北秦嶺丹鳳紙坊溝地區(qū)鈾礦地質(zhì)特征及成礦地質(zhì)條件分析

沙亞洲，王菊嬋，康清清，任王瑞，鄧林燕

(陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二二四大隊(duì)，陜西 西安 710024)

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北秦嶺丹鳳紙坊溝地區(qū)鈾礦地質(zhì)特征及成礦地質(zhì)條件分析

沙亞洲，王菊嬋，康清清，任王瑞，鄧林燕

(陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二二四大隊(duì)，陜西 西安 710024)

[摘要]陜西丹鳳地區(qū)，是我國(guó)偉晶花崗巖型鈾礦的重要產(chǎn)地，開(kāi)展該區(qū)鈾礦化地質(zhì)特征和成礦作用的研究，對(duì)該區(qū)的找礦預(yù)測(cè)有重要意義。結(jié)合前人基礎(chǔ)地質(zhì)、成礦作用、同位素年代學(xué)等方面的研究成果，通過(guò)重點(diǎn)研究紙坊溝地區(qū)秦嶺巖群郭莊巖組原巖建造、變質(zhì)巖組合及含鈾性，侵入體年齡、侵位機(jī)制、空間形態(tài)和鈾礦化特征，以及對(duì)鈾成礦地質(zhì)條件進(jìn)行分析。結(jié)果表明：紙坊溝地區(qū)鈾礦是早泥盆紀(jì)北秦嶺造山帶后碰撞拉伸期區(qū)域構(gòu)造巖漿活動(dòng)、地層含鈾性和地殼深部堿性流體多因素耦合作用的結(jié)果；秦嶺巖群郭莊組發(fā)生部分熔融，產(chǎn)生的紙坊溝侵入體與深部堿性流體混合、就位于穹窿構(gòu)造并發(fā)生鉀交代作用，是本區(qū)鈾成礦的基本條件；鈾礦化產(chǎn)于中粗粒-偉晶狀鉀質(zhì)花崗巖中，鈾礦體具有品位低、厚度大、多層產(chǎn)出的特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]鈾礦；鉀質(zhì)花崗巖；侵入體；穹窿；堿交代；紙坊溝；丹鳳；北秦嶺

鈾資源是關(guān)系國(guó)防建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略資源。近年，隨著鈾礦勘查的深入，找礦預(yù)測(cè)是地質(zhì)學(xué)界專家、學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注。陜西丹鳳地區(qū)(即：丹鳳三角地區(qū))，是我國(guó)花崗偉晶巖型鈾礦的重要產(chǎn)地。由于花崗偉晶巖型鈾礦在國(guó)內(nèi)屬于一種新鈾礦類型(萬(wàn)吉等1992，馮明月，戎家樹(shù)等1996)，已有研究根據(jù)區(qū)內(nèi)花崗偉晶巖型鈾礦床(點(diǎn))一般分布在花崗巖巖體的周邊，鈾礦體一般受巖體內(nèi)、外接觸帶黑云母?jìng)ゾr脈控制，成群產(chǎn)出的基本特征，對(duì)區(qū)內(nèi)鈾成礦的背景、控礦因素、富集規(guī)律等趨同的認(rèn)識(shí)是晚古生代酸性巖漿侵入活動(dòng)及演化，與鈾成礦關(guān)系密切(王成功等，1988；曾令交，1994；李衛(wèi)紅等，2015)

1區(qū)域地質(zhì)概況

丹鳳地區(qū)位于商丹板塊結(jié)合帶北側(cè)的北秦嶺復(fù)合巖漿弧雜巖帶(張國(guó)偉等，1991，2001)東部(圖1),處于北秦嶺鈾成礦帶的東段， 區(qū)域地層有下元古界秦嶺群和下古生界丹鳳群。以分水嶺斷裂為界，以北為秦嶺群，為北秦嶺地體內(nèi)最古老的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底，普遍遭受多期變質(zhì)變形和巖漿作用。原巖以富鋁、富炭和富碳酸鹽沉積巖為主的表殼巖組合，主要巖石類型有片麻巖、各類混合巖、石英片巖、石英巖等，巖石變形復(fù)雜并發(fā)育深熔作用以南沿商丹斷裂帶斷續(xù)出路的各種與島相關(guān)的火山巖及基性侵入雜巖與伴隨的沉積巖塊一并組成丹鳳群蛇綠混雜巖帶。

2研究區(qū)鈾礦地質(zhì)特征

2.1研究區(qū)秦嶺巖群原巖建造及含鈾性

紙坊溝地區(qū)鈾礦化是近年發(fā)現(xiàn)的有別于“光石溝式”的一種新的巖漿型鈾礦類型(沙亞洲，張展適等，2008)，這種鈾礦化的主要特征是受復(fù)式花崗巖體中特定侵入體控制，含礦主巖一般具有強(qiáng)烈的堿交代現(xiàn)象。研究區(qū)秦嶺巖群郭莊巖組二分性比較明顯，圍繞王家莊-騾子坪穹窿呈帶狀分布(圖2)。下段(Pt1ga.)主要為灰白色薄層狀方解石大理巖、灰綠色斜長(zhǎng)透輝巖及灰色黑云斜長(zhǎng)片麻巖等組成。上段(Pt1gb.)主要為灰、灰褐色條帶狀黑云斜長(zhǎng)片麻巖。根據(jù)陳榮綬等(1988)的研究，上段鈾含量達(dá)3.86 PPm,大于丹鳳地區(qū)秦嶺巖群平均鈾含量3.68 PPm，為紙坊溝地區(qū)的含鈾層。

1—老第三系紅色砂礫巖；2—三迭系一侏羅系灰綠色砂巖、碳質(zhì)頁(yè)巖；3—下古生界云架山群：變中基性火山巖、大理巖；4—下古生界丹鳳群：變中基性火山巖、碎屑巖；5—早元古界秦嶺群：片麻巖、變粒巖、大理巖；6—加里東期片麻狀混合花崗巖；7—加里東期片麻狀花崗巖；8—海西期片麻狀混合花崗巖；9—斷裂構(gòu)造；10—不整合界線；11—地質(zhì)界線；12—偉晶巖型鈾礦床

圖1丹鳳三角地區(qū)地質(zhì)略圖

2.2研究區(qū)騾子坪復(fù)式巖體的主要特征

侵位于王家莊-騾子坪秦嶺巖群片麻巖穹窿中的騾子坪復(fù)式巖體(圖2)，經(jīng)大比例尺構(gòu)造巖性專項(xiàng)填圖，在前人間距基礎(chǔ)上并結(jié)合近年1:5萬(wàn)區(qū)調(diào)成果，將騾子坪復(fù)式巖體解體為早志留紀(jì)上騾子坪侵入體(γοS1)和早泥盆紀(jì)紙坊溝侵入體(ξγD1)，二者野外宏觀產(chǎn)狀迥然不同，后者為研究區(qū)主要含礦地質(zhì)體。

上騾子坪侵入體(γοS1)：主要分布在上騾子坪以東地區(qū)，巖性以灰白色片麻狀中細(xì)粒黑云母斜長(zhǎng)花崗巖為主，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，野外整體呈塊狀構(gòu)造，暗色礦物略呈定向排列。礦物成份主要以鈉、更長(zhǎng)石、石英為主，約占80%～90%；次為鉀長(zhǎng)石、黑云母、石榴子石。巖石暗色礦物略呈定向排列(圖3)，為騾子坪復(fù)式巖體的主體巖性；紙坊溝侵入體(ξγD1)：主要分布在王家莊-騾子坪秦嶺巖群片麻巖穹窿西北部?jī)A伏圈閉部位的紙坊溝-毛芋園地區(qū)，巖性以灰白—肉紅色中粗粒-偉晶狀鉀質(zhì)花崗巖為主(圖4)，偶見(jiàn)黑云母二長(zhǎng)花崗巖。巖石發(fā)育強(qiáng)烈的交代結(jié)構(gòu)，反映出該侵入體曾遭受強(qiáng)烈的堿交代作用。

1—丹鳳群a巖段；2—峽河巖群寨根巖a巖段；3—秦嶺群郭莊巖組b巖段；4—秦嶺群郭莊巖組a巖段；5—灰白色含石榴石二長(zhǎng)花崗巖；6—淺紅色片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；7—偉晶狀花崗巖脈；8—大理巖；9— 斷裂構(gòu)造；10—韌性剪切帶

圖2王家莊-騾子坪一帶地質(zhì)略圖

圖3　中細(xì)粒黑云母斜長(zhǎng)花崗巖

已有研究(沙亞洲，張展適等，2008)表明，紙坊溝侵入體Al2O3含量介于12.93%～14.71%之間， A/CNK值介于1.0～1.1之間，屬弱過(guò)鋁到強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)巖石；SiO2含量變化于73.02%～75.38%之間，平均為74.09%，K2O+Na2O含量為7.35%～11.5%，平均為9.48%；A.R值變化于1.93～3.50之間，平均為2.64，屬鈣堿性到堿性的過(guò)渡系列巖石。紙坊溝侵入體87Sr/86Sr值0.708 617～0.709 129，δ18O值10.77‰，Rb、Sr、Ba、Li、Zr、Nb等親石元素含量較高，稀土元素總量150～210×10-6，銪負(fù)異常(δEu=0.03～0.46)，配分大致與秦嶺群相似，所有這些特征顯示了秦嶺群結(jié)晶基底的熔融特點(diǎn)。

2.3紙坊溝侵入體的空間形態(tài)及就位機(jī)制

紙坊溝侵入體主要分布在王家莊-騾子坪秦嶺群片麻巖穹窿西北部?jī)A伏圈閉部位，受穹窿傾伏端秦嶺群層間滑脫構(gòu)造影響，侵入體中秦嶺群片麻巖俘虜體較多，一般呈大的脈狀、囊狀、透鏡狀、不規(guī)則狀成群產(chǎn)出，遠(yuǎn)離穹窿傾伏端到核部逐漸過(guò)渡到席狀產(chǎn)出并超覆侵位于上騾子坪侵入體之上(圖5)。從鉆探揭露情況對(duì)比可以看出，紙坊溝侵入體與下伏上騾子坪侵入體間大致界面呈北西西向緩傾，預(yù)示紙坊溝侵入體在穹窿傾伏圈閉部位深部形態(tài)有變?yōu)橥暾麕r體的趨勢(shì)(圖6)。

圖4　中粗粒-偉晶狀鉀質(zhì)花崗巖

1—秦嶺群郭莊巖組b巖段；2—秦嶺群郭莊巖組a巖段；3—鉀質(zhì)花崗巖；4—細(xì)?；◢弾r；5—鈾礦點(diǎn)；6—鈾礦體；7—伽瑪異常點(diǎn)； 8—王家莊-騾子坪穹窿構(gòu)造

圖5王家莊-騾子坪片麻巖穹窿構(gòu)造示意圖

1、秦嶺巖群郭莊組上段；2、秦嶺巖群郭莊組下段；3、中粗粒鉀質(zhì)花崗巖；4、中細(xì)粒黑云斜長(zhǎng)花崗巖；5、鉆孔位置及編號(hào)；6、巖性界線及標(biāo)高

圖6紙坊溝侵入體空間形態(tài)示意圖

2.4紙坊溝侵入體鈾礦化特征

勘查資料顯示，鈾礦化主要產(chǎn)于王家莊-騾子坪秦嶺群片麻巖穹窿構(gòu)造西北部?jī)A伏圈閉部位的脈狀、囊狀、透鏡狀、不規(guī)則狀巖枝分布區(qū)，席狀分布區(qū)鈾礦化較弱。穹窿構(gòu)造傾伏圈閉部位易形成層間虛脫和層間揉皺構(gòu)造，不僅為巖漿侵位和后期堿質(zhì)含礦流體提供了通道和定位空間，更重要地是由于穹窿構(gòu)造傾伏圈閉部位構(gòu)造界面比較發(fā)育且形態(tài)復(fù)雜，極易形成隔擋，使含礦流體物理化學(xué)條件發(fā)生改變而有利成礦。席狀侵入體分布區(qū)，巖性單一、構(gòu)造界面形態(tài)簡(jiǎn)單、處于含礦流體末端，鈾礦化較弱是必然的。與丹鳳地區(qū)光石溝、小花岔偉晶花崗巖型鈾礦床不同，紙坊溝地區(qū)鈾成礦與堿交代作用關(guān)系密切，鈾礦化普遍產(chǎn)于鉀交代中粗粒-偉晶狀鉀質(zhì)花崗巖中，尤以中粗粒(局部偉晶狀)鉀質(zhì)花崗巖鈾礦化較為強(qiáng)烈(表1)。

表1　紙房溝地區(qū)不同地質(zhì)體U含量表

2.5紙坊溝地區(qū)鈾礦體基本特征

鉆探揭露顯示，王家莊-騾子坪穹窿構(gòu)造西北部?jī)A伏圈閉部位是鈾礦體產(chǎn)出的主要部位，礦體環(huán)繞穹窿構(gòu)造傾伏端呈圈層狀分布，成群產(chǎn)出(圖5)。產(chǎn)鈾巖性為煙灰-淺肉紅色中粗粒(局部偉晶狀)花崗巖，圍巖為灰白色中粗?；◢弾r，礦體與圍巖無(wú)明顯界限，一般呈漸變過(guò)渡關(guān)系。礦體形態(tài)與巖枝基本相同呈脈狀、透鏡狀、餅狀、不規(guī)則狀，具有品位低、厚度大、多層產(chǎn)出的特點(diǎn)。礦體多數(shù)為隱伏礦體，埋藏一般10～30 m，長(zhǎng)度一般300～400 m，最長(zhǎng)914 m；厚度一般8～27 m，最厚27.4 m；傾向延深200～350 m，最大延深500 m，深部鉆孔仍有礦化顯示；品位100～200×10-6，其中可圈出品位500～800×10-6的工業(yè)礦體。紙坊溝地區(qū)鈾礦體的分布、規(guī)模、基本形態(tài)、品位變化，從一個(gè)側(cè)面反映了堿交代的控制條件、大致范圍和強(qiáng)弱，暗示該區(qū)存在著深部透巖漿堿性流體的成礦作用。

3研究區(qū)鈾成礦條件分析

3.1區(qū)域構(gòu)造巖漿條件

研究丹鳳地區(qū)區(qū)域構(gòu)造顯示, 北秦嶺造山帶在俯沖-碰撞期，由于塊體碰撞, 古老基底巖石秦嶺巖群向西擠出抬升, 穹窿構(gòu)造發(fā)育，導(dǎo)致了地殼的加厚,幔源物質(zhì)加入產(chǎn)生下地殼熔融, 形成巖漿, 并上侵到地背斜軸部或穹窿構(gòu)造形成灰池子、上騾子坪侵入體等I型花崗巖,為后碰撞拉伸期巖漿侵位和含礦流體上升提供了通道和空間；下泥盆紀(jì)，北秦嶺造山帶處于后碰撞拉伸階段，由于上地殼地背斜或穹窿構(gòu)造極易產(chǎn)生減壓作用，使秦嶺巖群郭莊巖組粉砂質(zhì)-鈣泥質(zhì)含鈾建造發(fā)生部分熔融熔融，產(chǎn)生花崗質(zhì)熔漿。上地殼的減壓作用同時(shí)使深部的超臨界堿性流體得以釋放，加入到熔漿體系當(dāng)中，形成一個(gè)復(fù)雜的含鈾混合體，并在穹窿構(gòu)造傾伏端、巖體與地層接觸帶等有利部位就位。由于紙坊溝侵入體屬花崗質(zhì)熔漿，具有很強(qiáng)的流體圈閉能力，堿交代成礦作用僅限制在熔漿體內(nèi)部進(jìn)行，并隨著巖漿的固結(jié)而析出成礦物質(zhì)，形成正巖漿礦床(羅照華,盧欣祥，祝朝輝等，2008，2010)。

3.2地層條件

紙坊溝地區(qū)秦嶺巖群郭莊巖組為一套粉砂質(zhì)-鈣泥質(zhì)建造，上段黑云斜長(zhǎng)片麻巖、條帶狀石榴黑云斜長(zhǎng)片麻巖、含石榴矽線黑云斜(二)長(zhǎng)片麻巖夾薄層狀鈣硅酸粒巖或大理巖透鏡體一套巖性組合，具有富鈾古炭硅泥層位的一般特征(王儒林等，1992)。因位于王家莊-騾子坪穹窿構(gòu)造部位，造山帶后碰撞拉伸階段極易產(chǎn)生部分熔融，使古鈾得以釋放進(jìn)入熔體，為成礦提供了鈾源。

3.3深部超臨界堿性流體的作用

對(duì)丹鳳地區(qū)鈾礦床含礦主巖進(jìn)行對(duì)比研究，紙坊溝地區(qū)發(fā)育強(qiáng)烈的交代結(jié)構(gòu)，晶質(zhì)鈾礦一般產(chǎn)于鉀長(zhǎng)石或石英顆粒內(nèi)部，與鉀長(zhǎng)石、石英等密切共生(圖7和圖8)，這種現(xiàn)象在丹鳳地區(qū)其他鈾礦床則很少見(jiàn)到。反映出鈾礦化與鉀交代關(guān)系密切。暗示紙坊溝地區(qū)普遍的堿交代作用對(duì)鈾成礦有一定作用，當(dāng)然，對(duì)堿質(zhì)流體的來(lái)源及成礦作用有待進(jìn)一步研究。

圖7　產(chǎn)于鉀長(zhǎng)石(Kf)內(nèi)的晶質(zhì)鈾礦(Ur)與鋯石(Zir)、

圖8　產(chǎn)于石英Q內(nèi)的晶質(zhì)鈾礦Ur與黃鐵礦Py、

4結(jié)語(yǔ)

(1)紙坊溝地區(qū)鈾礦是早泥盆紀(jì)北秦嶺造山帶后碰撞拉伸的產(chǎn)物，是區(qū)域構(gòu)造巖漿活動(dòng)、地層含鈾性和地殼深部堿性流體禇因素耦合作用的結(jié)果。

(2)紙坊溝地區(qū)鈾礦化具有品位低、厚度大、多層產(chǎn)出的特點(diǎn)，礦體的分布、規(guī)模、形態(tài)及品位變化，反映了堿交代的控制條件、大致范圍以及強(qiáng)弱。

(3)紙坊溝地區(qū)秦嶺巖群郭莊巖組上段富鈾古炭硅泥層位為該區(qū)鈾成礦的鈾源。

(4)北秦嶺造山帶早泥盆紀(jì)拉伸環(huán)境下秦嶺巖群郭莊組發(fā)生部分熔融，產(chǎn)生的紙坊溝侵入體與深部堿性流體混合、就位于穹窿構(gòu)造并發(fā)生鉀交代作用，是本區(qū)鈾成礦的基本條件，有別于丹鳳地區(qū)“光石溝式”鈾礦的成礦條件。

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[中圖分類號(hào)]P619.14

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0181-04

[作者簡(jiǎn)介]沙亞洲(1957-)，男，陜西渭南人，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)勘察和技術(shù)管理工作。

[基金項(xiàng)目]中陜核工業(yè)集團(tuán)基金項(xiàng)目“陜西省丹鳳縣紙坊溝地區(qū)鈾礦普查”(2013003)；陜西省基金項(xiàng)目“陜西省丹鳳縣陳家莊鈾礦床外圍紙坊溝地區(qū)鈾礦普查”(61201002076)

[收稿日期]2016-02-24