陕南光石沟伟晶岩型铀矿床中长石矿物化学初步研究

冯张生

陕西核工业地质局224大队，陕西西安，710024

陕南光石沟伟晶岩型铀矿床中长石矿物化学初步研究

冯张生*

陕西核工业地质局224大队，陕西西安，710024

以光石沟伟晶岩型铀矿床中相关伟晶岩中的长石为研究对象，开展系统的矿物化学电子探针研究，结果显示其中的斜长石都属于更长石、钠长石，碱性长石均为透长石，运用二长石温度计计算出了四种类型伟晶岩的结晶温度。通过研究，认为4种类型伟晶岩具有岩浆演化关系，从不含矿黑云母伟晶岩-含矿黑云母伟晶岩-二云母伟晶岩-白云母伟晶岩，随着伟晶岩岩浆演化程度的增高，成岩结晶温度不断降低，岩浆逐渐向酸性演化，同时由于黑云母等富氟矿物的产出，导致晶质铀矿的沉淀而富集成矿。

光石沟 伟晶岩型铀矿 长石 矿物化学

我国是伟晶岩型铀矿床较为发育的少数国家之一，它在我国主要分布在秦岭造山带北部和华北地台的龙首山地区，其中以秦岭造山带北部的丹凤地区最为发育。丹凤地区位于陕西省南部丹凤县—商南县，地处北秦岭褶皱带南缘东段，是我国伟晶岩型铀矿最重要的产区，是勘察程度最高、找矿成果最显著的地区，已探明有光石沟和陈家庄两个中—大型伟晶岩型铀矿床，随着勘探工作的进展，其储量不断扩大。其中光石沟铀矿床赋存量最大，品位较高，矿体形态相对简单，具有较好的开采前景，为丹凤地区铀矿找矿勘探的重点矿床。

20世纪60年代至今，陕西核工业地质局二二四大队（原核工业西北地勘局二二四队）和北京核工业地质研究院等单位的学者在该地区做了大量的工作【1，2】，但以往的研究多侧重于花岗岩与伟晶岩的关系及其地球化学特征等方面，而对于伟晶岩的矿物化学方面，特别是缺乏将产铀伟晶岩与其二云母伟晶岩、白云母伟晶岩有机结合起来的相关研究，这阻碍了对铀的富集沉淀规律及找矿标志等方面的认识。

长石是花岗伟晶岩中重要的一类造岩矿物，它的形成几乎贯穿于原始伟晶熔体分异演化的全部过程，而且不同阶段产出的长石在其物理性质，化学成分等方面各有特点，因此对它的系统研究，可以窥见原始伟晶岩熔体分异-演化过程中的变化及温压等条件。因此本文选择光石沟铀矿床相关伟晶岩中的长石为研究对象，开展系统的矿物化学研究，以期对晶质铀矿在伟晶岩的分布规律能够有更清晰的认识。

1 地质背景

光石沟地区地处华北地台南缘秦岭褶皱带，南邻秦岭地槽。陕西省核工业地质局的铀矿地质工作者称该区为丹凤三角地带，区内出露地层为古元古界秦岭群，北以蔡川断裂为界，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。光石沟伟晶岩型铀矿床发育在灰池子花岗岩体、大毛沟白岗质花岗岩株外接触带（图1），已查明有90余处伟晶岩脉，在3.6km2范围内伟晶岩脉密集分布。目前的勘查成果显示有22条脉岩赋存有铀矿体或铀矿化显示，已初步查明5条含矿脉体，控制大小矿体24个。自岩体接触带往外大致呈现黑云母伟晶岩、二云母伟晶岩、白云母伟晶岩分带现象，铀成矿与产于花岗岩体外接触带的黑云母花岗伟晶岩脉关系密切。

图1 光石沟地区地质简图(据参考文献[3])Fig.1 Simplified geological map showing the Guangshigou region

2 岩石学特征

本次研究黑云母伟晶岩样品选自钻孔ZK6801的新鲜岩心样品，ZK6801-1，ZK6801-2不含矿伟晶岩，取自标高62m和76m，ZK6801-5含矿伟晶岩取自标高106m，二云母伟晶岩和白云母伟晶岩取自金盆村和富水附近野外露头。

黑云母伟晶岩主要由微斜长石、石英、黑云母组成，副矿物常含独居石、锆石、晶质铀矿、黄铁矿和磷灰石等。岩石结构很不均一，粗粒或巨粒花岗岩结构、局部见交代似斑结构，块状构造，矿物颗粒相对较小，成分较为简单，一般不具有文象结构和矿物分带现象。晶质铀矿通常以单个晶体存在于副矿物、脉石矿物的晶体内部或颗粒之间，但多富集于大量鳞片状黑云母富集的地方。产铀的黑云母伟晶岩和不产铀的黑云母伟晶岩在野外特征和岩石学上并无太大区别。

二云母伟晶岩主要由微斜长石、石英、斜长石、黑云母、白云母组成，副矿物常含石榴子石、锆石、磷灰石等。结构较为均一，矿物颗粒较大，具有一些简单的矿物分带现象，具有少量文象结构。

白云母伟晶岩主要由微斜长石，斜长石、白云母、石英等组成，副矿物为石榴子石、锆石、磷灰石、少量铌钽铁矿、电气石等。矿物颗粒粗大，出现石英核、块体带，文象结构带等。

伟晶岩中的斜长石具有相似的特点：镜下为无色，常呈板片状或条状，斜消光，负延性，有时可见卡斯巴律双晶，常受轻微高岭石化或绢云母化；在电子探针下未见明显的环带构造。碱性长石多为微斜长石，镜下无色，常为短柱状或厚板状，斜消光，负低突起，常见格子双晶。有些因为表面风化而呈表面浑浊灰色。一般未见环带和条纹长石

3 分析方法及结果

3.1 分析方法

将伟晶岩样品磨成厚度适当的薄片，在偏光显微镜下进行镜下鉴定，然后选择其中新鲜未蚀变的长石样品进行电子探针分析。电子探针分析在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成。仪器型号为JXI-8100型电子探针。工作环境为：工作电压25kV，电流10.0nA，束斑10.0μm。修正方法：ZAF；标准样品：美国SPI 公司53种矿物。长石采用的标样是：钠长石、斜长石、钾长石、镁铝榴石、铁铝榴石。

3.2 分析结果

3.2.1 斜长石 各类伟晶岩中斜长石的电子探针分析结果如表1，从表中可以看出，不含矿黑云母伟晶岩的斜长石SiO2的含量为63.286%～64.843%，Al2O3为21.943%～23.199%，CaO为 4.792%～5.722%，K2O为0.2%～0.305%，Na2O为7.663%～8.394%。含矿黑云母伟晶岩SiO2的含量为66.137%～66.983%，Al2O3为20.663%～21.784%，CaO为2.571%～3.071%，K2O为0.072%～0.137，Na2O为9.082%～9.978%。二云母伟晶岩SiO2的含量为67.149%～69.345%，Al2O3为20.662%～20.707%，CaO为1.823%～2.894%，K2O为0.063%～0.135%，Na2O为 9.106%～10.434%。白云母伟晶岩SiO2的含量为67.141%～68.874%，Al2O3为19.451%～20.615%，CaO为0.852%～1.351%，K2O为0.047%～0.081%，Na2O为9.987%～11.152%。可以看出，从不含矿黑云母伟晶岩—产矿黑云母伟晶岩—二云母伟晶岩—白云母伟晶岩，斜长石中的Ca，K元素含量减少，而Na元素含量升高，而Si，Al等元素含量基本一致。

表1 斜长石的电子探针分析结果（%）Table 1 Electron probing analysis of plagioclase （%）

3.2.2 碱性长石 各类伟晶岩中碱性长石的电子探针分析结果如表2，从表中可以看出，不含矿黑云母伟晶岩的碱性长石SiO2的含量为64.406%～67.126%，Al2O3为17.639%～18.836%，CaO为0.007%～0.052%，K2O为14.859%～15.656%，Na2O为0.768%～1.27%。含矿黑云母伟晶岩SiO2的含量为65.030%～65.715%，Al2O3为17.442%～18.563%，CaO为0%～0.02%，K2O为15.791%～16.381%，Na2O为0.428%～0.703%。二云母伟晶岩SiO2的含量为64.974%～66.248%， Al2O3为17.266%～17.46%，基本不含CaO，K2O为16.244%～16.595%，Na2O为0.34%～0.491%。白云母伟晶岩SiO2的含量为为64.97%～66.345%，Al2O316.975%～17.871%，也基本不含CaO，K2O为15.503%～16.484%，Na2O为0.314%～0.436%。同样可以看出，从不含矿黑云母伟晶岩—产矿黑云母伟晶岩—二云母伟晶岩—白云母伟晶岩，碱性长石中的Ca，Na元素含量减少，而K元素含量升高，而Si，Al等元素含量同样基本无变化。

表2 碱性长石的电子探针分析结果（%）Table 2 Electron probing analysis of alkali feldspar （%）

4 讨论

4.1 对伟晶岩形成温度的启示

从岩浆岩中结晶出来的矿物与岩浆组成及其所处条件（如温度、压力、氧逸度和水逸度）有关，通过对岩浆结晶时形成的共结矿物对物质成分的分析可以判断矿物结晶时所处的温压条件，在花岗质岩浆中可以对钾长石和斜长石共存相条件，运用二长石温度计计算矿物形成的岩浆温度。其原理是基于Ab组分在斜长石和碱性长石形成的有限固溶体中的分配系数为一个固定值，并随着岩石形成温度不同作规律性变化而提出的，因此本文利用Whitney和Stormer提出的公式计算【4】：

式中：p为压力(108Pa），xab·Af和xab·pl为Ab在碱性长石和斜长石中的摩尔分数。

根据研究资料可知，黑云母在1.3×109Pa的压力条件下将会被分解，而除白云母伟晶岩由于演化原因无黑云母外，其余伟晶岩含有较多黑云母，因此可以大致判断出，伟晶岩的结晶压力一定小于1.3×109Pa，同样的根据伟晶岩形成的位置不可能处于地表，所以其结晶的最小压力将不低于5×108Pa。通过上面的分析可以推断伟晶岩形成的压力范围为5×108～1.3×109Pa。选择共生的斜长石-碱性长石矿物对数据以及估算压力，运用到上述公式对伟晶岩进行温度计算，可以看出不含矿伟晶岩的结晶温度约为623～679℃，含矿伟晶岩的结晶温度约为582～607℃，二云母伟晶岩的结晶温度约为543～579℃，白云母的结晶温度为534～562℃。且伟晶岩在两种假设压力下的温度变化不大，说明本次研究的伟晶岩结晶温度受压力影响较小，所得的结晶温度大致相当于其成岩温度。

4.2 对伟晶岩演化的启示

大量的研究表明，长石是整个岩浆结晶过程中的重要造岩矿物，其长石的化学成分可灵敏地反映出岩浆演化过程，以及物理化学条件、分异程度，对岩浆演化过程的结晶分异特点成矿规律能够有深刻的认识。基于氧化物计算【5】可以得到长石的种属性质如表1，表2，将其投入长石分类图中（图2）可以看出，斜长石成分上的共同特点是Or含量较低（＜1.9%），几乎为纯的Ab-An二元固溶体体系。不含矿和含矿黑云母伟晶岩中的斜长石均属于更长石，二云母伟晶岩中的斜长石属于更-钠长石，白云母伟晶岩中的斜长石属于钠长石，而伟晶岩中的碱性长石均属于透长石，但从图2上可以看出无论斜长石和碱性长石具有一定的变化趋势，从不含矿黑云母伟晶岩—含矿黑云母伟晶岩—二云母伟晶岩—白云母伟晶岩，伟晶岩中斜长石中Ab值逐渐升高，而其An逐渐降低，而尽管碱性长石中的Ab，An值并没有明显的变化，但其Or明显升高。长石的这种变化趋势与华南许多花岗质复式岩体和杂岩体中，从早期花岗岩到晚期花岗岩类，长石成分变化特征相似，暗示这几种伟晶岩可能具有演化关系，结合结晶温度的相关数据，我们可以认为伟晶岩具有岩浆演化关系，从不含矿黑云母伟晶岩—含矿黑云母伟晶岩—二云母伟晶岩—白云母伟晶岩，随着伟晶岩岩浆的演化，成岩结晶温度不断降低，岩浆逐渐向酸性演化，其中的斜长石由更长石向钠长石演化，而碱性长石中Or成分不断增加，不断“纯化”。

图2 长石分类图解Fig. 2 Classify diagram of feldspar

4.3 对铀成矿的启示

与热液型铀矿床不同，伟晶岩型铀矿床的成矿是在高温下进行的，而实验地球化学的研究表明，高温条件下铀主要以F的络合物形式迁移，随着岩浆演化，熔体中的F含量增高，铀也不断富集于岩浆演化晚期【6，7】。同时，华南花岗岩型铀矿床的研究也表明铀往往富集复式岩体演化晚期的花岗岩中【8~10】。因此可见，花岗岩和伟晶岩中铀的分布均受控于岩浆的演化程度。但华南花岗岩型铀矿的研究表明，晶质铀矿多集中于演化晚期的二云母花岗岩及白云母花岗岩之中，而较早期的黑云母花岗岩中并不产出晶质铀矿，而根据本次对长石的研究表明，与华南花岗岩型铀矿床不同，伟晶岩型铀矿床中成矿伟晶岩主要集中在岩浆演化的黑云母伟晶岩阶段的后期中，可以说相对于花岗岩型铀矿床，伟晶岩型铀矿床中晶质铀矿的沉淀“提前”了。根据本次研究的结果及镜下观察，笔者认为其原因可是两种机制的共同作用: 相对于花岗岩，伟晶岩的温度和氧逸度更低，使铀在熔体/流体中的铀的分配系数降低，同时，随着伟晶岩的演化，岩浆逐渐向酸性演化，黑云母，磷灰石等富F硅酸盐化物开始大量沉淀，导致岩浆中F大量减少，这时熔体中的铀呈过饱和状态，继而开始大量沉淀。这种理论假设的具体表现：岩石学上晶质铀矿多富集于鳞片状黑云母大量产出的部位，矿物学上，晶质铀矿边部或附近常有黄铁矿等硫化物产出，这正代表矿物形成时温度和氧逸度均很低。因此，在实际工作中，作者认为产黑云母伟晶岩中靠近二云母伟晶岩一侧的黑云母伟晶岩可能是今后找矿的重点。

5 结论

通过本次研究，我们得到如下结论：

(1)光石沟地区伟晶岩中的斜长石都属于中长石，钠长石，碱性长石均为透长石。

(2)运用二元长石温度计，计算出不含矿黑云母伟晶岩的结晶温度约为623～679℃，含矿伟晶岩的结晶温度约为582～607℃，二云母伟晶岩的结晶温度约为543～579℃，白云母的结晶温度为534～562℃。

(3)本次研究的伟晶岩具有岩浆演化关系，从不含矿黑云母伟晶岩—产矿黑云母伟晶岩—二云母伟晶岩—白云母伟晶岩，随着伟晶岩岩浆的演化程度的增高，成岩结晶温度不断降低，岩浆逐渐向酸性演化，其中的斜长石由更长石向钠长石演化，而碱性长石中Or成分不断增加，不断“纯化”。

(4)黑云母伟晶岩中铀的矿化可能是由于温度、氧逸度的降低以及黑云母等富F矿物的大量晶出而导致的。

1 栾世伟. 秦东稀有元素花岗伟晶岩某些地球化学特征[J]. 地球化学，1979，（4）：322～330

2 万吉，高立宝，王莲香. 商丹三角地区伟晶岩花岗岩型铀成矿环境研究及远景评价[J]. 铀矿地质，1992，（5）：257～263

3 左文乾，沙亚洲，陈冰，罗忠戍，张展适. 丹凤地区光石沟铀矿床大毛沟岩株锆石U-Pb同位素定年及其地质意义[J]. 铀矿地质，2010，26(4)：222～227.

4 Whitney J.A.， Stormer J.C. Mineralogy，petrology，and magmatic conditions from the fish canyon tuff，Central San juan volcanic field，Colorado [J]. Journal of Petrology，1985，26(3):726～762

5 靳是琴，李鸿超. 成因矿物学概论[M]. 长春：吉林大学出版社， 1984

6 刘正义，刘红旭. 花岗岩铀成矿作用的模拟实验[J]. 地学前缘，2009，16(1): 99～113.

7 刘正义， 张家富. 金，铀，硅溶解性状的实验研究[J]. 铀矿地质，1994，10(4): 212～21

8 杜乐天. 花岗岩型铀矿的主要地质规律及成矿模式[J]. 花岗岩型铀矿文集. 1982

9 杜乐天. 中国热液铀矿基本成矿规律和一般热液成矿学[M]. 北京：原子能出版社，2001

10 张成江. 华南几个杂岩体中产铀与非产铀花岗岩的成因及其与铀成矿关系[J]. 成都理工学院学报，1996，23(4): 31～38

THE PRELIMINARY RESEARCH ON FELDSPAR OF GUANGSHIGOU PEGMATITE-TYPE URANIUM DEPOSIT，SOUTH SHANXI PROVINCE

Feng Zhangsheng
Geological Party No.224，Shanxi Nuclear Geology Bureau，Xi’an，Shanxi，710024，China

The study is focus on the mineral chemistry of feldspar in the pegmatite of Guangshigou pegmatite-type uranium deposit by the means of EMPA. The result shows that the plagioclases are belong to oligoclase and albite，and the alkali feldspars are belong to sanidine. The study also calculates the crystallization temperature using the two-feldspar geological thermometer. It is indicated that the four type pegmatites shows magma evolution relationship based on this research. The crystallization temperature decrease and the acid level of the magma increase，with the magma evolution. Meanwhile，the fluorine rich mineral such as biotite，and apatite crystallize from the magma. Uraninite precipitates to deposit because of above physical and chemical changes.

Guangshigou，pegmatite-type uranium deposit，feldspar，mineral chemistry

P578.968∶P619.14

A

1006–5296（2012）02–0071–06

冯张生（1972～），男，长期从事花岗伟晶岩型铀矿勘察工作，工程师

2012-04-13；改回日期：2012-04-27