江西修水地區(qū)鈾礦床地質(zhì)特征與成因分析

王鉑云，關(guān)顯東，張文東

(1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西桂林 541000；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100020)

江西省修水地區(qū)碳硅泥巖型鈾礦主要受富鈾碳硅泥巖建造內(nèi)的層間破碎帶控制，因此前人一直強(qiáng)調(diào)淋積成礦作用[1-2]。在區(qū)域地層，構(gòu)造，巖漿巖和最新勘探資料綜合分析的基礎(chǔ)上[3-5]，通過對(duì)該礦床的地質(zhì)特征和成因進(jìn)行分析，認(rèn)為熱液疊加改造成礦作用是該區(qū)富鈾礦形成的主成礦作用。沉積-熱液疊加改造型為本區(qū)碳硅泥巖型鈾礦的主要類型。

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

礦區(qū)位于揚(yáng)子陸塊，九嶺隆起中段北緣修水-武寧復(fù)向斜西部。九嶺隆起及其北面相鄰的皖南沉降帶，屬于揚(yáng)子陸塊褶皺基底上加里東旋回出現(xiàn)的次級(jí)構(gòu)造單元，礦床即分布在這兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元相接連的構(gòu)造過渡帶內(nèi)(圖1)。

1.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)主要出露地層震旦系(Z)陡山沱組和影燈組、寒武系(∈)下統(tǒng)的王音鋪組和觀音堂組，其上零星散布一些古近系紅層。從老到新的關(guān)系如下：

(3)下寒武統(tǒng)王音鋪組(∈1w)主要分為四個(gè)段：王音鋪組一段(∈1w1)高碳質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r；王音鋪二段(∈1w2)含核高碳質(zhì)泥巖，頂部具有硅質(zhì)巖；王音鋪三段(∈1w3)碳質(zhì)泥巖為主夾泥灰?guī)r，含個(gè)大而量少的磷酸鹽結(jié)核；王音鋪四段(∈1w4)灰質(zhì)泥巖與含碳硅質(zhì)巖互層。

1.2 侵入巖

以酸性和中酸性花崗巖類為主。主要有晉寧期花崗閃長(zhǎng)巖和燕山期黑云母花崗巖和二云母花崗巖。晉寧期花崗閃長(zhǎng)巖呈巖基或巖體，主要侵位(分布)在元古界之中，其成因可能為晉寧造山運(yùn)動(dòng)重熔型花崗閃長(zhǎng)巖。燕山期花崗巖多侵位于元古界之內(nèi)，以沿北東向斷裂、斷陷盆地和北西向斷裂侵入為特征，以規(guī)模較小的巖株、巖墻、巖脈產(chǎn)出。

1.3 礦區(qū)構(gòu)造

自晉寧運(yùn)動(dòng)之后，未發(fā)生過明顯的造山運(yùn)動(dòng)，因此地層剖面以平行不整合及整合接觸形式為主；由基底褶皺構(gòu)造層、沉積蓋層構(gòu)造層、中新生代上疊構(gòu)造層組成。

在晉寧期固結(jié)的陸塊基底上，從新元古代開始到中生代三疊紀(jì)，該區(qū)地質(zhì)發(fā)展始終受控于東西向構(gòu)造。因此該地區(qū)前中生代的各種構(gòu)造行跡、古地理環(huán)境、地層發(fā)育分布等地質(zhì)地理面貌總體上具有東西成帶，南北分異的顯著特色。

圖1 修水地區(qū)礦化集中區(qū)鈾礦地質(zhì)圖

進(jìn)入中生代以來，濱太平洋構(gòu)造活動(dòng)對(duì)本區(qū)產(chǎn)生重要影響，原來東西向構(gòu)造控制的地質(zhì)格局轉(zhuǎn)化為由北東和北北東向構(gòu)造為主控的新局面；在陸塊基底和蓋層中產(chǎn)生了北東及北北東向區(qū)域斷裂，以及由斷裂引起的花崗質(zhì)巖漿侵入活動(dòng)、斷隆及斷陷的形成。

礦床位于修水-武寧復(fù)向斜西段南翼，古近紀(jì)渣津斷陷紅盆的南東緣。修水-武寧褶皺構(gòu)造為一近東西走向的寬緩向斜，軸和兩翼分別由寒武系、震旦系和南華系構(gòu)成，地層傾角15°～40°。礦床內(nèi)斷裂相對(duì)較發(fā)育，其中有北北東、北西切層斷裂、北北東向高角度帶節(jié)理密集帶及層間斷裂帶。

2 成礦地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦體多呈層狀、似層狀和透鏡狀。埋深一般40m～200m；高角度節(jié)理密集帶控制的礦體埋深較淺只有0～400m。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，呈緩傾斜，傾角10°～15°。礦體長(zhǎng)數(shù)十米到百余米；其中主礦體最大厚度5.20m，平均厚度4.27m；鈾平均品位0.269ω%；賦存標(biāo)高46m～63cm，平均埋深110m；其它一般性礦體平均厚0.74m～4.30m；品位0.053ω%～0.278ω%。

2.2 礦石特征

主要有三種類型：黑色含炭質(zhì)、硅質(zhì)泥巖型礦石；黑色含炭質(zhì)微晶白云巖型礦石；青灰色泥巖或白云質(zhì)泥巖型礦石。

2.3 礦床圍巖蝕變、礦化階段

礦床的圍巖蝕變、主要有碳酸鹽化、硅化、赤鐵礦化及黃鐵礦化。其中硅化(石英細(xì)脈填充)、碳酸鹽化(粉紅及紅色方解石脈填充)、黃鐵礦化及其共生的赤鐵礦化屬于近礦圍巖蝕變。

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該礦床富鈾礦石以存在較多的鈾礦物(瀝青鈾礦、次生鈾礦物等)而區(qū)別于一般礦石(鈾主要成吸附態(tài))。富鈾礦石多為多次累聚成礦的產(chǎn)物。確定有6次鈾成礦期：147Ma、108～112Ma、65Ma、45～53Ma、24～31Ma、1.5～9.7Ma。其中24～31Ma為瀝青鈾礦形成期[2]，是該區(qū)主成礦期。

3 控礦因素

礦體除主要與地層巖性有關(guān)外，斷裂控制作用也十分明顯，礦體多發(fā)育在含礦巖層的斷裂地段。即受地層、斷裂兩種地質(zhì)因素聯(lián)合控制。

控礦的斷裂主要有北北東向切層斷裂旁側(cè)伴生的層間斷裂、北西及近東西向次級(jí)斷裂和北北東向高角度節(jié)理密集帶。礦體規(guī)模大小和品位高低與含礦巖性地層單位的發(fā)育厚度及其構(gòu)造破碎程度有直接關(guān)系。

4 鈾礦床成因分析

修水地區(qū)早震旦世至早寒武世時(shí)期所處的大地構(gòu)造環(huán)境為陸緣裂陷-深大斷裂帶環(huán)境，形成與沉積成巖作用和熱水沉積作用有關(guān)并由下寒武統(tǒng)硅質(zhì)磷塊巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)巖組成的碳硅泥巖型鈾礦賦存層位。

揚(yáng)子陸塊邊緣由于強(qiáng)烈拉張和構(gòu)造沉降，伴隨同生斷裂、海水對(duì)流循環(huán)和熱液噴溢，同時(shí)接受了碳硅泥巖沉積物。這些沉積物除繼承了侵蝕源區(qū)較豐富的鈾源而且還吸附了溶解在海水中的鈾，同時(shí)形成伴隨海底噴流作用和海底火山噴發(fā)而形成的熱水沉積硅質(zhì)巖富鈾建造、含鈾硅質(zhì)磷塊巖以及沉凝灰?guī)r夾層，從而引起鈾在地層中進(jìn)一步富集，形成重要的含鈾源層并在局部地區(qū)形成同生沉積成巖型鈾礦床。構(gòu)成賦存于下寒武統(tǒng)地層中與海底火山噴溢和熱水沉積作用有關(guān)的沉積成巖型鈾礦床。發(fā)生陸緣裂陷熱水沉積作用或噴氣-沉積的依據(jù)如下：

4.1 硅質(zhì)巖的常量元素地球化學(xué)標(biāo)志

本區(qū)硅質(zhì)巖樣品分化學(xué)成分與美國(guó)Franciscan、Shimanto和DSDP Leg32等典型熱水沉積物中Fe/Ti、(Fe+Mn) /Ti和Al/ (Al+Fe+Mn)比值范圍一致。Bostrorn等指出，可用Fe/Ti、(Fe+Mn) /Ti和Al/ (Al+Fe+Mn)等值來鑒別是否為熱水沉積，典型熱水沉積物的Fe/Ti>20，(Fe+Mn) /Ti>20±5，Al/(Al+Fe+Mn)值一般小于0.35；其中硅質(zhì)板巖建造中的硅質(zhì)巖樣品Fe/Ti為184.657～424.753；(Fe+Mn)/Ti為185.207～426.188；Al/(Al+Fe+Mn)為0.11～0.251，皆符合熱水沉積的判別值。根據(jù)研究區(qū)的5件硅質(zhì)巖樣品的化學(xué)成分.計(jì)算Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti及Al/(Al+Fe+Mn)的比值，表明研究區(qū)硅質(zhì)巖均屬于熱水沉積硅質(zhì)巖，組成巖石的硅質(zhì)礦物來源于熱水。在AI-Fe-Mn三角圖解上(圖3)，本區(qū)5個(gè)硅質(zhì)巖樣品投影點(diǎn)均位于熱水沉積硅質(zhì)巖區(qū)內(nèi)，反映出硅質(zhì)巖主要為熱水沉積作用的產(chǎn)物。同時(shí)，陡山沱組白云質(zhì)灰?guī)r也受熱水沉積作用的影響。

圖3 修水地區(qū)硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r的AI-Fe-Mn三角圖解

本區(qū)硅質(zhì)巖的AI/(AI+Fe+Mn)比值在0.11～0.251，與世界標(biāo)準(zhǔn)熱液硅質(zhì)巖日本白堊系熱液硅質(zhì)巖(0.28)、美國(guó)加州白堊系熱液硅質(zhì)巖(0.22)、北太平洋白堊系熱液硅質(zhì)巖(0.24)十分接近。另?yè)?jù)Adachieta1.(1986)的Al-Fe-Mn三角圖解，所劃分的生物成因硅質(zhì)巖區(qū)(I)和熱水沉積硅質(zhì)巖區(qū)(Ⅱ)(如圖4)。我們將本區(qū)硅質(zhì)巖相應(yīng)值投點(diǎn)，均落在Ⅱ區(qū)，表明本區(qū)硅質(zhì)巖成因上與海底噴流有關(guān)。同樣，在Bostrom(1973)所編制的現(xiàn)代海洋沉積物的Fe/Ti、AI/(Al+Fe+Mn)圖解上，本區(qū)硅質(zhì)巖的相應(yīng)投點(diǎn)也落在靠熱水沉積物端元一側(cè)。

本區(qū)王音鋪組硅質(zhì)巖、陡山沱組白云質(zhì)灰?guī)r樣品Fe/Ti、(Fe+Mn)/Ti比值大多大于20，Al/(Al+Fe+Mn)的比值均大于0.10，主要集中在0.2～0.6之間，并具有明顯的變化趨勢(shì).這種趨勢(shì)反映了除正常大洋中生物化學(xué)和化學(xué)沉積外，局部地區(qū)或?qū)佣芜€滲雜有相當(dāng)規(guī)模海底火山和熱泉作用的結(jié)果.表明研究區(qū)硅質(zhì)巖主要為熱水沉積作用的產(chǎn)物。

4.2 微量元素地球化學(xué)標(biāo)志

據(jù)微量元素沉積地球化學(xué)標(biāo)志研究.較高含量的U、Mo、Ni、V、Ba等是熱水沉積的重要標(biāo)志，某些微量元素含量特征同樣也可以判別硅質(zhì)巖的成因，Ni-Co-Zn三角成因圖解成功地區(qū)分出熱水沉積物與非熱水沉積物，修水地區(qū)碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r微量元素，在Ni-Co-Zn三角圖上投點(diǎn)，本區(qū)王音鋪組碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖樣品投影點(diǎn)均位于熱水沉積區(qū)內(nèi)或附近(圖4)，大多數(shù)屬較典型的熱水來源沉積巖。

圖4 修水地區(qū)碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r

4.3 稀土元素地球化學(xué)標(biāo)志

稀土元素是各種地質(zhì)作用良好的地球化學(xué)特征的示蹤劑，因而對(duì)其組成和配分的研究是探討巖石成因的重要途徑之一。由于海底熱水沿深大斷裂上涌，熱水帶來了豐富的成礦元素U、Mo、Ni和其它高含量元素V、Cu、Zn、Cr、Ba、稀土元素等.強(qiáng)還原性的熱水與海水混合，在氧化-還原界面以下形成了具有強(qiáng)烈Eu正異?；駽e的虧損較明顯的碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖組成的富鈾碳硅泥巖建造。

本區(qū)硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)白云巖稀土元素配分圖解中呈現(xiàn)弱Ce負(fù)異常，弱Eu正異常(圖5)，其中δCe為0.45～0.91，平均為0.79，δEu為0.91～4.11，平均為1.56。Eu正異常是熱液活動(dòng)的主要表現(xiàn)，表明修武盆地鈾富集受熱液活動(dòng)影響。修水地區(qū)王音鋪組硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖稀土元素配分模式呈現(xiàn)弱Ce負(fù)異常和Eu正異常表明成礦過程受高溫的熱水流體和較低溫的海水在海底附近發(fā)生混合作用的影響。

La/Yb-REE稀土元素判別圖解可較好的指示成礦物質(zhì)來源及其形成環(huán)境。本區(qū)碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r在La/Yb-REE稀土元素地球化學(xué)判別圖解中除個(gè)別樣品外，王音鋪組碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖投影點(diǎn)處于玄武巖區(qū)中(圖6)，顯示其成礦物質(zhì)來源與深部地質(zhì)作用有關(guān)，與巖漿侵入、噴發(fā)環(huán)境相聯(lián)系。反映了王音鋪組碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖的形成除正常大洋中生物化學(xué)和化學(xué)沉積外，還滲雜有相當(dāng)規(guī)模海底火山和熱泉作用等熱水沉積作用。

修水地區(qū)富鈾碳硅泥巖建造分布于揚(yáng)子陸塊東緣，屬陸緣裂陷-深斷裂帶體系，其中U、V較為富集，地球化學(xué)類型屬U-V型，成礦作用與沉積成巖作用和熱水沉積作用有關(guān)。在早震旦-早寒武時(shí)期，揚(yáng)子陸塊邊緣由于強(qiáng)烈拉張和構(gòu)造沉降，同時(shí)伴有同生斷裂、熱液噴溢，海水對(duì)流循環(huán)，導(dǎo)致碳硅泥巖沉積時(shí)，不僅吸附海水中的鈾，而且海底噴流作用和海底火山噴發(fā)作用還使鈾在地層中進(jìn)一步富集。

研究區(qū)鈾礦床是震旦-寒武紀(jì)所成富鈾地層，經(jīng)長(zhǎng)期疊加成礦作用形成的。屬于同生沉積后期疊加型的碳硅泥巖型鈾礦床。后期成礦疊加包括深部熱液和地表常溫溶液兩種成礦作用。其中熱疊加成礦作用主要在燕山-喜馬拉雅期構(gòu)造-巖漿活化階段，成礦溫度150℃～200℃。地表常溫溶液氧化還原疊加成礦作用在形式上有層狀氧化還原分帶和切層構(gòu)造氧化還原分帶兩種。熱疊加成礦作用和常溫疊加成礦作用的復(fù)合地段，或者層狀氧化還原分帶與切層構(gòu)造氧化還原分帶的交匯地段，常賦存有富、大礦體。

圖6 修武盆地碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)板巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)白云巖、