丹凤地区晶质铀矿及其它含铀矿物辐射蚀变晕圈特征及意义

Danfeng area was the most important granite-pegmatite-type uranium deposit production area in China. Based on detailed field investigation and sampling，in suit analysis technology such as Optical microscopy, EPMA, Raman spectroscopy, AFM, LA-ICP-MS , micro-XRD methods would been employed to study the characteristic of the “radiation damage” or “ alteration halos” and the mineral paragenesis in uraninite and uranium-bearing minerals, dating on uraninite and zircon to get the formation ages of uranium-bearing minerals, the radiation damage and its effect on the subsequent alteration at the interface of uraninite grains in the host-minerals（ mice and feldspar），the conditions of the alteration fluids. The range，degree and mechanism of radiation damage will be inquired furthermore through combining with α particle radiation bombard experiment and SRIM Monte Carlo simulation. Uraninite, as the natural analogue of UO2 radiation alteration in spent fuel in High-Level-Waste Disposal，so the current project would have great significant both in mechanism uranium mineralization and in High-Level-Waste Disposal.

丹凤地区是我国花岗伟晶岩型铀矿床最重要的产区，项目申请拟采用光学显微镜及电子探针、激光拉曼光谱、原子力显微镜、LA-ICP-MS和微区X衍射等原位微区分析测试技术，对该区代表性铀矿床（光石沟和陈家庄铀矿床）及区域变质岩（秦岭群）中的晶质铀矿及其它含铀矿物（独居石、锆石）的辐射蚀变晕特征、蚀变矿物组合、辐射损伤等开展精细矿物学研究，准确确定晶质铀矿及含铀矿物的形成年龄，探讨含铀矿物对其寄主矿物（特别是云母和长石）造成的辐射损伤及对后续流体活动的影响，后续叠加蚀变作用的物理化学条件，同时结合α辐射轰击实验及SRIM蒙特卡罗模拟软件深入探讨辐射损伤的范围、程度及形成机制。由于晶质铀矿的辐射损伤和后期蚀变作用是高放废物地质库乏燃料中UO2辐射蚀变行为的天然类似物，因此本项目研究不仅有助于深化对该区铀成矿作用机制的认识，对高放废物地质处置库的评价也具有重要的指导作用。

项目在课题组前期研究发现的基础上，采用宏观与微区微观观察、微区结构与微区主、微量元素分析、实验与理论模拟等相结合的方法对丹凤铀成矿区(主要是光石沟和陈家庄两个矿床)不同含铀矿物(特别是晶质铀矿)在不同寄主矿物(重点是黑云母)中形成的蚀变晕圈的矿物共生组合、含铀矿物形成时代和演化时间序列及寄主矿物中辐射损伤范围、特征和形成机制等开展专项研究。在晶质铀矿及其蚀变产物定年、晶质铀矿蚀变晕圈特征等方面取得了重大研究进展。如采用SIMS方法厘定了光石沟矿床岩浆成因晶质铀矿的形成年龄是412±3Ma，该年龄也代表了蚀变晕圈辐射损伤的启动时钟；首次探讨了晶质铀矿蚀变产物铀石和铀钍矿的多个峰值年龄分别为310Ma，210Ma和 112Ma(U-Pb化学定年)，为丹凤地区及整个秦岭地区铀的岩浆成矿作用及热液成矿作用及与其它矿种之间的成因联系提供了重要的时间证据。确定了晶质铀矿蚀变晕圈的矿物共生组合类型主要为针铁矿、铀石、富Ca-Fe-U的铝硅酸盐等矿物共生组合，确定了蚀变作用常沿退晶化作用造成的微裂隙和孔隙发生，蚀变热液的成分特征为U和Pb丢失，同时Na，K，Ca和Si等流体组分进入晶质铀矿导致晶质铀矿的铀石化。项目研究确定了黑云母的化学类型为铁质黑云母，拉曼光谱特征峰值为555～552cm-1，该峰值在遭受辐射后迁移至600～560cm-1处，蒙特卡罗模拟也证实α粒子的射程一般在30μm以内，且在α粒子穿透轨迹的最后几微米处，遭受辐射的黑云母的结构损伤程度达到最高，与拉曼光谱实验结果相吻合，据此推测T层可能为辐射后黑云母的结构损伤层，蚀变晕圈的形成是辐射退晶化作用和蚀变作用的综合结果。