王永飛
(四川省核工業(yè)地質調查院,成都 610061)
若爾蓋碳硅泥巖型鈾礦成礦規(guī)律及控礦因素分析
王永飛
(四川省核工業(yè)地質調查院,成都 610061)
西秦嶺南亞帶的若爾蓋碳硅泥巖型鈾礦床是中國重要的十大鈾資源基地之一,但是在加大找礦深度、擴大資源量以及礦床成因等方面仍然存在一系列的問題。通過多年的詳實野外勘查和研究,總結出了若爾蓋地區(qū)硅泥巖型鈾礦的礦體形態(tài)、產出特征及空間分布規(guī)律,即礦床主要產于下志留統(tǒng)一套淺變質硅質巖、灰?guī)r、板巖層中,礦體形態(tài)呈似層狀、透鏡狀、扁豆狀,礦體嚴格受巖性、構造、硅灰?guī)r組合體3要素控制;提出了“斷裂構造-硅灰?guī)r組合體-巖性界面”3要素組合控礦的成礦規(guī)律,以及“組合成礦”和“深源流體”對若爾蓋鈾成礦起主導作用的新認識。
碳硅泥巖型;鈾礦;成礦規(guī)律;控礦因素;若爾蓋
碳硅泥巖型鈾礦床是我國的四大類型鈾礦床之一,在我國有著相當廣泛的分布,主要見于川西北、甘南、湘西、湘中以及贛西北地區(qū)。本文研究區(qū)若爾蓋位于川西北秦祁昆成礦域秦嶺—大別山鈾成礦帶的西段,是我國十大重要鈾礦勘查基地之一。該地區(qū)的鈾礦床不僅規(guī)模大、品位高,而且分布集中,并伴有多種金屬元素可供綜合利用,因而備受關注[1-2]。
近年來,圍繞若爾蓋地區(qū)的成礦模式存在諸多觀點。王駒[3]和毛裕年等[4]認為若爾蓋地區(qū)的鈾礦床經歷了地層預富集—蝕變預富集—工業(yè)富集的成礦過程,是在礦源層基礎上通過自生自儲方式的逐漸富集累積成礦。也有觀點認為,該區(qū)鈾礦床的形成既不是外生也不是層控,而是內生成礦作用產物,鈾源為中酸性侵入體,鈾主要由隱伏中酸性巖提供,成礦介質溶液為以深部循環(huán)為主的混合水[5-7]。本文基于近期開展的地質調查項目,對若爾蓋地區(qū)鈾礦床的礦體產出特征和分布規(guī)律進行了詳細研究,對礦床控礦因素進行了細致分析,認為“組合成礦”和“深源流體”對若爾蓋鈾成礦起主導作用,并在此研究基礎上提出了新的找礦方向。
若爾蓋碳硅泥巖型鈾礦床的大地構造位置位于秦祁昆成礦域秦嶺—大別山鈾成礦省南秦嶺鈾成礦帶的西段(圖1),其南緣緊鄰瑪沁—略陽深大斷裂(F2)、若爾蓋古陸以及由古生界構成的白龍江復背斜的西段。這種復雜的大地構造背景為深部成礦作用的發(fā)生提供了有利條件。該區(qū)域出露的地層為震旦系(Z)至白堊系(K),其中泥盆系(D)和志留系(S)發(fā)育齊全[8]。
震旦系(Z)為一套富含以近源為主的中酸性火山巖,次為遠源的花崗巖及白色石英礫石組成的粗碎屑巖和細碎屑巖組合。寒武系()—志留系(S)為海底噴流和障壁海灣環(huán)境下形成的硅質巖和碳硅泥巖建造,其中寒武系為一套富含有機質、磷的深源硅質巖建造,是該區(qū)次要的產鈾層位;志留系以溫泉—益哇斷裂(F1、F3)為界分為南、北2個沉積相帶,南相帶為深海相復理石建造,北相帶為海底噴流與半封閉環(huán)境下沉積的一套碳硅泥巖建造,下志留統(tǒng)具有3次海底噴流沉積韻律,含3個層位,其中含礦硅灰?guī)r組合體是本區(qū)主要的賦礦層位。
泥盆系(D)—中三疊統(tǒng)(T2)為穩(wěn)定型淺海陸棚環(huán)境下的砂巖、泥巖、碳酸鹽巖建造,其間缺失中石炭統(tǒng)等,常構成地層間的平行不整合或角度不整合。印支運動使三疊紀及以前的地層遭受區(qū)域變質,變質程度為低綠片巖相;侏羅紀開始進入陸相山間斷陷盆地沉積,形成含煤建造、火山巖和紅色碎屑巖沉積。
若爾蓋地區(qū)經歷了多次構造運動,褶皺和斷裂構造都很發(fā)育(圖1),并伴有巖漿活動和區(qū)域變質作用[9]。根據構造的展布特點,區(qū)域構造以近EW向為主,NE向次之,而SN向和NW向構造很不發(fā)育。近EW向斷裂構造橫貫全區(qū),以壓性為主,多為逆斷層,既是構造線,也是地層的分界線。而NE向斷裂構造以平推為主,屬于扭性或壓扭性構造,多呈逆時針扭動,并切割EW向構造。NE向與EW向斷裂構造往往縱橫交錯,互相切割形成大小不等的菱形格狀或網格狀構造破碎帶。這些斷裂構造既是含鈾熱液上升和地下水滲透的良好通道,也提供了后生改造的成礦空間。
若爾蓋地區(qū)巖漿侵入活動主要出現在白依背斜核部及其西傾伏端附近(圖1)?,F已發(fā)現各種小型侵入體63個,巖性有輝綠巖脈或巖墻、閃長巖、花崗巖與石英斑巖3類。其中,輝綠巖出露面積約20 km2,分布在埡口—塔爾地段,為基性淺成侵入巖體[10];閃長巖分布在溫泉附近,構成了中酸性閃長巖體群;以花崗巖與石英斑巖為主的酸性侵入體則主要沿白依背斜北翼的弧形構造—巖漿巖帶分布。這些侵入體大多剛露出地表,多數尚隱伏在地下深部。這3類侵入巖,在空間上很少以單個侵入體產出,常成群出現,構成巖體群,同時它們的形成序列與火山活動相對應[11]。
若爾蓋鈾礦田西起川甘交界處的拉爾瑪,東至益哇,呈EW向條帶狀沿白依背斜北翼并緊靠核部分布,東西長約50 km,南北寬約6 km,面積約300 km2,現已探明鈾礦床10余個,礦化點20余處(圖1(b)),絕大多數礦床呈隱伏狀產出(約占礦床數量的90%),僅有極少數礦床的部分礦體出露地表。鈾礦床的空間分布具有東疏西密的特點,礦床規(guī)模和礦石品位也具有東低西高、東貧西富的特點[12]。
2.1 礦體形狀
礦體形狀可分為2類:一類主要受層間破碎帶控制,呈似層狀、透鏡狀、扁豆狀,陡傾斜,產狀與圍巖產狀基本一致(圖2)。礦體傾向10°~20°,傾角65°~75°,常呈平行或斜列的邊幕式產出,此起彼伏,且多為斷續(xù)隱約出現的盲礦體,規(guī)模較大,長300 m以上,厚度3~5 m,常有膨脹和分支現象;另一類主要受斜向斷裂控制,呈緩傾斜似層狀、透鏡狀、扁豆狀、串珠狀、脈狀礦體,常賦存在硅灰?guī)r破碎帶或巖層中,傾向為20°~350°,傾角45°~50°,最緩者30°左右,礦體長大于100 m,厚度1.5~4 m,規(guī)模中等到小,形狀變化較大,且多圍繞主礦體無規(guī)律成群分布。
2.2 賦礦地層
鈾礦體主要賦存在下志留統(tǒng)羊腸溝組、塔爾組和拉垅組地層的硅灰?guī)r組合體構造斷裂中(圖3),呈近EW向展布,產狀與地層一致,且與層間斷裂構造基本吻合,礦體沿走向延伸數十至百余米,沿傾向延伸較穩(wěn)定,可達數百米,礦體傾角68°~83°;其次是賦存在硅質灰?guī)r中炭板巖與硅質巖夾層的界面上。研究表明,這3個組的地層巖性組合大體相似,具有“砂巖+板巖”-“硅質巖+灰?guī)r”-“板巖”-“砂巖”的組合規(guī)律,且礦體多產于這些巖性組合界面上[13-15]。
以降扎礦床和占哇礦床為例,降扎礦床中長溝礦段礦體賦存在下志留統(tǒng)羊腸溝組上段硅灰?guī)r組合體中,硅灰?guī)r組合體厚度小于103 m。Ⅱ、Ⅳ、Ⅰ等主要礦體產于f2、f3、f5、f7、f1等層間斷層中(圖3(a))。
占哇礦床羅軍溝礦段礦體賦存在下志留統(tǒng)塔爾組上段硅灰?guī)r組合體中。硅灰?guī)r組合體厚度小于127 m。占哇礦床②號主要礦體產于f14、f15、f17等層間斷層中,賦存在硅灰?guī)r界面部位(圖3(b))。
占哇礦床下地礦段礦體賦存在下志留統(tǒng)拉垅組上段硅灰?guī)r組合體中,硅灰?guī)r組合體厚度小于150 m。礦段內主要礦體產于層間斷層中,賦存在富含有機質的硅質巖、硅灰?guī)r界面部位。
2.3 礦體分布位置
礦體受硅灰?guī)r透鏡體和斷裂構造的控制。礦段內硅質灰?guī)r富含炭質,與炭質板巖互層,次級斷裂帶、牽引褶皺、節(jié)理裂隙及后生充填的石英脈和方解石發(fā)育。鈾礦體主要產于炭質含量高,節(jié)理、裂隙、石英脈和方解石脈發(fā)育的硅灰?guī)r層中(圖4)。
圖3 鈾礦體賦存層位示意圖(據文獻[16])Fig.3 Schem atic diagram for ore bearing strata of uranium orebodies(after reference[16])
研究顯示,斷裂構造是若爾蓋地區(qū)鈾礦控礦第一要素,鈾礦床中的鈾礦化與構造關系非常密切。
圖4 -1 若爾蓋地區(qū)鈾礦礦體構造位置示意圖(據文獻[12-13])Fig.4 -1 Schematic diagram for structural position and uranium ore bodies of Zoige area(after reference[12-13])
圖4 -2 若爾蓋地區(qū)鈾礦礦體構造位置示意圖(據文獻[12-13])Fig.4 -2 Schematic diagram for structural position and uranium ore bodies of Zoige area(after reference[12-13])
從礦床受控于構造所顯示的特征上看,礦床控礦構造型式大體上可歸納為3種情況:①交叉部位上盤的順層斷裂帶中賦礦現象比較常見;②在構造拐彎和收斂部位,同時有NE向斷裂交叉的情況下,礦體往往產于拐彎和收斂部位;③礦體直接賦存在構造交點及其兩側的順層斷裂帶中(這種現象不太普遍)。
2.4 巖漿作用與蝕變分帶
若爾蓋地區(qū)熱液活動強烈,石英、方解石和黃鐵礦脈大量產出,局部尚可見其他硫化物脈。但總體上鈾礦床的近礦圍巖蝕變宏觀標志特征不十分明顯,除硅化、方解石化和黃鐵礦化外,其他圍巖蝕變現象的野外標志不易識別[17]。
若爾蓋鈾礦體具有規(guī)模大、豐度高的特點。通過對若爾蓋鈾礦田已探明和控制鈾礦床(體)產出部位的分析研究,確立了“斷裂組合-硅灰?guī)r組合體-巖性界面”3要素組合控礦的成礦規(guī)律。
3.1 斷裂組合
(1)有利的成礦構造環(huán)境為斷裂構造活動強烈、有不同物理力學性質的巖石組合。這種組合有利于圍巖中礦質活化轉移,而且有利于形成儲礦構造體系。
(2)成礦作用受構造結合部位控制。有利的成礦環(huán)境往往為構造斷裂切割2組塑性巖層(板巖)夾一組脆性巖層(硅灰?guī)r組合體)部位。
鈾礦化對賦存圍巖的巖性組合有明顯的選擇性,有利的巖性組合加上強烈的構造斷裂作用,往往可以構成有利的成礦環(huán)境。礦區(qū)NWW走向斷裂帶與NE向斷裂組成菱形格狀構造格架,結點北西側往往控制著鈾礦床的定位;而走向斷裂帶則控制著鈾礦體的產出,以及硅灰?guī)r組合體內順層斷裂的發(fā)育。這兩者均構成了礦區(qū)的含礦構造。
通過以往工作和近兩年勘查工作的驗證,若爾蓋地區(qū)鈾礦體多數產于具有硅灰?guī)r組合的斷裂構造帶中,而其上下地層均為板巖。鈾礦體主要產于硅質巖與灰?guī)r之間發(fā)生的斜切斷裂帶部位,與硅灰?guī)r關系密切,硅灰?guī)r組合體為主要賦礦圍巖。
3.2 硅灰?guī)r組合體
硅灰?guī)r組合體是指由上、下硅質巖與其之間的硅質灰?guī)r、少量炭質板巖的巖性組合。若爾蓋鈾礦賦存于下志留統(tǒng)的硅灰?guī)r組合體的特定部位。其特定因素有:①硅灰?guī)r組合體結構完整,即硅灰?guī)r組合體與上、下砂板巖呈斷層接觸;②成礦硅灰?guī)r組合體上、下為硅質巖,中間為硅質灰?guī)r并多夾層;③含礦硅質灰?guī)r和硅質巖均為含硅質、炭質、泥質等不純的巖石;④成礦硅灰?guī)r組合體寬(厚)度不能過大,一般在百米上下;上硅質巖要穩(wěn)定且較厚,往往在寬度收縮和變化部位成礦。硅灰?guī)r組合體是唯一的賦礦層體,是若爾蓋鈾礦控礦的基本要素。
3.3 巖性界面(層位)
巖性界面是指板巖與硅灰?guī)r組合體界面、含有機質的硅質巖、硅灰?guī)r組合體巖性界面。礦體主要產出于硅灰?guī)r組合體內硅質巖與硅質灰?guī)r界面附近;其次是硅質灰?guī)r中炭板巖、硅質巖夾層界面。這里巖性界面必須與順層斷裂要素組合才能成礦,且特定的巖性組合或巖性搭配,顯示出礦化對巖性的明顯選擇性。
深部鉆探資料表明,工業(yè)鈾礦體主要產于志留系硅灰?guī)r內。礦(化)體頂板為硅巖、板巖組合,且均含炭質,底板為硅質巖、板巖或含炭硅質板巖組合,表明受硅灰?guī)r巖性組合制約。在地表和淺部的下古生代寒武系中有工業(yè)礦體,奧陶系硅質巖和砂、板巖中,也見局部或零星鈾礦化和鈾異常。
志留系地層中各組地層并非都有礦產出。發(fā)現礦體的層位主要有羊腸溝組、塔爾組及拉攏組。研究表明,這3個組的地層巖性組合大體相似,具有“砂板巖”-“硅質巖+灰?guī)r”-“板巖”-“砂巖”的巖性組合規(guī)律。每個組地層巖性,上部與下部均為砂巖和板巖,中部為灰?guī)r夾硅質巖,而礦化恰恰主要發(fā)育在中部,也就是說兩套砂巖和板巖夾一套灰?guī)r和硅質巖,從而構成特定的巖性組合或巖性搭配,顯示出礦化對巖性的明顯選擇性。
3.4 巖漿活動與成礦的關系
若爾蓋鈾成礦帶的分布與各類礦床脈巖(圖5),特別是中酸性脈巖帶的分布在空間上基本重合,暗示鈾成礦與巖漿活動有一定的關系。
若爾蓋鈾礦田中的熱液脈石礦物的流體主要來源于地幔,成礦前期流體具有地幔流體的特征,而成礦晚期的成礦熱液有大氣降水的加入[18]。
圖5 若爾蓋地區(qū)巖漿巖分布立體示意圖(據文獻[5])Fig.5 Schematic diagram for position ofmagmatic rock in Zoige area(after reference[5])
來自深部的成礦熱液上升至張性構造空間膨脹地帶,由于壓力的驟降而產生減壓沸騰,在熱液沸騰過程中,酸性揮發(fā)分易于轉入蒸氣相,大量的F2、SO2及O2等氣體從礦床下部向上部轉移,導致酸堿分離,形成或加劇“上酸下堿,上氧化下還原”的垂直分帶現象,顯示出本區(qū)深源流體對鈾成礦作用的主導作用[19]。
綜合成礦作用研究成果,認為“斷裂構造-硅灰?guī)r組合體-巖性界面”的“組合成礦”作用和深源流體主導著若爾蓋鈾成礦作用,清晰地揭示了若爾蓋鈾礦的成礦模式(圖6)。
4.1 成礦早期
(1)加里東運動時期,瑪沁—略陽深大斷裂(F2)和溫泉—益哇斷裂(F1、F3)控制著裂陷槽的演化。伴隨深大斷裂的拉張,深源流體上涌,在海底噴流沉積作用和半封閉的沉積環(huán)境下,溫泉—益哇斷裂上盤形成下志留統(tǒng)賦礦層位和富鈾硅灰?guī)r組合體。
(2)印支運動時期,在強烈的造山運動下形成了以近EW向斷裂和NE向斷裂為主要控礦、成礦構造的基本構造格架體系。
圖6 若爾蓋碳硅泥巖型鈾礦成礦模式示意圖Fig.6 M etallogenic model of the carbonaceous-siliceous-pelitic rock type uranium deposits in Zoige area
(3)燕山早期,瑪沁—略陽深大斷裂強烈拉張,火山噴發(fā)和巖漿侵入,形成侏羅紀火山盆地。
4.2 主成礦期
燕山晚期—喜山早期,由于瑪沁—略陽深大斷裂的持續(xù)活動,發(fā)生強烈的拉張運動和斷陷活動,形成白堊紀斷陷紅盆。之后,富含鈾等成礦元素的深源流體上涌,沿F1、F3和NE向斷裂運移,在下志留統(tǒng)硅灰?guī)r組合體內走向斷裂和巖性界面組合部位富集,形成鈾礦床(體)。
若爾蓋地區(qū)在鈾成礦過程中,斷裂構造是第一控礦要素,鈾礦化與構造關系非常密切:①降扎—迭部蓋層褶沖帶南緣的瑪沁—略陽深大斷裂(F2)控制了構造單元的演化、構造格架、深源流體活動和成礦作用;②溫泉—益哇斷裂(F1、F3)的早期活動在早志留世形成南、北2個相帶,沿斷裂的海底噴流作用(深源流體)和半封閉的沉積環(huán)境在北相帶沉積了賦礦硅灰?guī)r組合體,為成礦奠定了基礎,控制了礦田東、西兩礦帶的布局;③NE向斷裂與硅灰?guī)r組合體的特殊組合控制了礦床的定位;④硅灰?guī)r組合體內順層斷裂決定了礦體的分布。
總體上講,深大斷裂和溫泉—益哇斷裂是若爾蓋地區(qū)深源流體的主要通道,構成了成礦的必要條件,是該區(qū)最主要的控礦要素,控制了鈾礦體、礦床以至整個礦田。然而,斷裂構造并不是唯一要素,因為只有在一定的地質構造演化環(huán)境下,斷裂構造、硅灰?guī)r組合體及巖性界面3大控礦要素的組合,鈾源才能真正成礦。
4.3 找礦方向
通過以上理論的指導,在地調項目的支持下,2014年度施工的深部鉆探,均見到薄—中層的高品位工業(yè)鈾礦體。在以上鉆探的基礎上,2015年5—9月在四川省地勘基金項目的支持下進行同孔分支鉆進,在傾向上進行追索,取得了重大的找礦突破,發(fā)現了厚大富礦體。結合礦田內以往的成礦體系與近幾年找礦成果的驗證,認為在若爾蓋地區(qū)及碳硅泥巖型成礦區(qū)的“斷裂構造-硅灰?guī)r組合體-巖性界面”是較為明確的找礦方向。
若爾蓋碳硅泥巖型鈾礦的形成,既要有數量充足的礦質供給,又要有多種對成礦有利的控礦賦礦條件、特定巖性組合及界面的相互配合。通過研究得出如下認識:
(1)鈾礦化對硅灰?guī)r組合體具明顯的選擇性。礦體主要產出于志留系羊腸溝組、塔爾組及拉攏組的硅灰?guī)r組合體內硅質巖與硅質灰?guī)r界面附近。
(2)鈾礦體多數產于具有硅灰?guī)r組合的斷裂構造帶中,而其兩側都被板巖夾持。鈾礦體主要產于硅質巖與灰?guī)r之間發(fā)生的斜切斷裂帶部位,與硅灰?guī)r關系密切,硅灰?guī)r為主要賦礦圍巖。
(3)深源流體的上升控制鈾成礦,主導著鈾礦形成。
致謝:在資料整理過程中得到若爾蓋項目組各位同志和四川省核工業(yè)地質調查院西南鈾礦所所長李寶新及中國地質大學(武漢)構造與油氣資源教育部重點實驗室史冠中等同志的大力支持和幫助,在此深表感謝!
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M etallogenic Regularities and Ore Controlling Factors of Carbonaceous-Siliceous-Pelitic Rock Type Uranium Deposits in Zoige
WANG Yong-fei
(Sichuan Institute of Nuclear Geology,Chengdu 610061,China)
The Zoige carbonaceous-siliceous-pelitic rock type uranium deposits locate at the south subzone of western Qinling Mountains,which is one of the ten largest uranium resource bases in China.However,some problems still need to be answered,such as deep exploration,resource expansion and ore genesis.The shape,occurrence and distribution for ore bodies of Zoige carbonaceous-siliceous-pelitic rock type uranium deposits are summarized according to detailed field investigation and research in recently years.These layered,lenticular and lentil ore bodiesmainly occur in Silurian low metamorphic siliceous rocks,limestone and slate,and these ore bodies are controlled by lithology,structure and siliceous limestone.It is proposed that the three essential ore controlling factors are fault structure,siliceous limestone and lithological boundary.It is inferred that the superimposed mineralization and deep fluid have important role in the formation of uranium deposits of Zoige area.
:carbonaceous-siliceous-pelitic rock type;uranium deposit;metallogenic regularity;ore controlling factors;Zoige
P619.14
:A
:2095-8706(2015)08-0017-08
(責任編輯:刁淑娟)
2015-04-15;
2015-11-06。
中國地質調查局“四川省若爾蓋地區(qū)鈾礦遠景調查(編號:1212011220787)”項目資助。
王永飛(1982—),男,工程師,主要從事礦產地質勘查和研究工作。Email:wanglfp@126.com。