龙首山成矿带红石泉矿床多期次铀成矿作用探讨

王贵，王伟，王刚，李涛，刘涛

(核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000)

红石泉矿床是位于龙首山成矿带西段的伟晶花岗岩型铀矿床，前人在20世纪80年代对矿床进行了大量的研究工作，基本查清了矿床的矿化特征和成因，但对不同铀成矿作用的研究比较笼统(涂江汉，1985；张诚等，1988；张新虎，1992；杜乐天，2011；黄净白等，2005)。随着近几年勘查程度的深入，对其矿化成因也有了进一步的认识。笔者重新对含矿伟晶花岗岩进行系统分类和拆分研究，通过对矿化蚀变、铀矿物存在形式以及不同矿石进行地球化学对比，以宏、微观结合方式进一步说明矿床铀成矿作用，为后续找矿工作指明方向

1 矿床地质

红石泉矿床铀矿化定位于伟晶花岗岩体内部及边缘，伟晶花岗岩呈狭长带状分布，呈岩脉、岩枝侵入古元古界龙首山群中(辛存林等，2013；尧宏福等，2017)。矿床北侧被石炭纪地层覆盖，南侧与加里东期花岗岩呈侵入接触(图1)。矿区岩浆岩以花岗岩、斜长花岗岩、伟晶花岗岩和脉岩为主。其中，伟晶花岗岩为红石泉矿床的赋矿岩石，岩体总体呈近东西向展布，东西长3 km，南北宽100～300 m，倾向北，倾角50°～60°，呈岩枝、岩脉侵入到龙首山群片岩中，形成有利铀成矿的地球化学环境。矿床内断裂构造十分发育，主要有近东西向、北东向和近南北向3组，其中近东西向断裂是矿床内最发育的一组断裂，断裂彼此近乎平行，其间岩石普遍碎裂，组合成一个近东西向破碎带，与铀成矿关系密切。

2 矿石

红石泉矿床主要矿化岩石为伟晶花岗岩，铀矿石颜色主要有浅肉红色、灰黑色和紫红色3种(图2)，其中浅肉红色为岩浆期形成矿石，基本无蚀变；灰黑色矿石为花岗质岩浆混染围岩形成，由于围岩黑云母斜长片岩具有较强还原性，有利于晶质铀矿的形成，该类矿石品位往往较富；紫红色矿石是叠加后期热液作用形成，红化明显，明显区别于正常岩石，镜下可见原生矿物破碎，发生明显的后期改造，部分钾长石被钠长石交代。

1.第四系；2.下石炭统南洼顶组砂砾岩、板岩；3.古元古界塌马子沟组大理岩；4.古元古界塌马子沟组黑云母斜长片岩；5.古元古界塌马子沟组石英岩；6.加里东期中粒花岗岩；7.中条期伟晶花岗岩；8.中条期斜长花岗岩；9.煌斑岩；10.压扭性断裂和扭性断裂图1 红石泉矿床地质简图Fig.1 Simplified geological map of Hongshiquan deposit

a.浅肉红色矿石岩心特征；b.浅肉红色矿石镜下特征(+)；c.灰黑色矿石岩心特征；d.灰黑色矿石镜下特征(-)；e.紫红色矿石岩心特征；f.3种矿石对比特征；图2 不同伟晶花岗岩特征图Fig.2 Characteristic map of different pegmatite granites

3 矿化蚀变

早期岩浆成因的浅肉红色矿石基本无蚀变；而晚期热液叠加成因的紫红色矿石发育赤铁矿化、钠长石化、碳酸盐化和绿泥石化蚀变，含矿热液沿伟晶花岗岩与黑云母片岩接触破碎带运移，形成了一定的水平分带特征，靠近接触带蚀变作用较强，随着远离蚀变带，各种蚀变均有明显减弱的趋势(图3)。

4 铀存在形式

对不同矿石进行电子探针测试，发现铀矿物主要为晶质铀矿和沥青铀矿(图4)，各类矿石中均存在较多的晶质铀矿，而沥青铀矿仅在紫红色矿石中可见，说明晶质铀矿和沥青铀矿是不同成矿期的产物，晶质铀矿主要由中条晚期岩浆成岩成矿作用直接形成，而沥青铀矿为海西期热液成矿作用形成。

1.片岩；2.伟晶混染花岗岩；3.伟晶花岗岩；4.赤铁矿化；5.钠长石化；6.绿泥石化；7.碳酸盐化；8.工业矿体；9.矿化体；10.异常体图3 蚀变水平分带特征示意图Fig.3 Schematic diagram of alteration horizontal zoning characteristics

晶质铀矿：呈灰黑色，半金属光泽，多呈立方体自形晶，粒径0.1～0.3 mm，个别颗粒可达0.6 mm。晶质铀矿多遭受溶蚀碎裂，在近旁生成铀黑或沥青铀矿，空间上与黄铁矿和锆石等关系密切。当矿石中黑云母较多时，晶质铀矿更为密集发育。

沥青铀矿：沥青铀矿有的沉淀在晶质铀矿受溶蚀的空穴周边及极微细的裂隙中，有的沉淀在某些自形晶黄铁矿、晶质铀矿和辉钼矿的四周，有的沉淀在微脉状水云母绿泥石柔皱脉内或脉壁，或方铅矿微脉的两侧。沥青铀矿具肾状结构，其弧形凸面明显指向周围矿物，说明其有极强的内聚力，可逐渐溶解周围的矿物。

5 矿石地球化学特征

由于灰黑色伟晶花岗岩受围岩混染作用影响，其元素含量已发生改变，故本次主要采集了无矿伟晶花岗岩(浅肉红色)10件样品、异常伟晶花岗岩(浅肉红色)9件样品、矿化伟晶花岗岩(浅肉红色)5件样品、含矿伟晶花岗岩(浅肉红色)12件样品和含矿蚀变伟晶花岗岩(紫红色)9件样品，分析对比不同铀成矿作用对矿石的影响。分析测试结果见表1。

5.1 主量元素特征

无矿-异常-矿化-含矿伟晶花岗岩和含矿蚀变伟晶花岗岩K2O+Na2O总量无明显变化，但Na2O/K2O值却有明显区别(图5)，Na2O/K2O平均值分别为0.27、0.24、0.39、0.30和1.80，含矿蚀变伟晶花岗岩Na2O/K2O值明显增高，说明晚期热液作用对矿石进行了改造，致使K、Na元素发生了转换，与镜下观察到的部分钾长石被钠长石交代的现象一致。因此,可以确定红石泉矿床晚期热液改造作用就是典型的Na交代成矿作用。

表1 伟晶花岗岩地球化学成分表Tab.1 Table of pegmatite granite geochemical composition

续表1

a.晶质铀矿与黄铁矿伴生；b.晶质铀矿与锆石伴生；c.晶质铀矿和辉钼矿、黄铁矿伴生；d.晶质铀矿被溶蚀；e.沥青铀矿沉淀在黄铁矿四周；f.沥青铀矿沿裂隙充填；g.沥青铀矿呈不规则星点状分布；h.沥青铀矿被氧化图4 铀矿物背散射电子图像Fig.4 Back scattering electron image of uranium minerals

图5 伟晶花岗岩Na2O/K2O值图Fig.5 The Na2O/K2O ratio diagram of pegmatite granite

5.2 稀土元素特征

相比无矿伟晶花岗岩，异常、矿化和含矿伟晶花岗岩稀土元素总量(ΣREE)有明显增加的现象，说明随着岩浆演化，稀土元素逐渐富集，LREE/HREE值以及(La/Yb)N值均有减小的趋势，轻、重稀土元素分馏作用也明显减弱，由左陡又缓的配分模式逐渐变为近水平的配分模式(图6a)。无矿-异常-矿化-含矿伟晶花岗岩和含矿蚀变伟晶花岗岩的δEu平均值分别为4.04、1.34、1.48和0.78，Eu随岩浆的演化斜长石结晶分离由明显正异常逐渐变为负异常，伴随U元素的富集，说明晶质铀矿主要是在岩浆演化到后期形成。含矿蚀变伟晶花岗岩与含矿伟晶花岗岩相比稀土元素总量(ΣREE)略有增加，Eu负异常更加显著，变为明显的负异常。

5.3 微量元素特征

从微量元素原始地幔标准化蛛网图中可以看出(图6b)，伟晶花岗岩整体具有富集Rb、U、Hf、W和Mo等元素，亏损Ba、P、Ti和Cs等元素，相比无矿伟晶花岗岩，异常、矿化和含矿伟晶花岗岩的Th、U、Zr、Hf、Ti、Ta、W和Mo元素均有明显增加的趋势，说明这些元素均有岩浆演化后期富集的特点，结合电子探针晶质铀矿与锆石、辉钼矿等矿物的空间关系，说明晶质铀矿和锆石、金红石和辉钼矿等是同时期形成的共生矿物，部分矿石的Mo品位可达伴生含量。含矿蚀变伟晶花岗岩与含矿伟晶花岗岩相比K、Ba元素有明显的减少趋势，K元素较少与钠交代作用中 Na交代K有关。

图6 (a)伟晶花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分图和(b)微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.6 (a)Chondrite-normalized REE patterns and (b)primitive mantle normalized trace elements spider diagram of pegmatite granite

6 铀成矿作用探讨

通过对矿石特征、蚀变特征、铀矿物存在形式、矿石地球化学特征以及铀矿年代学研究，可以发现红石泉矿床存2个主成矿期：第一期为中条晚期岩浆成矿，成矿年龄为(1740±61) Ma，主要形成浅肉红色矿石；第二期为海西期钠交代热液成矿，成矿年龄为(300±41) Ma，主要形成紫红色矿石(戎嘉树等，1984)。

在中条晚期随着岩浆演化分异，斜长石的结晶分离，Eu从明显正异常逐渐演化为负异常，晶质铀矿、锆石、金红石和辉钼矿等共生矿物均具在岩浆演化后期富集的特征；由于岩体边部冷凝速度快，岩体核部结晶较晚，因此，在伟晶花岗岩体的核部形成富含晶质铀矿的工业矿体，形成浅肉红色伟晶花岗岩矿石，基本无蚀变。

在海西期热液叠加改造形成的紫红色伟晶花岗岩矿石中发育赤铁矿化、钠长石化、碳酸盐化和绿泥石化蚀变；无蚀变的肉红色伟晶花岗岩基本保持着高K、低Na的特点。但热液叠加改造的紫红色伟晶花岗岩Na2O/K2O值却明显增高，说明热液作用对矿石进行了改造，致使K、Na元素发生了转换。在镜下也观察到部分钾长石被钠长石交代。

因此，红石泉矿床晚期热液改造作用就是钠交代成矿作用，其成矿年龄也与区域芨岭矿床钠交代成矿期接近(刘金枝，2010；赵如意等，2013；张树明等，2013；赵如意等，2018；刘正义，2018)，含矿热液沿黄铁矿、方铅矿等早期矿物的四周以及微裂隙沉淀形成了沥青铀矿。由于伟晶花岗岩与黑云母斜长片岩接触带往往发生大量混染交代，降低了岩石的抗压强度，增加了孔隙度，有利于后期构造发育，并且伟晶花岗岩与黑云母斜长片岩岩性差异大，形成了地球化学背景迥异的高反差地球化学还原障，有利于含铀络合物的分解沉淀，因此晚期含矿热液主要沿伟晶花岗岩与黑云母斜长片岩接触破碎带富集成矿。

7 结论

(1)第一期为中条晚期岩浆成矿；花岗质岩浆演化到后期形成晶质铀矿；晶质铀矿往往与锆石、金红石和辉钼矿等矿物共生，矿石基本不发育蚀变。

(2)第二期为海西期热液叠加改造；是以钠交代为主的热液成矿；形成了紫红色矿石，铀矿物主要为沥青铀矿，矿石发育钠长石化、赤铁矿化、碳酸盐化和绿泥石化等蚀变。

(3)伟晶花岗岩体的核部是早期岩浆成矿作用的主要赋矿部位。

(4)伟晶花岗岩与片岩接触破碎带是晚期钠交代热液成矿作用的有利部位。