赣南6722铀矿床钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合的厘定及成因意义

章邦桐,凌洪飞,吴俊奇

内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室(南京大学), 南京大学地球科学与工程学院， 南京, 210093

内容提要: 通过235U诱发裂变径迹及电子探针测试综合研究，在6722铀矿床的含矿隐爆角砾岩胶结物中首次发现钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合。这样一种在1 cm2(光薄片)范围内分布, 而且不存在任何脉状相互穿插现象的钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合表明其形成于同一成矿物理化学体系中。根据UO2—TiO2—H2O体系稳定场, 确定6722铀矿床中钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合形成温度范围为250～350 ℃,属中—高温热液成因。

前人曾对6722(草桃背)铀矿床矿石物质成分作过较详细的研究。陈然志❶(1980)研究表明，6722铀矿床矿石中的原生铀矿物以沥青铀矿为主，部分为铀石, 吸附状铀存在于赤铁矿、水云母、粘土矿物及隐爆角砾岩胶结物中。据范洪海等❷(2010)研究，"6722铀矿床矿石中的铀矿物主要以沥青铀矿为主，少量铀石及吸附状态的铀。镜下观察钛矿物很多，主要是锐钛矿、钛铁矿和白钛石等，但未见钛铀矿"。 笔者等注意到前人研究成果中存在以下问题: ① 关于是否存在钛铀矿的问题尚需进一步探寻；② 对铀矿物共生组合及其形成物理化学条件缺乏研究。为此，笔者等专门采集了6722铀矿床隐爆角砾岩型矿石样品，釆用光薄片、235U诱发裂变径迹及与电子探针分析相结合的方法，从微观上研究铀矿物共生组合关系，探讨其形成的物理化学条件及成因。

图1 6722矿床63号剖面示意图(据陈然志等❸ )Fig. 1 Sketch geological section for No. 6722 deposit (after Cheng Ranzhi et al.❸)

1 6722(草桃背)铀矿床地质简况

6722铀矿床位于赣南会昌地区，产出在受晚白垩世赣州组草桃背橄榄玄粗岩火山机构控制的隐爆角砾岩带内，其基底为富城花岗岩体。草桃背火山机构在平面上呈不规则椭圆形，东西长450m左右，南北宽约350m，在剖面上呈漏斗状，向中心倾斜。隐爆角砾岩围绕橄榄玄粗岩颈呈不规则状分布，分带明显，由中心向外，依次为橄榄玄粗岩、隐爆角砾岩带、碎裂花岗岩带、花岗岩(图1)。6722矿床的铀矿体呈不规则凸镜状及团块状主要赋存在隐爆角砾岩中，矿体产状严格受火山机构制约。矿石品位高，成分简单，属单铀型矿石，在矿石中可见少量黄铁矿。脉石矿物主要有微晶石英、绿泥石、水云母、萤石。

图2 6722铀矿床含矿隐爆角砾岩花岗岩角砾呈砖红色；含矿橄榄玄粗质碎屑胶结物呈灰紫色Fig. 2 Ore-bearing cryptoexplosive breccia for No. 6722 uranium deposit granite breccia-lateritic red; shoshonitic clastic cement-grayish purple

2 样品采集与制备

首先将采集的6722铀矿床隐爆角砾岩型矿石样品(图2)磨制成光薄片(f130，图3a)，进行显微镜下鉴定后, 将光薄片及作为铀诱发裂变径迹探测器的白云母片放入核反应堆进行热中子照射(热中子通量为2×1016中子/cm2)。白云母探测器经化学蚀刻处理后获得铀诱发裂变径迹的分布图像，铀裂变径迹密集分布的部位呈白色(图3b)。从图3b可以清晰地看出铀在含矿角砾岩中的分布特征：① 铀集中分布在橄榄玄粗质胶结物中，呈白色，而石英、长石等碎屑矿物中铀含量很低呈灰蓝色；② 矿石中黑云母铀含量高，由于铀诱发裂变径迹特别密集而呈白色(图3b 中的① ) , 表明其有很强的聚铀能力； ③ 在石英、长石中铀常沿微裂隙分布。

图4 6722铀矿床含矿隐爆角砾岩中的钛铀矿Fig. 4 Brannerite in ore-bearing cryptoexplosive breccia for No 6722 uranium deposit (a) 钛铀矿—晶质铀矿共生组合的背散射电子图像 , Ti—钛铀矿, Br—隐爆角砾, Ur —晶质铀矿; (b) 钛铀矿的背散射电子图像; (c) 钛铀矿的U元素X射线面扫描分析图像; (d) 钛铀矿的Ti元素X射线面扫描分析图像(a) Back-scattered electron image of brannerite—uraninite micro-assemblage, Ti—brannerite, Br—cryptoexplosive breccia, Ur —uraninite; (b) Back-scattered electron image of brannerite; (c) X-ray image of U in brannerite; (d) X-ray image of Ti in brannerite

其后, 选择光薄片中有代表性的铀诱发裂变径迹密集部位作出标记(图3a 中的红色圆圈)，进行电子探针测试。所用电子探针型号为南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的JEOLJXA8100，工作条件为：电压15kV，电流20mA，束斑直径≤1 μm。

3 钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合的的厘定

3.1 钛铀矿

钛铀矿呈发育良好的长柱状晶形分布在含矿隐爆角砾岩的胶结物中(图4a, 4b ) ，其U,Ti元素X射线面扫描分析图像见图4c和图4d，化学成分列于表1。从表1可见，草桃背铀矿床中钛铀矿的成分特点为: ① UO2及TiO2含量很高，分别为40.65%～43.83%和32.56%～34.25% ；② 含有少量的SiO2(3.19%～14.27%), Al2O3(0.77%～5.30%), CaO (0.99%～2.01%),MgO(0.013%～0.442%), FeO (0.374%～0.489%), Na2O (0.772%～1.313%), KO2(0～0.796%)等杂质；③ 较低的ThO2(0.289%～0.508%)和稀土元素(Ce2O3,0～0.794%; Nd2O3, 0～0.288%)；④ 含

表1 6722铀矿床含矿隐爆角砾岩中钛铀矿-晶质铀矿-铀石-沥青铀矿的电子探针分析结果(%)Table 1 Electron microprobe compositions of brannerite-uraninite-coffinite-pitchblende in ore-bearing cryptoexplosive breccia from No 6722 uranium deposit (%)

图5 6722铀矿床含矿隐爆角砾岩中的晶质铀矿Fig. 5 Uraninite in ore-bearing cryptoexplosive breccia for No 6722 uranium deposit(a) 晶质铀矿的背散射电子图像 , Ur —晶质铀矿; (b) 晶质铀矿的的U元素X射线面扫描分析图像(a) Back-scattered electron image of uraninite, Ur —uraninite; (b) X-ray image of U in uraninite

有一定数量的鹵族元素(F,0. 040～0.058%; Cl, 0～0.010%)。

3.2 晶质铀矿

晶质铀矿在含矿隐爆角砾岩中呈不规则状晶体沿矿物角砾边缘生长 (图5a) ，其U元素X射线面扫描分析图像见图5b，化学成分列于表1。从表l可见，6722铀矿床中晶质铀矿的UO2含量很高，为84.7% , 同时含有较高ThO2(7.26%), 其他造岩元素含量低于1%。这明显区别于以含Si, Ca, Al, Mg等杂质元素较多(> 1%) 而ThO2含量低为特征的沥青铀矿(王德荫等,1986)。 该晶质铀矿与钛铀矿紧密共生在一起(图4a)。这些特征表明6722铀矿床含矿隐爆角砾岩中的晶质铀矿属热液成因。

3.3 铀石

铀石呈不规则偏胶状集合体分布在含矿隐爆角砾岩的胶结物中(图6a、6c ) ，其U元素X射线面扫描分析图像见图6b和图6d，成分列于表1。从表l可见，草桃背铀矿床中铀石的成分特点为:① U含量高但变化范围大，为14.95%～31.97% ；② 含有很高的的SiO2(20.07～39.64%); ③ 含有较多 Al2O3(2.75%～21.95%),CaO(0.1%～3.67%), MgO(0.35%～1.09%),FeO(0.32%～0.63%), NaO2(0.52%～4.81%), KO2(0.02%～3.33%)等杂质；④ 较低的稀土元素(Ce2O3,0～0.27%; Nd2O3,0～0.06%)。

3.4 沥青铀矿

沥青铀矿呈雪花状、骸晶状、不规则凝胶状等多种形态分布在含矿隐爆角砾岩的胶结物中(图7a,7b) ，其成分列于表1。从表l可见，草桃背铀矿床中沥青铀矿的成分特点为:

① U含量很高，为68.54% ；② 含有一定数量的SiO2(1.75%), Al2O3(0.077%), MgO(0.023%), FeO(0.173%), NaO2(0.028%)等杂质。沥青铀矿以其独特的雪花状、骸晶状结晶形态及含有较多数量的造岩及微量元素而明显区别于晶质铀矿。

图7 6722铀矿床含矿隐爆角砾岩中的沥青铀矿Fig. 7 Pitchblende in ore-bearing cryptoexplosive breccia for No. 6722 uranium deposit(a) 多种形态沥青铀矿的背散射电子图像; (b) 雪花状沥青铀矿的背散射电子图像(a) back-scattered electron image of pitchblende with different forms; (b) snowflake back-scattered electron image of pitchblende

4 成因讨论及结论

(1) 从以上研究可知，6722铀矿床中的钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合出现在含矿隐爆角砾岩胶结物的微区范围(1cm2, 图2a)内，但不存在任何脉状穿插现象。这表明它们是由同一成矿热液体系形成的产物。

图8 在20MPa压力条件下UO2—TiO2—H2O体系的钛—铀矿物的稳定场图解 (据Dymkov,2003)Fig. 8 Stability fields of uranium minerals synthesized in the UO2—TiO2—H2O system at 20 MPa (after Dymkov,2003)

(2) 在内生热液铀矿床中沥青铀矿、铀石、钛铀矿是常见的原生铀矿物，而晶质铀矿则很少发现。晶质铀矿与钛铀矿密切共生的现象(图4a) 表明6722铀矿床形成温度高。

(3) Dymkov(2003)曽在20 MPa压力条件下通过UO2—TiO2—H2O体系实验作出了钛—铀矿物的稳定场图解(图8) 。 将6722铀矿床上述钛铀矿—晶质铀矿—沥青铀矿共生组合及其UO2,TiO2含量投影到UO2—TiO2—H2O稳定场图解上，确定其形成温度范围为250℃～350℃,属中—高温热液成因 (图8)。

(4) 根据6722铀矿床隐爆角砾岩中碎屑石英的超微构造特征及存在位错消失的高温退火现象，判明6722矿床中的隐爆作用是在>400℃的环境下发生的(章邦桐等,1998)。这为6722矿床含铀隐爆角砾岩形成的高温环境提供了佐证。

综上所述，钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合揭示6722铀矿床属于中—高温(250℃～350℃)热液铀矿床。

注释/Notes

❶ 陈然志，倪修义.1985.抓住隐爆岩，突破认识关，找到主矿层——6722矿床发展史.见：核工业地质局. 中国铀矿床发现和发展实例. 114.

❷ 范洪海，何德宝，王凤岗. 2008. 赣南铀矿基地白面石—河草坑地区成矿潜力评价及远景预测. 北京：核工业北京地质研究院科研报告. 66～82

❸ 陈然志. 1980. 6722铀矿床矿化期次划分及富集规律. 核工业江西二六四队. 地质情报， (2)：1～17.