光石沟花岗伟晶岩型铀矿床地质及流体包裹体特征

田浩浩，凌锦兰，胡小佳

（1.中陕核工业集团公司，西安 710100；2.中陕核工业集团二二四大队有限公司，西安 710100）

光石沟地区为我国重要的花岗伟晶岩型铀矿床产地之一， 是商—丹地区伟晶岩型铀成矿最有利的地区［1］。特别是近几年随着陕西商州—丹凤—商南地区铀矿整装勘查区内找矿项目的开展， 矿床的规模不断扩大， 对其形成机理的认识也逐步加深。 前人在矿床地质、 矿物学、 年代学、 岩石地球化学及找矿预测等方面开展了大量研究［2-10］，并取得了一些重要成果， 如明确了该区内花岗伟晶岩型铀矿的找矿前景， 花岗伟晶岩的形成环境、年龄等，但成矿流体方面的研究还相对缺乏。

成矿流体的温度、 压力和深度等是控制伟晶岩脉体的分异程度、 矿化程度和矿化类型的关键因素， 同时也控制着岩浆性质和演化特征［11］。而矿物中流体包裹体的研究是探讨岩石矿石形成物理化学条件的重要手段。笔者拟通过系统的岩相学观察， 显微测温研究以及激光拉曼分析， 试图揭示光石沟花岗伟晶岩铀矿床的地质特征和成矿流体特征，为该区的铀矿找矿工作提供新的参考。

1 区域地质特征

光石沟铀矿床大地构造位置处于秦岭造山系东部的北秦岭加里东褶皱带， 夹持于商丹断裂与蔡川断裂构造之间。 该区曾受到元古宙的秦岭裂谷作用、 古生代的板块俯冲和碰撞以及中新生代断块逆冲推覆构造的影响，构成了以东西向构造为主的区域构造格架［12］。

区内出露地层为下元古界秦岭群［5］，是一套由片麻岩、 大理岩、 斜长角闪岩和混合岩组成的中深变质岩系， 岩性以黑云斜长片麻岩为主。 伟晶岩脉主要分布在秦岭群的黑云斜长片麻岩中。

区内褶皱构造主要为留仙坪—碾子坪—峦庄地背斜，北翼被金陵寺—蔡川断裂断失，南翼完整且次级褶皱发育。背斜轴呈NW-SE向， 枢纽变化大。 区内断裂构造发育， 南带有商丹断裂， 中部有双槽断裂， 北带有分水岭断裂，蔡川断裂构成叠瓦式强构造变形带，构造线方向总体呈110°方向展布。

区内中酸性岩浆岩体、 岩株、 岩脉和花岗伟晶岩脉群广泛分布。 商—丹地区分水岭断裂以北主要分布加里东早期花岗岩体（γ31），晚期富钾花岗岩株、 花岗岩脉（γ32）以及伟晶岩脉组合（黑云母花岗伟晶岩、二云母花岗伟晶岩、白云母花岗伟晶岩）。这些花岗岩体多以不规则弯窿状产出， 岩体长轴方向与区域构造线方向基本一致，呈北西-南东向。伟晶岩脉多围绕晚期富钾花岗岩株（γ32）呈带状产出。 与光石沟铀矿床关系较为密切的是加里东早期的黑云母花岗闪长岩（灰池子岩体，450～437 Ma）［2，8-9］、 加 里 东 晚 期 二 长 花 岗岩（大毛沟岩株， 420～419 Ma）［13］和 加 里东晚期黑云母花岗伟晶岩脉（集中在415～402 Ma）［8-9］。

2 矿床地质特征

光石沟铀矿床位于北秦岭丹凤三角区的东段土地岭—牛家台背斜南西翼， 大毛沟岩株南西方向外接触带200 m 范围内的黑云母花岗伟晶岩密集区（图1），是该区规模最大的矿床， 达到大型规模。 黑云母花岗伟晶岩为矿床赋铀主岩， 产铀黑云母伟晶花岗岩一般靠近岩体接触带密集分布，单脉一般长430～820 m，通常厚0.8～3.5 m，最厚达40 m，倾向SW，倾角60°～70°。最长者为2 号脉，长度约3.8 km， 东西横贯整个矿区， 为矿床的主要矿体。

已初步查明10 条含矿脉体，控制大小矿体23 个， 各含矿脉体基本平行排列， 沿走向、 倾向具有分支复合的展布特征。 含矿黑云母花岗伟晶岩呈灰白-浅肉红色，伟晶状文象结构， 块状构造， 主要矿物成分为石英（40%～45%）、斜长石（30%～35%）、钾长石（20%～25%）、 黑云母 （1%）， 少量副矿物（如锆石、 独居石和磷灰石等）。 其中富黑云母或钾长石的黑云母花岗伟晶岩含矿性最好。铀矿体严格受伟晶岩脉控制， 同一矿体沿走向、 倾向呈断续状分布于矿化伟晶岩脉中。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、 透镜状和似层状， 矿体长度80～777 m，平均厚度2.33 m，最大厚度6.18 m。

矿石类型主要为花岗伟晶岩型铀矿石，在花岗伟晶岩脉的不同部位往往产出具有不同特征的铀矿石， 如花岗伟晶岩型铀矿石、同化混染型铀矿石、 富黑云母型铀矿石和石英脉型铀矿石， 工业类型为低品位的高硅酸盐铀矿石。 金属矿物有黄铁矿、 磁铁矿、 褐铁矿和辉钼矿， 工业铀矿物主要为晶质铀矿（图2），硅钙铀矿及铀黑等次生铀矿物仅见于地表以下20 m 范围内的氧化带中。铀元素在晶质铀矿、 独居石和锆石 （及钍石、 铀石、钍铀矿）矿物中的含量分别为99.69%、0.30%和0.01%。晶质铀矿以自形粒状为主，粒径多在20～200 μm，边部常有黄铁矿或磁铁矿的断续环边。 可独立产出， 也可与锆石、 独居石和磷钇矿伴生。 石英、 斜长石、 钾长石中均可产出， 主要呈立方体、 八面体自形晶形式嵌布于钾长石粒间， 少量呈不规则状嵌布于斜长石、 钾长石或石英等其他脉石矿物裂隙内。

图1 光石沟铀矿区地质简图 （据袁峰等，2017）Fig.1 Geology sketch of Guangshigou uranium deposit （After YUAN Feng，et al，2017）

图2 光石沟晶质铀矿背散射下特征Fig.2 Back scatter image of uranite in Guangshigou uranium deposit

矿石构造为稀疏浸染状构造， 晶质铀矿稀疏浸染状分布于花岗伟晶岩中。 光石沟铀矿床晶质铀矿U-Pb 等时线年龄418、414 Ma，与晶质铀矿紧密共生的黄铁矿Pb-Pb 等时线年龄值402 Ma［4］。

3 样品采集和分析方法

本次样品均采自光石沟矿床的含矿伟晶岩脉， 来自地表露头、 钻孔岩心以及矿硐。测温仪器为英国Linkam THMSG 600 型显微冷热台（-196～600 ℃）。流体包裹体来自含矿伟晶岩中的石英。 流体包裹体成分原位激光拉曼显微探针测试仪器为英国Renishaw System－2000 显微共焦激光拉曼光谱仪。

4 流体包裹体

4.1 岩相学

通过野外样品采集及室内岩相学观察可知， 光石沟花岗伟晶岩铀矿床石英中发育大量流体包裹体和少量熔融包裹体。 根据卢焕章等［14］提出的流体包裹体在室温下相态分类准则及冷冻回温过程中包裹体相态变化， 光石沟铀矿床的流体包裹体可划分为富液相水溶液包裹体（Ⅰ型）、CO2包裹体 （Ⅱ型）、含CO2的三相水溶液包裹体（Ⅲ型）和含子晶包裹体（Ⅳ型）四类。

Ⅰ型： 水溶液包裹体。 在室温下， 该类型包裹体又可划分为富液相和部分纯液相。该类包裹体常呈椭圆形或负晶形，少数形状不规则，大小为3～18 μm（图3 a、b）。I 型包裹体占光石沟矿床整个包裹体总量的60%以上。

Ⅱ型：CO2包裹体。 该类包裹体多呈两相。据其气液比可分为：富液相和富气相CO2包裹体。 富液相CO2包裹体较暗， 分布不均匀， 形态多为椭圆形和不规则形等， 包裹体长轴长一般为3～10 μm。富气相CO2包裹体气体相占比例约为65%～78%，仅仅在沿着黑色半透明包裹体的边部有少量的液相CO2（图3c）。

图3 光石沟铀矿床熔体-流体包裹体岩相学特征Fig.3 Petrography characteristics of melt-fluid inclusions in Guangshigou uranium deposit

Ⅲ型：CO2-H2O 三相包裹体。这类包裹体通 常 在 室 温 下 呈 三 相（VCO2＋LCO2＋LH2O）。 该类型包裹体形态近椭圆形（图3d）， 数量多，包裹体大小6～12 μm 左右， 气相比能达到25%～30%，与Ⅰ型包裹体共生。

Ⅳ型： 含子晶包裹体。 在室温下通为LH2O＋VH2O＋S。包裹体形态较规则， 大小6～9 μm。此类包裹体与Ⅰ型包裹体共生， 本次研究在光石沟矿床中仅见到一例（图3e）。

熔体包裹体： 该类型包裹体气泡周围存在硅质熔体， 较模糊， 包裹体形态普遍不规则， 大小6～9 μm， 常与Ⅳ型流体包裹体共生（图3f），且该类包裹体温度较高， 超过600 ℃时仍未均一， 高于Linkam THMSG 600型显微冷热台的上限。

4.2 显微测温

光石沟铀矿床伟晶岩石英中的流体包裹体主要为Ⅰ型包裹体， 少量Ⅱ型和Ⅳ型包裹体。 包裹体的大小主要集中在 （2～4）μm×（3～5）μm。其测温及计算结果表明，Ⅰ型包裹体均一温度范围152～308℃，平均为233℃，盐度范围7.2%～11.5%NaCleqv，平均为9.5%NaCleqv，均一至液相（图4）；Ⅱ型包裹体部分均一温度范围12～24℃，三相点温度为-60.1℃，低于纯CO2的三相点（-56.6 ℃）， 指示除CO2外， 还混有其他挥发组分， 这也被其后的流体包裹体激光拉曼测试所证实。Ⅳ型含石盐子晶包裹体较少，本次工作在光石沟铀矿床中仅见1 例，测得其子晶熔化温度为26 ℃，均一温度为253 ℃，对应的盐度为26.5%NaCleqv。

图4 光石沟铀矿床流体包裹体均一温度及盐度直方图Fig.4 Histogram of homogenization temperatures and salinity of fluid inclusions in Guangshigou uranium deposit

4.3 激光拉曼分析

通过激光拉曼探针分析该矿床不同类型代表性流体包裹体的成分， 分析结果显示，光石沟铀矿床的流体包裹体成分较为复杂。Ⅰ型流体包裹体中检测到宽泛的液相H2O 包络峰（图5a）；II 型流体包裹体检测到明显的CO2峰值 （图5b、d），III 型包裹体中也检测到了CO2峰值，但相较于纯CO2包裹体，CO2峰值较低（图5c）。

图5 光石沟铀矿床流体包裹体激光拉曼分析图谱Fig.5 Raman spectra of fluid inclusions in Guangshigou uranium deposit

4.4 成矿流体性质

包裹体测试结果表明光石沟铀矿床形成于融体-流体过渡阶段，流体包裹体以富液盐水包裹体为主， 含少量CO2包裹体和子晶包裹体，矿床均一温度范围为152～308 ℃，平均为233 ℃， 盐度范围为7.2%～26.5%NaCleqv，平均10.0%NaCleqv。激光拉曼分析显示存在H2O 和CO2谱峰。 光石沟铀矿床成矿流体为中-高温、中-低盐度的NaCl-H2O（-CO2）流体体系。

5 矿床成因

光石沟铀矿床产在黑云母花岗伟晶岩中，晶质铀矿呈微晶浸染状散布于岩石中， 或分布在造岩矿物内部及晶粒边部， 或分布在造岩矿物粒间， 或被副矿物 （石榴子石、 磷灰石）所包裹，经常与锆石、独居石、黄铁矿、辉钼矿伴生， 与造岩矿物及副矿物共同构成共边结构、 嵌晶结构和包含结构等， 表明晶质铀矿同时或稍早于造岩矿物结晶。 因此，光石沟花岗伟晶岩型铀矿是典型的岩浆型同生矿床， 即岩浆结晶分异形成的。 在晚期含挥发分的高温（达639 ℃）的岩浆热液中，U 是以UFm4-m、［UF2（CO3）3］4-等易溶络合物形式进行运移的。 随着温度和压力的不断变化， 岩浆晚期形成的富氟、 富铀、 低氧熔浆， 在结晶分异作用下， 岩浆冷凝结晶晚期挥发组分汇集形成较低温、 高挥发分、 富流体的伟晶岩岩浆。由于U、F 为大离子亲石元素，倾向于在残余熔浆和流体中富集， 因而在伟晶岩岩浆中U 可得到进一步富集［9］。 高挥发分的伟晶岩岩浆流体在气运分异作用下， 侵位到二长花岗岩株附近的秦岭群中， 形成花岗伟晶岩脉（415 Ma）。随着磷灰石和黑云母等富氟矿物大量结晶， 熔浆中的F 大量减少， 引起氟铀酰络合物遭到破坏， 铀最终以独立铀矿物—晶质铀矿的形式结晶成矿。

6 结论

1）光石沟花岗伟晶岩型铀矿是典型的岩浆型同生矿床，即岩浆结晶分异形成的。

2） 光石沟铀矿床形成于融体-流体过渡阶段， 成矿流体为中-高温、 中-低盐度的NaCl－H2O（－CO2）流体体系。