3702鈾礦床堿交代巖特征及成礦機理

譚玉清

（廣西壯族自治區(qū)三〇七核地質大隊，廣西 貴港537100）

近幾十年的中外大量研究成果表明，堿交代作用在自然界發(fā)育的范圍和在成礦、成巖中的重大意義遠比現(xiàn)在一般認識為大［1］。3702鈾礦床位于欽州—杭州成礦帶的南西段，也是郴州—欽州鈾成礦帶的南西段。礦床主要分布于十萬山巖體中，由多個礦體組成，鈾礦化與堿交代巖密切相關。Na＋、K＋是自然界最強的堿金屬，具有破壞、改造、交代其它所有礦物的強大能力［2］。堿交代作用使原巖中的成礦物質、硅酸鹽被溶解，留下大量微空洞，巖石孔隙度增加，抗壓強度降低，滲透性增強，有利于分散鈾的運移和聚集。筆者根據(jù)前人資料及近年來的勘查成果，對3702鈾礦床堿交代巖的特征及成礦機理進行進一步的綜合分析，以期對該區(qū)域下一步鈾礦找礦起到一定的指導作用。

1 礦床地質概況

3702鈾礦床位于廣西華夏陸塊欽州褶皺系的靈山斷褶帶北東部［3］，處于靈山—藤縣斷裂與垌中—小董斷裂的夾持部位，其地質演化史上經(jīng)歷了多旋回的構造運動。區(qū)內出露的地層為古生界至下三疊統(tǒng)，其中志留系-下泥盆統(tǒng)為槽盆陸源復理石沉積，早、早-中三疊世為盆地相碎屑建造；區(qū)內構造以斷裂為主，伴隨加里東期構造運動而形成的北東向靈山—藤縣斷裂，具多期活動的特點，控制著該區(qū)域多數(shù)的沉積相、巖漿巖及礦產(chǎn)的分布；區(qū)域巖漿活動強烈，華力西-印支期酸性巖漿多沿斷裂帶侵入，呈大規(guī)模的花崗巖帶，主要有十萬山花崗巖體、六萬山花崗巖體、大容山花崗巖體、六陳花崗巖體。

3702鈾礦床產(chǎn)于十萬山花崗巖體中，巖體與泥盆-石炭系呈侵入接觸，并被古、新近系覆蓋呈不整合接觸。十萬山花崗巖體為多期多階段復式巖體，主要以印支期和燕山早期花崗巖為主［4］。印支期巖體，為大型巖基，屬深成相，分相不清晰，巖性主要為灰白色中粗粒似斑狀黑云母花崗巖，全晶質中粗粒結構，似斑狀結構，為富斜花崗巖，巖體形成溫度677℃，成因為半原地花崗巖化，S型，同位素年齡 235～193.5 Ma［5］； 燕山早期巖體，為小巖體，少部分出露地表，大部分為隱伏狀，以含大量電氣石石英巖團塊為特點，分相清晰，分邊緣相、過渡相、內部相，巖性為灰白色細粒、中粒、中粗粒含電英團塊花崗巖，全晶質中粗-細粒結構，似斑狀結構，巖體形成溫度544℃，成因為淺層重熔，I型，與印支期巖體接觸處具冷凝邊，巖體同位素年齡 173.8 Ma［5］。

3702鈾礦床主要受靈山—藤縣斷裂的次級斷裂：新蘇塘斷裂、大賓—金山塘斷裂控制，夾持區(qū)因抬升而形成地壘式構造（圖1），致使礦床構造發(fā)育，地表出露的斷裂構造以北西向為主，呈裂隙組，其次是北東向，均為重要的含礦構造。

圖1 3702鈾礦床地質簡圖 （據(jù)核工業(yè)三〇七大隊修改，1985）Fig.1 Geological sketch map of uranium Deposit 3702 （Modified after Geological Party No.307， CNCC，1985）

鈾礦體主要產(chǎn)于印支期巖體與燕山早期巖體接觸帶的堿交代巖中，礦體呈透鏡狀和似層狀，厚度大、品位富；其次賦存于印支期巖體斷裂帶的堿交代巖中，礦體呈透鏡狀、脈狀，礦體規(guī)模較小。

礦石礦物主要有瀝青鈾礦、銅鈾云母、鈣鈾云母和硅鈣鈾礦等。結構為碎裂結構，構造為浸染狀、細脈狀構造。鈾的存在形式主要以吸附狀態(tài)，其次以微粒、超微粒鈾礦物狀態(tài)存在。

2 礦床堿交代巖特征

2.1 堿交代巖巖石特征

3702地區(qū)堿交代巖與原巖相比，明顯的是長石由灰白色變?yōu)槿饧t色，石英減少或消失，綠泥石化、水云母化和白云母化，巖石結構較疏松，裂隙發(fā)育，并被碳酸鹽及鐵質充填。

常量元素含量和特征，既反映成礦環(huán)境的地質背景，又反映成礦的各種地質作用過程。

十萬山復式巖體中印支期巖體w（SiO2）含量為68.81%（表1），屬于酸性巖漿巖。里特曼指數(shù) σ 為 1.59（＜3.3），堿度率（AR）2.5， 為鈣堿性巖，K2O/Na2O比值分別為1.84，相對富鉀，Al2O312.98%，為鋁過飽和；燕山早期花崗巖體的w（SiO2）含量為74.01%，屬酸性巖漿巖。里特曼指數(shù)σ為2.08（＜3.3），堿度率（AR）3.86，為鈣堿性巖，K2O/Na2O比值分別為1.99，相對富鉀。Al2O312.77%，為鋁過飽和，CaO為0.90%、MgO為0.36%、Fe2O3＋FeO為2.57%，屬貧鈣、鎂、鐵。

表1 3702鈾礦床含礦巖石常量元素組成 （wB/%）Table 1 Constant elements composition （wB/%）of ore rock in uranium Deposit 3702

從印支期巖體至燕山早期巖體，具有向富硅、富堿、少暗色組分方向演化特點。印支期巖體和燕山早期巖體經(jīng)堿交代作用后，SO2含量均明顯降低， K2O、CaO、Fe2O3、燒失量含量增高，Na2O含量總的趨勢是降低，只是在印支期巖體中的鈾礦化時又有所回升。這些常量元素變化說明了成礦熱液中富含CO2等揮發(fā)份，原巖的部分硅質溶解遷移，并形成碳酸鹽類，暗色礦物中鐵質氧化運移，鉀交代斜長石中的鈉，礦床中以鉀交代為主，次為鈉交代，屬鉀鈉混合交代。堿交代作用屬中強或弱型，對原巖結構構造的改造不很顯著。

2.2 堿交代巖分布

區(qū)內堿交代巖主要分布于深部印支期巖體和燕山早期巖體接觸帶的燕山早期巖體隆起頂部，形成堿交代體，最厚超過200 m。堿交代體的發(fā)育程度與其上部印支期巖體斷裂構造的發(fā)育程度，燕山早期巖體邊緣相的發(fā)育程度及邊緣相氧化程度有關；地表硅化斷裂帶越發(fā)育，特別是呈現(xiàn)斷裂密集交錯或成組出現(xiàn)，即印支期巖體斷裂帶發(fā)育，燕山早期巖體相也越發(fā)育、Fe3＋含量越高的部位，堿交代體則越發(fā)育；堿交代體的形態(tài)、厚度、大小受巖體隱伏頂部隆起的形態(tài)控制，空間上呈不規(guī)則狀，剖面上呈 “草帽”狀。堿交代巖其次沿印支期花崗巖體中斷裂破碎帶的膨脹或分枝部位分布，呈帶狀，形成堿交代巖帶（圖 2）。

圖2 3702鈾礦床地質剖面簡圖 （據(jù)核工業(yè)三〇七大隊修改，1985）Fig.2 Geologic section sketch of uranium Deposit 3702（Modified after Geological Party No.307， CNCC， 1985）

2.3 堿交代巖形成

2.3.1 自變質作用

區(qū)內鉀長石化中的鉀長石呈板狀、柱狀，細小，交代斜長石，與白云母共生；或鉀長石次生加大，加大部分的鉀長石同石英成文象共生。鈉長石化即條紋長石化中，主晶為鉀長石，嵌晶為粗細不一的鈉長石條紋，并局部熔蝕交代鉀長石晶體［6］。這些特征顯示堿交代巖由巖漿后期的自變質作用形成。

2.3.2 熱液蝕變作用

鉀長石化存在的4種形式：1）鉀長石被鉀質交代，發(fā)生次生加大；2）鉀長石為不規(guī)則細粒狀，分布于斜長石晶體邊緣，交代斜長石；3）鉀長石呈斷續(xù)條帶狀，沿斜長石解理及裂隙充填，交代斜長石，包裹石英，有的形成棋盤格狀的 “鉀化斜長石”；4）鉀長石呈板狀單晶體，且為卡氏雙晶，交代斜長石和石英。鈉長石化中的鈉長石呈短柱狀、板狀、細粒狀，具聚片雙晶，有時見卡鈉雙晶，晶體表面潔凈，或成細脈穿插、交代鉀長石、石英［6］。該特征表明堿交代巖為巖漿期后的熱液蝕變作用形成。

2.4 堿交代巖與鈾礦化

2.4.1 堿交代巖與礦化分布

3702礦床鈾礦體主要分布于堿交代體和堿交代巖帶內，可見，堿交代巖控制著鈾礦體的分布。堿交代作用后，原巖被破壞和交代，巖石中的硅酸鹽、礦質被溶解，堿交代巖的孔隙度比原巖大大增加，滲透系數(shù)提高，有利于礦液的運移和礦質聚集沉淀。

在3702地區(qū)的燕山早期巖體隱伏隆起頂部，由于巖漿冷凝收縮作用，形成與接觸面產(chǎn)狀一致的裂隙，導致形成與接觸面大致平行的堿交代體。富礦體多產(chǎn)于堿交代體的中間部位，其產(chǎn)狀與堿交代體大體一致，即在隱伏隆起中心部位礦體平緩，在翼部礦體則基本平行巖體接觸界面。

在印支期巖體中，賦礦斷裂膨脹和分枝處，堿交代發(fā)育，形成的堿交代巖產(chǎn)狀與斷裂產(chǎn)狀一致，礦體多產(chǎn)于堿交代巖中心部位，其產(chǎn)狀也與堿交代巖產(chǎn)狀相似。

2.4.2 蝕變類型與礦化

根據(jù)熱液蝕變類型，鈾礦石分為：螢石-黃鐵礦-赤鐵礦化堿交代花崗巖型、赤鐵礦化堿交代花崗巖型、螢石-黃鐵礦化花崗巖型和淋積花崗巖型4類。主礦石為螢石-黃鐵礦-赤鐵礦化堿交代花崗巖型，呈暗紫紅色，石英減少，長石多變?yōu)槌嗉t色，碎裂結構，細脈狀、塊狀構造，赤鐵礦呈斑點狀分布，微小裂隙發(fā)育，裂隙中充填膠狀粒狀黃鐵礦、黑色紫黑色螢石及水云母、綠泥石等，鈾礦物與斑點狀赤鐵礦、紫黑色螢石、膠狀黃鐵礦共生。

與鈾礦化關系密切的斑點狀赤鐵礦化、螢石化、黃鐵礦化分布較廣泛，但礦體主要賦存于其密集疊加于堿交代巖的部位，表生礦石亦是堿交代帶礦石風化淋積的產(chǎn)物。鈾礦化主要是在堿交代的基礎上疊加其它蝕變形成的（圖 3）。

圖3 堿交代花崗巖型礦石示意圖Fig.3 Schematic diagram of alkaline metasomatic granite type ore

3702地區(qū)中堿交代巖比原巖的鈾含量增加三分之一到一倍。堿交代作用是富含活動性大的K＋、Na＋堿性熱液進入固態(tài)巖石，原巖中的分散礦質大量的浸出和遷移，經(jīng)熱液作用，成礦元素重組，堿交代巖的鈾又會產(chǎn)生新變化［7］。本區(qū)堿交代巖的形成，經(jīng)歷了礦質的溶解-聚集-溶解-再聚集的復雜演化過程，造就其比原巖的鈾含量增高，利于后期鈾礦體的形成。因此，堿交代巖是鈾成礦的基礎。

3 成礦機理

3.1 成礦物質來源

區(qū)內含礦物質來源復雜，呈多源性。主要來源于巖漿深部、部分地殼熔融，體現(xiàn)在印支期巖體鈾含量5.1×10-6，燕山早期巖體鈾含量11.3×10-6，均高出維氏值1.7×10-6，兩巖體鈾浸出率為12%～19%［6］；其次來源于地表下降水，巖體及其周圍地層遭受長期風化剝蝕和氧化，下降水將活化鈾匯集到巖體構造處，遷移到巖體深部熱液循環(huán)系統(tǒng)中。

3.2 成礦溫度

本礦床的包裹體測溫有兩期熱液鈾礦化時的溫度，91～97℃，192～194℃，均屬中低溫范圍（表2）。

表2 礦物包裹體測溫Table 2 Thermometric temperature of mineral inclusion

3.3 熱液活動與圍巖蝕變

對于熱液礦床來說，蝕變是礦化的先導和基礎［8］，并伴隨整個成礦過程。根據(jù)本礦床蝕變類型特征、疊加關系、生成順序、熱液活動與蝕變，可分為3期6階段［6］。1）成礦前期為3個階段：高溫電英堿交代自變質階段，生成有鉀長石、鈉長石、電氣石、螢石、絹云母；中溫石英脈階段，有水云母、綠泥石、黃鐵礦、石英；中溫堿交代階段，有鉀長石、鈉長石、水云母、碳酸鹽。2）成礦期為2個階段：中低溫鈾-赤鐵礦階段，生成有鈉長石、水云母、赤鐵礦、瀝青鈾礦；中低溫鈾-螢石黃鐵礦階段，有螢石、絹云母、黃鐵礦、瀝青鈾礦、高嶺石、硬石膏。3）成礦后期為1個階段：表生階段，生成有絹云母、水云母、綠泥石、赤鐵礦、黃鐵礦、銅鈾云母、鈣鈾云母、硅鈣鈾礦、石英、碳酸鹽、高嶺土、褐鐵礦?？梢?，堿交代是熱液作用的主導。

3.4 鈾的搬運與沉淀

堿交代巖的形成會導致熱液中的酸性增大，遷移成礦元素的絡合物由此開始變得不穩(wěn)定而分解。穩(wěn)定絡合物一旦破壞和分解，必然要演變?yōu)槌傻V組分的沉淀和固定，這才有元素富集甚至成礦的可能［2］。本區(qū)含礦熱液在運移過程中，鈾主要以堿性碳酸鹽絡合物和氟酸鹽絡合物形式搬運。先是鈾的堿性碳酸鹽絡合物中，經(jīng)堿交代作用后，熱液中的酸性增大，又由于接觸帶、斷裂構造的堿交代巖部位減壓，熱液中的CO2急劇下降，鈾隨赤鐵礦化沉淀；再是鈾氟酸鹽絡合物與堿交代巖中的鈣 （如花崗巖中的鈣長石及早期形成的方解石）發(fā)生作用而分解，因熱液中富含H2S和HF，鈾則以螢石黃鐵礦膠體吸附或形成超微粒鈾礦物形式沉淀。在表生條件下，原生鈾礦石中的鈾在氧化環(huán)境下溶解，形成酸性含鈾溶液，鈾與溶液中的磷酸和硅酸作用，形成銅鈾云母、鈣鈾云母和硅鈣鈾礦等。

3.5 成礦模式

于235～193.5 Ma，十萬山的印支期上地幔含鈾巖漿沿斷裂構造侵入，部分地層遭受重熔改造，同時巖漿與圍巖產(chǎn)生熱接觸變質作用，鈾元素被帶入巖漿中，導致印支期巖體鈾含量高出一般花崗巖中的維氏值。

至約173.8 Ma，燕山早期花崗巖漿侵入印支期巖體，鈾重新活化聚集，呈現(xiàn)在燕山早期巖體的含鈾量比印支期巖體的高出1倍多。在燕山早期巖漿侵入后期，由于巖漿分異作用，分異出的富堿質含揮發(fā)份熱液沿巖體接觸帶及斷裂帶，發(fā)生自變質作用，形成早期堿交代巖；巖漿后期，在熱液蝕變作用下，再生成堿交代巖，表現(xiàn)在接觸帶及印支期巖體斷裂帶中，均呈現(xiàn)有自變質作用疊加熱液作用形成的堿交代巖。堿交代巖形成的同時，也導致了鈾的預富集，再經(jīng)長期的多階段的熱液成礦作用及風化淋濾作用形成堿交代花崗巖型礦床（圖4）。礦床成因是以中低溫熱液成礦為主，表生淋積成礦為輔。

圖4 3702鈾礦床成礦模式Fig.4 Metallogenic model of uranium Deposit 3702

4 結論

1）3702地區(qū)遭受了復雜的堿交代作用，逐步演化出各種堿交代巖帶及堿交代體。堿交代巖控制礦床的空間產(chǎn)出部位，控制礦體的分布范圍，也控制著礦體的產(chǎn)狀形態(tài)和規(guī)模。它既析出礦質，又是礦液提供運移的通道和有利的沉淀空間；其對鈾礦成礦具有空間定位和主導富集作用。與鈾礦化關系密切的斑點狀赤鐵礦化、螢石化、黃鐵礦化分布較廣泛，礦體主要賦存于其密集疊加于堿交代巖的部位，而表生礦石是堿交代帶礦石風化淋積的產(chǎn)物。

2）尋找?guī)r體內堿交代巖發(fā)育地段，為該區(qū)域找礦工作的重點；深部堿交代巖發(fā)育的含礦部位在地表上往往表現(xiàn)為硅化斷裂帶密集交錯或成組分布，且為多種放射性異常暈吻合較好、異常點帶密集分布地段，為找礦直接標志。