遼東前寒武系鈾礦床成礦模式及找礦方向

劉曉東，莊廷新，陳德兵，王偉楠

（核工業(yè)二四〇研究所，遼寧 沈陽 110000）

遼東地區(qū)對前寒武系不整合面型鈾礦床的勘查工作最早可追溯至1957 年，至2019 年為止先后在連山關(guān)花崗雜巖體與遼河群的不整合面上部和下部發(fā)現(xiàn)了連山關(guān)、五道溝、黃溝等多個礦床、礦點，隨著鈾礦勘查生產(chǎn)和科研工作的深入，該區(qū)地表和近地表的礦床和礦化點已基本查明，已發(fā)現(xiàn)的主礦體（連山關(guān)鈾礦）也已開采完畢。隨著2008—2018 年新一輪的找礦投入，區(qū)內(nèi)積累了大量的巷道和鉆孔勘查成果，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年勘探工程，對已知礦床控礦條件進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步提出了連山關(guān)地區(qū)的鈾成礦模式，指明了連山關(guān)地區(qū)的找礦方向，以期增強(qiáng)該區(qū)深部和外圍的找礦信心，為遼東地區(qū)鈾礦床的勘查工作提供參考。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

連山關(guān)地區(qū)位于遼西-吉南古元古代裂谷北緣連山關(guān)巖體南部（圖1），古元古代初期沉積了遼河群，于1.90～1.87 Ga 隆起造山。基底為太古宙花崗綠巖帶及高級變質(zhì)片麻巖區(qū)，裂谷由古元古代遼河群中淺變質(zhì)巖及遼吉花崗巖組成。遼吉花崗巖為組成遼河群的火山巖同期同源侵入體，其與上覆的遼河群全部為構(gòu)造不整合接觸。區(qū)域基本構(gòu)造格架為一軸向NWW 向的短軸背斜，核部出露NWW 向展布的太古宙連山關(guān)花崗雜巖體，長約41 km，寬約7.5 km，出露面積約為320 km2，巖體兩冀分布有下遼河群沉積變質(zhì)地層，周邊為遼河群、震旦系覆蓋。根據(jù)礦物成分，連山關(guān)雜巖體主要由紅色鉀長花崗巖、片麻狀黑云母花崗巖組成，紅色鉀長花崗巖出露面積約85%。雜巖體內(nèi)常分布有太古宙鞍山群殘留體。遼河群由上到下分為4 段，由白云大理巖、二云母片巖、石榴云母片巖、石英巖構(gòu)成。據(jù)李三忠等研究（2001），遼河群變質(zhì)巖層中記錄了三幕構(gòu)造變形及四幕變質(zhì)作用，膠遼吉古裂谷演化的大陸動力學(xué)過程可分為3 個演化階段：造山期前大陸伸展階段（2.2～1.9 Ga）、造山期收縮擠壓階段（1.9～1.7 Ga）、造山期后伸塌陷階段展（1.7～1.6 Ga）［1］。

圖1 遼吉古裂谷構(gòu)造簡圖（a）和連山關(guān)地區(qū)鈾礦地質(zhì)圖（b）Fig.1 Tectonic location of the Liao-Ji paleo-rif（ta）and uranium geology map of Lianshanguan area（b）

1.2 構(gòu)造特征

區(qū)內(nèi)構(gòu)造十分發(fā)育，NW、近EW 向斷裂組與NE、NNE 向構(gòu)造組成菱形格狀構(gòu)造格局。地表出露的斷裂構(gòu)造大致分為4 種：①NWW 向韌-脆性剪切帶（F2），主要發(fā)育在遼河群與巖體接觸部位，即連山關(guān)巖體南帶與遼河群不整合面的構(gòu)造擠壓糜棱巖、片理化帶。該剪切帶基本控制了連山巖體南接觸帶170 礦點-連山關(guān)鈾礦床-206 礦點等一系列礦床礦點展布。②NE、NNE 向斷裂組（F1），該組斷裂是區(qū)域上最為發(fā)育、構(gòu)造形跡最為清楚的斷裂構(gòu)造。力學(xué)性質(zhì)多顯扭性、壓扭性，使鞍山群、遼河群等地層及韌-脆性剪切構(gòu)造具有不同程度的錯切。從其展布、力學(xué)性質(zhì)及生成時間應(yīng)屬新華夏系或華夏系，其展布方向一般偏大，為35°～40°，傾角為60°～70°，多屬礦后構(gòu)造。③NWW、近EW 向斷裂組（F3），該組斷裂在連山關(guān)巖體南側(cè)接觸帶外帶遼河群中發(fā)育，為區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造線?？傮w顯壓性，早期具張性的特點。傾角中等，一般為50°～60°，總體傾向南，屬切殼斷裂。④褶皺構(gòu)造，本區(qū)處于背斜和向斜的轉(zhuǎn)折部位，背斜為連山關(guān)背斜，其核部為連山關(guān)巖體，東南部有草河口復(fù)向斜等。

2 鈾成礦模式研究進(jìn)展

前人對連山關(guān)地區(qū)的鈾成礦模式研究主要集中于20 世紀(jì)90 年代，以連山關(guān)鈾礦床勘探成果為基礎(chǔ)，對該礦床進(jìn)行了深入研究，提出了以下成因或成礦模式。

郭智添（1982）認(rèn)為連山關(guān)礦床經(jīng)歷了沉積、變質(zhì)、堿交代和熱液充填等成礦階段，鈾成礦具有多階段復(fù)合成因特點。礦床的形成可歸納為沉積變質(zhì)型鈾礦化—堿交代型鈾礦化—熱液充填型鈾礦化3 個演化過程［2］。

張家富等（1994）從巖石學(xué)、巖石化學(xué)的角度闡述了連山關(guān)鈾礦床的成因模式，認(rèn)為韌-脆性剪切構(gòu)造具有良好的成礦空間和物理化學(xué)變異場，為控礦構(gòu)造［3］。

仉寶聚等（2010）研究了礦床的成因機(jī)制，認(rèn)為連山關(guān)地區(qū)經(jīng)歷了區(qū)域變質(zhì)作用、基底花崗巖活化與重就位、溫度下降3 個階段，先后形成了沉積變質(zhì)型（（2 114±121）Ma）、堿交代型（1 891±Ma）、充填型（1 829 Ma）3 種類型的鈾礦體（圖2）。連山關(guān)巖體作為富鈾地質(zhì)體是區(qū)內(nèi)良好的鈾源體，是形成鈾礦的基礎(chǔ)。區(qū)域變質(zhì)作用和蝕變作用則是促進(jìn)鈾活化的條件，在存在容礦構(gòu)造的條件下疊加成礦期含鈾熱液，從而形成了連山關(guān)鈾礦床的鈾礦體。在區(qū)域內(nèi)尋找鈉交代體為今后主要的找礦方向［4］。

李子穎等（2014）將連山關(guān)地區(qū)的鈾成礦過程分為3 個階段，分別是古元古代遼河群浪子山組沉積及鈾富集階段、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用下的鈉質(zhì)混合交代巖（白色混合巖）形成階段、韌性剪切由塑性變形轉(zhuǎn)為脆性變形的鈾成礦階段。鈾礦體受NEE 向小型混合巖背斜控制，分布于縱向切割背斜兩翼和軸部的斷裂中，少部分在轉(zhuǎn)折端的層間虛脫面，礦體側(cè)伏受背斜傾伏角控制［5］。

以上鈾成礦模式和礦床成因研究均對連山關(guān)地區(qū)的鈾成礦模式進(jìn)行了非常有益的探索，通過對上述研究成果進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)前人對連山關(guān)地區(qū)的鈾成礦作用基本達(dá)成了以下共識：①太古宙連山關(guān)鉀質(zhì)花崗雜巖體作為富鈾巖體為區(qū)內(nèi)的鈾礦化提供了鈾源；②連山關(guān)地區(qū)的鈾礦化伴隨著區(qū)域變質(zhì)作用發(fā)生，隨著不同的溫壓條件變化形成了區(qū)內(nèi)不同類型的鈾礦體；③含礦圍巖為白色混合花崗巖，鈉長石化、硅化、水云母化為礦期蝕變；④鈾礦體受小型混合花崗巖背斜控制，分布于縱向切割背斜兩翼和軸部的斷裂中。

3 鈾成礦模式

3.1 建立鈾成礦模式的基本地質(zhì)依據(jù)

區(qū)域內(nèi)已落實了3 個鈾礦床。自西向東分別為連山關(guān)中型鈾礦床、五道溝小型鈾礦床、黃溝小型鈾礦床。同時有170、256、259 等鈾礦點沿連山關(guān)巖體南部韌性剪切構(gòu)造NW 向展布。

3.1.1 連山關(guān)鈾礦床鈾礦化特征

1）連山關(guān)及其外圍的五道溝和黃溝鈾礦床已發(fā)現(xiàn)的鈾礦體和異常多產(chǎn)于白色混合花崗巖與下部太古宙鉀長花崗巖的接觸界線附近的構(gòu)造裂隙內(nèi)，因成礦期韌-脆性剪切過程中的碎裂重膠結(jié)作用，其碎裂結(jié)構(gòu)發(fā)育明顯。鈾礦床和鈾礦點的展布嚴(yán)格受NW 向韌性剪切構(gòu)造控制，鈾礦化產(chǎn)出形態(tài)以網(wǎng)脈狀為主。鈾礦體均為盲礦體，規(guī)模普遍較小，成群出現(xiàn)。礦體多呈脈狀、透鏡狀、團(tuán)塊狀，一般資源量為5～50 t，最小者不到1 t。規(guī)模較大的鈾礦體均分布于連山關(guān)鈾礦床。礦體埋深于地表100 m以下，垂深標(biāo)高為50～300 m，最深為－50 m。鈾礦體單層視厚度為1.60～6.00 m，厚度變化范圍較大；鈾礦體傾角為30°～40°；鈾礦化品位為0.055%～0.383%不等，鈾礦（化）賦礦巖性主要為混合花崗巖（表1）。

2）賦礦圍巖為白色混合花崗巖，鈾礦體呈透鏡狀和網(wǎng)脈狀充填于碎裂構(gòu)造微裂隙內(nèi)，主要鈾礦物為瀝青鈾礦，金屬礦物以黃鐵礦為主，非金屬礦物為鉀長石、鈉長石、石英、絹云母和綠泥石。礦石多呈角礫狀、脈狀和團(tuán)塊狀構(gòu)造。

3）鈾礦化伴生蝕變主要有硅化、赤鐵礦化、綠泥石化、絹云母化、褐鐵礦化。其中硅化、長石化為礦期蝕變，綠泥石化、水云母化為礦前期蝕變。

圖2 連山關(guān)鈾礦床形成過程框式示意圖（據(jù)郭智添，1986［2］，有改動）Fig.2 Frame diagram of formation process of Lianshanguan uranium deposit

表1 連山關(guān)地區(qū)鈾礦化特征表［3，6-9］Table 1 Characteristics of uranium mineralization in Lianshanguan area

4）根據(jù)前人資料及分析數(shù)據(jù)，連山關(guān)鈾礦床的鈾礦化年齡應(yīng)該為1 934～1 871 Ma（表1）。與古元古代呂梁運動時期的遼吉古裂谷第二幕構(gòu)造變形時間一致，即造山期收縮擠壓階段的韌-脆性剪切作用。

3.1.2 連山關(guān)鈾礦床控礦構(gòu)造特征

連山關(guān)鈾礦床的主要含礦圍巖為韌性剪切作用形成的灰白色混合花崗巖，接觸帶范圍內(nèi)軸向為NE 向的混合花崗巖背斜突起，是重要的巖性找礦標(biāo)志，沿背斜發(fā)育的NEE 向構(gòu)造為礦區(qū)主要控礦構(gòu)造，該類構(gòu)造不出露地表，總體向南收斂，北東撒開，長度一般為80～100 m，最長可達(dá)150～180 m。走向與混合巖隆起軸部基本一致（圖3）。該組斷裂具明顯的壓性兼張性特征，擠壓破碎帶規(guī)模不一，寬0.15～2.00 m。構(gòu)造角礫、構(gòu)造透鏡體平行斷裂面分布，并見糜棱巖及絹云母、綠泥石定向排列。斷裂中有石英脈充填，方解石脈少見。根據(jù)牽引褶曲（圖4a）、帚狀構(gòu)造（圖4b）、擦痕、階步、羽狀裂隙等現(xiàn)象，該組斷裂時期以壓扭性為主，晚期以張性為主。該組斷裂是主要控礦構(gòu)造，瀝青鈾礦充填于斷裂及次級構(gòu)造裂隙中（圖4c）。

3.1.3 其他礦床礦點控礦構(gòu)造特征

主要為連山關(guān)巖體南接觸帶的五道溝、黃溝鈾礦床、樟木溝鈾礦點、高粱溝（170）鈾礦點和連山關(guān)巖體北接觸帶的陳家堡子鈾礦點。

1）五道溝及黃溝鈾礦床鈾礦化同軸向為NE 向的混合花崗巖背斜突起內(nèi)的NEE 向構(gòu)造控制（圖4d），鈾礦化呈網(wǎng)脈狀沿混合花崗巖內(nèi)的微裂隙充填，賦礦圍巖硅化、長石化強(qiáng)烈（圖4e、f）。該組構(gòu)造于180～300 m 深度最為發(fā)育，對鈾礦體控制明顯，為混合花崗巖隆起內(nèi)發(fā)育的韌性剪切構(gòu)造派生的次一級斷裂，走向與混合巖隆起軸部基本一致。具有數(shù)量多、規(guī)模小的特點，與鈾礦體產(chǎn)狀基本一致。最長不超過80 m，寬1～2 m 不等，多為壓扭性，沿北東向密集分布，傾向南東，傾角較陡，一般大于60°。

2）五道溝-黃溝礦區(qū)接觸帶呈“S”形態(tài)。近一輪鉆探勘查過程中在黃溝地段深部發(fā)現(xiàn)了呈“S”型的接觸帶形態(tài)（圖5），在鉀長花崗巖下方再次出現(xiàn)了含礦混合花崗巖，該類型應(yīng)在鉆探施工中引起注意，避免提前終孔。

3）五道溝和黃溝礦區(qū)內(nèi)的混合巖背斜突起和NEE 向構(gòu)造規(guī)模低于連山關(guān)鈾礦床。混合巖背斜突起連山關(guān)鈾礦存在4 條，為全區(qū)最多，長度也最大，證明該礦區(qū)背斜起伏強(qiáng)烈，巖石脆性變形更強(qiáng)，造成控礦NEE 向構(gòu)造數(shù)量和規(guī)模也較大，黃溝和五道溝控礦構(gòu)造最長為50～80 m，連山關(guān)鈾礦可達(dá)200 m。容礦空間的差異導(dǎo)致了礦床規(guī)模的大小。

圖3 連山關(guān)地區(qū)浪子山組基底等高線圖（附礦體水平投影圖）Fig.3 Base elevation contour of Langzishan Formation in Lianshanguan area

4）在近一輪找礦工作中，為探尋NW 向韌-脆性剪切構(gòu)造帶內(nèi)可能存在的混合巖背斜隆起，在連山關(guān)巖體南北接觸帶實施了大量的物探測量工作，于南接觸帶的高粱溝和北帶的陳家堡子地段發(fā)現(xiàn)了混合花崗巖背斜突起（圖6），經(jīng)鉆探驗證發(fā)現(xiàn)了新的鈾礦體（陳家堡子）和鈾礦化體（高粱溝）。以上勘查成果證明，沿韌-脆性剪切構(gòu)造尋找混合巖背斜突起內(nèi)的控礦構(gòu)造帶在連山關(guān)地區(qū)是一種具有較強(qiáng)可操作性的綜合找礦方法，高粱溝地段和陳家堡子地段作為新發(fā)現(xiàn)的成礦有利地段，找礦潛力較大。

3.2 鈾成礦模式

綜上所述，連山關(guān)地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的3 個鈾礦床和鈾礦點雖然在礦體規(guī)模上存在一定差異，但構(gòu)造控礦特征均非常明顯，且3 個礦床距離較近，鈾礦化特征和構(gòu)造特征均相同或相近，在此將其歸入一個成礦體系探討成因機(jī)制。結(jié)合遼吉古裂谷演化規(guī)律，根據(jù)地層和構(gòu)造演化特征，將鈾礦化分為以下幾個階段。

3.2.1 礦前期

富鈾巖體形成。太古宙末期的鞍山運動（2.5 Ga），形成了含鈾量較高的連山關(guān)鉀質(zhì)混合花崗巖（連山關(guān)巖體），巖體平均鈾含量為（6～8）×10-6；太古宙末期至古元古代初期（2.5～2.2 Ga），該區(qū)地質(zhì)歷史發(fā)展相對穩(wěn)定，該巖體為鈾礦化提供了豐富的鈾源（圖7a）。

3.2.2 鈾預(yù)富集和成礦期

圖4 連山關(guān)地區(qū)含礦構(gòu)造特征（a、b、d）及含礦混合花崗巖特征（c、e、f）Fig.4 Characteristics of ore-controlling structures（a，b，d）and ore-bearing mixed granites in Lianshanguan area（c，e，f）

圖5 連山關(guān)地區(qū)礦體與接觸帶形態(tài)剖面示意圖Fig.5 Sketch section of orebody and contact zone in Lianshanguan area

圖6 高粱溝地段浪子山組基底等高線圖（a）和三維視圖（b）Fig.6 Base elevation contour of Langzishan Formation in Gaolianggou（a）and three-dimensional view（b）

1）古元古代初期（2.1 Ga），古陸邊緣沉積了遼河群浪子山組，其中局部層位鈾、釷、碳含量較高，發(fā)生同生沉積變質(zhì)作用，形成富鈾古風(fēng)化殼，在局部形成了鈾的預(yù)富集，前人鉆孔資料顯示該類礦化多見于連山關(guān)巖體上覆浪子山組片巖下部和石英巖接觸部位（圖7b）。

2）古元古代晚期（1.9～1.80 Ga），呂梁造山期伴隨著古裂谷閉合消亡階段，隨著連山關(guān)巖體的隆升，巖體兩側(cè)形成了NW 向深大斷裂和近SN 向壓應(yīng)力場。深大斷裂為來自深源的熱液向上運移提供了通道，應(yīng)力作用則使巖體和地層接觸部位發(fā)生了韌-脆性剪切作用，使斷裂性質(zhì)表現(xiàn)為NWW 向韌性剪切構(gòu)造。由于巖體之上的遼河群浪子山組二段地層能干性弱，所以韌性剪切作用未能切穿地層，韌性剪切作用使接觸帶附近巖石（浪子山組一段石英巖及鉀長花崗巖）發(fā)生混合巖化作用，形成了不同程度重熔的半塑性-液態(tài)巖石（漿）和混合熱液。在溫壓條件相對較高的地區(qū)，混合熱液伴隨著深源熱液合力將富鈾連山關(guān)巖體內(nèi)的鈾元素活化析出后，向壓力較低的部位運移的同時，重熔的半塑性-液態(tài)巖石則在壓力較低區(qū)域形成了走向NEE 或近EW，并向SW 傾伏的“裙邊隆起”。由于地殼逐步隆起冷卻，壓力降低，韌性剪切向脆性剪切過渡，隆起在冷卻、釋壓的條件下巖石凝固收縮，形成了重熔混合花崗巖，巖體隆升速度較快的地區(qū)隆起起伏也較強(qiáng)，出現(xiàn)了密度較大的張性裂隙組，提供了較好的容礦空間，在含礦熱液的完成運移和沉淀后形成了鈾礦體（圖7c、d）。

3.2.3 礦后期

隨著裂谷的閉合消亡（1.80～1.7 Ga），應(yīng)力場由擠壓向伸展轉(zhuǎn)換，連山關(guān)地區(qū)的浪子山組由于與下部重熔混合花崗巖巖石性質(zhì)和成分上存在明顯區(qū)別（浪子山組內(nèi)的片巖等更具韌性），浪子山組向連山關(guān)巖體南北接觸帶兩翼滑移，造成了部分含礦重熔混合花崗巖出露地表，失去了蓋層，鈾礦體被剝蝕，形成了地表的鈾礦點（圖7e）。

3.3 找礦標(biāo)志

根據(jù)區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)鈾礦體特征，初步歸納出富鈾鉀質(zhì)花崗巖體、NW 向韌-脆性剪切構(gòu)造、混合花崗巖隆起及其中的構(gòu)造裂隙組為區(qū)內(nèi)鈾成礦的主要控制因素。

1）富鈾太古宙鉀質(zhì)花崗巖。連山關(guān)富鈾鉀質(zhì)花崗巖，為富鈾巖體，是區(qū)內(nèi)鈾成礦作用的主要鈾源，變質(zhì)熱液在沿接觸帶運移過程中將其中的鈾元素活化，促使熱液中鈾的濃度不斷增高，形成含礦熱液，該巖體為成礦的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2）NW 向韌-脆性剪切構(gòu)造。韌-脆性剪切過程中，發(fā)生的韌性剪切作用使接觸帶附近巖石（浪子山組一段石英巖及鉀長花崗巖）發(fā)生了動態(tài)局部重熔，形成了不同程度重熔的半塑性-液態(tài)巖石（漿）和熱液，為將富鈾巖體內(nèi)的鈾元素活化、運移提供了先決條件。

圖7 連山關(guān)地區(qū)鈾成礦演化模式圖Fig.7 Metallogenic models of uranium metallization in Lianshanguan area

3）混合花崗巖隆起。隨著韌-脆性剪切由韌性向脆性剪切過渡，壓力降低，巖石凝固收縮，重熔混合花崗巖隆起起伏較強(qiáng)的區(qū)域凸起較大，為發(fā)育高密度的賦礦張性裂隙提供了動力。

4）NEE 向張性構(gòu)造裂隙組。重熔混合花崗巖內(nèi)的張性裂隙為含礦熱液運移和沉淀提供了較好的成礦環(huán)境，張性裂隙的規(guī)?；究刂屏寺∑饍?nèi)鈾礦體的規(guī)模和產(chǎn)出形態(tài)，為最重要的控礦要素。

4 鈾礦找礦方向建議

平面上針對礦區(qū)外圍和新區(qū)，通過前沿物探測量方法向外圍探尋與連山關(guān)鈾礦相似構(gòu)造的環(huán)境，尋找新的混合花崗巖背斜突起及其中的高密度張性裂隙。

垂向上針對已知礦區(qū)深部，結(jié)合前人鉆探和巷道工作成果對接觸帶形態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步研究，針對混合花崗巖背斜突起深部延伸方向探尋高密度賦礦張性裂隙的區(qū)域，重新進(jìn)行鉆探查證。

5 結(jié)論

1）本文在將遼吉古裂谷構(gòu)造變形與以連山關(guān)鈾礦為代表的遼東前寒武系鈾礦床成礦年齡等成礦要素對照后認(rèn)為，古元古代晚期的呂梁造山運動與鈾礦化關(guān)系密切，伴隨著造山運動過程中連山關(guān)花崗雜巖體的隆升引起的韌-脆性剪切作用是主要的鈾成礦作用，剪切作用后期脆性變形衍生的張性構(gòu)造裂隙是遼東前寒武系鈾礦床的主要控礦構(gòu)造。

2）從近年新發(fā)現(xiàn)的鈾礦體賦存部位來看，混合花崗巖背斜隆起對含礦構(gòu)造和鈾礦體控制作用明顯，未來在遼東地區(qū)的找礦工作應(yīng)在對該類隆起延展方向和分布規(guī)律進(jìn)行研究總結(jié)的基礎(chǔ)上布設(shè)找礦工程，追索深部鈾礦體。