粤北棉花坑花岗岩型铀矿床研究取得新进展
铀矿作为重要的战略资源和能源矿产，事关国家安全和能源安全。花岗岩型铀矿系指产于花岗岩体内或外接触带附近的热液铀矿化，矿化在空间和成因上与花岗岩体有着密切联系。花岗岩型铀矿是我国四大工业铀矿化类型之一，主要分布在华南诸广—桃山成矿带。前人在花岗岩型铀矿的成矿专属性、产铀岩体、铀活化迁移、成矿物质来源、成矿动力学等方面开展了系列研究，取得了较多创新性认识。然而，目前学者对形成花岗岩型铀矿的成矿流体性质与演化过程还存在不同认识：（1）以大气降水为主的表生流体向下渗透与深循环；（2）幔源流体上涌与围岩发生广泛交代；（3）大气降水与幔源矿化剂ΣCO2组成的混合流体加气与去气作用。上述争议致使华南地区典型花岗岩型铀矿床的成因机制仍不清晰。
棉花坑矿床位于南岭地区诸广山复式岩体中部的长江铀矿田内（图1），是目前华南最大的花岗岩型铀矿床，也是我国唯一正在开采的硬岩型铀矿山。赋矿岩体主要为三叠纪油洞岩体黑云母花岗岩（~225 Ma）和侏罗纪长江岩体二云母花岗岩（~160 Ma）。铀矿石以微晶石英型为主，紫黑色萤石型次之，矿石品位主要为中—低品位（U3O8=0.1-0.5%）。9号矿体为棉花坑矿床最大的矿体，矿化垂幅超过1100 m。铀矿物以沥青铀矿为主，极少量的铀石，与铀矿化关系密切的热液蚀变主要包括水云母化、绿泥石化、钠长石化、硅化、黄铁矿化、方解石化和萤石化。矿床发育较为明细的垂向矿石分带，上部为红色矿石，中部为杂色矿石，下部为灰绿色矿石。矿床中沥青铀矿U-Pb年龄为70~60 Ma。
图1 粤北下庄—诸广铀矿聚集区（a）与棉花坑矿床地质简图（b）
东华理工大学核资源与环境国家重点实验室钟福军助理研究员，在潘家永和夏菲教授的指导下，以棉花坑矿床为研究对象，聚焦矿床成矿流体性质与演化过程，对微晶石英型矿石中沥青铀矿、黄铁矿与石英以及典型热液蚀变带开展了矿物学和微区分析工作，取得的主要成果如下：
（1）沥青铀矿具有高Sr、As和W、低Zr、Th、Ta、Nb、Hf与REE的地球化学特征，相对富集LREE和亏损HREE，具有明显的Eu负异常。REE配分模式与赋矿花岗岩相近以及黄铁矿中W和U含量的正相关性。黄铁矿原位S同位素组成与赋矿花岗岩中黄铁矿相近，指示矿床赋矿花岗岩是成矿的主要铀源。
（2）赋矿花岗岩中晶质铀矿是最主要的铀源矿物，成矿早期具有较高氧逸度的流体对晶质铀矿的溶蚀，改变了花岗岩中铀的赋存形式，释放出来的铀为后续成矿提供了物质基础。
（3）不同期次石英流体包裹体研究表明，成矿流体属NaCl-H2O±CO2体系，成矿早期温度为225~353℃，盐度为6.0~10.1 wt% NaCl equiv.，主成矿期温度为153~302℃，盐度为0.6~10.1 wt% NaCl equiv.，成矿晚期期温度为105~161℃，盐度为1.6~5.7wt% NaCl equiv.（图2），成矿流体是大气降水与岩浆水的混合流体，随着成矿过程的进行，成矿流体中大气降水的占比逐渐增加。
（4）在CL图像上，成矿早期与成矿期石英显微结构的显著差异（图3），指示成矿流体环境发生了剧变，由早期相对封闭环境快速转变为相对开放环境。结合前人南北向含矿构造带的应力学分析，推测含矿构造带水压裂解引起了成矿流体环境的快速变化，导致了流体不混溶作用的发生。
（5）垂向矿石分带中黄铁矿的S同位素（图4）与微量元素演变特征表明，成矿流体与大气降水的混合改变了成矿流体性质，大气降水的比例不同形成了浅部高氧逸度偏酸性和深部低氧逸度偏碱性的成矿流体，垂向上表现出“上酸下碱、上氧化下还原”的特征。
（6）矿床的形成至少经历了两期热液蚀变，成矿早期为弱碱性、富Fe、贫Mg流体交代，成矿期为弱酸性、富Mg、贫Fe流体交代，两期不同性质流体的叠加交代为成矿提供了良好的地球化学障。
（7）棉花坑矿床属于复合成因矿床（图5），主要受控于流体不混合作用、流体水压裂解以及氧化还原作用等多种因素。
上述研究受国家自然科学基金（42002095）与中国铀业有限公司—核资源与环境国家重点实验室创新联合基金（NRE2021-05）联合资助。研究成果发表在国际地学期刊《Ore Geology Reviews》、《Applied Geochemistry》和《Geochemical Journal》，文章信息如下：
Zhong, F.J., Zhang, X.T., Wang, K.X., Wu, B., Liu, J.G., Pan, J.Y., Xia, F. * (2023). Genesis of the Mianhuakeng granite-related uranium deposit, South China: Insights from cathodoluminescence imaging, fluid inclusions, and trace elements composition of hydrothermal quartz. Ore Geology Reviews, 105308.
URL: https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2023.105308
Zhong, F. J. *, Wang, L., Wang, K. X., Liu, J. G., Zhang, Y., Li, H.D., Yang, S., Chen, Y.P., Xia, F., Pan, J. Y. (2023). Mineralogy and geochemistry of hydrothermal alteration of the Mianhuakeng uranium deposit in South China: Implications for mineralization and exploration. Ore Geology Reviews, 105606.
URL: https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2023.105606
Zhang, Y., Zhong, F.J.*, Liu, J.G., Qi, J.M., Pan, J., Xia, F., Li, H.D. (2022). Genesis of the Mianhuakeng uranium deposit, South China: Constraints from in-situ sulfur isotopes and trace elements of pyrite. Applied Geochemistry, 140, 105302.
URL: https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2022.105302
Zhong, F. J.*, Yan, J., Wang, K.X., Pan, J.Y., Xia, F., Liu, G.Q., Liu, W.Q. (2022). Mineralogy and geochemistry of pitchblende in the Changjiang U ore field, Guangdong Province, South China: Implications for its mineralization. Geochemical Journal, 56(3), 74-95.
URL: https://doi.org/10.2343/geochemj.GJ22006
编辑：钟福军
复审：冷成彪
终审：刘峙嵘