內(nèi)蒙古北大山新井地區(qū)熱液型鈾礦化特征及成因探討

郭長(zhǎng)林，楊昆，王剛，賀鋒，劉濤，耿海軍，童勤龍，車永飛，李新春

（1.核工業(yè)二○三研究所，陜西 西安 710086；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

新井地區(qū)位于內(nèi)蒙古北大山中部，大地構(gòu)造位于華北板塊、塔里木板塊與中祁連-柴達(dá)木微板塊交匯處，受不同期次、不同性質(zhì)的構(gòu)造作用影響，區(qū)域構(gòu)造背景較為復(fù)雜［1-3］。自20 世紀(jì)60 年代以來(lái)，先后有甘肅、內(nèi)蒙古地質(zhì)局、地礦局、有色局、黃金武警部隊(duì)及核工業(yè)系統(tǒng)等多家單位在北大山開(kāi)展了地質(zhì)調(diào)查、航空物探測(cè)量、水文地質(zhì)調(diào)查等多礦種找礦工作，發(fā)現(xiàn)了新井、堿井礦點(diǎn)及一大批鈾異常點(diǎn)，為本次研究工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，前人地質(zhì)勘查工作投入有限，對(duì)新井地區(qū)鈾礦礦化特征和控礦因素認(rèn)識(shí)不足。筆者以在研究區(qū)開(kāi)展的鈾礦資源調(diào)查評(píng)價(jià)和預(yù)查項(xiàng)目為契機(jī)，在充分吸收前人研究成果的基礎(chǔ)上，以野外地質(zhì)勘查資料和取得的找礦成果認(rèn)識(shí)為依據(jù)，總結(jié)了該區(qū)熱液型鈾礦化特征，對(duì)控礦因素和鈾成因進(jìn)行了探討，以期對(duì)新井地區(qū)深部和外圍的實(shí)際地質(zhì)勘查工作有一定的指導(dǎo)意義和價(jià)值。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

北大山地區(qū)位于華北板塊阿拉善地塊的西南緣［4-5］，區(qū)域地層由古元古界、石炭系、二疊系、中侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)等組成（圖1）［6］，古元古界變質(zhì)巖為區(qū)內(nèi)主要的含鈾建造。全區(qū)從志留紀(jì)到二疊紀(jì)（海西中晚期）均有巖漿活動(dòng)［7］，具有多期、多旋回特征，其中石炭紀(jì)和二疊紀(jì)巖漿巖分異較完善，形成了從超基性、基性-中性-酸性、超酸性侵入巖系列。北大山地區(qū)經(jīng)歷了多期板塊俯沖、縫合，區(qū)域性斷裂構(gòu)造發(fā)育，北部是鼎新-恩格爾烏蘇斷裂帶，南部為龍首山南緣斷裂帶，西部為肅南-紅柳園斷裂帶，東部為皇城-白馬崗斷裂帶，合黎山-雅布賴斷裂帶從工作區(qū)中部通過(guò)，呈東西向直線延伸，該斷裂在加里東初期已具規(guī)模，在海西中、晚期活動(dòng)強(qiáng)烈，并且伴隨著大規(guī)模中酸性-中基性乃至超基性巖漿巖侵入［8］，直到中新生代仍有顯著活動(dòng)，控制了侏羅系、白堊系沉積與分布，并控制新構(gòu)造板內(nèi)造山帶的形成。該斷裂活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、多期性明顯，控制了后期熱液活動(dòng)，沿?cái)嗔褞Оl(fā)育大量與熱液活動(dòng)有關(guān)的鈾、銅、鎳等內(nèi)生礦產(chǎn)，如新井、堿井、半截井等鈾礦（化）點(diǎn)，因此北大山地區(qū)為鈾-多金屬熱液型礦的成礦有利區(qū)。

圖1 北大山中部區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map of central Beidashan

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

新井地區(qū)地層出露簡(jiǎn)單，由古元古界德?tīng)柡屯ㄌ亟M（Pt1dr）、下白堊統(tǒng)廟溝群（K1mg）及第四系（Q）組成（圖2）。其中，古元古界德?tīng)柡屯ㄌ亟M（Pt1dr）在區(qū)內(nèi)分布最廣，由中等變質(zhì)的斜長(zhǎng)角閃片巖（SN）、云母石英片巖（MQS）及黑云母斜長(zhǎng)片麻巖（GN）等變質(zhì)巖組成。斜長(zhǎng)角閃片巖（SN）在全區(qū)都有出露，尤其在工作區(qū)中、東部分布最廣，呈灰綠色、深灰色，中細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造；云母石英片巖（MQS）在中、東段零星分布，呈灰色、深灰色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造；黑云母斜長(zhǎng)片麻巖（GN）主要出露于工作區(qū)西段和南段，深灰色、灰黑色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。據(jù)西蒙南（al+fm）-（c+alk）—Si 圖解顯示［9］，絕大多數(shù)樣品位于火山巖區(qū)，少量在火山巖與泥質(zhì)沉積巖過(guò)渡部位，尼格里參數(shù)al＞alk+c，屬于不飽和巖石系列，30＜al-alk＜45，恢復(fù)其原巖為中基性火山巖夾細(xì)碎屑巖建造（表1，圖3）。該地層平均鈾含量為（6～10）×10-6，為有利的富鈾建造。

圖2 新井地區(qū)鈾礦地質(zhì)圖Fig.2 Uranium geology map of Xinjing area

圖3 新井地區(qū)古元古界變質(zhì)巖（al+fm）-（c+alk）—Si 圖解（據(jù)西蒙南，1953 簡(jiǎn)化）Fig.3 （al+fm）-（c+alk）—Si diagram of Paleoproterozoic metamorphic rocks in Xinjing area

2.2 構(gòu)造

新井地區(qū)以斷裂構(gòu)造為主，共發(fā)育3 組斷裂，分別為近東西向、北西向及北東向斷裂。近東西向F1斷裂為早期斷裂，是合黎山-雅布賴區(qū)域深大斷裂的次級(jí)斷裂，貫穿工作區(qū)，長(zhǎng)度為11 km，寬200～300 m，為傾向向南的逆斷裂，傾角55°～65°，在工作區(qū)東部受晚期北西向F12斷裂及偉晶狀花崗巖脈活動(dòng)影響，轉(zhuǎn)為南東向，F(xiàn)1斷裂帶內(nèi)部及其南北兩側(cè)發(fā)育大量偉晶狀花崗巖脈，該斷裂控制了偉晶狀花崗巖脈的分布（圖4），在斷裂帶內(nèi)部常發(fā)育赤鐵礦化、綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化等熱液蝕變，斷裂帶附近巖石受力破碎，也可提供良好的容礦空間［10］，沿該斷裂有鈾礦化顯示，尤其是斷裂活動(dòng)強(qiáng)度較大、偉晶狀花崗巖脈密集分布的中東部鈾礦化強(qiáng)度高、規(guī)模大，因此F1斷裂為工作區(qū)的控礦斷裂。

圖4 新井地區(qū)構(gòu)造特征（野外照片）Fig.4 Field photos of structural characteristics in Xinjing area

北西向斷裂（F12、F29）為中期斷裂，該組斷裂斜切古元古界地層和海西中晚期巖體，并錯(cuò)斷新井中部F1控礦斷裂，斷裂兩側(cè)巖石因擠壓而破碎，該組斷裂控制了晚期巖脈侵入及熱液活動(dòng)。

北東向斷裂（F27）為晚期斷裂，為傾向南東的正斷裂，該組斷裂斜切古元古界地層和加里東晚期、海西中晚期的巖體，并錯(cuò)斷新井東部的F1控礦斷裂，對(duì)早期地質(zhì)體進(jìn)行了破壞和改造。

2.3 巖漿巖

新井地區(qū)從志留紀(jì)到二疊紀(jì)巖漿活動(dòng)頻繁，志留紀(jì)侵入的片麻狀斜長(zhǎng)花崗巖呈巖株?duì)罘植加谛戮貐^(qū)西部和南部，經(jīng)后期區(qū)域性擠壓應(yīng)力作用產(chǎn)生了一系列與區(qū)域構(gòu)造線基本平行的北西西向片麻狀構(gòu)造。石炭紀(jì)中細(xì)粒花崗巖零星分布于工作區(qū)東部，鋯石U-Pb 同位素年齡為294.6 Ma，分布方向與新井F1斷裂走向基本一致；石炭紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖主要分布于工作區(qū)西北部，鋯石U-Pb 同位素年齡為275～277 Ma，呈近東西向巖株展布。二疊紀(jì)偉晶狀花崗巖屬于鈣堿性鋁過(guò)飽和系列酸性富鈾花崗巖［11］，鋯石U-Pb 同位素年齡為237 Ma，在新井地區(qū)廣泛分布，主要在新井地區(qū)中、東部最廣，在西部有少量出露，受F1斷裂構(gòu)造控制，偉晶狀花崗巖走向跟F1斷裂和地層一致，呈巖脈狀產(chǎn)出。工作區(qū)內(nèi)偉晶狀花崗巖脈自北向南發(fā)育9～15 條，長(zhǎng)度10～1 300 m，寬度2～300 m。在偉晶狀花崗巖脈外接觸帶的古元古界斜長(zhǎng)角閃片巖中產(chǎn)出鈾礦體，富鈾巖體對(duì)鈾礦床、礦點(diǎn)的定位有重要的控制作用［12］，因此二疊紀(jì)偉晶狀花崗巖對(duì)鈾成礦有利。

3 鈾礦化特征

3.1 礦帶規(guī)模及分布

通過(guò)地表槽探工程揭露和深部鉆孔查證，新井地區(qū)初步推測(cè)了東部、中部和西部共3 條鈾礦（化）帶，長(zhǎng)440～1 100 m，寬50～270 m，鈾礦（化）帶沿F1斷裂破碎帶分布，總體呈近東西向展布，在新井中東部由于受北西向斷裂影響，構(gòu)造發(fā)生變異，鈾礦（化）帶呈南東向展布，鈾礦化產(chǎn)于F1斷裂的上盤或斷裂帶中，賦存于古元古界德?tīng)柡屯ㄌ亟M片巖與二疊紀(jì)偉晶狀花崗巖接觸帶附近靠近片巖一側(cè)，含礦巖性為深灰色斜長(zhǎng)角閃片巖。在中東部構(gòu)造變異部位構(gòu)造帶變寬，熱液蝕變變強(qiáng)，鈾礦化規(guī)模也變大。

3.2 礦體

新井鈾礦體為地表礦和盲礦體，鈾礦化類型為花崗巖外接觸帶熱液型，鈾礦化主要受近東西向F1斷裂控制，產(chǎn)于F1構(gòu)造破碎蝕變帶中，礦體賦存于偉晶狀花崗巖外接觸帶的斜長(zhǎng)角閃片巖中，礦體總體呈近東西向—北西向展布，傾向正南—南西向，傾角42°～60°，礦體長(zhǎng)度16.50～317.75 m，厚度0.24～4.53 m，平均厚度1.14 m，品位0.050%～0.201%，平均品位0.092%，礦體呈脈狀、不規(guī)則狀、透鏡狀，局部見(jiàn)膨大、縮小及尖滅再現(xiàn)等現(xiàn)象（圖5，圖6）。在新井地區(qū)東部350 m 以下首次發(fā)現(xiàn)原生鈾礦體，顯示深部找礦前景較好。

圖5 新井地區(qū)礦體與圍巖的接觸關(guān)系（野外照片）Fig.5 Contact relationship between ore body and wall rocks in Xinjing area

圖6 新井地區(qū)34 號(hào)勘探線剖面圖Fig.6 Profile of exploration Line 34 in Xinjing area

3.3 礦石

礦石主要為深灰色、紅褐色碎裂狀黑云母斜長(zhǎng)角閃片巖，具有碎裂結(jié)構(gòu)，細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀、浸染狀構(gòu)造（圖7 a，b）。主要礦物為鈦鈾礦、鈾石、鈾酰硅酸鹽礦物等（圖7 c，d，表2），金屬礦物為赤鐵礦、閃鋅礦、黃鐵礦、磁鐵礦等，含鈾礦物為中長(zhǎng)石、鋯石、榍石。鈾以鈾礦物、分散吸附及類質(zhì)同象混入物形式存在。依據(jù)鉆孔揭露和分析測(cè)試結(jié)果（表3），新井地區(qū)淺部礦體（0～170 m）鈾礦物主要以U6+形式存在，在地表及淺部容易形成黃色粉末狀次生鈾礦［13］，他是地表淋濾改造作用的產(chǎn)物，而深部礦體（≥350 m）鈾礦物主要以U4+形式存在，為原生鈾礦。

表2 新井地區(qū)鈾礦石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果一覽表/%Table 2 List of electron probe analysis results of uranium ores in Xinjing area/%

表3 新井地區(qū)礦石中鈾的存在價(jià)態(tài)分析一覽表Table 3 List of analysis results of the existing valence of uranium in ores from Xinjing area

圖7 新井地區(qū)礦石特征（顯微照片）Fig.7 Microscopic features of ore in Xinjing area

3.4 礦石地球化學(xué)

3.4.1主量元素特征

本次工作取樣64 件，分別為鉆孔中的礦石、礦化巖石、異常巖石及正常圍巖樣品，核工業(yè)二○三研究所分析測(cè)試中心對(duì)樣品進(jìn)行了分析測(cè)試（表4）。從表4 中可以看出，受圍巖蝕變作用影響，巖石的主量特征發(fā)生了相應(yīng)變化，其中SiO2含量為53.95 %～56.80 %，TiO2含量為0.91%～1.23 %，F(xiàn)e2O3的含量2.94 %～5.69 %，F(xiàn)eO 含量為3.85 %～4.42 %，CaO 含量為6.23 %～8.11 %，Na2O 含量為2.66 %～3.14 %，K2O 含量為1.35 %～1.90 %，P2O5含量為0.16 %～0.22 %，燒失量含量為3.13 %～4.35 %，K2O/ Na2O 值均小于1。從無(wú)礦圍巖至礦石，隨蝕變作用增強(qiáng)，鈾含量也不斷升高，F(xiàn)e2O3、P2O5含量有增加趨勢(shì)，與U 呈正相關(guān)性，尤其是Fe2O3含量升高幅度大，而FeO 含量降低，其他元素變化不明顯。這些常量元素的變化說(shuō)明在成礦熱液中相對(duì)富鈉貧鉀，將暗色礦物中的鐵氧化運(yùn)移，并帶走了磷灰石中的P。

表4 新井地區(qū)各礦化巖石常量元素分析結(jié)果對(duì)比表/%Table 4 Comparison of major element analysis results of various mineralized rocks in Xinjing area

3.4.2稀土元素特征

依據(jù)各礦化巖石稀土元素分析結(jié)果（表5）和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖（圖8）可以看出，分配曲線具有輕稀土右傾，重稀土分異不明顯，Eu 明顯虧損的特征。在圍巖、異常巖石及礦化巖石中稀土元素總量（ΣREE）平均值分別為104.98×10-6、128.99×10-6和133.07×10-6，LREE/HREE 平均值分別為5.95、5.96 和4.56，LaN/YbN平均值分別為5.51、6.83 和5.39，δEu 平均值分別為0.81、0.74 和0.63。從無(wú)礦圍巖至礦化巖石，隨著U 含量的增加，稀土元素總量（ΣREE）逐漸增加，與U 呈正相關(guān)性，而礦石中稀土元素總量（ΣREE）增加更明顯。

圖8 新井地區(qū)各類礦化巖石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖Fig.8 Chondrite normalized REE pattern of various mineralized rocks in Xinjing area

表5 新井地區(qū)各礦化巖石稀土元素分析結(jié)果對(duì)比表Table 5 Comparison of REE analysis results of various mineralized rocks in Xinjing area

3.5 熱液蝕變

對(duì)于熱液礦床來(lái)說(shuō)，蝕變是礦化的先導(dǎo)和基礎(chǔ)［14］，也是物質(zhì)交換的過(guò)程。工作區(qū)經(jīng)歷了不同程度的熱液蝕變作用，蝕變種類較多，見(jiàn)赤鐵礦化、碳酸鹽化、黃鐵礦化、綠泥石化、高嶺土化等蝕變（圖9）。熱液蝕變分帶性明顯，從礦體中心到最外部的圍巖依次劃分為內(nèi)帶、中間過(guò)渡帶和外帶（圖10），內(nèi)帶為赤鐵礦化＋綠泥石化＋黃鐵礦化＋碳酸鹽化組合，熱液蝕變作用強(qiáng)，鈾礦化富集；中間過(guò)渡帶主要為碳酸鹽化＋絹云母化＋硅化組合，蝕變作用減弱，鈾礦化較貧；外帶為高嶺土化＋綠泥石化＋碳酸鹽化組合，蝕變作用微弱或無(wú)蝕變作用，只有異常顯示或無(wú)礦，可見(jiàn)熱液蝕變與鈾礦化關(guān)系密切［15］，赤鐵礦化范圍往往大于鈾礦化范圍，是一種最直觀的找礦標(biāo)志［16］。

圖9 新井地區(qū)巖石蝕變特征Fig.9 Rock alteration characteristics in Xinjing area

圖10 新井地區(qū)礦體熱液蝕變分帶示意圖Fig.10 Schematic diagram of hydrothermal alteration zoning of ore body in Xinjing area

4 控礦因素

新井地區(qū)的主要控礦因素有構(gòu)造、地層、偉晶狀花崗巖脈和熱液蝕變。構(gòu)造：F1斷裂控制早期偉晶狀花崗巖的分布，也控制中、晚期的熱液蝕變及鈾礦化，多期次、長(zhǎng)期活動(dòng)的斷裂構(gòu)造為成礦熱液運(yùn)移及鈾的聚集成礦提供了有利的空間，構(gòu)造變異部位控制鈾礦床定位；地層：古元古界德?tīng)柡屯ㄌ亟M地層為有利的富鈾建造（鈾含量一般大于6×10-6），賦礦巖性為斜長(zhǎng)角閃片巖，作為鈾源層和儲(chǔ)礦層為熱液型鈾礦的形成發(fā)揮重要作用；偉晶狀花崗巖脈：二疊紀(jì)偉晶狀花崗巖為鈣堿性鋁過(guò)飽和系列酸性富鈾花崗巖（鈾含量平均約5×10-6），呈脈狀沿F1斷裂展布，鈾礦化產(chǎn)在偉晶狀花崗巖脈外接觸帶附近，對(duì)鈾礦床、礦點(diǎn)的定位有重要的控制作用；熱液蝕變：蝕變是礦化的先導(dǎo)和基礎(chǔ)，蝕變具有明顯的分帶性，蝕變?cè)綇?qiáng)，其礦化越富集，鈾礦體與富礦體一般出現(xiàn)在多期次熱液蝕變疊加部位，熱液蝕變是鈾礦疊加富集的必要條件。

5 成因探討

依據(jù)鈾礦化特征研究和控礦因素分析，初步認(rèn)為新井地區(qū)熱液型鈾礦的形成經(jīng)歷了含礦建造形成階段，成礦物質(zhì)活化、遷移預(yù)富集階段，成礦物質(zhì)聚集、成礦階段及淋濾改造重新富集成礦階段（圖11）。

5.1 含礦建造形成階段

在呂梁期，古元古界德?tīng)柡屯ㄌ亟M沉積建造形成，原巖為富含有機(jī)質(zhì)的海相細(xì)碎屑巖夾中基性-酸性火山巖在沉積過(guò)程中形成了較高的鈾背景值，是北大山地區(qū)的富鈾建造，也是后期所有鈾礦化的初始鈾源（圖11 a）。

圖11 新井地區(qū)熱液型鈾礦形成機(jī)制示意圖Fig.11 Schematic diagram of formation mechanism of hydrothermal uranium deposits in Xinjing area

5.2 成礦物質(zhì)活化、遷移預(yù)富集階段

在晉寧期—海西中期，北大山地區(qū)構(gòu)造-巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，以志留紀(jì)、石炭紀(jì)花崗巖侵入為主，促使古元古界德?tīng)柡屯ㄌ亟M發(fā)生變質(zhì)改造作用，鈾元素進(jìn)一步活化遷移，在斜長(zhǎng)角閃片巖中形成鈾異常，即鈾的預(yù)富集（圖11 b）。

5.3 成礦物質(zhì)聚集、成礦階段

在海西晚期—印支早期，受構(gòu)造活動(dòng)影響，古元古界基底發(fā)生重熔上侵，在沿合黎山-雅布賴山區(qū)域性深大斷裂向上運(yùn)移過(guò)程中，萃取古元古界含鈾建造及早期富鈾巖體中的鈾，形成酸性富鈾的偉晶狀花崗巖，并伴隨有熱液蝕變作用，在斷裂破碎帶、偉晶狀花崗巖脈外接觸帶的斜長(zhǎng)角閃片巖及熱液蝕變帶等有利構(gòu)造部位形成工業(yè)鈾礦體（圖11 c）。

5.4 淋濾改造重新富集成礦階段

在印支期中晚期—喜山期，區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)以抬升剝蝕為主，地表淋濾改造作用強(qiáng)，對(duì)原有的礦體或礦化進(jìn)行淋濾改造而重新富集成礦，形成高品位工業(yè)礦體（圖11 d）。

6 結(jié)論

1）新井地區(qū)鈾礦化類型為花崗巖外接觸帶熱液型，礦化帶沿F1近東西向斷裂分布，礦體呈透鏡狀、脈狀產(chǎn)出，礦石中鈾礦物有鈦鈾礦、鈾石、鈾酰硅酸鹽礦物等，含鈾礦物為榍石、鋯石、中長(zhǎng)石，鈾以鈾礦物、分散吸附及類質(zhì)同象混入物的形式存在。

2）常量元素具有高Na 低K 的特點(diǎn)，礦石中Fe 元素發(fā)生氧化運(yùn)移，稀土元素總量略有增加，輕、重稀土元素分餾作用減弱。

3）鈾礦化受構(gòu)造、斜長(zhǎng)角閃片巖、偉晶狀花崗巖脈及熱液蝕變等多種要素綜合控制，新井熱液型鈾礦的形成機(jī)制為呂梁期火山巖沉積形成富鈾建造，晉寧期—海西中期巖漿侵入形成鈾異常（預(yù)富集），海西晚期—印支早期巖漿及熱液成礦作用形成鈾礦體，印支中晚期—喜山期部分礦體、礦化體被淋濾改造而重新富集成礦。

4）長(zhǎng)期活動(dòng)的斷裂構(gòu)造，有利的富鈾建造，酸性富鈾的偉晶狀花崗巖脈密集區(qū)、巖性接觸面及多期次熱液蝕變疊加部位可作為新井地區(qū)熱液型鈾礦找礦方向。

致謝：感謝核工業(yè)二○三研究所李保俠高級(jí)工程師（研究員級(jí)）審核初稿，并提出許多寶貴意見(jiàn)和建議。