豫南地區(qū)鈾礦床成礦地質(zhì)特征及控礦因素

方慶銀 韓靖龍

(河南省核工業(yè)地質(zhì)局)

豫南地區(qū)位于大別山北麓，屬于華北板塊南緣，受燕山運(yùn)動(dòng)的影響在中生代盆地內(nèi)形成了一套陸相碎屑巖和大面積分布的陸相火山巖，為鈾礦成礦提供了有利環(huán)境。近年來，河南省核工業(yè)地質(zhì)局的相關(guān)技術(shù)人員通過鉆探工程揭露，控制深度達(dá)100～300 m，在豫南柳林和任山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了資源量在百噸以上的小型鈾礦床和數(shù)個(gè)鈾礦點(diǎn)及礦化點(diǎn)，在陳棚組見到了多層鈾工業(yè)礦化。豫南地區(qū)火山盆地與江西省相山鈾礦田和俄羅斯斯特列里措夫鈾礦田火山巖盆地具有類似的大地構(gòu)造環(huán)境。為進(jìn)一步指導(dǎo)豫南地區(qū)鈾礦找礦勘探工作，本研究結(jié)合近年來該區(qū)相關(guān)地質(zhì)工作成果，重點(diǎn)對(duì)區(qū)內(nèi)鈾礦控礦因素進(jìn)行梳理和總結(jié)。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)特征

豫南地區(qū)位于華北地臺(tái)與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)交接帶部位，屬秦嶺復(fù)雜褶皺帶東段南支延伸部分[1]，地層主要為元古界中深變質(zhì)巖系(圖1)。以桐柏—商城斷裂南側(cè)的中元古不整合面為界，南半部出露下元古界桐柏—大別群片麻巖、混合片麻巖等；北半部分布有中元古界蘇家河群及信陽群片巖、變粒巖及片麻巖；東部及北部邊緣零星出露有石炭系海陸交替相的泥質(zhì)碎屑含煤建造及中生界陸相酸性火山碎屑沉積建造。區(qū)域構(gòu)造以斷裂為主，主要有桐柏—商城斷裂帶、龜山—梅山斷裂帶及NE向斷裂帶共同控制著豫南地區(qū)各期巖漿巖的展布，次級(jí)NE向斷裂近似等間距分布排列。區(qū)域以NW向?yàn)橹鞯纳畲髷嗔岩约芭c之配套的次級(jí)NE向斷裂組成了豫南地區(qū)大別山構(gòu)造的基本格架(圖1)。區(qū)內(nèi)巖漿巖分布較廣，燕山期前超基性、基性、中酸性巖體均有產(chǎn)出，主要分布于龜梅斷裂以北、桐商斷裂帶以南，燕山晚期巖漿活動(dòng)最強(qiáng)烈。區(qū)域以桐商斷裂帶為界，其北部主要為噴出巖及淺成、超淺成侵入巖；在其南部主要由靈山、新縣、商城三大花崗巖基及派生巖株組成[2]。區(qū)域巖體的分布整體與構(gòu)造格架相吻合。

圖1 大別山北麓地質(zhì)構(gòu)造特征

豫南地區(qū)分布有豐富的礦產(chǎn)資源，鈾礦化主要密集分布于靈山巖體、新縣巖體、商城巖體等一帶。受構(gòu)造、裂隙控制，在巖體中構(gòu)造帶與脈巖相交疊加部位可見熱液蝕變。鈾礦(化)受多種控礦因素控制，主要控礦因素有地層、構(gòu)造、巖漿巖、風(fēng)化作用、熱液活動(dòng)等因素。

2 控礦因素

2.1 地 層

豫南地區(qū)鈾礦(化)主要分布于下白堊統(tǒng)陳棚組和中侏羅統(tǒng)朱集組中，主要表現(xiàn)在對(duì)砂巖型鈾礦和火山碎屑巖型鈾礦的控制作用。研究區(qū)(圖1)鈾礦化明顯受地層巖性控制，鈾礦(化)產(chǎn)于火山噴發(fā)沉積相中，主要的含礦層為沸石化流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r，其次為粗面流紋質(zhì)凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)粉砂巖。凝灰?guī)r呈灰色，沉晶屑凝灰結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，主要成分為火山碎屑和膠結(jié)物，火山碎屑成分為晶屑(含量為15%～20%)和少量黑云母、零星褐鐵礦等，膠結(jié)物的主要成分為火山灰和黏土礦物。該層厚度變化較大，一般為0.2～1 m，上部、下部均為黏土巖，U品位最高可達(dá)117×10-6，且沿產(chǎn)狀向深部有增高趨勢(shì)。地層因素是鈾礦(化)重要的控礦因素之一，豫南地區(qū)沉積體系格架如圖2所示[3]。

層控砂巖型鈾礦(化)位于王樓地區(qū)，礦化主要產(chǎn)于侏羅系朱集組下部淺色含礫不等粒長(zhǎng)石石英砂巖中，礦化呈多層產(chǎn)出，砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，碎屑主要成分為石英、長(zhǎng)石和巖屑，碎屑主要為花崗巖屑、石英巖屑、石英片巖屑等，膠結(jié)物主要有鐵質(zhì)、泥質(zhì)和鈣質(zhì)，膠結(jié)類型以接觸式和孔隙式為主，其形態(tài)多呈透鏡體狀或不規(guī)則狀。礦化與氧化還原交替層位關(guān)系密切，主要產(chǎn)于氧化還原過渡層的氧化還原界面之下，且礦化強(qiáng)度與氧化層厚度有關(guān)，多呈正相關(guān)關(guān)系。

圖2 豫南地區(qū)沉積體系格架[3]

火山碎屑巖型鈾礦(化)主要位于馮樓地區(qū)，鈾礦(化)明顯受地層巖性控制，主要產(chǎn)出于火山噴發(fā)沉積相中，主要的含礦層為沸石化流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r，通過對(duì)各種火山巖化學(xué)成分的研究，可知豫南地區(qū)火山巖w(SiO2)為64.14%～80.50%(圖3)，酸度較高，屬于酸性和中酸性巖類；其次豫南地區(qū)鈾礦(化)產(chǎn)出于粗面流紋質(zhì)凝灰質(zhì)粉砂巖中。

圖3 大別山北麓馮樓地區(qū)陳棚組

2.2 構(gòu) 造

構(gòu)造活動(dòng)特別是斷層對(duì)該區(qū)鈾礦(化)的形成具有較高的關(guān)聯(lián)性，區(qū)內(nèi)多種類型的鈾礦(化)與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。豫南地區(qū)楊家灣、熊家樓、打石窩、黑馬石等鈾礦化點(diǎn)可能是由于火山中心塌陷，在其邊緣產(chǎn)生斷裂活動(dòng)，增強(qiáng)了地下水及熱液鈾活化遷移的效果，使得地下水及熱液中U含量增高，并為鈾成礦提供了沉淀場(chǎng)所所致。北向店鈾礦化的形成受構(gòu)造裂隙控制，構(gòu)造活動(dòng)使得熱液沿?cái)嗔褬?gòu)造向上遷移，在上部較為有利的部位形成鈾富集，地下水的遷移活動(dòng)進(jìn)一步使得鈾發(fā)生次生富集作用。打石窩鈾礦化點(diǎn)基底為海西期花崗巖，熊家樓、黑馬石鈾礦化點(diǎn)基底均為寒武系張家大組變質(zhì)巖，該類巖石經(jīng)歷了多期次構(gòu)造-巖漿活動(dòng)，使得地殼混熔至重熔，產(chǎn)生了大量酸性巖漿流體，在酸性巖中產(chǎn)生了較高水平的鈾富集。該類富鈾火山巖或噴出地表或隱伏地下，當(dāng)?shù)叵骂A(yù)富集體再經(jīng)歷深成的含礦化劑的熱流體改造后，鈾元素活化，便會(huì)產(chǎn)生含鈾熱流體。在熱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，含鈾熱液流體上升，至近地表溫壓下降，便可能在開放性裂隙中交代圍巖，沉淀礦質(zhì)，形成各種形態(tài)的礦體。在火山口富集時(shí)，可以利用火口熔漿噴發(fā)時(shí)產(chǎn)生的破碎帶或裂隙網(wǎng)作為有利容礦場(chǎng)所形成礦體。

黑馬石、打石窩、熊家樓鈾礦(化)均位于火山塌陷洼地南緣，他們的形成受環(huán)形斷裂及后期斷裂控制，含礦巖體為陳棚組中段下部的弱熔結(jié)—未熔結(jié)的角礫凝灰?guī)r(圖4)。該類巖石透水性較好，普遍發(fā)育黏土化、沸石化及碳酸鹽化，沿?cái)嗔褬?gòu)造帶蝕變強(qiáng)烈，多形成蝕變褪色帶，主要有黏土礦化、水云母化、硅化及黃鐵礦化。斷裂帶內(nèi)充填有鐵錳質(zhì)脈石，鈾礦(化)主要產(chǎn)于斷裂帶內(nèi)或旁側(cè)裂隙中，礦化不連續(xù)，品位低(0.01%～0.04%)，厚度薄(0.2～ 2.0 m)。在馮樓楊家灣地區(qū)沿NE向斷裂方向上，鈾礦(化)點(diǎn)廣泛出現(xiàn)，含礦巖石為沉凝灰?guī)r和凝灰?guī)r，野外測(cè)量發(fā)現(xiàn)該斷裂內(nèi)及兩側(cè)地表U品位一般在100×10-6以上，最高可達(dá)220×10-6。北向店鈾礦(化)點(diǎn)嚴(yán)格受控于2組近于垂直的裂隙，巖體裂隙發(fā)育，巖石破碎(圖5)。

圖4 熊家樓鈾礦(化)點(diǎn)內(nèi)構(gòu)造角礫巖

圖5 北向店鈾礦(化)點(diǎn)內(nèi)斷層

構(gòu)造活動(dòng)對(duì)砂巖型鈾礦化的控制作用主要表現(xiàn)在區(qū)內(nèi)NE向斷裂使得層間裂隙較發(fā)育，使礦化沿構(gòu)造和層理裂隙兩側(cè)具有較明顯的增強(qiáng)趨勢(shì)。此外，斷裂活動(dòng)使得含礦熱液沿著上述裂隙向透水層遷移，在常溫常壓條件下，遷移至硫化氫、硫化物、碳酸鈣等還原介質(zhì)附近，從而引起鈾元素沉淀。研究區(qū)中生代地層以發(fā)育盆地砂巖型及火山巖型鈾礦化為主，與區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)、古地形、古環(huán)境等密切相關(guān)，砂巖型鈾礦化主要為后生富集作用形成的，火山巖型鈾礦化屬于同生沉積、后生富集的復(fù)合成因型鈾礦化。

2.3 巖漿巖

巖漿活動(dòng)對(duì)該區(qū)鈾礦(化)的形成具有明顯的控制作用，馮樓、楊家灣、熊家樓、黑馬石、北向店鈾礦(化)點(diǎn)等都與巖漿活動(dòng)關(guān)系密切。馮樓鈾礦(化)點(diǎn)即為酸性、中性巖漿活動(dòng)鈾礦化，該礦(化)點(diǎn)既位于火山塌陷洼地的邊緣地帶，又位于晚期楊家灣酸性熔巖盆地旁側(cè)，NEE向和近EW向2組斷裂控制熔巖盆地，對(duì)鈾礦化富集具有一定的控制作用。鈾礦(化)產(chǎn)于火山噴發(fā)沉積相中，主要的賦礦巖層為沸石化流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r、粗面凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)粉砂巖。熊家樓、黑馬石、打石窩等鈾礦(化)點(diǎn)均位于火山塌陷洼地南緣，含礦巖石為陳棚組中段下部的弱熔結(jié)—未熔結(jié)角礫凝灰?guī)r，該類巖石透水性好，普遍發(fā)育黏土化、沸石化及碳酸鹽化。楊家灣鈾礦(化)點(diǎn)的賦礦巖石為沉凝灰?guī)r、黏土巖和凝灰?guī)r，巖石裂隙發(fā)育，黏土化明顯。該鈾礦(化)的形成與巖漿熱液活動(dòng)和后期雨水淋漓及黏土吸附作用均有關(guān)系。北向店鈾礦(化)點(diǎn)的含礦巖石為晶屑凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)角礫巖。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)十分頻繁，尤以燕山期最為強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為大量中酸性花崗巖、陸相火山巖和少量基性—超基性巖密切共生，構(gòu)成噴發(fā)—侵入系列。巖漿巖對(duì)砂巖型鈾礦的控制作用主要表現(xiàn)在：盆地熔巖為砂巖型鈾礦提供空間場(chǎng)所和物質(zhì)來源，巖漿熱液在提供鈾源的同時(shí)為鈾的沉淀提供還原物質(zhì)。該現(xiàn)象可以從含礦巖石中存在的硅化、綠簾石化得到佐證(圖6)。

圖6 正長(zhǎng)石英斑巖脈

總體上，該區(qū)內(nèi)鈾礦(化)點(diǎn)的形成與巖漿活動(dòng)密不可分，火山巖型鈾礦化即為巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，巖漿巖既為鈾源的提供者又是鈾礦的儲(chǔ)存者；砂巖型鈾礦的鈾源主要來自巖漿巖，并且?guī)r漿巖的熱液作用也對(duì)鈾在砂巖中富集發(fā)揮了十分重要的作用。

2.4 風(fēng)化作用

風(fēng)化作用作為鈾遷移富集的1個(gè)重要途徑，對(duì)該區(qū)的鈾礦(化)形成具有重要的控制作用。風(fēng)化作用一方面使得鈾源區(qū)的鈾活化形成富含鈾的溶液；另一方面使得含礦溶液隨地表水和地下水發(fā)生運(yùn)移并在有利部位進(jìn)行沉淀富集[4-5]。王樓鈾礦(化)點(diǎn)的鈾主要來自周圍燕山晚期侵入花崗巖和火山巖，風(fēng)化作用剝蝕、淋漓周圍含鈾巖石，使得其中的鈾活化而隨地表水和地下水進(jìn)行遷移，在侏羅系朱集組砂巖中富集成礦。馮樓鈾礦(化)點(diǎn)的形成與風(fēng)化作用關(guān)系緊密。由于鈾在火山碎屑巖中分布分散，濃集度低，無法達(dá)到工業(yè)品位或工業(yè)礦化程度，而風(fēng)化作用使得分散的鈾溶解于水介質(zhì)中，隨著水的運(yùn)動(dòng)遷移至低洼地段，在低洼地段的氧化還原界面附近被黏土吸附而富集或被還原形成四價(jià)鈾而沉淀富集。此外，馮樓、楊家灣、北向店等地的鈾礦化顯示低標(biāo)高的礦化強(qiáng)度高于高標(biāo)高的礦化強(qiáng)度，也說明該類鈾礦化與風(fēng)化作用有關(guān)。

2.5 熱液活動(dòng)

熱液活動(dòng)一方面為鈾礦形成提供鈾源，另一方面熱液中的還原劑(H2S，CH4等)能夠?qū)σ研纬傻拟櫟V化進(jìn)行萃取并在有利部位使得六價(jià)鈾被還原，使其進(jìn)一步富集沉淀。

受熱液活動(dòng)影響最明顯的為柳林鈾礦點(diǎn)，在多期次巖漿作用過程中產(chǎn)生了大量的巖漿熱液，該類熱液與變質(zhì)熱液、大氣降水混合成含礦流體，使得先前生成的巖體和地層中的鈾再次活化轉(zhuǎn)移，形成富含揮發(fā)組分及成礦元素的成礦熱液，在成礦熱液沿柳林河斷裂帶運(yùn)移的過程中，不斷萃取構(gòu)造圍巖中的活性鈾，大幅度提高了含礦熱液的鈾濃度。當(dāng)其遷移至次級(jí)斷裂構(gòu)造產(chǎn)狀變異、構(gòu)造交匯等張引部位時(shí)，由于圍壓突變，溶解于熱液中的大量氣體和揮發(fā)組分溢出，從而造成成礦元素和共生元素及脈石礦物快速沉淀，形成早期的熱液脈體型鈾礦化[6-7]。由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展，由擠壓到引張發(fā)生轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致含礦熱液發(fā)生脈動(dòng)性活動(dòng)，熱液流體進(jìn)入更為開放的張扭性斷裂構(gòu)造中，含礦熱液由于地化條件(溫度、壓力變化，層間水、大氣降水混入等)改變而失去平衡狀態(tài)，促使成礦元素不斷沉淀，形成品位較高的熱液型鈾礦化，并經(jīng)常疊加于早期熱液脈型鈾礦化之上，形成了品位較富的礦化，也為富鈾礦化主要賦存于近EW向張扭性斷裂構(gòu)造帶內(nèi)的主要原因。品位較高的軸礦化稍晚便形成了含鈾的玉髓脈等，鈾礦化多具有多階段性、圍巖多樣性、含礦脈體復(fù)雜等特點(diǎn)。由于巖漿多期次侵入，使得巖體外接觸帶的一套變質(zhì)巖地層中的鈾被活化，并在其前鋒地段廣泛發(fā)育氣熱變質(zhì)帶，在巖漿熱液變質(zhì)作用過程中，以鈾為主的成礦元素被轉(zhuǎn)移至熱液中富集，富鈾的含礦熱液沿區(qū)域性桐商斷裂帶遷移至其次級(jí)構(gòu)造有利的容礦部位沉淀富集，形成了在研究區(qū)廣泛分布的以石英脈為主的各類含礦熱液脈體。

熱液活動(dòng)對(duì)王樓砂巖型鈾礦化也有一定的控制作用，燕山晚期隨著巖漿活動(dòng)加強(qiáng)，巖漿熱液也逐步增多，含礦熱液沿該區(qū)斷裂上升。在上升過程中，不斷萃取圍巖中的鈾，使得熱液中的鈾濃度增高，當(dāng)較高濃度的含礦熱液遷移進(jìn)入砂巖中時(shí)，一方面增加了砂巖中的鈾含量，另一方面其攜帶的還原劑還原砂巖中已有的六價(jià)鈾，使其沉淀聚集并引起砂巖蝕變，從而形成了砂巖型鈾礦(化)[8-11]。

3 結(jié) 語

豫南地區(qū)特別是大別山北坡為鈾礦化密集區(qū)，該區(qū)鈾礦化的形成受地層、構(gòu)造、巖漿巖、風(fēng)化作用和熱液活動(dòng)控制。垂向上，礦化出露標(biāo)高一般為40～200 m，最低標(biāo)高為-16 m，一般同類型的鈾礦化中，地形標(biāo)高越高礦化越弱，地形標(biāo)高越低鈾礦化越強(qiáng)。該區(qū)鈾礦化與航空放射性伽瑪場(chǎng)具有密切的關(guān)聯(lián)性，異常點(diǎn)的性質(zhì)為偏鈾型。該區(qū)鈾礦化主要產(chǎn)出于白堊系—侏羅系，馮樓火山巖型鈾礦化部分以沉淀成因?yàn)橹?，加后期改造形成，并且與氧化還原界面有關(guān)；黑馬石、熊樓、打石窩鈾礦化與富鈾酸性巖漿活動(dòng)有關(guān)；王樓盆地砂巖型鈾礦化與風(fēng)化淋濾、熱液活動(dòng)富集作用及還原界面有關(guān)；侏羅系砂巖僅為鈾礦化提供物質(zhì)基礎(chǔ)，柳林鈾礦化的形成與構(gòu)造活動(dòng)作用、熱液活動(dòng)以及后期風(fēng)化淋濾作用有關(guān)。