光石沟铀矿床含矿主岩及铀矿化特征

冯张生，陈金录，程德进，周琳，张夏涛

（中陕核工业集团公司，西安 710100）

光石沟铀矿床含矿主岩及铀矿化特征

冯张生，陈金录，程德进，周琳，张夏涛

（中陕核工业集团公司，西安 710100）

光石沟铀矿床是我国典型的花岗伟晶岩型铀矿床，矿体呈透镜状及脉状断续产于壳幔混源黑云母花岗伟晶岩脉中，铀矿物以晶质铀矿为主。通过该矿床矿化黑云母花岗伟晶岩及铀矿化特征研究，提出了该矿床形成于加里东期拉张动力环境，成矿岩浆属于温度≥700℃、富铀、含F及CO2、低氧逸度的岩浆-热液过渡性流体体系，铀以氟羟基络合物形式迁移富集，岩浆-热液体系沸腾、去气作用是晶质铀矿沉淀成矿的主要成矿作用，形成晶质铀矿环边的黄铁矿、方解石、铀石等矿物是热液成矿阶段产物的新认识。

光石沟铀矿床；含矿主岩；铀矿化特征

陕西省商州—丹凤—商南国家铀矿整装勘查区花岗伟晶岩型铀矿是我国20世纪80年代发现的铀矿新类型，光石沟铀矿床是该整装勘查区典型矿床及骨干矿床，也是目前惟一完成详查的矿床，笔者应用已有资料初步总结了该矿床含矿主岩及铀矿化特征，对成因提出了新认识，以为该整装勘查区同类型铀矿勘查提供参考。

1 成矿地质背景

光石沟铀矿床位于我国秦祁昆成矿域祁连—秦岭成矿省北秦岭成矿带光石沟—陈家庄花岗伟晶岩型铀矿区光石沟地区，矿区地层为富泥质沉积相、经区域变质形成以片麻岩类为主的秦岭群峦庄块体，岩浆岩为加里东期壳幔混源成因的黄龙庙、骡子坪、灰池子岩基和陈家庄、毛芋园、大毛沟、高山沟岩株及花岗伟晶岩脉，分布于上述岩基、岩株内、外接触带的黑云母花岗伟晶岩为含矿主岩，铀矿体呈脉状断续产于黑云母花岗伟晶岩中，铀矿物主要为晶质铀矿［1-2］。

2 含矿主岩特征

2.1 含矿主岩分布

矿床含矿主岩为黑云母花岗伟晶岩，分布于土地岭—牛家台短轴背斜翼部、大毛沟岩株外接触带300 m范围古元古界秦岭群第3岩性段第2亚段（Pt1qn3-2）片麻岩内，断裂分布于含矿主岩外围，基本对含矿主岩无破坏作用（图1）［2］。

2.2 含矿主岩特征

2.2.1 岩性及产出特征

黑云母花岗伟晶岩主要以单脉形式产出，除局部切层外、产状与地层基本一致，具有成群、密集分布特点，脉间距5～30 m，长度一般50～2 000 m、最大3 400 m，宽度一般1～3 m、最大40 m。沿走向、倾向具有尖灭再现、分支复合、膨大狭缩的特点（图1），岩脉内部常见变质岩残留体，岩脉与变质岩接触带部位同化混染现象发育。

矿床已基本查明②号脉为矿床主矿化黑云母花岗伟晶岩，①、68号脉为矿床次矿化黑云母花岗伟晶岩，矿化黑云母花岗伟晶岩内常见团块状分布的黑云母及棕红色更长石［2］。

2.2.2 矿物成分及结构构造

黑云母花岗伟晶岩呈灰白-浅肉红色，中粗粒-伟晶结构，块状结构，主要矿物为条纹斜长石、微斜长石、石英、黑云母和白云母（图2）；副矿物有晶质铀矿、石榴子石、方铅矿、黄铁矿、辉钼矿、磷灰石和锆石。矿化黑云母花岗伟晶岩富团块状黑云母及棕红色更长石，非矿化黑云母花岗伟晶岩中的黑云母多以鳞片状产出，偶见钠更长石（图3）。

2.2.3 岩石化学特征

图1 光石沟铀矿区地质简图Fig.1 Geological sketch of Guangshigou uranium ore area

光石沟铀矿区岩浆岩都属于富硅、铝过饱和的钙碱性花岗岩，大毛沟岩株分异结晶阶段出现钾钠含量比值转折，钾钠比值由小于1转变为大于1，矿化黑云母花岗伟晶岩具有铀含量、钾钠含量、钾钠比值、钙碱指数最高和钍铀比值最低的特点（表1）［2］。

图2 黑云母花岗伟晶岗块状构造，粗粒结构（正交偏光）Fig.2 Biotite granite pegmatite with massive structure，coarse granular texture （Orthogonal polarization）

图3 二长黑云母花岗伟晶岩块状构造，粗粒结构（正交偏光）Fig.3 Monzonitic biotite granite pegmatite with massive structure，coarse granular texture （Orthogonal polarization）

表1 光石沟铀矿区岩浆岩主量及放射性元素含量一览表Table 1Major and radioactive elements contents of igneous rock in Guangshigou uranium ore area

表1 （续）

表2 矿化黑云母花岗伟晶岩与非矿化黑云母花岗伟晶岩微量元素分析结果Table 2Trace elements analysis results of mineralized biotite granite pegmatite and non-mineralized biotite granite pegmatite

2.2.4 地球化学特征

矿化黑云母花岗伟晶岩明显富集Zr、Mo元素（表2、图4），同时，另由化学分析结果，非矿化黑云母花岗伟晶岩F平均含量为237×10-6，矿化黑云母花岗伟晶岩F平均含量为413×10-6，反映了Zr、Mo和F元素与铀成矿关系密切。

图4 矿化黑云母花岗伟晶岩与非矿化黑云母花岗伟晶岩微量元素地幔标准蜘网图Fig.4 Primitive mantle-normalized trace elements spider diagrams for the mineralized biotite granite pegmatite and non-mineralized biotite granite pegmatite

图5 矿化黑云母花岗伟晶岩与非矿化黑云母花岗伟晶岩稀土元素配分曲线Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for the mineralized biotite granite pegmatite and nonmineralized biotite granite pegmatite

矿化黑云母花岗伟晶岩与非矿化黑云母花岗伟晶岩，都具有轻稀土富集，重稀土亏损的稀土模式，配分曲线形态都呈右倾式（图5）。矿化黑云母花岗伟晶岩轻稀土含量、重稀土含量、稀土总量高于非矿化黑云母花岗伟晶岩，矿化黑云母花岗伟晶岩δEu值小于非矿化黑云母花岗伟晶岩，矿化黑云母花岗伟晶岩铕的亏损程度高于非矿化黑云母花岗伟晶岩（表3）。

2.2.5 形成温度

表3 矿化黑云母花岗伟晶岩与非矿化黑云母花岗伟晶岩稀土元素分析结果及主要参数Table 3Content and main parameters of the mineralized biotite granite pegmatite and non-mineralized biotite granite pegmatite

表3 （续）

运用二元长石温度计，计算出非矿化黑云母花岗伟晶岩的结晶温度约为623～679℃，矿化黑云母花岗伟晶岩的结晶温度约为582～607℃，从非矿化黑云母伟晶岩-矿化黑云母伟晶岩，成岩结晶温度降低，说明矿区黑云母花岗伟晶岩是同源岩浆不同期次分异侵入成岩成因［3］。

2.2.6 矿化与非矿化黑云母花岗伟晶岩中的长石及黑云母特征

从非矿化黑云母伟晶岩-矿化黑云母伟晶岩，碱质含量、铀含量和钍含量增加（表1），斜长石由钠长石向更长石演化，碱性长石中钾长石成分不断增加［4］。矿化黑云母花岗伟晶岩中的黑云母相对非矿化黑云母花岗伟晶岩具有较高的Mg、Mn等基性成分，具有较低的Al、ACNK值，同时矿化黑云母花岗伟晶岩中的黑云母氧逸度值低于非矿化黑云母花岗伟晶岩中的黑云母氧逸度值［4］。

3 铀矿化特征

矿床共圈定23个盲矿矿体，断续产于矿化黑云母花岗伟晶岩中，沿走向、倾向平行或雁行状排列，呈脉状、透镜状，具有尖灭再现、分支复合特征（图6）。其中10个主要矿体长度40～976 m，埋深10～638 m，延深42～460 m，厚度0.35～2.98 m，变化系数42.2%～130.7%，厚度较稳定，品位0.0517%～0.1945%，变化系数16.3%～57.3%，矿化均匀。

3.1 矿石类型及分布

图6 光石沟铀矿床985 m中段矿体分布简图Fig.6 Ore body distribution sketch of 985 m level in Guangshigou uranium deposit

图7 花岗伟晶岩型铀矿石Fig.7 Granite pegmatite type uranium ore

图8 富黑云母花岗伟晶岩型铀矿石Fig.8 Biotite-rich granite pegmatite type uranium ore

铀矿石自然类型为花岗伟晶岩型（图7）、富黑云母花岗伟晶岩型（图8），富更长石花岗伟晶岩型（图9），以花岗伟晶岩型铀矿石为主，富黑云母花岗伟晶岩型、富更长石花岗伟晶岩型铀矿石断续分布于花岗伟晶岩型铀矿中，无法单独圈出。工业类型属于萤石等特征矿物含量低的高硅酸盐铀矿石。

图9 富更长石型铀矿石Fig.9 Oligoclase-rich uranium ore

3.2 矿石物质成分

脉石矿物主要为微斜长石、条纹长石、更长石和石英，其次为黑云母、白云母、黝帘石、白云石和方解石。金属矿物有黄铁矿、磁铁矿、辉钼矿、锆石和独居石，工业铀矿物主要为晶质铀矿，含铀矿物铀钍铀矿、钍石、独居石和磷灰石（表4）。

矿石化学成分具有富硅、铝过饱和、Fe3＋/ （Fe3＋＋Fe2＋）值低、铁镁质成分含量较高、钾钠含量高、钾钠比值大于1的特点（表5），与矿化黑云母花岗伟晶岩的化学成分基本一致。

3.3 铀赋存状态

矿石中铀主要以独立矿物存在，其中晶质铀矿中的铀配分占99.69%，钍石、铀石、钍铀矿中的铀配分0.01%，含铀矿物磷灰石、独居石中的铀配分0.30%。

晶质铀矿呈稀疏浸染状分布于花岗伟晶岩中（图10、11），以自形等轴粒状、自形板状（图12）赋存于脉石矿物粒间为主，其次被方解石、黄铁矿和铀石等矿物包裹（图13）。晶质铀矿的富集程度与团块状黑云母、更长石、黄铁矿、磷灰石、独居石和钍铀矿等矿物的富集程度呈正相关关系：低品位花岗伟晶岩型铀矿石（图7）晶质铀矿主要分布于长石、石英粒间，少量分布于黑云母粒间，晶质铀矿周围常分布磷灰石、独居石和锆石等含铀副矿物；中等品位花岗伟晶岩矿石（图8、9）富含团块状黑云母或棕红色更长石等富铀矿物，晶质铀矿分布于黑云母及更长石粒间（图10、11）；高品位花岗伟晶岩矿石（图14）同时富团块状黑云母、棕红色更长石［2］。

表4 矿石矿物组成Table 4Composition of ore minerals

表5 不同矿石类型主量元素含量Table 5Major element contents of different types of ore

图10 反光正交图像Fig.1 0Reflection orthogonal image

图12 扫描电镜背散射图像Fig.1 2BSE of SEM

图11 电子探针背散射图像Fig.1 1BSE of Electron probe

图13 扫描电镜背散射图像Fig.1 3BSE of SEM

图14 富黑云母及更长石花岗伟晶岩型铀矿石Fig.1 4Biotite-oligoclase-rich granite pegmatite type uranium ore

3.4 铀矿化形成机理

秦岭群峦庄地块是古元古代形成于华北古陆南缘的富铀碳硅泥质沉积建造，新元古代在华北古陆南缘俯冲-碰撞造山背景下，于晋宁旋回中晚期变形变质形成以黑云斜长片麻岩为主体的秦岭群第3岩性段第2亚段富铀层（Pt1qn3-2）［5-6］。

古生代早期因古秦岭洋向秦岭微地块斜向俯冲，秦岭群峦庄块体处于大陆动力环境急剧变换和抬升运动阶段。富含氟、CO2气体的幔源岩浆上侵局部熔融约35～40 km深的富铀秦岭群峦庄地块形成了温度≥700℃、富铀、含F及CO2、低氧逸度的岩浆-热液过渡性流体体系，该岩浆-热液过渡性流体体系呈脉动式上侵成岩。挤压应力作用下，结晶分异形成灰池子花岗闪长岩岩基（颗粒锆石激光探针Pb-Pb年龄465 Ma）及残浆。大陆动力条件由挤压向伸展过渡阶段，形成大毛沟白岗质岩株（颗粒锆石激光探针Pb-Pb年龄423 Ma）及残浆。423 Ma以后大陆动力环境转变为伸展环境，岩体接触带层间滑脱带张开，残浆沿层间滑脱带结晶成岩，残浆在不同的温度、压力条件下分异结晶，先后形成黑云母花岗伟晶岩（颗粒锆石激光探针Pb-Pb年龄405 Ma）、二云母花岗伟晶岩（K-Ar年龄378 Ma）、白云母花岗伟晶岩（K-Ar年龄367 Ma）［5］。岩浆演化过程中，铀以氟羟基络合物在岩浆-热液过渡性流体体系中迁移并向残浆中富集，黑云母花岗伟晶岩形成阶段，富铀富氟富CO2气体岩浆-热液体系由于压力、温度的降低形成去气作用使氟羟基络合物分解，铀在岩浆阶段fo2低状态下形成晶质铀矿沉淀于黑云母花岗伟晶岩中，F进入磷灰石及黑云母矿物。铀在热液阶段fo2低状态下形成含铀矿物，CO32-最后形成了方解石矿物，部分含铀矿物与方解石形成了晶质铀矿环边［2］。因残浆中铀含量、温度及压力等物化条件差异，形成矿化黑云母花岗伟晶岩、非矿化黑云母花岗伟晶岩，晶质铀矿物富集程度达到工业要求的黑云母花岗伟晶岩形成铀矿（化）体。

4 结语

1）光石沟铀矿床秦岭群第3岩性段第2亚段为富铀层，大毛沟岩株为铀源体，黑云母花岗伟晶岩为含矿主岩。矿化黑云母花岗伟晶岩分布于岩体外接触带300 m范围，具有中粗粒结构和富团块状黑云母及棕红色更长石、磷灰石和独居石矿物的岩石学特征，铀高、钍低、Th/U值小于1的放射性地球化学特征，Mo、Zr、F、稀土元素含量高及δEu值小于0.19的的地球化学特征。

2）矿体品位与矿化黑云母花岗伟晶岩中团块黑云母、棕红色更长石、含铀矿物和锆石、磷灰石、辉钼矿等副矿物富集程度呈正相关关系，上述矿物少时属于低品位矿石，富团块状黑云母或棕红色更长石时属于中等品位矿石，同时富团块状黑云母、棕红色更长石时属于富矿石。

3）光石沟铀矿床自然类型以花岗伟晶岩铀矿为主，铀矿物主要为晶质铀矿，呈自形晶、稀疏浸染状分布，多见由方解石、含铀矿物、黄铁矿和褐铁矿等矿物组成的环边。

4）光石沟铀矿床岩浆岩是壳幔混源岩浆呈脉动形式不同阶段分异结晶的产物，黑云母花岗伟晶岩及花岗伟晶岩型铀矿形成于拉张大陆动力环境，铀在岩浆中呈［UF2（CO3）3］4-络合物迁移富集，铀沉淀富集的主要原因是富铀岩浆在低氧逸度条件下因温度、压力降低形成的去气作用及沸腾作用使［UF2（CO3）3］4-络合物分解形成了晶质铀矿，晶质铀矿环边是在成矿后期含铀热液沉淀作用下形成的。

［1］罗忠戌，沙亚洲，张展适，等.丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿富集规律及成矿远景预测研究报告［R］.北京:中国核工业地质局，2008.

［2］程德进，冯张生，张夏涛，等.陕西省商南县光石沟铀矿床详查报告［R］.西安：陕西省核工业地质局224大队，2014.

［3］冯张生.陕南光石沟伟晶岩型铀矿床中长石矿物初步研究［J］.化工矿产地质，2012，34（2）:71-76.

［4］陈佑纬，毕献武，胡瑞忠.陕南光石沟伟晶岩型铀矿床中黑云母矿物化学研究及其对铀成矿的启示［J］.矿物岩石，2013，33（4）:17-27.

［5］冯张生，张夏涛，焦金荣.陕西省丹凤地区花岗伟晶岩型铀矿特征及找矿方向［J］.西北地质，2013，46（2）:160-165.

［6］王涛，胡能高，裴先治，等.秦岭杂岩的组成、构造格局及演化［J］.地球学报，1997，18（4）:345-351.

Characteristics of host rock and uranium mineralization in Guangshigou uranium deposit

FENG Zhangsheng，CHEN Jinlu，CHENG Dejin，ZHOU Lin，ZHANG Xiatao
（China Shaanxi Nuclear Industry Group Corporation，Xi’an 710100，China）

Objective：Guangshigou uranium deposit is a typical granite pegmatite type uranium deposit in China，the ore body present lenticular and veined shape which produced intermittently in the biotite granite pegmatite originated from crust-mantle mixing，uranium mineral are mainly uraninite.Through the study characteristics of mineralized biotite granite pegmatite and uranium mineralization in the deposit，the new understandings were put forward.The deposit formed in the extensional environment in the Caledonian，and the metallogenic magma belongs to the magmatic-hydrothermal transitional fluid system which is of the temperature over or equal to 700℃，U-rich，containing F and CO2and lowoxygen fugacity，the uranium was migrating and enriched in the form of fluorine hydroxyl complexes magmatic-hydrothermal system，boiling and degassing are the main cause of uraninite precipitating and metalization，minerals such as the pyrite，calcite and coffinite，around uraninite rim belong to the products of hydrothermal mineralization stage.

Guangshigou uranium deposit；ore-bearing host rock；characteristics of uranium mineralization

P619.14

A

1672-0636（2015）04-0200-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.04.003

2014-09-16；

2015-04-07

冯张生（1972—），男，甘肃西和人，高级工程师，长期从事花岗伟晶岩铀矿勘查工作。E-mail:1191753709@qq.com