川北303鈾礦床礦化特征及其控礦因素

侯學(xué)文，孫澤軒，莫幫洪，張亮

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川北303鈾礦床礦化特征及其控礦因素

侯學(xué)文1,2，孫澤軒2，莫幫洪2，張亮2

（1.成都理工大學(xué)，成都 610059；2.核工業(yè)二八〇研究所，四川 廣漢 618300）

303礦床是四川盆地內(nèi)一砂巖型鈾礦床。近年來，該區(qū)鈾礦找礦工作未取得突破性進(jìn)展。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查、薄片、光片、系列編圖等資料，運(yùn)用砂巖型鈾礦成礦、找礦理論，對(duì)303礦區(qū)下白堊統(tǒng)蒼溪組地層特征及鈾礦化特征進(jìn)行研究，認(rèn)為川北砂巖型鈾礦化主要分布在新華向斜的南東翼，礦石以砂巖型鈾礦石為主，礫巖型鈾礦石和泥巖型鈾礦石次之。鈾礦石中鈾的存在形式以瀝青鈾礦、鈾石以及吸附鈾為主。主成礦年齡較大，礦體主要賦存在辮狀河沉積體系之中，礦化與沉積微相、構(gòu)造、巖相古地理及砂體厚度關(guān)系密切。

鈾礦；砂巖型；礦化特征；川北

上世紀(jì)七十年代，前人在川北地區(qū)先后發(fā)現(xiàn)4210、7201和303礦床，開啟了四川盆地尋找砂巖型鈾礦的篇章。通過幾十年的研究，前人對(duì)303地區(qū)砂巖型鈾礦床的礦床成因的認(rèn)識(shí)不斷加深，先后經(jīng)歷沉積富集成因（主流觀點(diǎn)）、鈾礦化受斷裂控制（陶衛(wèi)中，1989）、滲濾水成（王淦順，1992）、熱水改造（朱西養(yǎng)，1991）、熱水沉積成礦（戴杰敏，1994）。本文在綜合前人認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)303礦床的鈾礦化特征和制約因素進(jìn)行研究，旨在對(duì)今后在川北地區(qū)尋找砂巖型鈾礦床的同行有所啟發(fā)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

303礦床位于南江縣境內(nèi)，大地構(gòu)造位置位于通江臺(tái)凹（圖1）。下古生代時(shí)，通江臺(tái)凹是大巴山坳陷的西南延伸部分。古生代大巴山褶皺帶隆起后，為一殘余圈閉凹陷，中生代晚期它和成都凹陷連成統(tǒng)一的坳陷。二疊紀(jì)沉積前通江凹陷中心在巴中和通江以北地區(qū)。在中生代早期，凹陷中心西南遷移到儀隴及平昌以南地區(qū)。中生代晚期，凹陷走向扭轉(zhuǎn)為北北東向，并向西南擴(kuò)展。

圖1 工區(qū)位置略圖

1-物源區(qū)；2-礦床及編號(hào)

通江臺(tái)凹在發(fā)展演化中，表現(xiàn)為米倉山、大巴山長期的隆升，盆地長期相對(duì)繼承性沉積凹陷，北部地區(qū)不斷的剝蝕風(fēng)化，為盆地提供沉積物源和鈾源。受到南北兩側(cè)古隆起的夾嵌，大巴山弧形隆起向西南方向推擠，在凹陷內(nèi)產(chǎn)生不同走向的基底錯(cuò)斷活動(dòng)，使表層沉積發(fā)生扭動(dòng)褶曲，并形成北東向通江—儀隴斷裂和亂石子—草壩場(chǎng)斷裂。此外還有幾條較小的斷裂，整體形成大巴山弧帶，將區(qū)域構(gòu)造分成NW-SE弧形褶皺帶和NE向華夏構(gòu)造系及蓮花旋轉(zhuǎn)構(gòu)造等。

2 鈾礦化特征

2.1鈾礦體空間分布特征

鈾礦化主要產(chǎn)于侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組與白堊系蒼溪組的沉積間斷面之上（圖2），嚴(yán)格受層位控制，而工業(yè)礦體則賦存于蒼溪組第一韻律底界之上0～8m的范圍內(nèi)。但在層內(nèi)分布卻不均勻，厚度與品位的變化幅度很大，礦體邊界呈突變尖滅，在主巖內(nèi)呈“準(zhǔn)整合”狀產(chǎn)出，傾角一般為幾度至十幾度，個(gè)別地段達(dá)20°～30°，無論地表或深部礦體，尤其是串溝和凹槽充填物中的礦體，呈現(xiàn)出薄、小、散的特點(diǎn)，呈似層狀、透鏡狀順層分布，走向上呈雁行式，傾向上呈疊瓦狀排列，常穿越不同的層面和層理，但不切穿層位。有利地段內(nèi)他們常密集成群，構(gòu)成礦化帶或礦化群，在古河床內(nèi)富含有機(jī)質(zhì)的鈣質(zhì)砂巖中，形成個(gè)別較大的工業(yè)礦體，具有一定的金屬鈾儲(chǔ)量，礦體平均厚度在1m左右，含礦段第一層內(nèi)有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦化與鈾礦化關(guān)系密切，是尋找鈾礦的有利標(biāo)志。

2.2 成礦年齡特征

樣品測(cè)定，礦床成礦年齡為：107.4±9.4Ma，114.4±2.2Ma，116.5±2.3Ma和124.5±3.3Ma，產(chǎn)于有機(jī)質(zhì)中瀝青鈾為116.5±2.3Ma中，產(chǎn)于膠結(jié)物中的瀝青鈾礦為107.4±9.4Ma～124.5±3.3Ma。根據(jù)瀝青鈾礦的同位素年齡分析，鋯石與主巖之間有一定的時(shí)差，但不大。礦床鈾礦成礦期為早白堊世末至晚白堊世。

圖2 范家山礦床ZK8-3—ZK8-5勘探線含礦層剖面圖

1-泥巖；2-粉砂巖；3-中砂巖；4-粗砂巖；5-含礫砂巖；6-礫巖；7-巖性分界線；8-工業(yè)礦體；9-礦化體；10-品位及厚度

2.3 礦石種類與鈾存在形式

2.3.1 礦石種類

鈾礦石種類主要有三種，分別為砂巖型鈾礦石，礫巖型鈾礦石、泥巖型鈾礦石。

砂巖型鈾礦石：為主要鈾礦石類型，其儲(chǔ)量占該礦床的95%以上。其中以厚層砂巖的品位高，穩(wěn)定性好，砂巖成分：巖屑35%～50%、石英顆粒40%～50%，長石含量小于10%，顏色為深灰色至灰黑色、鈣質(zhì)膠結(jié)緊密，富含細(xì)分散狀有機(jī)質(zhì)，富礦石部位赤鐵礦化明顯，并有分散狀黃鐵礦細(xì)粒；薄層狀砂巖鈾礦石，則品位低、連續(xù)性和穩(wěn)定性差，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，灰色，含條帶狀和薄層狀凝膠化有機(jī)質(zhì)，膠結(jié)較疏松。

礫巖型鈾礦石：在礦石中局部可見，呈長透鏡體產(chǎn)出，含有有機(jī)質(zhì)和弱紅化，沿走向和傾向均不穩(wěn)定，向砂巖型礦石過渡，礫石成分主要為泥灰?guī)r、石灰?guī)r，偶見安山巖、火山熔巖，礫巖滾圓度中等，礫徑0.5～1.0cm，鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)緊密。礫石間夾有大量巖屑。

泥巖型鈾礦石：為砂巖中的夾層，主要由泥質(zhì)和鈣質(zhì)組成，礦石較貧，厚度小，礦化不穩(wěn)定，礦石呈塊狀構(gòu)造，微細(xì)粒結(jié)構(gòu)，見有少量細(xì)分散狀黃鐵礦，膠結(jié)致密。

2.3.2 鈾存在形式

鏡下觀察、放射性照相、顯微放射性照相、電子探針掃描及電滲析等資料表明，礦石中鈾的存在形式主要為礦物和吸附兩種，其次尚有少量類質(zhì)同象鈾。鈾礦物主要為瀝青鈾礦，其次是鈾石，常見于富礦石中，呈膠狀、不規(guī)則狀、顯微粒狀及超顯微粒狀，分布于砂巖的鈣質(zhì)膠結(jié)物中、礫石和碎屑的邊緣、長石和云母的解理縫中，或充填于鈣質(zhì)結(jié)合的龜裂紋和有機(jī)質(zhì)的細(xì)胞腔中。礦石構(gòu)造成星點(diǎn)狀、條帶狀、不規(guī)則狀、環(huán)狀。

瀝青鈾礦呈黑色、具瀝青光澤，反射光下呈灰色、均質(zhì)性、無內(nèi)反射。其反射率隨粒徑和含氧系數(shù)而變化與10%～16%之間，顯微硬度為232～317kg/mm2。

鈾石是鈾的硅酸鹽礦物，主要見于古植物碎屑的細(xì)胞腔內(nèi)和紅化礦石的膠結(jié)物中，呈短柱狀隱晶結(jié)構(gòu)，與球粒狀黃鐵礦及個(gè)別方鉛礦立方體共生，顆粒極細(xì)，其反射率比瀝青鈾礦略低，約為10%±，普通顯微鏡下兩者難以區(qū)別。

吸附鈾主要存在于貧礦石中，吸附劑為有機(jī)質(zhì)、膠狀與黃鐵礦、赤鐵礦、綠泥石、粘土雜基等。

類質(zhì)同象鈾存在于鋯石、獨(dú)居石等含鈾重礦物中，含量甚微。

2.4礦石鈾地球化學(xué)特征

礦石中有利伴生元素由硒（Se）、釩（V）、鉬（Mo）和鋇（Ba）等，其中Se 、V、 Mo含量相對(duì)較高，但僅部分樣品可達(dá)工業(yè)利用指標(biāo)，無法單獨(dú)圈定礦體，不能綜合利用。鈾礦石中含鉛量較圍巖高，原因是放射性元素衰變引起。

2.5圍巖蝕變

礦床圍巖蝕變?nèi)?，僅見方解石化、紅化。

紅化與鈾礦化有著極為密切的關(guān)系。礦化地段均由暗紫紅色至淺紫紅色強(qiáng)弱不同程度的紅化。礦化越富，紅化越強(qiáng)，富礦石呈暗紫色色調(diào)。紅化是由顯微粒狀和鱗片狀赤鐵礦、針鐵礦分布在碎屑邊緣及其顯微裂隙中所致。紅化礦石與正常巖石全鐵含量基本相等，只是隨著紅化程度的增強(qiáng)，F(xiàn)e2O3增加,FeO減少。因此礦石中Fe2O3的增加不是帶入的，而是原巖中Fe2+被氧化的結(jié)果。

圖3 蒼溪組第一段沉積相與鈾成礦關(guān)系圖

3 鈾礦化控制因素

3.1 地層控制

鈾礦化主要產(chǎn)于侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組與白堊系蒼溪組的沉積間斷面之上，嚴(yán)格受層位控制，而工業(yè)礦體則賦存于蒼溪組第一韻律底界之上0～8m的范圍內(nèi)，且礦體與地層呈“假整合”產(chǎn)出，含礦巖性多為淺色至深灰、灰黑色巖屑砂巖，局部含炭屑、礫巖透鏡體及紫紅色泥巖夾層。

3.2 沉積構(gòu)造與巖相古地理

鈾礦化展布、地層走向與古河道展布基本一致，鈾礦主要賦存于古河道主流亞相和濱河亞相中，水平和垂向上沖刷面的數(shù)量、規(guī)模、深淺等因素與鈾的富集和礦化程度呈正相關(guān)趨勢(shì)。在古河道凹地、凹槽、河道轉(zhuǎn)彎處是工業(yè)礦體形成的最佳場(chǎng)所。

礦體的產(chǎn)出距多階段性、多層性的特點(diǎn)；礦體產(chǎn)在北東-南西向古河流沉積相帶中，礦體長軸方向與古水流方向一致，空間上呈帶狀分布，但受巖相古地理-沉積凹槽、河流彎曲和主、支流交匯部位的控制。

另外，鈾礦化與含礦層砂體厚度有密切的關(guān)系。當(dāng)含礦砂體厚度小于15m時(shí)，因空間有限，含鈾水溶液不易流動(dòng)循環(huán)，而不利于成礦；當(dāng)砂體厚度大于25m時(shí)，因砂體過厚，發(fā)育的沖刷面過多，使流體流動(dòng)性增大，造成礦液易過而不留或?qū)︹櫟男遁d不充分，也不利于成礦；蒼溪組砂體厚度在15～25m時(shí)，適合含鈾水循環(huán)和停滯，在巖性搭配適當(dāng)?shù)臈l件下形成礦體與礦化，且產(chǎn)出的礦體較厚大。

3.3 巖石物質(zhì)成分與結(jié)構(gòu)組合

巖石粒度適中、原始孔隙發(fā)育、有機(jī)質(zhì)、粘土、黃鐵礦含量較高以及地球化學(xué)條件變異部位等因素，可為后期鈾的遷移、沉積、富集提供內(nèi)部條件。資料證明：△Eh=30～60mV，還原系數(shù)Fe3+/Fe2+=1.56～2.63，反映鈾成礦時(shí)的弱還原-還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)（凝膠化和半凝膠化）含量增高的部位，往往形成較好的工業(yè)礦體。

3.4沉積微相

特定的沉積環(huán)境控制了鈾成礦的位置，對(duì)303地區(qū)范家山礦床含礦孔、礦化孔、無礦孔進(jìn)行分析對(duì)比。結(jié)果表明，含礦孔及礦化孔大多產(chǎn)于河道相至河漫灘相的過渡部位，其次是發(fā)育在支流交匯處橫向砂壩、河漫洼地發(fā)育的沉積環(huán)境中。而無礦孔分布不具此規(guī)律。一方面由于河道滯留沉積、心灘沉積時(shí)期水動(dòng)力較強(qiáng)，可以作為鈾富集吸附劑、還原劑的有機(jī)質(zhì)不易保存，沉積厚中砂體較厚、物性較好，一方面沉積期后由于心灘中砂體較厚、物性較好，含鈾流體在其中流動(dòng)更快，還原作用進(jìn)行的不充分，雖有異常、礦化，但規(guī)模較小。因此，過渡地帶水動(dòng)力相對(duì)較弱，有機(jī)質(zhì)較易沉積保存，有利于成礦。且根據(jù)鉆孔資料，有機(jī)質(zhì)的分布多與沉積物層面一致，厚度較薄，反映為在較弱水動(dòng)力環(huán)境下的沉積。加之蒼溪組、蓬萊鎮(zhèn)組之間不整合面為構(gòu)造薄弱面，在地層沉積之后由于地下動(dòng)水壓力增高或構(gòu)造掀斜導(dǎo)致不整合面附近地層中鈾的遷移、富集。礦體形態(tài)多為透鏡狀、薄板狀，與有機(jī)質(zhì)分布在空間上具有高度一致性。

4 結(jié)論

1）川北地區(qū)砂巖型鈾礦床均分布在新華向斜南東翼，礦化點(diǎn)亦主要分布在新華向斜南東翼，少部分分布在新華向斜北西翼。在向斜核部老地層中未發(fā)現(xiàn)鈾礦化及異常。

2）礦體主要分布在辮狀河沉積體系中，空間定位主要為河道滯留沉積亞相頂部、心灘亞相底部，主要呈薄層狀，礦體厚度一般只有n×10cm，厚者可達(dá)1m。

3）礦石種類以砂巖型鈾礦石為主，礫巖型鈾礦石、泥巖型鈾礦床次之。鈾礦石的存在形式主要以瀝青鈾礦、鈾石。

4）地層、構(gòu)造、巖相古地理及沉積微相等與鈾成礦密切相關(guān)，共同作用導(dǎo)致鈾在特定地方富集成礦。

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Ore-formation and Ore Control Factors of the Uranium Deposit 303 in North Sichuan

HOU Xue-wen Sun Zexuan MO Bang-hong ZHANG Liang

(1- Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 2- No.280 Institute, CNNC, Guanghan, Sichuan 618300)

The uranium deposit 303 is a sandstone type uranium deposit in Sichuan basin. The uranium mineralization is confined to sandstone, conglomerate and mudstone belonging to Braided river sedimentary system of the Lower Cretaceous Cangxi Formation in the southeastern limb of the Xinhua syncline. Uranium occurs as pitchblende, coffinite and adsorbed uranium. The uranium mineralization is in close relationship with structure, sedimentary microfacies and paleogeography.

uranium deposit; sandstone type; mineralization; North Sichuan

2017-03-23

本文受中國核工業(yè)地質(zhì)局（No.201365）資助

侯學(xué)文（1985-），男，山東菏澤人，工程師，在讀博士研究生，主要從事沉積學(xué)及鈾礦地質(zhì)等方面的研究工作

P619.14

A

1006-0995（2017）04-0600-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.016