納米比亞海灘帶白崗巖型鈾礦的礦物特征

納米比亞海灘帶白崗巖型鈾礦的礦物特征

納米比亞位于非洲西南部，礦產(chǎn)資源豐富，被稱為“戰(zhàn)略金屬儲(chǔ)量”（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查辦公室發(fā)展研究中心，2007）?，F(xiàn)已查明的鈾礦床類型主要為侵入巖型、表生型、砂巖型和交代型(張書成,2010)。納米比亞羅辛(R9ssing)鈾礦床是世界上著名的白崗巖型鈾礦,該礦床鈾礦化為巖漿結(jié)晶分異作用所形成,其原生鈾礦物為晶質(zhì)鈾礦、鈮鈦鈾礦和少量鈾鈦磁鐵礦,約占60%;次生鈾礦物以β-硅鈣鈾礦為主,還見有脂鉛鈾礦、硅鈣鈾礦、釩鉀鈾礦、準(zhǔn)水硅鈣鈾礦、釷脂鉛鈾礦、銅鈾云母和準(zhǔn)銅鈾云母,約占40%(NexandKinnaird4;Nex5)。原生鈾礦物存在于石英、長(zhǎng)石和黑云母中,也產(chǎn)于這些礦物之間的裂隙中或沿裂隙分布。次生鈾礦物不僅存在于白崗巖中,而且在部分圍巖中也見有產(chǎn)出(Duarte2)。目前,國(guó)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的白崗巖型鈾礦床為紅石泉礦床(王木清等,1982;戎嘉樹等1;涂江漢,1985;張誠(chéng)和金景福,1987,1989;趙建國(guó),2009)。該礦床與羅辛礦床相類似,鈾的存在形式比較多樣,主要為晶質(zhì)鈾礦,其次為瀝青鈾礦、殘余鈾黑,還有少量板菱鈾礦、鈣鈾云母以及含鈾赤鐵礦、含鈾綠泥石和鋯英石等(王木清等,1982;戎嘉樹等1;趙建國(guó),2009)。在自然界各類巖石中,由于成巖地質(zhì)條件的不同,使得鈾的賦存形式也明顯不同。在理論上,鈾的賦存形式可分為呈單礦物和呈分散形式兩類,而分散形式又可分為分散吸附和類質(zhì)同像兩種形式(閔茂中等,2006)。相對(duì)于羅辛鈾礦床,納米比亞歡樂谷地區(qū)的研究程度偏低,對(duì)該地區(qū)的鈾礦物研究更是從未涉及過,因此,對(duì)該地區(qū)白崗巖型鈾礦的研究不僅是個(gè)補(bǔ)充,而且具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文主要通過系統(tǒng)的巖礦鑒定、QEMSCAN(QuantitativeEvaluationofMineralsbyScanningElectronicMicroscopy)分析和電子探針分析,重點(diǎn)研究了納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖型鈾礦床中鈾的賦存形式以及主要鈾礦物和含鈾礦物的種類,并發(fā)現(xiàn)與羅辛鈾礦床所不同的鈾礦物,對(duì)白崗巖鈾礦化的成因提出新的認(rèn)識(shí),為該地區(qū)白崗巖型鈾礦的深入研究奠定基礎(chǔ)。1谷胱古代陸緣期巖石學(xué)特征納米比亞的大地構(gòu)造單元總體上可劃分為3個(gè):北部地體、南部地體及中部褶皺帶(Damara造山帶)(Corner,1983;Nex,2003;KinnairdandNex,2007)。達(dá)馬拉(Damara)造山帶(650~460Ma)屬于泛非造山帶的一部分,是Kalahari和Congo克拉通碰撞的產(chǎn)物(Miller,1983;Oliver,1994)。其從南到北又可細(xì)分為:北帶、北部中央帶、南部中央帶、Okahandja線性構(gòu)造帶、南帶和南部邊緣帶(Shawn6)。達(dá)馬拉層序地層的沉積作用發(fā)生于中—新元古代(Brandt,1985;Miller,2008),其最早期變質(zhì)作用發(fā)生于665±34Ma(Snowden,2007)。納米比亞所有花崗巖鈾礦化點(diǎn)全部發(fā)育于中央帶(RoesenerandSchreuder,1992)。歡樂谷地區(qū)大地構(gòu)造位置歸屬于達(dá)馬拉造山帶的南部中央帶(圖1)。南部中央帶以侵入大量花崗巖和發(fā)生高溫低壓變質(zhì)作用(高角閃巖相至麻粒巖相)為顯著特征(Miller,1983)。歡樂谷地區(qū)出露的主要地層自下而上有:Abbabis雜巖體、艾杜西斯組(Etusis)、可汗組(Khan)、羅辛組(R9ssing)、楚斯組(Chuos)、卡里畢比組(Karibib)、卡塞布組(Kuiseb)。Abbabis基底雜巖以眼球狀片麻巖和石英長(zhǎng)石片麻巖為主,含少量泥質(zhì)片巖、石英巖、大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖等,該組片麻巖的年齡約為2000Ma(Longridgeetal.3)。艾杜西斯組不整合于Abbabis變質(zhì)基底雜巖之上,主要分布在歡樂谷地區(qū)穹窿的核部,或者背斜的核部,巖性主要為變質(zhì)礫巖、石英巖、片巖、片麻巖等。可汗組以巖石呈灰綠色、有大量花崗巖脈侵入為特征,由輝石石榴片麻巖、片巖、角閃巖、石英巖等組成。羅辛組不整合于可汗組之上,鈾礦化異常主要發(fā)育于該地層,其出露的巖性特征為發(fā)育上、下兩套大理巖、堇青石片麻巖和石英巖。楚斯組以發(fā)育一層冰磧巖為特征,出露的巖性主要有:冰磧巖、鈣硅質(zhì)巖和石英巖等?？ɡ锂叡冉M主要由厚層狀大理巖、鈣硅質(zhì)巖、片巖和片麻巖等組成,其中厚層狀大理巖發(fā)育強(qiáng)烈的片理化。2鈾礦物組成通過顯微鏡觀察和電子探針研究,納米比亞歡樂谷地區(qū)鈾的賦存形式以呈獨(dú)立的鈾礦物為主,另有少量類質(zhì)同像形式的鈾存在于釷礦物、鋯石、榍石、獨(dú)居石和磷灰石中,以及部分鈾以鈾礦物的形式存在于獨(dú)居石(圖2a)、磷灰石、鋯石及磷釔礦等副礦物中。2.1顯微鑒定特征納米比亞歡樂谷地區(qū)鈾礦物主要為晶質(zhì)鈾礦、釷鈾礦、鈾石、鈾釷石、鈦鈾礦、瀝青鈾礦、硅鈣鈾礦及釩鉀鈾礦等。通過QEMSCAN分析可知,在所有鈾礦物中,晶質(zhì)鈾礦平均約占26.4%,最高可達(dá)87.5%,其中可能含有瀝青鈾礦,但所占的比重較少;鈾鈦氧化物平均約占42.6%,最高可達(dá)95%。可見原生鈾礦物大致占69%,而次生鈾礦物約占31%(表1)。(1)晶質(zhì)鈾礦:晶質(zhì)鈾礦為該地區(qū)主要的鈾礦物存在形式,大部分呈較好的自形晶體(圖2b),粒徑約為0.1~0.3mm,部分晶質(zhì)鈾礦粒徑較大,可達(dá)到0.5mm。常被造巖礦物如石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、黑云母等包裹,晶質(zhì)鈾礦與黑云母、長(zhǎng)石等礦物接觸部位易形成放射暈圈是顯微鏡下明顯的鑒定特征。(2)釷鈾礦:釷鈾礦為富含釷的晶質(zhì)鈾礦。多與晶質(zhì)鈾礦、鈾石共同出現(xiàn),電子探針觀察,釷鈾礦的反射色較晶質(zhì)鈾礦低,但高于鈾石的反射色。(3)鈾石:鈾石是以U4+和SiO44-為主要成分的化合物,經(jīng)電子探針測(cè)量,鈾石的總量往往達(dá)不到100%,這是因?yàn)殁櫴写嬖谝徊糠炙?。鈾石在該地區(qū)分為三種,一是具有較好的晶形,晶體呈粒狀(圖2c);二是由晶質(zhì)鈾礦蝕變而來;三是呈反應(yīng)邊狀圍繞在原鈾礦物周圍,或與伊利石、黃鐵礦、碳酸鹽等共生。電子探針分析發(fā)現(xiàn),鈾石中都含有釷,有的釷含量較高。(4)鈾釷石:鈾釷石為富含鈾的釷石。在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)鈾釷石內(nèi)部成分不均一,造成明顯的色差,經(jīng)電子探針研究,色差是由于鈾釷石中鈾釷含量不同造成,部分鈾釷石中鈾的含量較高,可達(dá)到35%。(5)瀝青鈾礦:瀝青鈾礦主要呈細(xì)脈狀、皮殼狀或出現(xiàn)在鈾釷石內(nèi)部裂隙中,或出現(xiàn)在鈾礦物附近礦物的裂隙(解理)中,或出現(xiàn)在附近礦物的空洞中形成皮殼狀瀝青鈾礦。(6)鈦鈾礦:鈦鈾礦通常與晶質(zhì)鈾礦共同出現(xiàn),屬于原生鈾礦物。該地區(qū)巖石中含有許多含鈦的副礦物,如金紅石、銳鈦礦等。(7)硅鈣鈾礦:鏡下觀察硅鈣鈾礦主要以集合體的形式存在,集合體呈放射狀、束狀、脈狀、網(wǎng)脈狀和隱晶質(zhì)致密塊狀,或以脈狀形式充填在礦石的解理、裂隙及粒間,而隱晶質(zhì)致密塊狀形式可能為晶質(zhì)鈾礦原地氧化形成的。2.2鈾石和環(huán)帶構(gòu)造在高溫條件下,U4+與Th4+之間可進(jìn)行等價(jià)的類質(zhì)同像置換。歡樂谷地區(qū)存在較多的釷石,透射光下為黑色不透明,均質(zhì),粒度約為0.1~0.3mm,部分釷石由于成分的差異而形成環(huán)帶構(gòu)造(圖2d),有的釷石被黃鐵礦所包圍,且內(nèi)部及邊緣含有少量鈾釷石。釷石中UO2的質(zhì)量百分含量為1.32%~11.34%(表2)。鋯石、榍石、獨(dú)居石和磷灰石等礦物中也含有類質(zhì)同像的鈾,主要置換礦物中的Ca2+及REE4+。這種形式的鈾不具實(shí)際意義,并不構(gòu)成礦化過程鈾增量,因此,僅是白崗巖型鈾礦中鈾的一種次要賦存形式。3鈾石與其他含鈾礦物中pb、tho2、uo3的含量差異各種鈾礦物化學(xué)成分的電子探針分析結(jié)果列于表3。由表3中的分析數(shù)據(jù)可見:(1)晶質(zhì)鈾礦以UO2、ThO2和PbO為主,含少量TiO2,沒有明顯的相關(guān)性。前三者的含量分別為82.40%~91.36%、1.15%~8.68%、4.25%~6.33%,其中Pb含量明顯高于其他含鈾礦物中的Pb含量,主要為放射性衰變成因的鉛,因?yàn)榫з|(zhì)鈾礦比其他鈾礦物U含量高,從而衰變成因的鉛含量比其他鈾礦物高所致。(2)鈾石的UO2、SiO2含量分別為53.41%~72.90%、8.18%~18.76%,部分鈾石中ThO2含量較高,可達(dá)24.76%。鈾石電子探針分析的氧化物總量?jī)H為90.60%~94.52%,表明鈾石含有較多的H2O,其形成溫度較低。(3)釷鈾礦、鈾釷石、瀝青鈾礦、鈦鈾礦和硅鈣鈾礦中UO2的含量分別為55.03%~66.22%、18.55%~36.92%、85.96%~87.43%及54.27%,硅鈣鈾礦中UO3的含量是49.98%~68.10%。(4)該地區(qū)也應(yīng)該注意釷礦物的存在,幾乎各種鈾礦物都含有ThO2,其平均含量為15.90%。釷的主要存在形式有兩種:一種是以釷為主的礦物形式出現(xiàn),如釷石;另一種是以類質(zhì)同像的形式存在于各種鈾礦物中。4熱液作用下瀝青鈾礦的形成規(guī)律鈾礦物種類的研究表明,該區(qū)主要鈾礦物為自形程度高的單顆粒的晶質(zhì)鈾礦(圖2b)。晶質(zhì)鈾礦在后期出現(xiàn)不同程度的碎裂(圖3a)、溶蝕等現(xiàn)象。鈾石包裹著晶質(zhì)鈾礦及釷鈾礦,使晶質(zhì)鈾礦與釷鈾礦呈殘余狀(圖3e),表明后期部分晶質(zhì)鈾礦向鈾石轉(zhuǎn)變。如上所述,在歡樂谷地區(qū),鈾石主要以三種形式存在,其中第二種存在形式即由晶質(zhì)鈾礦蝕變而來的形式,正是由于巖漿晚期的自交代熱液活動(dòng)使晶質(zhì)鈾礦發(fā)生了變化,出現(xiàn)了晶質(zhì)鈾礦向(含釷)鈾石轉(zhuǎn)變的一個(gè)過程(圖3e),鈾石由兩側(cè)向中心生長(zhǎng),包裹著釷鈾礦殘余,而釷鈾礦中包裹著晶質(zhì)鈾礦。造成這種現(xiàn)象的原因?yàn)榫з|(zhì)鈾礦、釷鈾礦形成于成巖過程中,其后可能是巖漿晚期的自交代熱液中Si的濃度較高,伴隨著原晶質(zhì)鈾礦及釷鈾礦中的鈾、釷活化,使晶質(zhì)鈾礦轉(zhuǎn)變?yōu)?含釷)鈾石,且向四周擴(kuò)散。第三種存在形式為反應(yīng)邊狀的鈾石(圖3c),主要出現(xiàn)在其它礦物的四周。這可能與附近鈾礦物中U的活化有關(guān),但這種鈾石主要沉淀在距離鈾礦物不遠(yuǎn)的地方,表明這期U活動(dòng)能力并不強(qiáng)。反應(yīng)邊狀鈾石主要沉淀在黃鐵礦的外側(cè),表明鈾石或與黃鐵礦同時(shí)生成,或晚于黃鐵礦生成。由顯微鏡觀察和電子探針分析可知,黃鐵礦或充填在晶質(zhì)鈾礦的裂隙中,或分布于晶質(zhì)鈾礦、鈾釷石等周圍(圖3c),表明黃鐵礦的形成時(shí)間晚于鈾釷石,從而說明這期鈾石活動(dòng)晚于晶質(zhì)鈾礦的形成時(shí)間。顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn),瀝青鈾礦主要呈細(xì)脈狀、浸染狀、皮殼狀。分布于黃鐵礦的邊緣及內(nèi)部的空洞中,或綠泥石(由黑云母蝕變而來)的解理中(圖3d),說明瀝青鈾礦的形成晚于黃鐵礦及綠泥石。瀝青鈾礦出現(xiàn)的附近都存在著鈾石、鈾釷石(圖2c),如鈾石、鈾釷石,故可認(rèn)為瀝青鈾礦的出現(xiàn)與鄰近含鈾礦物中鈾的活化有關(guān),即可能為鈾石、鈾釷石經(jīng)熱液交代后的產(chǎn)物。不過,相對(duì)于晶質(zhì)鈾礦、鈾釷石和鈾石而言,瀝青鈾礦僅占少量。因此,可以推斷,巖漿期后存在熱液活動(dòng),但是對(duì)白崗巖型鈾礦的改造程度并不大。硅鈣鈾礦為次生鈾礦物,主要表現(xiàn)為兩種形式:一種為保留原晶質(zhì)鈾礦形態(tài)原地氧化轉(zhuǎn)變而來,呈隱晶質(zhì)致密粒狀(圖3b);另一種為由晶質(zhì)鈾礦活化出的鈾經(jīng)過反應(yīng)沉淀,沿著巖石解理、礦物裂隙及粒間呈脈狀、網(wǎng)脈狀出現(xiàn)(圖3f),有的脈體中存在其它金屬礦物,如輝鉬礦、方鉛礦等。綜上所述,歡樂谷地區(qū)鈾礦化主要表現(xiàn)為原始巖漿的結(jié)晶分異以及后期熱液的改造作用,主要表現(xiàn)為結(jié)晶分異作用形成的晶質(zhì)鈾礦呈分散狀分布于在各種造巖礦物中。由于晶質(zhì)鈾礦遭受到擠壓作用,爾后巖漿晚期的自交代熱液作用導(dǎo)致晶質(zhì)鈾礦發(fā)生破碎、溶蝕,使部分鈾稍有遷移,鈾(釷)石交代晶質(zhì)鈾礦,使晶質(zhì)鈾礦呈殘余狀,并伴隨有熱液活動(dòng),使黃鐵礦充填在晶質(zhì)鈾礦裂隙中,或包裹著晶質(zhì)鈾礦;反應(yīng)邊狀鈾石與黃鐵礦外側(cè)膠結(jié),圍繞著鈾釷石,以及瀝青鈾礦呈細(xì)脈狀、皮殼狀或出現(xiàn)在鈾釷石內(nèi)部裂隙中,或出現(xiàn)在鈾礦物附近礦物裂隙解理中,或出現(xiàn)在附近礦物的空洞中,均說明后期存在熱液的改造,但是改造的程度不大,主要使鈾發(fā)生了內(nèi)部的再分配;最后,晶質(zhì)鈾礦等鈾礦物由于近地表,發(fā)生表生氧化形成硅鈣鈾礦,呈浸染狀、脈狀和網(wǎng)脈狀沿著巖石解理、礦物裂隙及粒間分布。5鈾石、鈾礦(1)納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖型鈾礦床中鈾主要呈獨(dú)立的鈾礦物形式存在,主要的鈾礦物有:晶質(zhì)鈾礦、釷鈾礦、鈾石、鈾釷石、鈦鈾礦、瀝青鈾礦、釩鉀鈾礦及硅鈣鈾礦等。其中,晶質(zhì)鈾礦、釷鈾礦和鈦鈾礦等原生鈾礦物約占69%,而反應(yīng)邊狀鈾石、鈾釷石、瀝青鈾礦、釩鉀鈾礦和硅鈣鈾礦等次生鈾礦物約占31%。少量鈾以類質(zhì)同像的形式存在于釷礦物、鋯石、榍石、獨(dú)居石和磷灰石中,以及部分鈾以鈾礦物形式存在于獨(dú)居石、磷灰石、鋯石及磷釔礦等副礦物中。(2)納米比亞歡樂谷地區(qū)白崗巖型鈾礦礦化大致可以分為三期:第一期巖漿結(jié)晶分異形成晶質(zhì)鈾礦,并受到擠壓作用,發(fā)生破碎、溶蝕,鈾(釷)石交代晶質(zhì)鈾礦,使晶質(zhì)鈾礦呈殘余狀;第二期為反