芮國楨

（天津華北地質勘查局核工業(yè)247大隊，天津 301800）

460大型鈾-鉬礦床成礦地質特征及成因探討

芮國楨

（天津華北地質勘查局核工業(yè)247大隊，天津 301800）

460鈾-鉬礦床是冀北沽源中生代火山巖盆地中找到的一個大型中低溫熱液斑巖型鈾-鉬礦床。文中闡述了該鈾-鉬礦床的地質特征，從區(qū)域成礦遷移過程和演化歷史分析的角度，結合蝕變元素地球化學特征研究，對成礦物質來源進行探討；總結了礦床的3個主成礦期（24、88和122 Ma），具有斑巖型、浸染型、網脈型和表生鈾礦化3種礦化類型。對礦床特征及成因進行探討。通過研究新近紀表生淋積作用在礦體上部地表處附近形成的次生富集帶，總結出冀北火山巖地區(qū)鈾-鉬地質找礦工作靶區(qū)的判別依據，明確了尋找此類型鈾-鉬礦床或盲礦體的直接標志。

460鈾-鉬礦床； 成礦特征；成因探討

460鈾-鉬礦床是冀北火山巖地區(qū)鈾礦找礦工作最具突破意義的發(fā)現，在國內享有盛譽；其鉬的工業(yè)儲量大、品位富且埋藏淺，還含有Pb、Zn、Cu和Ag等伴生元素。自1983年發(fā)現至今，眾多研究者取得了豐碩的成果，這對探明此類型礦床及擴大找礦領域起到了重要的指導作用。眾所周知，礦床是在構造運動發(fā)展一定階段中適宜的物理-化學條件下形成的。因此，進一步系統(tǒng)總結該礦床的成礦地質構造背景、蝕變地球化學及鈾-鉬礦化特征及成礦模式，并由此探討此類礦床的形成地質條件及找礦標志均具有重要意義。

1 成礦地質構造背景

460鈾-鉬礦床位于華北地臺北緣、內蒙臺背斜中部、沽源中生代火山巖盆地蔡家營—大官廠斷陷的西端，與著名的蔡家營巨型鉛-鋅礦床、534鈾-鉬礦床及若干鈾礦化點同處在一個火山斷陷盆地中。盆地區(qū)域地質演化經歷了漫長復雜的構造形變，可簡單劃分為兩個主要構造層。

1.1 前中生代基底構造層

盆地基底由晚太古代紅旗營子群的中、淺變質巖系（2 300～2 400 Ma）、古元古宙鉀質混合花崗巖及侵位的海西期花崗巖組成［1］；古元古宙呂梁構造期（1 800～1 900 Ma）強烈的鉀質混合巖化作用（即鉀質量分數由1%～2%增至6%～7%）， 使巖石中鈾質量分數從 0.5×10-6～1.5×10-6增至 4×10-6～5×10-6， Mo 質量分數從1.2×10-6～5×10-6增至 13×10-6～16.5×10-6， 即U、Mo元素富集了約5～10倍。這是該區(qū)U、Mo的首次富集作用，是區(qū)域鈾、鉬成礦的物質基礎。

1.2 中-新生代蓋層構造層

該層由中-新生代陸相中酸性火山巖、火山碎屑沉積巖（應包括：J3b、J3z、K1h和E等地層）及侵位的流紋斑巖、花崗斑巖和次粗安巖組成，厚度約為5 000～6 000 m。在礦區(qū)發(fā)育的晚侏羅世酸性火山巖，具有多旋回、多韻律及多種巖性組合的特點（表1）。該巖系屬于殼源重熔型火山巖漿產物。在重熔型火山巖漿活動階段的鈾元素在酸性火山巖漿中達到預富集。根據地面能譜測量結果證實，侏羅系火山巖中的鈾質量分數從早到晚有逐步增量的趨勢， 最高為 8×10-6～13×10-6， 相對于富鈾基底富集了2～3倍。鉬元素在巖漿活動階段以特征明顯的類質同象形式富集在造巖礦物斜長石中［2］，因此，火山巖中鉬質量分數不隨時代的演化而呈現規(guī)律性變化。

1.3 次流紋斑巖體

在區(qū)域內發(fā)育著不同地質時期的次火山巖體，如次粗面巖、次流紋斑巖和次安山巖等，其中與礦化關系密切的是晚侏羅世晚期形成的次流紋斑巖體。前人研究認為：在中國東部白堊紀的淺成或超淺成侵入巖體多半與板塊內部張剪性斷裂的分布有關，尤其是在張剪性的主干斷裂與分支斷層交叉點附近最易發(fā)育。鑒于白堊紀—早始新世時期（52～135 Ma）中國東部受岡瓦納大陸裂解后諸陸塊北移的影響，使先存的NE向主干斷裂呈現張剪性，造成晚侏羅世晚期的次流紋斑巖體常呈NE方向串珠狀排列。這與沽源—多倫地區(qū)的鈾礦化點分布規(guī)律十分吻合。

表1 460鈾-鉬礦床地層簡表Table 1 Simplified stratigraphies of uranium-molybenum deposit No.460

根據鈾在鋯石晶格中相當穩(wěn)固不易遷出或遷入特點，以此判別巖體形成時的含鈾性。在460鈾-鉬礦床的次流紋斑巖體（全巖Rb-Sr同位素年齡為125.7 Ma）中發(fā)現兩種鋯石，呈明顯熔蝕渾圓棕色短柱狀鋯石的U-Pb同位素年齡為（2 010.8±4.3）Ma， 是殼源重熔型巖漿的證據，老鋯石的鈾質量分數為497×10-6；新生長柱狀無色透明鋯石的U-Pb同位素年齡為（122.2±4.9）Ma， 新鋯石的鈾質量分數為1 215.9×10-6， 為老鋯石的 2.4 倍［3］。 據此，古鈾量的恢復結果認為，晚侏羅世晚期張家口組酸性殘余巖漿侵位所形成的次流紋斑巖體中鈾元素富集了20～30倍，是后期鈾富集成礦至關重要的礦源體。在火山活動晚期的殘余巖漿中由于富含揮發(fā)份（F、Cl等），鉬能以鹵化物形式（MoF6、MoCl2）從巖漿中分離出來，呈浸染狀分散在斑巖體中形成鉬的富集，即構成了次流紋斑巖體鈾、鉬預富集。

2 圍巖蝕變地球化學特征

2.1 圍巖蝕變種類及分帶

460鈾-鉬礦床的圍巖蝕變作用十分發(fā)育，蝕變種類較多。其中水云母化和硅化是該礦床發(fā)育最廣泛的兩種蝕變作用，也是重要的找礦標志。

2.1.1 水云母化

水云母化是長期水-巖作用的產物，主要交代礦物是斜長石，蝕變特征是使原巖褪色，呈淺綠色至灰白色。主要發(fā)育在次流紋斑巖體內、外接觸帶，或沿F45斷裂構造帶兩側分布。蝕變范圍很廣，從蝕變外帶到內帶，由蝕變未徹底而見斜長石殘斑的水云母化，轉變?yōu)殚L石礦物全部被細鱗片狀絹（水）云母集合體所替代的強烈水化帶。在水云母化巖石中鈾、 鉬背景值明顯增高 3～5倍［4］。

2.1.2 硅化

硅化主要發(fā)育在次流紋斑巖體上部，向深部減弱至標高1 120 m左右消失，橫向上巖蓬的硅化強度大于巖核，形成約460 m厚的“硅帽”。而在巖體兩側圍巖中是以硅化蝕變帶或以灰色、灰白色硅質脈的形式產出。蝕變特征是以硅質凝膠體 （SiO2·nH2O）交代原巖，硅質凝膠體可吸附相當數量的UO22+。 在含鈾硅質凝膠體沉淀經自結晶轉化為玉髓或微晶石英過程中，部分鈾可釋放出來形成瀝青鈾礦，部分鈾仍以分散吸附狀態(tài)賦存于微晶石英邊緣［5］。強硅化帶的巖石碎裂，長石發(fā)紅，石英光澤變暗，以微晶石英、玉髓或硅質凝膠體呈細脈或網脈狀充填裂隙，它們主要發(fā)育在巖蓬部位和隱爆角礫巖帶中。

2.1.3 蝕變分帶

以蝕變礦物組合特征為依據來劃分：（1）在水平上從硅化中向兩側依次為：高嶺石+蒙脫石化帶→硅化+螢石化帶→水云母化帶；（2）1 530 m中段揭示的蝕變分帶為：由鈾礦體向兩側為原生黑色硅化帶向外→褐鐵礦化帶→水云母化帶；（3）垂向蝕變分帶：應該由淺部至深部進行分帶描述。

2.2 蝕變元素地球化學特征

2.2.1 蝕變帶常量元素的變化

從表2列出的次流紋斑巖體各蝕變帶常量元素與區(qū)域未蝕變原巖的巖石化學數據對比分析來看，所有蝕變巖石的K2O質量分數均增高，Na2O、MgO、FeO和CaO等均低。從強蝕變帶到弱蝕變帶SiO2、K2O明顯降低，Na2O、FeO和MgO逐漸增高。從深部往上K2O、SiO2和 Fe2O3質量分數增加，Na2O、MgO、FeO和CaO等逐漸降低。統(tǒng)計元素地球化學特點表明：Mo質量分數與K2O、SiO2質量分數之間存在正消長關系，460鈾-鉬礦床鉬礦化部位的K2O質量分數均大于5%，可用以圈定鉬礦體，這說明鉬礦化與鉀交代作用密切相關。

2.2.2 蝕變帶微量元素的變化

從強蝕變帶到弱蝕變帶，Mo、Cu和Ag質量分數顯著降低，Pb、Zn和Mn等質量分數增加，硫的增加與巖石的黃鐵礦化有關。如460鈾-鉬礦床 ZK0-0號鉆孔揭示的Pb（0.82×10-2）、 Zn（0.209×10-2）礦化賦存在次流紋斑巖體接觸帶上的弱鉬礦化部位。

表2 蝕變巖石的化學成分Table 2 Chemical compositions of altered rocks

2.3 蝕變與成礦的關系

據大量野外實測表明，所有蝕變巖石中的鈾、鉬元素質量分數均高于未蝕變巖石，并隨著蝕變的增強而增加。這是在礦前期的各種交代蝕變作用下（如水云母化），使蝕變原巖中鈾、鉬元素從原礦物中活化轉移出來，聚集在蝕變礦物周圍或沿微裂隙分布，或被蝕變礦物如水云母、綠泥石等吸附，造成鈾、鉬元素增加，也是成礦前的最后一次增量積累而不是成礦本身，構成礦前期熱液蝕變帶預富集作用。

其次，早期階段的蝕變作用（如水云母化），使巖石的物理力學性質發(fā)生了較大變化，蝕變原巖的部分礦物或組分在蝕變過程中被溶解帶出，造成有效孔隙度增加，滲透能力增強，使成礦母巖中的鈾、鉬浸出率提高，也為成礦溶液的運移創(chuàng)造了有利條件。

3 鈾、鉬礦化特征

3.1 鈾、鉬礦體特征

460鈾-鉬礦體主要賦存在次流紋斑巖體內及隱爆角礫巖帶中，集中產在次斑巖體呈弧形拐彎由窄變寬的膨脹部位，面積為360 m×250 m，垂深位于16～480 m，遠離次流紋斑巖體處礦化明顯變差或消失。鉬礦體產狀與次流紋斑巖體產狀基本一致，又具有上緩下陡之趨勢（圖1）。鈾礦體主要產在鉬礦體內標高為1 530 m中段和標高為1 300 m中段的上、下（圖1）部位。根據礦石類型及礦物共生組合特征可劃分為3個礦化帶。

圖1 460鈾-鉬礦床2號勘探線剖面簡圖Fig.1 Geological section of exploratory line No.2 in uranium-molybenum deposit No.460

3.1.1 次生富集礦化帶

次生富集礦化帶賦存標高位于1 508～1 548 m，顏色為黑褐色或藍黑色。從1 530 m中段坑道揭露看，在鈾礦體核部的黑色礦石向兩側及上部逐漸過渡到含有黑色礦石殘留體的褐鐵礦化帶至完全氧化的褐鐵礦化帶，在該礦帶上部形成深褐色的 “鐵帽”。黑色礦石是460鈾-鉬礦床鈾、鉬富礦石的主要類型之一。鉬的賦存形式為膠硫鉬礦、藍鉬礦，鈾呈鈾黑次生礦、瀝青鈾礦和硅鈣鈾礦等礦物形式產出。

460鈾-鉬礦床的次生富集期主要發(fā)生在2～10 Ma，此時正屬于喜馬拉雅構造期的印度—澳大利亞板塊向北運移、碰撞作用下，造成新近紀以來一直處于抬升剝蝕的狀況［2］，從而在近地表的60 m范圍內，地表水（現代潛水面標高1 508 m）淋積作用使礦體上部形成次生富礦帶。

3.1.2 黑色浸染狀礦化帶

黑色浸染狀礦化帶產出標高為1 349～1 508 m，與上部次生富集帶呈漸變過渡關系，礦化賦存在次流紋斑巖的膨脹體核部。黑礦化帶鉬品位較富、鈾品位則相對較貧 （0.01×10-2～0.049×10-2）的表外礦化，其礦石特征如表3所示。根據李耀菘測定的黑色浸染狀鈾礦化期的U-Pb同位素年齡為122 Ma，成礦溶液是在中低溫（150～250℃）、 低鹽度 w（NaCl）為 1%～5%的條件下形成的［6］。

上述結果說明，黑色浸染狀礦化期形成于白堊紀，與次流紋斑巖體形成時期處于相同的地質構造背景。因此，成礦作用與侏羅紀火山作用有直接的成因聯(lián)系。而且鉬礦化特征與陳國達論述的斑巖鉬礦類型相同，并位于世界著名的內蒙古—鄂霍茨克斑巖銅（鉬）成礦帶的西南端，應稱之為斑巖型鈾-鉬礦化期，也就是說它們是與超淺成侵入斑巖體相關的熱液礦床，火山巖系僅僅分布在其外圍，次流紋斑巖體才是主成礦母巖。

3.1.3 紅色脈狀礦化帶

紅色脈狀礦化帶為古近紀漢諾壩玄武巖漿熱液與大氣降水雙混合火山熱水疊造鈾成礦階段。礦化產出標高位于1 067～1 476 m，礦體呈厚板狀賦存在次流紋斑巖體膨脹部下盤，走向呈NW-SE、陡傾斜展布；其1 349～1 476 m標高之間是黑色浸染狀礦化與紅色脈狀礦化相疊加部位的黃色過渡帶。紅化礦石為鈾、鉬品位較高的富礦，礦石特征詳見表3。李耀菘測定的紅色脈狀鈾礦化期的同位素年齡為24 Ma（即古近紀晚期）；另據U-Pb同位素演化體系推算出，脈狀成礦物質主要來源于基底巖石經重熔火山巖漿富集后提供的鈾源。這顯然與中始新世—漸新世（23.3～52 Ma）構造應力場主應力方向的突變及裂隙伸展幔源玄武巖漿活動有關，為熱液的貫入及成礦元素的堆積創(chuàng)造了良好條件，而此時的NE向斷裂以壓剪性的封閉狀態(tài)為主，不利于金屬元素的大量堆積。

根據氫氧同位素分析結果，460鈾-鉬礦床紅色角礫脈狀礦化中的硅質脈包體（δ18O），為 2.57‰～7.16‰， δD 為 97.72‰～99.51‰，形成溫度為110～205℃；表明成礦熱液為中低溫的鹽類溶液，熱液中除巖漿水外混有大量大氣降水，大氣降水的活動中心是次流紋斑巖體，并在此發(fā)生強烈的水-巖交換作用。

表3 460鈾-鉬礦床的礦石類型與礦物共生組合Table 3 Ore types and mineral association in uranium-molybenum deposit No.460

3.2 控礦因素探討

460鈾-鉬礦體的產出特征：在時間上礦巖時差較大，又與次斑巖體關系密切；在空間上與次斑巖體內所形成的各種構造有關。即，在次斑巖體內部（稱為巖核）以黑色浸染狀的鉬礦化為主，脈體不發(fā)育；次流紋斑巖體膨脹凸起部位的下盤內接觸帶中（稱為巖蓬），鈾-鉬富礦體以紅色細脈狀礦化為主，其產狀受巖蓬形態(tài)制約，特別是在巖蓬的變異部位都有鈾-鉬礦化產出。在平面圖上呈半環(huán)狀的鈾礦化帶圍繞著次流紋斑巖體產出。

鈾-鉬礦化類型可劃分為浸染型和細脈（或網脈）型兩種。巖核主要是黑化浸染型，向外出現微脈，繼而變?yōu)榧毭}，越向外細脈越多，呈紅化網脈型，脈幅也增大，并從巖體延伸入圍巖，顯示出侵入巖體構造綜合控礦特點。這是由于成礦母巖為一超淺成、冷凝迅速的小侵入巖體；火山活動期后的殘余巖漿侵位時上升壓力強烈，巖體邊部先凝外殼受強大的張力沖擊而碎裂，到近地表低壓區(qū)產生沸騰張力而發(fā)生隱伏爆炸，形成隱爆角礫巖帶，遂為形成上述礦體的分布提供了控礦構造條件。而且，至今在460鈾-鉬礦床尚未發(fā)現具有一定規(guī)模的控礦斷裂存在。

礦床的成礦分為3個階段：晚侏羅世晚期斑巖型鈾-鉬礦化階段（122 Ma）；白堊紀晚期巖漿熱液體與大氣降水雙混合火山熱水疊造浸染狀鈾-鉬礦化階段（88 Ma）；古近紀幔源玄武巖漿氣液流體與大氣水雙混合熱水疊造網脈狀鈾礦化階段。

4 總 結

綜上所述，460鈾-鉬礦床在形成演化歷史方面具有完整的鈾-鉬預富集體系及其成礦地質構造背景。即：（1）元古代呂梁構造期的鉀質混合巖化作用導致富含鈾-鉬結晶基底的形成，以及中生代侏羅紀燕山期殼源重熔型火山巖漿作用的鈾、鉬相對富集，兩者共同構成鈾、鉬成礦重要的鈾源層富集階段；（2）白堊紀由于構造應力場突變，造成酸性殘余巖漿沿近NE向張剪性斷裂上侵，形成以富含鈾、鉬元素為特色的次流紋斑巖體，這是460鈾-鉬礦床形成最具有決定性作用的巖體預富集；（3）廣泛發(fā)育的圍巖蝕變作用具有明顯的分帶性，蝕變帶中的K2O、SiO2質量分數均高于蝕變原巖；特別是強水云母化、強硅化帶巖石中鈾、鉬等元素背景值明顯增高，構成了礦前期蝕變帶預富集。

次流紋斑巖體是主成礦母巖，它也是一陡傾的超淺成、冷凝迅速的小侵入巖體，其巖體內的密集裂隙和隱爆角礫巖帶為成礦提供了有利的儲礦構造條件。次流紋斑巖體還是晚白堊紀斑巖期成礦熱液的活動中心，曾在此發(fā)生過強烈的水-巖交換作用而形成斑巖型鈾-鉬礦床。

在新近紀晚期構造應力場控制下，次斑巖體的巖蓬部位形成近NW向張裂隙或先存隱爆角礫巖帶發(fā)生張裂，控制了460鈾-鉬礦床紅色脈狀或網脈狀富鈾礦體的發(fā)育。

新近紀的喜馬拉雅晚期構造抬升形變與剝蝕作用，將礦體抬升到接近地表的部位，并在礦體頂部形成品位相當高的鈾-鉬次生富集礦化帶（圖2）。

圖2 460鈾-鉬礦床成礦模式圖［1］Fig.2 Metallogenic model of uranium-molybenum deposit No.460［1］

上述因素緊密相關、缺一不可。同時它也是冀北火山巖地區(qū)鈾、鉬地質找礦工作進一步選定靶區(qū)的判別依據和區(qū)域成礦遠景預測的標準。此外，上述蝕變地球化學特征（廣泛發(fā)育的水云母化、綠泥石化、紫黑色螢石化、強硅化、鉀高場和低δ18O蝕變巖等）也是尋找此類型鈾-鉬礦床和盲礦體的直接標志。

［1］王正邦，羅 毅，周德安，等.沽源火山巖盆地成礦地質條件分析及遠景評價［C］//華北地臺鈾成礦條件和找礦前景論文集.北京：中國核工業(yè)地質局，1987.

［2］ 劉英俊，王鶴年.元素地球化學［M］.北京：科學出版社，1984:272.

［3］ 陶 銓.華北地臺北帶同位素地質特征與區(qū)域鈾礦化的內在聯(lián)系［C］//華北地臺鈾成礦條件和找礦前景論文集.北京：中國核工業(yè)地質局，1987.

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［5］ 張祖還，章邦桐.鈾地球化學［M］.北京：原子能出版社，1984.

［6］ 李耀菘.460鈾礦床主要礦化期的同位素年齡［J］.鈾礦地質， 1989， 5（4）： 203-208.

Discussion on metallogenic characteristics and genesis of large U-Mo deposit No.460

RUI Guo-zhen
（Nuclear Industry Party No.247， Tianjin North China Geological Exploration Bureau，Tianjin 301800，China）

U-Mo deposit No.460 is a large meso-epithermal porphyre-type U-Mo deposit in Mesozoic volcanic basin in Guyuan of northern Hebei Province.This paper describes the characteristics of U-Mo deposit No.460 in the migration process of regional metallogenic matters and historic evolution，discusses the sources of metallogenic matters with geochemical characteristics of alteration elements.Three major mimeralizaion periods are summarized at 24 Ma，88 Ma and 122 Ma.The mineralization includes porphyre-type， dissemination type， network type and supergene leaching type.The supergene infiltration in Neogene period resulted in the formation of a secondary enrichment zone in the upper part of the orebodies near the surface.Based on the above study，diagnostic evidences and direct criterion are defined for searching the same type U-Mo deposit or blind orebodies in Guyuan of northern Hebei Province.

U-Mo deposit No.460； mineralization characteristics； genesis research

P619.14；P598

A

1672-0636（2010）03-0149-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.03.006

2009-12-04；

2010-06-25

芮國楨（1967—），男，甘肅慶陽人，工程師，主要從事野外地質工作。E-mail：ruiguozhen606@sina.com