浙江衢州地区火山岩型铀矿床矿物特征研究

孙志富，李平，王明太

（核工业北京地质研究院，北京100029）

浙江衢州地区火山岩型铀矿床矿物特征研究

孙志富，李平，王明太

（核工业北京地质研究院，北京100029）

浙江衢州地区火山岩型铀矿床的地质找矿、勘查、研究，历经几十年，发现了一批矿床矿点，有些矿床成矿独特。研究表明，矿床中矿物及物质成分复杂，是多矿种叠生矿床，经济价值大。尤其是某些铀矿石中，许多富铀角砾和黑色物质碎块的发现，引申出深部铀成矿潜力和综合找矿问题，并为研究铀矿成因提供直接证据。

晶屑凝灰岩；富铀火山角砾；黑色物质；叠生矿床；深部找矿

浙江衢州地区铀矿地质勘查工作经历了半个多世纪，探明了一批铀矿床、矿点、矿化点，成果明显。在铀矿地质研究方面，前期十分薄弱，只凭仪器找矿，基本没有铀矿地质研究的配合。后期虽然铀矿地质研究得到重视和加强，但是研究的深度远远不够。尤其是铀矿床本身矿物学、成矿物质特征的微观研究做得很是肤浅，那些难以察觉到的重要细微信息便擦肩而过，致使铀矿地质研究未能领先于铀矿地质勘查工作。

笔者通过浙江衢州地区火山岩铀矿床矿物学和成矿物质成分特征的初步研究所获得的一些信息，提出了深部找矿及铀矿床相关物质等需进一步研究的问题，目的是希望实现深部找矿的突破。

1 区域地质简介

研究区构造位置位于赣杭构造带东端，为扬子陆块和华夏陆块的接壤部位，以江山—绍兴深大断裂为界，控制了火山岩带的分布。火山活动产生许多火山口、破火山口。在火山口中心通常有花岗斑岩、石英斑岩充填构成火山管道；在管道周围，可见爆发角砾岩，再外围是些环状断裂，并被花岗斑岩所侵入，这一系列组成了火山机构（图1）。

到目前为止，浙江衢州地区已发现的铀矿床主要有4个，即670（白鹤岩）、671（大桥坞）、621（杨梅湾）、661（大茶园）等，另有一批铀矿点。这些铀矿床主要分布在新路和大洲两个火山盆地中。火山盆地形成时代为晚侏罗世（J3）。盆地盖层主要为寿昌组（K1s）、黄尖组（K1h）和劳村组（K1l），其中黄尖组是一套流纹岩、英安岩、各种晶屑凝灰岩、熔结凝灰岩等中酸性火山岩，与铀矿床更为临近［1］，其铀含量背景值并不高，一般为3×10-6～5× 10-6；盆地基底为前震旦-下古生界双溪坞群，其变质作用很浅，为变质砂岩、板岩和千枚岩，铀背景值＜3×10-6。

2 铀矿床矿物主要特征

图1 衢州地区新路盆地地质图（据核工业二六九大队，2006，有修改）Fig.1Geological map of Xinlu basin in Quzhou area（Modified after Geological Party No.269，CNNC，2006）

浙江衢州地区分布有不同类型不同特征的铀矿床，仅选择670（白鹤岩）、671（大桥坞）两个矿床来阐述，因为它们的类型特征相似。矿床铀矿化（671）一部分产在花岗斑岩中；一部分产在含火山角砾的晶屑凝灰岩中［1］，并且主要集中在两者的接触部位。

2.1 花岗斑岩中的铀矿物

产在花岗斑岩中的铀矿物，相对较为简单，主要表现形式：一是钛铀矿，基本呈单晶，浸染状稀散分布，结晶颗粒较为粗大，可达到0.39×0.26 mm（图2），未见其他金属矿物、脉石矿物伴随。这种单晶浸染状分布的钛铀矿是与花岗斑岩同期结晶形成，但是样品仅取自矿化地段，样品数量也少，正长花岗斑岩中是否也有这种钛铀矿，尚未深入研究，不足以确认。

图2 花岗斑岩中的钛铀矿（灰色），中心亮的是方铅矿（反射单偏光）Fig.2Brannerite（grey）in granite porphyry with luminous galena in the center（polarized reflection light）

图3 花岗斑岩中的晶质铀矿、伴有钛铀矿以及稀土元素矿物（反射单偏光）Fig.3Uranatemnite and the associated brannerite and rare earth elements mineral in granite porphyry（polarized reflection light）

表1 衢州地区火山岩型铀矿电子探针分析钛铀矿主要化学成分Table 1Main chemical composition（EPMA）of brannerite in volcanic type uranium deposit of Quzhou area

据电子探针分析，钛铀矿的主要化学成分见表1，与标准的钛铀矿成分TiO2＋（UO2＋UO3）的理论值（TiO2约25%～40%，（UO2＋UO3）约34%～48%）对照，本区的钛铀矿中Ti含量偏低，铀含量较明显偏高，且还普遍含有低量的Si、Ca、Fe等，有时含Mn、P，个别含Zr以及重稀土Dy2O3。二是晶质铀矿，呈细微粒状聚成小团块状产出，晶体形态不够清晰，有时可见立方体晶形。晶质铀矿伴有钛铀矿以及稀土元素矿物（未测定），见图3。这种聚集状态的晶质铀矿是如何形成的，现仍是个迷，又在何时结晶形成，尚不明确，因所见样品太少，但可作一种猜想，若是一种微捕虏体的话，那就有很大意义了。另外还有些细微粒状的铀矿物，呈不均浸染状分布，也属晶质铀矿。

在西方国家，晶质铀矿、沥青铀矿是不分的，统称为晶质铀矿。而在前苏联，对晶质铀矿、沥青铀矿，依据形态的差别是加以区分的，但区分的界线较为模糊。我国铀矿地质界也赞同这样区分。不过笔者认为还可结合含铀量来加以区分，界线会更明显一些，初步定为含铀量≥80%者为晶质铀矿，含铀量＜80%的为沥青铀矿（仅供讨论），因为两者在形成条件上（温度、压力和氧逸度等）还是有些不同，这样区分便于研究其他相关问题。

电子探针分析，670、671铀矿床晶质铀矿的主要化学成分列于表2，可见本区晶质铀矿是相对富铀的。个别样品，根据理论计算，UO2为100%时其中铀含量为88.18%，达到UO2的极限值。若再高于此含量的话，其中将可能出现铀的特殊价态（后面讨论）。此外，晶质铀矿中普遍含低量的Si、Ca和Ti，并常有Mn出现，有时也有Zr、Pb显示。本区铀矿床中晶质铀矿UO2含量如此之高实属少见，也许是此区火山岩型铀矿特色之一。

产于花岗斑岩中的铀矿石呈红色、深红色，是红化作用的结果。这种红化的成因有两种看法：1）热液蚀变作用形成；2）富铀的铀矿物强辐射作用形成。具体归属何种，要视产出环境而定。经薄片显微镜下观察，这种花岗斑岩红色铀矿石呈块状构造，没有构造碎裂现象，也未见有热液脉体活动及相关的蚀变出现。由此可见，这种花岗斑岩中的红色铀矿化与热液作用关系并不大。那么，红化为辐射成因的可能性要大一些。

2.2 晶屑凝灰岩中的铀矿物

研究区晶屑凝灰岩，常含有火山角砾，大小不等，一般＜0.5 cm。岩屑晶屑的数量很多，一般＞50%，余下为火山细碎屑，即火山灰、火山尘。其中所见晶屑石英较多，其他晶屑相对较少。故晶屑凝灰岩主要属流纹质，也许少部分是英安质。正常含砾晶屑凝灰岩呈浅灰色、灰色的，一旦成为铀矿石，则面貌截然不同。

表2 衢州地区火山岩型铀矿电子探针分析晶质铀矿主要化学成分Table 2Main chemical composition（EPMA）of uraninite in the volcanic type uranium deposit of Quzhou area

含砾晶屑凝灰岩铀矿石一般为灰黑色，富铀矿石为黑色。这种黑色铀矿石，其矿物成分、化学组分、矿化特点、成矿方式等要复杂得多。

黑色铀矿石中，就其铀矿物而言，不仅有钛铀矿、晶质铀矿、沥青铀矿，还有含Si的钛铀矿和含Si的沥青铀矿。含Si的钛铀矿、含Si的沥青铀矿与花岗斑岩中的钛铀矿、晶质铀矿其形态特征上完全不同，它们都呈非常细小的他形，分布在晶屑凝灰岩铀矿石的一些较小的角砾、碎块中（图4），也见分布在细碎屑胶结物中，呈尘屑状。

图4 晶屑凝灰岩中具有密集铀矿物角砾（反射单偏光）Fig.4Concentrated uranium mineral breccia in crystal tuff（polarized reflection light）

电子探针分析，含Si的钛铀矿（暂称）主要化学成分列于表3。不难看出该矿物中二氧化硅含量达7.61%以上，由于硅的进入影响到Ti、U含量无规律波动。此外还含有低量的Ca和Fe，以及微量S、As的混入。原本不含Si的钛铀矿［2］，出现一定量Si，以矿物学的视角值得今后研究。

晶屑凝灰岩黑色富矿石中，沥青铀矿很普遍，经电子探针分析，大多数都含有Si，但是Si含量的高、低有较明显差别。可把Si含量低的称其为沥青铀矿（表4），Si含量高一些的称其为含Si的沥青铀矿（表5）。这些沥青铀矿和含Si的沥青铀矿中除了主元素U之外，普遍含有少量的Si、Ca和Ti，有时还含微量的Fe、Mn、P、Zr、Y。所含的这些微量杂质元素与其他地区的沥青铀矿有所不同。

由表4可见，SiO2含量未能达到铀石中的SiO2含量（18.2%［3］），故不能称为铀石，只能称含Si沥青铀矿。

表3 衢州地区火山岩型铀矿电子探针分析含硅钛铀矿的主要化学成分Table 3Main chemical composition of silicon-bearing brannerite of the volcanic type uranium deposit in Quzhou area by EPMA

矿床中有关其他矿物，其中较为常见的是辉钼矿，常与一些铀矿物伴生。钼矿化与铀矿化关系极为密切。670矿床伴生元素分析列于表6。以表中数据计算，Mo与U的相关系数γ＝0.997 6，近乎于1，表明矿石中有一个铀原子，就有一个钼原子，当然不等于有一吨铀就有一吨钼，因为两者的原子质量相差很大。钼与铀如此紧密的关系表明两者只能是同生于一种矿物中，有可能是一种少见的褐钼铀矿［2］，或许是钼的另一种存在形式，需要加以研究证实。此外，一般火山岩型铀矿中的钼是以胶硫钼矿形式存在的，但未专

门研究。现在看来钼不只是综合利用问题，而是形成了钼矿床。

表4 衢州地区火山岩型铀矿电子探针分析沥青铀矿主要化学成分Table 4Main chemical composition of pitchblende of the volcanic type uranium deposit in Quzhou area by EPMA

表5 衢州地区火山岩铀矿电子探针分析含硅沥青铀矿主要化学成分Table 5Main chemical composition of silicon-bearing pitchblende of the volcanic type uranium deposit in Quzhou area by EPMA

铀矿床中还伴生有微量其他矿物，如黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和黄铁矿等金属硫化物，一般呈很稀散的浸染状分布，偶尔集成微小团块，但未见有脉状形式。还有微量锰矿物出现，但都是孤立的单颗粒，不过电子探针测定铀矿物时常检测出锰，看来锰与铀还是有些关系。另外电子探针还检测到有微量稀土矿物，但在显微镜下很难识别。锆石、独居石和磷灰石等含稀有元素矿物，偶然会聚集成集合体。矿床的矿石中常规的新生脉石矿物如石英、方解石、绢云母或水云母等都很少见，萤石也极少，这种情况是与矿床形成的独特方式有关。

有关黑色物质，在矿床中较为普遍，尤其在富矿石中更常见。它以大小不等黑色角砾碎块产出（图5、6），也有一部分混入晶屑凝灰岩细碎屑胶结物中，而变成黑色模糊状。这种黑色角砾碎块，有人认为是有机沥青质，但笔者看来不是。因为黑色角砾中未见有过收缩干裂纹出现，故认为它不是沥青。

表6670 矿床铀及其伴生元素Table 6Content of uranium and associated elements in Deposit 670

图5 H279A-4a晶屑凝灰岩，有一些较小的黑色体（透射单偏光）Fig.5H279A-4a，Crystal tuff，with some smaller black objects（polarized trasmission light）

图6 H277凝灰岩中的黑色角砾（透射单偏光）Fig.6H277，Black breccia in tuff（polarized trasmission light）

图7 H481a含砾岩屑晶屑凝灰岩中一不规则岩屑角砾（透射单偏光）Fig.7H481a，irregular lithic breccia in the gravelbearing lithic crystal tuff（polarized transmission light）

经径迹蚀刻研究发现，有些黑色角砾富含铀矿物，径迹显示密集成团（图7、8），有些黑色角砾径迹显示的铀矿物不多，但却有大量密集的分散铀（图9、10）。所以这种黑色物质角砾并不是单质，而是一种富含铀矿物和分散铀及其他不明物质的混合物。解开黑色角砾物质之谜，其意义非常重大。

另外，黑色富含铀矿石中，径迹蚀刻显示，大量的铀是产在晶屑凝灰岩的胶结物中（图11）。

图8 左黑色角砾中显示铀矿物的成团径迹（径迹照片）Fig.8Cloudy fission track of uranium mineral in the left black breccia（fission track picture）

图9 H45-1a晶屑凝灰岩中的黑色角砾（透射单偏光）Fig.9H45-1a，black breccia in the crystal tuff（polarized trasmission light）

图10 左黑色角砾中显示密集或分散的径迹（径迹照片）Fig.10Showing concentrated or scattered fission track in the left black breccia（fission track picture）

图11 H49富矿石晶屑凝灰岩胶结物中显示富铀的径迹（径迹照片）Fig.11H49，fission track showing uranium-rich in the cements of ore-rich crystal tuff（fission track picture）

铀矿化产在含砾晶屑凝灰岩中，就火山岩型铀矿床而言，这种干的火山碎屑作为赋矿围岩是很少见的；矿化的铀和铀矿物载体为火山碎屑物（角砾碎块）以及火山灰火山尘。在富铀矿石里，几乎没有热液活动现象，即没有热液脉体活动，没有新生石英、方解石之类的脉石矿物，也没有新的热液蚀变，所见的绢云母化都是产在长石晶屑中的矿前早期蚀变；铀矿物以晶质铀矿为主，少量钛铀矿；灰黑色富矿石主量元素与正常浅灰色晶屑凝灰岩主量元素含量没有太大差别。由此推断，这种矿化类型的成矿方式是独特的，它可能是火山作用，恰好通过深部铀矿体爆发带到空中，再降落到地表堆积而成，可冠名为“火山爆发降积型”铀矿化。当然还有许多问题尚待研究。

3 讨论

1）深部找矿问题的研究。上已提及，在灰黑色、黑色含砾晶屑凝灰岩铀矿石中，常有一些富含铀和铀矿物的角砾碎块。追踪研究这些富铀和铀矿物角砾碎块的来龙去脉是寻找深部铀矿床最直接最重要的线索，这项研究需要做大量的地质工作。重点是火山机构的研究，且要研究多个火山机构，减少风险。研究分为两大部分：即地表和深部。地表的研究任务是：首先要确定火山口的准确位置，摸清火山口内管道相花岗斑岩的完整边界，查清火山口周围火山角砾岩、晶屑凝灰岩等岩相分布，并从中找出有富铀火山角砾碎块，这才有意义。在此基础上进行深部研究，首先用物探方法确定火山管道中花岗斑岩的整体产状，建立地下空间花岗斑岩管道立体图，进一步确定花岗岩浆涌入火山管道底端的深度位置，最后再用物探重力方法，在这一深度位置上下左右一定范围内测试有无重力异常（微重力异常），铀矿便可找到，这是愚人之见。

2）该地区的铀矿床中有关物质成分的深入研究。首先是含硅的钛铀矿问题，文献资料表明，钛铀矿是不含硅的［2］，而本地区铀矿床中，钛铀矿较普遍含有一定量的硅，其硅进入钛铀矿，是否会引起结构的变化而成为一种新的矿物或矿物新变种，这是需要通过研究来确定的。近几十年来，新的铀矿物发现研究停步不前，很需要重起继续研究。同时样品的电子探针分析中有时有重稀土异常出现，但出现在何种矿物中尚不清楚，需要重视研究。

其次是矿床中黑色物质需要研究，揭开其中的谜团。现阶段有迹象显示这些大大小小的黑色角砾碎块中含有较丰富的铀矿物和分散铀。那么这些铀矿物是些什么矿物还未知晓。根据黑色富铀矿石伴生元素化学分析表明Mo与U有极高的相关性，原子比近乎达到1∶1，提示Mo与U共存于同一矿物中，目前猜测可能为褐钼铀矿，这需要进一步研究证实。除了铀矿物之外，其他还有些什么尚不清楚。这些来自地下深部的黑色物质，源自何处？值得深究，对火山岩型铀矿成矿理论的贡献难以估量。

关于富铀晶质铀矿中铀的价态研究。理论上铀的价态有U6＋、U4＋、U3＋、U0。目前铀矿地质界用化学分析方法做出了U6＋和U4＋，而其他价态的U在自然界中的铀矿物并未发现和认知。目前首要关注的是自然界中U0是否存在，即呈一种自然金属元素状态。国外地质学家们广泛地研究了自然界中独立存在的自然元素或金属互化物，现已发现近50种之多，这种金属互化物的结合是一种金属键，是极不牢固的化学键，很容易断开，各自形成零价的自然元素。

国外已有报道，自然界中有UC存在（引自杜乐天教授未发的译文），其中的铀就是U0。这种UC产在什么类型的铀矿床中尚不清楚，但我们可从另外方面来关注。某些铀矿物中U0存在的可能性。富铀晶质铀矿将是U0研究的首选，这里富铀的概念是指晶质铀矿单矿物分析的铀含量≥88.18%，这是根据晶质铀矿的化学式UO2计算得出的。当U4＋夺取O2-全部配完所需U量是88.18%，若还有U过剩已无O2-可配，只好以元素的U0状态呆在晶质铀矿当中。这种富铀的晶质铀矿形成有两个必要条件：（1）晶质铀矿生成时极度缺氧，也就反映所处很深部位；（2）环境相当富铀，这种极其富铀环境，也只有在地下很深的某处才具备。富铀晶质铀矿，只有在火山碎屑晶屑凝灰岩内的铀矿化才有可能产出，因为它们直接来自深部，产出后未参与地球化学循环。这样的晶质铀矿，目前在670、671矿床中出现一些高铀含量数据（见表2），为探寻U0的存在创造了条件（我院的化学分析史料也出现过这一例），但还不够确定。而其他那些经历热液演化形成的铀矿床中是不会有的。

如果经研究证实晶质铀矿中有U0存在的话，其理论意义是重大的，仿佛找到了铀的地球化学循环的起点，毫不含糊地提供了一些铀矿床铀的深部来源直接证据，将会开辟铀矿地质理论研究和找矿的新途径。

3）矿床的技术经济评价研究还须补上。一个矿床经过地质勘探确立具有工业规模之后，还不能马上就利用，必须进行详细的技术经济评价研究，特别是多组分有效综合利用问题，以实现矿山经济价值最大化。对670、671矿床而言，进一步的技术经济评价研究至少有两个重要方面的工作要做：

（1）钼的经济价值研究。在前人的研究报告中仅提到钼达到综合利用的品位［4］，这显然是经济价值较低的评价，其实并非如此，据矿床中铀和伴生元素部分化学分析数据U含量与Mo含量是完全同步的，按规定铀的工业品位（0.05%）与Mo的工业品位（0.06%）十分接近，既然铀达到了工业规模，那么钼也会达到工业规模，那么钼的经济价值将会显著提升，不只是综合利用那么一点价值。所以这点补充研究评价很有必要。

（2）关于与钼矿有关的铼的异常矿化预测研究。根据《元素地球化学》文献所载，“辉钼矿中都伴生有Re，经常可达到综合利用的品位。Re是以类质同象存在于辉钼矿中。实验表明，无论用何种方法处理辉钼矿，从辉钼矿中浸出的Re与Mo之比值都在0.7×10-3～0.75×10-3之间，与原样中Re与Mo之比值（0.68×10-3）十分接近［5］”。表明原样Mo含量越高，用以浸出的Re就越多。这样，浙江衢州地区火山岩型铀矿床将来开采、选冶，无论用何种方法浸出提取铀，最后将U-Mo-Re分离，都会同时获得丰富的Mo与Re，不会额外增加工艺难度，经济价值潜力十分巨大。据互联网上查询到，2014年Re的价格55 000元/kg，比铀的价格要高得多。因此，进行技术经济评价研究是非常必要的，直到现在这个地区铀矿床中一个Re的分析数据也没有，不能错失良机。Re是地壳中极为稀有之元素，从未见过形成独立矿床的报导，只有某些异常和可综合利用的描述。倘若经研究能发现Re矿床（现在还没有定义），这才是真正的创新研究的重大成果。

4 结语

研究结果表明，浙江衢州地区火山岩型铀矿床矿物具有以下特征：

1）矿床中的铀矿物有钛铀矿、晶质铀矿，还有沥青铀矿。其中钛铀矿又有含Si的和不含Si的，同样沥青铀矿也有含Si高的和含Si很低的，复杂多样。

2）矿床的晶质铀矿铀含量很高，＞80%的实属少见，也许是本地区火山岩型铀矿床所特有。

3）矿床中发现一些富含铀和铀矿物角砾碎块以及黑色不明物质角砾碎块，指示其来源有重要意义。

4）矿床矿物成分分析显示钼与铀有极高的相关性，表明该铀矿床可能是铀钼叠生矿床，铀钼可形成组合矿物。

5）矿石中与铀、钼矿化有关的脉石矿物（如石英、萤石、水云母或绢云母、方解石等）很少出现。

这些特征显示了本地区火山岩型铀矿床的形成具有独特性，可为深部找矿提供重要线索。

［1］周家志.670铀矿床地质特征及其成因［J］.华东地质学院学报，1992，15（1）:12．

［2］张静宜，王爱珍，李秀英，等.中国铀矿物志［M］.北京：原子能出版社，1995．

［3］王德荫，傅永全，赵凤民，等．铀矿物学［M］.北京：原子能出版社，1986．

［4］周家志.670地区角砾岩成因及成矿意义［J］.铀矿地质，1989，5（2）:72-77．

［5］刘英俊，曹励明，李兆麟，等.元素地球化学［M］.北京：科学出版社，1984．

Study on mineral characteristics of the volcanic type uranium deposit in Quzhou area，Zhejiang province

SUN Zhifu，LI Ping，WANG Mingtai

（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

After several decades，geological prospecting，exploration and study on the volcanic uranium deposit has experienced.a group of uranium deposits and occurrences have been founded in Quzhou area，Zhejiang province，and some are unique in metallogenic characteristics.This studies shew that minerals，material composition in the deposit are quite complex due to the superimposed metallogenesis of multiple minerals，which are of high economic value.Especially，the discovery of uranium rich breccia and black substance fragments in some uranium ores，the question of deep uranium mineralization and integrated prospecting is extended，and provided direct evidences for studying genesis of uranium deposit.

crystal tuff；uranium rich volcanic breccia；black substance；superimposed deposit；deep exploration

P571；P619.14

A

1672-0636（2016）02-0068-10

10．3969/j．issn．1672-0636．2016．02．002

2015-01-19；

2015-07-02

孙志富（1939—），男，江苏句容人，研究员级高级工程师，主要从事铀矿地质研究工作。E-mail：girlgogolp@sina.com