呂榮平, 王生云, 趙劍波, 張建云, 黃冉笑, 陳金勇, 李萬華

(1. 中核資源發(fā)展有限公司,北京 100013;2. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029)

1 地質(zhì)背景

金邊寺鈾礦床位于龍首山鈾成礦帶東段青山堡巖體西南緣,在大地構(gòu)造上位于華北克拉通阿拉善地塊西南緣(圖1a,b;湯中立,2002;宮江華等,2013;鐘軍等,2016;王生云等,2020;Liu et al., 2019, 2021)。金邊寺地區(qū)構(gòu)造巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,礦區(qū)內(nèi)第四系廣泛發(fā)育,出露巖石均為巖漿巖,巖石在空間上有明顯的分帶性,北側(cè)為花崗閃長(zhǎng)巖帶,南側(cè)為中細(xì)?；◢弾r帶,在兩個(gè)巖帶之間為混染巖帶,即為含礦巖石?；烊編r石帶北與F1斷裂與花崗閃長(zhǎng)巖接觸,南與中細(xì)?；◢弾r過渡接觸,呈鋸齒狀?；烊編r石帶呈北西—南東走向,帶寬數(shù)十至數(shù)百余米(圖1c;陳云杰,2011)。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以NW向?yàn)橹?F1、F3斷裂貫穿礦區(qū),在區(qū)內(nèi)構(gòu)成一個(gè)向北收斂,向南東撒開的“入”字形構(gòu)造,兩條斷裂帶的夾持區(qū)內(nèi)形成壓扭和張扭的次級(jí)斷裂和裂隙。壓扭性主干斷裂F1走向?yàn)?10°～320°,傾向北東,傾角東部為45°～50°,西部為62°～70°。斷裂F3為F1的派生構(gòu)造,走向?yàn)?32°,傾向北東,傾角多在70°以上,具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)。礦區(qū)多條礦化帶中均發(fā)育綠泥石化、絹云母化、綠簾石化、赤鐵礦化、高嶺土化和碳酸鹽化,其中綠泥石化和碳酸鹽化與鈾礦化關(guān)系密切。金邊寺鈾礦床為花崗巖型鈾礦經(jīng)表生作用形成的淋積型鈾礦床(陳宇寧,2020;陳云杰等,2011,2013)。

圖1 龍首山成礦帶構(gòu)造位置(a)、地質(zhì)略圖(b)及金邊寺礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(c)

2 巖相學(xué)特征

金邊寺礦床鈾礦化發(fā)育于混染巖帶中,混染巖呈褐紅-紅褐-灰黑-灰綠色,碎裂變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,部分有片理化構(gòu)造,原巖主要為弱碎裂或微碎裂的細(xì)粒閃長(zhǎng)巖或中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖。鈾的存在形式有兩種:一種呈獨(dú)立礦物,獨(dú)立鈾礦物以次生鈾礦物硅鈣鈾礦為主,呈淺黃、蛋黃、深黃色粉末狀,賦存在巖石的裂隙面、裂紋和孔洞中,次為少量的細(xì)粒瀝青鈾礦;另一種呈吸附狀態(tài),吸附狀態(tài)鈾主要被褐鐵礦、綠泥石、綠簾石等礦物所吸附,金邊寺鈾礦床中鈾主要以吸附態(tài)形式存在(陳云杰等,2011,2013)。

分析樣品為采自金邊寺鈾礦床地表探槽中的蝕變細(xì)粒閃長(zhǎng)巖礦石。礦石表面可見淺黃、鮮黃色粉末狀鈾礦物,整體呈灰綠-紅褐色,中細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。礦石主要由斜長(zhǎng)石(>60%)、角閃石(15%～25%)和黑云母(5%～20%)組成,含少量磷灰石、鉀長(zhǎng)石、鋯石、石英等礦物,其中黑云母和角閃石則不同程度蝕變?yōu)榫G泥石。鏡下礦石多呈變余結(jié)構(gòu),中細(xì)粒半自形結(jié)構(gòu),赤鐵礦化、綠泥石化、碳酸鹽化、絹云母化發(fā)育。背散射電子圖像顯示,羥水鈣鈦鈾石顆粒極為細(xì)小(長(zhǎng)度小于3 μm),呈長(zhǎng)柱狀、針狀集合體形式主要存在于礦物之間或礦物裂隙、孔洞之中(圖2)。

圖2 金邊寺礦床鈾礦石特征及礦物顯微照片

3 分析測(cè)試方法

將鈾礦石樣品磨制成光薄片用于光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡等顯微觀察以及電子探針成分分析和拉曼光譜分析。光薄片鍍碳后放入電子探針儀器樣品池中進(jìn)行定量分析。鈾礦物電子探針化學(xué)成分分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心完成,儀器為日本電子公司生產(chǎn)的JXA-8100,加速電壓為20 kV,束流1×10-8A,出射角40°,分析方式為波譜分析,修正方式為ZAF,詳細(xì)分析流程及數(shù)據(jù)處理方法見葛祥坤(2013)。

光薄片中鈾礦物的激光拉曼分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。儀器為HORIBA公司生產(chǎn)的Evolution激光拉曼光譜儀,采用分辨率為1 cm-1的532 nm YAG激光器,其參數(shù)為:100倍物鏡,掃描范圍為100～4 000 cm-1,光柵為1 800 gr/mm,8 s內(nèi)獲得單點(diǎn),累積4次。使用520.7 cm-1的硅片線校準(zhǔn)光譜。使用Horiba的Labspec 6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和光譜處理,如平滑、峰分析和基線校正。

4 化學(xué)成分

金邊寺鈾礦床地表礦石中鈾礦物化學(xué)成分電子探針分析結(jié)果見表1。鈾礦物主要由UO3、TiO2、CaO和SiO2組成,其含量分別為50.98%～65.58%(平均值為59.60%)、12.85%～19.18%(平均值為15.10%)、3.33%～9.67%(平均值為5.46%)和3.04%～8.78%(平均值為4.21%)。其化學(xué)成分顯示了較大的變化范圍,這可能與金邊寺鈾礦床地表礦石中鈾礦物顆粒特別細(xì)小而引起的分析測(cè)試誤差有關(guān)。此外,由于未成功分選單礦物,所以沒有分析該鈾礦物中水的含量。

表1 金邊寺礦床鈾礦物及典型羥水鈣鈦鈾石電子探針成分

含有較高U、Ti和Ca含量的礦物有鈮鈦鈾礦、羥水鈣鈦鈾石、Lwashiroite-(Y)、Kapustinite、Menezesite、釹鈮易解石、Okanoganite-(Y)、鈮釔礦和釔鈾燒綠石(表2)。與上述礦物化學(xué)成分相比較,金邊寺鈾礦床地表礦石中鈾礦物化學(xué)成分與羥水鈣鈦鈾石化學(xué)成分較為接近,而與其他礦物化學(xué)成分差別較大。結(jié)合礦物形態(tài)及化學(xué)成分初步判斷,其可能為羥水鈣鈦鈾石。

表2 含鈾、鈦、鈣礦物及化學(xué)成分

5 拉曼光譜分析

圖3 羥水鈣鈦鈾石的拉曼光譜

將金邊寺羥水鈣鈦鈾石拉曼光譜與RRUFFTM數(shù)據(jù)庫(Sokolova et al.,2005)的羥水鈣鈦鈾石拉曼光譜(圖3b)和Frost(2011)研究結(jié)果(圖3c,d)相對(duì)比,發(fā)現(xiàn)金邊寺羥水鈣鈦鈾石拉曼光譜譜圖與它們形態(tài)基本一致,譜峰幾乎完全對(duì)應(yīng)。

由于金邊寺的羥水鈣鈦鈾石礦物顆粒極為細(xì)小(長(zhǎng)度小于3 μm),單礦物分選結(jié)果不理想,未能進(jìn)行XRD分析以及水含量的分析等工作。但結(jié)合羥水鈣鈦鈾石的巖相學(xué)特征,電子探針和拉曼光譜分析,基本可判斷該礦物應(yīng)為羥水鈣鈦鈾石。

6 結(jié) 論

羥水鈣鈦鈾石是一種典型的次生鈾礦物,形成于鈾礦床的次生氧化帶。金邊寺礦床中發(fā)現(xiàn)的羥水鈣鈦鈾石屬國(guó)內(nèi)首次報(bào)道,該礦物在礦物學(xué)特征、化學(xué)成分和激光拉曼光譜特征與美國(guó)猶他州托馬斯山脈西部Starvation峽谷發(fā)現(xiàn)的羥水鈣鈦鈾石可類比。該礦物的發(fā)現(xiàn)豐富了我國(guó)鈾礦物研究資料,且其顏色非常鮮艷,在野外環(huán)境中易被發(fā)現(xiàn),可作為一種有效的找礦標(biāo)志。通過巖相學(xué)觀察、電子探針和拉曼光譜分析,得到以下結(jié)論:

(1)金邊寺鈾礦床地表礦石樣品中鮮黃色羥水鈣鈦鈾石礦物顆粒極為細(xì)小(長(zhǎng)度小于3 μm),主要存在礦物之間或礦物裂隙、孔洞之中,呈長(zhǎng)柱狀、針狀集合體形式存在。

(2)金邊寺羥水鈣鈦鈾石主要由UO3、TiO2、CaO和SiO2組成,化學(xué)成分顯示了較大的變化范圍。在所有的含U、Ti和Ca礦物中,其與典型羥水鈣鈦鈾石化學(xué)成分較為接近。