摘要
拉拉矿床位于扬子地块西南缘，康滇地区的中段，是中国典型的 IOCG 型矿床。该矿床主要产出铁铜矿石，同时伴生一定铀、稀土矿化。本文以拉拉矿床为研究对象，通过运用捷克 TESCAN 电镜公司的 TIMA 系统，结合偏光显微镜观察，以期查明矿石中铀矿物、稀土矿物的矿物种类、矿物之间的接触关系以及矿物共生组合，并进一步讨论了铀、稀土矿物的成矿阶段。获得如下认识：（1）拉拉矿床铀矿物以晶质铀矿、钛铀矿为主：晶质铀矿与钠长石、磁铁矿紧密共生，钛铀矿颗粒细小（4.54~11.82 μm），多呈针状、短柱状集合体分布于晶质铀矿边缘。稀土矿物以氟碳铈矿为主，与绿泥石、黄铁矿、黄铜矿及磷灰石共生。（2）拉拉矿床铀矿物共生组合为铀矿物-方解石-萤石组合，该组合形成于硫化物-石英-碳酸盐-萤石阶段（不早于 850 Ma），属于晚期铀矿化。稀土矿物共生组合为稀土矿物-磷灰石-石英组合，被磷灰石包裹的稀土矿物形成于磁铁矿-硫化物阶段（990±4 Ma），未被包裹的稀土矿物则形成于硫化物-石英-碳酸盐-萤石阶段。 TIMA矿物相图显示铀矿物脉体穿插铁铜矿物与稀土矿物，暗示拉拉矿床晚期铀矿化晚于矿床主体铁铜矿化（不早于1.05 Ga）以及稀土矿化。本研究不仅为拉拉矿床的矿物学研究提供技术支撑，也为中国铀、稀土资源的高效利用提供重要参考。
Abstract
The Lala deposit, located on the southwestern margin of the Yangtze Block and in the central segment of the Kangdian region, is a typical Iron Oxide-Copper-Gold (IOCG) deposit in China. Dominated by Fe-Cu mineralization, this deposit is also associated with substantial uranium (U) and rare earth element (REE) mineralization. This study concentrates on the Lala deposit, utilizing the TIMA electron microscope (produced by TESCAN, Czech Republic) and polarized microscopy to identify uranium and rare-earth mineral types, their contact relationships, and mineral assemblages. Additionally, it discusses the mineralization stages of these uranium and rare-earth minerals. Key findings are summarized as follows: (1) Uranium minerals in the Lala deposit are dominated by uraninite and brannerite. Uraninite is closely associated with albite and magnetite, whereas brannerite particles are fine-grained with sizes ranging from 4.54 to 11.82 μm, and occur predominantly as acicular or short-columnar aggregates along the margins of uraninite. The dominant REE mineral is bastnäsite, which is closely associated with chlorite, pyrite, chalcopyrite, and apatite. (2) The U mineral assemblage in the deposit is defined as the U mineralcal-cite-fluorite assemblage, which formed during the sulfide-quartz-carbonate-fluorite stage (~850 Ma), corresponding to the late U mineralization. The REE mineral assemblage is characterized by REE minerals, apatite, and quartz. Specifically, some REE minerals are enclosed within apatite that precipitated during the magnetite-sulfide stage, while the non-enclosed REE minerals formed during the sulfide-quartz-carbonate-fluorite stage (990±4 Ma). TIMA images reveal that U mineral cuts across Fe-Cu and REE minerals, suggesting that late uranium mineralization in the Lala deposit postdates both the main Fe-Cu mineralization (~1.05 Ga) and the REE mineralization. This study not only provides technical support for the mineralogical research of the Lala deposit but also offers important references for the efficient utilization of China's uranium and rare-earth resources.
0 引言
铁氧化物-铜-金（Iron Oxide-Copper-Gold Deposits，IOCG）矿床是铁氧化物含量不低于 20%，以铜为主、伴生金、钼、铀、稀土、钴等多种元素的矿床 （Hitzman et al.，1992；聂凤军等，2008；王磊等， 2024；方维萱等，2025；鲁佳等，2025）。该类型矿床因具有规模大、品位高、矿化元素组合复杂、埋藏浅、易采选及经济效益显著等特征，备受国内外矿床地质学者关注（毛景文等，2008）。澳大利亚的 Olympic Dam 矿床是典型的 IOCG 型矿床，该矿床已探明铀资源量 21717359 t（平均品位 0.020%），是目前全球已知规模最大的铀矿床之一（徐翅翔等， 2021）。此外，该矿床还伴生储量可观的稀土资源 （Weng et al.，2015）。位于扬子地块西缘，康滇地区中部，四川省会理县的拉拉矿床，是中国典型的 IOCG型矿床（李泽琴等，2002；毛景文等，2008）。该矿床除蕴藏丰富的铜、铁、钴等主体矿产资源外，还伴生有可观的铀、稀土资源。长期以来，前人已在该矿床铁铜矿石的矿床成因机制（陈根文和夏斌， 2001；Li and Zhou，2015）、成矿物质来源（Chen and Zhou，2012）、成矿环境（王奖臻等，2012）等方面研究取得了长足进展，但仅有少数学者对拉拉矿床中伴生的铀、稀土矿物进行了报道（钟福军等，2023； Niu et al.，2024）。拉拉矿床铀、稀土矿物的空间分布特征及共生组合关系尚不清晰，这不仅阻碍了该矿床铀、稀土成矿过程的认识，也制约了区域内相关矿产的找矿勘查工作。
四川拉拉矿床矿物种类多样、共生组合复杂，矿物自动定量分析系统作为新兴的分析技术，具有快速的扫描系统和强大的分析软件，可以快速定位矿物，准确获得矿物组成及含量、粒度大小及分布和元素赋存状态等数据。针对组成复杂、晶粒细小且较难识别的样品，可快速有效识别矿物组成（陈倩等，2021）。目前，全球市场上主要的全自动矿物分析系统包括 QEMSCAN、MAPS、AMICS和 TIMA等品牌和型号。近几年来，中国开始引进该系统，现被逐步应用于矿床学和矿石学领域的基础研究中 （胡蓉等，2023；张涛等，2023；黄晓东等，2024）。本文以拉拉矿床为研究对象，通过运用捷克 TESCAN 电镜公司的TIMA系统，结合偏光显微镜观察，快速识别、定位拉拉矿床中的铀、稀土矿物，获得其矿物种类、矿物间接触关系及矿物共生组合等信息，进一步完善对该矿床铀、稀土矿物成矿阶段的认识，以期为该矿床铀、稀土矿物的研究利用提供技术支撑与矿物学依据。
1 地质背景
拉拉矿床在构造上位于扬子地块西南缘，康滇地区的中段（图1a、b）。除石炭系和奥陶系外，从元古宇—新生界的各种地层全区均有分布，矿区主要出露的地层有：下元古界河口群、会理群通安组、上三叠统白果湾组以及第四系，主矿体赋存于河口群落凼组地层中（图1c）。该地层主要岩石类型为黑云母片岩类以及石英钠长变粒岩类，其中，矿区主要含矿岩石为黑云母片岩（宋明伟等，2022）。区内岩浆活动频繁，发育辉绿岩脉、闪长岩脉以及煌斑岩脉，煌斑岩脉穿插岩体，局部可见穿切和破坏矿体的现象（陈辉等，2021）。
拉拉矿床先后经历了 4 期成矿作用，对应的时代分别为：（1）1725~1647 Ma；（2）1235~1218 Ma； （3）1097~907 Ma；（4）860~816 Ma（宋明伟等， 2022）。该矿床以铁、铜矿化为主，共（伴）生铀、稀土、金、钼等矿化。金属矿物主要有磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿等，脉石矿物以石英、钠长石、磷灰石等为主，发育钠长石化、绿泥石化、硅化、碳酸盐化、萤石化等蚀变类型（李泽琴等，2002）。
Niu et al.（2024）将拉拉矿床的成矿过程划分为5 个主要阶段：第一阶段（钠交代阶段）以钠交代岩的广泛发育为主要特征，代表性矿物组合为钠长石、角闪石等；第二阶段（磁铁矿阶段）发育磁铁矿、长石、磷灰石等；第三阶段（磁铁矿-硫化物阶段）以磁铁矿-硫化物矿物组合为特征，主要矿物包括磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿，伴生石英、稀土矿物以及铀矿物；第四阶段 （硫化物-石英-碳酸盐-萤石阶段）主要形成黄铁矿、黄铜矿、石英、铀矿物等；第五阶段（晚期贫矿脉阶段） 主要产出碳酸盐矿物、萤石和石英，并伴生少量黄铁矿和赤铁矿。其中，第三和第四阶段是形成铀、稀土矿体的主要阶段（Song et al.，2020；钟福军等，2023）。
2 实验部分
2.1 实验样品
本研究样品采自拉拉矿床 3 号矿体，选择代表性的铀矿化样品 1 件开展分析，其放射性伽马值为 1.11 μSv/h，约为采场本底值（0.30 μSv/h）的3.7倍（图2a）。手标本样品呈灰绿色，块状构造，局部可见紫色萤石-方解石-石英细脉，脉体的放射性伽马值为 2.28 μSv/h，该脉体可能含有铀矿物。金属矿物以磁铁矿、黄铁矿及黄铜矿为主，磁铁矿常分布于黄铁矿与黄铜矿颗粒边缘（图2b），或包裹黄铁矿与黄铜矿颗粒（图2c）。脉石矿物主要为钠长石、石英、萤石和白云母，在单偏光下，可见紫色萤石和铁白云母充填矿物间孔隙和裂隙（图2d、e）。此外，还有少量方解石与白云母、石英等矿物沿磁铁矿边缘分布（图2f）。
2.2 分析测试方法
TIMA 测试在广州市拓岩检测技术有限公司完成，采用MIRA3型场发射扫描电镜系统。实验开始前对薄片（靶）样品进行了喷碳预处理。实验参数设置如下：加速电压 25 kV，束流 8.24 nA，工作距离 15 mm；电流和 BSE 信号强度使用铂法拉第杯自动程序校准，EDS信号使用Mn标样校准。测试采用解离模式，同步采集BSE图像和EDS数据，设置单点X 射线计数1000次，像素大小为3 μm，能谱步长9 μm。采用亮相搜索模式在BSE图像中标记铀、稀土矿物。
3 结果与讨论
3.1 矿物之间的接触关系
铀矿化岩石样品的 TIMA矿物自动定量分析结果如表1、表2及图3所示。由表1可见，样品中金属矿物主要为磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿、钛铁矿等，脉石矿物包括钠长石、铁白云石、石英、萤石、黑云母、绿泥石、斜长石等。该样品中识别出的铀矿物主要为晶质铀矿与钛铀矿，在光薄片中分布较局限，仅在右上角以脉状形式产出（图4a）。局部放大该脉体所在区域，可见晶质铀矿晶型较好，呈自形—半自形粒状（图4b），表明其可能形成于高温环境中 （钟福军等，2023）。样品中钠长石、磁铁矿含量较高，它们与晶质铀矿接触关系密切。晶质铀矿与磁铁矿在反射光下均呈灰色（图4e），通过亮相搜索模式在 BSE图像中高亮晶质铀矿，可观察到磁铁矿包裹晶质铀矿的现象（图4h）。钛铀矿仅在晶质铀矿周边观察到，常呈针状、短柱状集合体形式零星产出（图4c、f、i）。表2为拉拉矿床铀、稀土矿物颗粒大小百分比，颗粒大小以等效球直径衡量，可见钛铀矿颗粒细小，粒径为4.54~11.82 μm。稀土矿物以氟碳铈矿为主，氟碳铈矿在光薄片上分布较均匀，呈浸染状形式产出（图3）。TIMA 矿物相图显示氟碳铈矿与绿泥石、黄铁矿、黄铜矿、磷灰石等矿物在空间上联系紧密，存在一定的形成时间先后关系（图4d）。如氟碳铈矿呈半自形—他形粒状分布于绿泥石内部或磷灰石边部，整体被黄铁矿包裹，说明拉拉矿床铁铜矿物形成后可能受到后期地质作用的改造，晚期富含稀土元素的流体流经此处并沉淀 （图4g、j）。
表1拉拉矿床样品矿物体积分数
注：测试单位为广州市拓岩检测技术有限公司（2021 年 12 月 4 日）。
图2拉拉矿床样品手标本和镜下显微图像
a—铁铜矿石样品中可见萤石-方解石-石英脉体发育；b—反射光图像，磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿组合；c—反射光图像，磁铁矿包裹黄铁矿和黄铜矿；d、e—单偏光图像，紫色萤石和白云母充填矿物间裂隙和孔隙；f—正交偏光图像，磁铁矿与白云母、方解石、石英等矿物共生；Ab—钠长石；Cal—方解石；Ccp—黄铜矿；Fl—萤石；Mag—磁铁矿；Ms—白云母；Py—黄铁矿；Qtz—石英
图3拉拉矿床样品TIMA分析矿物相图
3.2 铀、稀土成矿阶段
拉拉矿床矿物种类丰富且共生组合关系复杂，野外露头中常见含矿脉体穿插现象，暗示矿床经历了多期次成矿作用。在 TIMA 矿物相图中，可见铀矿物呈脉状产出，且集中分布于光薄片右上角区域，而稀土矿物与绿泥石、磷灰石等矿物紧密共生，以浸染状形式均匀分布于整个光薄片，表明铀矿物与稀土矿物应形成于不同的成矿事件（图3）。本研究在前文所得拉拉矿床矿物间接触关系的基础上，结合TIMA技术分析铀、稀土矿物的共生组合，并以此为依据讨论铀、稀土矿化的成矿阶段。
图4拉拉矿床样品TIMA矿物相图、显微照片及BSE图像
a—脉体所在位置TIMA矿物相图（图例同图3）；b~d—区域放大TIMA矿物相图（图例同图3）；e~g—放大区域对应显微照片；h~j—放大区域对应BSE图像；Ab—钠长石；Ap—磷灰石；Bra—钛铀矿；Bst—氟碳铈矿；Cal—方解石；Ccp—黄铜矿；Chl—绿泥石；Fl—萤石；Mag—磁铁矿；Or— 正长石；Py—黄铁矿；Qtz—石英；Ura—晶质铀矿
本文获得的铀矿物共生组合为铀矿物-方解石-萤石组合。此种组合铀矿物呈立方体晶型，多被长石包裹，可见方解石、萤石与晶质铀矿共生（图5a、e、i）。拉拉矿床经历了早晚两期与区域上铁铜矿化同步的铀矿化（钟福军等，2023），分别对应磁铁矿-硫化物阶段（990±4 Ma）与硫化物-石英-碳酸盐-萤石阶段（不早于850 Ma）。样品中铀矿物可能形成于硫化物-石英-碳酸盐-萤石阶段，晚于矿床主体的铁铜矿化（不早于1.05 Ga），具体表现为铀矿物与方解石、萤石等脉石矿物呈脉状穿插于铁铜矿物中（图2a，图4a）。此外，可见该脉体同样穿插他形氟碳铈矿，认为拉拉矿床晚期铀矿化晚于稀土矿化（图5b、f、j）。
稀土矿物共生组合为稀土矿物-磷灰石-石英组合。此种组合有两种产出形式：一类共生组合可见磷灰石包裹细小氟碳铈矿颗粒，石英呈团块状分布于磷灰石边部（图5c、g、k）；另一类组合可见氟碳铈矿与绿泥石交织，呈浸染状与磷灰石、石英共生，少量方解石围绕磷灰石外部轮廓生长（图5d、h、l）。磷灰石与氟碳铈矿的包裹关系可作为划分稀土矿化阶段的判别依据（Su et al.，2023），包裹氟碳铈矿且与石英、黄铜矿紧密共生的磷灰石主要形成于磁铁矿-硫化物阶段，该阶段磷灰石可能经历了溶解-再沉淀过程（Harlov and Förster，2003）。不包裹氟碳铈矿，与石英、方解石共生的磷灰石，则形成于硫化物-石英-碳酸盐-萤石阶段，该阶段稀土矿物以及磷灰石的形成可能与新元古代岩浆活动产生的富 F-、Cl-成矿流体密切相关（Niu et al.，2024）。
表2拉拉矿床铀、稀土矿物颗粒大小百分比
图5拉拉矿床样品TIMA矿物相图、显微照片及BSE图像
a~d—区域放大TIMA矿物相图（图例同图3）；e~h—放大区域对应显微照片；i~l—放大区域对应BSE图像；Ap—磷灰石；Bra—钛铀矿；Bst—氟碳铈矿；Ccp—黄铜矿；Chl—绿泥石；Fl—萤石；Mag—磁铁矿；Or—正长石；Py—黄铁矿；Qtz—石英；Ura—晶质铀矿
3.3 TIMA分析IOCG型矿床中的应用前景
由于 IOCG 型矿床矿物种类多样、共生组合复杂，TIMA 分析技术在识别矿物种类、厘清矿物组合、优化矿物选冶工艺等方面具有重要的应用价值与潜力。（1）通过 TIMA 分析技术，能够获取样品的矿物种类及含量，快速定位目标矿物，为进一步开展矿物学、地球化学研究奠定基础。如本研究通过 TIMA 分析，有效弥补了传统显微镜下细小矿物定位难、共生关系紧密矿物识别难的不足，成功定位样品中的铀、稀土矿物，揭示了矿物间的接触关系，为拉拉矿床后续矿物学研究提供参考。（2）对 TIMA 测试结果加以分析，可明确光薄片中各类矿物的共生组合特征，为厘清矿物组合关系提供帮助，进而指导后续找矿勘查。如本研究中查明了铀、稀土矿物在光薄片上的矿物共生组合。李梅等（2024）通过 TIMA揭示了砂岩型铀矿床的铀矿物类型及其共生组合，印证了该技术在矿物组合分析中的有效性。（3）将 TIMA 分析技术应用于 IOCG 型矿床的选矿与冶炼过程，可以计算矿物的理想品位及回收率，由此改善选冶工艺（张涛等，2023）。总之，该技术能准确识别 IOCG 型矿床复杂的矿物学特征，为矿床成因研究及矿物加工提供了关键技术支撑，具有广泛的应用前景。
4 结论
本研究在详细的偏光显微镜观察和 TIMA分析测试基础上，探讨了拉拉矿床矿物之间的接触关系以及铀、稀土成矿阶段，得到如下结论。
（1）拉拉矿床的铀矿物主要为晶质铀矿和钛铀矿。晶质铀矿呈自形—半自形粒状，与钠长石、磁铁矿等矿物共生，钛铀矿则呈针状、短柱状集合体产于晶质铀矿周边；稀土矿物以氟碳铈矿为主，浸染状氟碳铈矿与绿泥石、黄铁矿、黄铜矿、磷灰石等矿物关系密切。
（2）拉拉矿床铀矿物共生组合为铀矿物-方解石-萤石组合，该组合铀矿物形成于硫化物-石英-碳酸盐-萤石阶段（不早于 850 Ma），属于晚期铀矿化；稀土矿物共生组合为稀土矿物-磷灰石-石英组合，其中，被磷灰石包裹的稀土矿物形成于磁铁矿-硫化物阶段（990±4 Ma），未被包裹的稀土矿物则形成于硫化物-石英-碳酸盐-萤石阶段。铀矿物脉体穿插铁铜矿物与稀土矿物，表明拉拉矿床晚期铀矿化晚于矿床主体铁铜矿化（不早于 1.05 Ga）以及稀土矿化。
致谢 诚挚感谢匿名审稿专家在百忙之中提出的宝贵修改意见。
