王健，漆富成，李治興，王文全，張文東，王振云

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

晚震旦世—早寒武世，沿?fù)P子陸塊東南緣沉積了一套富含有機(jī)質(zhì)的黑色巖系，主要巖石類型有黑色頁巖、磷塊巖、硅質(zhì)頁巖、粉砂巖、泥巖等，其分布范圍廣，從西到東涉及云南、貴州、湖南、江蘇、安徽等我國南方多省區(qū)。這套黑色巖系是我國重要的釩、鎳、鉬、鈾、重晶石、石煤、鉑族元素等的礦源層，有用元素種類達(dá)到30 種以上［1-2］，其中湘西北地區(qū)發(fā)育的早寒武世黑色巖系是我國重要的非常規(guī)鈾資源的產(chǎn)出層位。近年來，漆富成等人利用高分辨透射電鏡、掃描電鏡等手段，對湘西北地區(qū)的非常規(guī)鈾資源開展了大量研究，在海相磷塊巖中發(fā)現(xiàn)了硒汞礦、晶質(zhì)鈾礦、納米級鈦鈾礦等，并探究了這些礦物的形成與湘西北地區(qū)海底噴流熱水沉積作用的成因聯(lián)系［3-5］。湘西北地區(qū)黑色巖系非常規(guī)鈾資源在微觀礦物發(fā)現(xiàn)、礦物成因探討、鈾多金屬成礦作用等方面取得了重要成果，但在該地區(qū)非常規(guī)鈾資源成礦地質(zhì)特征的總結(jié)和成礦時(shí)代的厘定等方面還存在進(jìn)一步開展工作的需要，筆者根據(jù)近些年來在湘西北地區(qū)開展野外地質(zhì)調(diào)查所取得的最新發(fā)現(xiàn)，總結(jié)該地區(qū)黑色巖系非常規(guī)鈾資源的成礦地質(zhì)特征，厘定成礦時(shí)代劃分成礦期次。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湘西北地區(qū)位于揚(yáng)子陸塊東南緣構(gòu)成的陸緣裂陷、深斷裂帶成礦體系，區(qū)域構(gòu)造以北東-北北東向褶皺和斷裂構(gòu)造為主，早寒武世早期，湘西北地區(qū)及整個(gè)華南由于大陸邊緣發(fā)生進(jìn)一步的解體和熱沉降，短時(shí)間內(nèi)使海平面迅速上升及洋流上翻，造成缺氧環(huán)境，形成廣泛分布的黑色巖系。在湘西北鳳凰、吉首、常德一線同沉積斷裂控制的北東向坳陷群內(nèi)沉積物均為黑色薄層頁巖、硅質(zhì)巖、磷結(jié)核夾層、黑色碳質(zhì)板巖等。該地區(qū)早寒武世構(gòu)造-古地理環(huán)境從西北向東南發(fā)育陸棚臺地相、臺地邊緣相、深水斜坡相和盆地相，相對應(yīng)的含鈾建造為磷酸鹽巖建造、含鈾碳酸巖建造、含鈾硅酸鹽巖建造。該時(shí)期黑色巖系的分布范圍是湘西北-黔中成礦帶歷史上最大的一次，形成了區(qū)域內(nèi)許多大型、超大型礦床，同時(shí)促使大量諸如釩、鉬、鎳、金、銀、鈾等金屬、非金屬及稀有元素的富集（圖1）。

圖1 揚(yáng)子陸塊東南緣寒武紀(jì)構(gòu)造格架與鈾、鎳、鉬、重晶石礦床分布示意圖（據(jù)馬永生等修改，2007）Fig.1 Tectonic framework of continental margin in the southeast Yangtze plate during Cambrian and the distribution of uranium，nickel，molybdenum，barite deposits

2 地質(zhì)特征

湘西北黑色巖系非常規(guī)鈾資源主要包括：鈾多金屬磷塊巖型、含鈾磷塊巖型、含鈾黑色巖層型，在相對空間層位上含鈾磷塊巖型位于早寒武世黑色巖系的下段，在相鄰上部層位發(fā)育鈾多金屬磷塊巖型，含鈾黑色巖層型發(fā)育在最上部。按區(qū)域內(nèi)的含鈾礦化地層組合主要可以劃分為兩大類：鈾多金屬磷塊巖型疊加含鈾黑色巖層型，含鈾磷塊巖型、鈾多金屬磷塊巖型疊加含鈾黑色巖層型。

圖2 鈾多金屬磷塊巖型疊加含鈾黑色巖層型非常規(guī)鈾資源地質(zhì)略圖（據(jù)鮑振襄等修改，2001）Fig.2 Geological sketch of uranium-bearing phosphorite superposed by uranium-bearing black-rock series

圖3 鈾多金屬磷塊巖型疊加含鈾黑色巖層型非常規(guī)鈾資源野外露頭Fig.3 Outcrop of uranium-bearing phosphorite superposed by uranium-bearing black-rock series

湘西北鈾多金屬磷塊巖型疊加含鈾黑色巖層型的鈾礦化地層組合，主要發(fā)育在揚(yáng)子陸塊東南緣慈利斷陷盆地中，沿花垣-慈利深大斷裂南側(cè)作北東東向帶狀延伸（圖2）。鈾礦化主要賦存于下寒武統(tǒng)木昌組底部的含磷巖系中，該套含鈾地層發(fā)育在上震旦統(tǒng)燈影組白云巖之上，所以礦化地層的產(chǎn)狀、形態(tài)、分布及規(guī)模均受控于這套燈影組下伏地層的古風(fēng)化剝蝕隆凹面（圖3）。該套含鈾地層組合，除鉬、鎳達(dá)到工業(yè)品位外，釩、鈾、鎵、鎘、錸、鉈等達(dá)到鈾礦床伴生組分綜合利用指標(biāo)。下部形成Ni-Mo-Re-Tl-U-V-Ga-Cd鈾多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源，平均厚度2.1 m，最大厚度3.0 m；上部為Ni-Mo-U-VGa 含鈾黑色巖層型，平均厚度2.0 m，最大厚度2.5 m。這套含鈾地層組合沿剪刀寺向斜兩翼發(fā)育，向斜朝北東方向延伸約15 km，寬約16 km。鈾多金屬礦化主要呈不等厚層狀、似層狀連續(xù)發(fā)育，鈾礦化明顯受層位控制，最厚段延續(xù)約10 km。

含鈾磷塊巖型、鈾多金屬磷塊巖型疊加含鈾黑色巖層型的鈾礦化地層組合，主要發(fā)育在揚(yáng)子陸塊東南緣的曉平坳陷中（圖4）。該套含鈾地層組合除鉬、鎳達(dá)到工業(yè)品位外，釩、鈾、鎵、鎘、鉈等達(dá)到了鈾礦床伴生組分綜合利用指標(biāo)。下部為Ni-Mo-U-V-Ga 含鈾磷塊巖型非常規(guī)鈾資源，平均厚度1.5 m；中部為Ni-Mo-Tl-U-V-Ga-Cd 鈾多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源，平均厚度0.6 m；上部為Mo-U-V-Ga 含鈾黑色巖層型，平均厚度1.2 m（圖5）。這套含鈾地層組合沿北東向大庸向斜兩翼出露。大庸向斜呈北東向不對稱展布，向斜寬12 km，南北長18 km，向北東延伸約36 km，次級褶皺發(fā)育，向斜西北緣礦化層厚0.3～0.5 m，東南緣鈾多金屬礦化呈層狀、似層狀，厚度漸變增加，最厚段位于小坪到大坪地段，平均厚度2.8 m，最大厚度3.8 m，最厚段延續(xù)約6 km。鈾礦化明顯受層位控制，區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，局部出現(xiàn)由于斷裂切割鈾礦化變富的現(xiàn)象。

圖4 3 種類型疊加的非常規(guī)鈾資源地質(zhì)略圖（據(jù)鮑振襄等修改，2001）Fig.4 Geological sketch of unconventional uranium resources of three types superposition

圖5 3 種類型疊加的非常規(guī)鈾資源野外露頭Fig.5 Outcrops of unconventional uranium resources of three types superposition

3 成礦年代

3.1 樣品采集制備

本次用于成礦時(shí)代研究的10 件樣品，采自曉平坳陷中發(fā)育的含鈾磷塊巖型、鈾多金屬磷塊巖型疊加含鈾黑色巖層型的地層組合中，具體位置位于大坪西南側(cè)約2 km 的研究剖面中（圖4），其中5 件樣品采自下部的含鈾磷塊巖，另外5 件采自緊鄰其上部層位的鈾多金屬磷塊巖，樣品采集前均使用便攜式γ能譜儀和手持X 熒光多元素分析儀對樣品中U、V、Ni、Mo 等元素含量進(jìn)行了確認(rèn)，以保證樣品采集的準(zhǔn)確性和有效性。在樣品處理過程中，將所有樣品碎至200 目，進(jìn)行U、Pb含量和同位素分析測量。樣品的U、Pb 含量和同位素比值測定在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所完成，使用的儀器為GV 公司的ISOPROBE-T 型熱電離質(zhì)譜儀，對1 μg 的208Pb/206Pb 測量精度優(yōu)于0.005%。

3.2 測試結(jié)果

用于成礦時(shí)代研究的含鈾磷塊巖和鈾多金屬磷塊巖兩組樣品U、Pb 含量及其同位素組成測定結(jié)果見表1，樣品中U 的含量為0.012%～0.129%，Pb 的含量 為0.002%～0.025%，238U/204Pb 變化范圍為434.095～1 922.044，206Pb/204Pb 變化范圍為64.396～171.279，獲得含鈾磷塊巖型樣品U-Pb 等時(shí)線年齡值為（718±87）Ma（圖6），鈾多金屬磷塊巖型樣品U-Pb 等時(shí)線年齡值為（503±29）Ma（圖7）。

上述兩組年齡表明，湘西北地區(qū)位于下部層位的含鈾磷塊巖型非常規(guī)鈾資源成礦時(shí)代較早，形成于震旦紀(jì)，成礦年齡為（718±87）Ma；位于其上部層位元素種類更為豐富的鈾多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源，形成于寒武紀(jì)中期，成礦年齡為（503±29）Ma，結(jié)合礦化地層發(fā)育特征，認(rèn)為兩組年齡中形成較早的含鈾磷塊巖型非常規(guī)鈾資源，可以看做晚期鈾多金屬磷塊巖型的預(yù)富集階段。

表1 湘西北黑色巖系非常規(guī)鈾資源礦石樣品U-Pb 同位素分析結(jié)果表Table 1 U-Pb isotopic composition of samples from unconventional uranium resources of black-rock series in Northwest Hunan

圖6 含鈾磷塊巖U-Pb 等時(shí)線圖Fig.6 U-Pb isochron diagram of uranium-bearing phosphorite

圖7 鈾多金屬磷塊巖U-Pb 等時(shí)線圖Fig.7 U-Pb isochron diagram of uranium-polymetallic phosphorite

4 討論

揚(yáng)子陸塊東南緣發(fā)育的黑色巖系分布范圍廣，從西到東涉及云南、貴州、湖南等我國南方多省區(qū)，雖然成礦元素和礦物類型多達(dá)30 種以上，但整個(gè)區(qū)域上含礦層位比較穩(wěn)定，所以也就使區(qū)域內(nèi)不同位置間成礦年齡的對比參照具有了可行性［6］。毛景文等人通過開展Re-Os 同位素測年，獲得了本文采樣點(diǎn)西南側(cè)約150 km 外的遵義黃家灣地區(qū)，黑色巖系中發(fā)育的鉬鎳鉑族元素礦石年齡為（541.3±16）Ma［7］；Horan 等曾利用負(fù)熱離子質(zhì)譜對貴州天鵝山和湖南大庸鎳鉬鉑族元素礦層進(jìn)行測定，由于其所取得的數(shù)據(jù)無法擬合成一條直線，所以只獲得了大致560 Ma 的推論參考年齡［8］。本次研究所獲得的鈾多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源的年齡值（503±29）Ma，與前人在湘西北其它地區(qū)測試所得的多金屬礦化年齡值具有較好的一致性，說明了湘西北地區(qū)這一套黑色巖系的成礦主要發(fā)生在震旦紀(jì)晚期—寒武紀(jì)中期。

通過本次研究所獲得的兩個(gè)年齡值，表明湘西北地區(qū)黑色巖系非常規(guī)鈾資源的成礦與揚(yáng)子陸塊東南緣震旦紀(jì)—寒武紀(jì)時(shí)期發(fā)生的海底火山噴發(fā)和海底噴流作用有直接的關(guān)系。震旦紀(jì)—寒武紀(jì)揚(yáng)子陸塊邊緣由于構(gòu)造拉張和沉降，同時(shí)伴隨海底火山噴發(fā)和海底噴流，沉積形成了由硅質(zhì)磷塊巖、熱水沉積硅質(zhì)巖和碳硅質(zhì)泥巖組成的海相黑色巖系，這套大規(guī)模發(fā)育的黑色巖系中含有豐富的磷、釩、鈾、鎳、鉬、鋇、鉑族元素等成礦物質(zhì)，為湘西北地區(qū)的成礦提供了先決條件。同時(shí)這一時(shí)期的早階段，海底熱水噴流作用也為海底富含有機(jī)質(zhì)的微生物提供了良好的生存環(huán)境，使微生物大量繁殖，微生物群對鈾多金屬等成礦物質(zhì)的吸附、聚集起到了關(guān)鍵作用［9］，這種生物地球化學(xué)成礦作用在震旦紀(jì)晚期—寒武紀(jì)早期達(dá)到了峰值，整個(gè)成礦作用延續(xù)到了寒武紀(jì)中期，但由于這些空前繁盛的微生物其呼吸作用和殘骸降解均是一個(gè)耗氧過程，消耗了海洋中的大量自由氧，逐步使這一時(shí)期的海洋環(huán)境變成了缺氧環(huán)境［10］，加之這一時(shí)期大陸邊緣發(fā)生了進(jìn)一步的解體和熱沉降，短時(shí)間內(nèi)使海平面迅速上升及洋流上翻，也造成了缺氧。所以震旦紀(jì)晚期—寒武紀(jì)中期在海底噴流、生物地球化學(xué)等多重因素的共同作用下，促使了湘西北地區(qū)黑色巖系非常規(guī)鈾資源的形成。

5 結(jié)論

1）湘西北黑色巖系非常規(guī)鈾資源主要包括含鈾磷塊巖型、鈾多金屬磷塊巖型、含鈾黑色巖層型，按區(qū)域內(nèi)的含鈾礦化地層組合可以劃分為兩大類：鈾多金屬磷塊巖型疊加含鈾黑色巖層型，主要沿花垣-慈利深大斷裂南側(cè)作北東東向帶狀延伸；含鈾磷塊巖型、鈾多金屬磷塊巖型疊加含鈾黑色巖層型，主要發(fā)育在揚(yáng)子陸塊東南緣的曉平坳陷中，沿北東向大庸向斜兩翼出露。

2）通過對湘西北地區(qū)黑色巖系非常規(guī)鈾資源成礦時(shí)代的研究，獲得兩組成礦年齡分別為為（718±87）Ma 和（503±29）Ma，結(jié)合含礦地層發(fā)育特征，認(rèn)為兩組年齡中形成較早的含鈾磷塊巖型非常規(guī)鈾資源是晚期鈾多金屬磷塊巖型的成礦預(yù)富集階段。

3）震旦紀(jì)晚期—寒武紀(jì)中期在沉積成巖作用、熱水沉積作用和生物地球化學(xué)成礦作用等多重因素的共同作用下，促使了湘西北地區(qū)黑色巖系非常規(guī)鈾資源的形成。