馮張生

陜西核工業(yè)地質(zhì)局224大隊(duì)，陜西西安，710024

陜南光石溝偉晶巖型鈾礦床中長(zhǎng)石礦物化學(xué)初步研究

馮張生*

陜西核工業(yè)地質(zhì)局224大隊(duì)，陜西西安，710024

以光石溝偉晶巖型鈾礦床中相關(guān)偉晶巖中的長(zhǎng)石為研究對(duì)象，開(kāi)展系統(tǒng)的礦物化學(xué)電子探針研究，結(jié)果顯示其中的斜長(zhǎng)石都屬于更長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石，堿性長(zhǎng)石均為透長(zhǎng)石，運(yùn)用二長(zhǎng)石溫度計(jì)計(jì)算出了四種類(lèi)型偉晶巖的結(jié)晶溫度。通過(guò)研究，認(rèn)為4種類(lèi)型偉晶巖具有巖漿演化關(guān)系，從不含礦黑云母?jìng)ゾr-含礦黑云母?jìng)ゾr-二云母?jìng)ゾr-白云母?jìng)ゾr，隨著偉晶巖巖漿演化程度的增高，成巖結(jié)晶溫度不斷降低，巖漿逐漸向酸性演化，同時(shí)由于黑云母等富氟礦物的產(chǎn)出，導(dǎo)致晶質(zhì)鈾礦的沉淀而富集成礦。

光石溝 偉晶巖型鈾礦 長(zhǎng)石 礦物化學(xué)

我國(guó)是偉晶巖型鈾礦床較為發(fā)育的少數(shù)國(guó)家之一，它在我國(guó)主要分布在秦嶺造山帶北部和華北地臺(tái)的龍首山地區(qū)，其中以秦嶺造山帶北部的丹鳳地區(qū)最為發(fā)育。丹鳳地區(qū)位于陜西省南部丹鳳縣—商南縣，地處北秦嶺褶皺帶南緣東段，是我國(guó)偉晶巖型鈾礦最重要的產(chǎn)區(qū)，是勘察程度最高、找礦成果最顯著的地區(qū)，已探明有光石溝和陳家莊兩個(gè)中—大型偉晶巖型鈾礦床，隨著勘探工作的進(jìn)展，其儲(chǔ)量不斷擴(kuò)大。其中光石溝鈾礦床賦存量最大，品位較高，礦體形態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單，具有較好的開(kāi)采前景，為丹鳳地區(qū)鈾礦找礦勘探的重點(diǎn)礦床。

20世紀(jì)60年代至今，陜西核工業(yè)地質(zhì)局二二四大隊(duì)（原核工業(yè)西北地勘局二二四隊(duì)）和北京核工業(yè)地質(zhì)研究院等單位的學(xué)者在該地區(qū)做了大量的工作【1，2】，但以往的研究多側(cè)重于花崗巖與偉晶巖的關(guān)系及其地球化學(xué)特征等方面，而對(duì)于偉晶巖的礦物化學(xué)方面，特別是缺乏將產(chǎn)鈾偉晶巖與其二云母?jìng)ゾr、白云母?jìng)ゾr有機(jī)結(jié)合起來(lái)的相關(guān)研究，這阻礙了對(duì)鈾的富集沉淀規(guī)律及找礦標(biāo)志等方面的認(rèn)識(shí)。

長(zhǎng)石是花崗偉晶巖中重要的一類(lèi)造巖礦物，它的形成幾乎貫穿于原始偉晶熔體分異演化的全部過(guò)程，而且不同階段產(chǎn)出的長(zhǎng)石在其物理性質(zhì)，化學(xué)成分等方面各有特點(diǎn)，因此對(duì)它的系統(tǒng)研究，可以窺見(jiàn)原始偉晶巖熔體分異-演化過(guò)程中的變化及溫壓等條件。因此本文選擇光石溝鈾礦床相關(guān)偉晶巖中的長(zhǎng)石為研究對(duì)象，開(kāi)展系統(tǒng)的礦物化學(xué)研究，以期對(duì)晶質(zhì)鈾礦在偉晶巖的分布規(guī)律能夠有更清晰的認(rèn)識(shí)。

1 地質(zhì)背景

光石溝地區(qū)地處華北地臺(tái)南緣秦嶺褶皺帶，南鄰秦嶺地槽。陜西省核工業(yè)地質(zhì)局的鈾礦地質(zhì)工作者稱該區(qū)為丹鳳三角地帶，區(qū)內(nèi)出露地層為古元古界秦嶺群，北以蔡川斷裂為界，北部下古生界云架山群呈斷層接觸，南以商丹構(gòu)造帶北部分水嶺斷裂為界，與南部下古生界丹鳳群呈斷層接觸。光石溝偉晶巖型鈾礦床發(fā)育在灰池子花崗巖體、大毛溝白崗質(zhì)花崗巖株外接觸帶（圖1），已查明有90余處偉晶巖脈，在3.6km2范圍內(nèi)偉晶巖脈密集分布。目前的勘查成果顯示有22條脈巖賦存有鈾礦體或鈾礦化顯示，已初步查明5條含礦脈體，控制大小礦體24個(gè)。自巖體接觸帶往外大致呈現(xiàn)黑云母?jìng)ゾr、二云母?jìng)ゾr、白云母?jìng)ゾr分帶現(xiàn)象，鈾成礦與產(chǎn)于花崗巖體外接觸帶的黑云母花崗偉晶巖脈關(guān)系密切。

圖1 光石溝地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[3])Fig.1 Simplified geological map showing the Guangshigou region

2 巖石學(xué)特征

本次研究黑云母?jìng)ゾr樣品選自鉆孔ZK6801的新鮮巖心樣品，ZK6801-1，ZK6801-2不含礦偉晶巖，取自標(biāo)高62m和76m，ZK6801-5含礦偉晶巖取自標(biāo)高106m，二云母?jìng)ゾr和白云母?jìng)ゾr取自金盆村和富水附近野外露頭。

黑云母?jìng)ゾr主要由微斜長(zhǎng)石、石英、黑云母組成，副礦物常含獨(dú)居石、鋯石、晶質(zhì)鈾礦、黃鐵礦和磷灰石等。巖石結(jié)構(gòu)很不均一，粗?；蚓蘖；◢弾r結(jié)構(gòu)、局部見(jiàn)交代似斑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物顆粒相對(duì)較小，成分較為簡(jiǎn)單，一般不具有文象結(jié)構(gòu)和礦物分帶現(xiàn)象。晶質(zhì)鈾礦通常以單個(gè)晶體存在于副礦物、脈石礦物的晶體內(nèi)部或顆粒之間，但多富集于大量鱗片狀黑云母富集的地方。產(chǎn)鈾的黑云母?jìng)ゾr和不產(chǎn)鈾的黑云母?jìng)ゾr在野外特征和巖石學(xué)上并無(wú)太大區(qū)別。

二云母?jìng)ゾr主要由微斜長(zhǎng)石、石英、斜長(zhǎng)石、黑云母、白云母組成，副礦物常含石榴子石、鋯石、磷灰石等。結(jié)構(gòu)較為均一，礦物顆粒較大，具有一些簡(jiǎn)單的礦物分帶現(xiàn)象，具有少量文象結(jié)構(gòu)。

白云母?jìng)ゾr主要由微斜長(zhǎng)石，斜長(zhǎng)石、白云母、石英等組成，副礦物為石榴子石、鋯石、磷灰石、少量鈮鉭鐵礦、電氣石等。礦物顆粒粗大，出現(xiàn)石英核、塊體帶，文象結(jié)構(gòu)帶等。

偉晶巖中的斜長(zhǎng)石具有相似的特點(diǎn)：鏡下為無(wú)色，常呈板片狀或條狀，斜消光，負(fù)延性，有時(shí)可見(jiàn)卡斯巴律雙晶，常受輕微高嶺石化或絹云母化；在電子探針下未見(jiàn)明顯的環(huán)帶構(gòu)造。堿性長(zhǎng)石多為微斜長(zhǎng)石，鏡下無(wú)色，常為短柱狀或厚板狀，斜消光，負(fù)低突起，常見(jiàn)格子雙晶。有些因?yàn)楸砻骘L(fēng)化而呈表面渾濁灰色。一般未見(jiàn)環(huán)帶和條紋長(zhǎng)石

3 分析方法及結(jié)果

3.1 分析方法

將偉晶巖樣品磨成厚度適當(dāng)?shù)谋∑?，在偏光顯微鏡下進(jìn)行鏡下鑒定，然后選擇其中新鮮未蝕變的長(zhǎng)石樣品進(jìn)行電子探針?lè)治觥ｋ娮犹结樂(lè)治鲈陂L(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。儀器型號(hào)為JXI-8100型電子探針。工作環(huán)境為：工作電壓25kV，電流10.0nA，束斑10.0μm。修正方法：ZAF；標(biāo)準(zhǔn)樣品：美國(guó)SPI 公司53種礦物。長(zhǎng)石采用的標(biāo)樣是：鈉長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、鎂鋁榴石、鐵鋁榴石。

3.2 分析結(jié)果

3.2.1 斜長(zhǎng)石 各類(lèi)偉晶巖中斜長(zhǎng)石的電子探針?lè)治鼋Y(jié)果如表1，從表中可以看出，不含礦黑云母?jìng)ゾr的斜長(zhǎng)石SiO2的含量為63.286%～64.843%，Al2O3為21.943%～23.199%，CaO為 4.792%～5.722%，K2O為0.2%～0.305%，Na2O為7.663%～8.394%。含礦黑云母?jìng)ゾrSiO2的含量為66.137%～66.983%，Al2O3為20.663%～21.784%，CaO為2.571%～3.071%，K2O為0.072%～0.137，Na2O為9.082%～9.978%。二云母?jìng)ゾrSiO2的含量為67.149%～69.345%，Al2O3為20.662%～20.707%，CaO為1.823%～2.894%，K2O為0.063%～0.135%，Na2O為 9.106%～10.434%。白云母?jìng)ゾrSiO2的含量為67.141%～68.874%，Al2O3為19.451%～20.615%，CaO為0.852%～1.351%，K2O為0.047%～0.081%，Na2O為9.987%～11.152%?？梢钥闯?，從不含礦黑云母?jìng)ゾr—產(chǎn)礦黑云母?jìng)ゾr—二云母?jìng)ゾr—白云母?jìng)ゾr，斜長(zhǎng)石中的Ca，K元素含量減少，而Na元素含量升高，而Si，Al等元素含量基本一致。

表1 斜長(zhǎng)石的電子探針?lè)治鼋Y(jié)果（%）Table 1 Electron probing analysis of plagioclase （%）

3.2.2 堿性長(zhǎng)石 各類(lèi)偉晶巖中堿性長(zhǎng)石的電子探針?lè)治鼋Y(jié)果如表2，從表中可以看出，不含礦黑云母?jìng)ゾr的堿性長(zhǎng)石SiO2的含量為64.406%～67.126%，Al2O3為17.639%～18.836%，CaO為0.007%～0.052%，K2O為14.859%～15.656%，Na2O為0.768%～1.27%。含礦黑云母?jìng)ゾrSiO2的含量為65.030%～65.715%，Al2O3為17.442%～18.563%，CaO為0%～0.02%，K2O為15.791%～16.381%，Na2O為0.428%～0.703%。二云母?jìng)ゾrSiO2的含量為64.974%～66.248%， Al2O3為17.266%～17.46%，基本不含CaO，K2O為16.244%～16.595%，Na2O為0.34%～0.491%。白云母?jìng)ゾrSiO2的含量為為64.97%～66.345%，Al2O316.975%～17.871%，也基本不含CaO，K2O為15.503%～16.484%，Na2O為0.314%～0.436%。同樣可以看出，從不含礦黑云母?jìng)ゾr—產(chǎn)礦黑云母?jìng)ゾr—二云母?jìng)ゾr—白云母?jìng)ゾr，堿性長(zhǎng)石中的Ca，Na元素含量減少，而K元素含量升高，而Si，Al等元素含量同樣基本無(wú)變化。

表2 堿性長(zhǎng)石的電子探針?lè)治鼋Y(jié)果（%）Table 2 Electron probing analysis of alkali feldspar （%）

4 討論

4.1 對(duì)偉晶巖形成溫度的啟示

從巖漿巖中結(jié)晶出來(lái)的礦物與巖漿組成及其所處條件（如溫度、壓力、氧逸度和水逸度）有關(guān)，通過(guò)對(duì)巖漿結(jié)晶時(shí)形成的共結(jié)礦物對(duì)物質(zhì)成分的分析可以判斷礦物結(jié)晶時(shí)所處的溫壓條件，在花崗質(zhì)巖漿中可以對(duì)鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石共存相條件，運(yùn)用二長(zhǎng)石溫度計(jì)計(jì)算礦物形成的巖漿溫度。其原理是基于Ab組分在斜長(zhǎng)石和堿性長(zhǎng)石形成的有限固溶體中的分配系數(shù)為一個(gè)固定值，并隨著巖石形成溫度不同作規(guī)律性變化而提出的，因此本文利用Whitney和Stormer提出的公式計(jì)算【4】：

式中：p為壓力(108Pa），xab·Af和xab·pl為Ab在堿性長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石中的摩爾分?jǐn)?shù)。

根據(jù)研究資料可知，黑云母在1.3×109Pa的壓力條件下將會(huì)被分解，而除白云母?jìng)ゾr由于演化原因無(wú)黑云母外，其余偉晶巖含有較多黑云母，因此可以大致判斷出，偉晶巖的結(jié)晶壓力一定小于1.3×109Pa，同樣的根據(jù)偉晶巖形成的位置不可能處于地表，所以其結(jié)晶的最小壓力將不低于5×108Pa。通過(guò)上面的分析可以推斷偉晶巖形成的壓力范圍為5×108～1.3×109Pa。選擇共生的斜長(zhǎng)石-堿性長(zhǎng)石礦物對(duì)數(shù)據(jù)以及估算壓力，運(yùn)用到上述公式對(duì)偉晶巖進(jìn)行溫度計(jì)算，可以看出不含礦偉晶巖的結(jié)晶溫度約為623～679℃，含礦偉晶巖的結(jié)晶溫度約為582～607℃，二云母?jìng)ゾr的結(jié)晶溫度約為543～579℃，白云母的結(jié)晶溫度為534～562℃。且偉晶巖在兩種假設(shè)壓力下的溫度變化不大，說(shuō)明本次研究的偉晶巖結(jié)晶溫度受壓力影響較小，所得的結(jié)晶溫度大致相當(dāng)于其成巖溫度。

4.2 對(duì)偉晶巖演化的啟示

大量的研究表明，長(zhǎng)石是整個(gè)巖漿結(jié)晶過(guò)程中的重要造巖礦物，其長(zhǎng)石的化學(xué)成分可靈敏地反映出巖漿演化過(guò)程，以及物理化學(xué)條件、分異程度，對(duì)巖漿演化過(guò)程的結(jié)晶分異特點(diǎn)成礦規(guī)律能夠有深刻的認(rèn)識(shí)?；谘趸镉?jì)算【5】可以得到長(zhǎng)石的種屬性質(zhì)如表1，表2，將其投入長(zhǎng)石分類(lèi)圖中（圖2）可以看出，斜長(zhǎng)石成分上的共同特點(diǎn)是Or含量較低（＜1.9%），幾乎為純的Ab-An二元固溶體體系。不含礦和含礦黑云母?jìng)ゾr中的斜長(zhǎng)石均屬于更長(zhǎng)石，二云母?jìng)ゾr中的斜長(zhǎng)石屬于更-鈉長(zhǎng)石，白云母?jìng)ゾr中的斜長(zhǎng)石屬于鈉長(zhǎng)石，而偉晶巖中的堿性長(zhǎng)石均屬于透長(zhǎng)石，但從圖2上可以看出無(wú)論斜長(zhǎng)石和堿性長(zhǎng)石具有一定的變化趨勢(shì)，從不含礦黑云母?jìng)ゾr—含礦黑云母?jìng)ゾr—二云母?jìng)ゾr—白云母?jìng)ゾr，偉晶巖中斜長(zhǎng)石中Ab值逐漸升高，而其An逐漸降低，而盡管堿性長(zhǎng)石中的Ab，An值并沒(méi)有明顯的變化，但其Or明顯升高。長(zhǎng)石的這種變化趨勢(shì)與華南許多花崗質(zhì)復(fù)式巖體和雜巖體中，從早期花崗巖到晚期花崗巖類(lèi)，長(zhǎng)石成分變化特征相似，暗示這幾種偉晶巖可能具有演化關(guān)系，結(jié)合結(jié)晶溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，我們可以認(rèn)為偉晶巖具有巖漿演化關(guān)系，從不含礦黑云母?jìng)ゾr—含礦黑云母?jìng)ゾr—二云母?jìng)ゾr—白云母?jìng)ゾr，隨著偉晶巖巖漿的演化，成巖結(jié)晶溫度不斷降低，巖漿逐漸向酸性演化，其中的斜長(zhǎng)石由更長(zhǎng)石向鈉長(zhǎng)石演化，而堿性長(zhǎng)石中Or成分不斷增加，不斷“純化”。

圖2 長(zhǎng)石分類(lèi)圖解Fig. 2 Classify diagram of feldspar

4.3 對(duì)鈾成礦的啟示

與熱液型鈾礦床不同，偉晶巖型鈾礦床的成礦是在高溫下進(jìn)行的，而實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)的研究表明，高溫條件下鈾主要以F的絡(luò)合物形式遷移，隨著巖漿演化，熔體中的F含量增高，鈾也不斷富集于巖漿演化晚期【6，7】。同時(shí)，華南花崗巖型鈾礦床的研究也表明鈾往往富集復(fù)式巖體演化晚期的花崗巖中【8~10】。因此可見(jiàn)，花崗巖和偉晶巖中鈾的分布均受控于巖漿的演化程度。但華南花崗巖型鈾礦的研究表明，晶質(zhì)鈾礦多集中于演化晚期的二云母花崗巖及白云母花崗巖之中，而較早期的黑云母花崗巖中并不產(chǎn)出晶質(zhì)鈾礦，而根據(jù)本次對(duì)長(zhǎng)石的研究表明，與華南花崗巖型鈾礦床不同，偉晶巖型鈾礦床中成礦偉晶巖主要集中在巖漿演化的黑云母?jìng)ゾr階段的后期中，可以說(shuō)相對(duì)于花崗巖型鈾礦床，偉晶巖型鈾礦床中晶質(zhì)鈾礦的沉淀“提前”了。根據(jù)本次研究的結(jié)果及鏡下觀察，筆者認(rèn)為其原因可是兩種機(jī)制的共同作用: 相對(duì)于花崗巖，偉晶巖的溫度和氧逸度更低，使鈾在熔體/流體中的鈾的分配系數(shù)降低，同時(shí)，隨著偉晶巖的演化，巖漿逐漸向酸性演化，黑云母，磷灰石等富F硅酸鹽化物開(kāi)始大量沉淀，導(dǎo)致巖漿中F大量減少，這時(shí)熔體中的鈾呈過(guò)飽和狀態(tài)，繼而開(kāi)始大量沉淀。這種理論假設(shè)的具體表現(xiàn)：巖石學(xué)上晶質(zhì)鈾礦多富集于鱗片狀黑云母大量產(chǎn)出的部位，礦物學(xué)上，晶質(zhì)鈾礦邊部或附近常有黃鐵礦等硫化物產(chǎn)出，這正代表礦物形成時(shí)溫度和氧逸度均很低。因此，在實(shí)際工作中，作者認(rèn)為產(chǎn)黑云母?jìng)ゾr中靠近二云母?jìng)ゾr一側(cè)的黑云母?jìng)ゾr可能是今后找礦的重點(diǎn)。

5 結(jié)論

通過(guò)本次研究，我們得到如下結(jié)論：

(1)光石溝地區(qū)偉晶巖中的斜長(zhǎng)石都屬于中長(zhǎng)石，鈉長(zhǎng)石，堿性長(zhǎng)石均為透長(zhǎng)石。

(2)運(yùn)用二元長(zhǎng)石溫度計(jì)，計(jì)算出不含礦黑云母?jìng)ゾr的結(jié)晶溫度約為623～679℃，含礦偉晶巖的結(jié)晶溫度約為582～607℃，二云母?jìng)ゾr的結(jié)晶溫度約為543～579℃，白云母的結(jié)晶溫度為534～562℃。

(3)本次研究的偉晶巖具有巖漿演化關(guān)系，從不含礦黑云母?jìng)ゾr—產(chǎn)礦黑云母?jìng)ゾr—二云母?jìng)ゾr—白云母?jìng)ゾr，隨著偉晶巖巖漿的演化程度的增高，成巖結(jié)晶溫度不斷降低，巖漿逐漸向酸性演化，其中的斜長(zhǎng)石由更長(zhǎng)石向鈉長(zhǎng)石演化，而堿性長(zhǎng)石中Or成分不斷增加，不斷“純化”。

(4)黑云母?jìng)ゾr中鈾的礦化可能是由于溫度、氧逸度的降低以及黑云母等富F礦物的大量晶出而導(dǎo)致的。

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THE PRELIMINARY RESEARCH ON FELDSPAR OF GUANGSHIGOU PEGMATITE-TYPE URANIUM DEPOSIT，SOUTH SHANXI PROVINCE

Feng Zhangsheng
Geological Party No.224，Shanxi Nuclear Geology Bureau，Xi’an，Shanxi，710024，China

The study is focus on the mineral chemistry of feldspar in the pegmatite of Guangshigou pegmatite-type uranium deposit by the means of EMPA. The result shows that the plagioclases are belong to oligoclase and albite，and the alkali feldspars are belong to sanidine. The study also calculates the crystallization temperature using the two-feldspar geological thermometer. It is indicated that the four type pegmatites shows magma evolution relationship based on this research. The crystallization temperature decrease and the acid level of the magma increase，with the magma evolution. Meanwhile，the fluorine rich mineral such as biotite，and apatite crystallize from the magma. Uraninite precipitates to deposit because of above physical and chemical changes.

Guangshigou，pegmatite-type uranium deposit，feldspar，mineral chemistry

P578.968∶P619.14

A

1006–5296（2012）02–0071–06

馮張生（1972～），男，長(zhǎng)期從事花崗偉晶巖型鈾礦勘察工作，工程師

2012-04-13；改回日期：2012-04-27