青海省查查香卡铀矿床矿石特征及铀的存在形式研究

陈 擎， 刘 林， 康利刚， 叶雷刚， 王继斌， 鲁宝龙

(核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000)

查查香卡铀矿床位于柴北缘残山带东段，属赛什腾山—阿尔茨托山铀成矿带乌兰南山铀成矿亚带，为青海省首个已探明储量达到中型规模的硬岩性铀矿床，有望发展成为大型铀矿床。前人对该矿床地质特征和控矿要素进行了研究(傅成铭等，2013；廉康等，2016)，但该矿床的矿石学特征及铀矿物的存在形式尚不清楚。笔者在野外调研、综合研究和钻探查证的基础上，开展了系统的矿物学研究、矿石主微量地球化学分析，总结了铀矿石岩石学特征和铀存在形式。

1 矿床地质概况

查查香卡铀矿床位于柴达木陆块与祁连板块缝合线上，属柴北缘残山带东段，托莫尔日特蛇绿混杂岩带南缘。

1.1 地层

矿区内出露地层为下元古界达肯达板群、奥陶-志留系滩涧山群(图1)。达肯达板群为一套片麻岩夹云母石英片岩、斜长角闪片岩和大理岩。奥陶-志留系滩间山群为一套绿片岩相变质岩(李峰等，2007)，由绿片岩类、部分角闪片岩类和少量变余中基-基性火山岩云母石英片岩组成，地层中铀平均含量为14×10-6，为区内主要的赋矿层位。

1.2 构造

区内断裂构造发育，以区域性的NW-SE向韧-脆性断裂为主，NE向断裂次之，总体组成了一网格状构造格架。较早形成的NW-NWW向断裂构造最为发育，该断裂早期为韧性变形，后期转化为脆性破碎。区内的主要矿体、矿点及矿化点多与该断裂带有关，并严格受其控制，是区内主要的控矿、赋矿构造。其次为SN、NE向断裂，形成较晚，以平移断层为主，对NW-NWW向断裂和矿体起改造、破坏作用。

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩主要为华力西期灰白色中-粗粒花岗闪长岩，为铀矿床的主要围岩，与滩间山群的变质火山岩呈侵入接触关系，在过渡带附近，花岗闪长岩呈不规则的、大小不等的脉体穿插于滩间山群斜长角闪片岩中，或斜长角闪片岩呈大小不等的残留体分布于花岗闪长岩中。花岗闪长岩成岩年龄为(308±10) Ma，属华力西晚期岩浆侵入产物。

区内脉岩从中基性-酸性均有出露，主要有闪长岩脉、闪长玢岩脉、闪长细晶岩脉、花岗岩脉、角闪辉长岩脉、正长岩脉、石英脉及长英质细脉，其中长英质脉和正长岩脉与后期铀矿富集有密切关系，提供了主要的成矿流体。另外，浅红色的石英中含有大量侵染状黄铁矿，与区内钍成矿关系密切。中基性的闪长玢岩和辉长岩为铀成矿提供了很好的还原障(程裕淇，1994)，将溶液中的氧化态U6+快速还原成U4+，形成沥青铀矿、铀石等，使区内铀矿体均产在中基性脉体附近(傅成铭等，2011)。

2 矿体和矿石地质特征

目前控制铀矿体11个(图2)，矿体长度123～400 m，厚度0.88～20.07 m，品位0.035%～0.251%，矿体赋存在奥陶-志留系滩涧山群中，赋矿围岩斜长角闪片岩夹斜长角闪岩、绿帘石片岩、阳起石片岩、绿帘绿泥石片岩，含矿岩石为糜棱岩化斜长角闪片岩、构造角砾岩、碎裂岩。矿体产状与北西向断裂构造近平行，倾向北东，倾角较陡，一般在58°～70°，矿体呈脉状、不规则状、透镜状，沿走向及倾向有膨大、收缩、尖灭再现及分枝现象。围岩蚀变主要有硅化、绿泥石化、赤铁矿化、碳酸盐化、钾(钠)长石化、黄铁矿化等，其中硅化、黄铁矿化、碳酸盐化、钾(钠)长石化与矿化关系最为密切(钟军等，2018)。

2.1 矿石类型

查查香卡铀矿床矿石类型主要为长英质细脉密集分布的糜棱岩化斜长角闪片岩型(图3a)、浸染状黄铁矿化构造角砾岩型(图3b)和肉红色黄铁矿化正长花岗脉岩型。

2.2 矿物组合

斜长角闪片岩类矿石中铀矿物为铌钛铀矿、晶质铀矿、铀钍矿和钍铀矿，造岩矿物为角闪石、斜长石、黑云母、方解石和少量黄铁矿等。构造角砾岩类矿石中铀矿物为晶质铀矿，造岩矿物为阳起石、钠长石、绿帘石、方解石及黄铁矿等。正长花岗岩类矿石中铀矿物为铀钍矿和钍铀矿，造岩矿物为钾长石(含量90%，以微斜长石为主，正长石次之)、斜长石、黑云母及褐铁矿。

2.3 矿石结构构造

矿石结构多呈粒状、显微粒状、纤片状变晶结构和糜棱结构、碎裂结构，片状、片麻状构造。矿石蚀变作用强，角闪石多蚀变为阳起石，斜长石蚀变为钠长石。阳起石呈细小的纤片状，一般小于0.1 mm，呈定向排列；钠长石呈他形粒状，粒径为0.05～0.20 mm，呈杂乱散布；绿帘石呈细小的微粒状散布于阳起石之间。

矿石经后期应力改造发生韧性变形，矿物细粒化，呈糜棱结构(图4a)，条带状平行构造，阳起石呈纤片状，粒径一般小于0.1 mm，呈条带状分布，部分已经细粒化。钠长石为细粒化后的残留矿物，呈不规则粒状，粒径为0.05～0.10 mm，分布于糜棱物中。绿帘石呈微晶状，大多是长石、阳起石糜棱物蚀变而成，呈条带状定向分布，在剪切应力作用下，条纹有褶曲现象。细糜物为斜长石和阳起石，呈隐晶状，多已发生绿帘石化，呈条纹状分布于阳起石条纹之间。

部分矿石后期发生脆性变形，矿物细粒化，呈碎裂结构(图4b)，斜长石破碎后呈他形粒状、碎斑状、碎粒状，粒径为0.3～1.0 mm，散点状杂乱分布；长石和绿帘石细粒化为碎粉物，呈隐晶、微晶状结构，杂乱分布于阳起石之间；阳起石呈纤片状，粒径一般小于0.1 mm，呈条带状或集合体分布。

2.4 矿石化学成分

2.4.1 常量元素特征

硅酸盐全分析由核工业二〇三研究所分析测试中心完成，采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定，检测限低于0.5×10-9，相对标准差小于5%。根据铀矿石常量元素含量统计显示(表1)，斜长角闪片岩类、碎裂岩类、构造角砾岩及斜长角闪片岩类铀矿石主要元素SiO2含量42.09%～44.74%、Al2O3含量13.62%～14.39%、MgO含量9.38%～11.39%、CaO含量12.58%～15.25%、Na2O含量1.17%～2.29%、K2O含量1.09%～1.75%，具有低TiO2、FeO、K2O、MgO和高CaO的特点，其原岩为玄武岩类。

表1 查查香卡铀矿石常量元素含量统计表

2.4.2 伴生元素特征

铀矿石中Nb、Ce、La、Th元素含量可达工业品位。通过对U和Nb、Ce、La、Th的相关性分析发现(表2)，Ce、La、Th与U虽呈正相关，但线性关系不明显，U与Nb的关系密切，呈正相关，基本呈线性关系，即Nb含量随U含量的增加而增加(图5)。

表2 查查香卡铀矿石中U与Nb、Ce、La、Th相关性统计表

2.4.3 稀土元素特征

对区内花岗闪长岩、正长花岗岩、围岩、异常、矿化和矿石进行稀土元素对比分析(图6、表3)，稀土配分曲线均为右倾型，富轻稀土，∑Ce>∑Y；矿石中Eu亏损，而Ce无明显异常，表明该矿床形成于还原环境。这与铀沉淀富集所需的物理化学环境相一致，也与矿化岩石中发育大量黄铁矿等还原物质有关(刘林等，2013)。

表3 查查香卡铀矿床稀土元素特征一览表

稀土元素(REE)总量与铀矿化成正比，即铀矿化强度越大，REE总量越大；花岗闪长岩体、正长花岗岩、围岩、异常、矿化、矿体具有相同的稀土配分形式，说明闪长岩、正长花岗岩脉和围岩可能为铀成矿提供了部分物质来源(王冰等，2016；惠小朝等，2014；康利刚，2019)。

2.4.4 微量元素特征

铀矿石微量元素分析结果见表4，与原始地幔相比，微量元素含量明显偏高，标准化后的值多大于1，标准化曲线向右倾斜(图7)，配分模式类似于洋岛玄武岩(OIB)和富集型的洋中脊玄武岩(E-MORB)的微量元素配分模式。其表现出富集大离子亲石元素LILE(如Rb、Th、U、K)，相对亏损高场强元素HFSE(如Nd、Ta、Y、Yb)，而Ta、P、Zr、Ti具有明显的负异常，表明岩浆遭受地壳混染的程度较小。P的亏损可能是岩浆来自强烈亏损P的地幔，Ta和Ti的亏损与富钛矿物(如钛铁矿等)相关，Sr的正异常也反映斜长石的结晶分异作用不明显而存在斜长石的堆晶作用。与正常斜长角闪岩相比(图8)，大离子亲石元素相对偏高，表明在变质蚀变过程中有大量微量元素的带入。

3 铀的存在形式及价态

3.1 铀的存在形式

利用普通放射性照像和电子探针背散射图像观察得知，铀矿物主要分布在一个条带范围内，呈脉状延伸(图9)，与手标本中长英质脉体完全对应，说明铀矿物赋存在长英质脉体中，受后期热液控制。

利用电子探针分析矿物的化学成分，总结查查香卡铀矿床中铀主要以铌钛铀矿、晶质铀矿、铀钍矿和钍铀矿4种形式存在(表5)。

铌钛铀矿中UO2含量为(22.63～26.87)×10-2，Nb2O5含量为(37.92～45.21)×10-2，主要的混入物有TiO2、SiO2、CaO、FeO等，以星点分散状、稀疏浸染状、不规则细脉状为主，有时可见铌钛铀矿的局部小团块集合体；晶质铀矿中UO2含量为(80.04～85.07)×10-2，呈粒状产在铌钛铀矿中及边缘，部分交代黄铁矿边缘；铀钍矿中UO2含量为19.41×10-2，ThO2含量为75.18×10-2，呈粒状独立产出；钍铀矿中UO2含量为(50.39～53.96)×10-2，ThO2含量为(34.1～35.21)×10-2，呈粒状产在铌钛铀矿中及边缘。

区内铀矿化发育至少有两期，前期为独立铀矿化期或者铀钍矿化期，形成晶质铀矿或铀钍矿、钍铀矿，后期为铀、钍稀土综合矿化期，形成以铌钛铀矿为主的矿物，包裹前期晶质铀矿和钍铀矿(王剑锋等，1984；赵奇峰等，2015)。

3.2 铀的存在价态

通过对不同深度的7个铀矿化岩石样品中U4+和U6+含量的对比，可以看出铀富集特征(表6)，矿化岩石U4+含量为0.0124%～0.0650%，占总含量35.81%～75.76%，U6+含量为0.0093%～0.0681%，占总含量24.24%～64.19%。总体上，U4+的平均含量占总含量52.16%，U6+平均含量占总含量47.86%，说明铀矿物主要以U4+存在。另外，从浅部至深部U4+占比例变大，U6+占比例变小，这是由于地表水氧化作用造成，原生铀矿化中铀矿物主要以U4+存在。

表6 查查香卡地区铀矿石中铀存在价态统计表

4 结论

(1)查查香卡铀矿床矿石原岩为托莫尔日特蛇绿混杂岩带中变质玄武岩，发育有糜棱岩、构造角砾岩、酸性脉岩三种矿化类型，其中糜棱岩类矿化范围最广、厚度最大，构造角砾岩类为后期再次富集叠加形成，品位最富。

(2)通过对矿石和围岩及各种脉体的稀土特征对比分析，矿床形成于还原性环境，与矿化岩石中发育大量黄铁矿等还原物质有关，闪长岩、正长花岗岩脉和围岩可能为铀成矿提供了部分物质来源。

(3)利用放射性α径迹照像和电子探针背散射图像观察得知，该矿床中铀矿物主要分布在一个条带范围内，呈脉状延伸，与手标本中长英质脉体完全对应，说明铀矿物赋存在长英质脉体中，受后期热液控制。

(4)查查香卡铀矿床中铀主要以铌钛铀矿、晶质铀矿、铀钍矿和钍铀矿4种形式存在。区内至少发育两期铀矿化，前期为独立铀矿化期或者铀钍矿化期，后期为铀、钍稀土综合矿化期。