江衛(wèi)兵，林坤，李海東, ，孫中瑞，彭渤洋，尹征平

（1.核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關(guān) 512029；2.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013）

0 引言

粵東北地區(qū)是我國花崗巖型鈾礦資源的重要產(chǎn)地，其中的桃源鈾礦床發(fā)現(xiàn)于1958年，通過近四十年的勘查，目前已經(jīng)達(dá)到中型鈾礦床規(guī)模。但是該礦床研究程度比較低，僅在少量勘查報(bào)告中見到對礦床成因和形成年齡的表述。對于鈾礦物類型及其賦存形式、成礦溫度、壓力及礦床成因等鮮有研究。通過鈾礦物賦存形式和組合特征研究可以查明礦床成礦物質(zhì)組成、推斷礦床形成溫度、形成環(huán)境和分析礦床成因等（王運(yùn)等，2010；劉杰等，2013；章邦桐等，2014；趙奇峰等，2015；金海飛等，2016；康清清等，2018；陳擎等，2020；潘澄雨等，2020；王鳳崗等，2021）。

本文在系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查和樣品采集的基礎(chǔ)上，通過巖礦鑒定和電子探針分析，對該礦床的鈾礦物及組合特征進(jìn)行詳細(xì)研究，分析研究礦石中鈾的賦存狀態(tài)、礦物組合特征、成礦溫度、成礦物理化學(xué)條件等，進(jìn)而對礦床的成因及其成礦環(huán)境進(jìn)行探討，以期為該地區(qū)鈾礦找礦勘查提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況

桃源鈾礦床位于廣東省河源市和平縣。位于大壩巖體東側(cè)，大地構(gòu)造位置屬于華夏古陸塊與楊子古陸塊結(jié)合部位，處于特提斯構(gòu)造域與環(huán)太平洋構(gòu)造域匯聚部位（圖1）。

圖1 桃源鈾礦床大地構(gòu)造位置圖（a—修改自任紀(jì)舜等，1990；b—本文自測）

桃源鈾礦床是一個位于長塘盆地西側(cè)大壩巖體內(nèi)的中型鈾礦床，成礦年齡約88 Ma，礦床及其外圍以花崗巖侵入體為主，此外還出露有輝綠巖脈、晚期花崗斑巖、火山巖以及少量堿性鉀質(zhì)流體交代形成的鉀化花崗巖（圖2）。其中，大壩巖體以巖基形式產(chǎn)出，由主體中粒黑云母花崗巖和補(bǔ)體細(xì)粒（二）白云母花崗巖組成，其中主體花崗巖年齡為（231.8±1.8）Ma，補(bǔ)體花崗巖年齡為（229.9±1.2）Ma（數(shù)據(jù)待發(fā)表），二者均形成于印支期，且形成時(shí)間相近；巖石整體廣泛發(fā)育鉀長石化、綠泥石化等熱液蝕變。

圖2 桃源鈾礦床地質(zhì)略圖（自測）

研究區(qū)內(nèi)地層不發(fā)育，僅在外圍出露寒武系和白堊系地層，寒武系地層主要分布在研究區(qū)南部，巖性為石英云母片巖、變質(zhì)砂巖、板巖、千枚巖。上白堊系地層分布在研究區(qū)北部，巖性為紫紅色礫巖、含礫砂巖、砂巖等，覆蓋于花崗巖體、輝綠巖脈之上，被英安巖和晚期細(xì)粒斑狀花崗巖脈穿插。

桃源礦床鈾礦化主要受北東向斷裂構(gòu)造控制，礦體主要分布在構(gòu)造帶及其兩側(cè)蝕變帶中（圖3），呈脈狀、透鏡狀等，礦體厚度變化較大，品位多介于0.065%～0.203%之間。礦石礦物主要為瀝青鈾礦、鈾石、鈦鈾礦，脈石礦物主要為石英、螢石、方解石等。鈾礦化與熱液蝕變關(guān)系密切，區(qū)內(nèi)熱液蝕變主要有鉀長石化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、硅化、水云母化、綠泥石化、碳酸鹽化、高嶺土化等，局部有螢石化。按熱液蝕變與鈾成礦作用形成時(shí)間先后關(guān)系可將桃源礦床熱液蝕變分為礦前期、成礦期和礦后期。礦前期熱液蝕變主要為鉀長石化、硅化、水云母化、綠泥石化，是區(qū)內(nèi)的一般性熱液蝕變，呈面狀廣泛分布，其中鉀長石化與鈾礦化關(guān)系密切，在鉀長石化過程完成了鈾的預(yù)富集，且為鈾成礦提供賦存空間，瀝青鈾礦脈往往位于鉀長石化中（圖4）；成礦期熱液蝕變有赤鐵礦化、黃鐵礦化、硅化、紫黑色螢石化等，其中赤鐵礦化、黃鐵礦化、硅化與鈾礦化關(guān)系最為密切，為酸性熱液蝕變，成礦熱液溫度為中低溫（另有數(shù)據(jù)待發(fā)表）；成礦后期熱液蝕變主要為硅化、碳酸鹽化、高嶺土化等。熱液蝕變水平分帶明顯（圖3、圖4b），鈾礦脈中心主要發(fā)育赤鐵礦化、黃鐵礦化、硅化，往外依次鉀長石化、綠泥石化、水云母化。

圖3 桃源礦床鉆孔剖面圖

2 鈾的賦存形式

所采集的樣品來自1783地段和ZK122-1鉆孔礦體。對礦石樣品進(jìn)行詳細(xì)的手標(biāo)本描述，制備成光薄片進(jìn)行鏡下鑒定，并通過JXA8100電子探針并對具有代表性的含鈾礦物進(jìn)行含量測定。

通過電子探針發(fā)現(xiàn)，桃源鈾礦床鈾主要呈獨(dú)立鈾礦物形式存在，主要為瀝青鈾礦、鈾石、鈦鈾礦（圖4；圖5；表1），少量鈾以類質(zhì)同象形式賦存于富鈾礦物釷石、鋯石、金紅石中，極少量呈吸附態(tài)存在于裂隙或礦物晶粒間。

圖4 桃源礦床鈾礦石手標(biāo)本

2.1 瀝青鈾礦

瀝青鈾礦呈脈狀、葡萄狀、角礫狀、環(huán)帶狀、放射狀、膠狀、腎狀、條帶狀、不規(guī)則狀、球粒狀、皮殼狀等各類形態(tài)產(chǎn)出（圖5a、c），SEM圖像上呈亮白色。常與微晶石英、螢石、黃鐵礦、綠泥石等礦物共生或伴生。部分被后期鈾石交代，僅殘留少量于鈾石中（圖5a）。鈾礦石中普遍發(fā)育脈狀、環(huán)帶狀瀝青鈾礦，表明成礦期含礦斷裂帶處于張性狀態(tài)，存在較開闊的空間。

瀝青鈾礦UO2含量80.95%～86.26%，均值為83.45%，雜質(zhì)成分有SiO2、P2O5、CaO、TiO2、PbO等，但總含量較低，這可能是成礦過程中圍巖組分的帶入所致。

2.2 鈾石

在該礦床中亦有較多分布，鈾石在反射光下呈灰色，在SEM圖像中呈不規(guī)則狀、粒狀、細(xì)脈狀等形態(tài)，與瀝青鈾礦、黃鐵礦、鈉長石等共（伴）生（圖5a、d），其形成晚于瀝青鈾礦，也可見到部分鈾石系瀝青鈾礦轉(zhuǎn)變而來，見鈾石中殘留的瀝青鈾礦。鈾石的自純作用差，常含有較高比例的雜質(zhì)。部分鈾石分布在熱液蝕變礦物鈉長石內(nèi)，且被后期熱液交代嚴(yán)重。

圖5 桃源鈾礦床鈾礦石背散射照片

鈾石UO2含量變化范圍大，常介于64.87%～67.85%之間，遠(yuǎn)低于瀝青鈾礦的UO2含量；SiO2含量為6.23%～27.2%。遠(yuǎn)高于瀝青鈾礦的SiO2含量；PbO含量為0.03%～2.17%；CaO含量4.34%～6.03%。除此之外，鈾石中還常見Al2O3、ZrO2、P2O5等混入物，且含量十分穩(wěn)定。鈾石的化學(xué)成分總量為83.29%～88.63%，說明其含水量和雜質(zhì)含量比較高。

2.3 鈦鈾礦

鈦鈾礦主要產(chǎn)于呈黑云母假象的綠泥石裂隙內(nèi)和金紅石四周，呈不規(guī)則細(xì)脈狀、柱狀、環(huán)帶狀等形態(tài)，與金紅石密切共生（圖5b）。

鈦鈾礦主要成分UO2、TiO2、SiO2、CaO含量分別為56.15%～62.63%、13.16%～16.96%、3.77%～6.20%、4.29%～5.08%，除此之外還常見Al2O3、ZrO2、P2O5等混入物，且含量十分穩(wěn)定，推測是由于樣品中混入少量石英、黃鐵礦及黏土礦物所造成的。鈦鈾礦的化學(xué)成分總量為85.57%～92.06%。

3 礦石礦物組合特征

根據(jù)鈾礦石中各礦物共生組合特征，初步劃分出桃源礦床5組主要的礦物組合關(guān)系。

（1）瀝青鈾礦-赤鐵礦-微晶石英組合：該礦物組合是桃源礦床最主要的礦物組合方式，廣泛分布于礦床中。主要表現(xiàn)為以紅褐色、煙灰色微晶石英組成“硅質(zhì)骨架”，兩側(cè)熱液蝕變分帶明顯。硅質(zhì)熱液活動具有多期多階段性，赤鐵礦往往呈浸染狀、細(xì)脈狀疊加于硅質(zhì)骨架中和兩側(cè)的蝕變帶中，在礦帶內(nèi)與瀝青鈾礦共生。此外，局部可見粒狀黃鐵礦分布，鈾礦化強(qiáng)度與黃鐵礦化強(qiáng)度呈正比。在電子探針中，可見瀝青鈾礦細(xì)脈圍繞微晶石英四周分布。

（2）瀝青鈾礦-鈾石-紫黑色螢石組合：鈾石與紫色、紫黑色螢石共生，呈細(xì)脈狀分布于裂隙中，并可見少量方解石。在地表1783礦點(diǎn)及其附近有分布。

表1 桃源鈾礦床礦石礦物化學(xué)成分電子探針分析表/%

（3）瀝青鈾礦-鈾石組合：脈石礦物以方解石、微晶石英為主。鈾石表面裂紋明顯，主要表現(xiàn)為瀝青鈾礦被包裹于鈾石中，可見瀝青鈾礦被鈾石交代現(xiàn)象。

（4）鈦鈾礦-金紅石-綠泥石組合：該組類型組合主要由鈦鈾礦、金紅石、綠泥石等礦物組成。鈦鈾礦主要分布在金紅石四周或呈黑云母假象的綠泥石裂縫中。這種鈦鈾礦與綠泥石共生的特征反應(yīng)了鈾礦形成時(shí)相對還原的成礦環(huán)境。

（5）鈾石-鈉長石組合：鈾石基本分布于鈉長石內(nèi)或四周，呈脈狀、膠狀產(chǎn)出，并被后期硅質(zhì)熱液交代。

4 鈾礦物成因及地質(zhì)意義

桃源鈾礦床鈾礦物組合特征表明，該礦床主要的鈾礦物為瀝青鈾礦、鈾石，其次為鈦鈾礦?？傮w而言，鈾礦物均呈脈狀、細(xì)脈狀產(chǎn)出，鈾礦化主要受斷裂構(gòu)造控制。瀝青鈾礦與鈾石（伴）共生，具體可分為兩種情況，第一種為瀝青鈾礦與鈾石共同存在一個區(qū)域內(nèi)，二者沒有交代和被交代關(guān)系；第二種就是鈾石交代瀝青鈾礦，瀝青鈾礦被包裹于鈾石中，這種鈾石具有明顯的裂紋。鈾石與瀝青鈾礦密切共生在熱液鈾礦床中較為常見，反應(yīng)二者具有相似的形成物理化學(xué)條件；二者包裹與被包裹的關(guān)系反應(yīng)出二者在不同的條件下可相互轉(zhuǎn)換。鈾石的化學(xué)成分為USiO4，瀝青鈾礦化學(xué)成分為UO2。研究表明當(dāng)熱液介質(zhì)中SiO2含量、活度增大時(shí)，瀝青鈾礦不穩(wěn)定，可與SiO2作用并生成鈾石；反之，當(dāng)熱液介質(zhì)中SiO2含量、活度降低時(shí)，鈾石不穩(wěn)定，可分解成瀝青鈾礦和SiO2；此外，鈾石主要形成于弱堿性或堿性條件，在中性或弱酸性條件下不穩(wěn)定，易于分解成瀝青鈾礦和SiO2（李子穎等，2010）。桃源鈾礦床中瀝青鈾礦與鈾石可同時(shí)形成，也有瀝青鈾礦被鈾石交代的情況，表明桃源礦床至少存在兩次鈾成礦過程。

眾多研究表明，瀝青鈾礦中化學(xué)成分含量可以反應(yīng)其形成的物理化學(xué)條件（閔茂中，1985，1989），瀝青鈾礦中低Th、Pb等，高Si、Ca等造巖元素含量特征反映出其形成于中低溫環(huán)境（李仁澤，2016）。桃源礦床瀝青鈾礦電子探針分析數(shù)據(jù)顯示，SiO2含量介于1.48%～2.63%之間，均值為2.20%；CaO含量介于3.87%～5.65%之間，均值為4.67%；ThO2含量低于檢測限以下；PbO含量介于0.32%～0.67%之間，均值為0.55%；表現(xiàn)出高Si、Ca，低Th、Pb的特征，表明桃源鈾礦床瀝青鈾礦為中、低溫?zé)嵋鹤饔玫漠a(chǎn)物，成礦介質(zhì)具有中性—弱堿性、弱氧化-弱還原性特征（李仁澤，2016）。

閔茂中和張福生（1992）認(rèn)為鈦鈾礦在自然界中主要生成在高溫（450～300 ℃）和中低溫（300～120 ℃）、弱堿性（pH=7～9）還原環(huán)境。天然鈦鈾礦主要有3種生成方式：①直接從成礦溶液或熔體中晶出，主要為高溫鈦鈾礦；②交代含鈦礦物，在華南花崗巖型鈾礦中主要為中低溫鈦鈾礦；③由含U、Ti的氧化物和氫氧化物改造重結(jié)晶生成。

在桃源礦床中鈦鈾礦主要產(chǎn)于呈黑云母假象的綠泥石裂隙內(nèi)和金紅石四周，呈不規(guī)則細(xì)脈狀、環(huán)帶狀等形態(tài)，與金紅石密切共生?？梢娫摰V床鈦鈾礦與金紅石關(guān)系極為密切，應(yīng)為中低溫含鈾熱液交代先存的鈦礦物（如金紅石），部分TiO2析出進(jìn)入成礦流體所形成，因此，初步推斷其屬于上述中第二種鈦鈾礦。流體包裹體激光拉曼分析表明桃源鈾礦床成礦流體氣體組成以CH4為主（圖6），表明成礦熱液具有強(qiáng)還原性。強(qiáng)還原環(huán)境有利于鈦的活化、遷移（鄭大中和鄭若鋒，2003），有利于圍巖中的鈦進(jìn)入成礦熱液。在圍巖花崗巖中黑云母等暗色礦物蝕變成綠泥石等時(shí)，礦物中部分TiO2析出并在含鈾熱水溶液作用下生成鈦鈾礦。同時(shí)，花崗巖中鈦鐵礦在鈾成礦期前期相對氧化階段被活化，并在溫度＜150 ℃時(shí)與氧接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，形成金紅石、赤鐵礦（鄭大中和鄭若鋒，2003）（公式1）。在鈾成礦階段金紅石被含礦熱液交代，最終形成鈦鈾礦，故可見大量鈦鈾礦繞金紅石四周分布。

圖6 桃源礦床流體包裹體激光拉曼分析

5 結(jié)論

（1）桃源礦床鈾礦物主要為瀝青鈾礦和鈾石，次之為鈦鈾礦等；根據(jù)鈾礦物共生組合特征可劃分為瀝青鈾礦-赤鐵礦-微晶石英組合、瀝青鈾礦-鈾石-紫黑色螢石組合、瀝青鈾礦-鈾石組合、鈦鈾礦-金紅石-綠泥石組合、鈾石-鈉長石組合5組類型。

（2）根據(jù)瀝青鈾礦、鈾石穿插包裹關(guān)系，桃源礦床至少存在兩期熱液成礦，早期以瀝青鈾礦化為主，晚期形成鈾石、鈦鈾礦等。

（3）鈦鈾礦主要產(chǎn)于呈黑云母假象的綠泥石裂隙內(nèi)和金紅石四周，呈不規(guī)則細(xì)脈狀、環(huán)帶狀等形態(tài)，與金紅石密切共生；主要為中低溫?zé)嵋航淮梢颉?/p>

（4）鈾礦物共生組合特征以及瀝青鈾礦元素含量特征表明該礦床成礦溫度為中低溫，礦床形成偏還原環(huán)境，綜上認(rèn)為，桃源礦床形成于中低溫偏還原環(huán)境。