薛志遠(yuǎn)，2009)Fig.6　The relationship between T and Si of chlorite

6　氧逸度

Taras等(1987)指出硅鋁成分為主的熱液中氧逸度和硫逸度決定了綠泥石中的Fe2+/(Fe2++Mg2+) 的比例。本文以此為依據(jù)，通過綠泥石中鐵的摩爾濃度來反演綠泥石形成的形成環(huán)境?；◢弾r中的綠泥石是在石英、云母等硅鋁成分參與的環(huán)境下形成，硫化物成分參與較少，故本文不討論其形成環(huán)境的硫逸度(假定產(chǎn)鈾花崗巖和非產(chǎn)鈾花崗巖硫逸度分別為-14和-12)。圖7中顯示，產(chǎn)鈾花崗巖的綠泥石形成的氧逸度logfO2值為-19.5～-18，非產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石的形成環(huán)境氧逸度logfO2值為-18.5～-17.5。產(chǎn)鈾花崗巖中的綠泥石其形成環(huán)境的氧逸度要低于非產(chǎn)鈾花崗巖，具有更強(qiáng)的還原環(huán)境。

圖7　綠泥石LogfO2和LogfS2相關(guān)關(guān)系圖(據(jù)Taras et al.，1987)Fig.7　The relationship between LogfO2 and LogfS2 of chloriteMt.磁鐵礦，Ru.金紅石，Ilm.鈦鐵礦，Po.磁黃鐵礦.圖中0.2的虛線等值線表示XH2O=1.0的條件下

7　結(jié)論和討論

花崗巖暗色礦物及副礦物中富含鈾，可為鈾礦成礦提供鈾源。綠泥石蝕變是鈾元素遷移的重要環(huán)節(jié)，可間接指示鈾成礦作用。產(chǎn)鈾花崗巖中形成的綠泥石種類復(fù)雜，包括鐵綠泥石、鐵鎂綠泥石、磷綠泥石和鮞綠泥石，綠泥石中Fe2O3和FeO含量高于非產(chǎn)鈾花崗巖，MgO含量低于非產(chǎn)鈾花崗巖。產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石Mg/(Mg+Fe)值高，說明花崗巖源巖為泥質(zhì)巖。產(chǎn)鈾花崗巖綠泥石四面體及八面體位置成分復(fù)雜。產(chǎn)鈾花崗巖的綠泥石形成溫度略高，形成氧逸度低。

綠泥石礦物普遍存在于華南花崗巖中，通過花崗巖中的蝕變礦物綠泥石的分析研究，可為區(qū)分產(chǎn)鈾花崗巖和非產(chǎn)鈾花崗巖提供較好的依據(jù)。