甘肅金邊寺鈾礦床中疑似羥水鈣鈦鈾石的礦物學特征

呂榮平, 王生云, 趙劍波, 張建云, 黃冉笑, 陳金勇, 李萬華

(1. 中核資源發(fā)展有限公司,北京 100013;2. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029)

1 地質(zhì)背景

金邊寺鈾礦床位于龍首山鈾成礦帶東段青山堡巖體西南緣,在大地構(gòu)造上位于華北克拉通阿拉善地塊西南緣(圖1a,b;湯中立,2002;宮江華等,2013;鐘軍等,2016;王生云等,2020;Liu et al., 2019, 2021)。金邊寺地區(qū)構(gòu)造巖漿活動強烈,礦區(qū)內(nèi)第四系廣泛發(fā)育,出露巖石均為巖漿巖,巖石在空間上有明顯的分帶性,北側(cè)為花崗閃長巖帶,南側(cè)為中細?；◢弾r帶,在兩個巖帶之間為混染巖帶,即為含礦巖石。混染巖石帶北與F1斷裂與花崗閃長巖接觸,南與中細?；◢弾r過渡接觸,呈鋸齒狀?；烊編r石帶呈北西—南東走向,帶寬數(shù)十至數(shù)百余米(圖1c;陳云杰,2011)。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以NW向為主,F1、F3斷裂貫穿礦區(qū),在區(qū)內(nèi)構(gòu)成一個向北收斂,向南東撒開的“入”字形構(gòu)造,兩條斷裂帶的夾持區(qū)內(nèi)形成壓扭和張扭的次級斷裂和裂隙。壓扭性主干斷裂F1走向為310°～320°,傾向北東,傾角東部為45°～50°,西部為62°～70°。斷裂F3為F1的派生構(gòu)造,走向為332°,傾向北東,傾角多在70°以上,具有多期活動的特點。礦區(qū)多條礦化帶中均發(fā)育綠泥石化、絹云母化、綠簾石化、赤鐵礦化、高嶺土化和碳酸鹽化,其中綠泥石化和碳酸鹽化與鈾礦化關(guān)系密切。金邊寺鈾礦床為花崗巖型鈾礦經(jīng)表生作用形成的淋積型鈾礦床(陳宇寧,2020;陳云杰等,2011,2013)。

圖1 龍首山成礦帶構(gòu)造位置(a)、地質(zhì)略圖(b)及金邊寺礦床地質(zhì)簡圖(c)

2 巖相學特征

金邊寺礦床鈾礦化發(fā)育于混染巖帶中,混染巖呈褐紅-紅褐-灰黑-灰綠色,碎裂變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,部分有片理化構(gòu)造,原巖主要為弱碎裂或微碎裂的細粒閃長巖或中粗?；◢忛W長巖。鈾的存在形式有兩種:一種呈獨立礦物,獨立鈾礦物以次生鈾礦物硅鈣鈾礦為主,呈淺黃、蛋黃、深黃色粉末狀,賦存在巖石的裂隙面、裂紋和孔洞中,次為少量的細粒瀝青鈾礦;另一種呈吸附狀態(tài),吸附狀態(tài)鈾主要被褐鐵礦、綠泥石、綠簾石等礦物所吸附,金邊寺鈾礦床中鈾主要以吸附態(tài)形式存在(陳云杰等,2011,2013)。

分析樣品為采自金邊寺鈾礦床地表探槽中的蝕變細粒閃長巖礦石。礦石表面可見淺黃、鮮黃色粉末狀鈾礦物,整體呈灰綠-紅褐色,中細粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。礦石主要由斜長石(>60%)、角閃石(15%～25%)和黑云母(5%～20%)組成,含少量磷灰石、鉀長石、鋯石、石英等礦物,其中黑云母和角閃石則不同程度蝕變?yōu)榫G泥石。鏡下礦石多呈變余結(jié)構(gòu),中細粒半自形結(jié)構(gòu),赤鐵礦化、綠泥石化、碳酸鹽化、絹云母化發(fā)育。背散射電子圖像顯示,羥水鈣鈦鈾石顆粒極為細小(長度小于3 μm),呈長柱狀、針狀集合體形式主要存在于礦物之間或礦物裂隙、孔洞之中(圖2)。

圖2 金邊寺礦床鈾礦石特征及礦物顯微照片

3 分析測試方法

將鈾礦石樣品磨制成光薄片用于光學顯微鏡、掃描電鏡等顯微觀察以及電子探針成分分析和拉曼光譜分析。光薄片鍍碳后放入電子探針儀器樣品池中進行定量分析。鈾礦物電子探針化學成分分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成,儀器為日本電子公司生產(chǎn)的JXA-8100,加速電壓為20 kV,束流1×10-8A,出射角40°,分析方式為波譜分析,修正方式為ZAF,詳細分析流程及數(shù)據(jù)處理方法見葛祥坤(2013)。

光薄片中鈾礦物的激光拉曼分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。儀器為HORIBA公司生產(chǎn)的Evolution激光拉曼光譜儀,采用分辨率為1 cm-1的532 nm YAG激光器,其參數(shù)為:100倍物鏡,掃描范圍為100～4 000 cm-1,光柵為1 800 gr/mm,8 s內(nèi)獲得單點,累積4次。使用520.7 cm-1的硅片線校準光譜。使用Horiba的Labspec 6軟件進行數(shù)據(jù)處理和光譜處理,如平滑、峰分析和基線校正。

4 化學成分

金邊寺鈾礦床地表礦石中鈾礦物化學成分電子探針分析結(jié)果見表1。鈾礦物主要由UO3、TiO2、CaO和SiO2組成,其含量分別為50.98%～65.58%(平均值為59.60%)、12.85%～19.18%(平均值為15.10%)、3.33%～9.67%(平均值為5.46%)和3.04%～8.78%(平均值為4.21%)。其化學成分顯示了較大的變化范圍,這可能與金邊寺鈾礦床地表礦石中鈾礦物顆粒特別細小而引起的分析測試誤差有關(guān)。此外,由于未成功分選單礦物,所以沒有分析該鈾礦物中水的含量。

表1 金邊寺礦床鈾礦物及典型羥水鈣鈦鈾石電子探針成分

含有較高U、Ti和Ca含量的礦物有鈮鈦鈾礦、羥水鈣鈦鈾石、Lwashiroite-(Y)、Kapustinite、Menezesite、釹鈮易解石、Okanoganite-(Y)、鈮釔礦和釔鈾燒綠石(表2)。與上述礦物化學成分相比較,金邊寺鈾礦床地表礦石中鈾礦物化學成分與羥水鈣鈦鈾石化學成分較為接近,而與其他礦物化學成分差別較大。結(jié)合礦物形態(tài)及化學成分初步判斷,其可能為羥水鈣鈦鈾石。

表2 含鈾、鈦、鈣礦物及化學成分

5 拉曼光譜分析

圖3 羥水鈣鈦鈾石的拉曼光譜

將金邊寺羥水鈣鈦鈾石拉曼光譜與RRUFFTM數(shù)據(jù)庫(Sokolova et al.,2005)的羥水鈣鈦鈾石拉曼光譜(圖3b)和Frost(2011)研究結(jié)果(圖3c,d)相對比,發(fā)現(xiàn)金邊寺羥水鈣鈦鈾石拉曼光譜譜圖與它們形態(tài)基本一致,譜峰幾乎完全對應。

由于金邊寺的羥水鈣鈦鈾石礦物顆粒極為細小(長度小于3 μm),單礦物分選結(jié)果不理想,未能進行XRD分析以及水含量的分析等工作。但結(jié)合羥水鈣鈦鈾石的巖相學特征,電子探針和拉曼光譜分析,基本可判斷該礦物應為羥水鈣鈦鈾石。

6 結(jié) 論

羥水鈣鈦鈾石是一種典型的次生鈾礦物,形成于鈾礦床的次生氧化帶。金邊寺礦床中發(fā)現(xiàn)的羥水鈣鈦鈾石屬國內(nèi)首次報道,該礦物在礦物學特征、化學成分和激光拉曼光譜特征與美國猶他州托馬斯山脈西部Starvation峽谷發(fā)現(xiàn)的羥水鈣鈦鈾石可類比。該礦物的發(fā)現(xiàn)豐富了我國鈾礦物研究資料,且其顏色非常鮮艷,在野外環(huán)境中易被發(fā)現(xiàn),可作為一種有效的找礦標志。通過巖相學觀察、電子探針和拉曼光譜分析,得到以下結(jié)論:

(1)金邊寺鈾礦床地表礦石樣品中鮮黃色羥水鈣鈦鈾石礦物顆粒極為細小(長度小于3 μm),主要存在礦物之間或礦物裂隙、孔洞之中,呈長柱狀、針狀集合體形式存在。

(2)金邊寺羥水鈣鈦鈾石主要由UO3、TiO2、CaO和SiO2組成,化學成分顯示了較大的變化范圍。在所有的含U、Ti和Ca礦物中,其與典型羥水鈣鈦鈾石化學成分較為接近。