江西桃山鈾礦田大布鈾礦床成礦模式研究

王洪榮， 邵維江， 周 鄧， 趙陟君

（江西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院， 南昌 330038）

大布鈾礦床位于江西省寧都縣， 是桃山花崗巖型鈾礦田內(nèi)最大的鈾礦床。 關(guān)于大布鈾礦床的研究成果主要集中于礦床的成礦特征研究， 如礦體產(chǎn)狀、 賦礦構(gòu)造、 礦化類型等［1］； 成礦條件研究， 包括鈾源條件、 控礦構(gòu)造、 熱液作用、 巖漿作用等 方 面［2-3］； 礦石的生產(chǎn)工 藝 研 究［4］； 桃山礦田的成因 研 究［5-6］；桃山地區(qū)找礦突破的思考［7］； 桃山巖體的年代學(xué)和地球化學(xué)研究［8-10］等。 以往工作十分重視打鼓寨花崗巖體對(duì)成礦的貢獻(xiàn)， 但忽略了晚于打鼓寨巖體形成的羅布里巖體和更晚期巖脈的作用， 對(duì)成礦地質(zhì)體的認(rèn)識(shí)還存在諸多爭(zhēng)議， 未構(gòu)建明確的成礦模式， 一定程度上限制了大布鈾礦床甚至桃山鈾礦田找礦突破。作者結(jié)合 “三位一體” 預(yù)測(cè)理論， 提出了大布鈾礦床新的成礦模式， 同時(shí)也明確了大布礦床及其周邊主要地質(zhì)體在成礦中的作用。

1 地質(zhì)概況

圖 1 研究區(qū)鈾成礦區(qū)帶圖 （據(jù)朱捌［11］和張金帶等［12］）Fig. 1 Uranium metallogenic zone in study area（After ZHU Ba［11］ and ZHANG Jindai， et al［12］）

大布礦床位于華夏加里東褶皺帶內(nèi)， 處于濱太平洋成礦域揚(yáng)子陸塊鈾成礦省桃山—諸廣鈾成礦帶的北東端（圖1）， 桃山復(fù)式花崗巖體東北部。 所處巖體為桃山復(fù)式花崗巖體，該巖體由印支期至燕山晚期不同時(shí)期、 不同規(guī)模的巖體、 巖瘤組成。 復(fù)式巖體的西側(cè)為晚古生代淺變質(zhì)巖， 東側(cè)為白堊紀(jì)砂礫巖沉積盆地， 北北東向大沽斷裂和北東向角源斷裂分別控制著巖體西部和東部邊界（圖2）。

大布礦床分布于桃山復(fù)式巖體中燕山期打鼓寨巖體西北部接觸帶（圖2）， 為桃山斷裂和羅坑斷裂夾持地段。 打鼓寨巖體是礦床的賦礦圍巖， 形成時(shí)代為侏羅紀(jì)， 巖性主要為中粒小斑二云母正長(zhǎng)花崗巖和中粒二云母正長(zhǎng)花崗巖。 打鼓寨巖體外圍侵入體主要有印支期蔡江巖體， 燕山期黃陂巖體、 釣峰巖體、羅布里巖體等， 此外還分布有燕山晚期的細(xì)粒花崗巖、 細(xì)晶巖、 偉晶巖、 煌斑巖、 花崗斑巖等巖瘤和巖脈。

礦床位于桃山斷裂上盤(pán)1.5 km 處， 受北東向 F4、 F10、 F18 等 斷裂復(fù)合部位控制（圖 3）。 北東向 F4、 F10 等斷裂是桃山斷裂上盤(pán)掃帚狀構(gòu)造的一部分。 這些斷裂走向NE30°～40°， 向南東傾斜， 呈糜棱碎裂巖帶的形式產(chǎn)出， 寬1～2 m， 在這些斷裂的兩側(cè)分布著大量近東西向裂隙（圖3）。 在深部坑道中這些裂隙變?yōu)楹櫟V裂隙， 成為主要的含礦構(gòu)造。礦床內(nèi)裂隙密集帶的寬度可達(dá)1 km， 長(zhǎng)度在2 km 以上。

礦體呈群脈狀分布（圖4）， 主礦體不明顯， 大部分礦體短小， 沿走向和傾向延伸一般 10～30 m， 最大走向長(zhǎng)度 325 m， 最大傾向延伸255 m。 礦體受單裂隙控制時(shí)為單脈狀、 板狀或透鏡狀、 不規(guī)則團(tuán)塊狀等。

以赤鐵礦化為主的紅色蝕變和以伊利石化為主的綠色蝕變是大布礦床最重要的兩種成礦期蝕變類型。 赤鐵礦化與鈾成礦關(guān)系十分緊密，主要的工業(yè)礦體都與赤鐵礦化有關(guān)［13］， 所形成的礦石為鈾-赤鐵礦型。 伊利石化常與綠泥石化和螢石化組成綠色蝕變。 綠色蝕變與紅色蝕變疊加時(shí)， 往往形成富鈾礦體。

圖2 桃山巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig. 2 Geological sketch of Taoshan pluton

圖3 大布礦床地質(zhì)圖Fig. 3 Geological map of Dabu uranium deposit

2 成礦條件分析

2.1 成礦物質(zhì)來(lái)源

2.1.1 富鈾地層

桃山礦田外圍西部為變質(zhì)巖， 東部為沉積巖。 變質(zhì)巖厚度大， 總厚度在7 km 以上，變質(zhì)巖系鈾豐度值［3］平均為 6.36×10-6， 其中變質(zhì)砂巖類可達(dá)23×10-6。 另?yè)?jù)研究， 巖體外圍炭質(zhì)板巖的鈾含量［2］為 24.6×10-6～26.91×10-6，平均25.76×10-6， 變質(zhì)巖為區(qū)域富鈾地層。

圖4 大布礦床706 勘探線剖面圖Fig. 4 Section of exploration Line 706 for Dabu uranium deposit

2.1.2 富鈾巖體

桃山巖體為巖漿多期次多階段侵位復(fù)式巖體， 形成時(shí)代包括三疊紀(jì)、 侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)（圖2）。 三疊紀(jì)以蔡江巖體為代表， 巖性為中粗粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖。 中侏羅世早期以黃陂巖體為代表， 巖性為中粗粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖； 中期以釣峰巖體為代表，巖性為中粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖； 晚期以打鼓寨巖體為代表， 巖性為中粒小斑（黑）二云母花崗巖。 晚侏羅世形成羅布里巖體，巖性為中（細(xì)）粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖。白堊紀(jì)花崗巖為細(xì)粒黑云母花崗巖及各類脈巖。 從晚三疊世至中侏羅世晚期 （巖體形成順序?yàn)椴探瓗r體→黃陂巖體→釣峰巖體→打鼓寨巖體）， 巖體鈾含量逐漸增高， 至中侏羅世晚期打鼓寨巖體， 鈾含量達(dá)到最高值（表1）。復(fù)式巖體較高的鈾含量為鈾成礦提供了鈾源［14］。

2.2 成礦構(gòu)造

2.2.1 接觸帶構(gòu)造

由于本區(qū)巖漿多期次活動(dòng)， 不同巖性之間存在不同寬度的接觸帶， 特別是打鼓寨富鈾巖體與其他巖體的接觸帶， 具有明顯的高U、 Th、 K 的特點(diǎn)， 在物探伽馬能譜剖面、 物探氡子體測(cè)量剖面與實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)， 不同巖性的界面、 斷裂構(gòu)造面往往是成礦的有利部位（圖5）。

表1 桃山各期次巖體U 和Th 含量Table 1 Contents of U and Th in granite of different phases in Taoshan pluton

圖5 羅布里—謝源地區(qū)綜合剖面圖Fig. 5 Composite section of Luobuli-Xieyuan area

2.2.2 斷裂構(gòu)造

桃山礦田主要斷裂大多呈北東向及北北東向展布， 構(gòu)成了礦田的主要構(gòu)造格架。 斷裂構(gòu)造的挾持區(qū)是控制礦床形成及定位的極其有利的構(gòu)造部位。 構(gòu)造活動(dòng)的長(zhǎng)期性多階段性， 導(dǎo)致礦區(qū)巖石整體大面積擠壓破碎及低序次、 低級(jí)別裂隙構(gòu)造的廣泛發(fā)育， 為成礦熱液的運(yùn)移、 富集及賦存提供了良好的空間條件。 實(shí)驗(yàn)研究表明， 大布礦床碎裂蝕變巖石比正常巖石的孔隙度提高82%， 礦化巖石比正常巖石的孔隙度提高更大， 平均達(dá)157%［17］（表 2）。

表2 大布礦床巖礦石孔隙度統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Statistical results of ore porosity in Dabu uranium deposit

2.3 成礦地質(zhì)體

“成礦地質(zhì)體是指與礦床形成在時(shí)間、 空間和成因上有密切聯(lián)系的地質(zhì)體， 是形成礦床主要礦產(chǎn)主成礦階段空間定位的成礦地質(zhì)作用的實(shí)物載體”［18］， 因此研究成礦地質(zhì)體必須從地質(zhì)體與成礦的時(shí)間、 空間和成因方面著手。

從時(shí)間看， 區(qū)內(nèi)巖漿巖主侵入年齡從230至133 Ma， 而成礦年齡則較新， 為65～41 Ma，主侵入期的成巖與成礦的時(shí)代間隔最大近200 Ma。 由于巖、 礦形成時(shí)間間隔太大， 包括提供鈾源的打鼓寨巖體在內(nèi)的主侵入體都不大可能是本區(qū)的成礦地質(zhì)體。 在桃山斷裂兩側(cè)大規(guī)模發(fā)育燕山晚期脈巖群， 其中花崗斑巖同位素年齡為81 Ma 和74 Ma， 與成礦年齡較接近且稍早于鈾成礦年齡， 表明脈巖巖漿活動(dòng)結(jié)束隨即開(kāi)始鈾礦化， 二者具有前后相續(xù)的特點(diǎn)。 據(jù)研究， 桃山—諸廣鈾成礦帶基性巖脈至少有5 期， 最晚的為65～50 Ma，而對(duì)應(yīng)最晚期的成礦年齡為65～50 Ma， 與基性巖脈的成巖年齡一致［19-20］。 大布鈾礦床相鄰勘探線鉆孔中瀝青鈾礦的成礦年齡具有上老下新的特點(diǎn)， 上部成礦年齡為65 Ma， 下部成礦年齡為 41 Ma［20］， 導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能與花崗斑巖脈（81～74 Ma）和基性巖脈（據(jù)野外關(guān)系， 成礦期基性巖脈晚于花崗斑巖脈形成）有關(guān)。

從空間看， 桃山地區(qū)廣泛發(fā)育的晚白堊世脈巖群是導(dǎo)致桃山地區(qū)密集分布的細(xì)脈型礦化的主要原因［21］， 由于深部巖漿活動(dòng)沿?cái)嗔亚秩胄纬筛鞣N脈巖的構(gòu)造帶促成了鈾礦化，那些與脈巖具有成因聯(lián)系的斷裂， 是礦化有利部位［22］。

從成因看， 碳同位素研究表明， 大布鈾礦床的成礦前和成礦階段熱液脈體中方解石樣品的 δ13C 變化范圍為-0.77 至-10.45， 結(jié)合巖石年代學(xué)和大地構(gòu)造背景， 可以確定大布礦床熱液中的 CO2為幔 源 碳［23］， 從而可以推測(cè)本區(qū)基性巖為鈾成礦提供了∑CO2等礦化劑。

因此， 無(wú)論是時(shí)間、 空間還是成因聯(lián)系，桃山斷裂和羅坑斷裂附近的脈巖都與主成礦階段有密切聯(lián)系， 是本區(qū)的鈾成礦地質(zhì)體。

2.4 成礦熱液與溫壓條件

通過(guò)對(duì)比礦床內(nèi)不同時(shí)期的方解石、 石英和堿性長(zhǎng)石的氧同位素與坑道內(nèi)地下水和當(dāng)?shù)卮髿饨邓难跬凰靥卣鳎?發(fā)現(xiàn)成礦期和礦前期的 δ18O 值略低于巖漿水的 δ18O 值，礦后期的δ18O 值與大氣降水基本一致， 表明打鼓寨巖體內(nèi)鈾礦床的成礦熱液為巖漿水與大氣降水的混合熱液［24］。

圖6 打鼓寨巖體氧同位素特征Fig. 6 Oxygen isotope characteristics of Daguzhai pluton

大布礦床石英、 螢石、 方解石包裹體測(cè)溫和成分分析［24］表明， 礦化形成溫度為150～250 ℃。 成礦期的壓力為 920×105～1 590×105Pa； pH 值為 5.45～7.46； Eh 值為-0.640～-0.704 V； 氧逸度 fO2為 （10-39～10-33）×1.013 25 Pa， 硫 逸 度 fS2值 （10-9～10-1）×1.013 25 Pa。由此可見(jiàn)， 鈾礦形成環(huán)境為中低溫、 中壓、低氧逸度、 中性-堿性的還原環(huán)境。

3 成礦模式討論

大布礦床鈾成礦經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的巖漿演化和元素富集過(guò)程， 是多種地質(zhì)作用共同作用的結(jié)果， 成因類型屬巖漿期后中低溫?zé)嵋衡櫟V床。 大布鈾礦床的形成過(guò)程大致可分為3個(gè)階段： 富鈾巖體形成階段、 鈾礦預(yù)富集階段及鈾成礦階段。

3.1 富鈾巖體形成階段

桃山地區(qū)位于加里東褶皺隆起區(qū)， 基底巖石相對(duì)富含鈾， 對(duì)形成富鈾花崗巖有利。在印支期， 地幔上隆， 軟流圈物質(zhì)上涌加熱下地殼， 下地殼物質(zhì)部分熔融并引起古老上地殼部分熔融， 形成酸性巖漿房， 由于上地殼碎屑巖富鈾， 為富鈾巖漿形成提供了條件，最終形成了蔡江巖體， 蔡江巖體中發(fā)現(xiàn)的大量變質(zhì)巖殘留體就是這一過(guò)程的良好證明。至燕山期， 巖漿多次侵位， 巖漿活動(dòng)中心逐漸由西南向東北移動(dòng)， 巖漿演化過(guò)程中鈾含量逐漸向晚期富集（圖7A）。 到燕山早期第三階段時(shí)形成打鼓寨巖體， 與其他巖體相比，打鼓寨巖體中晶質(zhì)鈾礦明顯增多， 含量為2.71 g/t， 最高達(dá) 6.88 g/t［25］。 根 據(jù) 測(cè) 定 晶質(zhì)鈾礦的同位素年齡值為 138 Ma［17］， 表明巖石中的晶質(zhì)鈾礦是同巖產(chǎn)物。 打鼓寨富鈾花崗巖體是鈾成礦的直接物質(zhì)來(lái)源。

3.2 鈾礦預(yù)富集階段

燕山中期經(jīng)歷了巖漿活動(dòng)和強(qiáng)烈的地殼運(yùn)動(dòng)， 在打鼓寨巖體周圍形成了羅布里花崗巖體， 同時(shí)， 桃山斷裂、 羅坑斷裂等開(kāi)始形成。在鈾礦預(yù)富集階段， 羅布里巖體和斷裂帶起著關(guān)鍵作用。 Rb-Sr 同位素和全巖δ18O 研究表明，羅布里巖體為地幔來(lái)源巖漿與地殼物質(zhì)按一定比例混合的產(chǎn)物， 屬同熔型花崗巖［8］。

打鼓寨巖體經(jīng)受強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓， 造成巖石結(jié)構(gòu)、 構(gòu)造嚴(yán)重破壞， 羅布里巖體巖漿期后熱液沿?cái)嗔押土严秾?duì)打鼓寨巖體進(jìn)行廣泛的堿交代、 云英巖化、 白云母化及伊利石化等。

巖石經(jīng)堿交代后， 巖石中晶質(zhì)鈾礦大量減少甚 至 消 失［25］， 成為活化鈾。 高溫、 高壓實(shí)驗(yàn)研究顯示， 花崗巖在白云母化過(guò)程中，全巖將有30%～60%的鈾析出［26］； 大布鈾礦床的蝕變圍巖鈾得失模擬計(jì)算結(jié)果為， 經(jīng)成礦前白云母化和伊利石化等蝕變后， 圍巖中有27%～67%的鈾被活化轉(zhuǎn)移帶出［27］。

總之， 伴隨羅布里巖體形成而發(fā)生蝕變作用導(dǎo)致鈾活化， 最終在巖石裂隙及礦物粒間、 副礦物表面等有利部位富集（圖7B）。

3.3 鈾成礦階段

圖7 大布鈾礦床成礦模式Fig. 7 Metallogenic model of Dabu uranium deposit

燕山晚期大量中基性巖脈產(chǎn)生的熱液在封閉的環(huán)境下呈弱堿性， 這樣有利于S2-的富集和 CO2的溶解， ∑CO2是主要礦化劑， 可以從鈾源巖體中 浸 取 鈾［21］， U6＋以碳酸鈾酰絡(luò)合離子的形式進(jìn)行運(yùn)移， 當(dāng)熱液進(jìn)入裂隙系統(tǒng)時(shí)， 由于CO2很快逃逸導(dǎo)致熱液PH 值迅速升高， 破壞了碳酸鈾酰絡(luò)合離子， 含礦熱液形成的黃鐵礦和早期蝕變被本次熱液活動(dòng)改造的黃鐵礦是鈾的理想還原劑， 二價(jià)鐵與熱液中六價(jià)鈾發(fā)生反應(yīng)， 六價(jià)鈾被還原為四價(jià)鈾， 而二價(jià)鐵則被氧化為三價(jià)鐵形成赤鐵礦（圖 7C）。

大氣降水經(jīng)過(guò)沉積盆地時(shí)， 下降的含氧地下水與上升的含U、 F、 S 等還原性熱水形成氧化還原過(guò)渡帶， 總體上形成上部以紅化型礦石（蝕變礦物以赤鐵礦為代表）為主， 中下部以綠化型礦石（蝕變礦物以赤鐵礦、 綠泥石、 伊利石等為代表） 為主的礦石類型特征，由于受赤鐵礦的吸附作用影響， 鈾礦化更集中于赤鐵礦化地區(qū)。

4 結(jié)論

大布鈾礦床位于桃山復(fù)式花崗巖體內(nèi)，其成礦物質(zhì)來(lái)源主要與高鈾豐度值的變質(zhì)巖和因多期次巖漿活動(dòng)而逐漸富集鈾元素的巖漿巖有關(guān)。 接觸帶構(gòu)造和斷裂構(gòu)造構(gòu)成了礦床的主要成礦構(gòu)造系統(tǒng)。 燕山晚期分布于桃山斷裂與羅坑斷裂之間及其附近的脈巖與成礦關(guān)系密切， 可能是大布鈾礦床的鈾成礦地質(zhì)體。 礦床的形成經(jīng)歷了富鈾巖體形成階段、鈾礦預(yù)富集階段、 鈾成礦階段3 個(gè)階段。