相山礦田荷上鈾礦床地質(zhì)特征及成因探討

毛玉鋒

(核工業(yè)二四○研究所，遼寧 沈陽 110100)

相山礦田是我國重要的鈾礦資源基地。核工業(yè)地勘單位于20世紀50年代末在相山地區(qū)發(fā)現(xiàn)航空伽馬放射性異常，經(jīng)過多年的地質(zhì)勘探工作，落實了一批鈾礦床，如橫澗、崗上英、石馬山、何家、源頭、巴泉、紅衛(wèi)、橫排山、沙洲、云際、鄒家山、居隆庵、書塘、河元背、牛頭山、湖港等礦床(章俊等,2013；陳黎明等，2018；王運等，2020；董澤彬，2020；郭建等，2020；劉龍等，2021；王勇劍，2021；巫建華等，2017)，其中礦田北部的橫澗、崗上英礦床(山南地區(qū))在開采過程中發(fā)現(xiàn)大量鈾礦體，預(yù)示著其深部和外圍具有良好的找礦前景。長期以來眾多研究人員在相山北部開展工作，系統(tǒng)研究了鈾礦化特征、成礦地質(zhì)條件以及成礦規(guī)律，取得了較好的成果。荷上鈾礦床位于相山礦田北部重要的礦集帶內(nèi)，是21世紀以來第一個系統(tǒng)開展勘查工作的地區(qū)，落實了中型鈾礦床，鈾礦平均品位為0.239%。盡管荷上鈾礦床在相山北部重要的成礦單元內(nèi)，但與鄰區(qū)礦床在地質(zhì)特征和控礦因素上有較大差異，且礦化的分布也由以花崗斑巖內(nèi)外接觸帶為主向火山巖巖性界面為主轉(zhuǎn)變，擴大了找礦范圍，對隨后在相山北部的橫排山、巴泉、紅衛(wèi)礦床開展的連點成面工作具有重要參考意義。筆者以最新勘查成果為基礎(chǔ)，結(jié)合礦石化學(xué)成分分析，參考以往的研究認識，探討了荷上鈾礦床的地質(zhì)特征及成因，為進一步擴大相山北部資源量提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

相山礦田是我國最大的熱液脈型鈾礦田，面積約318 km2，在大地構(gòu)造位置上處于華南褶皺帶的北緣，贛杭構(gòu)造火山巖鈾成礦帶的西端，遂川-德興深斷裂的東側(cè)(圖1)。東西向斷裂大致控制了礦田北部次火山巖的展布，蓋層構(gòu)造以北東向斷裂為主，貫穿基底，為基底斷裂的繼承和發(fā)展(付湘等，2019)。相山礦田目前已發(fā)現(xiàn)30余個鈾礦床，主要分布于北部和西部，少量為東部，且東、西部具有不同的控礦因素和成礦地質(zhì)條件(汪來，2021)。

圖1 相山礦田大地構(gòu)造位置(a)及地質(zhì)略圖(b；據(jù)張萬良等，2021)Fig.1 Geotectonic location (a) and geological sketch map (b) of Xiangshan ore field1.第四系黏土、礫石；2.上白堊統(tǒng)龜峰群紫紅色砂巖、砂礫巖；3.下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖；4.下白堊統(tǒng)打鼓頂組流紋英安巖；5.下白堊統(tǒng)打鼓頂組砂巖；6.上三疊統(tǒng)石英砂巖、頁巖；7.青白口系片巖、千枚巖；8.打鼓頂組花崗斑巖；9.加里東期花崗巖；10.巖相分界線；11.斷裂；12.礦床；13.荷上礦區(qū)及鄰區(qū)范圍

鈾礦床主要產(chǎn)于相山火山侵入雜巖內(nèi)和近外圍圍巖中。其圍巖為青白口系變質(zhì)巖，蓋層為上白堊統(tǒng)紅層，淺成超淺成巖體侵入活動頻繁，有利于鈾多金屬成礦(胡寶群等，2015)。在礦田北部，礦床呈東西向帶狀展布，與近東西向帶狀展布的花崗斑巖關(guān)系密切。巖體與北東向展布的斷裂構(gòu)造的銳角夾持部位是礦體有利的成礦地段(何丹丹等，2018)，由東向西，礦床品位和規(guī)模有變富變大趨勢，礦體由產(chǎn)于巖體內(nèi)水力壓裂裂隙帶中為主，逐漸變?yōu)楫a(chǎn)于巖體內(nèi)外接觸帶附近為主。在礦田西部，北東向、北西向斷裂發(fā)育，并形成數(shù)個菱形斷塊構(gòu)造格局(許健俊等，2021)。礦床多受菱形斷塊構(gòu)造控制，礦體產(chǎn)于該菱形斷塊內(nèi)的南北向斷裂兩側(cè)，受不同方向和規(guī)模的水力壓裂構(gòu)造控制(張萬良等，2021)。荷上鈾礦床位于相山礦田的北部(圖1)，緊鄰橫澗、崗上英、石馬山礦床。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)地層巖性較簡單，地表主要出露下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組碎斑熔巖，西側(cè)出露青白口系變質(zhì)巖，深部和北部有下白堊統(tǒng)打鼓頂組流紋英安巖、火山碎屑巖及花崗斑巖等。構(gòu)造主要發(fā)育北東向、北西向斷層，局部有近南北向斷層分布(圖2)。

2.1 地層巖性

(1)碎斑熔巖。主要為邊緣相碎斑熔巖，呈淺肉紅-肉紅色、灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖3a)；斑晶主要為鉀長石、石英和少量斜長石、黑云母，含量約40%～50%。長石、石英斑晶大部分呈碎裂狀，并見雙錐狀石英。鉀長石局部高嶺土化及條紋長石化，常吸附赤鐵礦(弱紅化)呈肉紅色(圖3b)，斜長石見不同程度的水云母化。巖石中含大量外源巖屑，成分以棱角狀的灰黑色變質(zhì)巖為主，底板界面附近巖屑增多變大。

(2)流紋英安巖。呈暗紫紅色、灰紅色、灰綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀、流紋構(gòu)造(圖3c)。斑晶主要為鉀長石及少量黑云母、斜長石和石英，基質(zhì)呈霏細結(jié)構(gòu)。流紋英安巖頂、底界面附近構(gòu)造裂隙發(fā)育，常強烈蝕變呈磚紅色(圖3d)，是區(qū)內(nèi)主要賦礦巖性。

圖2 鈾礦床地質(zhì)略圖Fig.2 Geological sketch map of the Heshang area1.下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組上段碎斑熔巖；2.下白堊統(tǒng)打鼓頂組上段流紋英安巖；3.下白堊統(tǒng)打鼓頂組下段砂巖；4.斷裂；5.勘探線；6.鉆孔

圖3 蝕變及正常巖性特征Fig.3 Lithologic characteristics of fresh and altered rocksa.邊緣相碎斑熔巖；b.蝕變碎斑熔巖；c.蝕變及正常流紋英安巖；d.流紋英安巖中的礦化

(3)變質(zhì)巖。包括黑云母石英片巖、二云母石英片巖、十字石石榴云母片巖、含石榴子石黑云母石英片巖、千枚巖、板巖等，總厚度超過1 000 m。局部見深層變質(zhì)變形的糜棱巖和熱變質(zhì)角巖，其變質(zhì)程度自南往北逐漸增強，巖石類型依次為千枚巖—片狀千枚巖—微晶片巖—片巖—石榴黑云片巖—十字石石榴黑云片巖，即低綠片巖相(綠泥石帶、黑云母帶)—高綠片巖相(石榴石帶)—低角閃巖相(十字石帶)，它們之間呈過渡關(guān)系。

(4)花崗斑巖。荷上鈾礦床多個鉆孔揭露花崗斑巖，地表未見出露。礦區(qū)深部的花崗斑巖主要侵入到打鼓頂組砂巖或基底變質(zhì)巖中，主要分布于礦區(qū)東南部，其次分布于西部?；◢彴邘r的埋深較深，約為258～700 m，巖體形態(tài)走向約55°，向南東緩傾，傾角為30°～50°，往南西側(cè)伏(圖4)。斑巖形態(tài)不穩(wěn)定，深部與崗上英和石馬山的花崗斑巖相連。

花崗斑巖熱液蝕變強烈，呈灰綠色、灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖5a)。斑晶主要為長石、石英和黑云母，含量占全巖的50%以上，粒徑為0.5～2.0 cm，其中長石斑晶以鉀長石為主，斜長石次之。石英斑晶常見熔蝕和反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)，并見雙錐體?；|(zhì)為霏細結(jié)構(gòu)，球粒結(jié)構(gòu)(圖5b)。

圖4 荷上鈾礦床深部花崗斑巖隱伏形態(tài)示意圖Fig.4 Schematic diagram showing the shape of the hidden granite porphyry in Heshang uranium deposit1.-203 m標(biāo)高花崗斑巖展布形態(tài)；2.-283 m標(biāo)高花崗斑巖展布形態(tài)；3.-363 m標(biāo)高花崗斑巖展布形態(tài)

圖5 花崗斑巖照片F(xiàn)ig.5 Photographs showing the characteristics of the granitic porphyrya.花崗斑巖巖芯照片；b.花崗斑巖顯微照片

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，且次火山巖體侵位形式多樣。相山礦田北部鈾成礦主要受斷裂構(gòu)造、次火山巖和巖性界面控制(司志發(fā)等，2021)。從南向北，礦體的分布由組間界面控制逐漸轉(zhuǎn)換為斷裂構(gòu)造、次火山巖體以及次火山巖體和基底變質(zhì)巖接觸帶控制，各種控礦因素疊加及形態(tài)變異部位是極為有利的成礦空間。

(1)北東向斷裂。區(qū)內(nèi)北東向斷裂發(fā)育，是蓋層的主導(dǎo)斷裂，控制了荷上鈾礦床花崗斑巖體的侵入和礦帶的產(chǎn)出(陳黎明等，2018)，該斷裂帶為控制相山多個富大鈾礦床的鄒-石斷裂帶的北東延伸端，斷層在荷上鈾礦床走向為5°～25°，南東陡傾，傾角為63°～86°。該地段的北東向斷裂帶經(jīng)歷了早期壓扭性和晚期張性-張扭性的破碎變形，構(gòu)成了主要容礦空間(陳正樂等，2013)。

(2)近南北向斷裂。礦區(qū)西部由北及南分別以構(gòu)造破碎帶和裂隙密集帶的形式出現(xiàn)，其在北端片巖中表現(xiàn)為控礦構(gòu)造。

(3)東西向構(gòu)造。區(qū)內(nèi)隱伏的青白口系變質(zhì)巖，由相山北部近東西向推覆構(gòu)造自南向北推覆逆掩于打鼓頂組之上，沿推覆構(gòu)造常見花崗斑巖侵入。整個相山礦田北部北東向斷裂與東西向斷裂構(gòu)造復(fù)合部位控制了多個礦床的定位，密集成群的裂隙帶控制著鈾礦體的產(chǎn)出(竇小平等，2015)。該類型的裂隙集帶在荷上鈾礦床極為發(fā)育，同時伴隨著強烈的礦化蝕變。

(4)裂隙構(gòu)造。主要發(fā)育在主干斷裂旁側(cè)的碎斑熔巖和流紋英安巖中，成群成帶出現(xiàn)，裂隙發(fā)育，走向及傾向、傾角變化較大。片巖及砂巖中的裂隙連續(xù)性較差，走、傾向延伸不穩(wěn)定。

3 礦體特征

3.1 礦體分布規(guī)律

礦體主要賦存于花崗斑巖上方流紋英安巖裂隙帶內(nèi)或火山巖組間界面附近(圖6)。這些界面包括打鼓頂組與鵝湖嶺組的界面和打鼓頂組流紋英安巖與砂巖的界面，含礦巖性主要是流紋英安巖，也有碎斑熔巖，前者礦石品位高、厚度較大。該地段礦體埋深隨巖性界面的埋深變化而變化，礦體產(chǎn)狀與巖性界面產(chǎn)狀大致相同，礦體呈群脈狀或似層狀，礦體產(chǎn)狀較穩(wěn)定，總體上礦體具有從東北向南西側(cè)伏的規(guī)律(陳黎明等，2018)。

區(qū)內(nèi)北部、中部存在一南北向火山巖組間界面凹陷部位，該部位礦化較集中，且產(chǎn)狀相對較穩(wěn)定，形成一條呈南北向分布的礦體聚集帶，埋深從北向南由淺變深。

圖6 荷上地區(qū)49A勘探線剖面示意圖Fig.6 Schematic diagram of exploration line 49A in Heshang area1.下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組上段碎斑熔巖；2.下白堊統(tǒng)鵝湖嶺組下段凝灰?guī)r；3.下白堊統(tǒng)打鼓頂組上段流紋英安巖；4.下白堊統(tǒng)打鼓頂組下段砂巖；5.青白口系片巖、千枚巖；6.花崗斑巖；7.實測、推測地質(zhì)界線；8.實測、推測不整合地質(zhì)界線；9.鉆孔及編號、孔深；10.礦體

礦床內(nèi)共圈定工業(yè)礦體65個，礦體呈群脈狀、透鏡狀，礦體規(guī)模以小礦體為主，沿走向延伸最大約為130 m,一般為25～50 m；沿傾向延伸最大約為100 m,一般為25～50 m；平均厚度為1.37 m，單礦體最大厚度為11.18 m，主要產(chǎn)于花崗斑巖巖體上方流紋英安巖裂隙帶中，礦化蝕變強烈，見紫黑色膠狀螢石化、水云母化，單礦體最高品位為0.578%，平均品位為0.239%。圍巖蝕變具有明顯的分帶性,從礦化中心向兩側(cè)分為礦化中心水云母化蝕變帶、礦旁赤鐵礦化蝕變帶、近礦綠泥石化蝕變帶。

北東向主礦帶內(nèi)的礦體多為群脈狀，這些礦體除幾個較大礦體外，規(guī)模均較小，品位一般為中等-富，沿走向、傾向延伸不穩(wěn)定，具有由北東至南西向深部側(cè)伏的趨勢。礦區(qū)北部、中部火山巖組間界面凹陷部位礦體產(chǎn)狀較緩，沿火山巖組間界面呈似層狀產(chǎn)出，礦體連續(xù)性較好，規(guī)模中等，埋深淺，相對集中分布。

3.2 鈾-鐳平衡特征

鈾-鐳平衡系數(shù)是反映礦床富鈾的重要指標(biāo)之一，在自然界中鈾系的母體核素為238U，鈾系中80%以上的伽馬射線都是由鐳及其子體衰變時所釋放出來的，鈾-鐳平衡系數(shù)表示礦石中的鈾鐳質(zhì)量的比值與平衡狀態(tài)時鈾鐳的質(zhì)量比值之比(陳鳳興,2015)。本次對53個碎斑熔巖和57個流紋英安巖鈾礦石樣品進行鈾、鐳含量的測定。該工作由江西核工業(yè)分析測試中心完成，其中鈾含量測試儀器為H1936低本底多道γ能譜儀(北京核儀器廠)，測量范圍分辨率≤7.5%，誤差≤±20%，鐳含量測定儀器為FD—125室內(nèi)氡釷分析儀(北京綜合儀器廠)，輸入脈沖加幅度為200 mV～2 V，誤差為1.8×10-2Bq/g。

通過測試并按式(1)計算鈾-鐳平衡系數(shù)(KP)，結(jié)果表明，流紋英安巖和碎斑熔巖礦石的KP平均值均小于0.9。其鈾-鐳平衡系數(shù)在標(biāo)高100 m以上時基本處于弱偏鐳狀態(tài)，在標(biāo)高-100～100 m時基本處于平衡，標(biāo)高-100 m以下時，明顯偏鈾(圖7)。

圖7 鈾-鐳平衡系數(shù)隨深度變化圖Fig.7 Diagram showing variation of uranium-radium equilibrium coefficient with depth

(1)

式中，KP為鈾-鐳放射性平衡系數(shù)，QRa為樣品的鐳含量(10-6)，QU為樣品的鈾含量(10-6)。

4 礦石特征

礦石類型有鈾-赤鐵礦型和鈾-螢石型。鈾-赤鐵礦型鈾礦石，呈角礫狀構(gòu)造，角礫呈紅色，膠結(jié)物為綠泥石等蝕變礦物，鈾礦物主要呈細小點狀、發(fā)絲狀或細小條帶狀及微粒集合體存在于膠結(jié)物中，與綠泥石緊密伴生，與鈾礦物共生的還有水云母、方解石、磷灰石、螢石、黃鐵礦、鉛鋅礦、輝鉬礦等。

鈾-螢石型鈾礦石呈浸染狀，交代結(jié)構(gòu)，鈾礦物主要為瀝青鈾礦及少量的鈦鈾礦，與鈾礦物共生的有螢石、水云母、磷灰石、綠泥石等脈石礦物及鐵、鉛、鋅、銅、鉬等金屬硫化物。鈾礦物與螢石關(guān)系密切，其微粒集合體常圍繞螢石分布。水云母有被螢石溶蝕現(xiàn)象，黃鐵礦多呈細小點狀分布于螢石和水云母礦物中，邊緣偶見有鈾礦物沉淀。

表1 荷上鈾礦床礦石伴生元素分析結(jié)果表Table 1 Chemical composition of associated elements of the ore in the Heshang uranium deposit /10-6

與鈾有關(guān)的共(伴)生元素主要有Mo、Zn、Pb、Cu、Ni、P、V、Sr、Th、Ga等(表1)，其中Mo、Cu、Pb、Zn、Ni等以硫化物獨立礦物形式存在，其含量均未達到工業(yè)品位要求；P主要以磷灰石或膠磷礦形式存在。P2O5是富大鈾礦成礦和找礦的重要標(biāo)志(高海東，2021)，熱液環(huán)境中P2O5能促進U、Th等從固相進入液相。在相山熱液成礦階段，P2O5對鈾活化遷移起重要的促進作用。

通過對鈾礦石及圍巖的微量元素進行分析測試，發(fā)現(xiàn)花崗斑巖鈾礦石中U與Th、Mo、Ga、Pb含量呈明顯正相關(guān)性，與Cu含量相關(guān)性不明顯；碎斑熔巖礦石中U與Th呈正相關(guān)性，而圍巖中U與Th含量無相關(guān)性。同時，U與Ga、Cu、Pb含量存在一定的正相關(guān)性，與Mo含量無相關(guān)性(圖8)。

圖8 圍巖及礦石中相關(guān)伴生元素與U、Th含量變化曲線Fig.8 Compositional variations of U, Th and associated elements in surrounding rock and ore

5 礦床成因討論

相山礦田北部鈾礦的成礦年齡為123.90～114.84 Ma(胡志華等,2018),花崗斑巖的平均年齡為(125.4±1.0) Ma,且?guī)r漿活動持續(xù)時間較長，約為24 Ma(彭中用等，2018)，因此鈾成礦與花崗斑巖具有密切的關(guān)系。荷上鈾礦床北側(cè)的崗上英礦床成礦溫度為120～154 ℃(張鴻，2008)。荷上鈾礦床與其處于同一構(gòu)造體系中，具有相同的成礦背景，因此荷上鈾礦床屬于中低溫?zé)嵋盒外櫟V床。

荷上鈾礦床處在鄒-石斷裂帶的北東延伸端，深部具有總體沿北東向斷裂帶發(fā)育的次火山巖。在花崗斑巖侵入活動后期，流體壓力增大，觸發(fā)了斑巖體上方巖石的水力壓裂作用，導(dǎo)致巖石中的鈾等元素的活化、運移和沉淀富集，進而形成鈾礦床。

鈾礦體的分布與花崗斑巖巖體位于同一構(gòu)造空間，構(gòu)造控巖控礦。區(qū)內(nèi)花崗斑巖經(jīng)過了較充分的演化分異，成礦物質(zhì)因此發(fā)生了初始的富集，由于巖漿內(nèi)含礦熱液的運動速度大于巖漿，因而成礦流體常常聚集在巖體的頂部或前峰地層界面附近的裂隙密集帶中，后期來自深部上升的富含CO2和F的富鈾熱水溶液對形成工業(yè)鈾礦體起著決定性的作用。

6 結(jié)論

(1)鈾礦體主要產(chǎn)于花崗斑巖巖體上方流紋英安巖裂隙帶中，礦化蝕變強烈，見紫黑色膠狀螢石化、水云母化。單礦體最高品位為0.578%，平均品位為0.239%，鈾-鐳平衡系數(shù)平均值小于0.9。

(2)礦石類型為鈾-赤鐵礦型和鈾-螢石型，前者U與Th呈正相關(guān)性，后者U與Th、Mo、Ga、Pb呈明顯正相關(guān)性。

(3)荷上鈾礦床屬于中低溫?zé)嵋盒外櫟V床，成因可能是花崗斑巖侵入活動后期，流體壓力增大，觸發(fā)了斑巖體上方巖石的水力壓裂作用，導(dǎo)致巖石中的鈾等元素的活化、運移和沉淀富集。