北秦岭光石沟地区伟晶岩型铀矿床特征及控制因素.pdf

能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)收稿日期：2023-02-10基金项目：陕西省商南县光石沟地区铀矿详查（陕核整装字 20135号）；陕西省商南县光石沟铀矿外围铀矿普查-中央地勘基金2007092、2008052、2010023（2007621001）第一作者：武妍娜（1985），女，工程师，硕士，主要从事铀矿和金属矿产矿床成因和找矿规律。E-mail：*通信作者院郭曼（1992），女，工程师，硕士，主要从事槽波地震勘探研究。E-mail：引用格式：武妍娜,陈明义,郭曼,等.北秦岭光石沟地区伟晶岩型铀矿床特征及控制因素J.能源研究与管理,2023,15(2):106-111.摘要：花岗伟晶岩型铀矿是主要铀矿类型之一，我国北秦岭地区的光石沟铀矿床就是该类型矿床。为了探究光石沟伟晶岩型铀矿床的成因及找矿方向，对野外含铀伟晶岩型铀矿的地质特征、矿物成分及铀的品位及控矿因素进行分析，结果表明：伟晶花岗岩含铀品位较高，能够独立圈定矿体，而富黑云母伟晶花岗岩和富更长石伟晶花岗岩虽然铀含量较高，但是无法圈定矿体；元古界秦岭群第三岩性段，沉积岩铀含量为5.21伊106，是大毛沟和灰池子岩体的主要铀源，是早泥盆世北秦岭地区的商丹洋壳北向俯冲致使秦岭微陆块发生变质、深熔、岩浆作用，进而发生铀成矿作用，形成了花岗伟晶岩型铀矿矿床，其控制铀矿的因素与地层、构造额岩浆事件有关，认为光石沟岩体侵位时间发生在(403.5依3.6)、(400.2依4.3)、(399.6依0.78)、(400.8依2.4)Ma（大毛沟岩体）和450 Ma（灰池子岩体）。综合上述，表明光石沟伟晶岩黄岗岩的铀源来自沉积岩，商丹洋壳北向俯冲使含铀岩石熔融、上侵、结晶，沿着构造裂隙带充填成矿。关键词：光石沟；伟晶岩；铀矿床；铀源；构造中图分类号：P619.14文献标志码：A文章编号：20967705（2023）02010606WU Yannan1,CHEN Mingyi1,GUO Man2,*,CHEN Jun1（1.Sino Shanxi Nuclear Industry Group,224 Group Co.,Ltd.,Xian 710024,China;2.Beijing GEOCMW Geophysical Exploration Engineering Technology Co.,Ltd.,Beijing 100038,China）The granite pegmatite type uranium deposit is the main kind of uranium-bearing ore deposit in pegmatite.TheGuangshigou uranium deposit in North Qinling area of our country is this type of ore deposit,which has been paid attentionby many scholars.In order to explore the genesis and prospecting direction of Guangshigou pegmatite type uranium deposit,this paper analyzes the geological characteristics,mineral composition,uranium taste and ore-controlling factors of fielduranium-bearing pegmatite type uranium deposit.The results show that pegmatite granite has a high uranium taste and canindependently identify ore bodies,while biotite pegmatite granite and feldspar pegmatite granite have a high uranium content.DOI：10.16056/j.2096-7705.2023.02.016北秦岭光石沟地区伟晶岩型铀矿床特征及控制因素武妍娜1，陈明义1，郭曼2,*，陈军1（1.中陕核工业集团二二四大队有限公司，西安7100242.北京中矿大地地球探测工程技术有限公司，北京100038）研究与探讨106窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)引言硬岩型铀矿床是我国四大类型铀矿之一，其成矿与构造、岩浆和蚀变关系密切，断层构造发育，岩浆活动强烈围岩蚀变部位，是主要的硬岩型铀矿的潜力区1。花岗岩作为硬岩的主要类型之一，且与铀矿床关系密切，如我国的华南地区的花岗岩型铀矿。秦岭地区的花岗伟晶岩型铀矿床是伟晶岩型主要的矿床之一，主要分布于古老的褶皱带内，周围分布着岩浆岩体。典型的花岗伟晶岩型铀矿床是纳米比亚R ssing铀矿床，其铀资源量约为世界5%2。北秦岭丹凤地区的光石沟铀矿床是我国主要的伟晶岩型铀矿床3-4，是该区主要的找矿潜力区。光石沟铀矿床主要发育于灰池子岩体的二长花岗岩与大毛沟黑云母伟晶岩和碱性长石花岗岩的接触带上。与铀矿相关的碱性长石花岗岩和二长石花岗岩，可能与古生代时期的商丹洋壳的俯冲汇聚碰撞。其中二长花岗岩的形成与下地壳的缩短加厚挤压有关，碱长花岗岩的形成于地壳的加厚后伸展有关。该地区的碰撞造山运动主要发生在加里东期（约430 Ma），构造背景由挤压向伸展转换5。花岗伟晶岩是主要含矿岩石，对其独居石进行定年时间为(403.5依3.6)、(400.2依4.3)、(399.60依0.78)、(400.8依2.4)Ma，显示为早泥盆世的商丹洋壳北向俯冲导致秦岭微陆块发生变质、深熔、岩浆作用，同时发生铀成矿作用6。李茵7对邻区的张湾铀矿床矿石的化学成分进行了研究，认为主要以富硅，碱质偏低，贫钠的特征，含铀矿物主要以铀石、铀黑和沥青铀矿为主。尽管前人做了大量的工作，但是对光石沟地区伟晶花岗岩型赋矿位置和铀矿成因的认识还需要加强，因此，本文从北秦岭地区光石沟伟晶花岗岩型铀矿的矿物组成、矿床成因和控矿因素进行分析，以期望完善光石沟铀矿的成矿理论，并指导找矿工作。1区域构造背景秦岭造山带是指洛南要栾川方城断裂和勉略巴山大别断裂之间的广大区域，以商丹断裂为界分为北秦岭和南秦岭两部分8-10。依据物质组成、变质变形和形成时代，北秦岭造山带，从北到南可以划分为宽坪岩群、二郎坪岩群、丹凤岩群和秦岭岩群4个不同的地质单元（图1），北秦岭地区出露的地层被深大断裂相隔和拼接。秦岭群是一套But the ore body cannot be delineated;The third lithological member of the Proterozoic Qinling Group,with uranium contentof 5.21伊106in sedimentary rocks,is the main uranium source of Damaogou and Huichizi pluton.It is the northwardsubduction of Shangdan oceanic crust in the North Qinling area in the Early Devonian,which resulted in the metamorphism,deep melting and magmatism of the Qinling microcontinent,and then uranium mineralization,forming the granite-pegmatitetype uranium deposit.The factors that control uranium ore are related to strata and tectonic magmatic events,and the summaryof previous tests on the age that occurred in(403.5依3.6)Ma,(400.2依4.3)Ma,(399.6依0.78)Ma,(400.8依2.4)Ma(Damaogoupluton)and 450 Ma(Huichizi pluton).The above results indicate that the uranium source of Guangshigou pegmatite andhuanggranite is from sedimentary rocks,and the northward subduction of Shangdan oceanic crust causes the uranium-bearingrocks to melt,up-transgresse,crystallize,and fill ore-forming along the tectonic fracture zone.Guangshigou;pegmatite;uranium deposit;uranium source;structure图 1研究区大地构造位置16Fig.1Geotectonic location in the study area16研究与探讨107窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)图 2光石沟铀矿区地质简图及大毛沟岩株与地层关系素描图和野外特征16Fig.2Geological map of Guangshigou uranium deposit area,sketch map of relationship between rock strains and strata andfield characteristics of Damaogou16（a）矿区构造简图Pt13-2（c）牛家台背斜野外照片（b）牛家台背斜与地层呈侵入接触酌32历经了多期变质作用和岩浆作用的变质结晶基底杂岩体8，原岩主要为陆源碎屑和基性-酸性火山岩，秦岭群发育了大规模的加里东期的花岗岩侵入，内外接触带部位形成了规模的伟晶花岗岩密集分布，与铀成矿密切11，第三岩性段是伟晶花岗岩型铀矿的铀源层（图1）。宽坪群位于北秦岭地体北部，北部以洛南栾川方城断裂为界线12，与华北陆块南缘的栾川群、陶湾群、官道口群连接，南部以瓦穴子鸭河口剪切带为界线，与二郎坪群毗邻，为一套变沉积岩、中基性火山岩建造13，二郎坪群是一套火山-沉积岩建造，主要由碎屑沉积岩、碳酸盐岩及蛇绿岩单元组成。丹凤群在区域上沿商丹缝合带近东西北西西向呈透镜体状断续展布，向东到商南一带尖灭14-15，为一套强烈变形变质且以火山-碎屑沉积岩组合，具蛇绿岩套特征，与其南侧的刘岭群相接。工区于北秦岭加里东褶皱带东段分水岭断裂与蔡川断裂夹持区东南部的商丹地区，矿床位于祁连秦岭铀成矿省北秦岭铀成矿带陈家庄光石沟伟晶花岗岩型铀矿集中区的光石沟铀矿集中区东部（图1）。2矿床地质2.1矿区地层光石沟铀矿床位于光石沟矿区土地岭牛家台背斜南西翼，大毛沟岩株南西方向外接触带200 m范围（图2(a)）。矿床出露的地层为下元古界秦岭群第三岩性段第二亚段（Pt13-2），依据岩性特征划为4个岩性层，从新至老依次如下。1）Pt13-2D岩性层：分布于小毛沟李家湾一带，厚度700 m。李家湾以西产状为210毅225毅40毅65毅，李家湾以东地层产状变异，走向NWW，倾向NE或SW，形成一些小褶曲。与下伏Pt13-2C岩性层呈整合接触。以混合岩化黑云斜长片麻岩夹黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪片岩为主，中部伟晶花岗岩脉密集出露。2）Pt13-2C岩性层：分布于矿床中部，厚度为220 m，产 状200毅220毅38毅65毅，与 下 伏Pt13-2B岩性层呈整合接触。岩性为：黑云斜长片麻岩夹黑云角闪斜长片麻岩。3）Pt13-2B岩性层：分布在小毛沟、骆驼岭、土地岭、桦栎沟、大东沟、试马林场一带，厚度700 m。土地岭牛家台背斜西南翼产状190毅220毅40毅65毅，东北翼产状32毅225毅40毅76毅，岩性为：黑云斜长片麻岩夹斜长角闪片岩及变粒岩、透镜状大理岩，伟晶花岗岩脉密集成群发育，以顺层为主、局部切层分布。4）Pt13-2A岩性层：分布在麻地沟一带，位于土地岭牛家台背斜核部，最大出露厚度300 m，倾向东北及西南、倾向变化较大，倾角55毅76毅，与上伏Pt13-2B岩性层整合接触，岩性为黑云斜长片麻岩、伟晶花岗岩脉为主。2.2矿区构造铀矿床构造类型以褶皱为主，属留仙坪碾子坪峦庄复背斜南翼的次级褶皱，光石沟矿床、大东沟矿点范围分布土地岭牛家台短轴背斜，李家湾矿点范围分布李家湾背斜，矿床、矿点主要位于背斜西南翼。断裂以层间破碎带为主，多为矿后断裂，分布于矿化脉岩外围，对矿体破坏作用不大（图2(a)）。区内主要发育2组以层间破碎带为特征的断裂，近东西向的小毛沟大东沟断层破碎带、北西研究与探讨108窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)向断裂以F2为代表的层间破碎带（图2(a)），主要分布于矿区西北部，产状与变质岩层产状基本一致。岩石破碎和蚀变，为矿后断裂构造，对含矿脉岩及矿体无破坏作用。出露的岩浆岩分别为灰池子岩体（酌31）和大毛沟岩株（酌32）。灰池子岩体与秦岭群呈侵入接触关系，接触界线清晰，接触带产状基本与片麻理一致。接触界面多外倾，除部分切割地层地段外，大部分接触界面规则。接触带部位岩体未见冷凝边、地层未见烘烤边和热变质矿物，说明岩体属于深源深成成因，岩浆侵入成岩时的物理条件与围岩相近。岩体内部面理发育S组构，与接触界面产状基本一致。大毛沟岩株出露于矿床东北部，呈北西南东向展布，长度约为4 km，东南部隐伏于地层中，西北部出露地表。出露部分面积约为1 km2，东部宽大，最宽处约为1.5 km，西部变为狭长的脉状。沿牛家台背斜核部侵位产出，空间形态呈穹窿状，与地层呈侵入接触（图2(b)、2(c)），接触面与地层产状一致。3矿石成分光石沟铀矿床矿石有3种，分别是伟晶花岗岩、富黑云母伟晶花岗岩和富更长石伟晶花岗岩。伟晶花岗岩铀矿石中矿物成份分布较均匀，中-粗粒花岗结构、块状构造，粗粒花岗结构的伟晶花岗岩铀品位较高，是主要的含铀岩石类型，含矿岩体分布独立，易于圈定成矿体。富黑云母伟晶花岗岩中团块状黑云母质量分数5%，中-粗粒花岗结构、块状构造，矿物成分由石英、条纹斜长石、微斜长石、黑云母、白云母（图3(a)，3(b)）组成，副矿物由方铅矿、石榴子石、黄铁矿、辉钼矿，晶质铀矿组成，局部可见黑云母，石榴子石呈团块或条带，品位较高（图3(a)，3(b)），该类型含铀矿石断续分布于伟晶岩体中，矿体圈定困难，不易开采。富更长石伟晶花岗岩中的棕色团块状更长石质量分数5%，中-粗粒花岗结构、块状构造，品位较高，该类型含铀岩石断续分布于伟晶花岗岩体中，无法圈出独立矿体，不易开采。因此，伟晶花岗岩是该区域的主要含铀岩石，含铀矿物为高硅酸盐铀矿石，含铀品味低，平均品位约为0.085%，属低品位工业矿石。4岩浆作用与铀富集4.1岩浆作用加里东期构造-岩浆事件形成了光石沟的伟晶花岗岩型铀矿床14-17。铀源来自下元古界秦岭群第三岩性段沉积岩，铀含量5.21伊106。这期的构造-岩浆事件，导致秦岭群在来自下地壳和上地幔流体的共同作用下，形成了富铀重熔花岗岩岩浆15。同时，原地结晶分异形成了灰池子岩体和大毛沟岩株。经历了早、中、晚3个阶段：早期主要侵入的重熔岩浆原地侵位结晶分异形成灰池子片麻状花岗岩（酌31）。中期补充侵入的重熔岩浆原地侵位结晶分异形成大毛沟岩株-白岗质花岗岩（酌32）。在重熔浆原地侵位结晶分异成岩形成灰池子岩体和大毛沟岩株过程中，熔浆中的铀元素一部分进入结晶相中赋存于灰池子岩体和大毛沟岩株中，一部分向残余流体相中聚集形成了富铀残浆。晚期残浆阶段富铀残浆沿岩体接触带侵入，在岩体附近及深部形成了含铀黑云母伟晶花岗岩，在岩体外部与浅部形成了不含矿白云母伟晶花岗岩。4.2铀富集过程伟晶岩浆在上升侵入和原位结晶过程中，同化了大量围岩物质（黑云母片麻岩地层和捕虏体），导图 3伟晶花岗岩镜下矿物特征Fig.3Microscopic mineral characteristics of pegmatite granite（a）富黑云母伟晶花岗岩正交偏光（b）富黑云母伟晶花岗岩正交偏光2 000滋m1.微斜长石；2.更长石；3.条纹长石；4.石英；5.黑云母。2 000滋m14512332研究与探讨109窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)表 1矿区岩浆岩成岩年龄Table 1Diagenetic age of magmatic rocks in mining area名 称成岩年龄/Ma测年方法参考文献灰池子岩体450锆石颗粒，激光U-Pb等时线16大毛沟岩株419锆石颗粒，激光U-Pb等时线矿化伟晶岩405锆石颗粒，激光U-Pb等时线矿化伟晶岩402黄铁矿Pb-Pb等时线11晶质铀矿391晶质铀矿U-Pb等时线致在混染区形成了黑云母包晶。这个过程中，未经岩浆的同化分异围岩，使得大量的铀元素富集于伟晶岩中，其主要含铀矿物为晶质铀矿。含矿伟晶岩脉是残余富铀岩浆沿着伟晶岩体的剩余空间（裂隙）充注结晶，并且这些富含铀元素的岩浆在高温（约639益）的岩浆热液中，U以UF4-形式进行运移，在伟晶岩-片麻岩的接触带，伟晶岩浆不同程度的同化了黑云斜长片麻岩地层及其捕虏体，导致岩浆热液的氧逸度logO2降低至1514，体系温度降低至518603益，在混合区，黑云母包晶的结晶引起F迁移至其晶格中，导致UF4-络合物的解离，而发生U元素的沉淀，形成含铀黑云母伟晶花岗岩，从而使得这些富铀花岗岩达到工业品位的富铀矿石。通过对晶质铀矿和黑云母伟晶花岗岩的年定测试（表1），结果表明伟晶岩中的晶质铀矿年龄略晚于黑云母伟晶花岗岩。5控矿因素光石沟铀矿床的成矿主要受到地层岩石、构造作用和岩浆作用的共同控制。地层岩石为铀的富集提供铀矿，构造运动为铀的富集提供空间和重熔结晶，岩浆作用同化周围的围岩使铀元素再次富集成矿。详细的过程如下。1）地层与成矿：秦岭群第三岩性段富碳、硅、泥质的B层、D层的沉积岩为富铀层。古生代早期和中晚元古代发生区域变质、混合岩化，并受到较强的热变质作用（温度达600700益），形成片麻岩、长英质岩类。同时，铀元素被活化迁移，为伟晶岩浆的铀元素富集提供了大量的铀源。含铀的伟晶岩浆上升侵位过程中，不同程度的同化了围岩，形成了黑云母伟晶花岗岩和黑云母斜长花岗岩。两者之间的接触带（岩性界面）成为有利的成矿界面。其中富团块状黑云母、棕红色更长石的黑云母伟晶花岗岩部位铀品位较高，富硅、富碱、钾大于钠的特征，且Fe、Ti、Mg、Mn、Ca含量较高的黑云母伟晶花岗岩脉更有利于成矿。2）构造作用于成矿：土地岭牛家台背斜（留仙坪碾子坪峦庄地背斜的次级褶皱）控制着光石沟地区灰池子花岗岩体、大毛沟花岗岩株、二云母伟晶花岗岩、黑云母伟晶花岗岩和白云母伟晶花岗岩的空间展布。约420 Ma富钾的花岗岩浆沿着褶皱轴部侵位18，形成了大毛沟黑云母正长花岗岩。南北向的板块汇聚挤压，导致北秦岭陆块的抬升，秦岭杂岩体被褶皱化，产生了一系列的层间滑脱面，为伟晶岩浆的就位结晶提供空间。同时，同化周围的围岩，形成了二云母伟晶花岗岩、黑云母伟晶花岗岩（含矿主岩）和白云母伟晶花岗岩组合。含铀黑云母伟晶花岗岩分布于背斜翼部、岩体接触带产状呈波状起伏变化的部位更有利于铀成矿。铀矿（化）体主要产于岩体的陡变缓部位。这些赋矿的构造特征为矿产的浅部开采提供方便19，有利于开采，又节约了成本。3）岩浆作用与成矿：光石沟的中酸性岩浆活动是成矿作用的重要控制因素17-18,20。含矿岩石主要为黑云母伟晶花岗岩，含矿岩浆与铀富集主要表现为：淤研究区的铀矿床为原生铀矿床，黑云母伟晶花岗岩为含矿主岩，同一后碰撞背景下，板块由汇聚向伸展过渡的过程中形成的，铀元素高度富集在伟晶花岗岩建造的局部位置。于伟晶花岗岩浆熔融和同化围岩的热源来自岩浆结晶的潜热17-19。钾长花岗岩-伟晶花岗岩带是由黑云母花岗闪长岩的同源岩浆经历缓慢分离结晶而形成的。因此，光石沟铀矿床与花岗岩建造（黑云母正长花岗岩、黑云母花岗闪长岩）具有亲缘关系。6结论1）研究区主要的含铀伟晶花岗岩和黑云母伟晶花岗岩脉，其中富黑云母伟晶花岗岩和富更长石伟晶花岗岩含铀品位较高，无法独立圈定，伟晶花岗岩的铀的品位0.085%，但是形成了独立可圈定的矿体，因此，含铀伟晶花岗岩和黑云母伟晶花岗岩脉是主要的含铀主岩。研究与探讨110窑窑能源研究与管理2023,15(2)能源研究与管理2023,15(2)研究J.能源研究与管理,2012(2):27-30.20杜冰雪,徐力刚,张杰,等.鄱阳湖富营养化时空变化特征及其与水位的关系J.环境科学研究,2019,32(5):795-801.21毛玉婷,周晓宇,王毛兰.枯水期鄱阳湖水体富营养化状态评价J.南昌大学学报(理科版),2014,38(6):596-599.22温春云,刘聚涛,胡芳,等.鄱阳湖水质变化特征及水体富营养化评J.中国农村水利水电,2020(11):83-88.23董丽华.测定水体污染因子氨氮的各种影响因素的探讨J.能源研究与管理,2014(2):46-49.24郑兰香,杨桂钦,董亚萍,等.银川市主要河湖湿地水质及富营养化变化趋势与评价J.当代化工研究,2021(22):89-91.25王怀清,戴志健,占明锦,等.鄱阳湖流域降水时空变化特征J.能源研究与管理,2021(1):35-41.26崔同昆,胡成方,赵帅,等.相关系数2在杞麓湖富营养化成因中的应用研究J.环境生态学,2021,3(7):73-76.27胡倩倩,梁越,丁新航,等.鄱阳湖边缘湖区水体营养状态分析:以大湖池和沙湖为例J.安徽农业科学,2018,46(9):70-74.28盛文涛,欧阳小军.鄱阳湖五条入湖河流氮磷污染特征研究J.当代化工研究,2021(16):118-121.29欧阳小军,盛文涛.赣江对鄱阳湖氮浓度影响及相关性分析J.当代化工研究,2021(22):49-53.2）研究区的秦岭群第三岩性段沉积岩（富碳、硅、泥质）为铀富集提供铀源，构造为研究区的富集提供空间，商丹洋壳北向俯冲致使秦岭微陆块发生变质熔融、岩浆作用，使其含铀岩石熔融重结晶，铀元素被富集在伟晶花岗岩中成矿，伟晶岩浆上位侵入，同化围岩，形成了含铀黑云母伟晶岩脉。3）构造作用控制着灰池子花岗岩体和大毛沟花岗岩株的黑云母伟晶花岗岩、二云母伟晶花岗岩、白云母伟晶花岗岩的空间展布，岩浆作用同化围岩铀元素，形成了富硅、富碱、钾大于钠，且Fe、Ti、Mg、Mn、Ca含量较高的黑云母伟晶花岗岩脉矿体。参考文献1周堂波,江卫兵,李俊.粤北下庄铀矿田成矿条件及找矿前景J.能源研究与管理,2020(2):35-41.2袁峰,刘家军,古贤,等.北秦岭光石沟铀矿区花岗岩、伟晶岩锆石U-Pb年代学、地球化学及成因意义J.地学前缘,2017,24(6):25-45.3郭国林,张展适,刘晓东,等.光石沟铀矿床晶质铀矿电子探针化学定年研究J.东华理工大学学报(自然科学版),2012,35(4):309-314.4田浩浩,凌锦兰,胡小佳.光石沟花岗伟晶岩型铀矿床地质及流体包裹体特征J.世界核地质科学,2020,37(2):107-114.5陈佑纬,毕献武,胡瑞忠,等.陕南光石沟伟晶岩型铀矿床黑云母矿物化学研究及其对铀成矿的启示J.矿物岩石,2013,33(4):17-28.6武勇,秦明宽,郭冬发,等.北秦岭光石沟花岗伟晶岩型铀矿床成矿时代:来自独居石原位微区U-Th-Pb定年约束J.铀矿地质,2022,38(4):698-706.7李茵.丹凤张湾铀矿床地质特征及矿床成因分析J.能源研究与管理,2020(2):46-52.8 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