辽东黄沟铀矿床赤铁矿化蚀变及与铀矿化关系研究

吴 迪，吕志平，张 扬，赵星博，韩逸鹏

核工业240研究所，辽宁沈阳110032

辽东黄沟铀矿床赤铁矿化蚀变及与铀矿化关系研究

吴 迪，吕志平，张 扬，赵星博，韩逸鹏

核工业240研究所，辽宁沈阳110032

在黄沟铀矿床勘探过程中发现赤铁矿化与铀矿化共生.通过手标本观察，结合岩矿鉴定并采用扫描电镜化学分析，认为赤铁矿化为成矿期蚀变，分为砖红色和棕褐色两种类型.砖红色赤铁矿化蚀变岩中黑云母未完全蚀变成绿泥石，对于铀矿有一定的指示作用；而棕褐色赤铁矿化蚀变岩中黑云母几乎全部被绿泥石交代，可作为本区铀矿找矿重要标志.

赤铁矿化；铀矿化；找矿标志；黄沟铀矿；辽宁省

0 前言

黄沟铀矿床隶属于辽宁省本溪市东部连山关镇.连山关地区铀矿找矿工作已历经50余载，尤其是20世纪70－80年代所做工作比较多，也比较系统，从面上中小比例尺伽玛普查到点上工程评价，均取得了一定的成果.核工业243大队1975年发现了连山关铀矿床，转交核工业241大队勘查，于1989年提交了勘探报告.20世纪90年代中后期找矿工作有所停滞.进入21世纪，又开启新一轮找矿高潮.核工业240研究所2008年在黄沟地区发现首个工业矿孔，2014年提交普查报告，历经6年勘查工作提交了黄沟铀矿床，该矿床距北西方向的连山关铀矿床约1.5 km.

目前，黄沟铀矿床各项研究工作程度较低，尚未开展成矿年龄测试、矿床成因等研究工作.根据野外勘查经验及成矿背景分析，两者矿床成因相近，都为接触带控矿，属同期热液流体在不同构造部位成矿.因此，黄沟铀矿床相关研究工作可参考连山关铀矿床.连山关铀矿床成矿年龄1851（－71，＋80）Ma（夏毓亮等，2008），是我国成矿年龄最早的铀矿床.多位学者对矿床的成矿年龄、赋矿特征、地球化学特征进行了初步探讨，提出了多种成矿模式.其中刘汉儒等❶刘汉儒，等.3075矿床富矿段物质成分围岩蚀变及其与矿化关系.1986.对连山关南部接触带主要矿化点和连山关铀矿床富矿段物质成分进行过研究，认为矿化类型属于碱交代型.张家富［1］提出了混合岩化作用热液脉状充填型铀矿化.随着近几年对本区研究的不断深入，庄廷新等❷庄廷新.连山关岩体南缘韧性剪切带发育特征及其与铀矿化的关系.2009.认为该区属于与韧性剪切作用有关的构造热液型铀矿化.而对于铀矿化的围岩蚀变方面的研究较少，特别是关于赤铁矿化的研究.为此，本文将针对赤铁矿化蚀变的成因、类型及其与铀矿化的关系进行系统的研究，最后提出蚀变找矿标志，为后续勘查工作提供参考.

1 地质概况

连山关地区位于辽东古裂谷北缘.裂谷内矿产资源丰富，其成矿作用与裂谷演化关系密切，多位学者都开展过研究工作［2-4］.黄沟铀矿床位于连山关短轴穹状复式背斜的南翼西段❷.该复式背斜轴向NW，核部为新太古代连山关钾质混合花岗杂岩体，冀部为古元古宙辽河群沉积变质岩系所覆（图1）.核部连山关岩体平均含铀量为 6×10－6～8×10－6，是辽东地区主要铀矿远景区之一［5］.区内构造主要有3种：①NW向大型韧性剪切带——为主要控矿构造；②NEE向—E-W向次级裂隙——富铀矿体定位空间；③NE向断裂——晚期破矿构造.区内出露地层主要为太古宇鞍山群残留体及古元古界辽河群沉积变质岩❸刘汉儒，等.连山关岩体南带前寒武纪不同类型铀矿化的围岩蚀变特征及其找矿意义.1981..

图1 连山关地区区域地质简图Fig.1 Regional geological sketch map of Lianshanguan area

连山关混合花岗杂岩体主要由红色钾质重熔花岗岩组成，太古宇鞍山群呈捕掳体形式分布其中.南部及西部边缘出露后期碱交代形成的白色重熔花岗岩［5］，分布在辽河群浪子山组地层与红色重熔花岗岩之间，岩性渐变过渡.岩体由内到外分布的顺序是黑云母花岗岩（局部见片麻理）—肉红色钾长花岗岩—重熔混合岩—白云母石英片岩（局部地段缺失）—石英岩—石榴二云母片岩（图2）.黄沟铀矿床内铀矿化大部分位于连山关混合花岗杂岩体与辽河群浪子山组的接触带内带，受断裂构造控制.含矿主岩为碎裂重熔混合岩，矿石矿物为沥青铀矿，矿石呈细脉状和团块状构造，受韧性剪切带及背斜控制明显.

图2 接触带地质剖面示意图Fig.2 Sketch of the geological section of contact zone

2 赤铁矿化蚀变特征

黄沟铀矿床与连山关铀矿床围岩蚀变种类相近，相同的有黄铁矿化、绿泥石化、硅化、水云母化和碳酸岩化.不同的是，连山关铀矿床以绢云母化蚀变为特征蚀变，其中绢云母化、硅化、黄铁矿化蚀变组的成黄铁绢英岩化带与铀矿化关系最密切；而黄沟铀矿床以赤铁矿化为特征蚀变，赤铁矿化、绿泥石化和水云母化蚀变带与铀矿化关系密切.黄沟铀矿床的水云母化为铀元素的富集提供条件，绿泥石化可吸附铀元素，为铀元素的富集提供空间，赤铁矿化与铀矿化关系密切，往往这几种蚀变叠加发育，且蚀变越强，铀矿化越富.黄沟铀矿床赤铁矿化蚀变分为砖红色赤铁矿化和棕褐色赤铁矿化两种蚀变类型.本次研究工作取样位置均在黄沟铀矿床典型剖面钻孔中选取（图3）.

图3 黄沟铀矿床N0号勘探线剖面图Fig.3 Profile along the N0 prospecting line in Huanggou uranium deposit

1）砖红色赤铁矿化

本地区发育程度不均，颜色为砖红色（图4A），呈脉状、浸染状，受构造控制明显（图4B、C），矿化段少见.当发育程度较强时，对铀矿化有一定指示作用.镜下赤铁矿化边界明显（图4C），可见长石中包裹的赤铁矿化晶体（图4E）.

2）棕褐色赤铁矿化

本区内发育程度不高，颜色为棕褐色（图5A），常叠加绿泥石化，多见于矿段、矿化段，呈脉状、浸染状，受构造控制明显.根据放射性测井解释结果，发现其对铀矿化指示作用明显.

研究发现，砖红色赤铁矿化中黑云母并未完全蚀变成绿泥石，而棕褐色赤铁矿化镜下发现大片的绿泥石蚀变，绿泥石对铀具有较强的吸附性.研究区内绿泥石是由重熔混合岩在韧性剪切过程中受到压应力发生塑性变形，由黑云母蚀变而来（图5B）.而区内的活动铀多由韧性剪切作用形成以绿泥石和黑云母为主的泥铁质胶结物吸附.

3 赤铁矿化蚀变与铀矿化的关系

通过对连山关铀矿床各类岩石晶胞中的铁阳离子数统计可以看出，有碱性热液活动的重熔混合岩中Fe3＋均高于或等于Fe2＋.这是由于铀元素在碱性热液中沿重熔混合岩裂隙以（UO2）2＋形式迁移的过程中，遇到了岩石中的 Fe2＋被还原为 U4＋而沉淀.与此同时，Fe2＋则被U6＋氧化为Fe3＋，从而形成赤铁矿.赤铁矿化越强证明氧化还原作用越强，U4＋沉淀得越多，铀矿化越强，所以强赤铁矿化对铀矿化具有指示意义［6］.（说明：此项工作尚未在黄沟铀矿床开展，但两者含矿围岩一致，因此具有借鉴意义.）

研究发现，赤铁矿化与铀矿化息息相关.显微镜下发现砖红色赤铁矿化伴随铀矿化（图6A），扫描电镜验证铀矿物存在（图6B，表1）.显微镜下发现棕褐色赤铁矿化伴随铀矿化（图6C），扫描电镜验证铀矿物存在（图6D，表2）.目前，尚未开展此类铀矿物定名工作，推测为沥青铀矿.由于在绿泥石化的过程中又有新生成的Fe2＋，这为氧化还原反应的正向进行又提供了原料，所以赤铁矿化会继续增多，颜色由之前的砖红色变成暗红色，而我们野外观察到的棕褐色赤铁矿化是赤铁矿和绿泥石叠加作用的结果.这也就解释了为何棕褐色赤铁矿化比砖红色赤铁矿化对于指导找矿更加直接的原因.在铀矿化的过程中伴生其他金属的成矿作用，但其含量很小.当在矿化物周围发现含有银、铂、钛、铅等金属时，铀含量通常不高，这值得我们进一步去研究.

图4 砖红色赤铁矿化Fig.4 Brick-red-colored hematitization of rock

图5 棕褐色赤铁矿化Fig.5 Dark brown-colored hematitization of rock

表1 砖红色蚀变岩中含铀矿物的化学成分Table 1 Chemical compositions of uranium mineral in brick-red altered rock

表2 棕褐色蚀变岩中含铀矿物的化学成分Table 2 Chemical compositions of uranium mineral in dark brown altered rock

4 赤铁矿化蚀变成因探讨

赤铁矿化是热液铀矿床中最常见的一种近矿围岩蚀变，长期以来已成为铀矿勘查的一种找矿标志.关于赤铁矿化的机理，一直以来都是一个复杂的、争议的地质问题.

对于赤铁矿化蚀变的成因有两种看法：①辐射化学成因.水溶液在天然的α、β、γ粒子的辐射作用下，产生极强的活性基团.它们具有强氧化能力，在含铀热液沿着构造裂隙向上运移过程中，就使围岩中的Fe2＋氧化成Fe3＋，形成赤铁矿化现象.这种观点不仅在理论上缺乏根据，而且与地质实际也相矛盾.问题的要害就在于在仅含 0.10×10－6～10.00×10－6含铀热液（150～250℃）中所产生的辐射作用产物能否使得围岩中的 Fe2＋氧化成 Fe3＋？［6-9］②氧化还原成因. 以连山关铀矿床（包括黄沟铀矿床）为例，由于受到韧性剪切作用影响，围岩和深部上来的富含挥发份的流体多次相互作用，从而使围岩化学成分发生改变.而赤铁矿化蚀变的地球化学实质主要在于含铀热液中的U6＋和围岩中的Fe2＋发生氧化还原反应，致使U6＋还原成U4＋，形成沥青铀矿沉淀.与此同时，围岩中的Fe2＋却被氧化为Fe3＋，形成赤铁矿微粒.国内有学者对氧化还原观点提出质疑，然而中国科学院地质研究所的嵇少丞研究员对这一反应组成原电池装置加以印证，并计算出电动势 E＝0.066＋0.84 pH，可见在 pH＝1~14 范围内，E值都大于零，证明氧化还原反应可以正向自发进行［10］.

黄沟铀矿床铀矿化主要发育在重熔混合岩中，早期的基底隆起和大规模的韧性剪切作用使来自深源的富铀碱性流体上涌.而另一反应物Fe2＋的来源，认为主要有两种形式，一是围岩中的Fe2＋，此外主要来源是成矿前期的黄铁矿.在成矿期，发生氧化还原反应，黄铁矿被氧化成赤铁矿，同时铀沉淀.这也就解释了为何成矿期黄铁矿常为细粒集合体形态，在富矿附近黄铁矿含量很少或无，而且质不纯，呈浸染状出现；而成矿前期的黄铁矿结晶良好，晶形粗大，一般达到数毫米，质较纯，散布在岩石中这一现象.

5 结论

1）研究区内围岩蚀变强烈，热液活动现象明显，其中赤铁矿化与铀矿化关系最为密切.

图6 赤铁矿化显微照片Fig.6 Microphotographs of hematitization

2）赤铁矿化为成矿期蚀变，分为砖红色和棕褐色两种类型.砖红色赤铁矿化中黑云母并未完全蚀变成绿泥石，而棕褐色赤铁矿化镜下发现大片的黑云母被绿泥石交代.由此得出，绿泥石蚀变后叠加棕褐色赤铁矿化与铀矿化的关系显著.

3）赤铁矿化、绿泥石化、水云母化蚀变改变了重熔混合岩的物理性质，促进了铀的活化、迁移，为铀成矿富集提供了有利的物理和地球化学环境.

4）棕褐色赤铁矿化这一现象的提出可作为黄沟地区铀矿找矿的一种标志.

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RELATIONSHIP BETWEEN THE HEMATITIZATION AND URANIUM MINERALIZATION IN HUANGGOU URANIUM DEPOSIT，EASTERN LIAONING PROVINCE

WU Di，LYU Zhi-ping，ZHANG Yang，ZHAO Xing-bo，HAN Yi-peng
No.240 Institute of Nuclear Industry，CNNC，Shenyang 110032，China

The paragenesis of hematitization and uranium mineralization is discovered in the exploration of Huanggou uranium deposit in Liaoning Province.Based on the hand specimen observation and SEM chemical analysis，it is believed that the hematitization belongs to metallogenic alteration，which is presented in brick red and dark brown colors.In the brick red-colored hematitization，biotite rock is incompletely altered into chlorite and would provide certain indication for uranium deposit.While in the dark brown alteration，almost all the biotite is replaced with chlorite，which can be taken as a significant prospecting indicator.

hematitization；uraniummineralization；prospectingindicator；Huanggouuraniumdeposit；LiaoningProvince

1671-1947（2017）05-0494-06

P619.14

A

2016－09－02；

2017－02－27.编辑：张哲.

中国核工业地质局勘查项目“辽宁省本溪县草河口地区铀矿预查”（编号201463）.

吴迪（1987—），男，硕士，工程师，现为吉林大学构造地质学专业博士研究生，主要从事核地质勘查与研究工作，通信地址辽宁省沈阳市沈北新区孝信街12号，E-mail//wudi.1114@163.com