華南熱液鈾礦床類型及成礦規律

華南鈾礦分布在江西、湖南、廣東、廣東、福建、浙江、安徽、江蘇等省區。據統計，該地區共有260多個磁性礦床，包括相山、桃山、河塘、鹿井、大州、下莊、資源等能源礦區和采礦集中區。這是中國重要的能源資源基地和采礦前景遺址。隨著我國鈾礦勘查的縱深推進,華南鈾礦找礦高潮在際,對華南鈾礦類型的深入分析和深刻理解,總結華南各鈾礦類型的本質特點,進一步研究鈾礦床的區域分布、分帶規律,對華南鈾礦勘查部署、實現華南鈾礦找礦的新突破具有重要的意義。1成礦環境主要成礦作用按含礦圍巖的不同,核工業地質系統習慣將華南鈾礦劃分為花崗巖型、火山巖型、碳硅泥巖型、砂巖型等,這樣的分類方案對于礦石加工處理是有意義的,然而,卻對成礦作用的理解和礦床之間相互聯系的認識帶來了很大的局限性。事實上鈾礦含礦圍巖千差萬別,我國鈾礦地質專家早已注意到,在一個礦田內有多種成礦圍巖,在一個礦床中含礦巖性往往也不一致,甚至在一個礦體也有不同的成礦圍巖。大量礦床勘探實踐表明,鈾礦化對圍巖選擇性不大。按含礦圍巖的分類方案在實際應用中引起了不少的困惑。礦床的形成離不開成礦物質及其來源、成礦環境和成礦作用三大因素,成礦物質及其來源是成礦的基礎和前提,成礦環境是外界條件,而成礦作用則是成礦物質在一定的環境下富集形成礦床的機制和過程。因此,本文采用的礦床分類原則是,以成礦作用為分類的主要依據,其次考慮成礦環境,并盡可能地反映成礦物質來源這一重要因素,將華南鈾礦劃分為熱液型(體控型)和層控型兩大類共5亞類(表1)。熱液成礦作用和層控成礦作用是華南地區的主要鈾礦成礦作用,表生淋積成礦作用也形成了少量小型鈾礦床,如白土、坑口礦床,但規模較小,且已采畢,故本次未予列出。而其它成礦作用如沉積成巖成礦作用、巖漿成礦作用等則很少獨立形成鈾礦床。熱液鈾礦床根據成礦環境特別是成礦巖體不同,進一步劃分為與花崗巖體有關的熱液鈾礦床和與斑巖(潛火山巖)體有關的熱液鈾礦床,它們與各類巖體的密切空間關系以及脈狀礦體形態是與層控鈾礦床的根本區別。層控鈾礦床也有熱液成礦作用的蹤跡,包括與火山巖層有關的層控鈾礦床、與碳硅泥巖層有關的層控鈾礦床和與砂巖層有關的層控鈾礦床,這些鈾礦床與地層巖性關系密切,雖然有的也產于花崗巖外帶,但與侵入體的成因聯系并不明顯,礦體產狀主要受地層層位控制,與熱液鈾礦床具有不同的產出形態特征。與花崗巖體有關的熱液鈾礦床,可簡稱花崗巖型,與碳硅泥巖層有關的層控鈾礦床可簡稱碳硅泥巖型,與砂巖層有關的層控鈾礦床可簡稱砂巖型,它們分別與我們以前習稱的“花崗巖型”、“碳硅泥巖型”和“砂巖型”相對接,但賦予了更深刻的內涵,具有成因、成礦環境、主控因素、成礦特征等含義。花崗巖型鈾礦床即是與花崗巖體有成因聯系的一類熱液礦床的代稱,碳硅泥巖型鈾礦床即是與震旦系、古生界碳硅泥巖層有成因聯系的一類層控礦床的代稱,砂巖型即是與中新生界砂巖層有成因聯系的一類層控礦床的代稱。與斑巖體有關的熱液鈾礦床和與火山巖層有關的層控鈾礦床,分別簡稱為斑巖型和火山巖型,它們是并列的關系,分別與核工業二七零研究所等(1986)在研究贛杭火山巖鈾成礦帶鈾成礦規律時提出的“脈型”和“層控型”礦床相當。2成礦的主要特點2.1礦床成礦物質來源該類鈾礦床產于較大的花崗巖體內部,或產于近外帶變質巖、碳硅泥巖或砂巖中,包括碎裂蝕變巖型、硅質脈型、堿交代型鈾礦化類型。礦化受構造裂隙控制,礦體形態主要有脈狀、細網脈狀、透鏡狀、團塊狀、柱狀等,礦體厚一般幾米至幾十米,長幾十米到數百米,網脈狀產出的礦體常呈群分布,單個礦體規模可能較小,但礦體數量多,呈魚群狀。產鈾花崗巖大多數是多期多階段的復式巖體,自變質作用發育,除個別礦床發育于雪峰期、海西期花崗巖中外,絕大多數鈾礦床均產于印支—燕山期花崗巖中,主體巖性為黑云母花崗巖或二云母花崗巖,少量二長花崗巖和堿性花崗巖,具中—粗粒似斑狀結構,巖石化學特征表現為富硅、偏堿,K2O>Na2O,鋁過飽和,暗色礦物組份少,鈾含量較高,普遍含細分散的晶質鈾礦,活動鈾比例大。成礦物質來源主要是花崗巖體。礦石物質成分一般較簡單,伴生組分少。主要工業礦物為瀝青鈾礦,其含氧系數大,釷含量低,僅在個別礦床中發現少量鈾石、鈦鈾礦等,除鈾礦物外,其它常見的金屬礦物主要有黃鐵礦、白鐵礦和赤鐵礦等。脈石礦物主要有堿性長石、微晶石英、螢石、方解石、綠泥石、絹云母,少量蒙脫石、高嶺石等。不同的礦石類型具有不同礦物組成。2.2巖之間的、并與同一巖石的同一主要產于火山-侵入雜巖體內或近外圍,成礦主巖有“碎斑熔巖”、花崗斑巖、石英斑巖、流紋斑巖、流紋英安斑巖、中基性脈巖、隱爆角礫巖等,對一個礦床來說,常有多種含礦巖性,控礦構造形式復雜,礦體多呈陡傾的脈狀、群脈狀,與隱爆角礫巖有關的礦化常呈柱狀、襄狀。斑巖體是一種廣泛分布的淺成-超淺成侵入巖,是介于深成巖與火山巖之間的、并與之并列的一類巖石的統稱。相山礦田鄒家山等礦床產于“碎斑熔巖”、流紋英安斑巖中,“碎斑熔巖”、流紋英安斑巖實際上是呈斑狀結構的斑巖類巖石,并非傳統意義上的火山巖,而且礦化與花崗斑巖穿插有關,故將此類“火山熔巖”中的脈狀礦床歸于與斑巖體有關的熱液鈾礦床范疇。該類礦床伴生的圍巖蝕變強烈,如鈉長石化、綠泥石化、碳酸鹽化、螢石化、水云母化等,礦石礦物成分復雜,金屬礦物以瀝青鈾礦為主,次有鈦鈾礦、鈾石,少數礦床見含釷瀝青鈾礦、含釷鈦鈾礦、含鈾釷石等;其它金屬礦物有赤鐵礦、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、硫鉬礦、輝鉬礦、膠硫鉬礦、輝銀礦等,有的礦床出現斑銅礦、砷銅礦、磁黃鐵礦、白鐵礦等。脈石礦物以石英、螢石、方解石、絹云母、綠泥石為主,其次有白云石、鈉長石、重晶石等。伴生元素有Th、Mo、Ag、F、Pb、Zn等,鉬在很多鈾礦床中形成獨立的鉬礦物,如膠硫鉬礦、輝鉬礦等,鉬礦化形成常晚于鈾礦化。釷、銀、鉛、鋅等有時可達綜合利用的品位。鈾礦床成因模式多數認為屬“雙混合成因模式”,即成礦熱液和鈾的來源都具有雙重來源和混合的性質。2.3含礦地層及含礦垂幅產于中生代火山盆地內,受火山巖層控制,成礦火山巖層實際上是火山巖系地層,包括火山巖、火山碎屑沉積巖及沉積碎屑巖夾層,厚度一般為20~200m,剛柔巖層相間出現,常見的成礦圍巖有流紋巖、熔結凝灰巖、晶屑凝灰巖、沉凝灰巖、凝灰質砂巖、粉砂巖、火山角礫巖、粗面巖、安山巖等。單個礦床的含礦巖性往往較單一。控制礦體的構造主要是層間或順層構造,常沿噴發間斷面或不整合面發育。礦體形態多為似層狀、透鏡狀,有的礦床其礦帶總體上沿含礦層分布,但單個礦體受含礦層內的陡傾切層裂隙控制而呈脈狀。礦床的礦化垂幅與巖層產狀有關,陡傾的巖層礦化垂幅較大。近礦圍巖蝕變普遍且較強烈,較常見的是酸性蝕變,如粘土化、迪開石化、水云母化、膠磷礦化等,由礦體中心向外往往具有硅化帶—迪開石化帶—水云母化帶的水平分帶現象。礦石中鈾的存在形式,除鈾礦物外,常以分散吸附狀態存在于粘土礦物、有機質、膠磷礦、火山灰等介質中。2.4鈾礦床或含礦思想廣泛分布于上震旦—下二疊統碳硅泥巖層位中。碳硅泥巖是指碳酸鹽巖、硅質巖、泥質巖及其過渡性巖石組合的沉積建造,形成于陸塊邊緣及其鄰近褶皺帶的過渡地帶邊緣淺海、古隆起、古島嶼相隔的局限淺海還原沉積環境,水動力條件相對平靜,沉積速度緩慢,為溫濕的古氣候條件。含礦主巖巖性豐富多樣,以薄層的過渡性巖石組合為其重要特征,如不純灰巖、泥質白云巖、硅質灰巖、炭質硅質巖、硅質泥巖、炭質泥巖等呈頻繁互層或夾層,巖系厚度一般僅幾十米至一二百米。除這種典型的碳硅泥巖組合外,通常還包括硅灰巖組合和硅質巖組合。另一特點是富含黃鐵礦、有機質、磷質和粘土礦物等聚鈾劑。產鈾巖層一般都是剛柔相間,機械物理性質及化學性質迥然相異的巖石組合,俗稱“排骨層”。其含鈾性較高,一般為10×10-6~50×10-6,局部沉積成巖可形成鈾礦床,如麻池寨礦床,平均品位達0.06%~0.08%,厚0.8~2.8m。通常它既是鈾源層又是儲鈾層。鈾礦床具有層控性、多層性,明顯受一定層位和巖相帶控制,常多層位含礦,但具主含礦層。礦體常呈似層狀、透鏡狀。含礦構造主要是層間破碎帶,在向斜或背斜的翼部產出。區內一般少見巖漿活動,有些地區見有花崗巖體但與成礦時差大,無成因上的聯系。圍巖蝕變較明顯,常見有硅化、黃鐵礦化、水云母化、赤鐵礦化、高嶺石化等,蝕變強度一般不大,常富含Ni、Co、V、Y、Cu、Pb、Zn、Mo、P等伴生元素,這些特征的兩性元素與含礦黑色巖系密切相關。礦石物質成分一般較簡單,除瀝青鈾礦外,有少量金屬硫化物,脈石礦物有石英、方解石、螢石、重晶石等。2.5含礦層結構及成礦來源產于中新生代陸相沉積盆地中,含礦的砂巖層位有兩個,一是白堊紀紅色碎屑巖建造中淺色或灰綠色砂巖層,另一是侏羅紀含煤或含炭碎屑巖建造中的砂巖層。前者是區內的主要含礦砂巖層位,后者的典型實例是白面石礦床。礦化在一定程度上受巖性、巖相控制,沿一定的巖性層(如“淺色層”)分布,主要原因是含礦層具有有利于礦化富集的結構構造或巖性特征,由于含礦地層大多是貧鈾層,不具備鈾源層的作用,成礦物質主要來源于附近的富U層或花崗巖基底或深部巖漿房。與成礦有關的圍巖蝕變,有的礦床較簡單,僅發育綠色水云母化等,有的礦床較復雜,具有火山熱液蝕變的特點,并形成U、Pb、Zn、Mn、Ag元素組合。本類礦床與產于砂巖中的與花崗巖體有關的熱液鈾礦床(原稱花崗巖外帶型礦床,如廣東河源礦床、安徽昆山礦床等)的根本區別是,本類礦床受淺色層或含炭砂巖控制,礦體產狀與層位近一致,與產鈾花崗巖體關系不明顯。3成礦空間變化規律3.1州中南緣鈾礦帶20世紀80年代,杜樂天先生就曾注意到,華南數省鈾礦的分布大致可劃分出三大成礦域,即西礦域、中礦域和東礦域。其中西礦域是指湘、桂、黔、鄂東南、皖南及粵西北的廣大區域,臨武-郴州-茶陵大斷裂以西,萍鄉-廣豐斷裂以北,云開隆起以北。西礦域處揚子地塊東南部,火山巖、斑巖不發育,花崗巖體埋藏較深,多呈孤立的小巖體出露,但富U地層分布廣泛,鈾礦類型以碳硅泥巖型為主,花崗巖型、砂巖型也占有重要地位。中礦域包括江西中南部、湖南東部和廣東北部,西界為臨武-郴州-茶陵大斷裂,北界到江西樂安,東界為河源-邵武大斷裂,南界為清源-紫金緯向構造帶。中礦域巖漿侵入活動強烈,富U巖體廣布,發育大量大硅化帶、蝕變帶,而古生界蓋層(富U巖系)零星分散,剝蝕無幾,是花崗巖型鈾礦最集中的區域。東礦域指浙、閩、贛東(北),粵東北的區域,酸性火山巖大片分布,和花崗巖體交錯共生,斑巖活動頻繁,火山巖型、斑巖型鈾礦具有重要的勘探開發意義。總體看,從西向東,鈾礦類型有從碳硅泥巖型→花崗巖型→斑巖型→火山巖型變化的趨勢。近年來,核工業地質系統專家對華南鈾礦的區域分布規律進行了新的總結歸納,認為華南地區,以欽-杭結合帶為界,分布兩個緊相鄰的北東向鈾成礦省,一個是揚子陸塊東南部鈾成礦省,主體位于揚子陸塊隆起帶上,也包括形成于揚子陸塊基底斜坡上的湘桂褶皺帶,中新生代受太平洋大洋板塊運動影響,又成為大陸構造—巖漿活化帶的一部分,其成礦特點是發育中生代與花崗巖體有關的熱液鈾礦床及與碳硅泥巖層有關的層控礦床,可進一步劃分為郴州-欽州、雪峰山-九萬大山、幕阜山—衡山和棲霞山—廬樅4條成礦帶;另一個是華夏陸塊鈾成礦省,主體位于華夏褶皺系內,局部跨越了華夏褶皺系,由于靠近沿海地區,受太平洋大洋板塊活動影響非常強烈,發育大量的與中生代火山巖層、斑巖體以及花崗巖體有關的鈾礦床,是中國最重要的鈾成礦省,有贛杭、武夷山、桃山-諸廣3條成礦帶(圖1,表2)。在每一鈾成礦帶內往往有多種類型鈾礦床共存,構成成礦系列,但有1~2種為主要成礦類型,并呈現有規律的空間變化,如贛杭鈾成礦帶基本上是與火山巖層和斑巖體有關的層控或熱液鈾成礦帶;而武夷山鈾成礦帶北部發育火山巖型和斑巖型鈾礦床,往南部逐漸發育花崗巖型鈾礦床;幕阜山-衡山鈾成礦帶,北部以碳硅泥巖型礦床為主,中部出現花崗巖型鈾礦床,南部出現砂巖型鈾礦床。3.2蝕變分帶與成礦熱液礦化蝕變的垂向變化或分帶研究是人們掌握成礦的全過程和建立礦床成因模式最重要的內容,也是找礦勘探和資源評價過程中的必須工作。我國早在20世紀中期,就已研究發現了與花崗巖有關的鎢、錫、鈹、鈮、鉭和稀土礦床、斑巖銅鉬礦床、玢巖鐵礦床等礦床類型的礦化蝕變的垂向分帶規律。如在西華山鎢礦建立起“上有鎢、錫、鈹,下有鈮、鉭”的概念;在德興斑巖銅礦床,得出:從斑巖體內部到外部圍巖或自下而上,圍巖蝕變的更替次序是:鉀長石化和黑云母化帶→絹英巖化和黃鐵絹英巖化帶→硅化和泥化帶,成礦元素的更替次序為:W、Bi→Mo→Cu→Ni、Co→Pb、Zn→Mn;對于玢巖鐵礦,發現K2O與Na2O在深度上存在著明顯的反消長關系,即“鈉是隨著深度而增加,而鉀的情況相反”。熱液鈾礦床的垂向分帶現象在前蘇聯做過較多工作,發現斯特列措夫鈾鉬礦床有明顯的上酸下堿的蝕變垂直分帶規律:上部水云母化、蒙脫石化,中部水云母化,向下過渡為鈉長石化。對于華南熱液型鈾礦床,雖然不是每個礦床都有垂直分帶現象,但有些礦床,特別是有些斑巖型和花崗巖型鈾礦床,垂向分帶現象是明顯的,這已被認為是一種熱液鈾礦床的垂向分帶規律,主要表現在以下幾方面:(1)上酸下堿的圍巖蝕變分帶典型的酸性蝕變,如高嶺石化、螢石化出現在礦床的上部,典型的堿性蝕變,如碳酸鹽化、鉀(鈉)長石化等一般存在于礦床下部,而在礦床中部富礦部位常見弱酸性-弱堿性蝕變條件下形成的絹(水)云母化、蒙脫石化、綠泥石化、綠(黝)簾石化等蝕變現象。相山礦田鄒家山礦床礦化垂幅>1000m,典型的上部酸性蝕變帶可能已遭受剝蝕,中下部的圍巖蝕變也具有垂向分帶規律,表現為,隨深度的增加,水云母化趨于減弱,堿交代作用(鈉長石化、綠泥石化、磷灰石化)逐漸增強,成礦熱液的演化與典型的巖漿熱液礦床類似,早期是一種高化學能量、高溫和復雜成分的堿性溶液,形成較深部的堿交代蝕變,晚期熱液的性質發生明顯變化,向上運移的距離也增大了,水云母化成為主要的蝕變類型。礦石化學成分表現在,隨深度的增加,SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、TiO2、MnO變化規律不明顯,僅Na2O含量有明顯的增高趨勢,K2O有降低的趨勢(圖2),這可能與從上而下綠泥石化和鈉長石化逐漸增強、水云母化逐漸減弱有關。而K2O+Na2O的值由淺部到深部變化不大。P2O5含量因為U含量不同而呈現較復雜變化特點,但P2O5/U則呈現明顯的從上而下逐漸增加的趨勢(圖3),說明由淺入深磷灰石化逐漸增強。(2)上氧化下還原的礦石類型分帶諸廣山南部棉花坑(302)礦床9號帶,礦石類型從上至下可分為紅色帶、灰色帶和灰綠色帶(圖4)。紅色(氧化)帶:石英-赤鐵礦-黃鐵礦-瀝青鈾礦組合,礦體變化大,平均厚度2.09m,平均品位0.138%;灰色(過渡)帶:具有紅色帶和灰綠色帶特征,礦體平均厚度2.13m,平均品位0.156%;灰綠色(還原)帶:石英-水云母-綠泥石-黃鐵礦-瀝青鈾礦組合,赤鐵礦消失,礦體平均厚度2.35m,平均品位0.133%。贛中桃山礦田大布(6217)礦床,也有類似的分帶規律,上部主要為鈾-赤鐵礦型礦石,下部逐漸向鈾-綠泥石型礦石過渡。(3)上老下新的成礦年齡分帶,諸廣南部不同年齡瀝青鈾礦空間分布總體趨勢是,賦礦標高從高到低,瀝青鈾礦成礦年齡由大逐漸變小,標高800m以上的瀝青鈾礦年齡在100Ma左右,如361、2404礦床礦點。標高500m以下的瀝青鈾礦年齡較小,一般為70~77Ma,甚至18Ma。同一礦床,淺部瀝青鈾礦年齡偏大,深部瀝青鈾礦年齡偏小。下莊礦田希望(330)礦床,從標高323m、426m、485m取瀝青鈾礦,其年齡值分別是45Ma、60Ma和71Ma,年齡梯度為每深100m年齡梯堿14.4~18.6Ma。桃山礦田大布(6217)礦床相鄰的兩條勘探線剖面上的ZK713-4孔131.5m和ZK711-17孔292m(標高約0m)深處取的兩個瀝青鈾礦樣品,其年齡分別為65Ma和41Ma,標高相差約156m,深部的瀝青鈾礦比淺部的瀝青鈾礦年齡小24Ma,即由淺到深,瀝青鈾礦年齡有變小的趨勢。(4)成礦組分垂向分