江西相山鈾礦田中斷裂與水相變耦合成礦——以鄒家山礦床鈾成礦作用分析為例

胡寶群，呂古賢，孫占學，李滿根，史維浚，李學禮，王運，白麗紅

(1.東華理工大學放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國防重點學科實驗室，江西撫州344000;2.東華理工大學 核資源與環(huán)境教育部重點實驗室，江西南昌330013;3.中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所，北京100081)

江西相山鈾礦田中斷裂與水相變耦合成礦
——以鄒家山礦床鈾成礦作用分析為例

胡寶群1，2，呂古賢3，孫占學1，2，李滿根1，2，史維浚1，李學禮1，王運1，白麗紅1

(1.東華理工大學放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國防重點學科實驗室，江西撫州344000;2.東華理工大學 核資源與環(huán)境教育部重點實驗室，江西南昌330013;3.中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所，北京100081)

在已知成礦帶和礦床中，隨著找礦和開采的進行，已有的和新發(fā)現(xiàn)的資料積累越來越多。一個好的成礦理論，可以給這些資料較為統(tǒng)一的、合理的解釋，還可能為老礦區(qū)(帶)的深部和外圍找礦指出一些新思路和新標志。據(jù)熱液礦床水相變控礦理論，水相變可導致水的物理化學性質(zhì)突變，使成礦物質(zhì)被釋放而成礦，在熱液成礦作用中斷裂降壓引發(fā)水相變，是熱液成礦作用的必要條件，斷裂與水相變耦合是認識熱液成礦作用的關(guān)鍵?；谏鲜瞿康暮退悸罚疚囊脏u家山熱液鈾礦床為例，在綜合前人研究成果的基礎(chǔ)上，重點介紹了該礦床物質(zhì)組成及含礦斷裂特征方面近期研究成果，用熱液礦床水相變控礦理論，分析了鄒家山鈾成礦作用過程，并初步探討了相山礦田及華南鈾熱液成礦作用。指出在相山等華東南的鈾礦田中，常見先形成X節(jié)理，后在力偶作用下沿X節(jié)理的一枝發(fā)生一組平行滑動，形成間斷、側(cè)列、菱形的張性小斷塊，從而出現(xiàn)總體擠壓、局部拉張降壓的環(huán)境，壓力降低引發(fā)水相變而使成礦物質(zhì)沉淀成礦。

水;相變;蝕變;斷裂;熱液鈾礦床;相山

熱液鈾礦床是我國主要的鈾礦類型，占鈾儲量和生產(chǎn)量的很大部分，特別是在我國南方。根據(jù)賦礦圍巖的不同，又可分火山巖型、花崗巖型和碳硅泥巖型等。關(guān)于南方熱液鈾礦床的研究非常多(胡瑞忠等，2007;張萬良和李子穎，2005;邵飛，2000;Hu et al.，2009;Lin et al.，2006)，國家投入非常大，積累了豐富的成果。在工作程度很高的已知礦帶還能否發(fā)現(xiàn)新的礦床、已開采礦床深部是否還有新礦體?這是南方鈾礦找礦中普遍性問題，一直困惑人們，也是礦山企業(yè)迫切需要解決的問題。

用新成礦理論研究老礦床、礦帶，可能給人們帶來一些新思維和啟示。本文主要以火山巖型鈾礦為例，用熱液礦床水相變控礦理論(WPCHM)(胡寶群等，2009b，2011)來分析相山鈾礦田，試圖開啟新的研究角度，為華南新一輪鈾礦找礦提供一些思路。

1 相山礦田地質(zhì)概況

江西相山鈾礦田是我國最大的火山巖型鈾礦床聚集區(qū)。該礦田受火山－侵入雜巖控制，雜巖體平面形態(tài)呈橢圓形，東西長26 km，南北寬16 km，面積約310 km2(圖1)。基底有震旦系片巖、千枚巖、板巖及上三疊統(tǒng)煤系地層。組成火山盆地的巖石為一套上侏羅統(tǒng)火山巖系，總厚度達2900 m，可分成上下二組:下部為打鼓頂組(J3d)，由砂礫巖、粉砂巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋英安巖(最厚達529 m)等組成;上部為鵝湖嶺組(J3e)，由砂礫巖、粉砂巖、熔結(jié)凝灰?guī)r和巨厚層碎斑熔巖(最厚大于2000 m)組成。在這套火山巖系中有白堊紀煌斑巖(輝綠巖)、英安斑巖、流紋英安斑巖、花崗斑巖侵入。在礦田的西北部分布上白堊統(tǒng)南雄組磚紅色夾灰色砂礫巖、砂巖蓋層。

圖1 相山鈾礦田區(qū)域地質(zhì)(a)與鈾礦床分布圖(b)(引自曹壽孫等，2009)Fig.1 The regional geological map and uranium deposit distribution of the Xiangshan ore-field

已有的大量研究表明(張鴻等，2009;張萬良和李子穎，2005;孫占學，2004;邵飛，2000):相山礦田主要礦化類型有堿交代型和螢石－水云母型兩種，后者占優(yōu)勢。北部鈾礦床多屬堿交代型，主要賦存于次火山巖體內(nèi)，礦化年齡多集中于120 Ma左右。西部則屬螢石－水云母型，礦化年齡大多為100 Ma左右，主要賦存在碎斑熔巖和流紋英安巖內(nèi)，為火山熔巖型鈾礦床。礦石礦物主要有瀝青鈾礦、鈦鈾礦、鈾石、鈾釷石等，近2年來在鄒家山4號帶發(fā)現(xiàn)礦石中含較多鈦鈾礦，與瀝青鈾礦含量大致相近(王運等，2010)。主要脈石礦物為組成含礦斷裂泥的水云母、綠泥石、絹云母、高嶺土、石英等，此外還有少量螢石、黃鐵礦、方解石、磷灰石等。

礦田內(nèi)已發(fā)現(xiàn)礦床密集分布于礦田北部和西部，東部僅有云際礦床，其他地區(qū)僅有一些小礦點。根據(jù)近礦圍巖的不同，大致可分為火山熔巖型、次火山巖型和爆發(fā)角礫巖型。鄒家山、云際、居隆庵礦床為火山熔巖型，橫澗、崗上英、沙洲礦床為次山巖型，爆破角礫巖型僅有巴泉礦床。這些礦床的共同特點是:(1)臨川－永豐白堊紀斷陷盆地東南邊部斷裂帶切過破火山盆地，盡管云際礦床位于中間偏北部，但相山絕大部分礦床都分布于盆地東南緣斷裂(大致相當于鄒家山－石洞斷裂所在位置)以西(圖1)。(2)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的礦床主要產(chǎn)于相山火山塌陷盆地的火山巖及次火山巖中，礦床產(chǎn)出受火成巖控制是普遍接受的觀點。但賦礦圍巖有熔巖、次火山巖，顯示鈾成礦沒有更細的巖性專屬性。(3)盡管礦床類型不同，礦化都嚴格受斷裂控制。礦石主要為礦化斷裂角礫、斷層泥及兩側(cè)強蝕變圍巖，一旦離開斷裂及兩側(cè)強蝕變圍巖，就基本不含礦、鈾含量低于0.01%。

2 鄒家山礦床地質(zhì)特征

鄒家山礦床是相山礦田中火山熔巖型鈾礦的典型。地表出露幾乎全為碎斑熔巖，往深部有流紋英安斑巖、凝灰質(zhì)碎屑巖透鏡體(產(chǎn)于碎斑熔巖與流紋英安斑巖之間)及變質(zhì)巖。

礦化主要發(fā)生于流紋英安斑巖和碎斑熔巖中，嚴格受斷裂或裂隙構(gòu)造控制。工業(yè)礦體480多條，以中、小礦體為主，儲量大于100 t的僅有2個，礦化垂幅大于700 m。礦體呈脈狀、透鏡狀，成群、成帶出現(xiàn)，依次分為 1、2、3、4、14、19 號礦帶等(圖2)。一般單條斷裂控制的礦體規(guī)模較小、品位較低，由多條裂隙側(cè)列或呈小的交角所組成的裂隙密集帶、可形成富大礦體。多條礦體平行側(cè)列所組成的礦帶，往往可延伸上百米甚至數(shù)百米。礦體產(chǎn)狀總體上較穩(wěn)定、近于平行，但不同礦帶間略有差異，各礦帶在不同深度富集部位自北東到南西側(cè)伏明顯。礦石礦物主要有瀝青鈾礦、鈦鈾礦、含釷瀝青鈾礦、鈾釷石、鈾石、方釷石和磷釷石，以瀝青鈾礦和鈦鈾礦為主。伴生的其他金屬礦物主要有黃鐵礦、赤鐵礦、輝鉬礦等。脈石礦物包括水云母、綠泥石、石英、螢石、方解石、磷灰石。礦石礦物的分布呈脈狀、網(wǎng)脈狀、細脈狀、球粒狀，有時為浸染狀。整個礦床鈾平均品位大于 0.3%，為富鈾礦床，伴生 Th、Mo、REE等(張樹明等，2009;張萬良和李子穎，2005;邵飛，2000;Hu et al.，2009;Lin et al.，2006)。

圖2 鄒家山礦床地質(zhì)圖及綜合剖面圖(據(jù)邵飛，2000修改)Fig.2 The geological map and comprehensive profile of the Zoujiashan uranium deposit

3 鄒家山礦床的礦體特征

鄒家山礦床的礦體，主要表現(xiàn)為斷裂裂隙中的含礦構(gòu)造巖(泥)及兩側(cè)強蝕變圍巖。含礦構(gòu)造巖很薄，僅數(shù)十厘米，但鈾品位高，多在0.3%以上，最高達10%。含礦裂隙兩側(cè)的強蝕變圍巖厚度不一，多數(shù)在十厘米至1 m左右;與含礦構(gòu)造泥富礦比較，這些強蝕變圍巖中鈾品位明顯偏低，多在0.05%以下。

3.1 橫切礦體剖面的化學成分變化

為研究礦體化學成分的變化，在鄒家山－210 m和－170 m中段各選擇了一個典型含礦斷裂剖面，在含礦斷裂的上盤、裂隙中和下盤分別采取若干塊樣品，包括弱蝕變圍巖、強蝕變圍巖、裂隙中含礦構(gòu)造泥(圖3)，化學成分分析結(jié)果見表1。

由圖3可見，裂隙中構(gòu)造巖富礦體的寬度僅20～50 cm、為斷裂所控制，斷裂邊界(即富礦體邊界)清晰;在這些黏土化的構(gòu)造巖中，順斷裂的片理化十分明顯。在斷裂邊界兩側(cè)發(fā)育很窄的紅化、水云母化、綠泥石化等強蝕變，這些強蝕變圍巖僅十幾厘米，有的可達幾十厘米，現(xiàn)場物探測量屬貧礦或表外礦。再向外的兩側(cè)就是弱蝕變圍巖，幾乎不含礦、鈾含量低于0.01%。

圖3 鄒家山礦床典型礦體剖面Fig.3 The typical profile of orebodies in the Zoujiashan uranium deposit

表1 鄒家山礦床－210 m和－170 m中段礦體剖面化學成分(%)Table 1 Chemical compositions of ores from－210 m and－170 m levels of the Zoujiashan deposit(%)

按橫切過礦體的剖面，比較礦體與上下盤圍巖化學成分，可知:

(1)在裂隙中的構(gòu)造泥里，鈾含量最高、達1%以上。向兩側(cè)強蝕變圍巖鈾的含量急劇下降，兩側(cè)僅十幾厘米遠處的鈾含量就降至0.05%以下。再向外兩側(cè)弱蝕變圍巖中，物探測量在0.01%以下。顯而易見，鈾礦化嚴格受斷裂控制。

(2)U、TiO2、S、P2O5、Al2O3、燒失量、CO2在斷裂帶中(即富礦體)明顯增高。

(3)含礦斷裂中構(gòu)造巖富礦中SiO2明顯下降，CaO、Na2O、FeO 略有下降。

(4)在橫切礦體剖面中變化不大或變化規(guī)律不明顯的組分有 K2O、MnO、MgO、Fe2O3。

(5)兩個剖面礦石中的CO2含量相差很大。在前一個剖面(－210-1-10-7-4沿脈)礦石中略有增加，后一個剖面(－170-2-1沿脈)礦石中明顯增加。

3.2 礦石化學成分特征

鄒家山礦床中的礦石，一部分為斷裂裂隙中的泥化構(gòu)造巖即富礦石，為碎斑熔巖或流紋英安斑巖經(jīng)斷裂研磨后，發(fā)生強水云母化、綠泥石化為主，并含較多螢石、方解石、黃鐵礦等的斷層泥所組成，手標本上呈片狀構(gòu)造，多表現(xiàn)為泥質(zhì)、疏松，可見有明顯的鈾礦物;在顯微鏡下富礦石主要表現(xiàn)為強烈水云母化等泥化，片狀構(gòu)造明顯，含大量的黃鐵礦(2%～5%，局部高達10%)，黃鐵礦氧化現(xiàn)象明顯、變成褐鐵礦。另一部分為斷裂兩側(cè)近距離的蝕變巖，即貧礦和表外礦，這些低品位礦石的特征是仍保存有原巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，但大多發(fā)生水云母化、紅化。

對鄒家山礦床現(xiàn)正開采的礦體進行系統(tǒng)取樣，采集含礦斷裂中的富礦及兩側(cè)蝕變圍巖。按鈾含量由高到低排列，分別統(tǒng)計富礦(鈾含量大于0.3%)、貧礦(0.05%～0.3%)及表外礦(低于0.05%)的化學成分平均值(表2)。可發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律:

(1)根據(jù)鈾的含量分為3個明顯不同區(qū)段，分別對應著富礦、貧礦及表外礦。富礦石為裂隙中的含礦構(gòu)造巖(泥)，貧礦石即為近斷裂強蝕變圍巖，而表外礦石則為離斷裂稍遠(但一般不超過60 cm)的弱蝕變圍巖。6個富鈾礦石樣品品位變化于1.332%～5.22%，平均達 2.833%。11個貧鈾礦石樣品品位變化于0.0474%～0.2246%，平均為0.1143%。15個表外礦石樣品品位變化于0.0106%～0.0376%，平均為0.0285%。

表2 鄒家山礦床礦石化學成分(%)Table 2 Chemical compositions of ores in the Zoujiashan uranium deposit(%)

(2)比較3 類礦石，富礦石中 U、P2O5、TiO2、S、Al2O3、燒失量含量明顯偏高，而 SiO2、CaO、Na2O、CO2明顯偏低。

(3)在3類礦石中，MgO、TFeO、K2O、MnO 的含量區(qū)別不大。

僅求出平均值還不足于反映出富礦、貧礦和表外礦之間的化學成分差異。按鈾含量高低排序作圖4，顯示出:

圖4 鄒家山礦床礦石中化學成分變化Fig.4 The compositions of the ores from the Zoujiashan uranium deposit

(4)U含量與TiO2、P2O5、S的含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。

(5)U含量與SiO2含量有弱的負相關(guān)關(guān)系，而U含量與Al2O3含量有弱正相關(guān)關(guān)系。

(6)U含量與K2O、Na2O的含量關(guān)系不密切。K2O含量(平均值為3.24%)明顯高于Na2O含量(平均為1.33%)，且K2O、Na2O兩者之間顯示出大致的負相關(guān)關(guān)系。

(7)U含量與Fe2O3和FeO的含量關(guān)系不明顯，兩種價態(tài)的鐵平均值大致相近、兩者之間關(guān)系不明顯，但Fe2O3變化幅度明顯大于FeO的變化幅度。

(8)MgO、MnO、CaO三者在富礦中含量偏低，三者之間顯示出弱正相關(guān)關(guān)系。

(9)燒失量與CO2大致呈正相關(guān)關(guān)系。

綜合礦體剖面及礦石的化學成分研究推測:形成礦體時，在流體作用下發(fā)生黏土化，引起Al2O3增高。流體中帶來了S、P2O5等，燒失量在礦體中明顯增高是因為強烈蝕變加入了大量的水所致。TiO2通常認為是不活潑組份，可能是其他部分被帶出后，而 TiO2殘存下來，從而造成 TiO2增高。SiO2、Na2O、CaO在蝕變過程中被帶出。在富礦體中FeO略有降低，但總鐵變化不明顯，可能是受制于原巖的鐵含量。

3.3 鈾礦物組成及產(chǎn)狀

該礦床的鈾礦物主要為瀝青鈾礦、鈦鈾礦，據(jù)現(xiàn)有樣品研究瀝青鈾礦與鈦鈾礦的含量比例大致相近，這與近地表礦石礦物主要是瀝青鈾礦的現(xiàn)象區(qū)別明顯(王運等，2010)。其次還有少量的釷鈾石、鈾石和釷石等。鈦鈾礦多被認為高溫條件下形成，其大量出現(xiàn)顯示出成礦溫度的增高。樣品鈾礦物成分如表3。

各種鈾礦物的產(chǎn)狀不盡相同(王運等，2010):瀝青鈾礦與鈦鈾礦多共生在一起，都為不規(guī)則狀。瀝青鈾礦呈不規(guī)則狀充填于鈦鈾礦的縫隙之間，顯示瀝青鈾礦為后期充填。瀝青鈾礦和鈦鈾礦組成的不規(guī)則狀又產(chǎn)于伊利石等礦物周邊及空隙中。見有瀝青鈾礦產(chǎn)于黃鐵礦等硫化物顆粒周邊，或瀝青鈾礦產(chǎn)于磷灰石顆粒周邊，還常見有鈦鈾礦產(chǎn)于金紅石周圍。

表3 鄒家山礦床15井－210 m、－170 m中段鈾礦物電子探針分析結(jié)果(%)Table 3 Chemical compositions of uranium minerals at－210 m and－170 m levels of the Zoujiashan deposit(%)

綜合考慮礦石化學成分中U含量與 TiO2、P2O5、S的含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，推測金紅石、磷灰石、黃鐵礦是與鈾沉淀最密切的吸附劑或還原劑。當然，也不是所有的鈾礦物都產(chǎn)于這3種礦物的邊部，同樣即使是礦石中這3種礦物周圍也不一定都有鈾礦物。

3.4 含礦斷裂的力學特征

(1)鄒家山正在開采的－130 m、－170 m和－210 m中段主要巷道及采場中的礦體產(chǎn)狀較穩(wěn)定，多在 225°～305°∠35°～64°之內(nèi)變化，平均產(chǎn)狀為 263°∠49°。

(2)坑道中可見大量的X型節(jié)理。如在－210 m中段－210-1-10-7-4支巷中見到一對共軛X節(jié)理(圖 5a)，產(chǎn)狀分別為 352°∠62°和 232°∠64°，其中后者為含礦節(jié)理，其產(chǎn)狀與本區(qū)礦體的產(chǎn)狀大致相近。這對X節(jié)理的交匯處有個巖石破碎后形成的50 cm直徑的不規(guī)則空洞。用赤平投影，暫以銳角平分線為σ1，求得3個主應力方向分別為 σ1110.5°∠46.5°，σ2293°∠44°，σ3201.5°∠1°。σ2不在水平面中，而是向NWW44°傾斜;σ3大致在水平面上。

(3)圖5b是在－210 m中段－210-1-12-4沿脈掌子面的照片，主含礦斷裂帶的產(chǎn)狀為255°∠46°，裂隙正中央的礦體物探測量鈾品位為0.65%。從該掌子面可以清晰看出這是一個原共軛X節(jié)理、后又受到拉張而形成小菱形，含礦的一枝節(jié)理發(fā)生滑動，而另外一枝則不發(fā)育，表現(xiàn)出先剪后滑、局部出現(xiàn)張性空間的特征。上盤上滑、下盤下滑的滑移，從而在沿滑動面上整體表現(xiàn)為擠壓、而在局部形成拉張環(huán)境。

(4)圖5c為鄒家山礦床260 m中段露天采場巖壁的剪節(jié)理，兩組節(jié)理小角度相交，把巖石切成菱形小塊，沿一枝方向發(fā)生滑動，滑動面發(fā)育有構(gòu)造巖(泥)。

總的來看，鄒家山礦床中X型節(jié)理特別發(fā)育，含礦斷裂很大一部分為X節(jié)理中發(fā)生滑動的那一枝。表現(xiàn)為先剪切后滑動、從而在局部形成張性環(huán)境。

圖5 鄒家山礦床中的含礦斷裂Fig.5 Ore-bearing fracture in the Zoujiashan uranium deposit

4 鈾成礦作用討論

鄒家山礦床研究資料極豐富，可以形成不同研究角度的成礦作用模式。本文試圖根據(jù)該礦床物質(zhì)組成及產(chǎn)狀等最基礎(chǔ)的研究資料，運用熱液礦床水相變控礦理論探討鈾成礦作用。

4.1 鄒家山礦床成礦作用討論

據(jù)以上資料，簡要討論熱液深度和溫度、鈾沉淀過程、圍巖蝕變時成分變化及斷裂降壓成礦等。

通過鄒家山礦床正在開采的3個中段及原露天采場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在切過礦體的剖面，斷裂裂隙中構(gòu)造巖含鈾最高，在斷裂兩側(cè)圍巖鈾含量急劇下降至表外礦。這些含裂隙構(gòu)造泥厚度多在20～40 cm，薄者僅幾厘米，但鈾品位可達1%～6%，最高達10%。而離開裂隙幾厘米的蝕變圍巖鈾品位急劇下降，多降至0.05%以下，更有甚者，一塊手標本上正反兩面的物探測量鈾品位競相差幾倍;而且離開裂隙邊緣僅數(shù)十厘米，蝕變很弱，鈾品位低于0.01%。這些現(xiàn)象說明，礦化嚴格沿斷裂發(fā)育。據(jù)這些現(xiàn)象保守推測，鈾來源至少不是近礦兩側(cè)圍巖、而應該來源于鈾礦現(xiàn)在所處位置的下部(在近地表可能還有少部分來源風化淋濾)，至于是否來源于上地幔則不好推斷。有一些證據(jù)(Hu et al.，2009)顯示成礦流體中的氣體組成來源于地幔。鄒家山礦床螢石包裹體測溫92～418℃(張樹明等，2009)，正常地溫梯度為25～35℃/km，考慮到是火山巖地區(qū)，即使按50℃/km計算，熱液活動范圍可達近8 km(418℃)的深度，換言之，熱液活動可能把8 km及更深部的鈾帶至近地表。

在切過礦體剖面的裂隙中U、TiO2、S、P2O5明顯高于兩側(cè)圍巖。富礦石中U、TiO2、S、P2O5明顯高于貧礦和表外礦。電子探針分析發(fā)現(xiàn)，鈦鈾礦較瀝青鈾礦早形成，而瀝青鈾礦則充填于鈦鈾礦之間。且見到鈦鈾礦圍繞金紅石生長，瀝青鈾礦圍繞黃鐵礦和磷灰石生長 。據(jù)這些事實，推理如下:來源于下部的鈾在含水介質(zhì)中發(fā)生沉淀時，先是圍繞金紅石生長形成鈦鈾礦，或與鐵鎂礦物水化后釋出的TiO2結(jié)合直接生成鈦鈾礦，當鈦用完或被包裹之后，鈾才呈瀝青鈾礦充填于鈦鈾礦的縫隙中，或圍繞磷灰石、黃鐵礦生長。

含礦斷裂邊部常見刀切似的平直邊界，多表現(xiàn)為X剪節(jié)理。一些張性斷裂具規(guī)則鋸齒狀的邊部。含礦裂隙中有不少小菱形構(gòu)造巖(泥)塊，構(gòu)造巖(泥)片理化強烈。推測應是先在 σ1為 110.5°∠46.5°，σ2為 293°∠44°，σ3為 201.5°∠1°的應力狀態(tài)下形成X節(jié)理，仍在原有的應力場作用下發(fā)生沿X節(jié)理的一枝(大致與礦體產(chǎn)狀263°∠49°相近)的滑動，在沿滑移面上形成局部拉張環(huán)境。

在滑動時研磨了斷裂兩側(cè)的圍巖，并伴隨熱液作用發(fā)生水合、分解作用等，結(jié)果是SiO2、Na2O、CaO部分被帶出，即長石中的硅、鈣、鈉被帶走，鋁保留下來，水分增加，從而造成Al2O3相對含量增高，簡言之長石、云母發(fā)生了黏土化。在一些強蝕變的構(gòu)造巖(泥)(樣號－170-1-6-1-3)中可見長石已蝕變成磷灰石、伊利石和石英，但仍保持長石的外形，因此推測熱液帶來了P2O5。盡管礦石常有螢石化和方解石化，但多表現(xiàn)為后期產(chǎn)物，推測有F、CO2等后期加入。被保持下來、由于其他物質(zhì)的帶入和帶出而改變相對含量的是TiO2、K2O，其中TiO2通常被認為是難于運移的成分、應不是外來的，而K2O主要是由于形成水云母及絹云母等黏土礦物而不易遷出。在熱液作用下K、Na元素的行為差異，造成K易變成黏土礦而保存下來，這也可能是液體包裹體中多鈉而少鉀的原因，這與未蝕變花崗巖中鈉和鉀含量大致相近明顯不同。

本礦床蝕變強烈，主要有水云母化、綠泥石化、高嶺土化、紅化、黃鐵礦化、螢石化、方解石化等，證實沿裂隙曾有大量的熱液活動。但同時也要看到不是所有的斷裂都礦化了，僅有產(chǎn)狀大致為263°∠49°的斷裂發(fā)生礦化;即使是同期的X型節(jié)理、也常只有一枝發(fā)育礦化。

4.2 相山礦田鈾成礦作用討論

相山礦田鈾成礦年齡分為兩期，即100 Ma±和120 Ma±;礦化類型也分為兩類，即堿交代型和螢石－水云母型(張鴻等，2009;張萬良和李子穎，2005;孫占學，2004;邵飛，2000)。礦體主要產(chǎn)于火山熔巖和次火山巖中?；鹕綆r型鈾礦床中的礦體主要呈近南北走向(NNW至NNE)、傾向大致向東(NE至SE);而次火山巖型中的鈾礦與次火山巖墻走向相近，隨巖墻走向變化而變化。在鄒家山、橫澗和崗上英礦床(張鴻等，2009)中都發(fā)育著X節(jié)理及其中一枝發(fā)生滑動的現(xiàn)象。

成礦溫度也被認為是兩期:鄒家山礦床260 m和－130 m中段螢石中原生包裹體均一溫度變化于92～418℃(張樹明等，2009)，所測均一溫度明顯分出兩組，高溫組變化于193.9～418.3℃，集中分布于237.1～370.9℃，集中段平均為296℃;低溫組變化于 92.4～223.3℃，集中分布于 113.6～223.3℃，集中段平均為162℃。沙洲礦床螢石也分為兩個溫度段，高溫段306～347℃，平均為328℃;低溫組224～267℃，平均為247℃ (黃錫強等，2008)。同樣是沙洲礦，王蕾等(2008)所測的螢石中包裹體均一溫度變化于151.1～404.9℃，其溫度變化可分為3段:高溫組387.5～404.9℃，平均394℃;中溫組272.4～358.7℃，平均308℃;低溫組151.1～255.1℃，平均206℃。據(jù)上述兩個礦床均一溫度平均值，總體可分為3組:394℃、310℃左右(296℃、328℃、308℃)和200℃左右(162℃、247℃、206℃)。通常把394℃這一溫度視為成礦前的氣液活動，而認為相山存在兩期主要成礦溫度，即310℃±和200℃±。盡管都把高于374℃(水的臨界溫度)的均一溫度視為成礦前或成礦早期熱液溫度，但這些高溫度數(shù)據(jù)至少說明鈾成礦過程中的確存在過超臨界流體，即便所測試的礦物通常被認為是中低溫產(chǎn)物的螢石。鄒家山礦床中新近發(fā)現(xiàn)大量的鈦鈾礦(王運等，2010)，可作為成礦溫度較高的佐證。

推測相山礦田兩次熱液成礦作用:早期成礦年齡大致為120 Ma±，成礦溫度310℃±，對應的礦體產(chǎn)狀為 180°～210°∠35°～70°(以沙洲礦為代表)，可能是在火山雜巖體形成之后，相山西部臨川－永豐白堊紀斷陷盆地東南緣斷裂作用使得相山西部被抬升，造成體系中熱液流體相變而成礦。晚期成礦年齡大致為100 Ma±，溫度200℃±，對應的礦體產(chǎn)狀大致為 225°～305°∠35°～64°，平均為263°∠49°(以鄒家山為代表)，是X節(jié)理形成后，沿一枝滑動，從而總體擠壓滑動環(huán)境下出現(xiàn)局部菱形狀的張性空間而成礦。晚期成礦時的滑動可使早期成礦作用形成的礦體發(fā)生扭動，造成早期期礦體發(fā)生張開或產(chǎn)狀變緩等，兩期成礦作用疊加更有利于形成富礦，如沙西礦床(胡靜夫，1989)。

據(jù)熱液礦床水相變控礦機制(胡寶群等，2009b，2011)分析相山礦田，先期的X型節(jié)理破壞巖石封閉系統(tǒng)、降壓，從而使含水系統(tǒng)溫壓接近相變線點，從而開始孕育礦床即含水系統(tǒng)溶解大量的成礦物質(zhì)，隨后溫度降低至310℃時(大致相當于熱容變化的拐點處)礦質(zhì)沉淀成礦，大致是二級相變成礦。后期沿斷裂一枝滑移，形成局部拉張環(huán)境，降壓至遠離相變線，此時溫度大致200℃左右，水再次發(fā)生相變，使水中溶解的成礦物質(zhì)被釋放而成礦，大致相當于一級相變成礦。因此，識別含礦斷裂的重要標志有:或薄或厚的片理化強烈的構(gòu)造巖;在垂直滑動方向，礦體表現(xiàn)為較標準的菱形塊體，若在其他方向則表現(xiàn)為透鏡體狀或豆夾狀。

4.3 對華東南硬巖型鈾礦床成礦作用的思考

華東南硬巖型鈾礦床多為熱液礦床，在其形成過程中存在熱液，其礦質(zhì)是在熱液中溶解、遷移和沉淀的。不僅在相山，在下莊(潘家永等，2007)、諸廣(郭國林，2009①郭國林.2009.棉花坑花崗巖型熱液鈾床成礦機理研究.東華理工大學碩士學位論文:27－29.、贛南白面石(范洪海等，2007)和草桃背(顧大釗等，2008)等地的鈾礦床，螢石、石英和方解石等脈石礦物中都測到均一溫度超過水臨溫度374℃的包裹體。這應說明在鈾成礦過程中有超臨界水存在。

先發(fā)生X型剪切、后沿其中一枝發(fā)生滑動，局部形成張性降壓環(huán)境而成礦，礦體總體產(chǎn)狀與滑動的這一枝節(jié)理產(chǎn)狀相近，礦體多發(fā)育強烈蝕變的、片理化構(gòu)造巖，且多為富礦。這種現(xiàn)象不僅在相山存在，也存在于下莊礦田和諸廣礦田。在諸廣的百順礦床露天采場類似現(xiàn)象非常明顯:在采場掌子面有一條產(chǎn)狀145°∠50°左右的、刀切似的斷裂，其邊界平直，中間有0.4～0.6 m左右寬、片理化明顯的黏土化構(gòu)造巖(泥)，下部為礦體采空區(qū)。在下莊礦田的竹山下礦床露天采場，可見掌子面上蝕變閃長巖的北東側(cè)有一條0.5 m±寬、走向平直、寬度穩(wěn)定、產(chǎn)狀48°∠76°的片理化明顯的構(gòu)造巖帶，它大致沿閃長巖邊界但切過閃長巖和花崗巖，這條片理化構(gòu)造巖帶與此處的含礦斷裂破碎帶F1在掌子面上的產(chǎn)狀25°∠70°相近;在下莊地區(qū)伴隨這次滑動還發(fā)生了高溫熱液活動，從而在走向120°左右基性巖脈兩側(cè)的內(nèi)外邊界形成對稱的片理化現(xiàn)象，并伴有電氣石化、黑云母化等高溫熱液蝕變(胡寶群等，2003);在下莊礦田，基性巖脈近等間距分布，近等間距出現(xiàn)的交點型鈾礦，存在大量的不同規(guī)模和層次的X型斷裂(節(jié)理)。

我國地處幾個板塊之間，不同時期各板塊運動方向不同，同一構(gòu)造單元的不同時期應力狀態(tài)也會發(fā)生改變，總體上鈾礦床多定位于幾公里的淺處，巖石可視為脆性，因此隨著應力狀態(tài)的改變，可能出現(xiàn)多次“先擠后滑、總體擠壓局部拉張”的疊加，從而使成礦作用表現(xiàn)得更為復雜。華東南熱液成礦作用的年齡多在145～40 Ma之間(胡瑞忠等，2007)、多集中于120～80 Ma這一時段，正是華東南構(gòu)造伸展階段、形成斷陷盆地的時期，這些斷陷盆地與鈾成礦應是在大致相同的應力狀態(tài)下形成的，這種伸展應力狀態(tài)下在大尺度上形成變形的菱形狹長盆地，而在小尺度上則可能形成豆夾狀、透鏡狀小菱形塊的礦體。

區(qū)域伸展，形成一些深大斷裂，深部熱物質(zhì)上拱，地溫梯度提高;深大斷裂形成，熱壓存在的封閉條件消失，地壓梯度降低(胡寶群等，2008);壓力降低后各種巖石的熔點降低、礦物脫水溫度將下降，顯示出巖石圈減薄的等同效應。這些因素使原賦存于礦物中和巖石裂隙中的水分脫出，有利于火山巖和侵入巖的形成。脫出的水繼續(xù)上升至374℃附近，遇到適當?shù)膬刹浇祲簵l件，從而與鈾成礦產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。沿上述思路，華東南伸展期次與鈾成礦期次的對應關(guān)系及成礦的脈動性(胡瑞忠等，2007)可以得到較好的解釋;因地溫狀態(tài)和地壓狀態(tài)的改變，原賦存于各類巖石裂隙中及礦物中的水，被活化遷移，在恰當?shù)牡刭|(zhì)環(huán)境中如“將相變而未相變”時溶解大量的成礦物質(zhì)，而后進一步降壓，水發(fā)生相變而成礦物質(zhì)被釋放成礦。

隨著板塊活動，巖石圈的力學狀態(tài)改變(如華東南的巖石圈伸展和華北克拉通的破壞)，從而導致巖石圈的地壓梯度和地溫梯度的改變，礦物中及巖石裂隙或孔隙中含水量將發(fā)生改變。大致在450℃以上時這些改變主要影響巖漿熔融和侵入體形成，在450℃以下的合適環(huán)境中這些含水量改變可能影響礦質(zhì)的溶解、遷移和沉淀。此外，在臨界點374℃附近，因水的臨界奇異性將導致瞬時熱高壓、快速溶解礦物而明顯弱化巖石力學性質(zhì)，從而可能觸發(fā)地震(胡寶群等，2009a)。

5 結(jié) 論

以鄒家山熱液鈾礦床為例，在綜合了前人研究成果的基礎(chǔ)上，本文重點介紹了該礦床物質(zhì)組成及含礦斷裂特征方面的近期研究成果，用熱液礦床水相變控礦理論，分析了鄒家山鈾成礦作用過程，并初步探討了相山礦田及華南鈾熱液成礦作用?；窘Y(jié)論如下:

(1)鄒家山鈾礦中鈾礦體嚴格受斷裂控制，斷裂帶中的構(gòu)造巖(泥)含鈾最富，兩側(cè)蝕變圍巖中鈾的含量急劇下降。

(2)鄒家山鈾礦中的礦體形成，多數(shù)是早期X節(jié)理、后沿大致NNW方向的一枝滑動，從而形成總體擠壓、局部拉張環(huán)境而成礦，表現(xiàn)礦體沿走向及側(cè)伏向常尖滅再現(xiàn)或豆夾狀。

(3)用熱液礦床水相變控礦機制，初步解釋了鄒家山鈾礦“先擠后滑、總體擠壓局部拉張”成礦的過程，分析了相山礦田鈾成礦過程，討論了華東南巖石圈伸展背景下鈾成礦作用，并指出一些宏觀找礦標志。

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Mineralization and Fracture-Water Phase Transition Coupling in the Xiangshan Uranium Ore Field，Jiangxi

HU Baoqun1，2，LV Guxian3，SUN Zhanxue1，2，LI Mangen1，2，SHI Weijun1，LI Xueli1，WANG Yun1and BAI Lihong1
(1.Fundamental Science on Radioactive Geology and Exploration Technology Laboratory，East China Institute of Technology，F(xiàn)uzhou344000，Jiangxi，China;2.Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment，Ministry of Education;East China Institute of Technology，Nanchang330013，Jiangxi，China;3.Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing100081，China)

As exploration and mining proceed in metallogenic belt and deposits，a lot of new information and data about the mineralization will continuously be accumulated.It is necessary to give a more unified and rational explanation for these new material.A good metallogenic theory can even tell us some new ideas and exploring indicators about the deep and surrounding prospecting in the known metallogenic belt and deposits.In theory of water phase controlling hydrothermal mineralization(WPCHM)，the phase transition of water can cause the sharp variations of the physicochemical properties of water，in which the mineralization matter can be released to form hydrothermal deposit.The pressure decrease in fracture is essential to induce water phase transition.Therefore，the coupling of water phase transition and fracture is a key to understand the hydrothermal mineralization.Based on the theory，taking the Zoujiashan hydrothermal uranium deposit as an example and combining with previous researches，this paper introduces firstly the recent researches on the ore compositions and characteristics of ore-bearing faults.Then，with the theory(WPCHM)，the paper discussed the uranium mineralization processes of the Zoujiashan hydrothermal uranium deposit，the Xiangshan ore-field，and Southern China uranium province.From these studies，the paper indicated that in the Xiangshan uranium ore-field and Southern China the X-conjugate joints are often firstly formed，then a set of parallel slips occur later along one direction of the X-joints to form some intermittent diagonal rhombic small blocks of extensional environment.So the slipping fractures are allover compression environment except extensional rhombic blocks.The extensional blocks reduce the pressures which are so low that induce water phase transitions，and during the processes，the ore-forming material in the hydrothermal fluid are released to form uranium deposits.

water;phase transition;alteration;fracture;hydrothermal uranium deposit;Xiangshan

P611

A

1001-1552(2011)04-0502-011

2010－04－30;改回日期:2011－03－22

項目資助:國家自然科學基金(40862005、40872165和41172078)、江西省自然科學基金(2008GZH0053)、放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國防重點學科實驗室基金(2010)和江西省教育廳科技項目(2007-230)資助。

胡寶群(1965－)，男，教授，博士。主要從事巖礦地球化學研究。Email:bqhu@ecit.edu.cn