广西花山铀矿床氧化带中铀酰矿物特征、成因及其勘查指示意义.pdf

2014 年 5 月 地 球 学 报 May 2014 第 35 卷 第 3 期 295-304 Acta Geoscientica Sinica Vol.35 No.3 295-304 www.地球学报.com 本文由国家自然科学青年基金项目编号 41102051、广西自然科学基金项目编号 2012GXNSFAA053187; 2013GXNSFBA019209、广 西大规模地质矿产勘查项目编号 桂财建函[2010]130 号和广西重点实验室建设项目编号 11-031-20; 12-071-20联合资助。 收稿日期 2013-08-21; 改回日期 2013-11-26。责任编辑 闫立娟。 第一作者简介 付伟, 男, 1980 年生。 博士, 副教授。 主要从事矿床地质学及地球化学方向的教学与科研工作。 E-mail fuwei。 广西花山铀矿床氧化带中铀酰矿物特征、成因 及其勘查指示意义 付 伟 1, 2, 冯佐海1, 2, 黄永高2, 柴明春2, 康志强1, 2, 余 勇1, 2 , 杨梦力 2, 江超强2 1桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心, 广西桂林 541004; 2桂林理工大学地球科学学院, 广西桂林 541004 摘 要 本文分析了广西花山铀矿床氧化带中铀酰矿物的类型、组合及赋存特征, 探讨铀酰矿物的成因机 制及其对深部铀矿体勘查的指示意义。 研究发现, 花山铀矿床氧化带中铀酰矿物的类型非常复杂, 长冲、 白 石脚和糙米坪等三个矿点出现不同的铀酰矿物组合。长冲矿点发育准钙铀云母、钙铀云母和硅钙铀矿等铀 酰磷酸盐和铀酰硅酸盐组合, 铀酰矿物的阳离子组分以富 Ca 为特点; 白石脚矿点出现硅铅铀矿和斜磷铅铀 矿等铀酰硅酸盐组合, 铀酰矿物的阳离子组分以富 Pb 为特点; 糙米坪矿点出现翠砷铜铀矿、铜铀云母和脂 状铅铀矿等铀酰磷酸盐、 铀酰砷酸盐和铀酰氢氧化物组合, 铀酰矿物的阳离子组分以富 Cu 和 As 等为特点。 花山铀矿床中的铀酰矿物是原生铀矿物推断为沥青铀矿在氧化环境下发生次生沉淀作用而形成的, 三个 矿点铀酰矿物组合的差异归因于原生铀矿体元素地球化场、地下水中络阴离子类型和地下水介质 pH 环境 等多种因素的耦合。研究认为, 铀矿床氧化带中的铀酰矿物对于指导深部盲矿勘查具有一定的指示意义。 在花山地区, 铀酰矿物沿断裂带出现大规模的垂向分布, 它的发育位置大致记录了原生铀矿体的产状特征, 而铀酰矿物的含量和类型则有助于提供原生铀矿石品位和硫化物含量等重要的成矿信息。本研究预测, 在 花山矿区内的糙米坪和白石脚矿点仍然存在发现氧化型铀矿体的良好潜力。 关键词 铀酰矿物; 铀矿床; 氧化带; 花山; 广西 中图分类号 P619.14; P611.21 文献标志码 A doi 10.3975/cagsb.2014.03.04 Mineralogical Characteristics and Genesis of the Uranyl Minerals in the Oxidized Zone of the Huashan Deposit, Guangxi, and Their Implications for Deep Ore Exploration FU Wei1, 2, FENG Zuo-hai1, 2, HUANG Yong-gao2, CHAI Ming-chun2, KANG Zhi-qiang1, 2, YU Yong1, 2, YANG Meng-li2, JIANG Chao-qiang2 1 Guangxi Scientific Experiment Center of Mining, Metallurgy and Environment, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004; 2 College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004 Abstract This study aims at revealing the mineralogical characteristics of the uranyl minerals from the oxidized zone of the Huashan deposit in Guangxi and investigating their genetic mechanism in relation to deep ore exploration. The authors have found that there are different mineral assemblages in the three ore spots of the study area, with the assemblage of meta-autunite, autunite and uranophane in the Changchong ore spot, that of kasolite and parsonsite in the Baishijiao ore spot, and that of zeunerite, torbernite and gummite in the Zhaomiping ore spot. These uranyl minerals were derived from the primary U-bearing mineral uraninite and ed by the 296 地 球 学 报 第三十五卷 secondary precipitation process in an oxidation environment. Different uranyl mineral assemblages in the three ore spots are attributed to element geochemical backgrounds of the primary ore bodies, types of the complex anions in the groundwater solutions, and Ph values of the U-bearing groundwater. This study indicates that the uranyl minerals can provide important clues for deep exploration; for example, the uranyl minerals are extensively developed along the faults, and their characteristics have recorded the location of the primary ore body and the ination of the primary ore grade and sulfide content. It is held that there are good potentials for further prospecting in the Baishijiao and Zhaomiping ore spots. Key words uranyl minerals; U deposit; oxidized belt; Huashan; Guangxi 广西贺州市花山铀矿是我国核工业 “开业之石” 的产地。1943 年, 有中国“铀矿之父”称号的南延 宗先生在广西花山地区黄羌坪一带发现了我国第一 块铀矿标本。之后, 关于广西花山地区的铀矿资源 逐渐引起了业界的关注, 原中央地质调查所会同资 源委员会的徐克勤、原广西三队、核工业〇三七大 队及广西〇三一核地质大队等专家和单位陆续在该 地区开展了勘查工作, 并发现了一批矿体。21 世纪 以来, 随着国家对铀矿床勘查的日渐重视, 花山铀 矿床又成为广西大规模找矿突破的重点之一, 找矿 勘查工作不断推进。值得注意的是, 尽管花山铀矿 床的勘查历史已有 70 余年, 但相关的科学研究却极 其有限。早期, 南延宗和吴磊伯对花山铀矿床的矿 物学特征开展过初步描述南延宗等, 1943, 1944, 徐克勤对矿床的成矿地质特征进行了总结研究徐 克勤, 1946, 之后除了一些生产性的勘探报告外, 鲜有关于花山铀矿床基础地质研究的公开报道。 为深化对广西花山铀矿床成矿规律与矿床成因 的认识, 并为指导该矿床的勘查提供新的科学依据, 在前人工作的基础上, 本文重点研究花山铀矿床氧 化带中的铀酰矿物, 因为铀酰矿物是氧化型铀矿体 的主要矿石矿物, 同时它对于理解 U 元素的表生地 球化学行为、重建铀矿物的表生演变序列、反演表 生环境演化、指导原生铀矿体的勘查以及处置核废 料等方面都具有重要的意义叶夫谢耶娃等, 1980; 别洛娃, 1981; 卢龙等, 2006; Hazen et al., 2009; Al- exandre et al., 2012; Gb et al., 2013。本研究旨在深 入揭示该花山矿床氧化带中铀酰矿物的主要类型、 矿物组合及其矿物赋存规律, 分析其成因机制并探 讨铀酰矿物对深部铀矿体勘查的指示意义。 1 矿床地质特征矿床地质特征 研究区处于湘桂两省交界处, 主体出露于广西 东北部的富川、贺州和钟山地区常简称富贺钟地 区。在大地构造位置上, 研究区位于华南地区扬子 板块与华夏板块在三叠纪的最终拼合带上, 北西为 扬子板块, 南东为华夏板块。由于地处板块拼合带 的特殊地质背景, 区内中酸性岩浆岩极其发育, 南 岭地区最壮观的东西向中生代花岗岩带 花山姑 婆山大东山贵东寨背武平花岗岩带, 即从 研究区内贯穿而过。值得注意的是, 这条花山姑 婆山大东山贵东寨背武平花岗岩带也同时 是华南地区的一条大型铀矿床成矿带胡瑞忠等, 2007; 杨尚海, 2010, 如诸广岩体南部的长江铀矿 田、澜河铀矿田、鹿井铀矿田及贵东岩体的下庄铀 矿田等都发育这条带上。 花山铀矿床产在桂东北地区的花山杂岩体内。 该岩体的主体岩性为花岗岩, 平面上呈浑圆状, 出 露面积约 600 km2, 侵位发生于中晚侏罗世之交的 特提斯构造域向太平洋构造域转换时期Feng et al., 2011, 同位素年龄在 163148 Ma 之间朱金初等, 2006。冯佐海等2002把花山杂岩体分为了 5 个单 元, 由老到新依次为 牛庙独立侵入体, 岩性主要 为细-中粒石英二长闪长岩; 杨梅山独立侵入体, 岩 性为中粒石英二长岩; 里松单元, 岩性为中粒角闪 石黑云母二长花岗岩; 望高单元, 岩性主要为中粗 粒黑云母二长花岗岩; 华美单元, 岩性为细粒花岗 岩。矿区出露地层主要是寒武系浅变质长石石英杂 砂岩夹泥岩、泥盆系细砂岩、泥岩、泥灰岩、硅质 岩等。断裂构造主要为 NE 和 NW 向, 两者呈“X” 型展布, 其次为近 SN 和近 EW 向。 矿床主要赋存于花山岩体内的望高单元中图 1。目前已发现长冲、白石脚和糙米坪等 3 处铀矿 点, 分别位于研究区的北部、东北部和西南部。矿 区内围岩蚀变种类多样, 且相互迭加, 但分带性不 甚明显。一般在平面上自矿化中心向两侧依次发育 硅化带、钾长石化带、绢云母化带、赤铁矿化带和 高岭土化带。在垂向上围岩蚀变在深部表现为大范 围的钾长石化、褐铁矿化、绢云母化和硅化, 而浅 部以钾化为主, 次为绿泥石化, 局部地区可见孔雀 石化。矿体主要受近 EW 向断裂构造控制, 矿体产 状与构造带产状基本一致, 矿体形态多呈脉状、透 镜状, 单矿脉规模普遍较小图 2。铀矿石品位变化 大, 多以低品位矿石为主。矿石类型主要包括钾长 石化赤铁矿化轻微碎裂花岗岩型矿石、赤铁矿化硅 化花岗碎斑岩型矿石、硅化赤铁矿化构造角砾岩型 第三期 付 伟等 广西花山铀矿床氧化带中铀酰矿物特征、成因及其勘查指示意义 297 图 1 花山铀矿床地质简图 Fig. 1 Sketch geological map of the Huashan uranium ore deposit Q-第四系; D3g-桂林组; D2t-唐家湾组; D2x-信都组; D1h-贺县组; D1l-莲花山组; Єb-边溪组 Q-Quaternary; D3g-Guilin ation; D2t-Tangjiawan ation; D2x-Xindu ation; D1h-Hexian ation; D1l-Lianhuashan ation; Єb-Bianxi ation 矿石及硅化石英脉型矿石等。载铀矿石矿物主要为 钙铀云母、铜铀云母、硅钙铀矿和硅铅铀矿等, 而 脉石矿物以石英、玉髓和钾长石和赤铁矿为主, 其 次为电气石、绢云母、黑云母、绿泥石等。 2 取样及分析方法取样及分析方法 采样工作布置在花山矿区内的长冲、白石脚和 糙米坪等 3 处矿点。其中, 长冲矿点的样品采自矿 体氧化带的地表露头和钻孔岩芯, 而白石脚和糙米 坪矿点的样品均采自矿体氧化带的地表探槽内。室 内测试主要开展了岩相薄片观察、X 粉末衍射物相 分析和电子显微镜能谱分析等。 在制样上, 由于氧化带铀矿石样品的物质组分 非常松散, 为便于光学显微镜岩相鉴定和电子显微 镜矿物分析, 光薄片制备采用了注胶法。岩相观察 和鉴定采用 Leica DM EP 高分辨率透反两用显微镜 进行。X 粉晶衍射物相分析的仪器为 Philips X’ Pert MPD, 实验条件为 Cu 靶, Ka 射线, 工作电压 44 kV, 电流 30 Ma。全角度扫描范围为 380, 扫描速度 为 10/min。X 衍射的数据处理由 JADE.5.0 软件完 成。电子显微镜的分析仪器为 JXA-8230 型电子探 图 2 花山矿床长冲矿点垂向剖面简图 据广西三三一〇核地质队, 2011 修改 Fig. 2 Vertical profile of the Changchong uranium ore spot in Huashan area modified after Guangxi No. 310 Nuclear Geological Party, 2011 针。工作条件为 加速电压为 20.0 kV, 束斑电流为 310-8 A, 扫描电子束直径为 1.0 μm。 所有测试工作 均在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验 室完成。 3 测试结果测试结果 3.1 铀酰矿物类型与共生组合 X 粉末衍射图 3、岩相薄片及电子显微镜图 4, 5, 6鉴定显示, 花山铀矿床氧化带中铀酰矿物的 种类多样, 且三个矿点各自具有不同类型的矿物组 合。其中, 长冲矿点的样品中主要铀酰矿物是准钙 铀云母, 次为钙铀云母, 与之共生的脉石矿物主要 为赤铁矿、石英、玉髓和钾长石, 还发现少量的电 气石、绢云母、黑云母、绿泥石等。白石脚矿点的 样品中主要铀酰矿物是硅铅铀矿和斜磷铅铀矿, 共 生的脉石矿物主要为赤铁矿、石英玉髓和钾长石, 其次为绢云母、黑云母、绿泥石、金红石、水磷钙 钍石等。糙米坪矿点的样品中主要铀酰矿物为翠砷 铜铀矿, 次为铜铀云母, 伴生的金属矿物包括赤铁 矿、 赤铜矿, 脉石矿物则以石英玉髓和钾长石为主, 此外还发现了绢云母、黑云母、绿泥石、锆石、金 红石、褐帘石、磷灰石、独居石等。 依据铀矿物分类张静宜等, 1995; 张成江等, 298 地 球 学 报 第三十五卷 2007, 花山矿床氧化带中铀酰矿物的类型主要是 铀酰磷酸盐类长冲矿点的准钙铀云母、 钙铀云母以 及糙米坪矿点的铜铀云母、铀酰砷酸盐类糙米坪 矿点的翠砷铜铀矿和铀酰硅酸盐类白石脚矿点的 硅铅铀矿和斜磷铅铀矿。 3.2 铀酰矿物特征与赋存形式 准钙铀云母Met 手标本上主要表现为黄绿、 淡黄绿色鳞片状晶体, 呈浸染状与石英、绢云母和 赤铁矿等矿物共生图 4A, 在紫外线照射下发强烈 的黄绿色荧光。在光学显微镜下, 准钙铀云母呈无 色浅黄色黄色至深黄色, 可见一组完全解理, 平行消光, 多色性明显。在 X 粉末衍射图谱中图 3, 准钙铀云母在 d8.5111, 4.2604, 3.1986 处 出现强峰。电子显微镜观察发现, 准钙铀云母的赋 存状态主要有 3 种形式 ①呈叶片状较自形沿长 石或石英尤其是长石颗粒裂隙穿插充填图 4B; ②呈细脉状与玉髓脉共生充填于裂隙或破碎带中, 或生长于石英晶洞中图 4C; ③与赤铁矿共生分布 于石英颗粒中图 4D。 能谱分析表明图 7, 准钙铀 云母中 CaO 平均含量为 6.00, UO2平均含量为 67.90, P2O5平均含量为 18.92, 其化学成分与准 钙铀云母标准化学式 CaUO22PO428H2O 的理论 值相似。 图 3 花山铀矿氧化带铀矿石 X 粉晶衍射图 Fig. 3 XRD patterns of uranium ore samples from the oxidized zone in the Huashan uranium deposit 图 4 准钙铀云母矿物特征及赋存形式 Fig. 4 Mineralogical characteristics and modes of occurrence of meta-autunites A-野外手标本中准钙铀云母Met晶体; B-沿石英和长石颗粒粒间或裂隙充填交代的准钙铀云母Met; C-充填于玉髓脉中准钙铀云母Met; D-与赤铁矿Hem和方铁矿Geo共生的准钙铀云母Met A-meta-autunite crystals Met in hand specimen; B-Met crystals filling or replacing fractures in quartz and feldspar grains; C-Met crystals filling chalcedony veins; D-Met crystals coexistent with hematite and wuestite 第三期 付 伟等 广西花山铀矿床氧化带中铀酰矿物特征、成因及其勘查指示意义 299 图 5 硅铅铀矿和斜磷铅铀矿矿物特征及赋存形式 Fig. 5 Mineralogical characteristics and modes of occurrence of kasolite and parsonsite A-野外露头中硅铅铀矿Kas和斜磷铅铀矿Par矿物集合体; B-光学显微镜下硅铅铀矿Kas和斜磷铅铀矿Par沿石英Q和长石Kfs 的颗粒裂隙充填交代; C-沿石英颗粒粒间裂隙充填交代的硅铅铀矿Kas和斜磷铅铀矿Par; D-硅铅铀矿Kas包裹胶结石英Q颗粒 A-kasolite Kas and Par assemblages in field outcrop; B-Kas and Par crystals filling or replacing fractures in quartz and feldspar grains; C-Kas and Parcrystals filling or replacing pores among quartz grains; D-Met crystals wrapped and cemented by quartz grains 图 6 翠砷铜铀矿矿物特征及赋存形式 Fig. 6 Mineralogical characteristics and modes of occurrence of zeunerites A-翠砷铜铀矿Zeu和铜铀云母Tor手标本; B-翠砷铜铀矿Zeu交代黑云母Bt; C-与赤铁矿Hem和赤铜矿Cup共生的翠砷铜铀矿 Zeu, 共生矿物还可见钾长石Kfs; D-充填于石英颗粒Q裂隙中的翠砷铜铀矿Zeu, 共生矿物还可见赤铁矿Hem, 钾长石Kfs和 金红石Rt A-Zeu and Tor crystals in hand specimen; B-Zeu crystals replacing biotites; C-Zeu crystals coexistent with Hem, Cup and Kfs crystals; D-Zeu crystals filling in the fractures of quartz grains, coexistent with Hem, Kfs and Rt 300 地 球 学 报 第三十五卷 硅铅铀矿Kas 手标本上呈棕黄、蛋黄色细粒 晶体, 半金刚光泽、 油脂光泽, 条痕为褐黄色, 在野 外多呈土状集合体产出图 5A, 在紫外线照射下不 发荧光。显微镜下硅铅铀矿多表现为深褐色、黑色, 可见一组完全解理, 平行消光图 5B。在 X 粉末衍 射 图 谱 中 , 硅 铅 铀 矿 在d6.4920, 3.2497, 2.9155 处出现强峰。在电子显微镜下, 硅铅铀矿 多呈半自形粒状、柱状及细针状晶形, 沿石英或长 石主要为石英粒间或裂隙充填交代图 5C, D, 显 示充填交代结构。能谱分析表明图 7, 该矿物化学 成分中 PbO 平均含量为 36.59, UO2平均含量为 46.26, SiO2平均含量为 12.81。 斜磷铅铀矿Par 野外常与硅铅铀矿共生。在 显微镜下, 斜磷铅铀矿矿物形态以片状、板条状为 主, 集合体呈放射束状、皮壳状, 矿物赋存形式与 硅铅铀矿基本一致, 呈充填交代结构产于石英或长 石粒间或裂隙中图 5B, C。 能谱分析表明图 7, 斜 磷铅铀矿化学成分中 PbO 平均含量为 47.38, UO2 平均含量为 31.37, P2O5平均含量为 15.33。 翠砷铜铀矿Zeu 手标本上为翠绿、 苹果绿色, 鳞片状和星点状晶形, 矿物集合体多呈团簇状图 6A, 在紫外线照射下不发荧光。 在野外多与铜铀云 母、石英和一些金属矿物共生发育。显微镜下呈蓝 绿色-淡蓝绿色的鲜明干涉色, 一组完全解理, 平行 消光, 具弱多色性。在 X 粉末衍射图谱中, 翠砷铜 铀矿在 d10.6200, 3.5923 处出现强峰。在电子 显微镜下, 该类矿物主要沿长石、石英、黑云母以 及褐帘石等矿物的粒间或裂隙充填交代图 6B, 并 常见与赤铁矿及赤铜矿图 6C, D共生发育。 能谱分 析表明图7, 翠砷铜铀矿中CuO平均含量为6.44, UO2平均含量为 67.38, As2O5平均含量为 11.38, P2O5平均含量为10.59, 这与标准矿物的理论化学 成分有一定差别, 不排除翠砷铜铀矿中包裹有铜铀 云母等其它铀矿物的微粒。 4 讨论讨论 4.1 花山铀矿床中铀酰矿物的成因 早在 20 世纪 40 年代, 前人就在花山地区的 “黄 羌坪”即本文所指的糙米坪地区报道发现了磷酸 铀矿、脂状铅铀矿和沥青铀矿南延宗等, 1944。在 这些铀矿物中, 沥青铀矿属原生铀矿物, 而磷酸铀 矿和脂状铅铀矿均属铀酰矿物。此后, 地勘队伍在 花山矿区陆续发现了钙铀云母和硅钙铀矿等一批铀 酰矿物〇广西三一核地质队, 2011。在综合前人工 作的基础上, 本研究进一步发现花山铀矿床内铀酰 矿物的发育具有多样性, 长冲、白石脚和糙米坪等 3 个矿点出现不同的铀酰矿物组合, 表现为长冲矿 图 7 花山花岗岩型铀矿床各矿化点铀矿物能谱图 Fig. 7 EDS spectrograms of uranyl minerals in the Huashan deposit a-准钙铀云母能谱图Met; b-硅铅铀矿能谱图Kas; c-斜磷铅铀矿能谱图Par; d-翠砷铜铀矿Zeu a-EDS spectrograms of Met; b-EDS spectrograms of Kas; c-EDS spectrograms of Par; d-EDS spectrograms of Zeu 点发育准钙铀云母、钙铀云母和硅钙铀矿等铀酰磷 酸盐和铀酰硅酸盐组合, 白石脚矿点出现硅铅铀矿 和斜磷铅铀矿等铀酰硅酸盐组合, 而糙米坪矿点则 出现翠砷铜铀矿、铜铀云母和脂状铅铀矿等铀酰磷 酸盐、铀酰砷酸盐和铀酰氢氧化物组合。 通 常 认 为 , 铀 酰 矿 物 是 原 生 铀 矿 物 UO2 在 表 生 环 境 下 被 氧 化 、 迁 移 和 再 沉 淀 的 产 物 Wronkiewicz et al., 1992, 1996; Hazen et al., 2009。 原生铀矿物常与硫化物共生, 在表生环境下硫化物 易被氧化并产生酸性水溶液, 这将加速原生铀矿物 的分解氧化, 导致 U4被氧化 U6离子, U6易与 S 与 结合形成UO2[SO4]22-或UO2[SO4]34-等硫酸盐易 溶络合物, 或形成氢氧化物络合物 UO2[OH]2、碳酸 盐 Na2UO2[CO3]2络合物或有机络合物等进行迁移 闵茂中等, 1992; Brugger et al., 2003; Trenfield et al., 第三期 付 伟等 广西花山铀矿床氧化带中铀酰矿物特征、成因及其勘查指示意义 301 2011。 U6随地下水溶液经短暂迁移后, 在特定的物 理化学条件下, 会与地下水中的 PO43-、AsO43-、 VO43-、CO32-等络阴离子以及 Ca、Pb、Ba、Cu 等 金属阳离子结合形成铀酰矿物叶夫谢耶娃等, 1980; 别洛娃, 1981。 值得一提的是, 花山铀矿床内原生铀矿物非常 罕见。除南延宗等1944报道在“黄羌坪”即糙米 坪地区报道发现了沥青铀矿外, 在该地区长期从 〇事地质勘查的广西三一核地质队和本次研究均未 发现四价原生铀矿物发育的明确证据。这说明矿区 内的原生铀矿体应该遭受了强烈的氧化作用次生改 造, 使得原生铀矿物难以被保存下来。 导致三个矿点氧化带出现不同类型铀酰矿物 的原因可能是多方面的。 原生矿床中矿物元素组合、 氧化带 pH和 Eh环境及地下水化学成分等条件都是 制约铀酰矿物发育的重要因素闵茂中等, 1992; 卢 龙等, 2006; Hazen et al., 2009。对比三个矿点的铀 酰矿物化学成分, 不难发现, 它们的阳离子化学成 分各有特点, 长冲矿点富 Ca, 白石脚矿点富 Pb, 而 糙米坪矿点富 Cu 等。由于三个矿点的围岩基本相 同, 都为望高单元黑云母二长花岗岩, 因而影响铀 酰矿物阳离子成分的源头应该都是原生矿床的元素 地球化学场。 前期研究已表明冯佐海, 2013, 长冲、 白石脚和糙米坪三个矿点氧化带的元素地球化学特 征有明显差异, 特别是金属元素的含量高低有别, 如 Pb 的含量依次为 白石脚1000010-6糙米坪 544.310-6长冲28210-6, Cu 的含量依次为 糙 米坪49410-6白石脚13510-6长冲3.910-6。 这些地球化学数据指示, 白石脚矿点的原生铀矿床 中应该伴生方铅矿等含铅硫化物, 因而它的氧化带 发育了富 Pb 的元素地球化学场, 而糙米坪矿点的 原生铀矿床中应该伴生黄铜矿等含铜硫化物, 这导 致了它的氧化带出现了富 Cu 的元素地球化学场。 随着原生铀矿体中硫化物的氧化分解, Pb、Cu 等元 素进入氧化带中的地下水中, 为硅铅铀矿、斜磷铅 铀矿、铜铀云母和翠砷铜铀矿等铀酰矿物的发育提 供了丰富物源。而长冲矿点有所不同, 它的原生铀 矿体中金属硫化物的含量偏少, 导致地下水中相对 贫金属元素, 而富集来自长石等硅酸盐矿物风化所 释放的 Ca 离子, 因而发育准钙铀云母、 钙铀云母和 硅钙铀矿等铀酰矿物组合。 地下水中络阴离子的成分也会影响到铀酰矿 物的发育类型。实验地球化学表明, 在弱酸性的地 下水溶液中, UO22 HPO42-离子浓度比值小于等于 1 将适宜于铀酰磷酸盐矿物的沉淀闵茂中等, 1992。可见, 长冲矿点发育的钙铀云母和准钙铀云 母, 以及糙米坪矿点发育的铜铀云母等这些铀酰磷 酸盐矿物都应该产于富 P 的地下水中。P 主要来自 花岗岩中的磷灰石, 或风化壳中降解的有机质 Alexandre et al., 2012; Gb et al., 2013。糙米坪矿 点的地下水中除富 P 外还应该富 As, 这是因为该矿 点发育的翠砷铜铀矿需要地下水中含有 AsO42-络阴 离子。 As 的来源应该与花岗岩侵入期后的热液活动 有关, 毒砂等含 As 硫化物是花岗岩型原生铀矿体 中常见的伴生矿物。随着原生铀矿体的风化, 毒砂 中等硫化物中的 As 会被氧化释放进入地下水溶液 中李艺等, 1999。与长冲和糙米坪矿点不同, 白石 脚矿点中产出硅铅铀矿和斜磷铅铀矿等铀酰硅酸盐 类矿物的地下水应该是一种富 Si 类型。 这是因为当 地下水溶液中 UO22、SiO43-离子浓度较高, 而 PO42-、SO42-、AsO42-、VO42-、CO32-等络阴离子浓 度极低时, 铀酰硅酸盐类矿物才能形成闵茂中等, 1992。卢龙等2006研究下庄铀矿田中的硅钙铀矿 等铀酰硅酸盐类矿物时也认为它们的成因与富 Si 类型的地下水中有关。 铀酰矿物的次生沉淀受氧化带中地下水介质 pH 值的制约闵茂中等, 1992; Hazen et al., 2009。 钙铀云母和铜铀云母等铀酰磷酸盐矿物在中性介质 的水溶液中溶解度最低图 8A, B, 它们的次生沉淀 作用是载 U 地下水在迁移过程中遭受中性化 pH 值 环境时发生的。翠砷铜铀矿等铀酰砷酸盐矿物的沉 淀环境与前述的铀酰磷酸盐矿物类似图 8C。而硅 铅铀矿等铀酰硅酸盐类矿物则明显不同, 它们的溶 解度最低值出现在近中性-弱碱性的 pH 区间图 8D, 也就是说它们的次生沉淀需要载U地下水在遭受弱 碱性的水文地球化学环境时才能形成。 综上所述, 花山铀矿床氧化带中的铀酰矿物均 是原生铀矿物推断为沥青铀矿在氧化环境下被氧 化并发生次生沉淀作用形成的, 之所以长冲、白石 脚和糙米坪 3 个矿点的铀酰矿物产出类型不同, 这 与原生铀矿体的元素地球化场、地下水中络阴离子 类型和地下水介质的 pH 环境等多种因素的耦合作 用相关。长冲矿点的准钙铀云母、钙铀云母等铀酰 磷酸盐矿物组合发育在贫金属元素的元素地球化学 场背景下, 它们是酸性富 Ca2、UO22和 PO42-络阴 离子的地下水在迁移过程中遭受中性化的 pH 环境 时形成的。白石脚矿点的硅铅铀矿和斜磷铅铀矿等 铀酰硅酸盐组合发育在富 Pb 的元素地球化学场背 景下, 地下水化学成分以富 Pb2、UO22与 SiO42-络 阴离子为特点, 有利的沉淀环境是弱碱性的 pH 值 条件; 而糟米坪矿点的翠砷铜铀矿、铜铀云母等铀 酰磷酸盐和铀酰砷酸盐矿物组合发育在富 Cu 的元 素地球化学场背景下, 它们的成因与酸性富 UO22、 Cu2与 PO42-、AsO42-络阴离子的地下水相联系, 次 302 地 球 学 报 第三十五卷 图 8 铀酰矿物在水溶液中的溶解度与溶液 pH值关系图 据闵茂中等, 1992 Fig. 8 The relationships between the solubility of the uranyl minerals and the pH value of the solution after MIN et al., 1992 组分活度a, mol/LH2O 1-a∑CO2a∑SO40; 2-a∑CO2a∑SO40.001; 3-a∑CO2 a∑SO40.01; 4-a∑CO2a∑SO40.1; 5-a∑CO2a∑SO41.0; T25C, P105Pa; 平行于纵坐标的线条表示水溶液中性 pH 位置 Component activity a, mol/LH2O 1-a∑CO2a∑SO40; 2-a∑CO2a∑SO40.001; 3-a∑CO2a∑SO40.01; 4-a∑CO2 a∑SO40.1; 5-a∑CO2 a∑SO41.0; T25C, P105 Pa; the line parallel to the ordinate axis represents the position of neutral pH value 生沉淀作用主要发生在中性化的 pH 环境中。 值得注意的是, 南延宗等1944还报道在花山 “黄羌坪”地区即本文所指的糙米坪发现了脂状 铅铀矿即脂铅铀矿, 这种铀酰矿物是原生铀矿物 在风化早期形成的亚稳定态铀酰氢氧化物或氧化物, 其动力学上的机理是铀酰氢氧化物或氧化物成核和 晶体生长速率快于铀酰硅酸盐陈繁荣等, 2003。本 研究尚未在花山铀矿床中发现该类矿物, 指示它的 发育范围非常局限, 其原因可能是脂状铅铀矿多分 布在矿床氧化带的上层, 易于被剥蚀而难以保存, 或在长期风化作用下已多被铀酰磷酸盐或铀酰硅酸 盐矿物等进一步交代Finch et al., 1989而难以被 发现。 4.2 铀酰矿物对花山矿床深部勘查的指示意义 前苏联学者认为氧化带中铀酰矿物的地质产 状和矿物属性包含了下部原生盲矿体的若干信息 别洛娃, 1981; 契尔尼科夫, 1981, 提出可利用氧 化带垂向结构判定原生矿床的类型, 利用标型矿物 属性指示深部盲矿体的形态、埋藏深浅, 或利用共 生铀酰矿物之间的相互比例推断原生矿石的原始成 分等。 但叶弗谢耶娃1980同时指出, 由于铀矿床氧 化过程的复杂性和多阶段性, 存在富矿体上方形成 贫矿氧化带, 在贫矿体上方形成富矿氧化带的诸多 不确定性, 需要针对各个矿床的地质规律做具体 分析。 在花山铀矿区内, 由于长冲矿点已开展钻探工 作, 因此关于地表露头铀酰矿物与深部盲矿体之间 的联系已经得到初步揭示。首先, 矿点深部的盲矿 体标高 860160 m并非由原生铀矿物沥青矿物 组成, 而是由硅钙铀矿、钙铀云母等铀酰矿物组成 〇广西三一核地质队, 2011。这说明了花山地区铀 矿床氧化带的发育规模非常大, 垂向深度接近 700 m。如此大规模发育的铀矿床氧化带应该与所 在地质单元的透水性有直接关系张振强等, 2005。 长冲矿点的氧化带沿断裂带发育, 这种断控的线状 氧化带不同于受潜水面控制的面状氧化带, 富含自 由氧的地下水可沿着高渗透性断裂带直达到地下深 部, 从而有