孟艷寧， 范洪海， 陳東歡， 王生云

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，北京 100029；2.中核鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029)

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河北省沽源地區(qū)460礦床的鈾鉬礦物學特征研究

孟艷寧1,2， 范洪海1,2， 陳東歡1,2， 王生云1,2

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，北京 100029；2.中核鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029)

沽源460礦床為典型的火山巖型鈾鉬多金屬礦床，礦石類型復雜。系統(tǒng)采集了460礦床的鉆孔巖芯樣品，通過巖礦鑒定，電子探針、掃描電鏡及徑跡蝕刻，分析研究其礦化蝕變類型及特征、礦石礦物組合及鈾礦物存在形式的研究。查明了460礦床的礦化蝕變類型主要為：伊利石化、硅化、螢石化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、閃鋅礦化、膠硫鉬礦化；鈾的存在形式為：以獨立的鈾礦物形式存在于瀝青鈾礦和鈾石中；以類質(zhì)同相的形式存在于膠硫鉬礦中；以吸附狀態(tài)存在于基質(zhì)、裂隙及鈾鉬礦物的邊緣。上述研究成果為460礦床鈾鉬資源的進一步的開采和利用提供技術(shù)支撐。

鈾鉬礦床； 鈾存在形式；膠硫鉬礦； 沽源地區(qū)

孟艷寧，范洪海，陳東歡，等.2015.河北省沽源地區(qū)460礦床的鈾鉬礦物學特征研究[J].東華理工大學學報：自然科學版，38(4)：335-343.

Meng Yan-ning，F(xiàn)an Hong-hai,Chen Dong-huan,et al.2015.Mineralogic characters of No.460 deposit in Guyuan area, Hebei province[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 38(4)：335-343.

沽源地區(qū)的鈾礦地質(zhì)工作始于20世紀60年代，目前鈾礦地質(zhì)工作基本處于停滯狀態(tài)，前人對該地區(qū)的礦床做了大量的工作，取得了一定的認識。460礦床為沽源地區(qū)典型的火山巖型鈾鉬多金屬礦床，礦石類型復雜。該礦床大地構(gòu)造位置位于華北大陸北緣的沽源-紅山子鈾多金屬成礦帶。該成礦帶基礎(chǔ)地質(zhì)研究成果豐富(芮國楨，2010；郭鴻軍等，2009；陳東歡等，2011；吳仁貴等，2011；夏毓亮等，1998；沈光銀，2007；沈光銀等，2011；劉學武等，2010；杜俐等，2012；任之鶴等，1997；呂增堯，2012；伍靜等，2011)，部分礦床已完成詳查進入勘探階段。在充分研究和吸收現(xiàn)有研究資料及成果的基礎(chǔ)上，針對該礦床進行了系統(tǒng)地礦物學研究，系統(tǒng)研究了該礦床中主要礦物類型及鈾鉬元素的存在形式。本文的研究成果可為改進和提高鈾、鉬礦石的水冶浸出率提供工藝礦物學依據(jù)和基礎(chǔ)參數(shù)，以提高鈾鉬資源的綜合利用率。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

沽源火山盆地蓋層由中生界(燕山早—中期)陸相火山巖和中生代晚期—新生代(燕山晚期—喜山期)裂陷—中基性火山巖兩大構(gòu)造層組成。礦床范圍1.29 km2，地層、巖性出露以中生界侏羅系上統(tǒng)張家口組第三段為主，以流紋巖和角礫凝灰?guī)r為主，厚度大于730 m，可分為三個火山噴發(fā)韻律(第一韻律： J3Z3-1-J3Z3-3；第二韻律： J3Z3-4-J3Z3-5；第三韻律： J3Z3-6-J3Z3-8)，八個巖性層；二段(J3Z2)次之。礦床基本特征見460礦床地質(zhì)略圖(圖1)，主要出露地層張家口組二段及三段分述如下：J3Z2，粗面巖、沉凝灰?guī)r；J3Z3-1，上部紫紅色熔結(jié)凝灰?guī)r、下部為灰褐色熔結(jié)凝灰?guī)r；J3Z3-2，上部灰白色流紋巖、下部褐色流紋巖；J3Z3-3，灰白色、灰褐色鉀質(zhì)流紋巖；J3Z3-4，流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r；J3Z3-5，流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、細紋狀流紋巖；J3Z3-6，流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r；J3Z3-7，紫色、褐色流紋質(zhì)熔巖角礫巖，底部球粒流紋巖；J3Z3-8，厚層狀塊狀流紋巖。張家口組三段(J3Z3)地層與成礦關(guān)系密切，其沿洼陷帶南北兩側(cè)呈狹長帶狀展布，其北界多為斷層接觸；其中第二韻律J3z3-5流紋巖中的層間裂隙帶中見鈾鉬礦化。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育, 主要有NEE 向、NW 向和NNE 向3 組, 具代表性的有F45， F3， F4， F9， F10等。根據(jù)斷裂空間關(guān)系其形成順序為: NEE 組( F45-1，F(xiàn)45-2)NW 組(F3,F8)NNE 組(F4，F(xiàn)9，F(xiàn)10，F(xiàn)12)。斷裂帶中角礫巖( 特別是硅化角礫巖) 發(fā)育。斷裂構(gòu)造對本礦床的定位起到了至關(guān)重要的作用, 但對礦體沒有破壞作用, 多為成礦前及成礦期斷裂。北東(北北東)向斷裂主要為橫貫礦區(qū)北部的F45-1，F(xiàn)45-2斷裂。斷裂形成于侏羅紀晚期，張家口組三段形成之前?？刂浦鴱埣铱诮M三段白堊系地層的展布。其中，F(xiàn)45-1斷裂帶早期破碎成角礫，后期大量硅質(zhì)充填，形成硅化角礫巖帶；F45-2斷裂帶表現(xiàn)為粗面巖中的片理化帶，局部充填有褐色流紋斑巖脈。F3長430 m，寬4 m，產(chǎn)狀35°～ 40°∠30°～ 54°該斷層早期使圍巖破碎，晚期硅質(zhì)膠結(jié),形成硅化角礫巖。角礫不發(fā)育部位表現(xiàn)為片理化。本構(gòu)造具控巖(流紋斑巖體沿該構(gòu)造充填)、控礦(地表鉬礦化產(chǎn)狀與構(gòu)造產(chǎn)狀一致)雙重性。F4長150 m，寬6 m，產(chǎn)狀330°∠30°～ 53°，主要表現(xiàn)為破碎帶，充填有水云母及高嶺土，上寬下窄，由地表至坑道40 m即尖滅，為成礦后斷裂，對礦體破壞較小。

2 樣品采集及實驗方法

本次樣品采自460礦床第十三號鉆孔，樣品自上而下系統(tǒng)而連續(xù)，從標高210～234 m，樣品巖性為蝕變流紋斑巖，主要礦化為鈾鉬礦化，樣品表面存在由膠硫鉬礦地表氧化而形成的藍墨水樣礦粉，樣品磨制光薄片需注膠。

針對本次實驗樣品的特點，首先經(jīng)過系統(tǒng)的巖礦鑒定工作，描述樣品的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，蝕變類型和蝕變的礦物組合，在此基礎(chǔ)上通過電子探針進行鈾鉬礦物的鑒定，通過掃描電鏡對礦物形態(tài)和結(jié)構(gòu)進行研究，通過徑跡蝕刻對鈾元素分布形式進行分析(表1、表2)。

3 巖石學特征及蝕變特征

3.1 巖石學特征

巖石主要由斑晶和基質(zhì)兩部分組成，斑晶主要為石英和長石(完全水云母化)，巖石中約占20%。斑晶中石英和長石的比例約為4∶3。石英斑晶的粒度變化于0.5～3 mm(大部分石英斑晶粒徑介于1～2 mm)，主要呈六邊形、四邊形，少量呈渾圓狀、多邊形，邊緣圓滑，內(nèi)部裂隙較為發(fā)育。石英斑晶中發(fā)育的裂隙可能是在巖石成巖過程中由于早期形成的石英斑晶跟后期基質(zhì)的溫度差異及成巖過程中的應(yīng)力等造成。長石斑晶已完全水云母化，局部可見殘留鉀長石，粒度變化于0.5～1.5 mm。基質(zhì)由微晶石英和長石組成，微晶石英多呈不規(guī)則狀，粒度變化于50～200 μm。

裂隙充填物主要為金屬礦物，脈中的金屬礦物主要有黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦等。脈寬最寬可達5 mm。而且在裂隙中可以看到后期的黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦共生。

3.2 蝕變特征

結(jié)合鏡下顯微觀察，巖石發(fā)育強烈的伊利石化、硅化、螢石化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、閃鋅礦化、膠硫鉬礦化。

伊利石化主要發(fā)生在斑晶及基質(zhì)中的長石中，使巖石形成多孔疏松、類似海綿狀結(jié)構(gòu)，易破碎，為成礦熱液運移和沉淀提供了極有利的空間場所。

硅化為基質(zhì)中的石英發(fā)生重結(jié)晶作用，形成微晶石英。后期硅化為梳狀或細脈狀石英，無色透明，結(jié)晶較好。

螢石化主要呈不規(guī)則粒狀、浸染狀、團塊狀和條帶狀集合體出現(xiàn)，其中紫色膠狀，結(jié)晶差，一般呈浸染狀、團塊狀、條帶狀集合體螢石出現(xiàn)在鈾礦化區(qū)域；礦后期為淺色或無色，呈脈狀、網(wǎng)脈狀充填于巖石微節(jié)理、裂隙中。

赤鐵礦化主要呈塵點狀、云霧狀出現(xiàn)在巖石基質(zhì)和斑晶中。

巖石中黃鐵礦主要呈粒狀、細脈狀分布，閃鋅礦主要呈不規(guī)則粒狀出現(xiàn)在基質(zhì)和脈體中。黃銅礦化通常同閃鋅礦共同出現(xiàn)。

膠硫鉬礦化在巖石中廣泛發(fā)育，主要呈脈狀、網(wǎng)脈狀和浸染狀，脈體寬度可達到2 cm，通常鈾礦化與膠硫鉬礦關(guān)系緊密。

系統(tǒng)總結(jié)該地區(qū)的蝕變特征，可劃分為以下三個階段：

在礦前期階段，圍巖蝕變主要呈面型發(fā)育，主要表現(xiàn)在蝕變發(fā)育廣泛且范圍較廣，張麻井礦床和大官廠礦床發(fā)育了廣泛的水云母化，交代流紋巖中的長石斑晶和基質(zhì)中的長石微晶，使巖石變得疏松多孔，為成礦提供了有利條件。

在成礦期階段，圍巖蝕變主要發(fā)育在構(gòu)造中心或活動裂隙附近。張麻井礦床中赤鐵礦化呈塵點浸染狀分布在巖石中，水云母化呈細脈狀或網(wǎng)脈狀分布，同時礦化與紫黑色螢石和深色石英關(guān)系密切。

在礦后期階段，由于成礦流體的化學成分變化，交代能力減弱，四個礦床形成一些脈狀的淺色或無色石英脈、無色或綠色螢石脈和碳酸鹽脈。

4 鈾鉬礦物的存形式分析

4.1 鈾鉬礦物特征

結(jié)合鏡下顯微觀察及電子探針研究，該地區(qū)鈾礦物主要包括兩種：瀝青鈾礦和鈾石，其中瀝青鈾礦占主要部分；鉬礦物為膠硫鉬礦。

4.1.1 鈾礦物

(1)瀝青鈾礦。瀝青鈾礦(Pitchblende)為該地區(qū)的主要鈾礦物，其成分見表1。瀝青鈾礦主要呈脈狀、網(wǎng)脈狀、皮殼狀、膠狀、球粒狀等(圖2a)。瀝青鈾礦主要出現(xiàn)在石英脈體中，或出現(xiàn)在角礫內(nèi)部、裂隙和角礫邊緣，或呈膠狀、浸染狀微細脈狀出現(xiàn)在膠硫鉬礦中等(圖2b)。

電子探針分析結(jié)果中，大部分瀝青鈾礦的總量較好，為85%～90%，其他部分總量較低是由于樣品中瀝青鈾礦較細小或瀝青鈾礦結(jié)構(gòu)較疏松。UO2的含量集中在70%～87%，也包含許多其他組分如CaO和SiO2，ThO2和PbO的含量較少。

(2) 鈾石。鈾石(Coffinite)為該地區(qū)的次要鈾礦物，其成分見表1。鈾石主要呈鑲邊狀包圍著粒狀瀝青鈾礦或膠硫鉬礦(圖2c,d)。

4.1.2 鉬礦物

膠硫鉬礦(Jordisite)，MoS2，為輝鉬礦的非晶質(zhì)集合體狀態(tài)，其形成溫度較輝鉬礦低。熱液作用下，輝鉬礦在酸性條件下沉淀最為穩(wěn)定，低溫條件下，在強酸性還原環(huán)境中生成膠硫鉬礦，氧化后的產(chǎn)物為藍鉬礦。在外生作用中，鉬與鈾相似，在接近中性或偏堿性的氧化還原過度環(huán)境中穩(wěn)定，由此生成多種含鈾的鉬酸鹽礦物，如鉬鈾礦([(UO2)MoO4·4H2O])、鉬鈣鈾礦([Ca(UO2)3(MoO4)·(OH)2·11H2O])等。

膠硫鉬礦是該地區(qū)主要的鉬礦物，主要呈脈狀、膠狀、浸染狀和不規(guī)則粒狀分布。大部分膠硫鉬礦都存在干裂紋，主要出現(xiàn)在石英脈體中，或呈浸染狀出現(xiàn)在基質(zhì)中，往往同鈾礦化產(chǎn)出。

電子探針分析結(jié)果(表2)中，膠硫鉬礦的總量集中在75%～80%左右，應(yīng)是由于礦物中含有水。Mo含量集中在39%～45%，S含量集中在15%～35%，F(xiàn)e含量集中在1%～7%。

根據(jù)電子探針研究，從兩種礦物的極為相似的形態(tài)特征可以得出該地區(qū)鈾礦化同膠硫鉬礦化關(guān)系密不可分，兩者往往共存。

圖2 電子探針背散射圖像Fig.2 The backscattered electron image

4.2 徑跡蝕刻特征分析

本文對樣品進行了徑跡蝕刻以更直觀的方式分析樣品中鈾的存在形式。通過對22件樣品(蝕變流紋斑巖)的徑跡蝕刻結(jié)果顯示，該地區(qū)樣品中的鈾含量較高，鈾礦物及鈾礦脈體中形成的徑跡密度相對較大，在基質(zhì)中也有密度較低的徑跡均勻地分布，蝕變長石斑晶中的蝕刻徑跡較少，而石英斑晶中的徑跡更為稀少。

從圖3可以看出，鈾礦物及鈾礦脈體在光薄片及徑跡蝕刻片中有良好的對應(yīng)關(guān)系，形態(tài)對應(yīng)完美，其蝕刻徑跡密度較大。在石英斑晶中的徑跡密度很小，而下方鈾礦脈之下的基質(zhì)中的徑跡分布均勻，密度較小。

圖3 鈾礦物、鈾礦脈體及基質(zhì)中的徑跡特點Fig.3 Track characteristics in uranium minerals, uranium veins and matrix

光薄片中的礦物組合形態(tài)與徑跡蝕刻片中的徑跡分布狀態(tài)相吻合，對比其特征可以得出(圖4)，鈾礦脈體中的徑跡密度最大，在基質(zhì)及蝕變長石斑晶中也均勻分布有一定量的蝕刻徑跡，說明其中有也有一定含量的鈾均勻分布。

4.3 鈾的存在形式

通過光薄片觀察及電子探針分析得出，該地區(qū)鈾主要以獨立的鈾礦物(瀝青鈾礦和鈾石)形式存在，以類質(zhì)同相的形式存在于膠硫鉬礦中。另外通過放射性照相實驗分析可以得出，在基質(zhì)、裂隙及鈾鉬礦物的邊緣，均有以吸附狀態(tài)存在的鈾。

圖4 鈾礦脈體、斑晶及基質(zhì)中的徑跡特點Fig.4 Track characteristics in uranium veins,phenocryst and matrix

5 結(jié)論

本文通過大量的巖礦鑒定、電子探針及徑跡蝕刻工作，對460礦床的礦化蝕變特征，礦石礦物的種類及鈾的主要存在形式進行了研究分析，其研究成果有助于為礦山進一步的開采和冶煉工作提供技術(shù)參數(shù)。

(1) 460礦床是鈾鉬混合型礦床，主要的礦石礦物為膠硫鉬礦，瀝青鈾礦和鈾石。鈾與鉬為共生關(guān)系。

(2) 460礦床中成礦期蝕變?yōu)榧毭}狀水云母化—紫黑色螢石化—赤鐵礦化—黃鐵礦化—棕紅色硅化。

(3)通過徑跡蝕刻進一步查明460礦床鈾的存在形式為：以獨立的鈾礦物形式存在-瀝青鈾礦和鈾石；以類質(zhì)同相的形式存在于膠硫鉬礦中；以吸附狀態(tài)存在于基質(zhì)、裂隙及鈾鉬礦物的邊緣。

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Mineralogic Characters of No.460 Deposit in Guyuan Area, Hebei Province

MENG Yan-ning1,2， FAN Hong-hai1,2, CHEN Dong-huan1,2, WANG Sheng-yun1,2

(1. Division of Geology and Mineral Resource,Beijing Research Institute of Uranium Geology,Beijing 100029，China;2.Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology, CNNC, Beijing,100029,China)

Guyuan 460 deposit is a typical volcanic type polymetallic uranium-molybdenum deposit, with complex ore types. Systematically collecting a series of drilling core samples in 460 deposit, through the methods of rock mineral identification, electron microprobe, scanning electron microscope and the track etch, it analyzes the alteration types and characteristics, the ore mineral assemblage and the uranium existing forms. The mineralization alteration types in 460 deposit are mainly: illitization, silicification, fluoritization, hematite mineralization, pyritization, sphaleritization and jordisitization; The uranium existing forms are mainly: existing independently as pitchblende and coffinite; existing as isomorphism in jordisite; existing as adsorption state in the matrix, fractures and the edge of uranium molybdenum minerals. All the above research results would provide technical support for further exploitation and utilization of uranium molybdenum resources in 460 deposit.

uranium molybdenum deposit; uranium existing forms; jordiste; Guyuan area

2014-12-08

相山地區(qū)中生代殼幔作用過程對鈾成礦制約(41040019)

孟艷寧(1984—)，女，博士研究生，從事釷礦物地球化學研究。E-mail: myn581@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2015.04.001

P618.65；P619.14

A

1674-3504(2015)04-0335-09