陕西秦岭光石沟铀矿床含矿与非含矿伟晶岩差异性及其研究意义

沙亚洲， 左文乾， 张展适， 饶超俊

(1.陕西省核工业地质局224大队，陕西西安 710024;2.陕西省核工业地质局，陕西西安 710054;3.东华理工大学，江西抚州 344000)

陕西秦岭光石沟铀矿床含矿与非含矿伟晶岩差异性及其研究意义

沙亚洲1， 左文乾2， 张展适3， 饶超俊1

(1.陕西省核工业地质局224大队，陕西西安 710024;2.陕西省核工业地质局，陕西西安 710054;3.东华理工大学，江西抚州 344000)

光石沟铀矿床是我国花岗伟晶岩型铀矿的代表性矿床，矿体产于花岗岩体外接触带中的伟晶岩密集带内。在矿床外围扩大找矿中，常遇到含矿与非含矿伟晶岩难以区分的实际问题，直接影响找矿效果。在野外观察和综合分析前人资料的基础上，运用岩相学、岩石地球化学及同位素地球化学等手段，对光石沟铀矿床含矿与非含矿伟晶岩的岩石学、地球物理、地球化学以及稳定同位素特征等进行了对比研究，指出了二者在宏观和微观两方面存在的差异性，总结了含矿伟晶岩的主要特征，初步建立了光石沟铀矿床含矿伟晶岩的宏观和微观标志;同时还初步探讨了二者的成因差异，该成果对我国该类型矿床的外围扩大找矿和科研工作均具有借鉴意义。

伟晶岩;差异性;铀矿;光石沟;秦岭;陕西

光石沟铀矿床以铀矿化直接产于伟晶岩脉中而有别于花岗岩型铀矿床，该矿床自20世纪60年代发现以来，经过40多年的勘查和研究，光石沟地区找矿成果不断扩大，认识逐步深入。近年来，在光石沟铀矿床详查和丹凤地区伟晶岩型铀矿科研工作中，笔者特别注意到了区内含矿伟晶岩与非含矿伟晶岩的差异性研究。通过对光石沟铀矿床含矿与非含矿伟晶岩地质学、岩石学、地球化学及地球物理等特征的研究，发现二者在宏观和微观两方面均存在差异，并对形成差异的成因进行了探讨，总结了光石沟铀矿床含矿伟晶岩的岩相学特征和地球化学特征，对该区的找矿和科研工作均具有重要意义。

1 区域地质背景

光石沟地区位于华北地台南缘北秦岭加里东褶皱带东段陕豫边界的丹凤三角地区(图1)。区内出露地层为下元古界秦岭群，北以蔡川断裂为界，与北部下古生界云架山群呈断层接触;南以商丹构造带北部分水岭断裂为界，与南部下古生界丹凤群呈断层接触。秦岭群是北秦岭造山带古老的结晶基底，具有层状无序、岩块叠置，多期次、多体制、多样式、多层次强烈变形与流变，发育复杂流变褶皱和拉伸线理，反映了秦岭群内部平行造山带走向的物质流动(张维吉等，1996)。岩性特征为一套富含泥质的陆源碎屑岩组成的角闪岩相高级变质岩系，主要岩石类型为含石榴黑云斜长片麻岩、硅线石榴黑云斜长片麻岩、石榴黑云二长片麻岩夹石榴黑云斜长变粒岩和斜长角闪片岩，铀含量3.46×10－6～3.86×10－6①陕西核工业地质局224大队.2006.陕西省商南县光石沟铀矿床8—15线详查报告(内部资料).。同位素年龄集中在20亿年左右，时代属于早元古代，陕西区调队(1988)研究为1 867.5 Ma，张宗清等(2006)研究约为2 000 Ma，左文乾等(2010)研究为1 980.5 Ma。

研究区北部的灰池子岩体是北秦岭构造带东段最大的花岗岩岩基，面积340 km2，北部与秦岭群呈整合侵入接触，南部总体斜切秦岭群构造线，局部与秦岭群呈整合侵入接触。岩体西北部岩性稍偏基性，南部和东部偏酸性，主要岩石类型为花岗闪长岩和二长花岗岩，岩石具有中细粒似斑状结构，片麻状构造;出露面积大、岩性稳定、多期侵入是其基本特征(张维吉等，1996)，形成年龄在(437±58)Ma左右(张宗清等，2006)，应属晚加里东运动的产物。

图1 丹凤三角地区地质略图Fig.1 Sketch geological map of triangle area in Danfeng region

光石沟地区处在扬子内陆板块沿商丹断裂带和华北内陆板块沿双槐树断裂带南北向相向对冲—碰撞的核心部位，区内构造线和地层展布均为北西西向，复式褶皱和韧性断裂构造发育。土地岭—牛家台复背斜是光石沟矿区主干褶皱构造，轴向130°，向南东方向倾伏，南西翼产状较陡(倾角40°～75°)，北东翼产状较缓(倾角30°～45°)，为灰池子岩体侵位提供了空间。

2伟晶岩脉产出特征

光石沟地区沿灰池子岩体接触带或变异部位、土地岭—牛家台复背斜两翼，伟晶岩脉密集分布，形成密集带，尤以复背斜南翼脉体多、规模大。伟晶岩密集带，一般长约2～4 km，宽约数百米，走向一般呈北西西向。光石沟铀矿床所在的伟晶岩密集带呈NW～SE向沿灰池子岩体南接触带展布，长约4 000 m，宽约300～800 m，呈西窄东宽状②核工业西北地勘局224大队.1992.陕西省商南县光石沟铀矿床普查评价报告(内部资料).(图2)。区内已查明有90余条伟晶岩脉，含矿伟晶岩脉占20%。自岩体接触带往外大致有由黑云母伟晶岩到白云母伟晶岩的分带现象(冯明月等，1996)。含矿伟晶岩脉沿灰池子岩体外接触带150～200 m范围密集分布，单脉一般长500～800 m，最长大于2 000 m，一般厚1～3 m，最厚达40 m，倾向SW，倾角65°～70°。单脉间隔一般5～10 m，远离接触带(大于200 m)的伟晶岩脉含矿性较差。

3光石沟铀矿床地质特征

光石沟铀矿床位于灰池子花岗岩体与下元古代秦岭群外接触带、土地岭—牛家台背斜南西翼的伟晶岩密集带内，已初步查明5条含矿脉体，控制大小矿体24个。矿体主要产于②号黑云母伟晶岩脉中，矿体形态简单，呈脉状、透镜状、似层状(图3)，矿体长度80～777 m，工程控制最长280 m;矿体平均厚度2.33 m，最大厚度6.18 m，矿床平均品位933×10－6。除长石、石英和黑云母外，矿石中有用矿物为晶质铀矿。光石沟铀矿床晶质铀矿U-Pb等时线年龄414 Ma，418 Ma③核工业203研究所，万吉等.1992.丹凤三角地带花岗伟晶岩型铀矿成矿地质环境研究及远景评价(内部资料).，与晶质铀矿紧密共生的黄铁矿Pb-Pb等时线年龄值402 Ma(冯明月，1996)。光石沟铀矿床成矿期为晚加里东期。

图2 光石沟地区伟晶岩脉分布图Fig.2 Distribution map of the pegmatite veins in Guangshigou region

4 含矿与非含矿伟晶岩的主要特征

含矿与非含矿伟晶岩同处一个伟晶岩密集带，产出条件、基本地质特征及矿物组合基本相同，笔者结合多年的野外工作和找矿实践，对光石沟地区的含矿和不含矿的伟晶岩进行了地质学、岩石学、地球化学、地球物理等方面的综合研究，认为二者之间存在有比较明显的差异。

4.1 岩相学特征

4.1.1 含矿伟晶岩脉的内部结构

光石沟地区的含矿伟晶岩脉一般为复式脉体，在脉体的膨大部位表现清楚。光石沟铀矿床985中段0～3#勘探线间②号脉体厚度较大，由3条单脉组成，单脉厚5～8 m。在编录过程中，发现矿体所在的单脉是由矿物成分、岩石色率、结构构造截然不同的两个部分构成。含矿部分的伟晶岩一般产在单脉的上盘，不含矿部分的伟晶岩则产在下盘(图4)，二者接触界面不明显，但可见0.5～1 m宽的矿物成分和结构构造过渡带。含矿的伟晶岩矿物结晶程度较高，岩石具粗粒(1～2 cm)结构，斑杂构造，黑云母含量较高，岩石色率较深、颜色较杂;不含矿的伟晶岩矿物结晶程度较差，岩石呈半晶质结构，似片麻状构造(硅质细脉呈定向排列，产状与脉体一致)，黑云母零星分布，岩石色率较浅，颜色单调。含矿脉体的这种复合性是不同成分岩浆多次涌动上侵的结果(高秉璋等，1991;李靖辉，2010)，而非含矿伟晶岩脉不具有复合性，矿物成分、结构构造单调，颜色单一。

图3 光石沟铀矿床0号勘探线剖面图Fig.3 Cross-section diagram of No.0 Exploration line in Guangshigou uranium deposit

此外含矿脉体与地层接触部位多见同化混染现象，外接触带黑云斜长片麻岩中石英团块和条带、条纹比较发育，内接触带常含片麻岩残留体或残影体，黑云母密集或成团块，岩脉多呈顺层或切层侵入。非含矿脉体与地层接触关系明显，没有混染现象。

4.1.2 伟晶岩脉岩石学特征

含矿与非含矿脉体矿物组成基本相同，含矿脉体主要为黑云母伟晶岩，结晶程度较高，粒度适中(1～2 cm);非含矿伟晶岩常为含黑云母伟晶岩及长英质伟晶岩。野外也见有不含矿的黑云母伟晶岩，但矿物粒度较大(3～5 cm不等)，呈块晶结构，矿物结晶程度很高，是在封闭、稳定的环境结晶而成的。

4.1.3 伟晶岩脉地球物理特征

光石沟地区大量的伽玛能谱资料表明，含矿与非含矿脉体在U、Th含量上存在以下差异:

非矿脉体，U＜6×10－6，Th 10×10－6～20×10－6，Th/U＞3。

含矿脉体，U＞35×10－6，Th 20×10－6～25×10－6，Th/U＜0.7。

综上所述，含矿伟晶岩脉具有明显的复式脉体特征，在分支复合、膨大收缩部位表现清楚;岩石结构、颜色、矿物成分复杂;与围岩或残留体同化混染强烈;具放射性高场或异常场，Th/U＜1，这些特征是野外工作过程中可以把握的含矿伟晶岩脉特征，也是与非矿伟晶岩的重要差别。

4.2 地球化学特征

4.2.1 常量元素特征

光石沟地区含矿与非含矿伟晶岩及灰池子岩体的化学成分列于表1。从表1可知，含矿伟晶岩比非矿伟晶岩SiO2明显降低，K2O，Na2O略有增高，TFe，Al，Mg，Ca等基性组分明显增高，含矿伟晶岩基性组分增高的现象显然与岩石中存在的黑云母有关。

图4 光石沟铀矿床985中段CM30(a)、CM38(b)南东壁含矿脉体素描图Fig.4 Sketch of ore-bearing pegmatite veins in southeast sides of CM30(a)，CM38(b)which in middle of the 985 parts in the Guangshigou Uranium deposits

表1 光石沟地区非矿与含矿伟晶岩及灰池子岩体化学成分对比表Tab.1 Chemical constituents of the ore-bearing and non-ore-bearing pegmatite veins and Huichizi pluton wt%

灰池子岩体SiO2和K2O含量明显低于伟晶岩脉，而TFe，Al，Mg，Ca等基性组分则高于伟晶岩脉，结合伟晶岩脉产于灰池子岩体接触带这一地质特征，可以说明伟晶岩脉是灰池子岩体向富Si、富K分异演化的产物。

4.2.2 微量元素特征

根据对光石沟地区多年的科研实践研究结果表明，含矿伟晶岩比非矿伟晶岩Cr，Ni，Be等亲铁元素是减少的，Mo，Pb，Zn等亲铜元素，Mn，Ti，Yb，V，Ba等亲石元素是增高的(表2)，尤其Mo的增高最明显，可以做为找铀的指示元素。光石沟铀矿床985中段CM18，CM38穿脉中铀矿体与围岩接触带已见到零星片状辉钼矿。

4.2.3 稀土元素特征

表3是光石沟地区非矿与含矿伟晶岩及灰池子岩体稀土元素含量及参数表，图5和图6分别是伟晶岩和灰池子岩体的稀土配分曲线。

表3表明非矿与含矿伟晶岩的稀土元素含量和特征均存在一些差异，其中含矿伟晶岩稀土总量较高，14个样品的平均含量为318.1×10－6，重稀土相对富集，∑Ce/∑y为3.96;而非含矿伟晶岩的稀土总量平均值为135.17×10－6，轻稀土相对富集，∑Ce/∑y为6.88;∑Ce/∑y值反映二者属于岩浆分异作用后不同演化阶段的产物。含矿和非含矿伟晶岩的稀土配分曲线均呈微右倾平滑型，铕亏损明显(＜0.3)，具有明显的晚期演化阶段偏碱性岩浆的特征。

从表3还可知，与伟晶岩相比，灰池子岩体的稀土含量较低，稀土总量变化在34.967×10－6～131.43×10－6之间(张维吉等，1996)，轻稀土总量为79.57×10－6，重稀土总量为14.65×10－6，属轻稀土富集型。模式曲线为轻稀土相对富集，重稀土相对亏损并有弱的负铕异常的右倾曲线(图5)，与伟晶岩脉的稀土元素特征和分布具有相似性。

②在这里，格雷把“推动”因素（push factor）解释成漫游癖，而把“拉动”因素（pull factor）解释成恋物癖。

表2 光石沟伟晶岩中微量元素含量对比④ 陕西核工业地质局224大队.1991.陕西省商南县光石沟地区伟晶岩脉含铀性及成矿远景研究(内部资料).Tab.2 Trace elements contents of the pegmatite in Guangshigou region 10－6

表3 光石沟地区伟晶岩及灰池子岩体稀土元素含量表Tab.3 REE contents of the pegmatite in Guangshigou region and Huichizi pluton 10－6

对比灰池子岩体和含矿与非含矿伟晶岩中稀土元素含量特征，可以看出伟晶岩脉的稀土含量高于灰池子岩体，这是由于稀土元素易于在残余岩浆伟晶作用阶段富集的结果(刘英俊等，1987)，据此可以认为该区的伟晶岩脉是灰池子岩体分异演化的产物。

4.2.4 同位素特征

图5 光石沟地区非矿与含矿伟晶岩稀土分配曲线Fig.5 REE distribution patterns of the ore-bearing and non-ore-bearing pegmatite in Guangshigou region

非矿伟晶岩与含矿伟晶岩的铅同位素组成列于表4。从表中可以看出，含矿伟晶岩比非矿伟晶岩206Pb有显著增高，其余铅同位素明显降低，铅同位素比值增高，尤其随206Pb增高，206Pb/208Pb比非矿伟晶岩高出数倍，甚至达到8.54倍，这些都是判别含矿伟晶岩的同位素参数。

图6 灰池子岩体稀土分配曲线Fig.6 REE distribution patterns of the Huichizi pluton

表4 伟晶岩铅同位素组成Tab.4 Lead isotopic composition of the pegmatite inGuangshigou region

此外在氧同位素组成上，含矿与非含矿伟晶岩也存在差异，2个含矿伟晶岩的全岩氧同位素组成均值为δO18‰=9.36，具有壳、幔混合物质的氧同位素组成特征。而对5件矿石的单矿物氧同位素组成研究结果为，石英氧同位素组成为δO18‰Q=11.14，黑云母的氧同位素均值为 δO18‰Bi=5.58，矿物对温度410～815℃，平均534℃，与伟晶岩浆的温度范围一致⑤中国核工业地质局科研项目.2008.丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿富集规律与远景预测研究报告(内部资料).。

4.3 挥发份特征

表5是含矿和非含矿伟晶岩中挥发性元素F和Cl含量表，从表5中可见，含矿伟晶岩F的增值非常明显，是非矿伟晶岩1.5～2.0倍，最高可达20倍，F含量的升高与大量黑云母存在有关。根据多年的工作经验可以将F含量大于300×10－6～400×10－6做为含矿伟晶岩的参考判别指标。

对比光石沟地区含矿伟晶岩与非矿伟晶岩的主要特征，发现二者在地质学、岩石学、地球物理以及地球化学等方面存在着明显的差异(表6)。

表5 伟晶岩挥发分含量④Tab.5 Volatile contents of the the pegmatite in Guangshigou region 10－6

由表6可以总结出，黑云母含量较高、结构构造复杂、具复式脉体、同化混染现象发育、Th/U＜1，是含矿伟晶岩的岩相学特征;富Si、富K，F和∑REE是含矿伟晶岩的地球化学特征。

5 伟晶岩脉差异性的成因浅析

为什么同处一地的伟晶岩脉，甚至是同处一个复合脉体中的伟晶岩在含矿性、岩石学和地球化学方面存在差异，一直是铀矿地质工作者需要解决的问题。笔者认为，差异性主要与灰池子岩体的多次演化和光石沟地区处在内陆板块对冲—碰撞的核心构造部位有关。对于灰池子岩体，以往认为是区域变质作用后期强烈混合岩化、花岗岩化原地改造秦岭群而形成的，这一认识是基于灰池子岩体的片麻状构造。然而，笔者在野外实际检查了多处灰池子岩体与秦岭群的接触关系，二者界线清楚。接触带附近地层未见强烈混合岩化现象，至少从野外地质特征判断，灰池子岩体应是侵入形成的。野外还看到，灰池子岩体西北部岩性稍偏基性，矿物粒度较细，南部和东部偏酸性，矿物粒度较粗，甚至含斑，岩石化学成分由富Fe，Na，Ca向富K的方向演化(刘英俊等，1987)。而光石沟地区的伟晶岩岩石化学成份则明显地表现为富Fe，Mg，Ca，Na和K，同时SiO2较灰池子岩体明显增高;灰池子岩体稀土总量变化在34.967×10－6～131.43×10－6之间，伟晶岩脉稀土总量变化在135.17×10－6～318.10×10－6之间，比前者也明显增高。

表6 含矿与非含矿伟晶岩主要特征对比表Tab.6 The characteristic comparison of the ore-bearing and non-ore-bearing pegmatite veins

以上足以说明，光石沟地区的伟晶岩是灰池子岩体岩浆演化后期的产物，演化是朝着SiO2和K以及稀土含量增高的方向进行。

两种伟晶岩的差异性是如何形成的?前面已经论述，灰池子岩体是经过多期岩浆侵入而形成的复式杂岩体。每期侵入成份不同，其演化后期产物也就不同，特别是残余岩浆对围岩具有强烈的同化作用，在吸收围岩铀和基性组分的同时改变了自身成分，使岩石中黑云母含量增高，这是造成含矿与非含矿伟晶岩差异性的根本原因所在。

从复式脉体的地质现象分析，二者在脉体膨大部位复合，早期上侵的为不含矿脉体，岩浆能量大，流动性强，冷却较快，因此造成岩脉结晶程度较差，具有定向构造;在早期岩浆开始固结，局部仍处于可塑状态，后期的含矿岩浆接着沿先期岩浆的通道上侵。由于环境温度升高压力增大，后期上侵的含矿岩浆有充分的时间进行结晶，所以矿物结晶程度较高，岩石呈粒状结构。由于两次上侵，岩浆是在液态下“亲密接触”，也就不可能存在明显的侵入接触关系。二者之间的界线只能依据矿物成分和结构构造来划分。由于二者几乎是没有间歇的上侵，形成年龄差别不大，可以说是同年龄的。目前资料显示，复合脉体是在脉体膨大部位，恰好在这一部位矿体分布较多，厚度较大，品位较高。

晚加里东期，随着扬子内陆板块沿商丹韧性剪切带、华北内陆板块沿双槐树韧性剪切带对冲—碰撞造山作用的进一步加剧，北秦岭褶皱带整体抬升，秦岭群不同物质成分构成的不同岩石沿边界发生走滑韧性剪切，并平行主构造线发育一系列复式褶皱和次一级走滑韧性剪切带，剪切带内及其附近岩石塑性增大，为岩浆的上侵提供了空间(张维吉等，1996)。土地岭复背斜位于牌楼沟脑——小花岔韧性剪切带的南侧(约5 km)，受该韧性剪切带多期活动的影响，在复背斜两翼或沿灰池子岩体接触带易产生次一级走滑韧性剪切带，灰池子岩体演化后期的残余岩浆在往复剪切力的作用下沿韧性剪切带上侵，形成光石沟地区的伟晶岩脉带。

6 结论

光石沟地区含矿伟晶岩与非含矿伟晶岩存在的差异性，其成因是灰池子岩体经分异作用后残余岩浆多期多阶段演化的产物，在残余岩浆演化过程中同化混染作用是直接导致两种伟晶岩差异性的主要原因。

岩石中黑云母含量较高，结构构造复杂，同化混染现象强烈，脉体规模较大，延伸较长、厚度较宽，膨大收缩、分支复合现象多见，是野外识别含矿伟晶岩的主要宏观标志;富Si、富K，F和∑REE是含矿伟晶岩的岩石化学和地球化学标志。

研究光石沟地区伟晶岩脉的差异性，对这一地区的普查找矿，探索该区铀成矿机理有着极其重要的意义。随着该区含矿伟晶岩宏观和微观标志的逐步建立，实际工作中结合物化探异常特征，可以指导已知矿床、矿点及外围地区的找矿勘查工作。另外，对含矿伟晶岩脉重点进行深入研究，特别是对其膨大部位地质现象的研究，可能为该区的伟晶岩成因、铀成矿机理研究提供一个新的途径。

冯明月，戎嘉树，孙志富，等.1996.北秦岭伟晶岩铀矿［M］.北京:原子能出版社.

高秉璋，洪大卫，郑基俭，等.1991.花岗岩类区1∶5万区域地质填图方法指南［M］.北京:中国地质大学出版社.

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Difference of Ore-bearing and Non-ore-bearing Pegmatite in the Guangshigou Area and Its Research Significance

SHA Ya-zhou1， ZUO Wen-qian2， ZHANG Zhan-shi3， RAO Chao-jun1
(1.No.224 of Nuclear Industry Geological Bureau in Shaanxi Province，Xi’an，SX 710024，China;2.Nuclear Industry Geological Bureau in Shaanxi Province，Xi’an，SX 710054，China;3.East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，China)

Guangshigou uranium deposit is one of the typical granite-pegmatite uranium deposits in China，the ore-body are located in the density zone of the outside contact zone of granite pluton.To distinguish the ore-bearing and Non-ore-bearing pegmatite is one of the most practices and have great significance for the effect of mineral exploration.Based on the field investigation and former research results，contrast research on the characteristics of the pegmatite on petrology，geophysical，geochemistry and stable isotopes have been carried out.It is pointed out that the ore-bearing pegmatite differ from the non-ore-bearing one from macro-and-micro-view in Guangshigou Uranium deposits，the main characteristics are summarized;the macro-and-micro signs are established，the genetic difference between the ore-bearing and non-ore-bearing pegmatite are discussed primarily.The achievements would be helpful for prospecting and researching of this type uranium deposits in China.

pegmatite;differences;uranium deposits;Guangshigou;Qinling;Shaanxi province

P584

A

1674-3504(2011)03-215-09

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.03.003

2011-05-05

中央地质勘查基金项目“陕西省商南县光石沟铀矿床外围铀矿普查”(2007621001)

沙亚洲(1957—)，高级工程师，长期从事地质矿产勘查工作。E-mail:627766396@qq.com