陕西光石沟铀矿床铀赋存状态和铀成矿期次研究

冯张生， 程德进， 陈金录， 周 彬， 张航飞

(中陕核工业集团公司，陕西 西安 710100)

光石沟铀矿床是陕西省商南县—丹凤县(简称商丹地区)铀矿整装勘查区内的典型花岗伟晶岩型铀矿床。矿体由位于花岗岩岩株外接触带200 m范围内的花岗伟晶岩脉控制，主要铀矿物为晶质铀矿，矿石品位与团块状黑云母、棕红色更长石、磷灰石、独居石富集呈正相关关系。铀成矿年龄为391～413 Ma(罗忠戍， 1984； 郭国林等，2012；孟雷，2016)。铀成矿物质来源主要为矿床黑云母斜长片麻岩，部分来自上地幔。铀矿成因主要为富铀重熔花岗岩岩浆结晶分异作用，以及岩浆沸腾、去气、晶质铀矿沉淀作用等(戎嘉树，1980；罗忠戍，1984；冯明月，1996；冯明月等，1996；左文乾等，2010；沙亚洲等， 2011；冯张生等，2013，2016；陈佑纬等，2013，2015；孟雷，2016)。矿床类型划分为岩浆型伟晶岩类岩体外接触带型铀矿床(冯张生等，2016)。部分晶质铀矿周围见蚀变晕圈和环边，对蚀变晕圈研究后提出了矿床的产铀岩体遭受过后期含 S、 C 流体改造观点(刘静，2015；宋炎，2018)；依据晶质铀矿环边由黄铁矿、方解石、铀石等矿物组成，提出矿床可能存在热液成矿作用观点(冯张生等，2016)。但未见本矿床铀赋存状态及成矿期次的详细研究报道。因此，笔者拟通过矿石薄片鉴定、光片矿物参数自动分析系统检测、电子探针分析，基本查明矿床矿石中铀的赋存状态，初步划分成矿期次，为商丹地区花岗伟晶岩型铀矿勘查及矿石选冶工艺研究提供依据。

1 矿床地质背景

光石沟铀矿床位于我国秦、祁、昆铀成矿域祁连—秦岭成矿省北秦岭铀成矿带商丹地区陈家庄—光石沟花岗伟晶岩型铀矿集中区东部，出露地层是秦岭群第三岩性段第二亚段(Pt1qn3-2)，岩性以黑云斜长片麻岩为主，属于花岗伟晶岩型铀矿铀源层。

矿床出露岩浆岩是加里东期花岗岩及花岗伟晶岩脉(图1)，花岗岩岩株接触带200 m以内的黑云母花岗伟晶岩脉是铀矿含矿主岩，其中①②⑨号黑云母花岗伟晶岩脉为光石沟铀矿床主矿化脉岩。

图1 光石沟铀矿床地质略图Fig.1 Geological sketch map of Guangshigou uranium deposit 1.秦岭群第三岩性段第二亚段；2.加里东期花岗闪长岩岩基；3.加里东期二长花岗岩岩株；4.矿化黑云母花岗伟晶岩及编号；5.非矿化花岗伟晶岩；6.花岗伟晶岩型铀矿床

矿床构造主要为褶皱，褶皱核部控制了花岗岩产出，褶皱翼部控制了花岗伟晶岩脉产出。矿床断裂以层间破碎带为主，属于矿后断裂，与铀矿化关系不大(沙亚洲等，2011；冯张生等，2013，2016；孟雷，2016)。

矿化类型属于岩浆岩类花岗伟晶岩型岩体外接触带铀矿床(冯张生等，2016)，矿体以脉状、透镜状赋存于矿化花岗伟晶岩中。矿石岩性为二长花岗伟晶岩(图2a)和花岗伟晶岩(图2b)，块状构造，中粒、粗粒结构，主要脉石矿物为微斜长石、条纹长石、更长石、石英，其次是黑云母、白云母、榍石、磷灰石等，铀矿物呈稀疏浸染状分布在矿石中(冯明月等，1996；罗忠戍，1984；冯张生等，2013，2016；孟雷，2016；刘静，2015)。

图2 矿化伟晶岩镜下特征Fig.2 Microscopic characteristics of mineralized pegmatitea.二长花岗伟晶岩矿石；b.花岗伟晶岩矿石；1.钠更长石；2.微斜长石；3.石英；4.条纹长石；5.黑云母

2 铀的赋存状态和铀矿物特征

2.1 铀的赋存状态

经矿物参数自动分析系统(MLA)检测，矿石中铀主要以独立矿物存在，其中晶质铀矿中的铀配分为99.69%，钍石、铀石、钍铀矿中的铀配分为0.01%，含铀独居石中的铀配分为0.30%。

2.2 铀矿物特征

2.2.1 晶质铀矿及环边特征

(1)晶质铀矿特征。晶质铀矿自形等轴粒状(图3a)，724粒晶质铀矿通过MLA分析、等效圆法统计，粒度为均匀粒度型曲线(图4)、以150～600 μm粒级的中粒为主(表1)。

图4 晶质铀矿粒度分布曲线Fig.4 Granularity distribution curve of uraninite

表1 晶质铀矿粒度

晶质铀矿呈稀疏浸染状分布在脉石矿物粒间(图3b)，少量晶质铀矿与铀石、黄铁矿连生分布于脉石矿物中(图3a，c)。

图3 晶质铀矿显微特征Fig.3 Microscopic characteristics of uraninitea.晶质铀矿呈自形立方体，边部有黄铁矿和铀石分布 ；b.晶质铀矿呈自形粒状稀疏浸染状分布(反光正交)；c.晶质铀矿与铀石、黄铁矿连生在脉石中；d.晶质铀矿内见锆石、石英等矿物包裹体(反光单偏)；1.晶质铀矿；2.黄铁矿；3.铀石；Zir.锆石；Q.石英

晶质铀矿与钾长石连生密切，其次与黑云母连生，少量与斜长石、白云母、钍铀矿、钍石、铀石、独居石连生(表2)。

表2 晶质铀矿与相邻矿物密切程度表

晶质铀矿内见锆石、石英等矿物包裹体(图3d)，主要成分为UO2、ThO2、PbO，其中UO2含量为81.27%～86.31%，平均值为84.35%；ThO2含量为2.59%～3.72%，平均值为3.18%；PbO含量为7.88%～10.80%，平均值为8.66%；含微量的Dy、Gd、Ce、Ho、Yb等稀土元素(郭国林等，2012)，分析结果如表3所示。

表3 晶质铀矿电子探针分析结果

(2)晶质铀矿环边特征。部分晶质铀矿周边见断续分布的细小环边，环边由细粒铀石、方解石与黄铁矿连生体(图5a)或板状白铁矿与土状铀石连生体组成(图5b)。黄铁矿呈他形细粒状，白铁矿呈板状，黄铁矿粒度为0.001 mm×0.06 mm～0.04 mm×0.06 mm，Fe含量为46.72%～46.62%、平均值为46.67%，S含量为53.28%～53.38%、平均值为53.33%。方解石，他形粒状，粒径0.01～0.03 mm，呈凹陷状(图5a)。

2.2.2 铀石特征

铀石为微粒状。1～6 μm粒级的铀石有两类赋存形式：一类与黄铁矿(白铁矿)连生分布于晶质铀矿周边形成晶质铀矿环边(图5)，一类分布于晶质铀矿边部的长石裂隙中。0.1～0.6 mm粒级的铀石有两类赋存形式：一类与晶质铀矿、黄铁矿呈连生体分布于脉石中(图3c)，一类与黄铁矿呈连生体分布于脉石中(图6a)。X射线能谱仪(EDS)分析，铀石铀含量为44.04%。

图5 晶质铀矿环边的扫描电镜背散射图像Fig.5 Scanning electron microscope back-scattering image of uraninite rima. 由方解石、黄铁矿和铀石组成的晶质铀矿环边；b. 由白铁矿和铀石连生组成的晶质铀矿环边；1.自形晶质铀矿；2.铀石；3.黄铁矿；4.钾长石；5.更长石；6.方解石；7.板状白铁矿；8.土状铀石

2.2.3 钍铀矿特征

钍铀矿为微粒状，粒径1～7 μm，呈包体赋存于独居石中(图6b)。X射线能谱仪(EDS)分析，钍铀矿钍含量为10%～33.48%，铀含量为41.04%～60.6%，铅含量为3.49%～5.9%。

图6 铀石、 钍石、钍铀矿的扫描电镜背散射图像Fig. 6 Scanning electron microscope back-scattering image of uranite, thorite and thoruraninitea. 铀石与黄铁矿连生在脉石中；b. 独居石包裹微细粒钍石、钍铀矿、磷钇矿;1.铀石；2.黄铁矿；3.独居石；4.钍铀矿；5.磷钇矿；+.钍石

2.2.4 钍石特征

钍石为自形四方柱状，粒度2 μm×3 μm～4 μm×7 μm，呈包体赋存于独居石中(图6b)。X射线能谱仪(EDS)分析，钍石中钍含量为41.95%，铀含量为17.4%，铅含量为2.43%。

2.2.5 含铀矿物特征

独居石呈板状-自形板状。 145粒独居石等效椭圆法粒度0.1 mm×0.2 mm～0.3 mm×0.8 mm，星散分布于脉石矿物中(图7a)，常含磷钇矿、钍铀矿、钍石的微细粒包体(图6b)，少量晶体周边见黄铁矿环边(图7b)。X射线能谱仪(EDS)分析，独居石铀含量为1.74%～2.49%，平均值为2.21%，钍含量为9.95～10.6%，平均值为10.30%。

图7 独居石反光图像Fig.7 Reflective image of monazitea. 板状独居石及自形晶质铀矿浸染状分布；b. 独居石晶体外发育黄铁矿环边；1.晶质铀矿；2.独居石；3.黄铁矿

3 矿物生成顺序

晶质铀矿大部分分布于钾长石等脉石矿物粒间，说明晶质铀矿形成时间略晚于钾长石等脉石矿物。晶质铀矿的环边由细粒铀石、方解石与黄铁矿连生体或板状白铁矿与土状铀石连生体组成，说明组成晶质铀矿环边的黄铁矿、白铁矿、方解石、铀石形成时间略晚于晶质铀矿。部分独居石包裹铀石及铀钍矿，说明部分独居石形成时间晚于铀钍矿、铀石；独居石周边分布黄铁矿环边，说明部分黄铁矿形成时间略晚于独居石(表4)。

表4 铀矿物与主要共生矿物生成顺序表

4 成矿期次划分

依据光石沟铀矿床铀矿石铀矿物特征、矿物嵌布关系和成因(陈光远等，1987；王德荫等，1981；赵凤民等，1988)，光石沟铀矿床铀矿物可能形成于岩浆期及热液期(表4)，其中晶质铀矿形成于岩浆期，组成晶质铀矿环边的铀石、方解石与黄铁矿(白铁矿)可能形成于热液期。依据铀配分测定结果，光石沟铀矿床以岩浆期成矿作用为主。岩浆期的矿物组合为晶质铀矿、钾长石和黑云母，热液期的矿物组合为铀石、方解石和黄铁矿(白铁矿)。

5 结论

(1)光石沟铀矿床铀矿物主要为晶质铀矿，铀石、钍石、钍铀矿、含铀独居石含量很低。

(2)晶质铀矿主要呈稀疏浸染状分布在脉石矿物粒间，粒度以中粒为主，主要与钾长石连生，其次与黑云母连生。

(3)铀石呈粒状分布于晶质铀矿环边或脉石矿物中，粒度以微粒为主，主要与方解石、黄铁矿(白铁矿)连生。钍铀矿，粒度以微粒为主，自形粒状，呈包裹体赋存于独居石中。钍石，粒度以微粒为主，自形四方柱状，呈包裹体赋存于独居石中。独居石，粒度以中粒为主，板状，星散状分布于脉石矿物中，部分周边见黄铁矿环边。

(4)光石沟铀矿床可划分为岩浆期和热液期两个成矿期次，以岩浆期成矿作用为主，矿物组合为晶质铀矿、钾长石和黑云母；热液期铀成矿作用很微弱，矿物组合为铀石、方解石和黄铁矿(白铁矿)。