302铀矿床矿石中铀的存在形式及矿物组合特征

赵奇峰，夏 菲，潘家永，陈黎明,林 坤



302铀矿床矿石中铀的存在形式及矿物组合特征

赵奇峰1，夏 菲2，潘家永2，陈黎明1,林 坤3

电子探针分析显示，302铀矿床矿石中铀的存在形式以独立铀矿物为主，少量呈类质同像赋存于钍石、锆石及金红石等副矿物之中。独立铀矿物以沥青铀矿为主，其次有铀石、铀钍石、钛铀矿等原生铀矿物和硅钙铀矿、钙铀云母、铜铀云母等次生铀矿物。铀矿石具有5种不同的矿物组合，这种矿物组合的多样性，反映了该矿床热液流体活动的长期性和复杂性，即成矿热液流体作用具有多阶段性，以及热液流体组成和成矿环境的多变性。与铀矿化相关的蚀变有硅化、赤铁矿化、紫黑色萤石化、黄铁矿化、方解石化、绢云母化及绿泥石化等。

电子探针；铀的存在形式；矿石矿物组合；成矿环境；302铀矿床

粤北地区是我国花岗岩型铀矿资源的重要产地，302铀矿床是发现较早、规模较大、埋藏较深的花岗岩型铀矿床之一。前人从矿床学、地球化学、同位素地质年代学、岩石学对302铀矿床进行过研究[1-12]，但对其矿物学方面的研究较少，尤其是铀的赋存形式以及矿物组合特征方面。为此，笔者在系统的野外地质调查和样品采集的基础上，通过电子探针分析和岩矿鉴定，对该矿床的铀矿物及组合特征进行详细研究，了解矿石中铀的赋存状态、矿物组合特征，以及蚀变与铀矿化的关系，进而对矿床的成因及其成矿环境进行探讨。

1 矿床地质特征

302铀矿床归属于诸广复式岩体东南缘的长江铀矿田，处在北北东向棉花坑断裂和北西向油洞断裂的夹持区内(图1)，铀矿体主要赋存在一组近南北向展布的构造蚀变带中，矿床的赋矿围岩主要为印支期油洞岩体中粒-中细粒小斑状二云母花岗岩和燕山期长江岩体中粒黑云母花岗岩。矿床的围岩蚀变普遍且强烈，岩浆晚期的自交代及岩浆期后的高、中、低温蚀变作用均很发育，高温条件下的热液蚀变有云英岩化、硅化、碱性长石化，中、低温条件下的热液蚀变以硅化、绢云母化及赤铁矿化为主，其次有黄铁矿化、萤石化、绿泥石化、碳酸盐化和高岭石化[7,11]。

图1 302铀矿床地质略图Fig.1 Geological sketch map of uranium deposit No.302

近南北向构造带控制着矿体的分布(规模、形态和产状),矿体浅部形态和产状变化大、不连续，主要呈脉状和透镜状；中深部矿体连续，形态和产状均较稳定，主要呈脉状和扁豆状，铀矿化垂幅大，自地表(海拔455m)至深部(海拔-647 m)均见有工业铀矿体分布。按照矿物组合关系，将矿床分为上部(200～400m)红色矿石带(主要由红色微晶石英+沥青铀矿+赤铁矿构成)；下部(-200～-647m)灰绿色矿石带(主要由灰色微晶石英+沥青铀矿+黄铁矿+绿泥石+绢云母构成)和中部(200～-200m)的杂色矿石带(图2)。

矿石类型主要有含沥青铀矿赤铁矿化碎裂花岗岩型、含沥青铀矿碎裂花岗岩型和含沥青铀矿硅化碎裂岩型，矿石矿物主要为沥青铀矿，以及少量的铀石、铀钍石、钛铀矿和次生铀矿物(硅钙铀矿)。矿石中金属矿物含量较少，一般为1%～3%，主要有黄铁矿、赤铁矿，其次为方铅矿和黄铜矿；脉石矿物含量较高(一般>95%)，主要有石英、长石，其次有萤石、方解石、绢云母、绿泥石、高岭石等。

2 铀的赋存状态

众所周知，铀的赋存形式主要呈独立铀矿物、含铀矿物(类质同像)和吸附态，闵茂中等(2006)认为铀的赋存状态主要分为呈独立矿物和呈分散形式两大类，而分散形式分为类质同像以及分散吸附形式，分散吸附形式的铀通常普遍存在[8，9]。笔者通过电子显微镜观察和电子探针分析发现，302铀矿床矿石中铀多呈独立铀矿物形式存在，主要为沥青铀矿、铀石、铀钍石、钛铀矿、硅钙铀矿，少量铀以类质同像形式赋存于富铀矿物钍石、锆石、金红石中,极少量呈吸附态存在于裂隙或矿物晶粒间。

2.1 独立铀矿物形式

(1)沥青铀矿：矿石中最主要的铀矿物为呈黑色不透明胶状、肾状、条带状、角砾状、不规则以及环带状、球粒状、皮壳状分布于矿石中(图3A-E)，具沥青光泽、隐晶质结构和环带状构造，发育网状和放射状干裂纹，沿干裂纹有时见有方铅矿、黄铁矿、石英、方解石等充填。常见与微晶石英、赤铁矿、黄铁矿、萤石共生。

(2)铀石：在该矿床中少量分布，常呈薄壳状围绕着沥青铀矿及黄铁矿生长(图3F)，共生的矿物主要有微晶石英、方解石、绢云母、绿泥石等。

(3)铀钍石：呈黑褐色、深棕色，存在不同的颜色差别，经过电子探针分析发现其铀钍含量有一定程度的差异，常分布于长石、绿泥石、锆石边缘(图3G、H)，与之共生的矿物有微晶石英、钛铀矿、绿泥石、方解石、长石以及锆石、金红石等。

(4)钛铀矿：反射光下呈灰色，电子探针背散射电子图像发现其交代沥青铀矿，并在钾长石、绿泥石、绢云母的边缘产出(图3I)。

(5)硅钙铀矿：显微镜下观察，硅钙铀矿大多呈针状、纤维状、放射状、束状、致密块状等集合体形式存在，多发育在空洞和裂隙中。致密块状集合体多为沥青铀矿的原地氧化产物。

2.2 含铀副矿物(类质同像)赋存形式

302铀矿床的赋矿花岗岩中，主要副矿物为钍石、锆石、金红石等。电子探针化学成分分析发现，这些副矿物都是含铀矿物，铀以类质同像形式赋存于矿物晶格中。

(1)钍石：一般透射光下为黑色、不透明，反射光下呈灰白色，磨光性较差，均质，常见半自形钍石产于石英的裂隙中，部分的钍石与半自形黄铁矿紧密共生，且黄铁矿的边缘及内部含有少量钍石。电子探针分析结果显示，钍石常与黄铁矿、锆石共生，其UO2含量为8.07%～14.06%。

(2)锆石：是302铀矿床花岗岩中最常见的副矿物，呈自形-半自形，主要产于造岩矿物之间或绿泥石中，常与不规则状的钛铀矿、铀钍石共生。电子探针分析结果显示，锆石的UO2含量为1.08%～2.00%，与不规则状钛铀矿及铀钍石共生的锆石UO2含量更高。

图3 302铀矿床矿石矿物产出特征Fig.3 Occurrence of ore minerals in uranium deposit No．302

(3)金红石：一般有针状和半自形粒状两种类形。前者为颜色较暗的针状集合体，晶形较好，是岩浆阶段产物。后者反射率较高，颜色稍深，是热液阶段产物。电子探针背散射图显示，金红石常与绿泥石、铀钍石、钛铀矿及钾长石等共生，这类金红石铀含量很高，UO2为10.53%～16.18%，说明U4+和Ti4+发生明显的类质同像置换。

3 铀矿物成分特征

电子探针分析数据显示(表1)，302铀矿床各类铀矿物的化学成分具有以下特征：

(1)沥青铀矿UO2含量73.90%～86.46%，均值为81.60%，杂质成分有SiO2、P2O5、Na2O、MgO、FeO、CaO、MnO、TiO2等，但总含量较低，这可能是成矿过程中围岩组分的带入所致。总体上反映了沥青铀矿的形成温度不高，矿物结晶速度快，净化能力差，具有中低温、浅成成矿的特点。

(2)铀石主要成分UO2、SiO2、Y2O3含量分别为58.62%～64.77%、11.52%～17.64%、5.11%～9.32%，除此之外还常见Al2O3、CaO、FeO等混入物，且含量十分稳定，推测是由于样品中混入少量石英、黄铁矿及黏土矿物所造成的。铀石的化学成分总量为87.20%～91.68%，说明其含水量和杂质含量比较高，成矿温度较低。Y2O3在该矿床的含量相当高，这反映了铀石的形成与热液作用有关。

表1 302铀矿床矿石矿物化学成分电子探针分析表(%)Table 1 Results of electronic probe analyses of chemical component of uranium ore minerals in uranium deposit No．302

注：样品由东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室进行分析测试，采用仪器型号：电子探针JXA-8100、能谱仪Inca Enery，加速电压：15.0kV，电子束斑：1μm ，探针束流：2.00×10-8A。

4 矿石矿物组合特征

所采集的样品均来自矿床的0、-50、-100、-150m中段和浅地表的矿石，根据各个矿石带的矿物分布特点，厘定了该矿床的主要矿物组合关系。

(1)沥青铀矿-赤铁矿-红色微晶石英组合：该组合在矿床发育比较广泛，主要分布于矿床的中上部。赤铁矿与沥青铀矿是热液活动中不同演化阶段的产物，赤铁矿形成于热液早期富氧阶段[10]，主要呈浸染状、细脉状等发育于微晶石英岩及碎裂花岗岩中，在矿带或矿带附近常与沥青铀矿共生。在沥青铀矿的富集处见有少量黄铁矿，其赤铁矿化作用明显。此外，在矿床中上部还见有较多的其它矿物，如绢云母、萤石等。这种矿物组合关系，反映了这一阶段的铀矿化形成于相对氧化和偏酸性的环境[2]。

(2)沥青铀矿-紫黑色萤石组合：与沥青铀矿关系极为密切的萤石生成时间持续较长，具有多世代的特点，多呈细脉状、网脉状和不规则状产出。沥青铀矿多呈脉状充填于萤石的裂隙或解理中，此外常有微脉状黄铁矿、方铅矿充填于萤石解理。成矿期的萤石为紫色、紫黑色，颗粒细小，结晶程度差，透明度较差，主要分布于红、灰色微晶石英中，有穿插包裹微晶石英的现象。

(3)沥青铀矿-黄铁矿组合：与沥青铀矿紧密共生的黄铁矿多呈胶状、脉状、微细粒状产出。该矿物组合的特点主要是金属硫化物种类较多，除黄铁矿外还有方铅矿、黄铜矿。条带状沥青铀矿也常见沿黄铁矿边缘生长或穿插于黄铁矿内部，推测黄铁矿形成于成矿期以前，为铀沉淀富集的还原剂[9]。此外，沥青铀矿与黄铁矿和方铅矿的共生组合也常出现，这种共生组合关系的特点是成矿温度较低，成矿处于还原性环境之中[12]。

(4)沥青铀矿-黄铁矿-方解石组合：该矿物组合主要分布于矿床的下部，是302铀矿床主成矿期的产物。其方解石以白色为主，多呈细脉状。电子探针背散射图显示沥青铀矿与黄铁矿密切共生，两者又被方解石所胶结。沥青铀矿一般呈现不规则状沿着方解石的边缘分布，或产于方解石内部，呈现出方解石与沥青铀矿交替生长的特征。这表明铀矿化与方解石化具有密切的成因联系，存在多期次特征，反映出成矿作用的复杂性和热液活动的脉动性，也反映了沥青铀矿是形成于相对还原的弱碱性环境[2]。

(5)沥青铀矿-钛铀矿-绿泥石组合：电子探针背散射图显示，该组合共生的矿物有钛铀矿、沥青铀矿、铀钍石、赤铁矿、钾长石、绿泥石、绢云母等，钛铀矿交代沥青铀矿，主要围绕绿泥石的边缘生长，说明沥青铀矿沉淀在钛铀矿之前。钛铀矿常常产于绿泥石的边缘及内部，反映了钛铀矿形成于相对还原的矿化环境。

(6)沥青铀矿-铀石-微晶石英组合：该矿物组合在302铀矿床中较少出现。电子探针显示，沥青铀矿和铀石在颜色及化学成分上存在明显差异，前者呈灰色，后者呈暗灰色；通常情况下，沥青铀矿沿着铀石的边缘沉淀，且铀石交代沥青铀矿使其残留在铀石内部，说明了铀石可以形成在沥青铀矿之前，也可以形成在沥青铀矿沉淀之后，取决于流体中UO2和SiO2浓度的变化[12]。

综上所述，302铀矿床中与铀矿化相关的蚀变有硅化、赤铁矿化、紫黑色萤石化、黄铁矿化、方解石化、绢云母化及绿泥石化。矿物组合的多样性特征，反映了成矿流体活动的长期性和复杂性，成矿作用具有多阶段性，以及热液流体组成和成矿环境的多变性。铀矿物主要赋存于红色、灰色微晶石英脉中，萤石的裂隙、解理或紫黑色萤石发育部位，细脉状或者不规则脉状方解石脉边缘部位，黄铁矿、方铅矿、赤铁矿的紧密共生部位，以及蚀变的钍石、锆石、金红石等副矿物的边缘部位，也是铀矿物的产出部位。

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(1.核工业270研究所,江西 南昌 330200；2.东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室培育基地，江西 南昌 330013；3.核工业290研究所，广东 韶关512026)

Uranium Occurrences and Its Mineral Combination Characteristics in Uranium Deposit No．302

ZHAO Qi-feng1，XIA Fei2，PAN Jia-yong2，CHEN Li-ming1，LIN Kun3

(1．ResearchInstituteNo．270,CNNC,Nanchang,Jiangxi330200,China; 2KeyLaboratoryofRadioactiveGeologyandExplorationTechnologyFundamentalScienceforNationalDefense,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang,Jiangxi330013,China；3．ResearchInstituteNo．290，CNNC，Shaoguan，Guangdong512026，China)

Electronic probe analysis indicated that uranium in uranium deposit No．302 mainly existed as independent uranium minerals and minors occurred as isomorphism of thorium in zircon and rutile and other accessory minerals．The independent uranium ore minearal mainly as pitchblende,some as coffinite，uranothorite,brannerite and the second uranium minerals of uranophane,autunite,chalcolite．The ore consist of five kind mineral combination,the diversity of uranium ore mineral combination reflects the long-term and complex activity of hydrothermal fluid in the deposit,which also indicate the multiphases and variety of fluid composition and forming environment in hydrothermal activity．Alteration related with uranium mineralization are siliconization,hematization,purple-black fluoritization,pyritization,calcitization,sericitization and chloritization,etc．

electronic probe; uranium occurrence；ore mineral combination；metallogenic environment

国家自然科学基金资助项目(编号：40963040)。

2014-11-04 [改回日期]2015-06-18

赵奇峰(1989—)，男，在读硕士研究生，研究方向:铀矿地质和矿床地球化学。E-mail:zhaoqifeng186@163.com

1000-0658(2015)06-0562-07

P619.104

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