龍首山成礦帶鈉交代型鈾礦床關鍵控礦因素研究
——以芨嶺鈾礦床為例

顧大釗，王生云，范洪海，鐘軍，陳金勇，朱泉龍，邵東，宋振濤

（1.中國核工業(yè)集團有限公司，北京 100045；2.核工業(yè)北京地質研究院，北京 100029；3.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000；4.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002）

鈉交代型鈾礦床是一種非常重要的熱液鈾礦床類型，在全球范圍內廣泛發(fā)育，該類礦床在烏克蘭［1-2］、加拿大［3］、澳大利亞［4-5］、喀麥?。?］、巴西［3，7-8］、馬達加斯加［9-10］、圭亞那［11］、美國［12］、捷克［13］等國家皆有產出。鈉交代型鈾礦是指產于強鈉長石化碎裂巖帶中的鈾礦化類型，圍巖蝕變以鈉長石化為主，并伴隨有碳酸鹽化、絹云母化、綠泥石化、赤鐵礦化等［14］，其特點是鈉交代蝕變作用受斷裂控制。鈉交代型鈾礦化可以發(fā)育于花崗巖、火山巖、沉積巖以及變質巖之中，不受圍巖類型限制［1，15］。雖然鈉交代型鈾礦床的鈾平均品位相較其他類型鈾礦床較低，但其蘊含的鈾資源量可以與全球知名的不整合面型鈾礦床相媲美［3］，且構成大規(guī)模的鈾成礦區(qū)帶，具有較好的找礦前景。

龍首山鈾成礦帶是祁連-秦嶺鈾成礦省的組成部分［16-17］，是我國西北一條重要的鈾成礦帶。目前，在龍首山成礦帶已發(fā)現(xiàn)4 種不同類型的5 個鈾礦床，40 多個礦點、礦化點和2 000多個放射性異常點帶，形成一條以鈉交代型和偉晶狀白（花）崗巖型鈾礦化為特色的鈾成礦帶［18-19］。其中，鈉交代型熱液鈾礦床是甘肅龍首山成礦帶中重要的工業(yè)鈾礦類型，以芨嶺和新水井兩個礦床為代表。芨嶺鈾礦床位于龍首山成礦帶中段，是我國北方鈉交代型鈾礦床的典型代表［15］。芨嶺鈾礦床自20 世紀60 年代發(fā)現(xiàn)以來，其礦床地質特征及成因研究一直是研究的熱點［15，20-35］，取得了大量的成果，為芨嶺礦床成礦規(guī)律的總結與礦床成因研究提供了重要的約束。隨著找礦工作的推進，隱伏礦和深部肓礦的找尋已經成為龍首山鈾成礦帶的主要找礦方向。本文基于野外工作實踐及礦床最新勘查和研究成果，重點對芨嶺礦床關鍵控礦因素進行系統(tǒng)梳理和分析，以期為該礦區(qū)深部和外圍的進一步勘查以及在龍首山成礦帶找尋同類型礦床提供依據。

1 區(qū)域地質背景

龍首山成礦帶為早古生代早期祁連板塊與華北板塊碰撞造山形成的緣隆起帶［36］（圖1a），屬于秦祁昆成礦域，祁連-秦嶺成礦省，龍首-祁連成礦帶的龍首山成礦亞帶［16-17］。龍首山成礦帶在大地構造上位于華北板塊西南緣之阿拉善地塊的南緣，北依潮水盆地、南接河西走廊［37］，全長約180 km，寬約20 km（圖1b）。龍首山地區(qū)出露的地層有古元古界龍首山巖群、中元古界墩子溝群、新元古界韓母山群及少量古生界砂巖、含礫砂巖，中生界主要分布于成礦帶西段，新生界覆蓋于兩側或山間盆地［38］。區(qū)內侵入巖分布廣泛，主要發(fā)育有古元古代石英閃長巖、白崗巖［39］，新元古代鎂鐵-超鎂鐵巖［40］，加里東期閃長巖［41］、似斑狀花崗巖［35］、中粗?；◢弾r［42］、堿性巖、鈉長巖脈［30］及少量基性巖脈［43］；龍首山地區(qū)經歷了長期的復雜演化過程，形成了我國內陸一條重要的鈾多金屬（Th、Cu、Ni、PGE、Pb、Zn、Au、Ag、Fe 等）成礦帶。

2 礦床地質特征

圖1 龍首山成礦帶構造位置（a）及地質略圖（b）（據宮江華等［44］和鐘軍等［34］）Fig.1 Tectonic location（a）and geologic sketch（b）of the Longshoushan metallogenic belt

芨嶺鈉交代型鈾礦床位于甘肅省龍首山成礦帶中段，定位于馬蹄形芨嶺復式巖體南帶的中段（圖1b）。礦區(qū)出露的地層主要為古元古界龍首山巖群和新元古界韓母山群，龍首山巖群主要分在芨嶺礦區(qū)及外圍，韓母山群主要出露在芨嶺礦區(qū)外圍北側。芨嶺巖體是由加里東早期灰色-深灰色閃長巖（540 Ma）［41］、中粗粒似斑狀花崗巖（458.3 Ma）［36］、白色中粗粒石英二長巖（447 Ma）［41］、鈉長巖脈（442.9 Ma）［30］和基性巖脈（485 Ma）［43］等組成 的復式 巖體［44］（圖2）。芨嶺礦床所有礦體均賦存于鈉交代巖（主要為蝕變似斑狀花崗巖、蝕變閃長巖和鈉長巖脈）之中，鈉交代巖由于經歷了強烈的赤鐵礦化而呈紫紅色-暗紫紅色，巖石常具有碎裂結構、微細粒狀結構、碎裂斑狀、破碎角礫狀和微粒膠結結構等；礦體呈透鏡狀、似透鏡狀、扁豆狀和不規(guī)則狀，芨嶺礦床的整體產狀向北西側伏，側伏角為30°。礦區(qū)內赤鐵礦化、鈉長石化、碳酸鹽化、綠泥石化、高嶺石化等蝕變發(fā)育［45-48］。芨嶺礦床具有“鈉長石化-綠泥石化-赤鐵礦化-碳酸鹽化”四位一體的典型蝕變礦物組合［31-32，47］。芨嶺鈾礦床的礦石品位為0.03%～0.1%，資源量為500～1 500 t［49］。近年的鈾礦地質研究與勘查成果表明，芨嶺鈾礦床的深部及外圍具有較大的找礦潛力。

3 關鍵控礦因素

芨嶺鈾礦床是國內僅有的幾個典型鈉交代型鈾礦床之一，位于芨嶺巖體南帶，馬路溝斷裂中部的芨嶺地段。芨嶺礦床與國外典型鈉交代型鈾礦床具有相似的特點，主要受斷裂、巖性界面和鈉交代巖“三位一體”聯(lián)合控制。

3.1 構造對鈾成礦的控制作用

芨嶺地區(qū)斷裂構造極為發(fā)育，按產狀主要劃分為4 組：北西西向、近東西向、北東向和近南北向斷裂（圖3），其中以北西西向斷裂最為發(fā)育，近東西向斷裂次之。

通過資料的整理、分析，結合野外構造變形特征與相互穿插關系，初步將芨嶺地區(qū)斷裂構造活動劃分為5 組。第1 組為北西西向斷裂，該組斷裂規(guī)模較大，包含馬路溝斷裂以及與其平行的次級斷裂，是區(qū)內最早活動的一期構造；芨嶺地區(qū)斷層總體延伸方向為310°左右，傾向南西，傾角70°左右，主要為一系列以擠壓為主的高角度逆沖斷層，具有長期活動的特點；該組北西西向斷裂整體控制了芨嶺地區(qū)（或龍首山中段）鈉交代型礦體、礦（化）點產出與分布，為控礦構造。第2 組為近東西向斷裂，在龍首山成礦帶該組斷裂在芨嶺地區(qū)較為發(fā)育，其主要為一系列近東西走向，南傾，傾角約80°的左旋走滑逆沖斷層，該組斷層帶規(guī)模中等；近東西向斷裂與北西西向斷裂形成較多的構造夾持區(qū)，在構造夾持區(qū)及沿該組斷裂常有較好的鈾礦化（體），而且主要礦體走向主要為275°～290°；近東西向構造與成礦最為密切，為賦礦構造。第3 組為北東向斷裂，該組斷裂構造以高角度的右行走滑剪切為特征，錯斷礦體，對礦體有破壞作用，北東走向的走滑斷層面上發(fā)育兩組擦痕，表明斷層經歷過兩期構造運動。第4 組為近南北向斷裂，芨嶺地區(qū)發(fā)育多條近南北向斷裂，斷裂傾向不一，但主體傾向西，傾角較陡，主要集中在72°～85°，常沿該組斷裂形成溝谷，一般東盤南移，水平斷距幾米到幾十米，部分可達近百米。該組斷裂切斷礦區(qū)內前三期斷裂，為張扭性平移斷層。第5 組為伸展正斷，龍首山成礦帶新生代期間處于伸展應力狀態(tài)，容易沿早期斷層發(fā)生伸展活化形成正斷層。

圖2 芨嶺礦床地質圖（據趙如意，2016［41］）Fig.2 Geologic map of the Jiling deposit

圖3 芨嶺地區(qū)斷裂構造示意圖Fig.3 Schematic diagram of faults in Jiling area

從龍首山中段鈉交代型熱液鈾礦化空間展布的特點來看，北西西向的馬路溝斷裂帶整體控制了鈉交代型礦床、礦（化）點產出與分布，為控礦構造；單個礦體呈東西向產出，它嚴格的受東西向的壓扭性構造所控制（圖3）。區(qū)內鈉交代型鈾礦床產于馬路溝斷裂與旁側次級斷裂夾持部位，剖面上呈“Y”字型，芨嶺和新水井礦床均產于馬路溝斷裂一側的夾持部位（圖4）。控制蝕變帶及礦體的因應力集中所造成的構造變異部位還有：①構造交叉部位：在剖面上出現(xiàn)的“漏斗區(qū)”，如芨嶺礦床北西西向斷裂帶（F101、F102等）與東西向壓扭性斷裂帶（F131、F133等）構成的三角地帶；②構造在剖面上的產狀變化部位：如芨嶺礦床F101產狀由陡變緩的地段（近下方）、新水井礦床3 號剖面F121產狀由陡變緩的地方；③不同構造型式的復合部位：如新水井礦床地表二號坑道口附近見有小型旋轉構造與近東西向構造復合部位；④構造的膨脹部位：如新水井礦床2 號剖面F121斷裂顯著膨大處。

以上構造變異部位明顯控制構造蝕變帶及礦體的發(fā)育。芨嶺和新水井鈉交代型鈾礦床的構造控制因素可以概括為以下幾點：礦化、礦床、成礦帶在空間上的展布分別受不同級別的構造控制；多構造體系復合部位是成礦的有利地段，不同級的構造復合分別控制成礦帶、礦床、礦體空間產出特點；應力集中造成的構造變異部位是礦化賦存的有利場所。

3.2 巖性界面對鈾成礦的控制作用

巖性界面是不同類型巖石（相）的接觸面（帶），為構造薄弱面，有利于后期構造的發(fā)育及成礦熱液的運移，是礦體賦存的有利場所。此外，當含鈾成礦熱液流體運移至巖性接觸面或沿巖性界面運移時，由于巖性接觸面兩側巖石的地球物理、地球化學性質的差異性，成為有利的成礦界面，有利于鈉交代成礦熱液中鈾的沉淀與富集。

圖4 斷裂構造與鈉交代體、鈾礦化的關系示意圖（據胡俊禎，1987［21］修改）Fig.4 Schematic diagram showing the relationship between fracture，sodium metasomatic rock and mineralization

芨嶺巖體是一加里東期復式巖體，加里東早期閃長巖在芨嶺巖體南帶的中部和西部較為發(fā)育（圖2）。芨嶺鈉交代型鈾礦床中閃長巖與似斑狀花崗巖的巖性接觸面對于鈾的富集和沉淀起著起著十分重要的作用。首先，巖性接觸面兩側不同化學成分的巖石（花崗巖與閃長巖）由于氧化-還原度等的差異形成地球化學障，有利于鈉交代成礦熱液中鈾的沉淀與富集。與花崗巖相接觸的閃長巖中含有較多的鎂鐵礦物（角閃石和黑云母），具有相對較強的還原能力，當后期的含鈾熱液經過時平衡被破壞，鈾容易被還原成瀝青鈾礦沉淀下來，低價鐵被氧化形成赤鐵礦，故可觀察到巖（礦）石中“紅化”發(fā)育；其次，（強）蝕變閃長巖中的角閃石和黑云母（均）已轉變?yōu)殍F綠泥石，鐵綠泥石含有大量的二價鐵和鎂，且更富含水和揮發(fā)分，有利于將含礦熱液中的U6+還原為U4+沉淀；同時鐵綠泥石的大量存在可使周圍保持較還原的環(huán)境，同樣有利于鈾的保存；再者，蝕變似斑狀花崗巖及蝕變閃長巖中鈉長石化、赤鐵礦化、綠泥石化、碳酸巖化等發(fā)育，導致其能干性降低，有利于斷裂、裂隙和解理等后期構造的發(fā)育，為后期成礦熱液的運移提供通道；此外，不同能干性巖石接觸界面為構造薄弱面，有利于后期構造的發(fā)育及成礦熱液的運移。當鈉交代成礦熱液運移至巖性界面時，由于壓力驟然降低有利于成礦熱液中鈾的沉淀與富集。

通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，芨嶺鈉交代型鈾礦床中28個工業(yè)孔共控制了74 個礦體，其中57 個鈾礦體產出于閃長巖和蝕變似斑狀花崗巖巖性界面附近（圖5），占礦體總數(shù)的77%。因此，巖性界面是芨嶺鈉交代型鈾礦床礦體定位的重要因素。

3.3 鈉交代巖對鈾成礦的控制作用

龍首山成礦帶中段鈉交代型鈾礦化均產出于鈉交代巖之中（圖6）。鈉交代型鈾礦的形成和分布完全受鈉交代蝕變巖所控制，鈉交代巖是主要控礦因素，又是重要的找礦標志。

圖5 芨嶺鈉交代型鈾礦床礦體與巖性界面關系圖Fig.5 Relationship between ore body and lithologic interface in Jiling sodium metasomatic uranium deposit

芨嶺地區(qū)鈉交代巖集中分布在芨嶺巖體的內外接觸帶上，嚴格受斷裂控制，交代巖多以盲交代體形式產出，形成于加里東期大規(guī)模酸性巖漿活動之后。鈉交代蝕變體的形態(tài)復雜多變，規(guī)模相差很大，在平面上基本可分為兩類，即“面型”鈉交代巖和“線型”鈉交代巖。前者主要產于主斷裂和次級斷裂的夾持部位或兩者組成的“入”字型構造區(qū)域。主要特點是大小混雜、成群出現(xiàn)，膨脹特征明顯，總體規(guī)模較大；后者主要受壓扭性斷裂控制，多呈單條產出，總體規(guī)模較小。

鈉交代巖的形成對原巖沒有明顯的選擇性，芨嶺鈾礦床內鈉交代巖的原巖主要有兩種巖石類型，分別是中粗粒閃長巖（包括混染閃長巖、石英閃長巖）和肉紅色中粗粒似斑狀花崗巖。盡管鈉交代巖的兩類原巖礦物組成差別大，但經過強烈鈉交代作用形成的鈉交代巖礦物組成具有相似的特征，蝕變礦物幾乎完全替代了原巖中的原生礦物。原生石英消失而被雪花狀方解石所取代，石英含量的低與高基本代表鈉長石化的強弱程度；與原巖相比鈉長石含量顯著增加，在強鈉交代巖中，鈉長石含量可達90%以上，構成一種單礦物巖（野外通常稱為鈉交代巖或堿交代巖）；鈉交代巖基本上不保留被交代原巖礦物的結構構造特點，均呈碎裂結構。鈉交代作用的過程主要是一個鈉長石交代鉀長石、鉀離子被鈉離子交代置換的過程。由于鉀、鈉離子二者半徑半徑相差較大，交代過程中必然伴隨著孔隙的產生。如黑云母花崗巖經鈉交代巖作用之后其有效孔隙度從0.96%增加到1.15%［51］。不同原巖經鈉交代以后，由于原生石英等被溶蝕而留下來的空間未被完全充填，又由于鈉、鉀離子半徑的差異，因此，鈉交代巖和原巖相比，其一有效孔隙度明顯提高，形成海綿篩結構；其二能干性大大下降，易產生構造破碎。這種構造效應無疑有利于礦期熱液聚結成礦。

不同原巖經鈉交代作用以后，其化學成分與原巖相比發(fā)生了明顯的變化。其中Na2O、CaO、Al2O3、Fe2O3和燒失量均明顯增加，SiO2、FeO、K2O 有所減少，尤以Na2O、Fe2O3的增加和SiO2、K2O 的降低最為顯著，所以巖石產生了強鈉長石化、粉末狀赤鐵礦化、綠泥石化、碳酸鹽化等蝕變。礦化鈉交代巖與非礦化鈉交代巖相 比，Na2O、K2O 及Al2O3的變化不明顯，而CaO、Fe2O3、P2O5、燒失量及鈾顯著增加，這說明主成礦期熱液活動中鈉交代作用已不占主要地位，鈾的富集主要發(fā)生在CO2及CaO 為主的活動階段。然而在整個交代蝕變過程中鐵總量基本保持不變，F(xiàn)e2O3的增加總是伴隨FeO 的減少，只是一種價態(tài)的變化。因此，從上述化學組分變化特點中可得出一個結論，鈉交代的過程是一個“增鈉、鈣、去硅鉀、鐵氧化”的過程。同時伴隨著鈾的活化、遷移與富集。此外，原巖經鈉交代作用以后稀土總量明顯增加，這是由于鈉交代過程中鈉的增量而促使陽粒子群價結構產生歧化作用引起［52］。其中，礦化鈉交代巖中以重稀土增加為主，非礦化鈉交代巖中則以輕稀土增加為主。因此，重稀土在鈉交代巖中的富集亦可作為鈾礦化的指示劑之一。

圖6 芨嶺礦床礦體層位對比圖（據二〇七工程指揮部第二綜合研究組［50］）Fig.6 Ore bodies in different horizons of Jiling uranium deposit

雖然龍首山成礦帶中段的鈉交代型鈾礦化全都產出在鈉交代巖中，但并不是所有的鈉交代巖均成礦（圖6）。礦化鈉交代巖相對于非成礦鈉交代巖，其紅化程度更強，多呈豬肝色；巖石中雪花狀方解石和假像綠泥石有大幅度減少，而肉紅色方解石、灰綠色綠泥石、深紅色赤鐵礦、膠黃鐵礦脈體則相對增加，脈體的集中程度往往也反映了礦化的強度；巖石基本上不再保留原巖的結構構造特點，均為碎裂結構、塊狀構造，其碎裂程度往往指示礦化程度；碎裂結構越強，礦化程度越高。從而，在野外工作中借助巖（礦）石的顏色、礦物組成、脈體發(fā)育程度、碎裂程度等地質特征，在野外能夠較容易地將非礦化鈉交代巖與礦化鈉交代巖加以區(qū)分開來，可做為一種找礦標志。

4 結論

1）龍首山成礦帶中段芨嶺鈉交代型礦床中礦體的產出與定位主要受斷裂、鈉交代巖和巖性界面“三位一體”聯(lián)合控制。

2）從龍首山中段鈉交代型熱液鈾礦化空間展布的特點來看，北西西向的馬路溝斷裂帶整體控制了鈉交代型礦床、礦（化）點產出與分布，為控礦構造；近東西向構造與成礦最為密切，為賦礦構造。

3）巖性界面是不同類型巖石（相）的接觸面（帶），為構造薄弱面，有利于后期構造的發(fā)育及成礦熱液的運移，是礦體賦存的有利場所，是芨嶺鈉交代型鈾礦床礦體定位的重要因素。

4）龍首山成礦帶中段的鈉交代型鈾礦化均產出于鈉交代巖之中。鈉交代型鈾礦的形成和分布均受鈉交代巖所控制，鈉交代巖是主要控礦因素，又是重要的找礦標志。