龍首山成礦帶紅石泉礦床多期次鈾成礦作用探討

王貴，王偉，王剛，李濤，劉濤

(核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽(yáng) 712000)

紅石泉礦床是位于龍首山成礦帶西段的偉晶花崗巖型鈾礦床，前人在20世紀(jì)80年代對(duì)礦床進(jìn)行了大量的研究工作，基本查清了礦床的礦化特征和成因，但對(duì)不同鈾成礦作用的研究比較籠統(tǒng)(涂江漢，1985；張誠(chéng)等，1988；張新虎，1992；杜樂天，2011；黃凈白等，2005)。隨著近幾年勘查程度的深入，對(duì)其礦化成因也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。筆者重新對(duì)含礦偉晶花崗巖進(jìn)行系統(tǒng)分類和拆分研究，通過(guò)對(duì)礦化蝕變、鈾礦物存在形式以及不同礦石進(jìn)行地球化學(xué)對(duì)比，以宏、微觀結(jié)合方式進(jìn)一步說(shuō)明礦床鈾成礦作用，為后續(xù)找礦工作指明方向

1 礦床地質(zhì)

紅石泉礦床鈾礦化定位于偉晶花崗巖體內(nèi)部及邊緣，偉晶花崗巖呈狹長(zhǎng)帶狀分布，呈巖脈、巖枝侵入古元古界龍首山群中(辛存林等，2013；堯宏福等，2017)。礦床北側(cè)被石炭紀(jì)地層覆蓋，南側(cè)與加里東期花崗巖呈侵入接觸(圖1)。礦區(qū)巖漿巖以花崗巖、斜長(zhǎng)花崗巖、偉晶花崗巖和脈巖為主。其中，偉晶花崗巖為紅石泉礦床的賦礦巖石，巖體總體呈近東西向展布，東西長(zhǎng)3 km，南北寬100～300 m，傾向北，傾角50°～60°，呈巖枝、巖脈侵入到龍首山群片巖中，形成有利鈾成礦的地球化學(xué)環(huán)境。礦床內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，主要有近東西向、北東向和近南北向3組，其中近東西向斷裂是礦床內(nèi)最發(fā)育的一組斷裂，斷裂彼此近乎平行，其間巖石普遍碎裂，組合成一個(gè)近東西向破碎帶，與鈾成礦關(guān)系密切。

2 礦石

紅石泉礦床主要礦化巖石為偉晶花崗巖，鈾礦石顏色主要有淺肉紅色、灰黑色和紫紅色3種(圖2)，其中淺肉紅色為巖漿期形成礦石，基本無(wú)蝕變；灰黑色礦石為花崗質(zhì)巖漿混染圍巖形成，由于圍巖黑云母斜長(zhǎng)片巖具有較強(qiáng)還原性，有利于晶質(zhì)鈾礦的形成，該類礦石品位往往較富；紫紅色礦石是疊加后期熱液作用形成，紅化明顯，明顯區(qū)別于正常巖石，鏡下可見原生礦物破碎，發(fā)生明顯的后期改造，部分鉀長(zhǎng)石被鈉長(zhǎng)石交代。

1.第四系；2.下石炭統(tǒng)南洼頂組砂礫巖、板巖；3.古元古界塌馬子溝組大理巖；4.古元古界塌馬子溝組黑云母斜長(zhǎng)片巖；5.古元古界塌馬子溝組石英巖；6.加里東期中?；◢弾r；7.中條期偉晶花崗巖；8.中條期斜長(zhǎng)花崗巖；9.煌斑巖；10.壓扭性斷裂和扭性斷裂圖1 紅石泉礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Simplified geological map of Hongshiquan deposit

a.淺肉紅色礦石巖心特征；b.淺肉紅色礦石鏡下特征(+)；c.灰黑色礦石巖心特征；d.灰黑色礦石鏡下特征(-)；e.紫紅色礦石巖心特征；f.3種礦石對(duì)比特征；圖2 不同偉晶花崗巖特征圖Fig.2 Characteristic map of different pegmatite granites

3 礦化蝕變

早期巖漿成因的淺肉紅色礦石基本無(wú)蝕變；而晚期熱液疊加成因的紫紅色礦石發(fā)育赤鐵礦化、鈉長(zhǎng)石化、碳酸鹽化和綠泥石化蝕變，含礦熱液沿偉晶花崗巖與黑云母片巖接觸破碎帶運(yùn)移，形成了一定的水平分帶特征，靠近接觸帶蝕變作用較強(qiáng)，隨著遠(yuǎn)離蝕變帶，各種蝕變均有明顯減弱的趨勢(shì)(圖3)。

4 鈾存在形式

對(duì)不同礦石進(jìn)行電子探針測(cè)試，發(fā)現(xiàn)鈾礦物主要為晶質(zhì)鈾礦和瀝青鈾礦(圖4)，各類礦石中均存在較多的晶質(zhì)鈾礦，而瀝青鈾礦僅在紫紅色礦石中可見，說(shuō)明晶質(zhì)鈾礦和瀝青鈾礦是不同成礦期的產(chǎn)物，晶質(zhì)鈾礦主要由中條晚期巖漿成巖成礦作用直接形成，而瀝青鈾礦為海西期熱液成礦作用形成。

1.片巖；2.偉晶混染花崗巖；3.偉晶花崗巖；4.赤鐵礦化；5.鈉長(zhǎng)石化；6.綠泥石化；7.碳酸鹽化；8.工業(yè)礦體；9.礦化體；10.異常體圖3 蝕變水平分帶特征示意圖Fig.3 Schematic diagram of alteration horizontal zoning characteristics

晶質(zhì)鈾礦：呈灰黑色，半金屬光澤，多呈立方體自形晶，粒徑0.1～0.3 mm，個(gè)別顆?？蛇_(dá)0.6 mm。晶質(zhì)鈾礦多遭受溶蝕碎裂，在近旁生成鈾黑或?yàn)r青鈾礦，空間上與黃鐵礦和鋯石等關(guān)系密切。當(dāng)?shù)V石中黑云母較多時(shí)，晶質(zhì)鈾礦更為密集發(fā)育。

瀝青鈾礦：瀝青鈾礦有的沉淀在晶質(zhì)鈾礦受溶蝕的空穴周邊及極微細(xì)的裂隙中，有的沉淀在某些自形晶黃鐵礦、晶質(zhì)鈾礦和輝鉬礦的四周，有的沉淀在微脈狀水云母綠泥石柔皺脈內(nèi)或脈壁，或方鉛礦微脈的兩側(cè)。瀝青鈾礦具腎狀結(jié)構(gòu)，其弧形凸面明顯指向周圍礦物，說(shuō)明其有極強(qiáng)的內(nèi)聚力，可逐漸溶解周圍的礦物。

5 礦石地球化學(xué)特征

由于灰黑色偉晶花崗巖受圍巖混染作用影響，其元素含量已發(fā)生改變，故本次主要采集了無(wú)礦偉晶花崗巖(淺肉紅色)10件樣品、異常偉晶花崗巖(淺肉紅色)9件樣品、礦化偉晶花崗巖(淺肉紅色)5件樣品、含礦偉晶花崗巖(淺肉紅色)12件樣品和含礦蝕變偉晶花崗巖(紫紅色)9件樣品，分析對(duì)比不同鈾成礦作用對(duì)礦石的影響。分析測(cè)試結(jié)果見表1。

5.1 主量元素特征

無(wú)礦-異常-礦化-含礦偉晶花崗巖和含礦蝕變偉晶花崗巖K2O+Na2O總量無(wú)明顯變化，但Na2O/K2O值卻有明顯區(qū)別(圖5)，Na2O/K2O平均值分別為0.27、0.24、0.39、0.30和1.80，含礦蝕變偉晶花崗巖Na2O/K2O值明顯增高，說(shuō)明晚期熱液作用對(duì)礦石進(jìn)行了改造，致使K、Na元素發(fā)生了轉(zhuǎn)換，與鏡下觀察到的部分鉀長(zhǎng)石被鈉長(zhǎng)石交代的現(xiàn)象一致。因此,可以確定紅石泉礦床晚期熱液改造作用就是典型的Na交代成礦作用。

表1 偉晶花崗巖地球化學(xué)成分表Tab.1 Table of pegmatite granite geochemical composition

續(xù)表1

a.晶質(zhì)鈾礦與黃鐵礦伴生；b.晶質(zhì)鈾礦與鋯石伴生；c.晶質(zhì)鈾礦和輝鉬礦、黃鐵礦伴生；d.晶質(zhì)鈾礦被溶蝕；e.瀝青鈾礦沉淀在黃鐵礦四周；f.瀝青鈾礦沿裂隙充填；g.瀝青鈾礦呈不規(guī)則星點(diǎn)狀分布；h.瀝青鈾礦被氧化圖4 鈾礦物背散射電子圖像Fig.4 Back scattering electron image of uranium minerals

圖5 偉晶花崗巖Na2O/K2O值圖Fig.5 The Na2O/K2O ratio diagram of pegmatite granite

5.2 稀土元素特征

相比無(wú)礦偉晶花崗巖，異常、礦化和含礦偉晶花崗巖稀土元素總量(ΣREE)有明顯增加的現(xiàn)象，說(shuō)明隨著巖漿演化，稀土元素逐漸富集，LREE/HREE值以及(La/Yb)N值均有減小的趨勢(shì)，輕、重稀土元素分餾作用也明顯減弱，由左陡又緩的配分模式逐漸變?yōu)榻降呐浞帜Ｊ?圖6a)。無(wú)礦-異常-礦化-含礦偉晶花崗巖和含礦蝕變偉晶花崗巖的δEu平均值分別為4.04、1.34、1.48和0.78，Eu隨巖漿的演化斜長(zhǎng)石結(jié)晶分離由明顯正異常逐漸變?yōu)樨?fù)異常，伴隨U元素的富集，說(shuō)明晶質(zhì)鈾礦主要是在巖漿演化到后期形成。含礦蝕變偉晶花崗巖與含礦偉晶花崗巖相比稀土元素總量(ΣREE)略有增加，Eu負(fù)異常更加顯著，變?yōu)槊黠@的負(fù)異常。

5.3 微量元素特征

從微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中可以看出(圖6b)，偉晶花崗巖整體具有富集Rb、U、Hf、W和Mo等元素，虧損Ba、P、Ti和Cs等元素，相比無(wú)礦偉晶花崗巖，異常、礦化和含礦偉晶花崗巖的Th、U、Zr、Hf、Ti、Ta、W和Mo元素均有明顯增加的趨勢(shì)，說(shuō)明這些元素均有巖漿演化后期富集的特點(diǎn)，結(jié)合電子探針晶質(zhì)鈾礦與鋯石、輝鉬礦等礦物的空間關(guān)系，說(shuō)明晶質(zhì)鈾礦和鋯石、金紅石和輝鉬礦等是同時(shí)期形成的共生礦物，部分礦石的Mo品位可達(dá)伴生含量。含礦蝕變偉晶花崗巖與含礦偉晶花崗巖相比K、Ba元素有明顯的減少趨勢(shì)，K元素較少與鈉交代作用中 Na交代K有關(guān)。

圖6 (a)偉晶花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖和(b)微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.6 (a)Chondrite-normalized REE patterns and (b)primitive mantle normalized trace elements spider diagram of pegmatite granite

6 鈾成礦作用探討

通過(guò)對(duì)礦石特征、蝕變特征、鈾礦物存在形式、礦石地球化學(xué)特征以及鈾礦年代學(xué)研究，可以發(fā)現(xiàn)紅石泉礦床存2個(gè)主成礦期：第一期為中條晚期巖漿成礦，成礦年齡為(1740±61) Ma，主要形成淺肉紅色礦石；第二期為海西期鈉交代熱液成礦，成礦年齡為(300±41) Ma，主要形成紫紅色礦石(戎嘉樹等，1984)。

在中條晚期隨著巖漿演化分異，斜長(zhǎng)石的結(jié)晶分離，Eu從明顯正異常逐漸演化為負(fù)異常，晶質(zhì)鈾礦、鋯石、金紅石和輝鉬礦等共生礦物均具在巖漿演化后期富集的特征；由于巖體邊部冷凝速度快，巖體核部結(jié)晶較晚，因此，在偉晶花崗巖體的核部形成富含晶質(zhì)鈾礦的工業(yè)礦體，形成淺肉紅色偉晶花崗巖礦石，基本無(wú)蝕變。

在海西期熱液疊加改造形成的紫紅色偉晶花崗巖礦石中發(fā)育赤鐵礦化、鈉長(zhǎng)石化、碳酸鹽化和綠泥石化蝕變；無(wú)蝕變的肉紅色偉晶花崗巖基本保持著高K、低Na的特點(diǎn)。但熱液疊加改造的紫紅色偉晶花崗巖Na2O/K2O值卻明顯增高，說(shuō)明熱液作用對(duì)礦石進(jìn)行了改造，致使K、Na元素發(fā)生了轉(zhuǎn)換。在鏡下也觀察到部分鉀長(zhǎng)石被鈉長(zhǎng)石交代。

因此，紅石泉礦床晚期熱液改造作用就是鈉交代成礦作用，其成礦年齡也與區(qū)域芨嶺礦床鈉交代成礦期接近(劉金枝，2010；趙如意等，2013；張樹明等，2013；趙如意等，2018；劉正義，2018)，含礦熱液沿黃鐵礦、方鉛礦等早期礦物的四周以及微裂隙沉淀形成了瀝青鈾礦。由于偉晶花崗巖與黑云母斜長(zhǎng)片巖接觸帶往往發(fā)生大量混染交代，降低了巖石的抗壓強(qiáng)度，增加了孔隙度，有利于后期構(gòu)造發(fā)育，并且偉晶花崗巖與黑云母斜長(zhǎng)片巖巖性差異大，形成了地球化學(xué)背景迥異的高反差地球化學(xué)還原障，有利于含鈾絡(luò)合物的分解沉淀，因此晚期含礦熱液主要沿偉晶花崗巖與黑云母斜長(zhǎng)片巖接觸破碎帶富集成礦。

7 結(jié)論

(1)第一期為中條晚期巖漿成礦；花崗質(zhì)巖漿演化到后期形成晶質(zhì)鈾礦；晶質(zhì)鈾礦往往與鋯石、金紅石和輝鉬礦等礦物共生，礦石基本不發(fā)育蝕變。

(2)第二期為海西期熱液疊加改造；是以鈉交代為主的熱液成礦；形成了紫紅色礦石，鈾礦物主要為瀝青鈾礦，礦石發(fā)育鈉長(zhǎng)石化、赤鐵礦化、碳酸鹽化和綠泥石化等蝕變。

(3)偉晶花崗巖體的核部是早期巖漿成礦作用的主要賦礦部位。

(4)偉晶花崗巖與片巖接觸破碎帶是晚期鈉交代熱液成礦作用的有利部位。