婁兆云
(福建省核工業(yè)二九四大隊(duì),福建 浦城 353400)
缺子山鈾礦床位于華南褶皺帶崇安中新生代斷陷式火山盆地南東翼,基底地層為古元古界南山組(Pt1n)低角閃巖相的變質(zhì)巖,巖石具混合巖化,原巖是一套大陸邊緣的陸源碎屑巖夾中酸性火山巖(薛振華,1993)。蓋層為三迭系焦坑組(T1j)正常沉積碎屑巖,侏羅系梨山組(J1l)含煤巖系,南園組(J3n)火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖和白堊系赤石群(K2ch)紅色碎屑巖(圖1)。缺子山地區(qū)的地質(zhì)工作始于1970年,華東608隊(duì)12小隊(duì)在1∶1萬伽瑪普查時(shí)發(fā)現(xiàn)。1973年起基建工程兵609團(tuán)在該點(diǎn)開展了地質(zhì)普查、伽瑪測量,以及槽、硐、鉆探等綜合地質(zhì)工作,80年代以前,缺子山地區(qū)對成礦的地質(zhì)認(rèn)識(shí)局限于“NW向構(gòu)造控礦”,在礦床中部施工的71個(gè)鉆孔主要針對F1,F(xiàn)3,F(xiàn)18,F(xiàn)27等NW向斷裂及其上下盤礦化進(jìn)行揭露。鉆孔控制深度較淺,一般50~180 m,最深255 m。前期認(rèn)識(shí)是:控礦構(gòu)造規(guī)模不大,含礦裂隙短小,不密集,工業(yè)礦體規(guī)模小,遠(yuǎn)景儲(chǔ)量小、不到百噸。自1992年以后,根據(jù)崇安盆地石源龍礦床普查工作經(jīng)驗(yàn)及對礦點(diǎn)大量資料的綜合整理,提出了層控礦床的認(rèn)識(shí),重新劃分礦區(qū)地層,確認(rèn)J3n2b-5為主要含礦層位,據(jù)此對J3n2b-5層位走向及傾向進(jìn)行深部追索,施工鉆孔22個(gè),累計(jì)進(jìn)尺7413.26 m,儲(chǔ)量有較大幅度增加。隨著地質(zhì)工作的深入,單一的“層位控礦”卻無法圓滿解釋J3n2b-4層位見礦,同一 J3n2b-5層位有的地段無礦的問題。本文在已有工作的基礎(chǔ)上,對缺子山鈾礦床控礦地質(zhì)因素進(jìn)行了深入的研究,提出“F14構(gòu)造控礦”,密集裂隙帶含礦的新認(rèn)識(shí),并對成礦遠(yuǎn)景進(jìn)行了分析。
礦區(qū)出露地層為上侏羅統(tǒng)南園組上組中、上段,為一套陸相中-中酸性熔巖和火山碎屑巖。南園組上組中段(J3n2b)分布在礦區(qū)東部,呈大面積出露,根據(jù)沉積-火山噴發(fā)韻律,可將中段進(jìn)一步劃分為7層(J3n2b-1~J3n2b-7)。(J3n2b)地層總體走向北東,傾向北西,傾角30°~38°,呈單斜分布,總厚度大于780 m。主要含礦層(J3n2b-5)的巖性以流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r,弱熔結(jié)凝灰?guī)r為主,少量含礫凝灰?guī)r,玻屑凝灰?guī)r,沉凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)粉砂巖。該層厚度穩(wěn)定,一般100 m左右,中上部裂隙發(fā)育,普遍見褪色蝕變。
圖1 缺子山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖Fig.1 The regional geological sketch map of Quezishan area
上段J3n2c分布在礦區(qū)西部,屬崇安盆地粒狀碎斑熔巖的邊緣部分,巖性為玻璃質(zhì)碎斑熔巖和霏細(xì)質(zhì)碎斑熔巖,根據(jù)巖性,巖相變化可劃分為和兩層。總厚度90 ~160 m,與中段呈斷層接觸或侵出超覆于其上(圖2)。
礦區(qū)內(nèi)火山巖相可劃分為火山噴發(fā)沉積相(J3n2b)和侵出相(J3n2c)二大類,鈾礦化主要賦存于火山噴發(fā)沉積相(J3n2b)的火山碎屑巖中。
礦區(qū)內(nèi)見基性巖脈,巖性為煌斑巖和輝綠巖,侵入于南園組地層中,巖脈受NW向斷裂構(gòu)造控制,呈巖墻或脈狀產(chǎn)出,寬0.5~1.8 m,走向北西,傾向北東,傾角60°左右,另在礦區(qū)東北角缺仔崗地區(qū)見一燕山晚期花崗斑巖,本區(qū)基性巖脈與花崗斑巖二者巖石均新鮮無蝕變,與鈾礦化關(guān)系不密切。
區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造按展布方向主要有北北東、北西、近東西向3組。
圖2 缺子山礦區(qū)地質(zhì)略圖Fig.2 The geological sketch map of Quezishan deposit district
北北東向斷裂:主要有F14,F(xiàn)14縱貫礦區(qū)西部,控制長大于6.0 km,寬2~8 m,地貌呈明顯的山谷,走向北北東7°~30°,傾向北西西,傾角74°~85°,局部傾向南東東,構(gòu)造帶中見次棱角狀-次滾園狀構(gòu)造角礫,大小為0.5~2.5 cm,大者可達(dá)7 cm,膠結(jié)物為破碎的巖石碎屑及構(gòu)造泥,局部可見斜沖擦痕和擠壓片理,為壓扭性斷裂,是區(qū)內(nèi)的主要控礦構(gòu)造。在F14構(gòu)造下盤,NW向F1斷裂構(gòu)造兩側(cè)約400 m范圍內(nèi),J3n2b地層中發(fā)育一系列NW走向的小斷裂,裂隙群,走向NW300°左右,傾向NE,傾角一般為60°。平面上近平行排列,單條裂隙延伸不遠(yuǎn),一般小于20 m,組合成密集裂隙帶時(shí)延伸大于350 m。裂隙的發(fā)育程度與鈾礦化的貧富有直接的關(guān)系,裂隙密度達(dá)15條/m2以上,巖石破碎成角礫狀,礦化最好,密集裂隙帶為主要含礦構(gòu)造(圖3)。
北西向斷裂:總體走向北西320°~340°,傾向北東,傾角60°~80°,為張扭性斷裂,構(gòu)造形跡較明顯的有 F1,F(xiàn)3,F(xiàn)18,F(xiàn)26,F(xiàn)27。斷裂規(guī)模一般較小,常以硅化斷裂破碎帶形跡出現(xiàn),常見輝綠巖、煌斑巖脈充填,為F14的伴生構(gòu)造,起導(dǎo)礦作用。
近東西向斷裂:此方向構(gòu)造形成較晚,屬礦后構(gòu)造,但對礦化破壞作用不明顯。
礦區(qū)內(nèi)各類火山巖巖石化學(xué)成分特征(表1)
由表1可知,區(qū)內(nèi)產(chǎn)鈾火山巖化學(xué)成分組合指數(shù)δ=[(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)]為 0.72~1.77,屬鈣堿性系列火山巖,巖石化學(xué)成分具富硅,鋁過飽和,偏堿性,K2O大于Na2O,屬高鉀類型,貧鈣、鎂、鐵。巖石化學(xué)指數(shù)具自身鮮明的特點(diǎn),可稱其為中國大陸型CA系列火山巖,為擠壓松馳-拉張-裂解的陸內(nèi)巖套(王玉生,1999)。含礦主要巖石鈾背景值及活性鈾,流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r鈾含量:(8 ~10)×10-6,活性鈾占 97.2%;弱熔結(jié)凝灰?guī)r鈾含量:(6 ~9)×10-6,活性鈾占 94.1%;均為良好的鈾源層體。
1.6.1 圍巖蝕變
根據(jù)蝕變礦物組合、蝕變礦物形成時(shí)間及其與礦化的關(guān)系,礦區(qū)分礦前期,成礦期,礦后期蝕變?nèi)N類型。
礦前期蝕變?yōu)榫G泥石化+水云母化,表現(xiàn)為綠泥石交代斜長石和黑云母,粘土類礦物交代硅酸鹽類礦物,形成水云母(圖4),典型的礦物組合為綠泥石+水云母+高嶺土+蒙脫石+碳酸鹽,蝕變巖石呈淺綠、淺灰色,蝕變范圍大、分布面積廣。地表走向長650 m,傾向長度已控制600 m,最大厚度110 m,一般厚度40~70 m。走、傾向延續(xù)性好,普遍有不同程度的破碎、破裂,北東及北西向緩傾和陡傾裂隙發(fā)育,巖石經(jīng)過水云母化后,抗壓強(qiáng)度較末蝕變巖下降44%(章邦桐,1990)??箟簭?qiáng)度的降低將促使其在成礦構(gòu)造活動(dòng)過程中進(jìn)一步發(fā)育密集的微細(xì)裂隙,導(dǎo)致蝕變巖石有效孔隙度增大,滲透性增強(qiáng),方便礦液的運(yùn)移,并為礦質(zhì)沉淀提供了空間。已探明的蝕變巖石主要發(fā)育于F14斷裂上、下盤J3n2b-5的中上部,上界面基本上受層位界面控制,下界面不規(guī)則,局部地段跨層進(jìn)入。主要礦體幾乎均分布于蝕變巖石中。
圖3 缺子山鈾礦床含礦裂隙特征Fig.3 Ore-bearing fracture characteristics in the Quezishan uranium deposit
表1 缺子山礦區(qū)火山巖化學(xué)成分Table1 Volcanic rock chemical composition in quezishan mining area
成礦期蝕變分二期:早期為赤鐵礦(紅化)+水云母化。特征為赤鐵礦交代晶屑鉀長石、斜長石或交代基質(zhì),一般沿構(gòu)造、裂隙呈脈狀、帶狀、浸染狀分布,使巖石發(fā)紅是早期鈾礦化的標(biāo)志。該階段水云母化與紅化伴生,典型的礦物組合為瀝青鈾礦+赤鐵礦+水云母+高嶺土;成礦溫度200℃ ~300℃(周肖華等,2012)。晚期為多金屬硫化物(黑化)+水云母化+硅化。特征為瀝青鈾礦,多金屬硫化物(膠硫鉬礦,黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等)呈黑色細(xì)脈、網(wǎng)脈狀穿切早期紅化角礫,或?qū)⑵淠z結(jié)。多與赤鐵礦、水云母、高嶺土、微晶石英、褐鐵礦相伴,疊加在早期赤鐵礦化之上。為礦區(qū)最重要的熱液蝕變和富礦標(biāo)志,典型的礦物組合為瀝青鈾礦+膠硫鉬礦+赤鐵礦+黃鐵礦+方鉛礦+閃鋅礦+微晶石英+水云母;成礦溫度170℃ ~227℃(周肖華等,2012)。
礦后期:水云母化+硅化+綠泥石化+碳酸鹽化+黃鐵礦化:礦后期綠泥石化(伴有綠簾石)與碳酸鹽在膠結(jié)物中呈團(tuán)塊狀,細(xì)脈狀與微晶石英,玉髓、水云母組成細(xì)脈切割黑色脈體。礦后期黃鐵礦呈立方晶形分布于梳狀石英脈兩壁,或與硅質(zhì)組成細(xì)脈切割黑色脈體,或呈細(xì)脈狀沿裂隙分布。
圖4 綠泥石化+水云母化(a)、赤鐵礦化、局部地段疊加黑化(b)特征Fig.4 Chloritization+water mica(a),hematite,black local area overlay characteristics(b)
1.6.2 與鈾礦化的關(guān)系
礦前期的大面積褪色蝕變,為鈾的還原沉淀準(zhǔn)備了充分的條件。成礦期鈾礦化主要與紅化、黑化關(guān)系密切,一般多種蝕變疊加有利于鈾礦化的形成,單一蝕變難以形成富礦(周密,2010)。紅化蝕變主要形成瀝青鈾礦-赤鐵礦-水云母型礦石,黑化形成瀝青鈾礦-膠硫鉬礦型礦石,二者疊加則形成混合型富礦石。紅化、黑化是礦床鈾礦化的主要特征和直接找礦標(biāo)志。熱液蝕變分帶性不明顯,但紅化階段可表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律,即由近礦圍巖到礦體中心,顏色由淺紅到紫紅,紅化愈強(qiáng)烈,礦化愈富集,當(dāng)有黑化疊加時(shí),其礦體中心為暗黑色,形成富礦(圖4)。礦后期各類蝕變多呈脈狀、網(wǎng)脈狀穿切礦石。圍巖蝕變與礦體無明顯界線,呈過渡按觸。
F14作為基底主干斷裂是缺子山鈾礦床上的主要控礦構(gòu)造,與 F14 伴生的 F1,F(xiàn)3,F(xiàn)18,F(xiàn)26,F(xiàn)27等NW向次一級(jí)斷裂是導(dǎo)礦構(gòu)造,J3n2b火山巖中發(fā)育的更低序次,更低級(jí)別的層間破碎帶和密集裂隙帶是主要的含礦構(gòu)造。
礦床共圈定工業(yè)礦體19個(gè),其中儲(chǔ)量大于97.8噸的主要礦體3個(gè)。
主要礦體均賦存于F14構(gòu)造下盤J3n2b-5的中上部的密集裂隙帶中,少數(shù)礦體賦存在J3n2b-4中;F14構(gòu)造上盤深部J3nb-5地層中也有礦體存在(圖5,圖6)。
除個(gè)別礦體出露地表外,其它礦體均屬盲礦體,已探明的主要礦體埋藏較淺,埋藏深度大多0~150 m。少量礦體埋藏較深,埋藏深度400 m。主要礦體分布標(biāo)高350~450 m,
礦體形態(tài)較為簡單,以似層狀、透鏡狀為主,個(gè)別呈扁豆?fàn)睢=M合形態(tài)上下呈層重疊,大致平行排列。礦體產(chǎn)狀總體上較穩(wěn)定,與含礦地層基本一致。
礦體走、傾向延伸均較穩(wěn)定,有用組分分布較均勻,厚度變化系數(shù)一般為62%,品位變化系數(shù)一 般為55.3%,最大為60.5%。(表2)
圖5 缺子山礦床B4號(hào)勘探線剖面示意圖Fig.5 Section of exploration line B4 of Quezishan uranium deposit
表2 主要礦體特征表Table2 Main orebody characteristics
礦石中鈾主要以細(xì)分散狀吸附于赤鐵礦、褐鐵礦及高嶺土、水云母等粘土礦物,次為凝塊膠體狀、角礫狀的瀝青鈾礦分布于紅化角礫裂隙或黑色膠結(jié)物中。瀝青鈾礦角礫最大可達(dá)3~4 mm。
金屬礦物有瀝青鈾礦(圖7)、膠硫鉬礦、赤鐵礦、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、褐鐵礦、鈦鐵礦、磁鐵礦等。為中低溫?zé)嵋旱V床典型礦物(邵飛等,2012)。
脈石礦物有石英、玉髓、水云母、高嶺土和少量綠泥石、絹云母、碳酸鹽、螢石。
次生鈾礦物有鈣鈾云母、銅鈾云母、硅鈣云母。
礦石具超顯微粒狀、角礫狀、凝膠狀結(jié)構(gòu)。浸染狀、細(xì)(網(wǎng))脈狀構(gòu)造。
按與鈾緊密共生的標(biāo)志礦物劃分:主要有瀝青鈾礦-赤鐵礦型,瀝青鈾礦-膠硫鉬礦型。
按礦石自然類型劃分為原生礦石。
圖6 缺子山鈾礦床80號(hào)勘探線剖面示意圖Fig.6 Section of exploration line 80 of Quezishan uranium deposit
圖7 瀝青鈾礦感光特征Fig.7 Uraninite photographic characteristics
F14斷裂構(gòu)造控制的密集裂隙帶型中低溫?zé)嵋衡櫟V床。
崇安火山巖盆地隨著主火山旋回大規(guī)模噴發(fā)基本結(jié)束,晚期碎斑熔巖占據(jù)火山活動(dòng)中心形成侵出穹窿,構(gòu)造應(yīng)力進(jìn)入拉張-裂解階段,沿NE向基底斷裂形成斷陷紅盆。本區(qū)區(qū)域性主干斷裂F14再次活動(dòng),在旁側(cè)蓋層火山巖中形成伴生的次一級(jí)NW向斷裂及一系列更次一級(jí)的緩傾和陡傾裂隙,深部火山期后熱液沿F14主干斷裂上升,通過伴生的NW向次一級(jí)斷裂運(yùn)移到更次一級(jí)的微裂隙、原生節(jié)理、礦物顆粒等界面,使圍巖遭受大面積的水云母化、綠泥石化。在J3n2b地層的密集裂隙帶中形成了有利于鈾還原沉淀的環(huán)境。由于斷裂的多期次活動(dòng),不斷萃取圍巖中的活性鈾,最終形成富含 H2、CO2、H2S、CH4、U 的熱流體。當(dāng)這種富含鈾的熱流體運(yùn)移到J3n2b地層中的密集裂隙帶時(shí),由于巖石封閉系統(tǒng)已被破壞,發(fā)生降壓,從而使含水熱液系統(tǒng)溫壓接近相變線點(diǎn),隨著溫度降低至310℃,礦質(zhì)沉淀成礦。大致是二級(jí)相變成礦(胡寶群等,2011),形成瀝青鈾礦-赤鐵礦型鈾礦化。其后,F(xiàn)14斷裂又一次繼承性活動(dòng),形成局部拉張環(huán)境,含礦裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大,早期紅化礦石碎裂成角礫狀,降壓至遠(yuǎn)離相變線,此時(shí)溫度大致200℃左右,水再次發(fā)生相變,富含U及Mo多金屬硫化物熱水溶液不斷釋放成礦物質(zhì)而成礦。充填、膠結(jié)、疊加在早期紅化礦石之上,形成富含U、Mo的黑化型富礦石。晚期,斷裂構(gòu)造處于相對穩(wěn)定階段,活動(dòng)強(qiáng)度弱,影響較小,主要礦體保存完好,后生變化不明顯。
(1)崇安火山巖盆地經(jīng)歷了擠壓松弛-拉張-裂解的構(gòu)造演化過程,主火山旋回由爆發(fā)、噴發(fā)(灰流、濁流)等相系的流紋質(zhì)、英安質(zhì)熔巖、及其火山碎屑巖等構(gòu)成火山巖系主體,晚期出現(xiàn)溢流相的碎斑熔巖充填主火山通道和火山活動(dòng)中心(王玉生,1999);破火山旋回以次火山巖侵入,紅層出現(xiàn)為特征?;诪楣旁沤缒仙浇M變質(zhì)巖系,蓋層呈T3j、J3n、K2“三元建造”,火山演化完整,韻律性明顯。燕山晚期形成斷陷盆地。斷陷紅盆被認(rèn)為是地幔上隆地殼裂陷的產(chǎn)物,熱液型鈾礦床常與斷陷紅盆相伴生(方錫珩,2009)。缺子山鈾礦床位于崇安火山巖斷陷盆地的南東翼,為鈾成礦有利地段。
(2)F14作為崇安-石城基底斷裂帶在本區(qū)的主要主干斷裂,是火山期后熱液活動(dòng)的主要通道,由于主干斷裂長期活動(dòng),產(chǎn)生一系列不同級(jí)別、不同序次的斷裂。層間破碎帶、密集裂隙帶,這種斷裂構(gòu)造的多期次活動(dòng)造成成礦物質(zhì)的多次積累,為鈾的活化,遷移富集創(chuàng)造了條件。本區(qū)與主干斷裂F14伴生的 NW 向 F1,F(xiàn)3,F(xiàn)18,F(xiàn)26,F(xiàn)27 等次一級(jí)斷裂則扮演了熱液輸送的通道,將含鈾熱液輸送到斷陷盆地邊緣火山巖中發(fā)育的更低序次,更低級(jí)別的層間破碎帶和密集裂隙帶中還原沉淀成礦。
(3)崇安火山巖盆地87Sr/86Sr初始比0.712 2,表明火山巖漿可能是硅鋁殼重熔的產(chǎn)物,并有地幔物質(zhì)的混入(方錫珩,2009)。形成的的酸性火山巖、火山碎屑巖,巖石活性鈾含量高,流紋質(zhì)晶玻屑凝灰?guī)r鈾含量:(8~10)×10-6,活性鈾占97.2%;弱熔結(jié)凝灰?guī)r鈾含量:(6~9)×10-6,活性鈾占94.1%;尤其主火山旋回晚期大面積侵出的碎斑熔巖厚達(dá)2 000 m,其巖石U含量高達(dá)12×10-6,變異系數(shù)為19.64%,是一個(gè)重要的富鈾體和鈾源體(黃玉霖,2010)。為破火山旋回鈾成礦提供了充足的鈾源。
(4)本區(qū)火山期后熱液作用強(qiáng)烈,在F14上下盤J3n2b-5圍巖中出現(xiàn)了一定規(guī)模的蝕變巖體,局部地段跨層進(jìn)入J3n2b-4。蝕變巖石呈淺綠、淺灰色,蝕變范圍大、分布面積廣。典型的礦物組合為綠泥石+水云母+高嶺土+蒙脫石+碳酸鹽,由于火山巖發(fā)生大面積的褪色蝕變,使得巖石中的鈾活化轉(zhuǎn)移,曾本蘭(2001年)認(rèn)為:鈾活化轉(zhuǎn)移是巖石發(fā)生水解與蝕變共同作用的結(jié)果。同時(shí)形成了有利于鈾沉淀的還原環(huán)境。水云母化+綠泥石化是該區(qū)鈾成礦的前奏,是良好的找礦標(biāo)志。
(5)地表洋墩一帶有沿F14構(gòu)造帶呈狹長帶狀分布的伽瑪場暈,且異常點(diǎn)較多,異常數(shù)值也較高,礦體有沿F14走向進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢。F14斷裂東部南園組地層中分布有程溪、豪居101、豪居102、仙店、烏龜石等礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)及眾多的異常點(diǎn)帶,顯示出良好的找礦前景。缺子山鈾礦床已探明的主要礦體分布于F14構(gòu)造下盤的J3n2b-5地層中,礦體受密集裂隙帶控制,F(xiàn)14構(gòu)造下盤J3n2b-4地層已發(fā)現(xiàn)有工業(yè)礦體(圖5),礦體有跨層跡象,往深部有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢。礦床中心周圍及F14上盤J3n2c下伏J3n2b-5深部已發(fā)現(xiàn)工業(yè)礦化(圖 6),沿傾向有擴(kuò)大的可能。
(1)缺子山鈾礦床成因類型屬F14斷裂構(gòu)造控制的密集裂隙帶型中低溫?zé)嵋衡櫟V床,具多期礦化。
(2)水云母化+綠泥石化形成的褪色蝕變體是該區(qū)良好的找礦標(biāo)志;礦體的富集程度與蝕變的發(fā)育程度及裂隙的密集程度密切相關(guān);礦體呈似層狀、透鏡狀,扁豆?fàn)町a(chǎn)出。
(3)依據(jù)F14構(gòu)造下盤J3n2b-4地層已發(fā)現(xiàn)有工業(yè)礦體,F(xiàn)14上盤J3n2c下伏J3n2b-5深部已發(fā)現(xiàn)工業(yè)礦化及以往鉆探揭露深度不夠深的特點(diǎn),建議下一步將J3n2b地層作為一個(gè)整體考慮,在F14構(gòu)造上、下盤礦床中心周圍施工600~800 m左右深孔,沿走、傾向查明J3n2b各韻律層之間熱液蝕變、裂隙發(fā)育程度及鈾礦化情況。
致謝:本文在編寫過程中得到福建省核工業(yè)二九四大隊(duì)地質(zhì)勘察院、檔案室的大力支持,在此,表示誠摯的感謝!
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