纳米比亚湖山铀矿载铀矿物研究.pdf

湖山铀矿纳米比亚湖山铀矿是世界第三大铀矿，与著名的罗辛铀矿床相隔不足十公里，作为白岗岩型铀矿最具代表性的两个矿床，二者皆位于达马拉（Damara）造山带南部中央带，除了这两个世界级铀矿之外，该带还分布着：瓦伦比亚铀矿床、Etango 铀矿床以及 Ida Dome 铀矿床（已并入湖山项目）。前人针对这些矿床开展了不同程度的研究工作，尤以罗辛铀矿开展的研究工作最多，但针对湖山铀矿的研究工作极其有限。本研究选择湖山铀矿为研究对象，在径迹蚀刻实验的基础上，利用偏光显微镜、扫描电镜和电子探针对该矿的铀矿石开展了精细矿物学的研究工作，确定了载铀矿物种类，详细划分了矿化期次。认为湖山铀矿存在着 3 个矿化期，即：岩浆期、热液改造期以及表生改造期，在各个矿化期内，均形成了各自独特的矿物组合。1 地质背景达马拉造山带位于非洲南部，呈北北东走向，是卡拉哈里（Kalahari）克拉通与刚果（Congo）克拉通的碰撞产物，其形成经历了一个近乎完整的威尔逊回旋（Nance et al.，2014）。该造山带由海岸线分支和陆内分支组成，海岸线分支可以分为两个带，陆内分支又可细分为七个带，南部中央带便属于陆内分支的一个亚带（图 1）。该造山带于 750 Ma 左右发生板内裂谷作用，并沉积了Nosib 地层；在晚前寒武纪（新元古代，750600Ma），板块破裂，形成 Outjo 洋和 Khomas 洋，沉积了 Swakop 群和 Otavi 群地层；在新元古代末（580560 Ma），卡拉哈里克拉通与刚果克拉通聚合，发育达马拉造山带 D1期构造及早期花岗岩；在 550540 Ma，两大克拉通碰撞，发育 D2期构造，并产生同构造花岗岩；在 535460 Ma，碰撞晚期和后期的大量长英质岩浆侵入并形成各种花岗岩和白岗岩（Jung et al.,2020）。湖山铀矿由 6 个矿带（Zone1Zone6）和Middle Dome 异常带组成，其中，Zone1 和 Zone2矿带集中了矿山的大部分资源储量，具有平均品位高和矿化规模大的特点，矿体长度分别达到了 3km 和 2.5 km，延伸深度超过 400 m（张怀峰和陆建军，2018）。矿区褶皱和断裂均很发育，矿体主要受千岁向斜和湖山倒转背斜联合控制，千岁断裂贯穿整个矿区，其分支断裂在矿区内十分发育。区内出露的主要地层有：Abbabis 杂岩体、埃图西斯 组（Etusis）、可 汗 组（Khan）、罗 辛 组（Rossing）、楚 斯 组（Chuos）、卡 里 比 组（Karibib）、卡塞布组（Kuiseb），可汗组地层及之前的地层氧逸度较高，罗辛组（Rossing）及之后的地层氧逸度较低。区内岩浆岩以花岗岩类为主，可细分为：Salem 花岗岩、红色花岗岩、灰色花岗岩和白岗岩，其中的白岗岩发育有 B 型、D 型、E型、F 型，A 型未见发育。成矿主岩为白岗岩中的D 型和 E 型，主要侵入可汗组与罗辛组的不整合带上及其上部的罗辛组内，少量侵入楚斯组（Chuos）内，以北东向岩株产出。2 样品制备及实验方法本次研究选取湖山铀矿 30 个铀矿石样品开展研究，磨制探针片 16 个，制作矿物标准靶 14 个。首先，针对探针片和矿物标准靶开展径迹蚀刻实验，通过显微镜下观察，在基片上寻找蚀刻点密地质论评 2023年 69卷 增刊 1210集位置并进行圈定（图 2a），在探针片和矿物标准靶的对应位置同样做好标记（图 2b），并拍好配套显微镜照片（李光来等，2020）。喷碳后，利用扫描电镜逐一排查上一步标记的“圈”内矿物，照相后进行能谱分析，识别其矿物种（图 2c）。对矿物标准靶和探针片中圈定出铀矿物及含铀矿物，借助电子探针进行元素含量分析。3 载铀矿物特征通过开展上述研究工作，发现纳米比亚湖山铀矿床中铀主要赋存在铀矿物和含铀矿物矿物中，为了论述方便，本文统称载铀矿物，按照形成的早晚，载铀矿物主要形成于 3 个矿化期，即岩浆期、热液叠加改造期、表生氧化期。岩浆期结晶的铀矿物主要为晶质铀矿及铀钍石，此外还有较多的富铀的钛铁氧化物，含铀矿物主要为独居石、钍石、锆石、磷钇矿、磷灰石、褐图 1 达马拉造山带区域构造简图（据 Goscombe et al.,2005）地质论评 2023年 69卷 增刊 1211帘石以及金红石等。晶质铀矿呈自形到半自形，粒径较大，约为 0.10.5 mm，常被造岩矿物（如微斜长石、黑云母及石英）包裹且与岩浆锆石紧密共生（图 2d，e，f），晶质铀矿周边易形成硫化物交代反应边（图 2d，e）；电子探针数据显示，晶质铀矿的 UO2含量：78.01%83.07%，ThO2含量：3.88%7.16%，PbO 含量：5.21%5.93%，Y2O3含量：0.77%2.37%。研究过程发现少量晶质铀矿 Y2O3含量超 2.24%，显示晶质铀矿中存在钇铀矿变种。接近半数的晶质铀矿为钍铀矿，其ThO2含量超 5.64%。铀钍石呈自形到半自形，粒径约为 300 m 左右，常与晶质铀矿呈共生关系。富铀的钛铁氧化物较为复杂，多数沿着云母节理发育，也有部分包裹金红石（图 2l）。含铀矿物里面最常见的是独居石、钍石、锆石及磷钇矿。独居石颗粒大小为 50400 m，呈自形到半自形，常与晶质铀矿共生，与钍石、锆石空间关系密切，常 被 造 岩 矿 物 包 裹；独 居 石 的 UO2含 量：0.62%1.03%，ThO2含量：8.45%11.94%，PbO含量：0.26%0.41%。钍石数量较少，一般呈自形到半自形，粒径仅有 50 m 左右。其余的含铀矿物中锆石和褐帘石最为常见，颗粒通常也较大，多为半自形到自形结构，常被造岩矿物包裹。磷钇矿、磷灰石以及金红石相对较少，矿物粒度也比较细小，自形程度较好。在热液叠加改造期形成的主要铀矿物是沥青铀矿和铀石，未发现该期的含铀矿物，此外还发现与其密切共生的硫化物。沥青铀矿发现较少，图 2 纳米比亚湖山铀矿床载铀矿物特征（a）独居石（Mnz）径迹蚀刻基片蚀刻点；（b）独居石在探针片上对应图 a 的蚀刻点的矿物反射光照片；（c）独居石在探针片上对应图 a的蚀刻点的矿物背散射照片，铁铝榴石（Alm）和铀钍矿（Uth）被独居石包裹；（d）钾长石（Kfs）包裹的晶质铀矿，晶质铀矿的交代反应边为黄铁矿（Py）；（e）锆石（Zr）与晶质铀矿（Ur）共生；（f）晶质铀矿被石英(Qtz)包裹；（g）硅钾铀矿（Bol）与钼钙矿（Pow）共生，部分硅钾铀矿（Bol）填充在裂隙中；（h）硅钠铀矿（S-Bol）填充在钾长石裂隙中；（l）钛铀矿（Brn）环绕金红石（Rt）发育。地质论评 2023年 69卷 增刊 1212是原生晶质铀矿被后期热液活动改造形成，在其周围有一圈以硫化物为主的交代反应边，有较为明显的流体改造痕迹。铀石常呈微小脉状，沿裂隙分布。黄铁矿除了包裹在沥青铀矿外，还常常与晶质铀矿以及铀石空间关系密切，分布在两者的边部、裂隙及交代反应边上。除了黄铁矿以外，热液改造期还发育辉钼矿、黄铜矿及闪锌矿等硫化物矿物。表生氧化期形成的矿物种类极为丰富，出现的六价铀矿物主要有硅钾铀矿（图 2g）、硅钠铀矿和硅钙铀矿；此外，还出现了三价铁矿物、硫酸盐矿物以及六价钼矿物，如：褐铁矿、天青石、熟石膏、生石膏、钼钙矿（图 2g）、钼铅矿以及钨钼钙矿等。硅钾铀矿多数保持着晶质铀矿的原有晶型，较大者长约 1 cm 左右，且常常与锆石、独居石等矿物伴生，表明其是由晶质铀矿原地氧化而形成，在背散射图片中，个别硅钾铀矿由内而外表现出较大的明暗变化，多个裂隙从其内部向周围延伸（图 2h），向外伸展的裂隙中除硅钾铀矿外往往还发育有硅钠铀矿、硅钙铀矿以及六价的钼矿物（图 2g）。天青石、熟石膏等硫酸盐矿物仅与硅钾铀矿空间关系较为紧密。钼钙矿和钼铅矿多数与硅钾铀矿共生（图 2g），部分则沿着裂隙穿过硅钾铀矿并延伸到造岩矿物中。4 小结湖山铀矿床形成过程主要经历了岩浆矿化期、热液叠加改造期及表生氧化期三个矿化期。岩浆矿化期形成的铀矿物主要有晶质铀矿和铀钍石，含铀矿物为独居石、钍石、锆石、磷钇矿、磷灰石、褐帘石以及金红石等；热液叠加改造期形成的主要铀矿物为沥青铀矿和铀石，未发现含铀矿物；表生氧化期形成的铀矿物主要为硅钾铀矿、硅钠铀矿及硅钙铀矿。参 考 文 献/References李光来,陈光旭,刘晓东,李成祥,王果,刘小波,刘朕语,龙伟康.2020.雪米斯坦成矿带杨庄岩体中含铀矿物特征及其对铀成矿的指示.地质学报,94(11):34043420.张怀峰,陆建军.2018.纳米比亚湖山铀矿地质特征、控矿因素及其成因探讨.世界地质,37(1):105123.Goscombe B,Gray D,Hand M.2005.Extrusion tectonics in the core of atranspressional orogen:The Kaoko belt,Namibia.Journal of Petrology,46:12031241Jung S,Hauff F,Berndt J.2020.Generation of a potassic to ultrapotassicalkaline complex in a syn-collisional setting through flat subduction:Constraints on magma sources and processes(Otjimbingwe alkalinecomplex,Damaraorogen,Namibia).GondwanaResearch,82:267287.Nance R.D,Murphy J B,Santosh M.2014.The supercontinent cycle:Aretrospective essay.Gondwana Research,25:429.XU Kai，LI Guanglai，WANG Renbo，LIU Xiaodong，ZHANG Huaifeng，ZHANG Xiongjie，WU Bin：Studyon uranium minerals in Husab Uranium Deposit,NamibiaKeywords：Uranium-bearing minerals;lpha particle tracketching;Scanning electron microscope;Electron probe;Husab uranium Mine