李景剛，李湘蕓

（核工業(yè)三〇七大隊，廣西 貴港 537100）

3701礦床成礦物質(zhì)來源分析

李景剛，李湘蕓

（核工業(yè)三〇七大隊，廣西 貴港 537100）

3701礦床是一個以U為主，與Cu、Pb、Ag、Zn共生、伴生的多金屬礦床，屬碳硅泥巖型礦床。文章簡單介紹了礦區(qū)地質(zhì)、礦區(qū)構(gòu)造、賦礦圍巖、圍巖蝕變、賦礦層位及礦化特征，對正常、蝕變及含礦圍巖 （含花崗巖體）的鈾含量、分布特征、各種巖石的人工條件和天然條件下的鈾浸出率資料進(jìn)行分析以確定鈾大致來源。對原有的氧同位素資料進(jìn)行綜合分析，最后提出鈾的成礦物質(zhì)主要來自花崗巖，部分來自圍巖的判斷。根據(jù)掌握的資料，提出大致的鈾礦床成礦機(jī)理模型。

3701礦床；碳硅泥巖型；成礦物質(zhì)來源

Abstract:Deposit 3701 is a uranium dominated polymetallic deposit associated with Cu、 Pb、 Ag、Zn.It belongs to carbonaceous-siliceous-argillaceous rock type deposits.This paper introduces briefly the geology of deposit， host rock， wall rock alteration， ore bed and mineralization characteristics.Uranium content innormal， alteration and ore-bearing wall rock （contain granitoid intrusion）distribution characteristics and extraction rate of uranium under natural and artificial conditions are analyzed to identify the sources of uranium.Original data of oxygen isotope is analyzed by synthesis，which turned out that main metallogenetic elements mostly came from granite and some from wall rock.Based on summarizing the collected data，uranium mineralization mechanism model was proposed.

Key words:Deposit 3701； carbonaceous-siliceous-argillaceous rock type； metallogenic material source

3701礦床是位于華南成礦省西部的郴州—?dú)J州鈾成礦帶上、揚(yáng)子陸塊與華夏陸塊結(jié)合部位的碳硅泥巖型鈾多金屬礦床。該礦床鈾成礦物質(zhì)來源，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為來自成礦圍巖，也有人認(rèn)為來自花崗巖，個別人認(rèn)為來自后期的斑巖［1-2］。筆者據(jù)該礦床的地質(zhì)、地球化學(xué)、同位素資料綜合分析，推斷鈾元素大部分來自花崗巖，一部分來自圍巖。

1 礦區(qū)地質(zhì)

主要地層：黃隘組（O1h2）灰白色細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥頁巖，厚度約200 m；蓮花山組（D1l）紫紅色石英砂巖夾薄層泥頁巖組成，厚度約292 m；郁江組（D1y）石英砂巖、泥巖，厚度約250 m；四排組（D1s）結(jié)晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，厚度約280 m；應(yīng)堂組（D2i），為主含礦層位，下部以白云巖為主，其次是結(jié)晶灰?guī)r；中部為泥質(zhì)灰?guī)r、局部碎裂灰?guī)r、角巖或大理巖；上部為結(jié)晶灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r；總厚度約376 m。見圖1。

礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，主要斷裂有走向NE、NEE的F3、F15、F2、F1斷裂，且規(guī)模大。其中F3傾向SE；F15沿巖體西北側(cè)接觸帶展布，傾向NW；F2傾向SE，此斷裂帶控制了礦床中礦體的分布，但本身不含礦；F1斷裂由4條片理化帶組成的壓扭性片理化破碎帶組成，傾向SE。次要斷裂有NW、NNW的F20、F10、F5、F8，屬張性、張扭性，主要表現(xiàn)為破碎，局部見角礫巖。褶皺構(gòu)造主要有動沖背斜和馬安背斜，軸向NEE，軸面傾向NW，兩翼不對稱，核部為D1s，兩翼為D2i，動沖背斜見有石英斑巖貫入。

六陳二疊紀(jì)花崗巖體（P2ξγH），出露面積約220.7 km2，主要為粗、中粗粒含角閃石鉀長花崗巖，Rb-Sr法測年為283 Ma，主要分布于礦區(qū)南東面。另外，礦區(qū)還零星分布有石英斑巖。

2 賦礦層位及礦化特征

礦區(qū)位于花崗巖體外接觸帶，F(xiàn)3區(qū)域性斷裂帶與F15斷裂之間的次級破碎帶中，賦礦巖性主要為應(yīng)堂組（D2i）灰?guī)r。

礦體受一定巖性層位及巖性組合控制，鈾礦化集中分布在應(yīng)堂組（D2i）上部灰?guī)r中，主要由結(jié)晶灰?guī)r、細(xì)晶灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r、含炭泥質(zhì)灰?guī)r等呈相間或互層產(chǎn)出的巖性組合。巖石中含有較多的泥質(zhì)、炭質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、生物碎屑和黃鐵礦等金屬硫化物。此種巖性層位及組合有利于鈾的富集成礦［3］。

礦體受層間、似層間的斷裂構(gòu)造帶控制。這種巖石成分及物理性能差異較大，厚薄、剛?cè)嵯嚅g的巖性組合，有利層間、似層間的片理化帶、破碎帶和角礫巖帶的發(fā)育。在構(gòu)造力作用下，泥質(zhì)成分高具柔性的巖石多形成破碎帶和角礫巖帶，在片理化帶間巖石破碎，角礫巖發(fā)育，工業(yè)鈾礦體主要就受這些破碎帶、角礫巖帶的控制。

圖1 3701礦區(qū)地質(zhì)略圖 （據(jù)核工業(yè)三〇七大隊，1989，修改）Fig.1 Geological sketch of mine in 3701 （After Geological Party No.307， CNNC， 1989， modified）

礦體受花崗巖體形態(tài)的控制。平面上花崗巖體對D2i上部灰?guī)r形成三面圈圍狀態(tài)，剖面上態(tài)似一船形凹兜，工業(yè)鈾礦均賦存在凹兜內(nèi)的灰?guī)r中，花崗巖起著隔水底板和匯水墻的作用，可使含礦地下水匯集、循環(huán)并較久的停滯在凹陷內(nèi)的灰?guī)r中，使鈾在有利的物化條件下富集成礦（圖2）。

圖2 3701礦床剖面示意圖 （據(jù)核工業(yè)三〇七大隊，1989，修改）Fig.2 Sketch of deposit cross-section in Deposit 3701 （After Geological Party No.307， CNNC， 1989，modified）

礦床近礦圍巖蝕變較弱，分布范圍小。礦前蝕變有鉀長石化、綠泥石化、微晶石英化；礦期蝕變有綠泥石化、水云母化、硅化、紅化、黃鐵礦化。同時，巖漿侵入也導(dǎo)致泥盆系碳酸鹽巖廣泛熱變質(zhì)，主要有大理巖化、角巖化。礦床屬鈾多金屬型礦體類型，鈾與銅、鉛、鋅、銀等元素伴生和共生。礦化主要為碳酸鹽巖型，礦石礦物、金屬硫化物和方解石呈微脈狀、細(xì)脈狀、浸染狀產(chǎn)出，金屬礦物除鈾礦物外、主要有金屬硫化物（及其氧化物），脈石礦物以碳酸鹽礦物為主；其次為硅酸鹽型，含礦巖石有的含有機(jī)質(zhì)、有的含鐵錳質(zhì)，屬質(zhì)地松軟的黏土質(zhì)巖石，見金屬硫礦化物、碳酸鹽、氧化物、氫氧化物、硅酸鹽及次生礦物鈾黑、銅藍(lán)、孔雀石等。

礦體形態(tài)較簡單，主要為似層狀、透鏡狀、脈狀，沿走向兩端、傾向上下厚度逐漸變薄、直至尖滅。礦體產(chǎn)狀總體走向為60°，傾向SE，傾角較陡，與構(gòu)造產(chǎn)狀基本一致。主要礦石礦物為鈾礦中的瀝青鈾礦、鈾石，其它礦物主要有黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、銅藍(lán)、藍(lán)銅礦、孔雀石等。礦石結(jié)構(gòu)主要為膠狀結(jié)構(gòu)、溶蝕結(jié)構(gòu)、結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造以脈狀、浸染狀為主，角礫狀構(gòu)造為輔。

成礦主要控制因素：1）地層和巖性因素，礦床中絕大部分礦體產(chǎn)于D2i灰?guī)r中，是鈾礦化最有利的地層和巖性；2）構(gòu)造因素，受NE向F3、F15斷裂帶控制，特別是斷裂帶中的破碎帶、角礫巖帶、破碎碎裂巖帶，是鈾礦體產(chǎn)出的主要部位；3）巖體因素，鈾礦化與六陳花崗巖有一定的空間聯(lián)系，礦體分布于巖體近外接觸帶，距離0～190 m。

鈾的賦存狀態(tài)較簡單，原生礦石中約有90%以單礦物形式的瀝青鈾礦存在、少量的鈾石、鈾黑、鈣鈾云母，10%的鈾由泥質(zhì)吸附呈分散狀。

3 鈾成礦物質(zhì)來源

據(jù)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院瀝青鈾礦U-Pb年齡測試，成礦期分兩個階段：礦化年齡65～59.2 Ma，瀝青鈾礦破碎后被硫化物沿裂隙充填，屬于炭質(zhì)-綠泥石-瀝青鈾礦-黃鐵礦、方鉛礦-綠泥石-方解石階段；礦化年齡39～30.7 Ma，瀝青鈾礦形成晚于金屬硫化物，屬于硫化物-瀝青鈾礦-碳酸鹽階段，為主要成礦期。其成礦時代均發(fā)生在古近紀(jì)、新近紀(jì)炎熱干燥時代，大大晚于P2ξγH六陳花崗巖（P2ξγH）和D2i碳酸鹽巖形成時間， 且燕山、喜山運(yùn)動造成了成礦溶液的循環(huán)和成礦空間的形成，見表1。另據(jù)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院夏毓亮研究的最新資料，該礦床瀝青鈾礦等時線年齡為69±2 Ma和32±2 Ma，也說明存在兩期成礦。

氧化還原分帶性：溶洞主要分布在F2一帶、發(fā)育程度由上而下逐步減弱，見表2；孔內(nèi)Eh值測量統(tǒng)計，在垂直方向上具有明顯的分帶性，氧化帶位于F2與F3交匯部位，2號礦體以上。

圍巖鈾含量：對礦區(qū)正常圍巖進(jìn)行取樣分析，D2i泥質(zhì)灰?guī)r鈾含量3.12×10-6、略高于維氏值1.7×10-6；D1s白云質(zhì)灰?guī)r3.65×10-6、略高于D2i泥質(zhì)灰?guī)r，但它不是礦床主要賦礦圍巖；D1y灰?guī)r2.48×10-6、D1l粉砂巖1.75×10-6，兩組離礦體較遠(yuǎn)。巖體鈾含量：六陳花崗體巖鈾含量7.11×10-6、緊鄰礦區(qū)；大容山花崗巖體鈾含量5.45×10-6、但離礦區(qū)較遠(yuǎn)；均略高于維氏值的3.5×10-6，遠(yuǎn)高于碳酸鹽巖，見表3、表4。

表1 礦化期與地質(zhì)時代、構(gòu)造運(yùn)動Table 1 Mineralization period contrast with geogical age and tectonic movement

表2 巖溶在不同高程發(fā)育程度統(tǒng)計Table 2 Statistics of karst in different elevation

表3 地層鈾含量Table 3 Uranium content of the strata

表4 礦區(qū)正常巖石平均鈾含量Table 4 Average uranium content of normal rock in mining area

巖漿的侵入，地層發(fā)生不同程度的熱變質(zhì)作用，經(jīng)大理巖化后，應(yīng)堂祖正常灰?guī)r鈾含量由3.12×10-6增至5.18×10-6，帶入的鈾含量達(dá)66%，且鈾由原來的均勻分散狀漸變?yōu)椴痪鶆?。在坑道和ZK823鉆孔的水平和垂直方向上，離花崗巖接觸帶200 m以上范圍，鈾含量接近正常值6.8×10-6左右，從200 m往接觸帶方向至50 m的范圍內(nèi)，鈾含量逐步降低到2.6×10-6，鈾元素流失最高達(dá)62%，很可能遷入地層、并被應(yīng)堂組的泥質(zhì)和炭質(zhì)物吸附。

人工浸取試驗：1）有條件的人工浸取試驗，方法是取正常賦礦圍巖、六陳花崗巖樣品進(jìn)行破碎，粒度1～2 mm，干品重約2 g，每個樣用90℃、1%NaHCO溶液 50 mL、常壓浸取2小時，分析結(jié)果見表 5、 表 6；2）天然條件下的人工浸取試驗，方法是取正常賦礦圍巖進(jìn)行破碎，粒度1～2 mm，在常溫常壓下，用礦區(qū)天然水浸取35天，浸出率遠(yuǎn)高于泥盆系巖石，分析結(jié)果見表7。

表5 正常賦礦圍巖有條件浸出率Table 5 Leaching rate of normal ore host rock under special condition

表6 六陳花崗巖有條件浸出率Table 6 Leaching rate of Liuchen granite under special condition

表7 正常賦礦圍巖浸出率Table 7 Leachingrate of normal ore host rock

圍巖和巖體的鈾源：D2i在礦區(qū)的實際空間體積較小，約為117萬m3（130 m×45 m×200 m），加之它的鈾含量低，可以認(rèn)為，它僅為成礦提供部分鈾源；六陳花崗巖體分布廣，從北、西、南及底部多個方向?qū)⒊傻V區(qū)域包圍，礦床形成一個特定的地質(zhì)環(huán)境；所取的66個樣品，鈾含量樣平均7.11×10-6，顯著高于泥盆系正常巖石鈾含量。在漫長的地質(zhì)年代里，尤其是在炎熱干燥、氧化強(qiáng)烈的紅盆發(fā)育時期，巖體遭受強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕，大氣降水淋取大量鈾，供泥質(zhì)灰?guī)r不斷吸附，并為以后成礦提供豐富的鈾源［4-5］。

成礦溶液來源：選擇不同礦化階段的方解石、微晶石英單礦物樣品6個，測定了它們的18O同位素。由同位素測定結(jié)果 （表8）、同位素組成（圖3）可見，礦床礦液水δ18OH2O＝－3.14‰～＋13.92‰、（SMOW）平均值＋5.87‰，其中礦前期礦液水 δ18OH2O＝＋12.14‰～＋13.92‰，礦期礦液水 δ18OH2O＝＋11.38‰，礦后期礦液水δ18OH2O＝-3.14‰～＋3.26‰，平均值-0.74‰。該地區(qū)中新生代大氣降水的δ18OH2O為－9～－10‰，成礦圍巖是海相碳酸鹽巖 δ18OH2O為＋12.68～＋26.15‰。

由于D2i是海相沉積，當(dāng)貧18O的大氣降水在這種富18O沉積巖中滲流循環(huán)時，就會和這種圍巖產(chǎn)生明顯的氧同位素交換。在溫度較高的成礦溫度下，其結(jié)果導(dǎo)致成礦溶液δ18O H2O值不斷升高。根據(jù)礦床產(chǎn)出的實際地質(zhì)環(huán)境及已有的地質(zhì)、地球化學(xué)資料，可以認(rèn)為礦床的成礦溶液主要來自大氣降水［6］。

將礦區(qū)六陳花崗巖和應(yīng)堂組各種灰?guī)r共162個樣品的化學(xué)成分（包括鈾）進(jìn)行R型聚類分析（圖4），當(dāng)相關(guān)系數(shù)為0.1～-0.4時，所分析的13種組分明顯分成兩大組，第一大組包 括 SiO2、 Al2O3、 K2O、S、U、 TiO2、P2O5、Fe2O3、Na2O等9種組分，第二大組包括FeO、MnO、MgO、CaO等4種組分。十分清楚，第一大組由花崗巖、泥質(zhì)、硫化物的化學(xué)成分組合，反映了它們之間存在的成因關(guān)系。從地質(zhì)體角度看，鈾與六陳花崗巖和應(yīng)堂組泥質(zhì)灰?guī)r關(guān)系密切，這在相關(guān)系數(shù)為0.35時SiO2、Al2O3、K2O、S、O、U亞組中反映明顯。與第二大組對立的另一大組是碳酸鹽巖礦物的化學(xué)成分（方解石、白云石），即應(yīng)堂組灰?guī)r，它與第一大組組分呈明顯的反消長關(guān)系，表明質(zhì)純灰?guī)r對鈾礦化不利。上述統(tǒng)計資料提供的這一信息，從化學(xué)成分這一側(cè)面反映花崗巖對礦床形成時的意義。

表8 礦床氧18O同位素測定結(jié)果Table 8 Results of18O determination in the deposit

圖3 礦床氧同位素組成Fig.3 Composition of18O in the deposit

圖4 D2i泥質(zhì)灰?guī)r-花崗巖成分R型聚類圖Fig.4 R-type clustering figure of D2i argillaceous linestone-granite composition

4 鈾成礦機(jī)制

根據(jù)總體資料分析，鈾成礦富集經(jīng)過5次疊加過程：1）D2i為不純碳酸鹽巖建造，富含有機(jī)質(zhì)、泥質(zhì)、黃鐵礦、生物碎屑，成巖前后易形成相對還原的環(huán)境，有利于對鈾的吸附，故地層鈾含量均勻分散、略高于其它正?；?guī)r；2）花崗巖的侵入，接觸帶發(fā)生熱變質(zhì)作用，鈾的活化轉(zhuǎn)移導(dǎo)致地層由均勻分散變?yōu)榉植疾痪?，形成成礦的雛形條件；3）燕山早、中期，區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動，礦區(qū)形成了地塹式斷裂（圖2），已剝露的花崗巖體、在炎熱干燥強(qiáng)氧化環(huán)境下、導(dǎo)致鈾元素轉(zhuǎn)入地表水及地下水，其中一小部分沿地塹式斷裂進(jìn)入船形凹兜的D2i含泥、炭質(zhì)的碳酸鹽巖，在相對穩(wěn)定的環(huán)境下有利于鈾元素進(jìn)一步增值；4）燕山晚期 （第Ⅴ幕）時，礦區(qū)的NE、NW向斷裂構(gòu)造復(fù)活，船形凹兜熱源增加，含鈾地下水獲得加熱和保溫、熱液中的鈾在氧化-還原環(huán)境中、主要以K4UO2（CO3）3絡(luò)合物形式運(yùn)移。當(dāng)運(yùn)移到破碎帶，因減壓、絡(luò)合物解體和還原環(huán)境下的炭泥質(zhì)吸附，產(chǎn)生第1期鈾礦化；5）喜馬拉雅運(yùn)動時，構(gòu)造和熱源再一次復(fù)活，除前4次疊加富集作用繼續(xù)外，第1期礦脈及先存鈾礦物局部被熱液溶蝕并為第2期鈾礦化提供鈾原，產(chǎn)生第2期鈾礦化，即礦床的主成礦期。這也是該礦床鈾礦體呈多期性的原因。參見圖5。

5 結(jié)論

1）從礦體分布形態(tài)，巖溶分布規(guī)律，δ18O測定的成礦溶液來源判斷，含礦溶液由淺部向深部循環(huán)。

圖5 3701礦床鈾成礦模式Fig.5 Model of uranium mineralization in Deposit 3701

2）六陳花崗巖體緊鄰礦區(qū)，巖體鈾含量高，可達(dá)7.11×10-6，巖體出露面積大，剝蝕強(qiáng)烈，鈾元素容易從風(fēng)化的巖體中被水載體帶出，因此可提供大量的成礦物質(zhì)來源。

3）礦區(qū)泥盆紀(jì)灰?guī)r和其他巖層，雖然比廣西同期相同地層鈾含量高，D2i泥質(zhì)灰?guī)r鈾含量為3.12×10-6左右，但在礦區(qū)分布范圍相對狹窄、面積和體積都小，可提供部分成礦物質(zhì)來源。

4）綜上可以看出3701礦床的鈾成礦物質(zhì)主要來自花崗巖，部分來自圍巖。

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Analysis on metallogenic material source of Deposit 3701

LI Jinggang，LI Xiangyun
（Geological Party No.307， CNNC， Guigang， Guangxi 537100， China）

P619.14

A

1672-0636（2017）03-0137-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2017.03.003

2016-08-25

李景剛（1964— ），男，湖南永州人，工程師，主要從事放射性水文地球化學(xué)、鈾礦地質(zhì)勘查工作。E-mail：307796591@qq.com