湘中溈山礦集區(qū)黃材鈾礦床地質(zhì)特征及成因探討

覃金寧，陳旭，蔡富成，何友宇，南小龍，姜必廣，覃楚然，朱成生，祝兵

（湖南省地質(zhì)院三〇六大隊(duì)，湖南 衡陽 421000）

溈山巖體是雪峰山多金屬成礦帶的重要組成部分，同時(shí)也位于華南雪峰山-摩天嶺鈾成礦帶。自20 世紀(jì)50 年代起至今，前人通過數(shù)十年礦產(chǎn)勘查工作，已在溈山巖體內(nèi)部及其周邊發(fā)現(xiàn)眾多鈾礦床（點(diǎn)）［1］。按賦礦圍巖劃分，鈾礦化類型主要有碳硅泥巖型、花崗巖型、堿交代巖型等。黃材鈾礦床位于溈山巖體北側(cè)外帶，鈾礦化明顯受多重因素的控制，成因較為復(fù)雜。前人對黃材鈾礦床成因存在不同認(rèn)識，主要有古淋積、沉積成巖和熱液改造等［2-7］。前人既未建立該礦床成礦模式，也未統(tǒng)一礦床成因認(rèn)識。本文在前人工作基礎(chǔ)上，介紹了黃材鈾礦床成礦地質(zhì)背景，地層、巖漿巖、控礦構(gòu)造等成礦地質(zhì)條件，通過分析熱液蝕變、巖漿巖脈、成礦年齡和物源等，闡述了其成礦地質(zhì)規(guī)律，重點(diǎn)探討礦床成因，以期豐富碳硅泥巖型鈾礦床的成礦理論。

1 地質(zhì)背景

溈山礦集區(qū)位于華南陸塊中部的溈山巖體及巖體北部地區(qū)，區(qū)內(nèi)礦床主要產(chǎn)于溈山巖體及其周邊。溈山巖體位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺江南臺隆湘西-湘東北斷隆帶東部，為印支期-燕山期復(fù)式巖體，出露面積約1 423 km2。巖體外接觸帶發(fā)育700～1 700 m 的角巖和斑點(diǎn)板巖帶，北緣西段發(fā)育混合巖帶和硅線石片麻巖帶。巖體區(qū)域上出露地層為新元古界板溪群、震旦系和古生界，中部和東南部被中-新生代盆地不整合覆蓋。溈山巖體的產(chǎn)出受區(qū)域北東向?qū)庎l(xiāng)-資源深大斷裂和北西向常德-安仁隱伏深大斷裂共同控制。溈山巖體中東部及周邊發(fā)育諸多白堊紀(jì)斷陷紅盆，這些紅盆的形成受到北東向系列斷裂活動的控制和影響。巖體內(nèi)構(gòu)造主要發(fā)育東西、北北東、北東東向三組，巖體外構(gòu)造主要發(fā)育北東和北西向兩組。區(qū)內(nèi)鈾礦化主要與燕山中晚期花崗巖、不同方向構(gòu)造復(fù)合部位有關(guān)，礦床點(diǎn)多產(chǎn)于巖體北部及其周邊（圖1）。

圖1 溈山鈾礦集區(qū)大地構(gòu)造位置圖［8］（a）和鈾礦地質(zhì)略圖（b）Fig.1 Tectonic location［8］（a）and uranium geology sketch（b）of Weishan uranium mineralization cluster

2 鈾礦床地質(zhì)特征

黃材鈾礦床位于溈山巖體北側(cè)，溈山礦集區(qū)中部，出露地層主要有南華系、震旦系、寒武系、泥盆系、古近系等。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，黃材鈾礦床產(chǎn)于云霧山-韶山復(fù)背斜北翼與寧鄉(xiāng)向斜南翼交接部位，褶皺強(qiáng)烈，地層常有倒轉(zhuǎn)。寧鄉(xiāng)-新寧深斷裂通過礦床東部，礦床內(nèi)斷裂十分發(fā)育。溈山復(fù)式花崗巖體分布于礦床南部，呈北西向侵入于云韶復(fù)背斜核部，礦床常見酸性及中基性巖脈。

2.1 地層

礦床內(nèi)出露地層主要有上南華統(tǒng)、震旦系、中下寒武統(tǒng)、中泥盆統(tǒng)、古新統(tǒng)和少量第四系（圖2）。震旦系為一套富鈾的淺海-遠(yuǎn)淺海沉積，鈾含量為（20～30）×10-6。該系可劃分為下統(tǒng)和上統(tǒng)，下統(tǒng)出露金家洞組（Z1j），巖性為灰-灰綠色冰磧礫巖、冰磧含礫砂質(zhì)板巖，厚0～180 m；上統(tǒng)出露留茶坡組（Z2l），巖性主要為灰黑色、灰黃色板狀或條帶狀的硅質(zhì)巖、泥巖、白云巖、灰?guī)r等，厚95.1～155 m。寒武系主要為淺海相沉積，該系僅出露中下統(tǒng)牛蹄塘組（?1-2n），巖性主要為黑色碳質(zhì)泥巖，夾中薄層硅質(zhì)巖、灰?guī)r透鏡體、泥巖、白云巖等，厚約18～156 m。泥盆系為陸源碎屑沉積，局部見工業(yè)礦化，該系僅出露中泥盆統(tǒng)跳馬澗組（D2t），巖性為灰白、土黃、灰綠色泥巖、泥灰?guī)r、含礫泥板巖，局部見礫巖透鏡體，底部含礫泥板巖和白云巖，厚約100 m，局部見有工業(yè)礦體。第四系為零星出露松散堆積物，不整合于上述地層之上。

2.2 巖漿巖

礦床內(nèi)巖漿活動較強(qiáng)烈，脈巖較為發(fā)育，主要為輝綠巖脈與花崗斑巖脈，呈北北西、北東向展布，常見花崗斑巖脈切穿輝綠巖脈（圖2b）。巖脈兩側(cè)圍巖見有褪色現(xiàn)象。

2.3 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)褶皺主要為蓮花倒轉(zhuǎn)向斜，軸向北西西，軸面傾向北東，傾角為25°～45°，北翼倒轉(zhuǎn)，為一平臥倒轉(zhuǎn)向斜，核部為牛蹄塘組，北翼為留茶坡組，南翼未出露。北翼呈波狀起伏與撓曲，形成一些小型船形向斜和洼盆，常被跳馬澗組覆蓋（圖2a）。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以北西西向?yàn)橹?，次為北西向。其中F1溈水大斷裂為逆沖斷層，地表被第四系覆蓋，地質(zhì)工程揭露顯示主要物質(zhì)組成為灰色斷層角礫巖、紫紅色斷層泥及擠壓片理，角礫為硅質(zhì)泥板巖，泥鐵質(zhì)膠結(jié)，產(chǎn)狀為195°∠70 °～80°，寬2～4 m。F2斷裂為正斷層，F(xiàn)3斷裂為逆斷層，地表出露寬1～2 m，角礫為燧石、硅板巖，鐵質(zhì)膠結(jié)，局部見輝綠巖脈充填，產(chǎn)狀為200°∠60°～78°，上緩下陡（圖2）。此外，礦床南部還出露少量北西西走向的小型斷裂，局部充填輝綠巖脈。

圖2 黃材鈾礦床地質(zhì)略圖（a）及49 勘探線剖面示意圖（b）（據(jù)文獻(xiàn)［2］修改）Fig.2 Geological sketch of Huangcai uranium deposit（a）and profile of exploration line 49（b）（modified after reference［2］）

2.4 鈾礦體

礦床共分10 個(gè)礦帶。Ⅰ號礦帶分布在留茶坡組中段的中間夾層上、下，為主要礦化帶，礦床東段的礦體主要集中分布在Ⅰ號礦帶中，在蓮花地段礦化較好；Ⅱ～Ⅶ號礦帶分布在牛蹄塘組下段，為重要礦化帶；其余產(chǎn)于跳馬澗組、輝綠巖脈中的礦帶礦化規(guī)模較?。▓D2b）。地表礦化明顯，東段礦體集中在標(biāo)高80～195 m，80 m 以下礦化變?nèi)酢⒆冐?。蓮花地段及西區(qū)礦體賦存標(biāo)高為－115～120 m，礦體多呈似層狀、透鏡狀、團(tuán)塊狀，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，局部有切層現(xiàn)象。礦體規(guī)模一般長15～80 m，最長達(dá)300 m，寬10～50 m，最寬為200 m，厚1.5～4.5 m，品位為0.05%～0.625%［2］。

2.5 鈾礦石

礦石巖性主要為碳硅泥質(zhì)板巖、泥質(zhì)白云巖、白云巖和輝綠巖等。礦石一般以層狀、角礫狀、裂隙狀、浸染狀產(chǎn)出，鈾礦化與膠黃鐵礦、云霧狀黏土礦物、有機(jī)質(zhì)等關(guān)系密切。礦石中金屬礦物主要有黃鐵礦、白鐵礦、黃銅礦、鈦磁鐵礦，非金屬礦物主要有伊利石、微晶石英、白云石、方解石、玉髓、綠泥石等。輝綠巖礦石一般由殘余長石、黑云母、絹云母等組成。鈾礦物一般為瀝青鈾礦、鈾黑、變鈣鈾云母、銅鈾云母、水鈾礬礦，除鈾礦物外，大部分鈾以吸附形式存在。不同巖性礦石的主要化學(xué)成分有較大不同，但主要礦物成分大多為伊利石等黏土礦物，相比碳硅質(zhì)巖性巖石，泥質(zhì)巖石與礦化關(guān)系更密切（表1）

表1 黃材鈾礦床礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果w(B)/%Table 1 Main chemical composition (%)of ores in Huangcai uranium deposit

3 礦床成因探討

3.1 控礦因素分析

3.1.1地層

礦床鈾礦化具有多層性，主礦化層位為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組下段，次為上震旦統(tǒng)留茶坡組中段，中泥盆統(tǒng)跳馬澗組底部亦見少量礦化。

3.1.2巖性

礦床含礦層屬淺海海灣沉積，礦石巖性為泥板巖、含硅（硅質(zhì)）泥板巖、白云質(zhì)泥板巖、泥質(zhì)白云巖含礫泥板巖等，在走向和傾向呈過渡關(guān)系，厚度上呈互層關(guān)系。含礦層巖性通常軟硬相間，這套含礦巖石在留茶坡組中較穩(wěn)定，而在牛蹄塘組中厚度變化大，多以透鏡體產(chǎn)出。含鈾巖石微層理發(fā)育，順層發(fā)育膠黃鐵礦及少量碳質(zhì)，巖石鈾含量較高，一般為（20～40）×10-6。

3.1.3構(gòu)造

地層形態(tài)對鈾礦化有重要控制作用，如鈾礦體主要賦存在地層由陡變緩和或低洼部位，主鈾礦體賦存于蓮花向斜倒轉(zhuǎn)翼的次級倒置“船形向斜”。鈾礦化常富集于巖石破碎、裂隙發(fā)育地段。由F1、F2、F3組成的階梯狀斷陷區(qū)，特別是F1、F2夾持區(qū)控制了主要鈾礦化。

3.1.4控礦地質(zhì)體

礦化與脈巖密切相關(guān)。蓮花地段主鈾礦體產(chǎn)于花崗斑巖墻兩側(cè)，特別是上盤礦體厚且富。輝綠巖脈通過含鈾層位，兩側(cè)也常有脈狀礦體分布。氧化還原帶對鈾礦化有一定控制作用。鈾礦化常富集于構(gòu)造成因的不連續(xù)層間氧化還原破碎帶中，礦化有明顯的后生淋積富集作用。

3.2 礦床成因分析

關(guān)于黃材鈾礦床成因前人有較細(xì)致的研究，且存在不同觀點(diǎn)，主要有古淋積（外生滲入）、沉積成巖和熱液改造成因［3-7］。原中南地勘局二三〇研究所工作者認(rèn)為，礦床部分鈾礦體上部已被剝蝕，鈾礦化不均勻，一些高品位礦石分布于礦體側(cè)邊，礦石有顯著的后期氧化痕跡，因此是古淋積成因；原中南三〇九隊(duì)九分隊(duì)工作者提出，礦層形成于特定的海灣-瀉湖環(huán)境，礦體在泥巖中呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，主礦層中鈾礦化明顯受泥巖控制，礦床為沉積成礦；原中南地質(zhì)局、核工業(yè)二三〇研究所部分專家指出，礦床內(nèi)花崗斑巖、輝綠巖墻發(fā)育，輝綠巖中見有鈾礦化，瀝青鈾礦晶胞參數(shù)大（0.541 3 nm），礦石礦物組分中常見富鐵鈉閃石、綠簾石、透閃石、榍石等熱液成因礦物組合，礦床是熱液（改造）成因。

筆者以位于諸廣山鈾成礦帶中段鹿井礦田的沙壩子鈾礦床為例，從賦礦地層、賦礦構(gòu)造、相關(guān)巖漿巖活動、圍巖蝕變、礦體形態(tài)及產(chǎn)狀、成礦溫度及年齡等要素與黃材鈾礦床進(jìn)行對比（表2），認(rèn)為兩者成礦特征較相似，明顯具熱液成礦特征，原先將黃材礦床類型不劃屬花崗巖外帶型而劃歸薄層碳硅泥巖型［9］，顯然不夠準(zhǔn)確和客觀。

表2 黃材和沙壩子鈾礦床成礦要素的對比分析Table 2 Comparison of metallogenic factors between Huangcai and Shabazi uranium deposits

圖3 黃材鈾礦床部分代表性巖礦Fig.3 Outcrops and microscopic feature of representative rocks and ores in Huangcai uranium deposit

綜合分析，筆者有以下幾點(diǎn)認(rèn)識：1）雖然上震旦統(tǒng)-下寒武統(tǒng)含礦層在沉積期有鈾的富集，但只達(dá)到異常值，遠(yuǎn)未達(dá)到工業(yè)礦化標(biāo)準(zhǔn)，即不存在沉積成巖型礦化。2）淋積、沉積和熱液等成因在黃材鈾礦床皆有之，但熱液改造作用明顯，原因在于與鈾成礦有關(guān)中低溫?zé)嵋何g變發(fā)育，主要有硅化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化、方解石化、螢石化等，尤其是礦石中大量發(fā)育富鐵鈉閃石、綠簾石、透閃石等熱液成因礦物。本區(qū)還產(chǎn)出基性巖脈控制的鈾礦體，基性巖脈為礦床提供了部分鈾源、熱源和儲礦空間［12］。3）全巖樣測定的成礦年齡為50.2 Ma、42 Ma、27 Ma、24.8 Ma、3.4 Ma［2］，核工業(yè)北京地質(zhì)研究院牛林等將成礦劃分為3個(gè)時(shí)期：50.2 Ma±、20 Ma±、n Ma±，認(rèn)為該礦床為多期成礦。曾天柱［13］認(rèn)為這類礦床主要在中生代紅盆之后形成。此外，該礦床為古近紀(jì)以來形成，成礦期有大量大氣降水和地下水等加入成礦流體，礦后期的后期熱液改造作用突出。4）從硫同位素組成來看［14］，地層中黃鐵礦δ34S 值為－6.2‰～10.7‰，礦石中黃鐵礦δ34S值為－0.3‰～43.6‰［9］，表明沉積成巖階段的硫源為海水硫（20‰）和少量生物硫（－40‰～50‰），但成礦期硫源主要為海水硫、混合巖漿硫；含礦輝綠巖中黃鐵礦的δ34S值為10.3‰～11.0‰，屬于穩(wěn)定的巖漿硫，表明部分成礦與巖漿巖有關(guān)。礦石硫源的復(fù)雜性表明成礦物質(zhì)具深源、地層多重來源特征。5）鈾礦體受斷裂控制，鈾礦體與花崗斑巖脈、輝綠巖脈時(shí)空關(guān)系密切。6）礦床形成過程中明顯有沉積成巖成礦主導(dǎo)，后期有熱液改造和礦體淺部淋積等多種成礦地質(zhì)作用。因此，礦床類型原歸屬碳硅泥巖型薄層碳硅泥巖亞型，應(yīng)劃歸為碳硅泥巖型復(fù)成因亞類鈾礦床。

3.3 礦床成礦模式

依據(jù)礦床成礦地質(zhì)背景、控礦因素、成礦物理化學(xué)特征和成礦年齡，以及主導(dǎo)成礦過程中有關(guān)地質(zhì)作用，黃材鈾礦床成礦過程大致經(jīng)歷3 個(gè)階段，礦床成礦模式如圖4 所示。

圖4 黃材鈾礦床成礦模式示意圖（據(jù)文獻(xiàn)［12，15］修改）Fig.4 Metallogenic model of Huangcai uranium deposit（modified after reference［12，15］）

第1 階段：加里東期運(yùn)動后，伴隨著花崗巖化和巖漿侵入，震旦系-寒武系褶皺隆起形成了后加里東期隆起和廣泛的海西-印支期坳陷區(qū)。坳陷區(qū)接受隆起區(qū)剝蝕沉積碎屑物，繼承了老蝕源區(qū)的富集鈾。區(qū)內(nèi)深斷裂帶發(fā)育，形成與沉積成巖作用和熱水沉積作用有關(guān)的淺海碎屑-碳酸鹽巖沉積建造（碳硅質(zhì)板巖、白云質(zhì)板巖等），構(gòu)成區(qū)內(nèi)碳硅泥巖型的賦礦層和鈾源層（圖4a）。

第2 階段：在中新生代（主要是燕山期）構(gòu)造巖漿作用及其提供熱源的影響下，鈾源層形成復(fù)式褶皺，發(fā)育走向斷層和層間構(gòu)造破碎帶。以大氣降水、淺濱海水為主要成因的含鈾含氧地下水，自上而下主要沿層間構(gòu)造破碎帶下滲并對鈾源層進(jìn)行淋積改造；以巖體變質(zhì)水和深循環(huán)水為主要成因的巖漿熱液水，自下而上主要沿深斷層運(yùn)移，萃取花崗巖巖體鈾和鈾源層中深部鈾，對鈾源層進(jìn)行熱液疊加再富集并成礦（圖4b）。

第3 階段：在后期地表水和大氣降水、巖漿水等雙向流體長期改造下，鈾源層在氧化-還原過渡帶富集成礦，逐漸形成了淺部以沉積淋積改造為主，中深部以沉積熱液改造為主的復(fù)合成因鈾礦床（圖4c）。

4 結(jié)論

黃材鈾礦床位于雪峰山鈾多金屬成礦帶溈山鈾礦集區(qū)。礦床的形成與定位受地層、褶皺、斷裂、巖體、巖脈和地形地貌等多種地質(zhì)要素的控制或影響。礦床的形成經(jīng)歷了地質(zhì)體剝蝕過程中的鈾預(yù)富集、構(gòu)造地質(zhì)活動過程中的鈾遷移富集、大氣降水等淺部流體和巖漿水等中深部循環(huán)流體的多種改造重富集。該礦床為華南典型的碳硅泥巖型復(fù)成因鈾礦床。

致謝：感謝核工業(yè)京地質(zhì)研究院趙鳳民研究員提供礦床成因方面的資料，感謝原湖南省核工業(yè)地質(zhì)局劉翔總工程師、包云河處長為本文成文過程給予的指導(dǎo)，以及參與編纂《中國礦產(chǎn)地質(zhì)志·湖南卷鈾礦》的同事所提出的寶貴意見。