內(nèi)蒙古四子王旗衛(wèi)境南部地區(qū)鈾礦化特征及成因探討

朱小兵,徐 勇,羅 瀟

(1.核工業(yè)二三〇研究所,湖南 長沙 410007;2.湖南省伴生放射性礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與綜合利用工程技術(shù)研究中心,湖南 長沙 410007)

內(nèi)蒙古四子王旗衛(wèi)境南部地區(qū)位于衛(wèi)境巖體南部,具有較優(yōu)越的鈾成礦地質(zhì)條件。區(qū)內(nèi)螢石及多金屬礦產(chǎn)極為發(fā)育,有蘇莫查干、敖包吐等特大型(大型)螢石礦及一系列礦(化)點(diǎn)。前人主要在衛(wèi)境巖體西側(cè)查干哈達(dá)—貴勒斯太地區(qū)和東側(cè)巴彥敖包地區(qū)開展了鈾礦調(diào)查評(píng)價(jià)工作,通過鉆探、槽探、地質(zhì)測量,及物化探測等手段發(fā)現(xiàn)一些鈾異常(礦化)點(diǎn),鈾礦化類型主要分為花崗巖型、接觸交代型[1-3]。目前,對(duì)衛(wèi)境南部地區(qū)研究工作程度較低。筆者以衛(wèi)境南部地區(qū)為研究對(duì)象,從鈾礦化特征、元素地球化學(xué)特征及成因方面進(jìn)行研究,以期為衛(wèi)境地區(qū)鈾礦勘查提供新的線索和方向。

1 地質(zhì)背景

衛(wèi)境南部地區(qū)位于西伯利亞和華北板塊之間的中亞古生代造山帶的東段,索倫山—西拉木倫河板塊縫合線[4]和賀根山深大斷裂之間,巴音寶力格隆起西部。

區(qū)內(nèi)出露地層主要為下二疊統(tǒng)大石寨組火山-沉積巖(圖1),由變質(zhì)流紋晶屑凝灰?guī)r、流紋巖和碳質(zhì)、綠泥質(zhì)板巖組成[5]。流紋巖的鋯石SHRIMP U-Pb同位素年齡為(276±10)Ma,其形成時(shí)代為海西晚期[6]545。大石寨組三巖段板巖為主要的含礦圍巖。巖漿巖主要為衛(wèi)境巖體,巖體分帶明顯,中心相至邊緣相巖性依次由中粗粒似斑狀黑云母花崗巖過渡為細(xì)粒斑狀黑云母花崗巖,U-Pb鋯石年齡(138±4)Ma[6]545。

1—下白堊統(tǒng);2—大石寨組四巖段;3—大石寨組三巖段;4—大石寨組二巖段;5—燕山晚期白堊紀(jì)花崗巖(衛(wèi)境巖體);6—細(xì)?；◢弾r脈;7—地層整合及不整合;8—斷裂;9—鈾礦化點(diǎn);10—螢石礦;11—取樣位置及編號(hào)。圖1 衛(wèi)境南部地區(qū)地質(zhì)圖Fig. 1 Geological map of southern Weijing area

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造大致可分為北東向、北西向2組。北東向構(gòu)造主要有F1、F1-1、F1-2、F1-3、F1-4,以均壓性為主,構(gòu)造巖主要為蝕變構(gòu)造角礫巖,其中F1是區(qū)域性大斷裂,也是蘇莫查干螢石礦的控礦構(gòu)造;F1-1、F1-3、F1-4等構(gòu)造控制了鈾礦化的產(chǎn)出。北西向構(gòu)造F39,構(gòu)造性質(zhì)為張性,在敖包吐附近將北東向構(gòu)造錯(cuò)斷,導(dǎo)致地層錯(cuò)位,同時(shí)引起南西端地層發(fā)生倒轉(zhuǎn),傾向變?yōu)镾E。

區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)較為豐富,有螢石礦、鈾礦等,其中螢石礦主要有蘇莫查干螢石礦和敖包吐螢石礦;鈾礦化主要產(chǎn)于查干哈達(dá)、推饒木查干敖包、巴彥敖包、衛(wèi)境南部一帶。

2 鈾礦化特征

2.1 地表鈾礦化特征

區(qū)內(nèi)鈾礦化主要產(chǎn)于衛(wèi)境巖體南部外接觸帶大石寨組三巖段的層間斷裂構(gòu)造中,異常呈帶狀展布,受控于北東向F1-1、F1-3、F1-4斷裂。異常斷續(xù)延伸5 km,其中北東段的連續(xù)異常長約700 m、寬為0.5～2.0 m,刻槽樣品中w(U)為0.02%～0.33%,賦礦巖性為硅化、褐鐵礦化、赤鐵礦化和碳酸鹽化的構(gòu)造角礫巖,圍巖為灰黑色絹云母綠泥石碳質(zhì)板巖、千枚巖。

2.2 物化探異常范圍

研究區(qū)能譜鈾異常整體呈北東向條帶狀展布(圖2),測量值主要介于(2～6)×10-6,峰值可達(dá)200×10-6以上,具西南、東北高特征,與構(gòu)造F1-1、F1-3、F1-4吻合度較高,這表明構(gòu)造是該地區(qū)的主要控礦因素之一。

1—下白堊統(tǒng);2—大石寨組四段;3—大石寨組三段;4—大石寨組二段;5—衛(wèi)境巖體;6—花崗巖脈;7—巖層界限;8—螢石礦;9—斷裂。圖2 衛(wèi)境南部地區(qū)地面伽馬能譜鈾含量等值線圖Fig. 2 Contour map of uranium content in surface gamma-ray spectrum in southern Weijing area

2.3 礦石特征及鈾賦存形式

衛(wèi)境南部地區(qū)賦礦巖性為硅化、褐鐵礦化、赤鐵礦化構(gòu)造角礫巖,原巖為灰黑色絹云母綠泥石碳質(zhì)板巖。鈾礦石呈微晶粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為柱狀、粒狀磷灰石,它形微晶粒狀石英,以及凝粒狀、團(tuán)塊狀氧化鐵質(zhì)和吸附態(tài)鈾。常見2個(gè)圈層,內(nèi)圈層為微晶、隱晶集合體狀膠磷礦,外圈層為具規(guī)則假象的氧化鐵質(zhì)(圖3a、圖3b)。巖石發(fā)育碎裂化,發(fā)育裂隙,裂隙中分布方解石、氧化鐵質(zhì)等。

(a)D0611-3鏡下照片(正交偏光);(b)D0710鏡下照片(單偏光);(c)D0611-3礦石α-track;(d)D0611-3礦石α-track對(duì)應(yīng)氧化鐵質(zhì)(反射偏光)。Cal—方解石;Ap—磷灰石;Chl—綠泥石;Fe-oxide—氧化鐵質(zhì);Tlm—鈦鐵礦;Hem—赤鐵礦。圖3 衛(wèi)境南部地區(qū)典型礦石鏡下特征Fig. 3 Typical microscopic characteristics of ore in southern Weijing area

α徑跡主要呈稀疏、分散的點(diǎn)狀(圖3c),徑跡主要對(duì)應(yīng)巖石中的氧化鐵質(zhì)、磷質(zhì)(圖3d)。這表明衛(wèi)境南部地區(qū)鈾主要賦存于膠磷礦和氧化鐵質(zhì)周邊,鈾多以吸附態(tài)形式存在于膠磷礦,與相山鈾礦田的部分礦物共生組合相類似[7]218。

3 元素地球化學(xué)特征

3.1 樣品采集及分析測試

樣品采集:采集近地表新鮮樣品11件,其中2件為圍巖,用于與礦石樣對(duì)比;2件為微晶石英,用于構(gòu)造對(duì)比分析;7件為礦石,用于鈾礦化地球化學(xué)特征分析。樣品由核工業(yè)二三〇研究所分析測試中心進(jìn)行分析測試。

測試方法:采用《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法 第30部分:44個(gè)元素量測定》(GB/T 14506.30—2010)測定相關(guān)元素;采用《測定相關(guān)元素電感耦合等離子體質(zhì)譜法》(230-JC-011—2017)測定巖石土壤中Ag、As、Hg;采用《區(qū)域地球化學(xué)樣品分析方法第3部分:鋇、鈹、鉍等15個(gè)元素量測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》(DZ/T 0279.3—2016)測定相關(guān)元素;采用《多金屬礦石分析 無色散原子熒光光譜法》(DZG 93-01)測定汞量。

3.2 常量、微量元素特征

衛(wèi)境南部地區(qū)常量、微量元素組分見表1?？梢钥闯?與圍巖相比,礦石中P2O5、CaO、Sr、Al2O3、MnO均有不同程度的富集,而Rb、K2O存在不同程度的流失,具有明顯的高Sr、低Rb特征;礦石組分與北天山冰草溝鈾磷礦、相山礦田的富磷鈾礦石化學(xué)成分特征一致。鈾的富集過程是伴隨著w(FeO)減少、w(Fe2O3)增加的氧化過程。

表1 衛(wèi)境南部地區(qū)常量及部分微量元素含量Table 1 Content of major and trace elements in southern Weijing area

使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)衛(wèi)境南部地區(qū)樣品的部分常量、微量元素進(jìn)行R型聚類分析,統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2、圖4。

表2 衛(wèi)境南部地區(qū)常量、微量等元素相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of constant and trace elements in southern Weijing area

圖4 衛(wèi)境南部地區(qū)常量、微量等元素R型聚類圖Fig. 4 R-type cluster diagram of constant and trace elements in southern Weijing area

U與P2O5相關(guān)性系數(shù)為0.928,正相關(guān)性良好;與SiO2呈負(fù)相關(guān),相關(guān)性系數(shù)為-0.91(與相山磷灰石富鈾礦特征相似[7]219);與FeO呈負(fù)相關(guān),與Fe2O3呈正相關(guān)。這一特征表明,鈾成礦作用可能與硅質(zhì)熱液無關(guān),與膠磷礦、氧化鐵質(zhì)的吸附作用相關(guān),鈾的存在形式與鏡下鑒定結(jié)果一致。另外,U含量與Sr、Ca、Y的含量具有正相關(guān)性,這些元素可能與鈾的成因密切相關(guān)。

3.3 稀土元素特征

衛(wèi)境南部地區(qū)稀土元素組分見表3。從衛(wèi)境南部地區(qū)稀土元素配分模式(圖5)可以看出,F1-1、F1-4構(gòu)造中的礦石稀土元素特征表現(xiàn)為整體呈略左傾的“海鷗”型,w(LREE)/w(HREE)<1,為重稀土較輕稀土富集的特征,具明顯的Eu負(fù)異常;F1-3構(gòu)造中的礦石的稀土元素特征介于F1-1與圍巖之間,可能與該構(gòu)造的成礦作用強(qiáng)度有關(guān),這與F1-3礦石的w(U)不高(0.023%)相吻合;F1-1構(gòu)造中的紅色玉髓稀土元素特征表現(xiàn)為右傾,w(LREE)/w(HREE)<1,Eu異常不明顯,δEu略大于1,明顯區(qū)別于礦石的稀土元素特征,但與F1(蘇莫查干區(qū)域大斷裂)構(gòu)造中微晶石英的稀土元素特征相似,二者可能為同一期次的物源,在深部連通,F1可能為導(dǎo)礦構(gòu)造;圍巖的稀土元素特征表現(xiàn)為右傾,w(LREE)/w(HREE)>1,具明顯的Eu負(fù)異常。

綜合來看,圍巖與礦石的稀土元素特征差異大,鈾成礦作用過程中重稀土富集十分明顯,且熱液活動(dòng)具有多期次性,鈾成礦作用可能與玉髓(微晶石英)期的硅質(zhì)熱液無關(guān),這與常量元素特征中U與SiO2呈負(fù)相關(guān)的結(jié)論一致。

4 分析討論

4.1 鈾成礦期次及時(shí)間

通過對(duì)比分析,F1-1、F1-4與F1-3不同構(gòu)造部位在鈾礦化強(qiáng)度及稀土元素特征方面都存在一定的差異,結(jié)合野外觀察和薄片鑒定,F1-1、F1-4鈾主要吸附于膠磷礦和氧化鐵質(zhì)周邊,F1-3鈾主要分散于氧化鐵質(zhì)周邊,該區(qū)鈾的富集成因有2種:以氧化鐵質(zhì)的吸附為主,形成了F1-3鈾礦化,礦化強(qiáng)度一般,鈾含量整體不高,僅達(dá)到鈾異常;以鈾、磷灰石、重稀土、鍶共同富集占主導(dǎo)地位,鈾成礦作用最為強(qiáng)烈,疊加了氧化鐵質(zhì)的吸附作用,鈾品位較高(0.1%以上),最高可到0.3%,形成了F1-1、F1-4的鈾礦化。

衛(wèi)境南部地區(qū)鈾礦石與敖包吐螢石礦石具有相似的元素地球化學(xué)特征,具有高Sr、低Rb、HREE富集明顯、Eu虧損等特征。二者可能為同一期次的含礦熱液,成礦作用時(shí)間相當(dāng),為(137±1.1)Ma[8]142,與衛(wèi)境巖體(138±4)Ma[6]545基本一致。這與LHRR富集的衛(wèi)境巖體似斑狀花崗巖存在明顯差異,可能暗示著在鈾成礦作用過程中巖漿的侵入為其提供良好的熱源,為成礦過程中物質(zhì)的萃取交換提供了條件。

4.2 鈾礦化成因

4.2.1 鈾磷沉積作用

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查和鏡下鑒定結(jié)果,衛(wèi)境南部地區(qū)鈾礦化賦存于北東向構(gòu)造巖中,巖性為構(gòu)造角礫巖,主要由磷灰石、石英、氧化特質(zhì)及少量方解石組成,原巖為灰黑色絹云母綠泥石碳質(zhì)板巖,富含Y的礦物幾乎都存在于花崗巖類的巖石及其有關(guān)的偉晶巖、氣成-熱液及熱液礦床中[9]195。衛(wèi)境南部地區(qū)U含量與Y含量呈正相關(guān)性,鈾礦石中Y富集系數(shù)從幾到幾十。這些都表明衛(wèi)境地區(qū)的鈾成礦作用有熱液活動(dòng)的參與。

4.2.2 重稀土富集機(jī)制

由于重稀土的遷移能力較輕稀土的強(qiáng),輕稀土的被吸附能力較重稀土的強(qiáng)[12]。成礦熱液在長期的演化過程中,在低溫環(huán)境的熱液活動(dòng)晚期,利于鈾和重稀土共同沉淀富集。在熱液上升遷移過程中伴隨著鐵的氧化,FeO含量減少,Fe2O3含量增加,鈾被還原沉淀并吸附于氧化鐵質(zhì)周邊,形成了衛(wèi)境地區(qū)鈾沉淀的另一種機(jī)制,但鈾成礦作用強(qiáng)度不大。

4.2.3 鍶富集機(jī)制

高Sr可能是成礦流體富Sr,或流體在較高溫度的變質(zhì)作用過程中萃取了泥質(zhì)圍巖或結(jié)晶灰?guī)r中的Sr;還可能是部分Sr來自于衛(wèi)境巖體花崗巖中[6]552。鍶的地球化學(xué)特點(diǎn)使其較容易進(jìn)入各種富鈣或鉀的礦物中,對(duì)于鍶的類質(zhì)同象來說,輝石中鈣的位置太小(晶格構(gòu)造比較緊張),云母中鉀的位置又太大,只有斜長石、磷灰石、榍石中鈣的位置和鉀長石中鉀的位置較合適[9]200。因此,鍶較容易進(jìn)入磷灰石中置換鈣。發(fā)生鈾礦化的巖石富含磷灰石,進(jìn)而也富含Sr。

以上共同作用,形成了衛(wèi)境地區(qū)鈾與磷灰石、重稀土、鍶共同富集的特征。這一成礦機(jī)制與北天山冰草溝鈾磷礦床、相山富磷鈾礦具有一定的相似性,但與衛(wèi)境地區(qū)其他地段堿交代等類型不同。

5 結(jié)論

1)衛(wèi)境南部地區(qū)鈾礦化主要受大石寨組三段中北東向構(gòu)造控制,屬于花崗巖外帶型鈾礦化,鈾多以吸附形式賦存于磷灰石、氧化鐵質(zhì)周緣,圍巖為碳質(zhì)板巖。

2)衛(wèi)境南部地區(qū)礦石具有高P2O5、CaO、Fe2O3、Sr、Y,低Rb、K2O、FeO特征,重稀土元素明顯富集,與敖包吐螢石礦元素地球化學(xué)特征相似;成礦熱液富含U、P、HREE、Fe等,與硅質(zhì)熱液無關(guān),鈾成礦年齡與衛(wèi)境巖體大致相當(dāng)。

3)衛(wèi)境南部地區(qū)具有鈾、磷灰石、重稀土、鍶共同富集的特征,鈾、磷共遷移、共沉淀特性促使鈾與磷灰石共沉積富集,疊加氧化鐵質(zhì)的吸附作用更為有利;熱液的物理化學(xué)條件的改變可能僅為其沉淀提供條件,而非主導(dǎo)因素。該成因類型是衛(wèi)境地區(qū)的1種新的鈾富集模式,研究結(jié)果為該區(qū)的鈾礦勘查提供了新的線索和方向。