江衛(wèi)兵，邵 上，李海東,2，周堂波，晏少華

(1.核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關 512029；2.東華理工大學 核資源與環(huán)境國家重點實驗室，江西 南昌 330013)

在熱液礦床中，流體作為成礦物質(zhì)運輸?shù)妮d體，積極地參與到成礦作用過程的各個階段(盧煥章，1997)。礦床的成因與流體的溫度、壓力、酸堿度等關系密切，而成礦流體包裹體是獲取這些與成礦有關信息的最直接有效的證據(jù)(范宏瑞等，2003，2005；盧煥章等，2004；陳衍景等，2007；黃錫強等，2008)。因此眾多學者通過成礦流體包裹體特征來研究成礦流體特征并用來分析探討礦床的成因(王旭東等，2013；李占春等，2021；曾瑞垠等，2021)。

桃源鈾礦床是位于長塘火山盆地西側(cè)的花崗巖型熱液鈾礦床。通過勘查，該礦床目前已達到中型礦床規(guī)模。前人主要從區(qū)域地質(zhì)背景、礦體地質(zhì)特征對桃源礦床開展研究，初步查明了該礦床地質(zhì)特征和礦體分布特征，但在礦床成因方面研究相對薄弱。為了了解礦床形成溫度、壓力及成因，在詳細野外調(diào)查后，以礦床中與瀝青鈾礦共生的螢石脈中的流體包裹體為主要研究對象，對其開展巖相學、測溫、激光拉曼光譜等分析，以獲取成礦流體的溫度、成分、密度和鹽度等特征，進一步分析礦床形成的壓力、深度等，為桃源地區(qū)下一步找礦勘查提供有力的理論依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)特征

桃源鈾礦床位于廣東省河源市和平縣，大地構(gòu)造位置屬于華夏古陸塊與揚子古陸塊結(jié)合部位，處于特提斯構(gòu)造域與環(huán)太平洋構(gòu)造域匯聚部位(圖1)。

圖1 桃源鈾礦床大地構(gòu)造位置(a)及區(qū)域地質(zhì)圖(b；任紀舜等，1990)Fig.1 Tectonic location(a) and regional geological map(b) of Taoyuan uranium deposit1.第四系；2.第三系；3.白堊系；4.侏羅系；5.石炭系；6.泥盆系；7.奧陶系；8.寒武系；9.寒武-震旦系；10.震旦系；11.花崗斑巖；12.中粗粒斑狀黑云母花崗巖；13.花崗閃長巖；14.斷裂構(gòu)造；15.不整合界線；16.花崗巖型鈾礦床及礦點；17.砂巖型鈾礦床及礦點；18.火山巖型鈾礦床及礦點；19.桃源鈾礦床

桃源鈾礦床成礦年齡約88 Ma，礦床及其外圍以花崗巖侵入體為主(圖2)，此外還出露輝綠巖脈、晚期花崗斑巖、火山巖以及少量堿性鉀質(zhì)流體交代形成的鉀化花崗巖。其中，大壩巖體以巖基形式產(chǎn)出，由主體中粒黑云母花崗巖和補體細粒二云母花崗巖組成，巖體廣泛發(fā)育鉀長石化、綠泥石化等熱液蝕變。

區(qū)內(nèi)地層不發(fā)育，僅在外圍出露寒武系和白堊系，寒武系主要分布在桃源礦床南部，巖性以石英云母片巖、變質(zhì)砂巖、板巖為主。上白堊系分布在研究區(qū)北部，巖性為紫紅色礫巖、含礫砂巖、砂巖等，覆蓋于花崗巖體、輝綠巖脈之上，被英安巖和晚期細粒斑狀花崗巖脈穿插。

圖2 桃源鈾礦床地質(zhì)略圖Fig.2 Geological sketch map of Taoyuan uranium deposit1.白堊系礫、砂、頁巖；2.印支期第二階段細粒白云母花崗巖；3.印支期第二階段中粒黑云母花崗巖；4.輝綠巖脈；5.花崗斑巖；6.鉀長石化花崗巖；7.實測斷裂；8.推測斷裂；9.礦床；10.取樣位置

桃源礦床鈾礦化主要受北東向斷裂構(gòu)造控制，礦體大部分分布在構(gòu)造帶及其兩側(cè)蝕變帶中(圖3)，多呈脈狀、透鏡狀，鈾礦體厚度變化較大，品位多為0.065%～0.203%。礦石礦物主要為瀝青鈾礦、鈾石和鈦鈾礦，脈石礦物主要為石英、螢石、方解石等。鈾礦化與熱液蝕變關系密切，區(qū)內(nèi)熱液蝕變主要有鉀長石化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、硅化、水云母化、綠泥石化、碳酸鹽化等，局部有螢石化。按熱液蝕變與鈾成礦作用形成先后關系可將桃源礦床熱液蝕變分為成礦前期、成礦期和礦后期。礦前期熱液蝕變主要為鉀長石化、硅化、水云母化、綠泥石化，是區(qū)內(nèi)的一般性熱液蝕變，呈面狀廣泛分布。其中鉀長石化與鈾礦化關系密切，鉀長石化過程中完成了鈾的預富集，且為鈾成礦提供賦存空間，瀝青鈾礦脈往往位于鉀長石化中(圖4)。成礦期熱液蝕變有赤鐵礦化、硅化、黃鐵礦化、紫黑色螢石化等，其中赤鐵礦化、黃鐵礦化、螢石化、硅化與鈾礦化關系最為密切。成礦后期熱液蝕變主要為硅化、碳酸鹽化、高嶺土化等。熱液蝕變水平分帶明顯(圖3，4a)，鈾礦脈中心主要發(fā)育硅化、赤鐵礦化、黃鐵礦化，往外依次發(fā)育鉀長石化、綠泥石化、水云母化。

桃源鈾礦床的鈾主要以獨立鈾礦物形式存在，如瀝青鈾礦、鈾石、鈦鈾礦(圖4，5)，少量鈾以類質(zhì)同象形式賦存于釷石、鋯石、金紅石等礦物，極少量呈吸附態(tài)存在于裂隙或礦物晶粒間。

2 樣品采集和分析方法

表1 桃源鈾礦床流體包裹體樣品清單Table 1 List of samples of fluid inclusions in Taoyuan uranium deposit

本次研究的樣品采自桃源鈾礦床與鈾成礦密切相關的螢石脈體(表1，圖4c，d)，在詳細野外和顯微鏡觀察的基礎上對螢石中的包裹體進行顯微測溫和激光拉曼分析。分析包裹體形成時的溫度、密度、鹽度、流體成分，推算其形成壓力和深度等。包裹體的測試是在東華理工大學核資源與環(huán)境國家重點實驗室完成。測試儀器為英國Linkam THMSG600 型冷熱臺，測溫范圍為-196～600 ℃。均一法測定均一溫度，冷凍法測定冰點，詳細的測試方法及其工作原理見文獻(盧煥章等，2004)。桃源鈾礦床流體包裹體以氣-液兩相為主，為NaCl-H2O體系，由冷熱臺測定獲得冰點和均一溫度，利用Bischoff(1991) NaCl-H2O體系T-ρ相圖求得包裹體密度，利用Hall 等(1988)的NaCl-H2O體系鹽度-冰點公式W=0.00+1.78Tm2-0.044 2Tm2+0.000 557Tm3(W為NaCl 的質(zhì)量分數(shù),Tm 為冰點溫度)獲得流體包裹體鹽度。

3 流體包裹體分析

對礦床成礦流體包裹體研究能提供成礦流體的性質(zhì)、成分、成因、溫度以及流體演化、壓力條件等重要成礦信息(盧煥章等，2004)。本次對所有包裹體薄片顯微鏡觀察，未發(fā)現(xiàn)含子礦物或鹽晶的包裹體，故初步判定桃源礦床成礦流體為簡單的鹽水包裹體。用均一法對包裹體進行測溫，所有包裹體均為氣液兩相包裹體，加熱升溫時氣泡移動并逐漸變小，到達均一溫度時均一到液體。本次共測了50個氣液包裹體，測試結(jié)果見表2。

圖3 桃源鈾礦床鉆孔剖面圖Fig.3 Borehole section of Taoyuan uranium deposit1.白堊系礫巖；2.中粒黑云母花崗巖；3.斷裂帶及其編號；4.蝕變帶；5.不整合界線；6.赤鐵礦化/鉀長石化；7.硅化/水云母化；8.綠泥石化/高嶺土化；9.工業(yè)礦體；10.鉆孔及其編號

3.1 流體包裹體類型及相態(tài)特征

所測包裹體全部為氣液兩相鹽水溶液包裹體，以液相為主，氣液體積比為4.5%～37.8%，以9%～15%居多，占所測全部包裹體的70%以上。包裹體大小為2～30 μm，主要呈長條形、橢圓形、四方形及不規(guī)則等形狀。在空間上主要呈單個星點狀隨機分布，推測為原生包裹體(圖6)。

3.2 成礦的物理化學參數(shù)

3.2.1 溫度

包裹體測溫主要有均一法和爆裂法兩種，其中均一法應用更為廣泛，所測數(shù)據(jù)更為直接、可靠(盧煥章等，2004)。均一法所測溫度與成礦溫度關系為Tt=Th+△T(Tt表示均一溫度；Th表示成礦溫度；△T為不確定的校正值，其與成礦流體鹽度和壓力有關)，桃源礦床形成于中低鹽度和較小壓力下，故△T可忽略不計(姚玉增等，2001)，即流體均一溫度可代表其形成時的溫度。

利用均一法測溫結(jié)果見表2。桃源礦床流體均一溫度為138.6～267.2 ℃，均值為202.2 ℃，屬中低溫度。

3.2.2 鹽度和密度

流體包裹體鹽度對研究流體性質(zhì)和成礦時的壓力具有重要作用。通過測定冰點的消失溫度，利用Hall等(1988)提出的H2O-NaCl體系鹽度-冰點公式計算成礦熱液的鹽度值。包裹體鹽度w(NaCleqv)為6.24%～14.51%, 均值為11.52 %，屬中低鹽度(表2)。

表2 桃源礦床流體包裹體特征表Table 2 Characteristics of fluid inclusions in Taoyuan uranium deposit

圖4 桃源鈾礦床鈾礦石手標本Fig.4 Hand specimen of uranium ore from Taoyuan uranium deposita.地表發(fā)現(xiàn)的瀝青鈾礦脈；b.鉆孔揭露到的瀝青鈾礦脈；c.瀝青鈾礦、螢石脈；d.瀝青鈾礦、螢石脈；Kfs.鉀長石；Py.黃鐵礦；Chl.綠泥石

利用圖解法投點讀取包裹體密度(圖7)為0.87～1.00 g/cm3，均值為0.95 g/cm3。

3.2.3 均一溫度、鹽度和密度之間的相互關系

由流體包裹體均一溫度與鹽度關系圖(圖8a)可以看出，流體的均一溫度和鹽度的變化范圍均較大，主要集中在170～220 ℃的中低溫。桃源礦床流體包裹體的均一溫度與鹽度呈一定的負相關關系。從橫向上可以反映溫度不變情況下流體鹽度的變化過程，說明在成礦作用過程中原始流體與其他來源的流體發(fā)生了等溫混合作用；從縱向上可以反映鹽度不變情況下溫度發(fā)生變化的過程和原始流體發(fā)生了自然冷卻的過程。

從成礦流體包裹體的密度與均一溫度相關性圖解(圖8b)可知，桃源礦床流體包裹體的密度與均一溫度成明顯的負相性，即包裹體的均一溫度越低其流體的密度越大。

圖5 桃源鈾礦床鈾礦石背散射照片F(xiàn)ig.5 Backscattering photos of uranium ore in Taoyuan uranium deposita.瀝青鈾礦和鈾石共生組合；b.鈦鈾礦、金紅石和綠泥石共生組合；c.瀝青鈾礦和微晶石英共生組合；d.鈾石表面裂紋；Ura.瀝青鈾礦；Cof.鈾石；Bt.鈦鈾礦；SiO2.微晶石英；Chl.綠泥石；Rt.金紅石

流體包裹體密度與鹽度關系圖(圖8c)顯示，桃源礦床流體包裹體的密度與鹽度呈正相關性。

成礦流體從深部向淺部運移的過程中，萃取了部分圍巖的物質(zhì)成分，同時溫度、壓力也會降低，成礦流體密度在一定程度上增大，從而改變成礦流體的物理化學性質(zhì)，在合適的物理化學條件下沉淀成礦。

3.3 成礦壓力和深度

流體包裹體的溫度、成分、壓力等研究可以反映其形成時的物理化學環(huán)境，其中包裹體的均一溫度和流體捕獲時的壓力是兩個重要的熱力學參數(shù)(盧煥章等，2004)。成礦深度是礦床成因以及成礦作用過程研究的重要內(nèi)容，目前國內(nèi)外主要是根據(jù)礦物包裹體的壓力和平均靜巖壓力梯度進行換算，最終得出成礦深度(張德會等，2011；張樹明等，2012)。流體包裹體地質(zhì)壓力計算研究成礦深度的原理是假定成礦流體包裹體形成時的壓力僅來自上覆巖石重力(即靜流體壓力模型)，通過測試成礦期流體包裹體的相關參數(shù)，進而得出流體的靜壓力。因為壓力與深度呈線性關系，所以根據(jù)壓力數(shù)據(jù)可以直接用重力/密度方法推算出成礦流體包裹體形成的深度，即成礦(礦化)深度(張德會等，2011；張樹明等，2012)。通過相關公式計算來看，桃源礦床成礦流體鹽度w(NaCleqv)為6.24%～14.51%，均值為11.52 %，屬中低鹽度，適用于流體壓力-深度公式(邵潔漣等，1986)：

(1)T0=374+920×N

(2)P0=219+2 620×N

(3)H0=P0×1 300×105

(4)P1=P0×T1/T0

(5)H1=P1×1/300×105

式中，T0為初始溫度(℃)，N為成礦溶液的鹽度(%)，P0為初始壓力(105Pa)，H0為初始深度(km)，P1為成礦壓力(105Pa)，T1為礦區(qū)實測成礦溫度(℃)，H1為成礦深度(km)，計算求得成礦深度為0.79～1.53 km，平均值為1.14 km，屬于中等深度成礦環(huán)境。

圖6 流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.6 Micrograph of fluid inclusions

4 結(jié)論

(1)通過野外詳細調(diào)查研究，桃源礦床瀝青鈾礦與螢石共生，主成礦期螢石呈紫黑色。螢石流體包裹體研究表明，桃源礦床流體包裹體以氣-液兩相鹽水溶液包裹體為主。

(2)通過均一法測溫顯示，桃源礦床流體包裹體均一溫度為138.6～267.2 ℃，均值為202.2 ℃，主要集中在170～220 ℃，屬中低溫范圍。

(3)根據(jù)冰點的消失溫度，并利用H2O-NaCl體系鹽度-冰點公式計算得出桃源礦床成礦熱液的鹽度w(NaCleqv)為6.24%～14.51%， 均值為11.52%，屬中低鹽度范疇；圖解法投點得出成礦流體密度為0.87～1.00 g/cm3,均值為0.95 g/cm3。

(4)利用成礦壓力和成礦深度經(jīng)驗公式得出桃源礦床成礦深度為0.79～1.53 km，平均值為1.14 km，屬于中等深度成礦環(huán)境。

圖7 流體包裹體密度投點圖Fig.7 Density of fluid inclusions

圖8 溫度、鹽度和密度相關性圖Fig.8 Correlation diagram of temperature,salinity and density