澳大利亞鱷魚河谷鈾礦集區(qū)主要鈾礦床地質(zhì)特征及成因

張闖，郝瑞祥

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

澳大利亞鱷魚河谷鈾礦集區(qū)主要鈾礦床地質(zhì)特征及成因

張闖，郝瑞祥

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

澳大利亞北部Kombolgie盆地西側(cè)鱷魚河谷地區(qū)，產(chǎn)出多個(gè)世界級不整合面型鈾礦床。Jabiluka、Nabarlek和Ranger鈾礦床多受構(gòu)造控制，礦體產(chǎn)于斷裂之中或其兩側(cè)，賦礦圍巖為古元古界角閃巖相高級變質(zhì)巖。鈾礦物以晶質(zhì)鈾礦、瀝青鈾礦為主，伴生綠泥石化、絹云母化和赤鐵礦化蝕變。Jabiluka、Nabarlek和Ranger鈾礦床主成礦作用發(fā)生于1 680～1 640 Ma，疊加3次后期礦化，時(shí)間分別為1 360Ma、1 100Ma和900Ma。礦床成礦流體為氧逸度較高的盆地流體，成礦物質(zhì)可能來源于盆地中含鈾碎屑或是盆地基底中含鈾礦物。

Kombolgie盆地；鱷魚河谷鈾礦集區(qū)；不整合面型鈾礦床；Jabiluka鈾礦床；Nabarlek鈾礦床；Ranger鈾礦床

不整合面型鈾礦床主要受沉積盆地控制，目前國際上超過1/3的鈾產(chǎn)量來自于該類型鈾礦床［1］。鑒于此，筆者重點(diǎn)對澳大利亞北部Kombolgie盆地西側(cè)Jabiluka、Nabarlek和Ranger不整合面型鈾礦床進(jìn)行地質(zhì)特征及成因描述，以說明盆地對于不整合面型鈾礦床的重要性。

1 成礦地質(zhì)背景

Kombolgie盆地位于澳大利亞北部，其西側(cè)產(chǎn)出多個(gè)世界級不整合面型鈾礦床，如Jabiluka、Nabarlek和Ranger等（圖1）。鈾礦床集中產(chǎn)于鱷魚河谷地區(qū)，所以被稱為鱷魚河谷鈾礦集區(qū)［1］。

圖1 Kombolgie盆地西側(cè)鱷魚河谷鈾礦集區(qū)地質(zhì)簡圖（修改自Cuney&Kyser，2008）Fig.1 Geological schematicmap of A lligator River uranium district in west of Kombolgie basin（Modified from Cuney&Kyser，2008）

Kombolgie盆地具有明顯的二元結(jié)構(gòu)，即盆地基底與沉積蓋層。盆地基底為古太古-古元古界變質(zhì)沉積巖，地層傾角較陡，且變形強(qiáng)烈，與上覆地層呈角度不整合。礦集區(qū)內(nèi)，最古老地層為古太古界白云母-石英-黑云母變質(zhì)片巖，其間夾雜角閃黑云母片巖，厚度約為200 m。其中發(fā)育變質(zhì)成因石英脈，石英脈產(chǎn)狀大致平行于地層片理。該組地層之上為古元古界角閃巖相高級變質(zhì)巖，主要由角閃石、輝石、斜長石、鉀長石和黑云母等礦物組成，并含有少量磷灰石，最上部為古元古界斜長角閃片巖［2-3］。該變質(zhì)巖是礦集區(qū)內(nèi)主要賦礦圍巖。

沉積蓋層為Kombolgie盆地中緩傾、未變質(zhì)砂巖、礫巖和火山噴出巖。其構(gòu)成Kombolgie亞群，厚度約為1～3 km。Kombolgie亞群可分為3部分，下部地層又可分為上、下兩段，下段（Mamadawere）為粗粒碎屑沉積巖，形成于盆地初始階段；上段（Gumarrimbang）為粗粒碎屑砂巖或礫巖，代表高能河流環(huán)境。中部地層（Marlgowa）為中粒石英砂巖，形成于盆地初始階段之后的低能河流環(huán)境。上部地層（Mckay組）為細(xì)粒泥質(zhì)砂巖或泥巖，其中夾雜石膏、石鹽等礦物，形成于淺海環(huán)境，部分情況為強(qiáng)蒸發(fā)泄湖環(huán)境［4-7］。

礦集區(qū)內(nèi)脈巖比較發(fā)育，主要有偉晶巖和輝綠巖兩種。偉晶巖只在盆地基底中可見，而輝綠巖在基底與蓋層中均發(fā)育。偉晶巖出露厚度在100 m左右，礦物主要為長石、石英和云母。輝綠巖規(guī)模較大，厚度在220～250m左右，侵入盆地基底和蓋層中。巖脈與圍巖侵入接觸部位呈斑狀-偉晶結(jié)構(gòu)，中心部位呈稀疏斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為斜長石。偉晶巖成巖年齡在1 840 Ma左右［8］，而輝綠巖脈大致形成于1 723～1 690 Ma［9］。

礦集區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，按其走向可分為4組：近EW、近SN、NW和NE向，其中近SN和NW向是主要含礦與控礦構(gòu)造［10-11］。高品位礦石主要產(chǎn)于以上斷裂中。在含礦斷裂兩側(cè)發(fā)育寬度大于100 m的蝕變帶，根據(jù)其蝕變強(qiáng)度可分為蝕變外帶和內(nèi)帶。蝕變內(nèi)帶發(fā)育強(qiáng)細(xì)粒綠泥石化、絹云母化等；蝕變外帶主要為綠泥石化，并伴有少量赤鐵礦化。蝕變原礦物為變質(zhì)成因黑云母、石榴子石、角閃石、斜長石和夕線石等。礦石品位較低，一般不超過0.5%，礦石礦物為晶質(zhì)鈾礦、瀝青鈾礦和少量次生鈾礦物。晶質(zhì)鈾礦、瀝青鈾礦一般與自型石英、絹云母一起呈脈狀、網(wǎng)脈狀產(chǎn)出［12］。

2 礦集區(qū)主要礦床地質(zhì)特征

鱷魚河谷鈾礦集區(qū)中鈾礦床均位于不整合面附近，多受斷裂控制，賦礦圍巖為古元古界變質(zhì)巖。下面對礦集區(qū)中Jabiluka、Nabarlek和Ranger鈾礦床地質(zhì)特征進(jìn)行重點(diǎn)描述。

2.1 Jabiluka鈾礦床

Jabiluka礦床（世界級不整合面型鈾礦床）是該礦集區(qū)內(nèi)鈾礦床典型代表，位于澳大利亞達(dá)爾文市以東225 km處，發(fā)現(xiàn)于1971年。Jabiluka礦床主要由2個(gè)礦段組成（圖2），即：1和2礦段。1礦段已探明可采鈾礦石130萬t，平均品位0.2%；2礦段已探明可開采鈾礦石3 110萬t，平均品位為0.45%。在2礦段，還含有15～18 t可開采Au，礦石平均品位3.07 g/t。Jabiluka礦床受構(gòu)造控制，礦體產(chǎn)于盆地基底次級斷裂帶中，賦礦圍巖為古元古界含碳質(zhì)綠泥石-黑云母-白云母片巖［13］。

圖2 鱷魚河谷鈾礦集區(qū)Jabiluka鈾礦床地質(zhì)簡圖（據(jù)Polito，等，2005）Fig.2 The geological schematicmap of Jabiluka uranium deposit in A lligator River uranium district（After Polito，etal.，2005）

在礦床附近，發(fā)育寬度至少200 m的蝕變帶，可分為蝕變外帶和蝕變內(nèi)帶。蝕變內(nèi)帶緊挨礦體，蝕變強(qiáng)烈，其中變質(zhì)成因黑云母、石榴子石、角閃石、斜長石和夕線石等礦物蝕變?yōu)榧?xì)粒綠泥石，伴有絹云母化，少量赤鐵礦化。外帶蝕變較弱，主要為綠泥石化和少量細(xì)粒赤鐵礦化。蝕變帶中變質(zhì)成因鋯石、白云母和石英等礦物變化較弱。

礦石礦物為晶質(zhì)鈾礦、少量瀝青鈾礦和鈦鈾礦，與綠泥石、絹云母和赤鐵礦相伴生。晶質(zhì)鈾礦主要與絹云母和自型石英呈脈狀或網(wǎng)脈狀產(chǎn)出。礦脈附近，碳質(zhì)成分基本消失，而微細(xì)浸染型礦化附近，部分碳質(zhì)成分保存下來，與綠泥石、絹云母伴生。礦床發(fā)育多期次鈾成礦作用，并對變質(zhì)時(shí)期礦物與構(gòu)造進(jìn)行強(qiáng)烈改造。

蝕變礦物主要為綠泥石和伊利石，表明成礦溫度在（200±20）℃；鈾礦脈中流體包裹體研究表明成礦流體溫度在200～300℃，鹽度為9.3%～16.8%NaCl equ，其log氧逸度大于-20，且晚期流體中含有CH4等有機(jī)物。以上流體特征結(jié)合H-O同位素研究，得出成礦流體為盆地流體。氧化性盆地流體與基底斷裂相結(jié)合形成Jabiluka鈾礦床。當(dāng)氧化性盆地流體沿?cái)嗔堰M(jìn)入盆地基底時(shí)，與其中還原物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使流體氧逸度降低導(dǎo)致成礦，并伴隨富Mg綠泥石沉淀［10］。

晶質(zhì)鈾礦U-Pb法定年和伊利石40Ar/39Ar法定年得出礦床形成年齡為1 680 Ma，與Kombolgie盆地形成時(shí)間大致相同。礦床中可見后期石英＋金屬硫化物＋方解石脈切穿晶質(zhì)鈾礦脈，該期熱液流體活動(dòng)發(fā)生于1 450～550 Ma，與鈾礦化并無關(guān)系。

2.2 Nabarlek鈾礦床

相比Jabiluka礦床，Nabarlek礦床規(guī)模較小，但礦石品位較高，可見長達(dá)數(shù)米的鈾礦脈，預(yù)計(jì)可開采鈾1 000 t左右。賦礦圍巖為古元古界角閃巖相變質(zhì)沉積巖或角閃片巖，圍巖中不含有機(jī)碳物質(zhì)。礦化受NNW向Nabarlek斷裂控制（圖3），斷裂兩側(cè)發(fā)育絹云母與綠泥石化，蝕變寬度可達(dá)1 km，且廣泛發(fā)育赤鐵礦化，表明Fe2＋為主要還原劑［14］。

礦區(qū)熱液活動(dòng)頻繁，早期開始于1 830Ma，以生成石英脈為特征。該期熱液來源于盆地基底，與Nabarlek花崗巖同時(shí)，為造山作用的產(chǎn)物。第2期熱液活動(dòng)發(fā)生于1 760～1 640 Ma，以在斷裂兩側(cè)變質(zhì)巖中發(fā)育細(xì)粒絹云母化和綠泥石化為特征。蝕變發(fā)生于1 700 Ma，鈾礦化發(fā)生于1 640 Ma，同時(shí)伴生大量伊利石化和赤鐵礦化。流體來源于Kombolgie亞群，是盆地形成過程中產(chǎn)生的流體。期間1 720Ma，Oempelli輝綠巖侵入，使巖脈附近發(fā)生硅化、少量黃鐵礦化、碳酸鹽化等。晚期熱液活動(dòng)持續(xù)時(shí)間較長，介于1 380和750Ma之間，在Nabarlek斷裂中形成少量晶質(zhì)鈾礦脈［14］。

圖3 鱷魚河谷鈾礦集區(qū)Nabarlek礦床典型剖面圖（據(jù)Polito，等，2004）Fig.3 Typical profile of Nabarlek uranium deposit in A lligator River uranium district（After Polito，et al.，2004）

Nabarlek礦床由4期鈾成礦作用疊加而成，時(shí)間分別為1 640、1 360、1 100和900Ma（晶質(zhì)鈾礦U-Pb法和Pb-Pb法定年）。以上成礦時(shí)間分別對應(yīng)1 783～1 600 Ma Kombolgie盆地生成，1 324～1 316 Ma之間大規(guī)模巖漿侵入，1 140 Ma開始的Grenville造山作用以及發(fā)生于1 000～750 Ma的Rodinia大陸裂解。以第1期成礦作用為主，4期均發(fā)育綠泥石化。50 Ma以后，以風(fēng)化和剝蝕作用為主，蝕變?yōu)楦邘X土化和次生鈾礦化。

流體包裹體研究表明，主礦化期（第1期）成礦溫度在200℃左右，流體富含Ca2＋，Na/Ca比值小于0.1。Na-Ca-K 3種離子濃度投圖結(jié)果表明成礦流體為盆地流體。流體氧逸度較高，暗示其可能來源于地表。礦區(qū)石英-瀝青鈾礦脈和蝕變礦物H-O同位素結(jié)果表明，成礦熱液流體δD值在-15‰與-48‰之間，δ18O值則介于-2.9‰與12.1‰之間。結(jié)合流體成分得出，Nabarlek礦床成礦熱液為盆地流體［14］。成礦模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述結(jié)論，當(dāng)氧化性盆地流體與角閃巖相盆地基底或碎屑砂巖發(fā)生水巖反應(yīng)時(shí)，流體可從碎屑沉積物或變質(zhì)巖含鈾礦物中萃取出鈾，反應(yīng)過程中，流體氧逸度降低，當(dāng)反應(yīng)log氧逸度低至-25時(shí)，流體中鈾大量沉淀成礦。

2.3 Ranger鈾礦床

Ranger礦床發(fā)現(xiàn)于1969年，自1980年開始露天開采，現(xiàn)為世界第二大獨(dú)立鈾礦床。由兩個(gè)主礦段組成：Ranger 1和Ranger 3，Ranger 1礦段于1995年結(jié)束開采，自1997年開始開采Ranger 3礦段，2009年在其下部又發(fā)現(xiàn)新礦體。2009年，該礦床產(chǎn)鈾5 240 t。Ranger 1礦段開采礦石2 143萬t，平均品位0.1%，Ranger 3礦段預(yù)計(jì)可采礦石319萬t，平均品位0.24%，共計(jì)可開采34 000 tUO2［15］。

礦床位于礦集區(qū)南部，具有明顯二元結(jié)構(gòu)，蓋層為Kombolgie亞群砂礫巖、火山巖等；基底為古太古-古元古界片巖或片麻巖，年齡為（2 470±50）Ma。礦區(qū)侵入巖發(fā)育，主要有近EW向輝綠巖脈（1 690 Ma）、偉晶巖脈和花崗巖等，多沿?cái)嗔亚秩?，傾向N或NE（圖4）。

礦體賦礦圍巖為古元古界綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)火山巖、沉積巖等。礦體產(chǎn)于NE向次級斷裂中，斷裂兩側(cè)蝕變強(qiáng)烈，寬度可達(dá)幾百米，以伊利石和綠泥石化為主，伴有少量絹云母化和赤鐵礦化。礦石礦物為瀝青鈾礦、晶質(zhì)鈾礦等。

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，盆地基底被后期構(gòu)造作用強(qiáng)烈改造，褶皺、斷裂、剪切構(gòu)造形跡發(fā)育。礦區(qū)主要經(jīng)歷了4期構(gòu)造作用［15］。1）第1期與區(qū)域變質(zhì)作用密切相關(guān)，生成與沉積地層近平行構(gòu)造面理；2）第2期以韌脆性為主，產(chǎn)生樞紐為NNE-SSW向和NNW-SSE向褶皺，以及走向與之平行的逆斷裂和韌性剪切帶?；◢弾r、偉晶巖脈（1 870～1 860Ma）于該時(shí)期侵入；3）第3期以韌脆性變形為主，形成軸向NW褶皺，以及走向NW構(gòu)造面理，并使已有構(gòu)造和剪切帶展現(xiàn)出左行剪切性質(zhì)。2、3期構(gòu)造作用發(fā)生于1 870～1 780Ma，與造山作用關(guān)系密切；4）第4期以脆性形變?yōu)橹?，主要為近EW向拉張，使已有斷裂表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)。鈾成礦作用即發(fā)生于該時(shí)期，成礦年齡約為1 640 Ma。成礦流體與成礦物質(zhì)來源與礦集區(qū)內(nèi)其他礦床相一致，流體為盆地流體，成礦物質(zhì)來源于盆地內(nèi)含鈾碎屑物質(zhì)或基底地層中含鈾礦物。

圖4 鱷魚河谷鈾礦集區(qū)Ranger礦床典型剖面圖（據(jù)Hein，2002）Fig.4 Typical profile of Ranger uranium deposit in A lligator River uranium district（After Hein，2002）

3 鈾礦床成因探討

鱷魚河谷鈾礦集區(qū)成礦作用與Kombolgie盆地沉積成巖過程關(guān)系密切。Kombolgie盆地初始形成時(shí)間為1 793Ma［16-19］，在盆地形成之前區(qū)域上經(jīng)歷了一期強(qiáng)烈的造山作用，發(fā)生時(shí)間為1 890～1 847 Ma。在造山作用過程中，礦集區(qū)附近沉積巖和巖漿巖變質(zhì)為角閃巖相或麻粒巖相高級變質(zhì)巖，并且在礦集區(qū)內(nèi)發(fā)生大規(guī)模巖漿侵入事件，侵入巖年齡1 884Ma。高級變質(zhì)巖與侵入巖構(gòu)成Kombolgie盆地基底，并為盆地提供沉積物質(zhì)來源。

圖5 鱷魚河谷鈾礦集區(qū)礦物生成序列（據(jù)Cuney&Kyser，2008）Fig.5 Paragenesis ofm inerals in Alligator River uranium district（After Cuney&Kyser，2008）

盆地沉積成巖過程可分為4個(gè)階段［20-21］（圖5）。1）沉積階段，礦物主要有石英、長石，少量赤鐵礦、鋯石、磷灰石和巖石碎屑等。這些礦物構(gòu)成了Kombolgie亞群主體，并為后期鈾成礦作用提供物質(zhì)來源。2）早期成巖階段，主要生成早期石英（Q1）與赤鐵礦（H1），充填于碎屑顆粒之間，同時(shí)部分長石碎屑蝕變?yōu)轲ね恋V物。此階段是主要膠結(jié)成巖階段，形成于淺海蒸發(fā)環(huán)境。此階段盆地流體以低溫為特征，未對砂巖中含鈾礦物（鋯石、磷灰石碎屑）形成較大影響，與鈾成礦作用無關(guān)，但是構(gòu)建盆地中隔水層，使后期成礦流體可以匯聚至孔隙度較高的斷裂或?qū)游恢校瑸殁櫝傻V創(chuàng)造了前提。3）晚期成巖階段，以生成石英（Q2），伊利石和綠泥石為主，伴有少量赤鐵礦（H2）和碳酸鹽礦物。新生礦物充填于碎屑顆粒之間。此階段為主要成巖階段，發(fā)生于（1 650±80）Ma，溫度大于200°C。晚期成巖階段與鈾礦化關(guān)系密切，成巖過程中，盆地流體與含鈾碎屑礦物發(fā)生水巖反應(yīng)，從中萃取出鈾，并在壓力作用下匯聚至孔隙度較高的斷裂或?qū)游恢谐傻V。成礦作用所形成的礦物主要有石英，晶質(zhì)鈾礦，瀝青鈾礦及少量赤鐵礦（H3）等。4）地表風(fēng)化階段（＜50 Ma），以形成黏土礦物為主，伴生少量次生鈾礦物，與鈾成礦關(guān)系并不密切。

鱷魚河谷鈾礦集區(qū)礦化作用有4期，分別發(fā)生于1 680～1 640 Ma（Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb法）、1 360 Ma（U-Pb法）、1 100 Ma（U-Pb法）和900 Ma（U-Pb法），以1 680～1 640 Ma為主［2-3，6］。礦化時(shí)間對應(yīng)重大構(gòu)造事件，表明構(gòu)造事件可能是導(dǎo)致鈾礦化的原因之一，例如：1 324～1 316 Ma，發(fā)生大規(guī)模巖漿侵入；1 140 Ma開始Grenville造山作用；1 000～750 Ma Rodinia大陸裂解等，3期礦化均形成綠泥石與晶質(zhì)鈾礦。

鱷魚河谷鈾礦集區(qū)成礦流體溫度在200～300°C左右，中低鹽度，高氧逸度，為大氣降水演化而來的盆地流體（H-O同位素）［1，22-23］。鈾主要來源于沉積盆地中含鈾碎屑礦物（鋯石、磷灰石碎屑），少量來源于盆地基底中含鈾礦物［24-25］。盆地流體來源于沉積地層的壓實(shí)成巖作用，是形成鈾礦的關(guān)鍵性因素。鈾礦床與盆地的形成基本同步。現(xiàn)有研究表明澳大利亞北部與Kombolgie同時(shí)代盆地為尋找鈾礦的有利區(qū)域。

4 結(jié)論

澳大利亞北部Kombolgie盆地附近鱷魚河谷地區(qū)，產(chǎn)出多個(gè)世界級不整合面型鈾礦床，多受構(gòu)造控制，產(chǎn)于不整合面附近斷裂或其兩側(cè)。賦礦圍巖為古元古界，發(fā)育綠泥石化、伊利石化、絹云母化和赤鐵礦化，礦石礦物以晶質(zhì)鈾礦、瀝青鈾礦為主。

Jabiluka礦床主礦化期發(fā)生于1 680 Ma，礦化溫度在（200±20）℃左右，成礦流體溫度為200～300℃，鹽度為9.3%～16.8%NaCl equ，log氧逸度大于-20，且晚期含有CH4等有機(jī)物，為盆地流體。

Nabarlek礦床由4期礦化作用疊加而成，時(shí)間分別為1 640 Ma（主礦化期）、1 360 Ma、1 100 Ma和900 Ma（晶質(zhì)鈾礦U-Pb法和Pb-Pb法定年），分別對應(yīng)區(qū)域重大地質(zhì)事件。成礦流體富含Ca2＋，Na/Ca比值小于0.1，氧逸度較高，為盆地流體。

Ranger礦床構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，主要經(jīng)歷了4期構(gòu)造作用。前3期構(gòu)造作用以韌-脆性為主，第4期以脆性為主，表現(xiàn)為近EW向拉張，與礦化關(guān)系密切。第4期構(gòu)造作用使已有斷裂表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)。鈾成礦作用即發(fā)生于該時(shí)期，成礦年齡約為1 640 Ma。

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Geological characteristics and genesis ofmain uranium deposits in A lligator River uranium district，Australia

ZHANG Chuang，HAO Ruixiang
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

In Alligator River uranium district，western of Kombolgie basin，there are several worldclass unconformity-type uranium deposits.Jabiluka，Nabarlek and Ranger uranium deposits were controlled by faults，mainly hosted by Paleoproterozoic amphibolites-faciesmetamorphic rocks.The uranium minerals are mainly uraninite，pitchblende and associated with chlorite，sericite and hematite.Themain mineralization of Jabiluka，Nabarlek and Ranger uranium deposits occurred in 1 680～1 640Ma，and superimposed by three latermineralization stageswhich occurred in 1 360Ma，1 100 Ma，900 Ma，respectively.The ore-forming fluid ismainly basinal fluid，and themetallogenic material is probably from uranium-bearing basinal clastics orminerals inmetamorphic basement.

Kombolgie basin；Alligator River uranium district；unconformity-type uranium deposit；Jabiluka uranium deposit；Nabarlek uranium deposit；Ranger uranium deposit

P619.14;P61

A

1672-0636（2015）02-0068-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.02.002

2015-01-23；

2015-02-10

張闖（1985—），男，河北石家莊人，工程師，現(xiàn)從事鈾礦地質(zhì)工作。

E-mail：zhangc198506@126.com