甘肃金边寺铀矿床中疑似羟水钙钛铀石的矿物学特征

吕荣平, 王生云, 赵剑波, 张建云, 黄冉笑, 陈金勇, 李万华

(1. 中核资源发展有限公司,北京 100013;2. 核工业北京地质研究院,北京 100029)

1 地质背景

金边寺铀矿床位于龙首山铀成矿带东段青山堡岩体西南缘,在大地构造上位于华北克拉通阿拉善地块西南缘(图1a,b;汤中立,2002;宫江华等,2013;钟军等,2016;王生云等,2020;Liu et al., 2019, 2021)。金边寺地区构造岩浆活动强烈,矿区内第四系广泛发育,出露岩石均为岩浆岩,岩石在空间上有明显的分带性,北侧为花岗闪长岩带,南侧为中细粒花岗岩带,在两个岩带之间为混染岩带,即为含矿岩石。混染岩石带北与F1断裂与花岗闪长岩接触,南与中细粒花岗岩过渡接触,呈锯齿状。混染岩石带呈北西—南东走向,带宽数十至数百余米(图1c;陈云杰,2011)。矿区内断裂构造以NW向为主,F1、F3断裂贯穿矿区,在区内构成一个向北收敛,向南东撒开的“入”字形构造,两条断裂带的夹持区内形成压扭和张扭的次级断裂和裂隙。压扭性主干断裂F1走向为310°～320°,倾向北东,倾角东部为45°～50°,西部为62°～70°。断裂F3为F1的派生构造,走向为332°,倾向北东,倾角多在70°以上,具有多期活动的特点。矿区多条矿化带中均发育绿泥石化、绢云母化、绿帘石化、赤铁矿化、高岭土化和碳酸盐化,其中绿泥石化和碳酸盐化与铀矿化关系密切。金边寺铀矿床为花岗岩型铀矿经表生作用形成的淋积型铀矿床(陈宇宁,2020;陈云杰等,2011,2013)。

图1 龙首山成矿带构造位置(a)、地质略图(b)及金边寺矿床地质简图(c)

2 岩相学特征

金边寺矿床铀矿化发育于混染岩带中,混染岩呈褐红-红褐-灰黑-灰绿色,碎裂变晶结构,块状构造,部分有片理化构造,原岩主要为弱碎裂或微碎裂的细粒闪长岩或中粗粒花岗闪长岩。铀的存在形式有两种:一种呈独立矿物,独立铀矿物以次生铀矿物硅钙铀矿为主,呈浅黄、蛋黄、深黄色粉末状,赋存在岩石的裂隙面、裂纹和孔洞中,次为少量的细粒沥青铀矿;另一种呈吸附状态,吸附状态铀主要被褐铁矿、绿泥石、绿帘石等矿物所吸附,金边寺铀矿床中铀主要以吸附态形式存在(陈云杰等,2011,2013)。

分析样品为采自金边寺铀矿床地表探槽中的蚀变细粒闪长岩矿石。矿石表面可见浅黄、鲜黄色粉末状铀矿物,整体呈灰绿-红褐色,中细粒结构,块状构造。矿石主要由斜长石(>60%)、角闪石(15%～25%)和黑云母(5%～20%)组成,含少量磷灰石、钾长石、锆石、石英等矿物,其中黑云母和角闪石则不同程度蚀变为绿泥石。镜下矿石多呈变余结构,中细粒半自形结构,赤铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化、绢云母化发育。背散射电子图像显示,羟水钙钛铀石颗粒极为细小(长度小于3 μm),呈长柱状、针状集合体形式主要存在于矿物之间或矿物裂隙、孔洞之中(图2)。

图2 金边寺矿床铀矿石特征及矿物显微照片

3 分析测试方法

将铀矿石样品磨制成光薄片用于光学显微镜、扫描电镜等显微观察以及电子探针成分分析和拉曼光谱分析。光薄片镀碳后放入电子探针仪器样品池中进行定量分析。铀矿物电子探针化学成分分析在核工业北京地质研究院分析测试中心完成,仪器为日本电子公司生产的JXA-8100,加速电压为20 kV,束流1×10-8A,出射角40°,分析方式为波谱分析,修正方式为ZAF,详细分析流程及数据处理方法见葛祥坤(2013)。

光薄片中铀矿物的激光拉曼分析在核工业北京地质研究院地质矿产研究所完成。仪器为HORIBA公司生产的Evolution激光拉曼光谱仪,采用分辨率为1 cm-1的532 nm YAG激光器,其参数为:100倍物镜,扫描范围为100～4 000 cm-1,光栅为1 800 gr/mm,8 s内获得单点,累积4次。使用520.7 cm-1的硅片线校准光谱。使用Horiba的Labspec 6软件进行数据处理和光谱处理,如平滑、峰分析和基线校正。

4 化学成分

金边寺铀矿床地表矿石中铀矿物化学成分电子探针分析结果见表1。铀矿物主要由UO3、TiO2、CaO和SiO2组成,其含量分别为50.98%～65.58%(平均值为59.60%)、12.85%～19.18%(平均值为15.10%)、3.33%～9.67%(平均值为5.46%)和3.04%～8.78%(平均值为4.21%)。其化学成分显示了较大的变化范围,这可能与金边寺铀矿床地表矿石中铀矿物颗粒特别细小而引起的分析测试误差有关。此外,由于未成功分选单矿物,所以没有分析该铀矿物中水的含量。

表1 金边寺矿床铀矿物及典型羟水钙钛铀石电子探针成分

含有较高U、Ti和Ca含量的矿物有铌钛铀矿、羟水钙钛铀石、Lwashiroite-(Y)、Kapustinite、Menezesite、钕铌易解石、Okanoganite-(Y)、铌钇矿和钇铀烧绿石(表2)。与上述矿物化学成分相比较,金边寺铀矿床地表矿石中铀矿物化学成分与羟水钙钛铀石化学成分较为接近,而与其他矿物化学成分差别较大。结合矿物形态及化学成分初步判断,其可能为羟水钙钛铀石。

表2 含铀、钛、钙矿物及化学成分

5 拉曼光谱分析

图3 羟水钙钛铀石的拉曼光谱

将金边寺羟水钙钛铀石拉曼光谱与RRUFFTM数据库(Sokolova et al.,2005)的羟水钙钛铀石拉曼光谱(图3b)和Frost(2011)研究结果(图3c,d)相对比,发现金边寺羟水钙钛铀石拉曼光谱谱图与它们形态基本一致,谱峰几乎完全对应。

由于金边寺的羟水钙钛铀石矿物颗粒极为细小(长度小于3 μm),单矿物分选结果不理想,未能进行XRD分析以及水含量的分析等工作。但结合羟水钙钛铀石的岩相学特征,电子探针和拉曼光谱分析,基本可判断该矿物应为羟水钙钛铀石。

6 结 论

羟水钙钛铀石是一种典型的次生铀矿物,形成于铀矿床的次生氧化带。金边寺矿床中发现的羟水钙钛铀石属国内首次报道,该矿物在矿物学特征、化学成分和激光拉曼光谱特征与美国犹他州托马斯山脉西部Starvation峡谷发现的羟水钙钛铀石可类比。该矿物的发现丰富了我国铀矿物研究资料,且其颜色非常鲜艳,在野外环境中易被发现,可作为一种有效的找矿标志。通过岩相学观察、电子探针和拉曼光谱分析,得到以下结论:

(1)金边寺铀矿床地表矿石样品中鲜黄色羟水钙钛铀石矿物颗粒极为细小(长度小于3 μm),主要存在矿物之间或矿物裂隙、孔洞之中,呈长柱状、针状集合体形式存在。

(2)金边寺羟水钙钛铀石主要由UO3、TiO2、CaO和SiO2组成,化学成分显示了较大的变化范围。在所有的含U、Ti和Ca矿物中,其与典型羟水钙钛铀石化学成分较为接近。