河南省盧氏縣熊藏溝鈾礦礦化地質(zhì)特征及成因探討

曾慶海

(河南省核工業(yè)地質(zhì)局，河南 鄭州 450000)

40年來，我國鈾礦地質(zhì)勘查工作取得了顯著成果，探明了一大批鈾礦床，提交了可觀的鈾儲量，建設(shè)了一批大型礦山和水冶廠，但我國的鈾資源量與世界主要產(chǎn)鈾國家相比仍存在很大差距，主要是大礦、富礦，經(jīng)濟(jì)效益好的礦少[1-6]。從國家中長期核電發(fā)展規(guī)劃而言，鈾資源存在的缺口大。國家加快核電建設(shè)，鈾礦資源矛盾突出，近期鈾礦山在加大采掘能力，水冶廠在擴(kuò)大“111”產(chǎn)品生產(chǎn)，對鈾礦資源的需求更為迫切[7-10]。

熊藏溝地區(qū)位于華北地臺南緣，華熊沉降帶的南部、欒川—薄山—盧氏陷褶斷束秦嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶。盧氏—欒川成礦帶是河南省重要的多金屬成礦帶，出露主要地層是一套淺變質(zhì)巖系，巖性極為復(fù)雜。斷裂構(gòu)造發(fā)育，火成巖廣泛分布。區(qū)域礦產(chǎn)豐富，主要有鉛、鋅、金、銀、鉬、銻、鐵、鈾等。成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，是開展鈾及其他金屬礦產(chǎn)調(diào)查的良好場所。為保證我國核燃料立足于國內(nèi)，擴(kuò)大鈾資源勘查，尋找富大鈾礦成為鈾礦地質(zhì)行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域?qū)偃A北地臺地層區(qū)，豫西—豫東南分區(qū)。出露的地層主要有新元古界官道口群、欒川群及震旦系羅圈組。新元古界內(nèi)含鈾層位較多，但不穩(wěn)定，有中元古界熊耳群雞蛋坪組中酸性火山巖鈾含量4×10-6，中元古界欒川群白術(shù)溝組碳硅質(zhì)板巖鈾含量10×10-6～50×10-6。以上富鈾或含鈾層多分布于華北地臺南源，是良好的鈾源層，為本區(qū)鈾遷移、富集成礦提供了有利條件。熊藏溝區(qū)域地質(zhì)如圖1所示。

圖1 熊藏溝區(qū)域地質(zhì)Fig.1 Geological sketch map of Xiongzanggou area

1.1 地層

預(yù)查區(qū)屬華北地臺地層區(qū)，豫西—豫東南分區(qū)，北秦嶺分區(qū)。區(qū)域內(nèi)豫西—豫東南分區(qū)出露的地層主要有新太古界太華雜巖、太華巖群，中元古界熊耳群、高山河組(Pt2g)，新元古界官道口群、欒川群及震旦系羅圈組，早古生界陶灣巖群，中生界白堊系，新生界古近系、新近系。區(qū)域內(nèi)北秦嶺分區(qū)出露的地層主要有中新元古界寬坪巖群，下古生界二郎坪群，中生界三疊系五里川組。

(1)太古界太華雜巖(Ar ogn)、太華巖群(Ar th)在區(qū)域內(nèi)北上角少量出露，主要巖性為下部斜長角閃透輝巖、斜長角閃片巖夾透輝石英巖；中部為黑云斜長片麻巖、變粒巖夾斜長角閃片巖及少量石英巖、大理巖部蝕變大理巖夾黑云斜長片巖。

(2)中元古界熊耳群、高山河群(Pt2g)。①熊耳群。大古石組(Pt2dg)主要巖性為一套河、 湖相碎屑巖沉積，主要巖性為砂礫巖、 砂巖、 砂質(zhì)頁巖，頂部局部為灰?guī)r，最大厚度212 m；許山組(Pt2x)主要巖性為安山巖、 輝石安山巖、 安山玄武巖，夾少量英安巖、 火山碎屑巖，最大厚度3 656 m；雞蛋坪組(Pt2j)主要巖性為石英斑巖、流紋斑巖、英安斑巖，夾少量安山巖、珍珠巖等，厚1 588 m；馬家河組(Pt2m)主要巖性為安山巖、 輝石安山巖，夾流紋巖、 英安巖、 火山碎屑巖、碎屑巖、 疊層石灰?guī)r等，厚2 322 m；龍脖組(Pt2lb)主要巖性為石英斑巖、 英安斑巖，夾少量安山巖、 泥板巖等，厚750 m。②高山河群(Pt3g)。為洛南盆地海岸上超在盧氏一方城北部形成的一套碎屑巖沉積，在河南省內(nèi)未分組，與下伏熊耳群為不整合接觸。下部以(含礫) 石英砂巖為主，夾紫紅色頁巖、堿性火山巖；中部以紫紅色泥巖為主，夾薄層石英砂巖；上部以灰白色、紫紅色石英砂巖為主，夾紫紅色泥巖。高山河群在河南省境內(nèi)最大殘留厚度612 m。

(3)新元古界官道口群、欒川群及震旦系羅圈組。①官道口群。龍家園組(Pt3l)由燧石條帶白云巖、白云巖、含疊層石白云巖組成，底部為含礫砂巖、石英砂巖、含礫白云巖等，頂部為角礫狀燧石巖，厚820～1 400 m；巡檢司組(Pt3xj)由燧石條帶白云巖、白云巖、含疊層石白云巖組成，底部為含礫泥砂質(zhì)白云質(zhì)板巖、灰綠色頁巖，厚143～749 m；杜關(guān)組(Pt3d)由燧石團(tuán)塊白云巖、白云巖、含疊層石白云巖組成，底部為紫紅色含礫砂巖、頁巖、泥質(zhì)白云巖等，厚150～241 m；馮家灣組(Pt3f)由燧石條紋白云巖、含疊層石白云巖、粉晶白云巖組成，厚120～378 m；白術(shù)溝組(Pt3b)以碎屑巖為主，夾少量碳酸鹽巖，巖性較復(fù)雜 縱橫相變較大，主要巖性有碳質(zhì)千枚巖(板巖)、絹云石英片巖、長石石英巖、細(xì)粒鉀長石英巖、 含碳質(zhì)白云巖等，厚242～1 011 m。②欒川群。三川組(Pt3s)下部為石英砂巖夾千枚巖，上部為黑云母(絹云母) 大理巖夾絹云鈣質(zhì)片巖，厚146～450 m；南泥湖組(Pt3n)下部為石英巖，中部為(鈣質(zhì))二云片巖、碳質(zhì)絹云片巖，上部為大理巖、條帶狀黑云母大理巖 ，厚240～5 210 m；煤窯溝組(Pt3m)下部為石英巖、二云片巖互層，夾石英大理巖，中上部為(含疊層石)白云石大理巖，含石英條帶白云質(zhì)大理巖，夾石英巖、磁鐵云母片巖、石煤層，厚630～1 456 m；大紅口組(Pt3dh)為粗面巖、粗面安山巖、變質(zhì)粗面集塊巖、變斑狀絹云石英片巖、黑云鈉長綠泥片巖、變斑狀鈉長陽起片巖和白云石大理巖，厚620～958 m；魚庫組(Pt3yk)厚層狀細(xì)粒石英白云石大理巖、(方解石)白云石大理巖(含硅質(zhì)條帶及團(tuán)塊)，夾石英巖、黑云絹云片巖，底部局部含礫巖，厚118～433 m。③震旦系羅圈組(Zl)。與下伏官道口群、 欒川群等均呈平行不整合接觸。為一套土黃、灰綠、紫紅色冰磧泥砂質(zhì)礫巖、白云質(zhì)膠結(jié)礫巖、夾含礫泥頁巖、砂巖等 ，厚10～251 m。

(4)早古生界陶灣巖群。三岔口巖組(Pz1sc)由灰黑色含碳鈣質(zhì)礫巖組成，厚163 m；風(fēng)脈廟巖組(Pz1f)以灰黑色含碳石英千枚巖、變斑黑云片巖為主，夾灰白色細(xì)晶白云巖透鏡體，厚500～1 000 m；秋木溝巖組(Pz1q)以條帶狀白云質(zhì)石英大理巖為主，夾方解石石英巖、二云鈣質(zhì)片巖及白云片巖，厚858 m。秋木溝組碳酸鹽巖中的同沉積構(gòu)造發(fā)育。

(5)中生界白堊系鷹咀山組(K2y)。由一套具磨拉石沉積特征的沖洪積相沉積組成，主要巖性為紅、紫紅、灰紫色復(fù)成分礫巖、含礫砂巖及鈣質(zhì)泥質(zhì)含礫砂巖，厚469 m。

1.2 構(gòu)造

區(qū)域構(gòu)造發(fā)育。主要有馬超營和欒川深大斷裂，研究區(qū)就位于兩大區(qū)域斷裂之間。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，特別是北西西向斷裂特別發(fā)育。主要受欒川—黑溝斷裂帶的控制，形成本區(qū)主要構(gòu)造格局，控制區(qū)內(nèi)鈾及鉛、鋅、銀、鉬等多金屬分布。區(qū)內(nèi)還發(fā)育北東、北西及北北東向次級斷裂。

1.3 巖漿巖

1.4 區(qū)域礦產(chǎn)

區(qū)域礦產(chǎn)比較豐富，主要有鉛、鋅、金、銀、鉬、銻、鈮、鉭、鐵、釩、鈾、水泥灰?guī)r、花崗巖和大理巖等礦產(chǎn)。主要金屬礦床(點(diǎn))有南泥湖鉬礦、夜長坪鉬礦、楸樹灣銅鉬礦、曲里鐵鋅礦、鐵爐坪銀鉛礦、冷水北溝鉛鋅礦、銀洞山銻礦、王莊銻礦、掌耳溝銻礦、南陽山鈮鉭礦、澗北金礦、假沙爬釩礦、東高尖鈾礦點(diǎn)及大石河鈾礦點(diǎn)等。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)地層主要為中元古界官道口群白術(shù)溝組(Pt3b)絹云石英片巖與灰黑色碳質(zhì)硅質(zhì)板巖。

中元古界官道口群白術(shù)溝組(Pt3b)以碎屑巖為主，夾少量碳酸鹽巖，巖性較復(fù)雜 縱橫相變較大，主要巖性有碳質(zhì)千枚巖(板巖)、絹云石英片巖、長石石英巖、細(xì)粒鉀長石英巖、 含碳質(zhì)白云巖等，厚度為242～1 011 m?；液谏假|(zhì)硅質(zhì)板巖走向280°～290°，傾向10°～15°，厚度大于70 m。

絹云石英片巖與灰黑色碳質(zhì)硅質(zhì)板巖呈斷裂接觸。接觸面兩側(cè)巖石碎裂或破碎，局部有構(gòu)造角礫巖。鈾礦化與構(gòu)造破裂、破碎關(guān)系密切。

2.2 構(gòu)造

本區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，規(guī)模較大，且具有多期性。東西向斷裂構(gòu)造有F901、F902，北北西斷裂構(gòu)造有F903。三組構(gòu)造賦存于官道口群白術(shù)溝組(Pt3b)灰黑色碳質(zhì)硅質(zhì)板巖中，F(xiàn)901、F902為主要含鈾礦化構(gòu)造，F(xiàn)903為后期疊加次級構(gòu)造。

F901鈾礦化帶出露長約560 m、寬15～38 m，走向80°～90°，產(chǎn)狀7°～16°∠56°～79°。地表γ強(qiáng)度一般80×10-6～90×10-6，最高455×10-6。F902鈾礦化帶出露長約400 m、寬5～40 m，走向85°～105°，產(chǎn)狀358°～8°∠52°～66°，地表γ強(qiáng)度一般60×10-6～80×10-6，最高285×10-6。F903鈾礦化帶出露長約20 m，向兩端延伸不詳，厚度3～4 m。該礦化帶呈舒緩波狀出露，走向北北西346°，傾角總體西傾，傾角77°。局部反傾，傾向東，產(chǎn)狀70°∠79°。其出露長度較小、初步認(rèn)為F903鈾礦化帶為后期構(gòu)造疊加于F901鈾礦化帶內(nèi)形成鈾礦化富集。三組構(gòu)造帶中主要充填碎裂巖、細(xì)小石英脈，蝕變有硅化、黃鐵礦化、黃銅礦化、強(qiáng)銅鈾云母等。鈾礦化與銅鈾云母關(guān)系密切，具有熱液成礦特征。異常主要位于三組斷裂構(gòu)造帶中。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿活動不強(qiáng)烈，只見有少量的花崗巖及石英脈，它們的延伸方向與構(gòu)造線方向基本一致。

3 礦區(qū)物探特征

3.1 航空放射性能譜測量異常特征

1992年，核工業(yè)航測遙感中心航測一隊(duì)在河南省盧氏航測區(qū)作1∶10萬航空放射性能譜及磁力綜合測量發(fā)現(xiàn)熊藏溝地區(qū)異?？罩蟹从晨偟?、鈾道均有較好的峰形，總計(jì)數(shù)率4 737.1(計(jì)數(shù)/s)，背景值2 248.5(計(jì)數(shù)/s)。鈾含量為15.854×10-6，釷含量8.943×10-6，鉀含量2.584%，鈾/釷比值為1.773，屬鈾性航放異常。

3.2 地面γ測量異常特征

礦區(qū)異常地面反映呈片狀、脈狀分布，連續(xù)性較好，和地面構(gòu)造破碎帶F901、F902、F903吻合較好(圖2)。背景照射量一般20×10-6～34×10-6，偏高場射量一般34×10-6～44×10-6，高場射量一般44×10-6～54×10-6，異常場照射量一般>54×10-6，局部土黃色或紫褐色破碎碳硅質(zhì)板巖可達(dá)300×10-6～550×10-6，釷含量極低，為中—高照射量率片狀鈾異常。

圖2 熊藏溝地區(qū)地面γ測量等值Fig.2 Sketch map of ground gamma measurement contour map in Xiongzanggou area

熊藏溝地段物探實(shí)際等值分布如圖3所示。

圖3 熊藏溝地段物探實(shí)際等值分布Fig.3 Actual equivalent distribution of geophysical prospecting in Xiongzanggou area

4 鈾礦(化)體地質(zhì)特征

4.1 鈾礦體特征

研究區(qū)位于華北地臺南緣，華熊沉降帶的南部、欒川—薄山—盧氏陷褶斷束秦嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶。鈾礦化賦存于官道口群白術(shù)溝組(Pt3b)灰黑色炭質(zhì)板巖及青灰色千枚巖內(nèi)，編號分別為F901、F902、F903，鈾礦體特征(圖4)。

圖4 鈾礦體分布特征Fig.4 Distribution characteristics of uranium ore bodies

通過鈾礦預(yù)查工作，熊藏溝地段F901構(gòu)造蝕變巖經(jīng)地表槽探、井探揭露圈出5個(gè)低品位鈾礦體，編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。其中，編號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ低品位鈾礦體由地表探槽控制見4層鈾礦，鈾礦體長75 m，品位及水平厚度分別為0.037%/2.00 m、0.035%/1.00 m、0.039%/1.00 m、0.041/2.00 m，四段礦體由南到北間斷分布。礦體呈透鏡狀、層狀，產(chǎn)狀與F901相近。鈾礦化產(chǎn)于淺黃色構(gòu)造蝕變巖、碎裂巖中，鈾礦化與赤鐵礦化、銅鈾云母關(guān)系密切。Ⅴ低品位鈾礦體由地表淺井控制，鈾礦體長73 m，鈾品位0.042%，厚度為1.80 m。礦體呈透鏡狀，產(chǎn)狀與F901相近。鈾礦化產(chǎn)于淺黃色構(gòu)造蝕變巖、碎裂巖中，鈾礦化與硅化、銅鈾云母關(guān)系密切。

F902構(gòu)造蝕變巖經(jīng)地表槽探露圈出1個(gè)低品位鈾礦體，編號Ⅵ由地表探槽控制，鈾礦體長75 m，鈾品位0.033%，厚度為0.78 m。礦體呈透鏡狀，產(chǎn)狀與F902相近。鈾礦化產(chǎn)于淺黃色構(gòu)造蝕變巖、碎裂巖中，鈾礦化與赤鐵礦化、銅鈾云母關(guān)系密切。F903構(gòu)造蝕變巖經(jīng)地表槽探露圈出1個(gè)低品位鈾礦體，編號Ⅶ由地表探槽控制，鈾礦體長50 m，鈾品位0.056%，厚度為2.58 m。礦體呈透鏡狀，產(chǎn)狀與F903相近。鈾礦化產(chǎn)于淺黃色構(gòu)造蝕變巖、碎裂巖中，鈾礦化與銅鈾云母關(guān)系密切。

(1)礦化與構(gòu)造。礦化嚴(yán)格受構(gòu)造控制。通過1∶2.5萬地面γ測量，發(fā)現(xiàn)的異常點(diǎn)帶分布在灰黑色炭質(zhì)板巖、破碎青灰色千枚巖及破碎炭質(zhì)板巖中。沿?cái)嗔褬?gòu)造發(fā)育，主要有3組：東西向的有F901、F902；北北西的有F903。東西向2組為主構(gòu)造，北北向?yàn)楹笃跇?gòu)造疊加。礦化主要產(chǎn)于東西向斷裂構(gòu)造帶中，3組構(gòu)造交叉部位礦化更為富集。

(2)礦化與圍巖。去掉研究區(qū)鈾礦化較好地段圍巖為官道口群白術(shù)溝組(Pt3b)千枚巖及炭板巖，炭板巖鈾豐度值較高，γ測值一般25×10-6～40×10-6。所以礦化與圍巖有一定關(guān)系。

(3)礦化與蝕變。與鈾成礦關(guān)系非常密切的圍巖蝕變主要是紅化。發(fā)育在含鈾脈體及含鈾膠結(jié)物兩側(cè)的黃褐色長石石英砂巖碎塊或角礫中，使整個(gè)黃褐色長石石英砂巖呈現(xiàn)不同程度的紅色色調(diào)。紅化受裂隙及碎裂、破碎控制。在含鈾裂隙較密集出現(xiàn)或碎裂強(qiáng)烈且含膠結(jié)物較多的地段紅化程度強(qiáng)，紅化范圍擴(kuò)展，鈾礦化愈好。

4.2 礦石質(zhì)量

(1)礦石礦物組分。礦石礦物組分比較簡單，鈾是唯一可利用元素。鈾元素的原生鈾礦物尚未發(fā)現(xiàn)，次生鈾礦物有銅鈾云母。伴生金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦礦等。脈石礦物主要有石英、綠泥石、絹云母等。次生鈾礦物分布在表生氧化帶或有地下水活動的裂隙面上。黃鐵礦有2種，一種為分布在圍巖中呈晶粒狀、星點(diǎn)狀分布或呈脈狀產(chǎn)出，黃鐵礦有較強(qiáng)金屬光澤的，與鈾礦化關(guān)系不密切；另一種為呈膠狀、土狀黃鐵礦與次生鈾礦物共生于微晶石英脈、強(qiáng)蝕變的碎裂巖、角礫巖、糜棱巖中，且與鈾含量呈正相關(guān)。石英是主要的脈石礦物，按形成先后可分為礦前期白色塊狀石英，為晶粒狀半透明石英、充填于主干斷裂構(gòu)造中；成礦期為雜色微晶石英、玉髓，脈體規(guī)模稍小，充填膠結(jié)前期石英和圍巖角礫，礦后期為黑灰色色或半透明、梳狀石英，沿構(gòu)造帶呈條帶狀充填，有時(shí)見晶洞。綠泥石、絹云母發(fā)育于斷裂構(gòu)造帶兩側(cè)的碎裂蝕變帶中，呈細(xì)脈狀、球粒狀、分散狀。鈾礦石標(biāo)本如圖5所示。

圖5 鈾礦石標(biāo)本Fig.5 Uranium ore specimen

(2)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。礦石中的各種金屬礦物主要為細(xì)粒結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，鈾及其他金屬的次生礦物呈片狀、鱗片狀、土狀、粉未狀結(jié)構(gòu)。盡管鈾礦體賦存部位不同，圍巖條件有差異，但礦石內(nèi)部構(gòu)造基本相似，主要呈細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀、細(xì)粒浸染狀、吸附分散狀及角礫狀構(gòu)造。

4.3 礦石類型

按礦石自然類型劃分為鈾—砂巖型及鈾—砂巖型炭硅板巖型。按礦石的氧化程度分類，均為氧化礦石。

5 礦床成因探討

研究區(qū)鈾礦成因類型復(fù)雜，由于工作程度較低，目前尚難得出一個(gè)統(tǒng)一認(rèn)識。但從多方面地質(zhì)因素的綜合結(jié)果考慮，認(rèn)為熊藏溝鈾礦(化)地段鈾礦化成因可能為白術(shù)溝組(Pt3b)炭質(zhì)板巖本底高及破碎炭板巖加后期熱液活動疊加鈾再度富集。

6 結(jié)語

通過地表地質(zhì)工作，大致了解研究區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、巖漿巖的分布及特征，大致了解含鈾礦地質(zhì)體的分布及特征，鈾礦體的數(shù)量、規(guī)模、產(chǎn)狀、埋深等特征，礦石的礦物成分、礦石品位及變化特征等，探討了礦床成因，研究為進(jìn)一步礦床勘查開展工作提供依據(jù)。