高 琰,周玉龍

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局261大隊(duì),鷹潭335001)

江西相山巴泉隱爆角礫巖型鈾礦床地質(zhì)特征及形成過(guò)程

高 琰,周玉龍

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局261大隊(duì),鷹潭335001)

以相山巴泉隱爆角礫巖型鈾礦床為研究對(duì)象,介紹該礦床的成礦地質(zhì)背景及礦床地質(zhì)特征,探討隱爆角礫巖的形成過(guò)程及鈾成礦過(guò)程。相山巴泉隱爆角礫巖受火山機(jī)構(gòu)制約,成巖成礦作用與火山—次火山作用密切相關(guān)。鈾礦化與隱爆角礫巖(筒)在時(shí)空上具有密切關(guān)系,礦化嚴(yán)格受巖筒控制,且產(chǎn)于巖筒內(nèi)及其接觸帶附近裂隙中。礦化與巖筒范圍、形態(tài)相吻合,礦體與巖筒產(chǎn)狀相同。礦化富集程度與巖筒內(nèi)的角礫大小密切相關(guān),角礫愈小礦化愈富集。礦化在水平和垂直方向上也呈規(guī)律性變化,自隱爆角礫巖(筒)中心至邊緣、從頂部至底部,鈾礦品位逐漸降低。

巴泉鈾礦床;隱爆角礫巖;礦床特征;形成過(guò)程

隱爆角礫巖是巖漿上侵至低圍壓的淺成—超淺成環(huán)境的斑巖小巖株,若氣漿組分聚集,在巖漿頂部?jī)?nèi)壓力大于圍巖壓力的應(yīng)力條件下發(fā)生的爆破作用或地下火山活動(dòng)而產(chǎn)生斑狀角礫巖[1]。國(guó)內(nèi)很多金礦、銀礦、銅礦和鈾礦等直接賦存于隱爆角礫巖(筒)中。江西省也發(fā)現(xiàn)一些與隱爆角礫巖時(shí)空、成因關(guān)系密切的鈾礦床[2-6],如相山礦田的巴泉礦床、河草坑礦田的草桃背礦床和小富足礦床、鵝公山地區(qū)的林家礦床[7]等。此類鈾礦床礦化集中、易采易選、經(jīng)濟(jì)效益好,是我國(guó)重要的鈾礦類型之一。近年來(lái),“整裝勘查區(qū)關(guān)鍵基礎(chǔ)地質(zhì)研究”工作的新進(jìn)展進(jìn)一步深化了巴泉隱爆角礫巖(筒)認(rèn)識(shí)和研究。本文分析了相山巴泉隱爆角礫巖型鈾礦床產(chǎn)出的地質(zhì)背景,梳理了該礦床地質(zhì)特征,系統(tǒng)研究了隱爆角礫巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦化蝕變及其相互關(guān)系,推測(cè)了隱爆角礫巖形成過(guò)程和鈾成礦過(guò)程,為相山礦田攻深找盲及預(yù)測(cè)部署提供參考。

1 地質(zhì)背景

相山礦田位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)和華南加里東褶皺系結(jié)合部位,處于贛杭構(gòu)造火山巖成礦帶WS段之華南活動(dòng)帶鈾成礦省[8]與贛中南樂(lè)安—寧都SN向花崗巖鈾成礦帶交匯部位的相山火山盆地中。

相山火山盆地為一大型塌陷式火山盆地[7],由基底和蓋層兩部分組成。礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為基底震旦系(Z)變質(zhì)巖、黑云母石英片巖;其次為蓋層晚侏羅世打鼓頂組下段(J3d1)陸相沉積碎屑巖,紫紅色砂巖、砂礫巖,以及晚侏羅世打鼓頂組上段(J3d2)火山碎屑巖、火山熔巖,熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r及流紋英安巖等[9](圖1)。

相山火山盆地燕山晚期大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)均伴隨不同程度的巖漿侵入活動(dòng),次火山巖漿淺成—超淺成侵入作用與火山作用為同一時(shí)期或稍晚,形成時(shí)序具有延續(xù)性[10]。礦區(qū)內(nèi)次火山巖較發(fā)育,主要為花崗斑巖和石英閃長(zhǎng)玢巖?；◢彴邘r為次火山巖漿沿推覆構(gòu)造面侵入于推覆體(又稱“飛來(lái)峰”)[11]黑云母石英片巖與打鼓頂組下段底部紫紅色砂巖、砂礫巖之間,形成近EW向展布、角度緩傾的巖蓋,或沿拱起的巴泉背斜頂部縱張構(gòu)造破碎帶侵入于中心核部地層基底黑云母石英片巖中,形成陡傾的巖枝。石英閃長(zhǎng)玢巖沿巴泉背斜頂部縱張構(gòu)造破碎帶侵入于黑云母石英片巖或花崗斑巖體內(nèi)，呈脈狀，近乎直立產(chǎn)出，走向70°～75°，傾向SE，傾角80°，長(zhǎng)約50～200 m，厚度＜15 m?；◢彴邘r巖枝東側(cè)和北側(cè)被幾條近EW向的石英閃長(zhǎng)玢巖脈環(huán)繞，巖蓋、巖枝和巖脈構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的次火山巖系。深部常見(jiàn)石英閃長(zhǎng)玢巖穿插、切割花崗斑巖，既表明二者呈侵入接觸關(guān)系，也說(shuō)明石英閃長(zhǎng)玢巖的侵入時(shí)間略晚于花崗斑巖。次火山巖侵入體的巖石演化序列為一套花崗斑巖、石英閃長(zhǎng)玢巖等中酸性巖石組合，由酸性向中酸性演化，屬于逆鮑文反應(yīng)序列。

圖1 巴泉鈾礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)華東鈾礦地質(zhì)志，2005修改)Fig．1 Generalized geologic map of the Baquan uranium ore deposit1-晚侏羅世打鼓頂組火山碎屑、火山熔巖;2-晚侏羅世打鼓頂組陸相沉積碎屑巖;3-震旦系黑云母石英片巖;4-花崗斑巖;5-石英閃長(zhǎng)玢巖;6-推覆體黑云母石英片巖;7-隱爆角礫巖體(筒);8-正斷層;9-逆斷層

礦區(qū)處于相山大型塌陷式火山口北側(cè)邊緣，構(gòu)造—巖漿活動(dòng)頻繁，褶皺和斷裂發(fā)育，主要構(gòu)造有巴泉背斜、巴泉斷層、逆沖推覆和裂隙等。這些構(gòu)造制約礦體的分布，控制鈾礦床的定位，對(duì)鈾礦體的形成具有重要作用。

2 角礫巖體地質(zhì)特征

隱爆角礫巖體產(chǎn)于巴泉鈾礦床中部震旦系黑云母石英片巖內(nèi)，以巖筒狀隱伏于逆沖推覆構(gòu)造作用產(chǎn)生的推覆體之下，淺表以下被石英閃長(zhǎng)玢巖包圍。現(xiàn)今礦床范圍內(nèi)推覆體已剝蝕殆盡，且演變?yōu)橥聘矘?gòu)造窗。隱爆角礫巖體對(duì)鈾礦化的形成和富集具有重要作用，鈾礦化與巖漿活動(dòng)具有密切關(guān)系，不僅為鈾礦的形成提供充足的熱能，也為鈾成礦提供鈾源，并為礦體的形成提供通道和空間。角礫巖筒平面呈EW向橢圓形，剖面呈陡傾的“倒喇叭狀”。125 m標(biāo)高中段巖筒主要為花崗斑巖，長(zhǎng)約70 m，寬約30 m。該巖筒近乎直立往深部向下延深約190 m，至－35 m標(biāo)高收斂至幾米，最后尖滅于石英閃長(zhǎng)玢巖中(圖2)。石英閃長(zhǎng)玢巖脈向深部繼續(xù)延伸，至－300 m標(biāo)高仍未揭穿。角礫巖體因中心爆破力強(qiáng)外圍弱，由內(nèi)至外巖石碎屑物粒度逐漸變粗。巖筒內(nèi)部由爆破角礫巖構(gòu)成，角礫大小不一，形態(tài)各異，呈次棱角狀或次圓狀，分選性差。巖筒邊緣寬約0～1 m或0～6 m，最寬約12 m的震碎角礫巖帶或密集的裂隙帶，表現(xiàn)為密集的不規(guī)則裂隙，震碎角礫巖的角礫可拼接，未發(fā)生明顯位移，構(gòu)成了爆破巖筒的外部邊界［12］。

圖2 巴泉隱爆角礫巖筒水平斷面對(duì)比圖Fig．2 Horizontal cross-section comparison of the Baquan cryptoexplosive breccia pipe1-角礫巖帶;2-震碎角礫帶;3-斷裂;4-黑云母石英片巖;5-花崗斑巖;6-石英閃長(zhǎng)玢巖;7-片巖角礫;8-花崗斑巖角礫;9-石英閃長(zhǎng)玢巖角礫

巴泉隱爆角礫巖由花崗斑巖巖枝和少量石英閃長(zhǎng)玢巖脈經(jīng)隱敝爆炸而成。巖筒上部角礫以花崗斑巖為主，下部角礫以石英閃長(zhǎng)玢巖為主。根據(jù)角礫成分劃分為花崗斑巖角礫巖→英安玢巖角礫巖→片巖角礫巖3個(gè)巖相。由于原地巖石距離爆炸中心的遠(yuǎn)近不同，因而被爆破炸碎的巖石大小也不同。按角礫的成因方式劃分為爆破角礫巖→爆破集塊角礫巖→震碎角礫巖3個(gè)巖相。角礫大小懸殊，角礫粒徑一般30～50 cm，最大角礫粒徑達(dá)1 m以上，最小角礫粒徑僅幾厘米。膠結(jié)物主要由原地巖石爆炸而成的細(xì)小碎屑巖、極微細(xì)巖石粉沫和熔漿，且?guī)缀跷g變?yōu)榫G泥石。

3 礦床地質(zhì)特征

巴泉隱爆角礫巖型鈾礦床位于相山大型塌陷式火山盆地北部，產(chǎn)于逆沖推覆構(gòu)造作用形成的推覆體之下。鈾礦化受侵入于EW向巴泉背斜軸部的次火山巖-隱爆角礫巖體(筒)控制。

3.1 礦體特征

鈾礦體主要賦存于隱爆角礫巖體(筒)內(nèi)及接觸帶黑云母石英片巖中，呈似柱狀和脈狀產(chǎn)出。整個(gè)角礫巖體(筒)是一個(gè)大礦體，似柱狀礦體是巴泉鈾礦床的主礦體。該礦體平面呈EW向展布的橢圓狀，剖面呈近乎直立、上大下小的“倒喇叭狀”。走向長(zhǎng)約110 m，寬約19 m，垂深約190 m(圖3)。鈾礦化以充填為主，浸染交代為次。礦化富集程度與角礫巖中角礫大小有關(guān)，角礫愈小鈾礦愈富，角礫越大鈾礦越貧。角礫粒徑＞0.4 m，礦化較弱。鈾礦化在垂向上呈規(guī)律性變化，巖筒上部品位為0.160%，下部品位僅為0.063%。

圖3 巴泉鈾礦床6號(hào)勘探線剖面圖Fig．3 Profile of the exploration line 6 of the Baquan uranium ore deposit1-黑云母石英片巖;2-花崗斑巖;3-石英閃長(zhǎng)玢巖;4-隱爆角礫巖體(筒);5-礦體

3.2 礦石特征

礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形、他形粒狀結(jié)構(gòu)、殘余交代結(jié)構(gòu)、乳滴狀結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造為浸染狀、膠結(jié)角礫狀、團(tuán)塊狀、裂隙充填狀及細(xì)脈—細(xì)網(wǎng)脈狀。

根據(jù)礦石物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等，礦石分為鈾—綠泥石型和鈾—赤鐵礦型2種礦石類型，且前者為該礦床的主要礦石類型。因礦石類型不同，其礦物組合也不同。鈾—綠泥石型礦石由瀝青鈾礦—鈦鈾礦—黃鐵礦—鈉長(zhǎng)石—綠泥石—方解石等礦物組成，礦石呈黑綠色，主要賦存于巖筒內(nèi)角礫巖帶中，鈾與綠泥石、方解石、黃鐵礦組成角礫間礦—鈦鈾礦—黃鐵礦—鈉長(zhǎng)石—綠泥石—方解石等礦物組成,礦石呈黑綠色,主要賦存于巖筒內(nèi)角礫巖帶中,鈾與綠泥石、方解石、黃鐵礦組成角礫間膠結(jié)物。鈾—赤鐵礦型礦石由瀝青鈾礦—鈦鈾礦—赤鐵礦—鈉長(zhǎng)石—方解石等礦物組成,礦石呈紅色,主要賦存于巖筒外側(cè)裂隙帶中,多為細(xì)脈狀、細(xì)網(wǎng)脈狀礦化,暗色礦物較少。

3.3 礦石成分

礦石礦物種類簡(jiǎn)單,數(shù)量較少。鈾元素以獨(dú)立鈾礦(瀝青鈾礦)或類質(zhì)同像形式存在于礦物(綠泥石晶格)中。鈾礦物種類主要有瀝青鈾礦和鈦鈾礦。金屬礦物主要有赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、磁鐵礦、輝鉬礦等,非金屬礦物有綠泥石、鈉長(zhǎng)石、磷灰石、方解石、石英等。

瀝青鈾礦:具有典型的膠狀結(jié)構(gòu),呈微細(xì)魚(yú)子狀、細(xì)小球粒狀、鮞狀。顆粒細(xì)小,一般粒徑＜0.01mm。礦物集合體呈斑點(diǎn)狀、環(huán)帶狀、串珠狀,構(gòu)造為細(xì)脈狀、微細(xì)網(wǎng)脈狀及浸染狀。

鈦鈾礦:多呈柱狀、短柱狀、針狀,粒徑為0.01～0.05 mm,最大約0.1mm。鈦鈾礦常與瀝青鈾礦共生,常被瀝青鈾礦熔蝕。

3.4 礦石化學(xué)成分

將不同礦石類型主量元素分析結(jié)果與巴泉鈾礦床花崗斑巖、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)花崗巖巖石化學(xué)成分[13]比較(表1)發(fā)現(xiàn),礦石U3O8含量與SiO2、K2O、Na2O、Fe2O3等含量的變化相關(guān)。隨SiO2,K2O含量增加,U3O8含量降低,表明原巖礦化蝕變過(guò)程發(fā)生去硅、去鉀作用,Si、K是熱液帶出組分。隨Na2O、Fe2O3含量增加,U3O8含量增加,Na、Fe是熱液帶入組分,鈾礦化與鈉長(zhǎng)石化、赤鐵礦化有關(guān)。

表1 不同礦石類型與巴泉鈾礦床花崗斑巖及中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)花崗巖化學(xué)成分對(duì)比(%)Table1 Comparision of chemical composition about different ore types,granite porhyry of the Baquan uranium deposite and china standard granite

3.5 圍巖蝕變

圍巖蝕變有鈉長(zhǎng)石化、赤鐵礦化、綠泥石化、黃鐵礦化、碳酸鹽礦化等。按其與鈾成礦時(shí)間先后順序,分為礦前期、成礦期和礦后期3個(gè)時(shí)期。礦前期蝕變巖石呈灰綠色,以鈉長(zhǎng)石化為主,伴隨綠泥石化和碳酸鹽化,分布于角礫巖筒的內(nèi)、外接觸帶。成礦期進(jìn)一步分為早、晚2個(gè)階段,早階段蝕變巖石呈紅色,以赤鐵礦化為主,伴隨鈉長(zhǎng)石化,主要分布于角礫巖筒的外接觸帶;晚階段蝕變巖石呈黑綠色,以綠泥石化、黃鐵礦化、碳酸鹽化為主,伴隨鈉長(zhǎng)石化,主要分布于巖筒內(nèi)的角礫巖中。礦后期主要為綠泥石化、碳酸鹽礦化,以細(xì)脈狀充填于裂隙構(gòu)造中。

鈉長(zhǎng)石化:分布廣泛。鈉長(zhǎng)石呈細(xì)小板條狀集合體交代部分斜長(zhǎng)石,或呈棋盤格子狀交代鉀長(zhǎng)石,形成以鈉長(zhǎng)石為主要成分的鈉交代巖。

赤鐵礦化:分布較廣泛,與鈾礦化關(guān)系密切。赤鐵礦呈極微細(xì)的塵埃狀沿裂隙浸染交代兩側(cè)圍巖中的鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石。

綠泥石化:分布最廣泛,可分為3個(gè)成礦期。礦前期綠泥石化由巖石中黑云母蝕變而成,伴隨鈉長(zhǎng)石化,與鈾礦化關(guān)系不密切;成礦期綠泥石化是此類蝕變的主要發(fā)育階段,呈黑綠色充填于角礫間,并對(duì)角礫進(jìn)行部分交代,常賦存分散狀態(tài)的鈾,與鈾礦化關(guān)系十分密切;礦后期綠泥石化主要與方解石、少量石英共同組成脈體充填于裂隙構(gòu)造中。

黃鐵礦化:主要與成礦期綠泥石伴生,呈星點(diǎn)狀分布于角礫之間的膠結(jié)物中,與鈾礦化關(guān)系密切。

4 隱爆角礫巖形成與鈾成礦過(guò)程

綜合以上隱爆角礫巖體(筒)的地質(zhì)特征,對(duì)隱爆角礫巖的形成和鈾過(guò)程成礦作如下推斷。

產(chǎn)于推覆體之下的角礫巖體(筒)處于特殊的構(gòu)造—地質(zhì)環(huán)境。第一,勾通深部巖漿房的巖漿活動(dòng)頻繁,其演化具有多旋回性和繼承性,不僅維持高熱的地質(zhì)環(huán)境,且使成礦物質(zhì)得以最大程度匯聚,形成了熱液對(duì)流循環(huán)系統(tǒng)。第二,花崗斑巖巖枝侵入拱起的巴泉背斜頂部縱張構(gòu)造破碎帶核部,應(yīng)是構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)域,有利于原生裂隙發(fā)育。若在后期構(gòu)造—巖漿作用下,脆性的次火山巖(花崗斑巖)比相對(duì)塑性的變質(zhì)巖(黑云母石英片巖)更易破碎,形成高裂隙化的地段。第三,花崗斑巖侵入于塑性致密的黑云母石英片巖之圍巖中,具有良好的封閉性,能有效屏蔽氣液,為隱敝爆炸創(chuàng)造有利條件,其形成過(guò)程如下。

斑(玢)巖成巖和裂隙化階段:在巖漿活動(dòng)晚期,深部石英閃長(zhǎng)玢巖巖漿侵入后,來(lái)自深部巖漿房的巖漿分異出高壓高溫流體,巖漿沿巖筒、火山管道或基底斷裂通道迅速上升至被推覆體掩蓋的早已裂隙化的花崗斑巖體內(nèi)。

隱敝爆炸和角礫巖成巖階段:當(dāng)富含水的巖漿上侵至壓力較小的淺成—超淺成部位,由于減壓降溫,流體結(jié)晶分異,巖漿二次沸騰并不斷析出流體和氣體,向早已裂隙化的花崗斑巖體頂部匯集,形成氣帽。在局部圈閉環(huán)境下,花崗斑巖體內(nèi)流體壓力逐漸增大,當(dāng)其內(nèi)壓力超過(guò)上覆圍巖抗張強(qiáng)度和巖石靜壓力之和時(shí)發(fā)生隱爆作用[14],產(chǎn)生環(huán)狀、放射狀裂隙,同時(shí)形成各類角礫巖。這種爆炸可能不止一次,每次爆炸后,上部裂隙更為發(fā)育,隨后上升的流體不斷反復(fù)爆炸,逐步將花崗斑巖體全部炸碎而呈巖筒狀構(gòu)造。

鈾成礦過(guò)程:爆炸形成角礫巖后,富鈾流體上侵,與巖筒中的角礫和圍巖中的裂隙進(jìn)行鈉交代作用,形成鈉交代巖。經(jīng)過(guò)鈉交代后,富鈾流體內(nèi)含礦溶液的Ca2+、Mg2+、Fe3+等陽(yáng)離子與溶液中的Si2-、O2-、S2-、CO2-3、PO2-4等陰離子結(jié)合生成綠泥石、黃鐵礦、黃鐵礦、方解石、磷灰石等蝕變礦物,充填交代角礫、膠結(jié)物和裂隙中。鈾以(UO2(CO3)2)2-和(UO2(CO3)3)4-等鈾酰絡(luò)離子形式遷移,充填和交代于角礫巖筒內(nèi)的角礫、膠結(jié)物及接觸帶的裂隙中并還原沉淀,形成獨(dú)特的隱爆角礫巖型鈾礦化。

隱爆作用形成的裂隙及空隙為含礦熱液活動(dòng)創(chuàng)造了有利條件,導(dǎo)致角礫巖(筒)內(nèi)發(fā)生多期次鈾成礦過(guò)程。如此連續(xù)多次循環(huán)發(fā)生的隱爆—成礦作用,形成巴泉隱爆角礫巖型鈾礦床。

5 認(rèn) 識(shí)

(1)巴泉隱爆角礫巖型鈾礦床位于中生代火山機(jī)構(gòu)中,礦體賦存于隱爆角礫巖(筒)中,成巖成礦作用與相山火山—次火山作用關(guān)系密切。

(2)巴泉隱爆角礫巖型鈾礦床時(shí)空上受燕山期次火山巖-隱爆角礫巖(筒)制約,是以中心式筒狀礦體為主的鈾礦床。

(3)鈾礦體的產(chǎn)狀、礦石的結(jié)構(gòu)造構(gòu)、礦石物質(zhì)成分和礦物的共生組合與火山作用有關(guān),具有火山熱液成礦的特點(diǎn)。

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Geological characteristics and formation process of the Baquan cryptoexplosive breccia-type uranium ore deposit in Xiangshan,Jiangxi

GAO Yan,ZHOU Yu-long
(NO.261 Geological party,Jiangxi Bureau of Geology for Nuclear Industry,Yingtan 335001,China)

With the Baquan cryptoexplosive breccia-type uranium ore deposit as an objective,we summarize geological background and geological characteristics of the deposit,and discuss the formation process of cryptoexplosive breccia and uranium deposit.Constrained by its volcanic edifice,diagenetic mineralization is closely related to subvolcano and volcanism.It can be inferred that uranium mineralization is spatially and temporally related to and controlled by the cryptoexplosive breccia,and occurs mainly in pipes and fractures close to contact zones.Uranium mineralization couples with pipe range and morphology and orebodies have the same occurrence as pipes.The enrichment degree of uranium mineralization is closely related to the size of the breccias,the smaller breciccas,the higher mineralization.On the other hand, uranium mineralization also shows regular changes in vertical and horizontal directions,with ore grade decreasing gradually from center to edge and from top to bottom of the cryptoexplosive breccia(pipes).

Baquan uranium ore deposit;cryptoexplosive breccia;deposit characteristics;formation process

P619.14

A

2096-1871(2017)02-126-06

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2017.02.006

2016-07-22

2016-11-15 責(zé)任編輯:譚桂麗

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“江西相山鈾礦整裝勘查區(qū)專項(xiàng)填圖與技術(shù)應(yīng)用示范(項(xiàng)目編號(hào):12120114034401)”資助。

高琰,1966年生,女,高級(jí)工程師,主要從事鈾礦找礦勘查與技術(shù)管理工作。