華北陸塊北緣哈畢力格地區(qū)鈾礦化特征及礦化類型探討

黃志新， 李子穎， 任全， 焦永玲

（1. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院， 北京 100029； 2. 核工業(yè)二〇八大隊， 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

華北陸塊北緣是濱太平洋成礦域華北陸塊鈾成礦省的重要組成部分， 鈾礦床主要分布在遼東至沽源地區(qū)的東段和鄂爾多斯地區(qū)的西段， 相較而言， 中段四子王旗-正鑲白旗一帶工作程度較低， 至今未有鈾礦床突破［1-3］。哈畢力格位于華北陸塊北緣中段烏蘭察布市察右后旗烏蘭哈達地區(qū)， 自20 世紀80 年代在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)鈾礦化以來， 地質(zhì)研究人員將其歸類為沉積變質(zhì)巖型鈾礦床［4-5］， 陸續(xù)開展了一些勘探工作， 取得了一定的找礦效果。然而基礎研究與理論工作幾乎為空白， 礦化特征不清晰， 成礦類型不明確， 致使找礦思路和找礦方向受到制約。 本文對哈畢力格地區(qū)鈾礦化地質(zhì)背景和礦化特征開展了系統(tǒng)研究， 初步探討了該地區(qū)的鈾成礦類型， 試圖為鈾礦勘查和資源突破提供新的理論基礎。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 大地構造位置

哈畢力格鈾礦化區(qū)大地構造位置位于華北陸塊北緣陰山隆起帶， 集寧-赤城深大斷裂北部和陸緣深大斷裂南部的四子王旗-正鑲白旗古生代花崗巖帶中。 研究區(qū)東北側為北西向烏蘭哈達-高勿素隱伏大斷裂， 與西部的烏蘭哈達-猴兒山背斜一起組成主要的區(qū)域性構造體系。 火山構造單元屬于大同-大興安嶺新生代火山活動帶南段， 區(qū)域上發(fā)育有烏蘭哈達新近系火山群（圖1）。

1.2 圍巖與地層

哈畢力格地區(qū)出露的地層主要為新太古界烏拉山群（Ar3w）， 該群由3 個巖段組成（圖1c）， 其中第2 巖段是主要的鈾礦化層位。

第1 巖段（Ar3w1）出露于哈畢力格中南部，巖性以變粒巖為主（圖2a、 b）， 其次為混合巖夾少量的斜長角閃片巖， 偶見黑云母片巖、白云母片巖。 變粒巖以鉀長變粒巖為主體，還存在少量偏基性的輝石鉀長變粒巖。 原巖為一套偏中基性的火山碎屑巖和長石砂巖（第1 巖段）， 石英砂巖和碳酸鹽（第2 巖段）沉積地層， 為古陸邊緣水下環(huán)境的產(chǎn)物。 綜合考慮地層疊覆關系， 認為本區(qū)早期以基性或中基性火山碎屑沉積為主， 晚期沉積了陸緣碎屑和碳酸鹽物質(zhì)［6-8］。 鏡下觀察表明鉀長變粒巖為不等粒粒狀變晶結構， 礦物粒度為0.2～1 mm， 較石英巖小， 鉀長石多為低溫微斜長石， 格子雙晶發(fā)育， 含量在40%～70%， 石英含量為30%， 斜長石含量為15%， 副礦物為白云母、 輝石， 金屬礦物等， 發(fā)育綠泥石化、 方解石化。

第2 巖段（Ar3w2）分布于研究區(qū)中部， 巖性為石英巖（圖2c、 d、 e、f）和大理巖。 鏡下觀察表明， 石英巖呈不等粒粒狀變晶結構， 粒度為1～3 mm， 石英含量達95%； 鉀長石及其他次要礦物為半自形至他形結構， 粒度較小，一般為0.2～0.5 mm， 鉀長石含量通常為5%左右， 呈細小麻點狀包裹在粗大的石英顆粒中。巖石中還含有少量其他礦物如白云母、 黑云母，以及不透明金屬礦物（黃鐵礦、 黃銅礦、 磁鐵礦等）， 發(fā)育定向片理構造。 石英巖與第1 巖段的鉀長變粒巖之間存在互層現(xiàn)象， 鉀長變粒巖中可見定向排列的拉長的片狀石英條帶斑晶， 而石英巖中亦含有鉀長變粒巖條帶的現(xiàn)象。

圖1 華北陸塊北緣哈畢力格地區(qū)地質(zhì)圖Fig. 1 Geological maps of Habilig area in the northern margin of North China Block

圖2 哈畢力格地區(qū)新太古界烏拉山群（Ar3w）第1 巖段變粒巖和第2 巖段石英巖巖石學礦相學特征Fig. 2 Petrological and mineralogical characteristics of granulite in the first lithological part and quartzite in the second lithological part of Wulashan Group （Ar3w） in Habilig area

第3 巖段（Ar3w3）分布于研究區(qū)西北部，巖性為條帶狀混合巖、 眼球狀混合巖， 局部夾石榴角閃二云母片巖、 白云角閃片巖、 角閃二云母片巖， 二云母綠泥綠簾片麻巖等，為綠片巖相-角閃巖相的中低級變質(zhì)巖相產(chǎn)物。 與區(qū)域變質(zhì)過程一致， 烏拉山群普遍遭受過強烈的以鉀交代為主的區(qū)域混合巖化作用， 較晚一期紅色花崗巖偉晶質(zhì)混合巖化最為發(fā)育， 為典型的注入作用產(chǎn)物， 并形成了大量條帶狀、 條痕狀和眼球狀的斜長角閃巖和斜長角閃片麻巖。 該期鉀質(zhì)混合巖化作用主 要 發(fā) 生 在2 500～1 800 Ma［9］， 是 區(qū) 域 上 主要的鈾源層形成過程。

鈾礦化主要發(fā)育于石英巖中， 非礦化石英巖呈白色透明狀（圖2c）， 礦化石英巖呈灰色-灰黑色-暗黑色透明狀（圖2d）。 石英巖層最厚達30 m， 整體呈東西走向， 巖層內(nèi)夾層（片巖、 變粒巖、 大理巖） 較多， 局部產(chǎn)狀變化大， 厚度不穩(wěn)定， 呈薄層或透鏡體產(chǎn)出，具交錯層理特征。 發(fā)育鈾礦化的石英巖， 石英含量普遍大于95%。 石英巖中鈾含量與石英顆粒大小有一定的正相關性， 且礦化的方向與石英巖片理方向垂直， 反映了一種初步富集與后期流體疊加成礦的可能性。 除石英巖外， 部分鉀長變粒巖也發(fā)育鈾礦化。

1.3 巖漿作用

哈畢力格地區(qū)基性-酸性巖漿巖均有大面積出露。 新生代火山活動頻繁， 產(chǎn)生了大量的玄武巖、 橄欖玄武巖（N1h）。 中生代及之前以中酸性巖漿作用為主， 主要包括新太古代片麻狀石英閃長巖、 泥盆紀花崗閃長巖、 三疊紀花崗巖以及侏羅紀花崗巖等， 其中在空間上與哈畢力格鈾礦化最為密切的為古生代泥盆紀花崗閃長巖。

古生代泥盆紀花崗閃長巖主要出露在地表礦化點南部及東南部， 為中粗粒二長結構，塊狀構造。 主要礦物組成為角閃石（20%）、 鉀長石（35%）、斜長石（35%）、石英（8%）， 副礦物為黃鐵礦、 磁鐵礦， 含量小于2%。 前人將其歸屬為二疊紀康保系列花崗巖， 本文對其中的熱液鋯石開展了U-Pb 年代學研究 （數(shù)據(jù)另文發(fā)表）， 該巖體侵入年齡為（374±4）Ma， 為古生代泥盆紀產(chǎn)物。 主量元素地球化學特征表明w（K2O）/w（Na2O）＝0.83～0.85， A/CNK＝1.19～1.32 ， 為典型的陸源沉積物熔融形成的S 型花崗巖， 具有過飽和特征， A/NK-A/CNK判別表明為過鋁質(zhì)花崗巖， R1-R2 成因環(huán)境判別為晚造山期花崗巖。 這與典型的熱液型鈾礦床相關的花崗巖特征相一致。

2 鈾礦化特征

哈畢力格地區(qū)鈾礦化主要發(fā)育在烏拉山群第2 巖段的灰黑色石英巖中， 烏拉山群第1巖段變粒巖的外接觸帶。 鈾礦體（礦化體）呈近東西向分布， 鈾礦化不連續(xù)， 多以透鏡體形式產(chǎn)出， 在石英巖厚度較大的部位或石英巖層內(nèi)褶皺轉折端， 一般鈾礦化程度較好。 石英巖是主要的賦礦巖石， 鉀長變粒巖次之，與石英巖層接觸的片麻巖或混合巖等有時也會出現(xiàn)礦化現(xiàn)象。

2.1 控礦因素

哈畢力格礦化區(qū)主要控礦因素包括構造與地層體系。 該區(qū)域的主要構造形式為褶皺和斷層， 即烏蘭哈達-猴兒山背斜和區(qū)內(nèi)斷裂， 兩者共同控制了礦體（礦化體）的展布和發(fā)育規(guī)模（圖1a、 c）。 近東西向?qū)娱g斷裂F1，為該區(qū)域的主要容礦斷裂， 控制著礦體的走向。 北北東向F2 為左行擠壓斷裂， 該斷裂的形成或者再活化， 使F1 斷裂， 尤其是兩者交匯部位產(chǎn)生足夠的張性空間， 為賦礦流體的卸載成礦提供了必要條件。 哈畢力格地區(qū)鈾礦化具有一定的 “層控” 性， 雖然變粒巖也有局部礦化現(xiàn)象， 但主要發(fā)育在石英巖層中。深部氡氣異常分布也基本與地表石英巖展布形態(tài)一致， 沿石英巖層向東至烏蘭哈達地區(qū)，向西至猴兒山地區(qū)， 均可以見到鈾礦化， 反映地層對鈾礦化具有一定的制約。 這種控礦可能與原巖富鈾程度和構造變形過程中巖石的機械物理性質(zhì)差異有關。

礦化區(qū)南部大面積出露晚古生代中酸性巖體， 在一定程度上可以為鈾礦化提供充足的成礦熱源、 物源和流體， 與F1 相交的F2斷層可以提供必要的流體通道。 成礦年代學數(shù)據(jù)也表明， 其結晶年齡與鈾礦化具有相近的年齡， 表明與鈾礦化具有密切的成因聯(lián)系。筆者認為， 是成礦的主要控制因素之一。

2.2 蝕變特征

除了新太古代-古元古代大規(guī)模的區(qū)域變質(zhì)作用外， 哈畢力格地區(qū)蝕變類型較多， 近礦圍巖主要有白云母化、 電氣石化、 硅化、 綠簾石化、 綠泥石化和方解石化， 礦石以黃鐵礦化和黃銅礦化為主， 可見少量磁鐵礦化（圖3）。

圖3 哈畢力格地區(qū)代表性圍巖蝕變特征Fig. 3 Characteristics of representative alteration of host rocks in Habilig area

白云母化（圖3a）和電氣石化（圖3b）在哈畢力格西段尤其發(fā)育， 產(chǎn)出于烏拉山群第2巖段礦化石英巖和第1 巖段變粒巖接觸帶。在熱液作用下， 黑云母向白云母轉化過程中，析出的鐵、 鎂元素與硼元素結合形成電氣石。與廣泛發(fā)育的黑云母而言， 白云母的出現(xiàn)，屬于一種高溫熱液交代蝕變。

黃鐵礦化（圖3c）和黃銅礦化（圖3d）強烈，兩種礦物常呈伴生關系， 是本區(qū)的主要金屬礦物類型， 其中黃鐵礦是重要的載鈾礦物。 黃鐵礦和黃銅礦常沿構造裂隙呈面狀或細脈侵染狀發(fā)育， 晶型以他形粒狀為主， 可見穿插白云母細脈現(xiàn)象（圖3e）， 為典型的晚期熱液作用產(chǎn)物。

磁鐵礦晶型較好（圖3f）， 呈半自形-自形產(chǎn)出， 應為沉積巖中原生黃鐵礦遭受后期氧化形成的產(chǎn)物。 綠簾石化、 綠泥石化（圖3g）、方解石化（圖3h）為次要蝕變， 肉眼不可見，僅在鏡下見到， 方解石為脈狀充填為主。

2.3 鈾礦物特征

圖4 哈畢力格地區(qū)鈾礦物電子探針圖像Fig. 4 Electron probe images of uranium mineral in Habilige area

鈾礦物以晶質(zhì)鈾礦為主， 粒徑大小為1～10 μm， 自形程度較好（圖4）。 按照礦物的存在環(huán)境不同， 主要分為兩種： 1） 以礦物包裹體形式發(fā)育于石英和鉀長石礦物顆粒中， 少量發(fā)育在輝石顆粒中； 2） 發(fā)育于黃鐵礦-菱鐵礦脈或黃鐵礦晶體邊緣及裂隙中。 相比較而言， 前者晶型更為自形， 后者發(fā)育更普遍，且晶質(zhì)鈾礦晶體粒度明顯大于前者， 普遍在5～10 μm， 最大可達20 μm。

非單一類型的鈾礦物發(fā)育特征表明， 該地區(qū)可能經(jīng)歷過兩期次鈾礦化作用， 礦物包裹體中的鈾礦物為早期變質(zhì)作用產(chǎn)物， 而發(fā)育于黃鐵礦脈或其它礦物裂隙中的鈾礦物為晚期熱液作用產(chǎn)物。 在礦體附近的圍巖（白云角閃片巖）中也發(fā)育黃鐵礦-菱鐵礦脈， 但并未發(fā)現(xiàn)有鈾礦物的存在， 表明鈾源可能與石英巖和變粒巖原巖有關。

2.4 鈾含量特征

對石英巖、 變粒巖、 片巖（片麻巖）、 大理巖和花崗閃長巖樣品開展了U、 Th 等微量元素含量分析， 分析結果見表1。 石英巖是主要的礦化巖石， U 含量介于（288～7 509）×10-6之間， U/Th 值為4.15～1 997.07； 變粒巖U含量為（7.44～437）×10-6， 部分樣品具有鈾礦化， U/Th 值為0.30～78.68； 片巖（片麻 巖）U含量為（0.293～2 890）×10-6， 含量變化較大，可能與原巖成分、 礦物組成和變質(zhì)作用有關，U/Th 值一般小于1。 大理巖和花崗閃長巖的U含量分別為（0.011～0.560）×10-6和（0.224～0.929）×10-6， U/Th 值 分 別 為0.05～1.60 和0.03～0.27， 遠小于正常的大理巖和花崗閃長巖鈾含量（表2）， 反映來自于低鈾含量的原巖（或物源） 或者成巖過程中經(jīng)歷了鈾的遷出過程。 結合本區(qū)鈾礦化特征， 這種極低的鈾含量更傾向于被流體浸出遷移。 鈾元素的地球化學軌跡表明， 其在流體和熔體結晶相中的分配系數(shù)遠小于1， 為不相容元素， 在巖漿結晶分異過程中， 優(yōu)先進入流體相， 從而使巖體的鈾含量降低。 當然， 巖體過低的鈾含量除了與巖漿結晶分異有關， 與巖漿期后熱液流體的萃取浸出是否關聯(lián)， 尚需要開展進一步研究。

將各微量元素進行Pearson 相關性分析，結果表明， U 與Pb、 Bi 的相關性系數(shù)最高，分別達到0.92 和0.84（表3）。 鈾 礦 床 中多數(shù)Pb 為U 的放射性子體， 故具最優(yōu)先的聚類效果。 Bi 元素屬于鎢鉬族元素， 往往與巖漿熱液作用有關， 在巖漿分異作用過程中， 趨向于富集在殘余溶液中， 這一特征也反映了U元素的富集與巖漿熱液作用有密切關聯(lián)。 僅次于Pb 與Bi 元素的為W、 Re、 Mo 及稀土元素， 這些元素均為典型的巖漿熱液型元素。

表1 哈畢力格地區(qū)主要巖性巖石U、 Th 含量Table 1 U and Th content of main rocks in Habilig area

表2 不同巖性巖石U 豐度值和哈畢力格地區(qū)U 含量對比表Table 2 Comparison of U abundance value in nature and U content in Habilig area

表3 哈畢力格地區(qū)U 與其它微量元素Pearson 相關性分析結果Table 3 Pearson correlation analysis of U and other trace elements in Habilig area

3 礦化類型探討

因鈾礦化發(fā)育于以石英巖為主的變質(zhì)巖中， 礦化類型長期以來被傾向于沉積變質(zhì)巖型鈾礦化。 然而， 通過本文研究認為， 哈畢力格地區(qū)鈾礦化應為多期次成礦作用產(chǎn)物，主成礦期與巖漿熱液有關。

1） 從賦礦地層來看， 雖然以石英巖為主體， 即使空間相鄰， 也并非所有石英巖均發(fā)育鈾礦化。 相反， 在鉀長變粒巖和片麻巖中，局部也可以見到鈾礦化現(xiàn)象。 可見鈾礦化對圍巖并未出現(xiàn)唯一選擇性。 此外， 鈾礦化嚴格受區(qū)域性褶皺和層間斷裂控制， 尤其在近東西向F1 斷層和北北東向F2 斷層兩組斷裂的交匯部位， 鈾礦化規(guī)模往往更大， 這與沉積變質(zhì)型鈾礦化特征不符合。 與此同時， 石英巖的厚度也與鈾礦化有一定的關系， 表明變粒巖和石英巖原巖也應是鈾的主要來源之一， 這一點表現(xiàn)在同樣為近東西向的平行斷裂F3 控制的大理巖區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)鈾礦化。

2） 在發(fā)育鈾礦化的層間破碎帶附近的圍巖中， 白云母、 電氣石等高溫熱液蝕變礦物大量出現(xiàn)。 黃鐵礦、 黃銅礦呈細脈狀產(chǎn)出在礦化巖石裂隙中， 或交代自形的長石晶體，是典型的熱液作用表現(xiàn)。

3） 鈾礦物主要以晶質(zhì)鈾礦為主要存在形式， 除了部分以礦物包裹體的形式發(fā)育于石英和鉀長石或輝石顆粒中， 更常見的是發(fā)育于黃鐵礦-菱鐵礦脈或黃鐵礦晶體邊緣及裂隙中， 表明存在至少兩個階段的鈾成礦作用。在古元古代區(qū)域變質(zhì)階段， 鈾元素在富鈾石英巖和變粒巖中初步富集， 同時形成了少量以包裹體形式存在的鈾礦物。 古生代泥盆紀巖漿熱液階段， 鈾再次富集， 形成了沉淀于裂隙或晶體邊緣的鈾礦脈。 鄭自先在研究中國變質(zhì)巖型鈾礦床時認為， 變質(zhì)巖地區(qū)鈾礦床在熱變質(zhì)作用階段形成的為晶質(zhì)鈾礦， 且通常伴生細脈狀黃鐵礦［10］。 這一點與哈畢力格地區(qū)鈾礦化特征非常一致。 礦相學上， 鈾礦化的方向與石英巖片理方向垂直， 也反映了一種后期流體成礦的可能性。

4） 微量元素分析表明， 礦石鈾釷比值高， 且U 與Bi、 W、 Re、 Mo 等典型的巖漿熱液型元素密切相關。 區(qū)內(nèi)花崗閃長巖的鈾含量遠低于正?；◢忛W長巖的豐度值， 鈾元素具明顯遷出特征， 也表明了哈畢力格地區(qū)鈾礦化與巖漿熱液有關。

綜上， 哈畢力格地區(qū)的鈾礦化應為多期次礦化作用的結果， 石英巖與變粒巖的富鈾原巖和花崗閃長巖漿均提供了鈾源。 在區(qū)域變質(zhì)階段， 鈾初步富集并形成了少量包裹于石英等礦物內(nèi)部的鈾礦物； 在巖漿熱液階段，含鈾巖漿熱液萃取變質(zhì)地層中的鈾， 形成富鈾流體， 在有利的張性構造部位富集成礦。

4 結論

1） 哈畢力格地區(qū)鈾礦化產(chǎn)出在新太古界烏拉山群石英巖中， 主要控礦因素為烏蘭哈達-猴兒山背斜以及區(qū)內(nèi)近北西向和北北東向斷裂， 南部大面積出露的古生代花崗閃長巖侵入事件為鈾礦化提供了成礦流體和熱源。

2） 哈畢力格地區(qū)至少存在兩期鈾礦化作用， 古元古代烏拉山群區(qū)域變質(zhì)作用使沉積地層（石英巖和變粒巖原巖） 中的鈾發(fā)生初步富集， 晚古生代花崗閃長質(zhì)巖漿侵位分異出的巖漿流體， 活化并萃取地層中的鈾形成富鈾流體， 沿構造破碎帶進入石英巖地層富集成礦。