河北省沽源地区460矿床的铀钼矿物学特征研究

孟艳宁， 范洪海， 陈东欢， 王生云

(1.核工业北京地质研究院，地质矿产研究所，北京 100029；2.中核铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029)



河北省沽源地区460矿床的铀钼矿物学特征研究

孟艳宁1,2， 范洪海1,2， 陈东欢1,2， 王生云1,2

(1.核工业北京地质研究院，地质矿产研究所，北京 100029；2.中核铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029)

沽源460矿床为典型的火山岩型铀钼多金属矿床，矿石类型复杂。系统采集了460矿床的钻孔岩芯样品，通过岩矿鉴定，电子探针、扫描电镜及径迹蚀刻，分析研究其矿化蚀变类型及特征、矿石矿物组合及铀矿物存在形式的研究。查明了460矿床的矿化蚀变类型主要为：伊利石化、硅化、萤石化、赤铁矿化、黄铁矿化、闪锌矿化、胶硫钼矿化；铀的存在形式为：以独立的铀矿物形式存在于沥青铀矿和铀石中；以类质同相的形式存在于胶硫钼矿中；以吸附状态存在于基质、裂隙及铀钼矿物的边缘。上述研究成果为460矿床铀钼资源的进一步的开采和利用提供技术支撑。

铀钼矿床； 铀存在形式；胶硫钼矿； 沽源地区

孟艳宁，范洪海，陈东欢，等.2015.河北省沽源地区460矿床的铀钼矿物学特征研究[J].东华理工大学学报：自然科学版，38(4)：335-343.

Meng Yan-ning，Fan Hong-hai,Chen Dong-huan,et al.2015.Mineralogic characters of No.460 deposit in Guyuan area, Hebei province[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 38(4)：335-343.

沽源地区的铀矿地质工作始于20世纪60年代，目前铀矿地质工作基本处于停滞状态，前人对该地区的矿床做了大量的工作，取得了一定的认识。460矿床为沽源地区典型的火山岩型铀钼多金属矿床，矿石类型复杂。该矿床大地构造位置位于华北大陆北缘的沽源-红山子铀多金属成矿带。该成矿带基础地质研究成果丰富(芮国桢，2010；郭鸿军等，2009；陈东欢等，2011；吴仁贵等，2011；夏毓亮等，1998；沈光银，2007；沈光银等，2011；刘学武等，2010；杜俐等，2012；任之鹤等，1997；吕增尧，2012；伍静等，2011)，部分矿床已完成详查进入勘探阶段。在充分研究和吸收现有研究资料及成果的基础上，针对该矿床进行了系统地矿物学研究，系统研究了该矿床中主要矿物类型及铀钼元素的存在形式。本文的研究成果可为改进和提高铀、钼矿石的水冶浸出率提供工艺矿物学依据和基础参数，以提高铀钼资源的综合利用率。

1 区域地质背景

沽源火山盆地盖层由中生界(燕山早—中期)陆相火山岩和中生代晚期—新生代(燕山晚期—喜山期)裂陷—中基性火山岩两大构造层组成。矿床范围1.29 km2，地层、岩性出露以中生界侏罗系上统张家口组第三段为主，以流纹岩和角砾凝灰岩为主，厚度大于730 m，可分为三个火山喷发韵律(第一韵律： J3Z3-1-J3Z3-3；第二韵律： J3Z3-4-J3Z3-5；第三韵律： J3Z3-6-J3Z3-8)，八个岩性层；二段(J3Z2)次之。矿床基本特征见460矿床地质略图(图1)，主要出露地层张家口组二段及三段分述如下：J3Z2，粗面岩、沉凝灰岩；J3Z3-1，上部紫红色熔结凝灰岩、下部为灰褐色熔结凝灰岩；J3Z3-2，上部灰白色流纹岩、下部褐色流纹岩；J3Z3-3，灰白色、灰褐色钾质流纹岩；J3Z3-4，流纹质角砾凝灰岩、沉凝灰岩；J3Z3-5，流纹质熔结凝灰岩、细纹状流纹岩；J3Z3-6，流纹质角砾凝灰岩；J3Z3-7，紫色、褐色流纹质熔岩角砾岩，底部球粒流纹岩；J3Z3-8，厚层状块状流纹岩。张家口组三段(J3Z3)地层与成矿关系密切，其沿洼陷带南北两侧呈狭长带状展布，其北界多为断层接触；其中第二韵律J3z3-5流纹岩中的层间裂隙带中见铀钼矿化。

矿区断裂构造发育, 主要有NEE 向、NW 向和NNE 向3 组, 具代表性的有F45， F3， F4， F9， F10等。根据断裂空间关系其形成顺序为: NEE 组( F45-1，F45-2)NW 组(F3,F8)NNE 组(F4，F9，F10，F12)。断裂带中角砾岩( 特别是硅化角砾岩) 发育。断裂构造对本矿床的定位起到了至关重要的作用, 但对矿体没有破坏作用, 多为成矿前及成矿期断裂。北东(北北东)向断裂主要为横贯矿区北部的F45-1，F45-2断裂。断裂形成于侏罗纪晚期，张家口组三段形成之前。控制着张家口组三段白垩系地层的展布。其中，F45-1断裂带早期破碎成角砾，后期大量硅质充填，形成硅化角砾岩带；F45-2断裂带表现为粗面岩中的片理化带，局部充填有褐色流纹斑岩脉。F3长430 m，宽4 m，产状35°～ 40°∠30°～ 54°该断层早期使围岩破碎，晚期硅质胶结,形成硅化角砾岩。角砾不发育部位表现为片理化。本构造具控岩(流纹斑岩体沿该构造充填)、控矿(地表钼矿化产状与构造产状一致)双重性。F4长150 m，宽6 m，产状330°∠30°～ 53°，主要表现为破碎带，充填有水云母及高岭土，上宽下窄，由地表至坑道40 m即尖灭，为成矿后断裂，对矿体破坏较小。

2 样品采集及实验方法

本次样品采自460矿床第十三号钻孔，样品自上而下系统而连续，从标高210～234 m，样品岩性为蚀变流纹斑岩，主要矿化为铀钼矿化，样品表面存在由胶硫钼矿地表氧化而形成的蓝墨水样矿粉，样品磨制光薄片需注胶。

针对本次实验样品的特点，首先经过系统的岩矿鉴定工作，描述样品的结构、构造，蚀变类型和蚀变的矿物组合，在此基础上通过电子探针进行铀钼矿物的鉴定，通过扫描电镜对矿物形态和结构进行研究，通过径迹蚀刻对铀元素分布形式进行分析(表1、表2)。

3 岩石学特征及蚀变特征

3.1 岩石学特征

岩石主要由斑晶和基质两部分组成，斑晶主要为石英和长石(完全水云母化)，岩石中约占20%。斑晶中石英和长石的比例约为4∶3。石英斑晶的粒度变化于0.5～3 mm(大部分石英斑晶粒径介于1～2 mm)，主要呈六边形、四边形，少量呈浑圆状、多边形，边缘圆滑，内部裂隙较为发育。石英斑晶中发育的裂隙可能是在岩石成岩过程中由于早期形成的石英斑晶跟后期基质的温度差异及成岩过程中的应力等造成。长石斑晶已完全水云母化，局部可见残留钾长石，粒度变化于0.5～1.5 mm。基质由微晶石英和长石组成，微晶石英多呈不规则状，粒度变化于50～200 μm。

裂隙充填物主要为金属矿物，脉中的金属矿物主要有黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等。脉宽最宽可达5 mm。而且在裂隙中可以看到后期的黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿共生。

3.2 蚀变特征

结合镜下显微观察，岩石发育强烈的伊利石化、硅化、萤石化、赤铁矿化、黄铁矿化、闪锌矿化、胶硫钼矿化。

伊利石化主要发生在斑晶及基质中的长石中，使岩石形成多孔疏松、类似海绵状结构，易破碎，为成矿热液运移和沉淀提供了极有利的空间场所。

硅化为基质中的石英发生重结晶作用，形成微晶石英。后期硅化为梳状或细脉状石英，无色透明，结晶较好。

萤石化主要呈不规则粒状、浸染状、团块状和条带状集合体出现，其中紫色胶状，结晶差，一般呈浸染状、团块状、条带状集合体萤石出现在铀矿化区域；矿后期为浅色或无色，呈脉状、网脉状充填于岩石微节理、裂隙中。

赤铁矿化主要呈尘点状、云雾状出现在岩石基质和斑晶中。

岩石中黄铁矿主要呈粒状、细脉状分布，闪锌矿主要呈不规则粒状出现在基质和脉体中。黄铜矿化通常同闪锌矿共同出现。

胶硫钼矿化在岩石中广泛发育，主要呈脉状、网脉状和浸染状，脉体宽度可达到2 cm，通常铀矿化与胶硫钼矿关系紧密。

系统总结该地区的蚀变特征，可划分为以下三个阶段：

在矿前期阶段，围岩蚀变主要呈面型发育，主要表现在蚀变发育广泛且范围较广，张麻井矿床和大官厂矿床发育了广泛的水云母化，交代流纹岩中的长石斑晶和基质中的长石微晶，使岩石变得疏松多孔，为成矿提供了有利条件。

在成矿期阶段，围岩蚀变主要发育在构造中心或活动裂隙附近。张麻井矿床中赤铁矿化呈尘点浸染状分布在岩石中，水云母化呈细脉状或网脉状分布，同时矿化与紫黑色萤石和深色石英关系密切。

在矿后期阶段，由于成矿流体的化学成分变化，交代能力减弱，四个矿床形成一些脉状的浅色或无色石英脉、无色或绿色萤石脉和碳酸盐脉。

4 铀钼矿物的存形式分析

4.1 铀钼矿物特征

结合镜下显微观察及电子探针研究，该地区铀矿物主要包括两种：沥青铀矿和铀石，其中沥青铀矿占主要部分；钼矿物为胶硫钼矿。

4.1.1 铀矿物

(1)沥青铀矿。沥青铀矿(Pitchblende)为该地区的主要铀矿物，其成分见表1。沥青铀矿主要呈脉状、网脉状、皮壳状、胶状、球粒状等(图2a)。沥青铀矿主要出现在石英脉体中，或出现在角砾内部、裂隙和角砾边缘，或呈胶状、浸染状微细脉状出现在胶硫钼矿中等(图2b)。

电子探针分析结果中，大部分沥青铀矿的总量较好，为85%～90%，其他部分总量较低是由于样品中沥青铀矿较细小或沥青铀矿结构较疏松。UO2的含量集中在70%～87%，也包含许多其他组分如CaO和SiO2，ThO2和PbO的含量较少。

(2) 铀石。铀石(Coffinite)为该地区的次要铀矿物，其成分见表1。铀石主要呈镶边状包围着粒状沥青铀矿或胶硫钼矿(图2c,d)。

4.1.2 钼矿物

胶硫钼矿(Jordisite)，MoS2，为辉钼矿的非晶质集合体状态，其形成温度较辉钼矿低。热液作用下，辉钼矿在酸性条件下沉淀最为稳定，低温条件下，在强酸性还原环境中生成胶硫钼矿，氧化后的产物为蓝钼矿。在外生作用中，钼与铀相似，在接近中性或偏碱性的氧化还原过度环境中稳定，由此生成多种含铀的钼酸盐矿物，如钼铀矿([(UO2)MoO4·4H2O])、钼钙铀矿([Ca(UO2)3(MoO4)·(OH)2·11H2O])等。

胶硫钼矿是该地区主要的钼矿物，主要呈脉状、胶状、浸染状和不规则粒状分布。大部分胶硫钼矿都存在干裂纹，主要出现在石英脉体中，或呈浸染状出现在基质中，往往同铀矿化产出。

电子探针分析结果(表2)中，胶硫钼矿的总量集中在75%～80%左右，应是由于矿物中含有水。Mo含量集中在39%～45%，S含量集中在15%～35%，Fe含量集中在1%～7%。

根据电子探针研究，从两种矿物的极为相似的形态特征可以得出该地区铀矿化同胶硫钼矿化关系密不可分，两者往往共存。

图2 电子探针背散射图像Fig.2 The backscattered electron image

4.2 径迹蚀刻特征分析

本文对样品进行了径迹蚀刻以更直观的方式分析样品中铀的存在形式。通过对22件样品(蚀变流纹斑岩)的径迹蚀刻结果显示，该地区样品中的铀含量较高，铀矿物及铀矿脉体中形成的径迹密度相对较大，在基质中也有密度较低的径迹均匀地分布，蚀变长石斑晶中的蚀刻径迹较少，而石英斑晶中的径迹更为稀少。

从图3可以看出，铀矿物及铀矿脉体在光薄片及径迹蚀刻片中有良好的对应关系，形态对应完美，其蚀刻径迹密度较大。在石英斑晶中的径迹密度很小，而下方铀矿脉之下的基质中的径迹分布均匀，密度较小。

图3 铀矿物、铀矿脉体及基质中的径迹特点Fig.3 Track characteristics in uranium minerals, uranium veins and matrix

光薄片中的矿物组合形态与径迹蚀刻片中的径迹分布状态相吻合，对比其特征可以得出(图4)，铀矿脉体中的径迹密度最大，在基质及蚀变长石斑晶中也均匀分布有一定量的蚀刻径迹，说明其中有也有一定含量的铀均匀分布。

4.3 铀的存在形式

通过光薄片观察及电子探针分析得出，该地区铀主要以独立的铀矿物(沥青铀矿和铀石)形式存在，以类质同相的形式存在于胶硫钼矿中。另外通过放射性照相实验分析可以得出，在基质、裂隙及铀钼矿物的边缘，均有以吸附状态存在的铀。

图4 铀矿脉体、斑晶及基质中的径迹特点Fig.4 Track characteristics in uranium veins,phenocryst and matrix

5 结论

本文通过大量的岩矿鉴定、电子探针及径迹蚀刻工作，对460矿床的矿化蚀变特征，矿石矿物的种类及铀的主要存在形式进行了研究分析，其研究成果有助于为矿山进一步的开采和冶炼工作提供技术参数。

(1) 460矿床是铀钼混合型矿床，主要的矿石矿物为胶硫钼矿，沥青铀矿和铀石。铀与钼为共生关系。

(2) 460矿床中成矿期蚀变为细脉状水云母化—紫黑色萤石化—赤铁矿化—黄铁矿化—棕红色硅化。

(3)通过径迹蚀刻进一步查明460矿床铀的存在形式为：以独立的铀矿物形式存在-沥青铀矿和铀石；以类质同相的形式存在于胶硫钼矿中；以吸附状态存在于基质、裂隙及铀钼矿物的边缘。

陈东欢，范洪海，王凤岗，等. 2011.沽源-红山子地区火山岩型铀矿床蚀变特征[J].铀矿地质， 27(2)：88-94.

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Mineralogic Characters of No.460 Deposit in Guyuan Area, Hebei Province

MENG Yan-ning1,2， FAN Hong-hai1,2, CHEN Dong-huan1,2, WANG Sheng-yun1,2

(1. Division of Geology and Mineral Resource,Beijing Research Institute of Uranium Geology,Beijing 100029，China;2.Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology, CNNC, Beijing,100029,China)

Guyuan 460 deposit is a typical volcanic type polymetallic uranium-molybdenum deposit, with complex ore types. Systematically collecting a series of drilling core samples in 460 deposit, through the methods of rock mineral identification, electron microprobe, scanning electron microscope and the track etch, it analyzes the alteration types and characteristics, the ore mineral assemblage and the uranium existing forms. The mineralization alteration types in 460 deposit are mainly: illitization, silicification, fluoritization, hematite mineralization, pyritization, sphaleritization and jordisitization; The uranium existing forms are mainly: existing independently as pitchblende and coffinite; existing as isomorphism in jordisite; existing as adsorption state in the matrix, fractures and the edge of uranium molybdenum minerals. All the above research results would provide technical support for further exploitation and utilization of uranium molybdenum resources in 460 deposit.

uranium molybdenum deposit; uranium existing forms; jordiste; Guyuan area

2014-12-08

相山地区中生代壳幔作用过程对铀成矿制约(41040019)

孟艳宁(1984—)，女，博士研究生，从事钍矿物地球化学研究。E-mail: myn581@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2015.04.001

P618.65；P619.14

A

1674-3504(2015)04-0335-09