陳 琪， 譚 雙， 萬建軍， 高 翔， 吳昆明

(1.核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長沙 410007；2.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國家重點實驗室，江西 南昌 330013)

苗兒山地區(qū)作為國家具有重要意義的鈾礦產(chǎn)區(qū)，分布有諸多熱液型鈾礦床。其中，向陽坪鈾礦床作為重點突破研究區(qū)，具有重大的成礦潛力和找礦前景。前人對苗兒山地區(qū)成礦成巖年代學(xué)、同位素源區(qū)示蹤、流體來源、成礦機制等方面，有了較多的研究成果(黃宏業(yè)等，2009；石少華等，2011；李嫵巍等，2010；陳琪等，2013)。其中，鈾成礦年代學(xué)方面的研究集中于沙子江礦床，而向陽坪鈾礦床年代學(xué)研究工作相對較少。前人研究表明，沙子江礦床存在有多期成礦年齡，包括～120 Ma、～100 Ma、～70 Ma、～60 Ma、～50 Ma，年齡跨度較大，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性存在爭議(石少華等，2010；胡歡等，2013；Zhao et al., 2014, 2016；Luo et al., 2015；胡瑞忠等，2007；郭春影等，2020；陳佑緯等，2019；李杰等，2021)。本次研究采用電子探針測試方法可以真正實現(xiàn)對樣品無損傷測年，并具有高精度以及高分辨率的優(yōu)勢，借助背散射圖像，精確地選擇U-Th-Pb封閉的區(qū)域進行測試，在一定程度上彌補激光剝蝕LA-ICP-MS的不足。因此，為進一步約束向陽坪礦床成礦年齡，筆者以向陽坪礦床鉆孔中揭露的呈脈狀和團塊狀產(chǎn)出的瀝青鈾礦為研究對象，在光學(xué)顯微鏡下和掃描電鏡背散射圖像觀察的基礎(chǔ)上，開展電子探針微區(qū)原位分析，探討礦床的成礦時代。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

向陽坪鈾礦床地處苗兒山復(fù)式巖體中豆乍山巖體的西南緣，屬江南地塊南緣(Hu et al., 2013；王正慶，2018；陳琪等，2020；譚雙等，2021)。區(qū)內(nèi)出露香草坪和豆乍山兩種巖體，兩巖體均為富鈾巖體，巖性分別為中粗粒黑云母花崗巖和中細粒二云母花崗巖。前人年代學(xué)研究獲得香草坪巖體和豆乍山巖體年齡分別為(211±2)Ma和(228±11)Ma，豆乍山花崗巖中白云母40Ar-39Ar年齡為(206±1)Ma(李嫵巍等，2010；謝曉華等，2008；柏道遠等，2014)。

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動強烈，自東向西發(fā)育F1～F13等一系列NNE向斷裂帶，其周邊分布有較多數(shù)量的鈾礦床和鈾礦點，其中，F(xiàn)7～F10號斷裂帶與向陽坪礦床密切相關(guān)(圖1)。野外宏觀蝕變分帶和蝕變礦物學(xué)研究顯示，研究區(qū)成礦主要與黃鐵礦化、方解石化、硅化及赤鐵礦化等蝕變有關(guān)，鈾礦物以原生瀝青鈾礦為主，另可見鈾石及次生硅鈣鈾礦。

圖1 苗兒山大地構(gòu)造位置圖(a)、苗兒山巖體(b)及苗兒山中段鈾成礦區(qū)(c)地質(zhì)簡圖

2 樣品采集及分析方法

本次研究依據(jù)野外觀察、巖芯編錄以及巖相學(xué)相關(guān)工作，選取研究區(qū)典型的鈾礦石為研究對象。礦石類型主要為花崗碎裂巖，可見較為明顯的赤鐵礦化和黃鐵礦化，礦石礦物主要為團塊狀、細脈狀瀝青鈾礦，肉眼觀察多呈黑色，具瀝青光澤(圖 2a,b)。光學(xué)顯微鏡反射光下可以看到瀝青鈾礦呈不規(guī)則團塊狀生長于綠泥石、鉀長石等礦物中，另可見與黃鐵礦密切共生以細脈狀分布于礦石裂隙中(圖2c,d)。

圖2 花崗碎裂巖礦石樣品和顯微鏡下照片

瀝青鈾礦微區(qū)超顯微觀察和元素分析在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點實驗室完成，儀器分別為JXA-8230型電子探針(日本電子株式會社)和FEI-Nova NanoSEM40型電鏡(美國FEI公司)。電子探針工作電壓和電流分別為15.0 kV和2.0×10-8A，束斑為1 μm。Y、U-Th-Pb、Si、Ca、Fe、Ce-Nd等元素分別選擇釔石榴石、瀝青鈾礦、石英、磷灰石、磁鐵礦、獨居石為標(biāo)樣。峰位計數(shù)時間上，U-Th元素為200 s，Pb元素為300 s，其他元素為40 s；背景計數(shù)時間上，U-Th為100 s，Pb元素為150 s，其他元素為20 s。瀝青鈾礦U-Th-Pb化學(xué)年齡計算使用軟件參考郭國林等(2012)，計算過程使用Bowles(1990)多次迭代法，具體計算公式為ω(UO2*)=ω(UO2)+138.88ω(ThO2)M(UO2)[exp(λ232t)-1]/M(ThO2)[exp(λ235t)+137.88 exp(λ238t)-138.88]。計算所得單個點表觀年齡后，再次利用Isoplot(1)Ludwig K R，1991.Isotopic: A plotting and regression program for radiogenic-isotope data[R].U.S Geological Survey Open-file Report.計算加權(quán)平均值及誤差值。

3 礦石特征

礦石為碎裂結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。顯微鏡下見硅化作用較強烈，石英大多呈破碎狀(圖2e)。黃鐵礦多呈自形-半自形的近方形和六邊形顆粒狀分布于巖礦石中(圖2f)。礦石中鈾礦物主要為瀝青鈾礦，脈石礦物主要為石英、長石、黃鐵礦以及赤鐵礦。

瀝青鈾礦顏色多呈黑色，表面可見次生膜或殼，在反射光下一般呈亮灰色至暗灰色，整體不透明，中高硬度，粒徑大小為0.01～0.45 mm，相對密度為5.30～7.73 g/cm3。本次研究的瀝青鈾礦主要分為兩組：第一組以團塊狀形式產(chǎn)出，瀝青鈾礦呈團塊狀或不規(guī)則球狀分布在黃鐵礦、石英及綠泥石等周圍，此種瀝青鈾礦表面裂隙少環(huán)境封閉，為本次研究的第一組瀝青鈾礦(圖3a,b,c)；第二組以脈狀、網(wǎng)脈狀形式產(chǎn)出，瀝青鈾礦呈細脈狀穿插在綠泥石和石英中形成脈狀構(gòu)造(圖3d，e)，瀝青鈾礦呈條紋狀細脈與綠泥石共生(圖3f)。

4 瀝青鈾礦年齡

本次瀝青鈾礦元素分析結(jié)果見表1。數(shù)據(jù)顯示：瀝青鈾礦UO2含量為77.84%～92.19%，均值為87.35%；PbO含量為0.35%～0.77%，均值為0.63%。依據(jù) UO2、ThO2和 PbO含量，可獲得單點U-Th-Pb電子探針化學(xué)年齡，年齡結(jié)果大致可歸為2組，第1組瀝青鈾礦37個分析點的表觀年齡范圍為50.40～67.03 Ma，加權(quán)平均年齡為(56.0±1.3)Ma(MSWD=2.28，置信度95%)，如圖4所示，其形態(tài)多呈自形-半自形浸染狀分布在鉀長石、石英等周圍(圖3a，b，c)；第2組瀝青鈾礦10個分析點的表觀年齡范圍為33.56～48.48 Ma，加權(quán)平均年齡為(41.1±4.1)Ma(MSWD=3.37，置信度95%)，如圖4所示，其形態(tài)多呈不規(guī)則粒狀或細脈狀分布于綠泥石、黃鐵礦等裂隙中的瀝青鈾礦(圖3c，d，e)。

圖4 向陽坪鈾礦床瀝青鈾礦U-Th-Pb加權(quán)平均年齡

表1 向陽坪鈾礦床瀝青鈾礦電子探針數(shù)據(jù)和U-Th-Pb年齡

圖3 向陽坪鈾礦床礦石結(jié)構(gòu)電子探針背散射圖像

5 討論

5.1 數(shù)據(jù)有效性判定

前人研究顯示，瀝青鈾礦U-Th-Pb年齡計算有兩個條件：①瀝青鈾礦相對穩(wěn)定，體系封閉，U、Th、Pb未受到后期熱液作用影響；②瀝青鈾礦形成時普通鉛的含量極低，且瀝青鈾礦中U、Th含量很高，在相同的年齡條件下，由U、Th衰變形成的Pb含量相對較多，以保證年齡的準(zhǔn)確性(Kotzer，1993)。

瀝青鈾礦中初始鉛含量極低，而在后期地質(zhì)作用中，硅和鈣元素會進入瀝青鈾礦晶格，進而造成鉛丟失。所以，硅、鈣和鐵元素常常可以作為判別瀝青鈾礦U-Th-Pb是否處于封閉體系的有效工具，即瀝青鈾礦的硅、鈣和鐵含量較低時，說明瀝青鈾礦較為穩(wěn)定，未遭受后期作用影響，亦未發(fā)生放射性鉛丟失(Kempe，2003)。研究表明(張龍等，2016；黃卉等，2020)，鉛丟失與否，還可以通過ω(SiO2+CaO+FeO)值與ω(UO2+PbO)值、ω(PbO)及年齡之間的相關(guān)性進行判斷。本次研究的瀝青鈾礦中，ω(SiO2+CaO+FeO)值為5.34%～9.50%，均值為7.48%，且ω(SiO2+CaO+FeO)與ω(UO2+PbO)、ω(PbO)及瀝青鈾礦年齡之間都沒有明顯的相關(guān)性(圖5a，b，c)，認(rèn)為本次研究的瀝青鈾礦U-Th-Pb體系穩(wěn)定，計算所得年齡可信。

圖5 向陽坪鈾礦床瀝青鈾礦ω(SiO2+CaO+FeO)與ω(UO2+PbO)、ω(PbO)和年齡關(guān)系圖

5.2 向陽坪鈾礦床成礦時代

石少華等(2010)采用單顆粒瀝青鈾礦U-Pb等時線法，查明了沙子江礦床早晚兩期鈾成礦年齡為104.4 Ma和53.0 Ma；Luo等(2015)通過瀝青鈾礦電子探針化學(xué)測年，獲得了沙子江礦床早晚兩期鈾成礦年齡(97.5 Ma和70.2 Ma)；王正慶(2018)對石少華等(2010)所得沙子江礦床瀝青鈾礦U-Pb同位素數(shù)據(jù)進行重新計算，得到71 Ma和60 Ma兩期年齡，并且利用瀝青鈾礦原位LA-ICP-MS U-Pb法，得到182.6 Ma、124.4 Ma和61.7 Ma三期年齡；李杰等(2021)對向陽坪鈾礦床瀝青鈾礦微區(qū)原位LA-ICP-MS U-Pb年齡研究顯示具有51.59 Ma和41.10 Ma兩個成礦年代；郭春影等(2018)通過電子探針U-Th-Pb化學(xué)法和LA-ICP-MS U-Pb同位素方法對張家脈狀瀝青鈾礦測試獲得了鈾成礦年齡為(94.1±3.0)Ma及(69.4±4.9)Ma?？傮w來看，苗兒山地區(qū)經(jīng)歷了多期次成礦作用(～182 Ma、～124 Ma、～104 Ma、～94 Ma、～70 Ma、～60 Ma、～53 Ma、～41 Ma)。本次通過對向陽坪鈾礦床瀝青鈾礦U-Th-Pb化學(xué)定年法獲得的2組年齡((56.0±1.3)Ma和(41.10±4.1)Ma)與前人在苗兒山地區(qū)取得的年代學(xué)研究成果相一致。

前人研究顯示，對于中國東部花崗巖型鈾礦床，不同程度地都存在巖礦時差，但在礦床定位上，大量鈾礦床均處于由擠壓逐漸轉(zhuǎn)為拉張的大地構(gòu)造背景下形成的斷陷盆地周邊(張祖還等，1991；舒良樹等，2002；Hu et al., 2008)。該類鈾礦床成礦時代主要集中在白堊紀(jì)至第三紀(jì)這一階段(<145.5 Ma)(胡瑞忠等，2004；張萬良等，2013；鐘福軍等，2019；駱金誠等，2019)。本次研究結(jié)果指示了在白堊—第三紀(jì)間華南苗兒山地區(qū)重要的成礦事件，為區(qū)內(nèi)成礦時代格架提供有力支撐。

6 結(jié)論

(1)向陽坪鈾礦床瀝青鈾礦主要以團塊狀和脈狀產(chǎn)于石英、鉀長石及綠泥石周圍及裂隙中，瀝青鈾礦與黃鐵礦密切共生，主要成分為UO2，含量為77.84%～92.19%，均值為87.35%。

(2)利用電子探針U-Th-Pb化學(xué)定年方法對向陽坪鈾礦床瀝青鈾礦進行了微區(qū)定年工作，獲得了2組年齡。第一組瀝青鈾礦加權(quán)平均年齡為(56.0±1.3)Ma，第二組瀝青鈾礦加權(quán)平均年齡(41.10±4.1)Ma。

(3)結(jié)合區(qū)域鈾成礦年齡分析，本文測定的56 Ma和41 Ma兩組成礦年齡與苗兒山地區(qū)鈾成礦時代相吻合，共同指示了在華南鈾成礦集中期(白堊紀(jì)—第三紀(jì))苗兒山地區(qū)重要的鈾成礦作用。