李子穎， 鐘軍， 蔡煜琦， 黃志新， Leonid Shumlyanskyy，權(quán)小輝， 張闖， 虞航

（1. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院， 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室， 北京100029； 2. M.P. Semenenko Institute of Geochemistry， Mineralogy and Ore Formation， National Academy of Science of Ukraine， Palladina Avenue，34， 03680 Kyiv； 3. School of Earth and Planetary Sciences， GPO Box U1987， Perth WA 6845）

烏克蘭地盾中部發(fā)育多個（超）大型鈉交代型鈾礦床， 其中， 第一個與鈉交代有關(guān)的鈾礦床是1945—1946 年期間在克里沃羅格-克列門丘格成礦帶中變質(zhì)鐵建造中發(fā)現(xiàn)的［1］。 但事實上， Tarasenko 于1903 年在Shymanovsky鐵礦山中就曾報道過鈉閃石， Tanatar 在1925年報道了鈉質(zhì)花崗巖中的鈉長石特征，Svitalsky 于1927 年在黃水向斜中首次發(fā)現(xiàn)了霓石。 這些發(fā)現(xiàn)說明地質(zhì)學(xué)家很早就在烏克蘭地盾中部區(qū)揭示了鈉交代作用的存在。 自那以后， 烏克蘭逐步發(fā)現(xiàn)并不斷擴(kuò)大了鈉交代型鈾礦資源量， 截至目前已超過30 萬t，成為烏克蘭重要的天然鈾生產(chǎn)基地， 在世界上也占有較重要的地位。

五一（Pervomayske）和黃水（Zheltorechenske）鈾礦床被認(rèn)為是世界上最早開發(fā)的堿交代型鈾礦床， 在分別生產(chǎn)了1.1 萬t 和1.89 萬t 天然鈾后， 于1967 年和1989 年相繼關(guān)閉。 目前烏克蘭運行的鈾礦山主要有米丘林（Michurinske）鈾礦（1964 年發(fā)現(xiàn)， ＞27 000 t）、中 央 （Central） 鈾 礦 （60 000 t）、 瓦 圖 津（Vatutinske，也譯為 瓦 杜 津）鈾 礦（1965 年 發(fā)現(xiàn)， 25 390 t）， 2010 年， 新 康斯坦丁 諾 夫（Novokostantynivka）鈾礦（96 360 t）建成投產(chǎn)，其他同類礦床有待今后開發(fā)。 這些礦床的平均品位變化為0.05%～0.20%。 盡管品位相對較低， 但資源儲量巨大， 因此具有重大的研究和勘查開發(fā)價值。

總體上來講， 人們對這類礦床的研究和認(rèn)識程度還不高。 本文在文獻(xiàn)研讀的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來的野外調(diào)查及室內(nèi)分析數(shù)據(jù)， 綜合性地闡述了烏克蘭地盾中部區(qū)超大型鈉交代型鈾礦集區(qū)的產(chǎn)出地質(zhì)構(gòu)造背景、 成礦特征和控礦要素， 以更好地理解其成礦規(guī)律和成因機(jī)理， 建立成礦模式， 推動該類礦床的找礦勘查工作。

1 烏克蘭地盾地質(zhì)構(gòu)造基本特征

烏克蘭地盾位于烏克蘭中部， 東西延續(xù)達(dá)800 km， 受南北向深大斷裂影響， 自東向西， 被分割為亞速（Azov）、 中 第 聶 伯（Middle Dnieper）、 印古爾（Ingul）、 羅斯-狄開奇（Ros-Tikych）、 西北（North-Western）和德涅斯特-巴格（Dniester-Bug）等6 個地塊， 形成地塹和斷隆 構(gòu) 造［2-4］（圖1）。 整個烏克蘭地盾區(qū)主要的地層、 巖漿巖和構(gòu)造特征簡述如下。

1.1 地層

烏克蘭地盾具有雙層結(jié)構(gòu)， 由太古宇、元古宇基底和上古生界-中生界、 新生界蓋層組成。

古太古界： 主要由深變質(zhì)巖組成， 下部角閃巖、 角閃片麻巖和云母片巖； 上部主要為黑云母片麻巖， 含少量角閃巖。

新太古界： 下部由變火山巖、 磁鐵石英巖、 片巖、 片麻巖、 角閃巖等組成； 上部為變礫巖和變火山巖。

古元古界： 下部主要為酸性火山巖， 如凝灰?guī)r、 凝灰質(zhì)巖、 火山碎屑巖等； 中部為石英巖、 變砂巖、 片巖、 富含炭質(zhì)或類石墨的基性火山巖； 上部為變石英巖、 變砂巖和礫巖。

圖1 烏克蘭地盾構(gòu)造綱要簡圖 （據(jù)Shumlyanskyy 等， 2017［4］修改）Fig. 1 Simplified tectonic map of the Ukraine Shield （modified after Shumlyanskyy et al.， 2017［4］）

新元古界： 下部為流紋巖、 輝綠巖、 復(fù)成分砂巖和礫巖； 上部為正長斑巖、 粗面安山巖、 安山巖、 輝綠巖、 凝灰質(zhì)片巖等。

上古生界-中生界： 發(fā)育有上二疊統(tǒng)-中三疊統(tǒng)陸相紅層和白堊系陸相碎屑巖及碳酸鹽巖。

新生界： 僅發(fā)育有古新統(tǒng)， 巖性主要為蛋白土和似蛋白土砂巖、 粉砂巖。

1.2 巖漿巖

最古老的巖漿巖為古太古代形成的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)建造， 花崗巖有紫蘇花崗閃長巖、 閃長巖、 更長花崗巖和斜長花崗巖， 主要分布于地盾中西部地區(qū)； 新太古代形成了大量的混合巖-花崗巖巖體， 如輝長-斜長花崗巖建造、 混合巖-斜長花崗巖建造、 混合巖-花崗巖建造和花崗巖建造， 主要分布于地盾的東部地區(qū)。 古元古代巖漿作用廣泛發(fā)育，最早形成了順層產(chǎn)出的橄欖巖-輝石巖-蘇長巖巖體， 在巖漿作用結(jié)束期， 形成了大量堿性花崗巖（2 400 Ma）， 晚期巖漿活動在克拉通化地區(qū)形成了堿性和超基性巖體， 在活動帶內(nèi)形成了花崗巖、 混合巖-斜長花崗巖、 混合巖-花崗巖和花崗巖等（圖1）， 新元古代及以后， 又形成了不同期次的基性-超基性輝長巖、 斜長巖、 輝綠巖和煌斑巖脈（圖2、 3）。

1.3 構(gòu)造

烏克蘭地盾的六個地塊間的發(fā)展與演化具有不均衡性， 具有不同的地殼演化特征［4］，各個地塊之間往往以深大斷裂為界， 在各地塊基底中同時發(fā)育巨大的超殼斷裂， 以北西向為主， 其次為北東向和近南北向， 亦可見近東西向斷裂發(fā)育（圖2）。 烏克蘭地盾中部印古爾地塊中的超殼斷裂及其次級斷裂系控制了本區(qū)鈉交代型鈾礦床的展布（圖2）。

圖2 烏克蘭地盾中部地質(zhì)構(gòu)造和鈾礦化空間關(guān)系圖（據(jù)Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 2 Geotectonic map and the locations of the uranium and other metallic deposits of the Central Ukraine Shield （modified after Dahlkamp， 2016［5］）

圖3 烏克蘭中部鈉交代型鈾成礦省地質(zhì)格架圖（據(jù)Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 3 Simplified geotectonic map of the Na-metasomatism uranium province in the Central Ukraine Shield （modified after Dahlkamp，2016［5］）

1.4 礦產(chǎn)發(fā)育情況

烏克蘭地盾區(qū)發(fā)育的礦產(chǎn)類型包括鈾、金、 鋰、 鈦礦等。 其中， 鈾礦主要是產(chǎn)在烏克蘭地盾中部印古爾地塊中部花崗巖雜巖體及其周邊（圖2）， 分布非常集中， 主要受穹隆和斷 裂構(gòu)造 交 匯 控 制（圖2、 3）。 此外， 在巖體外圍的基底地層及基底與花崗巖體間的接觸帶附近， 還發(fā)育有一系列金礦、 鋰礦，個別鈦礦床發(fā)育于花崗質(zhì)雜巖體中［5］。

2 烏克蘭地盾堿交代型鈾礦床基本特征

烏克蘭地盾內(nèi)的鈾礦床主要位于基洛沃格勒地塊中部和克里沃羅格-克列門丘格向斜構(gòu)造帶中部。 根據(jù)其形成時代及成因， 鈾礦化可分為5 種 類 型［6］： 1） 古元古代石英礫巖型， 同生沉積成因， 大致形成于2.6～2.4 Ga，產(chǎn)于古元古代變質(zhì)砂礫巖中， 說明太古宙花崗巖就是富鈾的； 2） 鉀交代偉晶型， 其成礦時代大致為2.0～1.9 Ga， 分布于烏克蘭地盾的西北部、 中部及東南部地區(qū)， 為古元古代造山作用晚期大規(guī)模巖漿-熱液作用產(chǎn)物， 可能疊加后期熱液改造； 3） 鈉交代型， 其成礦年齡為1.88～1.55 Ga， 是烏克蘭地盾最為主要的鈾礦化類型， 為熱液交代成因， 多受斷裂構(gòu)造控制， 產(chǎn)于古元古代再活化的碎裂蝕變鈉長巖中； 4） 鐵-鎂-鈉交代型， 形成于1.8～1.7 Ga， 為熱液交代成因， 受斷裂構(gòu)造控制， 產(chǎn)于碎裂的鐵-鎂-鈉質(zhì)交代蝕變巖中；賦礦圍巖原巖為形成于古元古代造山作用的變質(zhì)含鐵石英巖及結(jié)晶片巖； 5） 晚期熱液脈型， 成礦年齡為220 Ma， 多為金屬硫化物-瀝青鈾礦脈， 產(chǎn)于烏克蘭結(jié)晶基底的破碎帶中，規(guī)模較小。 這5 種鈾礦化類型中， 第3 種與第4 種為最主要的也是本文要討論的主要鈾礦化類型。 本文選取米丘林、 謝維林、 新康斯坦丁諾夫、 瓦圖津、 黃水和五一等6 個典型礦床予以論述。

2.1 米丘林（Michurinske）鈾礦床

米丘林（Michurinske） 鈾礦床位于基洛沃格勒市南部約3 km 處（圖3）， 是基洛沃格勒斷裂帶內(nèi)（基洛夫礦田內(nèi)）發(fā)現(xiàn)的第一個鈉交代型鈾礦床。 Dahlkamp［5］報道其鈾資源量至少有27 000 t， 平均品位為0.08%。

米丘林礦床產(chǎn)于印古爾片麻巖和混合巖內(nèi)的基洛沃格勒斷裂帶內(nèi)， 毗鄰基洛沃格勒花崗巖體。 米丘林鈾礦區(qū)面積約0.6 km2， 位于由匯聚型斷裂系統(tǒng)形成的楔形構(gòu)造塊體內(nèi)（圖4a）。 礦區(qū)內(nèi)產(chǎn)出的主要圍巖為印古爾花崗巖、 黑云母-角閃石片麻巖、 混合巖和偉晶巖等。 主要的控礦構(gòu)造為近南北向展布的米丘林（Michurinskyi）區(qū)域斷裂帶（圖4a、 b）， 傾向為60°～80°， 賦存鈾礦體的鈉交代蝕變體便發(fā)育在該斷裂帶西部的一系列南北向和北西向次級斷裂構(gòu)造內(nèi)。 礦區(qū)內(nèi)另發(fā)現(xiàn)大量晚期基性巖脈/墻穿切鈉交代蝕變體和鈾礦體，為區(qū)內(nèi)較晚的巖漿活動［5，7］。

米丘林礦床鈉交代巖非常發(fā)育， 但主要位于米丘林?jǐn)嗔褞卤P（西側(cè)）。 鈉交代蝕變作用在不同巖性（花崗巖、 片麻巖）中皆有發(fā)育， 且具有明顯的空間分帶性： 從圍巖往礦體中心， 鈉交代蝕變作用由弱到強(qiáng)， 由細(xì)脈狀、 云霧狀向斑點狀、 團(tuán)塊狀轉(zhuǎn)變。 該礦床包括三十多個鈾礦體， 鈾礦體呈不規(guī)則透鏡狀、 層狀產(chǎn)于鈉交代蝕變體中。 單個鈾礦體往往達(dá)數(shù)百米長、 數(shù)十米寬， 內(nèi)部發(fā)育網(wǎng)脈狀和浸染狀構(gòu)造。 礦床淺部的礦體經(jīng)歷了較強(qiáng)的氧化和剝蝕作用， 礦體深部多在150～500 m 深度處尖滅（圖4b）。

圖4 米丘林礦床地質(zhì)圖（a）和代表性剖面圖（b）（據(jù)Cuney 等， 2012［7］修改）Fig.4 The geological map （a） and representative cross section （b） of the Michurinske deposit （modified after Cuney et al.， 2012［7］）

米丘林礦床鈉交代蝕變作用可大致劃分為兩個階段： 早期的鈉交代階段及晚期的鐵鎂鈣交代階段。 早期的鈉交代蝕變基本保留了原巖結(jié)構(gòu)， 主要由鈉長石組成， 有不同比例的霓石、 鈉（鐵）閃石、 綠泥石、 綠簾石等共生（圖5）， 蝕變程度相對較弱的部位可觀察到鈉長石交代石英和其他長石、 及綠泥石或鈉閃石交代黑云母的交代殘余結(jié)構(gòu)（圖5）， 本階段中， 鈉大量帶入蝕變巖， 而鉀、 硅則大量帶出（圖4）； 晚期的鎂鐵鈣蝕變疊加于鈉交代蝕變階段之上， 主要礦物組合包括綠泥石、碳酸鹽礦物（方解石、 白云石）、 金云母、 赤鐵礦、 及少量新生鈉長石。

米丘林礦床的主要鈾礦物為晶質(zhì)鈾礦/瀝青鈾礦和鈦鈾礦 （前者約占40%， 后者約60%）， 另有少量鈾石、 硅鈣鈾礦等鈾礦物發(fā)育。 鈾礦物主要呈浸染狀且多產(chǎn)于高度破碎和角礫化的鈉交代巖內(nèi)。 根據(jù)鈾礦物組合，米丘林礦床的礦石主要包括兩種類型： 單鈦鈾礦型礦石、 鈾石-瀝青鈾礦/晶質(zhì)鈾礦-鈦鈾礦型礦石， 前者主要產(chǎn)于以霓石-鈉閃石為主的鈉交代蝕變巖內(nèi)， 而后者則主要產(chǎn)于方解石-金云母-綠泥石鈉交代蝕變巖中， 顯示出一定的鈾礦物和熱液蝕變對應(yīng)關(guān)系。

目前沒有針對該礦床的成礦時代報道，但整個烏克蘭地盾的鈾礦化時代約為（1.8±0.5）Ga［7］。

2.2 謝維林（Severinske）鈾礦床

謝維林 （Severinske） 礦床位于基洛沃格勒市北部10 km 左右（圖2、 3）， 與米丘林礦床沿近南北向的米丘林?jǐn)嗔褞Вㄒ卜Q基洛夫斷裂帶）遙相對應(yīng)， 該礦床發(fā)現(xiàn)于1968 年， 是基洛夫礦田迄今發(fā)現(xiàn)的最大鈾礦床， 其鈾資源量高達(dá)68 400 t， 平均品位約0.1%［5］。 三個相鄰礦體所含資源量占整個礦床資源量的90%， 該礦床已完成勘探但尚未開采［5］。 該礦床與米丘林礦床受同一構(gòu)造-熱液蝕變帶控制， 因而具有十分相似的成礦地質(zhì)特征。

圖5 米丘林礦床交代蝕變特征Fig. 5 Microphotographs showing the alteration features of the Michurinske deposit

構(gòu)造上， 謝維林礦床處于南北向的基洛夫深大斷裂帶與區(qū)域性北西向大斷裂帶的斜接復(fù)合部位， 與米丘林礦床相比較， 在構(gòu)造部位上， 礦床稍遠(yuǎn)離南北向構(gòu)造而偏于北西向構(gòu)造帶中， 因而礦床內(nèi)小褶皺軸線、 斷層線、 巖體巖片及礦體走向線呈北北西-北西向展布（圖6a）。

謝維林礦床鈾礦體產(chǎn)于一條300～500 m寬的所謂 “層狀混合巖帶” 內(nèi)， 介于西部的Lelekovsk 巖體（又稱為南烏克蘭花崗巖）和東部的斑狀變晶混合巖之中。 “層狀混合巖帶”由互層的混合巖、 等粒花崗巖、 片麻巖、 偉晶巖和疊加的構(gòu)造帶構(gòu)成， 整體走向為北北西， 傾向北東、 傾角65°。 與米丘林礦床類似， 謝維林礦床發(fā)育的蝕變作用以鈉交代為主， 具體包括鈉長石化、 赤鐵礦化、 綠泥石化、 碳酸鹽化、 去硅化、 綠簾石化等， 含礦的鈉交代蝕變體（霓石-鈉閃石鈉長巖， 鈉閃石鈉長巖和綠簾石-綠泥石鈉長巖） 疊加于“層狀混合巖帶” 和構(gòu)造帶之上， 而鈉交代蝕變體又被更晚的鎂鐵鈣蝕變赤鐵礦-綠泥石-方解石和赤鐵礦-金云母-碳酸鹽礦物組合疊加。 鈉交代巖中所有造巖礦物普遍發(fā)生交代作用， 鈉交代巖沿傾向延伸達(dá)2 600 m、 走向延伸達(dá)1 400 m， 寬度或厚度則可達(dá)數(shù)百米。

圖6 謝維林礦床-550 m 中段平面圖 （a）； 鈉交代蝕變體與3b-I 礦體、 3b-II 礦體平面關(guān)系圖 （b）； 103 號勘探線剖面圖（c）（據(jù)Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 6 Projecting geology map at level 550 m of the Severinke deposit （a）， horizon relation of Na-metasomatite and orebody 3b-Ⅰand 3b-Ⅱ（b）， cross seotion along exploration Line 103（c）（modified after Dahlkamp， 2016［5］）

謝維林礦床的鈾礦體多呈大的板狀、 透鏡 狀（圖6b、 c）， 厚度介于幾米至120 m 之間。 相較于米丘林礦床， 其抬升剝蝕程度較低， 更多礦體未被剝蝕而得到了保留， 自地下150～1 200 m 發(fā)育連續(xù)鈾礦化， 但高品位鈾礦石主要介于500～1 000 m 深度范圍。 該礦床內(nèi)施工的兩個深鉆揭露的 “層狀混合巖帶” 和構(gòu)造帶深達(dá)2 300～2 400 m， 鈾礦體則深達(dá)1 150 m（沿傾向延伸1 350m）， 另外， 在鉆孔B3002 中1 900 m 處， 揭露到寬達(dá)數(shù)米的小規(guī)模霓石-鈉閃石鈉長巖， 伴隨鈦鈾礦礦化［5］。

謝維林礦床鈾礦石為晶質(zhì)鈾礦-鈦鈾礦型礦石， 鈾主要以晶質(zhì)鈾礦/瀝青鈾礦、 鈾石、鈦鈾礦及這些鈾礦物的蝕變產(chǎn)物產(chǎn)出。 鈾礦物多呈浸染狀或細(xì)脈狀， 大多數(shù)礦石為赤鐵礦化-碳酸鹽化-綠泥石化鈉長巖， 且受明顯的構(gòu)造控制， 兩個不同的構(gòu)造帶控制了對應(yīng)礦體的產(chǎn)出。

2.3 新康士坦丁諾夫 （Novokonstantinovske）鈾礦床

新康士坦丁諾夫 （又稱諾沃康斯坦?。┾櫟V床位于烏克蘭中部城市基洛沃格勒西部約45 km 處（圖2、 3）。 該礦床發(fā)現(xiàn)于20 世紀(jì)70 年代， 最大勘探深度達(dá)2 000 m， 是烏克蘭最大的堿交代型鈾礦床， 鈾資源量93 630 t，平均品位為0.14%［5］。 礦床發(fā)育于烏克蘭地盾中部花崗片麻巖穹隆中心新烏克蘭（Novoukrainska）花崗巖體北部， 與烏克蘭南部地區(qū)科爾松-新米爾哥羅德 （Korsun-Novomirgorod） 巖體邊部相毗鄰。 在地理位置上， 新康士坦丁諾夫鈾礦床與瓦圖津鈾礦床相鄰， 早期曾一度被認(rèn)為是瓦圖津鈾礦礦體東翼向北部的延伸［1，5］。

新康士坦丁諾夫地區(qū)古元古代基底主要由花崗巖類（石榴子石-黑云母花崗巖、 花崗斑巖、 細(xì)晶花崗巖、 偉晶花崗巖等） 和少量中基性侵入巖（輝長巖、 輝綠巖、 二長巖）組成， 其中石榴子石-黑云母花崗巖是該區(qū)最主要的巖石類型。 基底巖石被各種北西-南東向巖墻/巖脈（細(xì)晶巖、 偉晶巖、 輝綠巖、 煌斑巖等）所切割。

該區(qū)花崗巖為典型的S 型花崗巖， 在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土配分圖解中呈重稀土虧損和明顯的Eu 負(fù)異常。 巖石學(xué)及地球化學(xué)證據(jù)表明， 該區(qū)花崗巖為上地殼物質(zhì)重熔后發(fā)生結(jié)晶分異所形成。 鋯石U-Pb 同位素定年結(jié)果顯示， 該類花崗質(zhì)巖石形成于2 040～2 025 Ma［8］。 新康士坦丁諾夫鈾礦中 晶 質(zhì) 鈾礦 的U-Pb 定年結(jié)果為（1 808±27）Ma［3］， 晚于花崗質(zhì)圍巖的侵位年齡。

區(qū)域上， 新康士坦丁諾夫鈾礦床受南北向新康士坦丁諾夫斷裂帶控制， 沿該斷裂在10 km 范圍內(nèi)發(fā)育新康士坦丁諾夫、 利斯納（Lesnoye）和多庫（Dokuchaevskoye）等多個鈾礦床。 在礦區(qū)內(nèi)， 鈾礦體主要受西部斷裂、 東部斷裂和交匯斷裂聯(lián)合控制（圖7a）。 這三條斷裂在交代作用發(fā)生前以及交代作用時是同一構(gòu)造體系下的產(chǎn)物， 具有相同的變形礦物組合、 糜棱巖-碎裂巖結(jié)構(gòu)、 鈉長巖和去硅化巖石的分布特征等［9］。 三條斷裂各自向深部延伸300～450 m， 其中交匯斷裂在深部傾角變陡（70°～80°）， 呈扇狀并入到西部斷裂中， 沿著二者的交匯區(qū)域， 發(fā)育大量的鈉交代巖（或鈉長巖）， 在600～1 200 m 深處發(fā)育鈾礦體（圖7b）。

含鈾鈉交代巖多發(fā)育于粗?；◢弾r中，這些花崗巖常含有10%～60%的長石斑晶。 在深部300 m 處， 鈉交代巖多發(fā)育綠簾石-綠泥石組合和綠泥石-鈉長石礦物組合。 在深部300～700 m 處， 鈉交代巖石以鈉鐵閃石鈉長巖和鈉鐵閃石-霓石鈉長巖為主， 并發(fā)育金云母和碳酸鹽礦物［5］。 鈾礦化體多呈不規(guī)則狀發(fā)育于鈉交代巖中， 在強(qiáng)烈變形部位多發(fā)育富鈾礦體［7］。 垂向上， 礦體分為兩個層段， 互有重疊， 上礦段集中于100～800 m 深度， 下礦段發(fā)育于750～1 200 m 深度。 上礦段礦體呈透鏡狀、 板狀， 受東部斷裂和一條平行的傾斜構(gòu)造帶控制。 下礦段的礦體形態(tài)較為復(fù)雜，周圍發(fā)育大量弱鈉交代巖石。

圖7 新康士坦丁諾夫鈾礦地質(zhì)簡圖（a）及代表性剖面圖（b）（據(jù)Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 7 The simplified geological map （a） and representative cross section （b） of the Novokonstantinovske uranium deposit （modified after Dahlkamp， 2016［5］）

鈾礦物以晶質(zhì)鈾礦、 鈦鈾礦、 瀝青鈾礦和鈾石為主， 還含有少量的硅鉀鈾礦、 鈾黑等鈾硅酸鹽礦物。 其中以鈦鈾礦分布最為廣泛， 鈦鈾礦多呈細(xì)小它形晶體或細(xì)粒礦物集合體形成的礦脈產(chǎn)出， 通常為交代鈦鐵礦物的產(chǎn)物。 鈾的氧化物多呈細(xì)晶狀 （粒徑可達(dá)0.2 mm）或微細(xì)礦脈產(chǎn)出， 通常其為交代鈦鈾礦、 含鐵礦物（磁鐵礦）和熱液鋯石的產(chǎn)物。

研究表明， 新康士坦丁諾夫鈾礦床為后生熱液交代 成 因［5，10］。 花崗巖中的斷裂構(gòu)造，即所謂的 “碎裂巖帶”。 在超壓流體的作用下， 碎裂巖帶發(fā)生反復(fù)脆性變形， 對鈉長石化和鈾礦化有重要控制作用， 在局部這些大型碎裂帶與綠簾石-綠泥石糜棱巖有關(guān)。

2.4 瓦圖津（Vatutinske）鈾礦床

瓦圖津鈾礦床發(fā)現(xiàn)于1965—1966 年， 其鈾 資源量 達(dá)到25 500 t， 平均 品位0.14%［5］。礦床位于烏克蘭地盾中部花崗片麻巖穹隆中心新烏克蘭巖體的西部， 茲維尼哥羅德-布拉特斷裂帶中的基洛沃格勒（Kirovogradska）背斜西翼花崗巖和片麻巖接觸帶上（圖2、 3）。

鈾礦床主要受茲維尼哥羅德-布拉特深大斷裂帶的分支斷裂——西科尼基輔斯基（Western Kurnykivskyi） 斷層控制， 走向北西，斷層傾角75°～80°， 同時也是花崗巖和混合巖的接觸帶（圖8a）。 該斷層為長期多階段活動斷層， 發(fā)育一系列碎裂巖、 角礫巖和交代蝕變巖。 鈾礦床發(fā)育于該斷層?xùn)|部的瓦圖津構(gòu)造和交代復(fù)合帶內(nèi)（圖8）。 平面上， 所有含鈾鈉交代巖和鈾礦體均嚴(yán)格地被控制在斷裂北東盤的楔形挾持區(qū)內(nèi)。 礦床東部與斷層接壤，東部斷層被認(rèn)為是與西科尼基輔斯基斷層有關(guān)的順滑斷層。 剖面上， 鈾礦化被嚴(yán)格的控制在斷裂的下盤和南北向斷裂的上盤平行的挾持區(qū)。 鈾礦體主要發(fā)育于西科尼基輔斯基斷層下盤的北東-南西向羽狀構(gòu)造中， 這些小型構(gòu)造在平面和縱剖面上均呈明顯彎曲形態(tài)，與主斷層呈銳角相連。 礦床圍巖主要由黑云母石榴角閃片麻巖、 混合巖和不同類型花崗巖組成（圖8）。 鈾礦化主要賦存在鈉交代巖中， 鈾礦化與鈉長石-霓輝石-鈉閃石和鈉長石-綠泥石-綠簾石交代蝕變有關(guān)。

鈉長巖的原巖中幾乎所有礦物都發(fā)生了蝕變， 蝕變類型主要包括鈉長石化、 赤鐵礦化、 綠泥石化、 綠簾石化、 脫硅化、 碳酸鹽化、 鈉黝簾石化和硅化。 此外， 鈉交代巖邊緣發(fā)育絹云母化、 云母化、 閃鋅礦化。 由于花崗巖滲透率較高， 花崗巖中鈉長石化比片麻巖和片巖中的鈉長石化更為發(fā)育， 其蝕變形成的鈉長巖中鈉長石含量可達(dá)80%～90%。該交代蝕變帶延伸超過3 km， 寬0.6 km，探明深度超過1.2 km。

蝕變分帶現(xiàn)象明顯， 從外帶至內(nèi)帶依次分為輕微蝕變的原巖、 正長巖類和鈉長巖（包括鈾礦化鈉長巖）。 其中內(nèi)帶鈉長巖礦物組成為鈉長石（高達(dá)60%～80%）以及深色礦物， 包括霓輝石、 堿性角閃石、 少量陽起石、 綠泥石、 綠簾石、 金云母和水云母， 碳酸鹽和榍石在礦石中很常見。 鈉交代巖也顯示出垂直分帶， 鈉長石-霓輝石-鈉閃石交代巖沿傾向向鈉長石-綠泥石-綠簾石交代巖轉(zhuǎn)變， 二氧化硅在交代體上部重新形成細(xì)脈和硅化帶。分帶性還體現(xiàn)在化學(xué)元素含量上， 鈉長巖中Na2O 含量遠(yuǎn)高于K2O， 堿性元素總量、 二氧化碳和Fe3＋含量均顯著高于原生巖石。 礦石中U、 Pb、 V、 Li、 Rb、 Ti、 Ba、 Sr、 Zr、 Y、Yb、 Th 含量較高， 垂直向上礦石中的Y 和Zr濃度增加尤為明顯［5］。

瓦圖津礦床主要有四個鈾礦蝕變帶： 東部帶、 中部帶、 西部帶和西北部帶。 它們由大小不同、 形態(tài)各異的透鏡狀、 等距的復(fù)雜礦體鏈組成。 其中西北部帶為瓦圖津礦床的主要鈾礦帶， 鈾資源占整個礦床的60%以上，平均品位0.2%。 由斷裂構(gòu)造和鈉長巖共同控制， 發(fā)育深度300～800 m。

主要鈾礦物包括晶質(zhì)鈾礦、 β-硅鈣鈾礦、鈾黑和硅鈣鉛鈾礦， 以及次生鈾礦物包括水成瀝青鈾礦、 次生硅酸鹽和鈦酸鹽鈾礦物。此外還含有少量的鈾石、 鈦鈾礦和釩鉀鈾礦。含鈾礦物主要以浸染狀分散在暗色礦物、 斷裂或碎裂帶以及細(xì)粒膠結(jié)物中， 也有少量以3～10 mm 的細(xì)小脈狀或網(wǎng)狀聚合體的形式存在。 與米丘林礦床不同， 礦化富集部位鈉閃石和霓石富集。 除U 外， 礦石中還含有Be、Zn、 V、 Sr、 La 等元素， 但均達(dá)不到綜合利用的工業(yè)要求。

研究認(rèn)為， 熱液作用和鈉交代作用是瓦圖津礦床的主要成因， 后期含礦流體沿著斷層滲透， 是形成鈉交代和鈾成礦的決定性因素。 在無石英的碎裂鈉長巖中鈾礦化達(dá)到工業(yè)品位， 其中含二價鐵離子的暗色礦物與鈾沉淀富集共伴生。

2.5 黃水（Zheltorechenske）鈾礦床

黃水鈾礦床（也作黃河鈾礦床）位于烏克蘭第聶伯彼得羅夫斯克州黃水市郊， 故得名。鈾成礦區(qū)劃上屬于烏克蘭中部鈾礦集區(qū)克里沃羅格鈾礦區(qū)（圖2）。 礦床產(chǎn)于克里沃羅格鐵礦盆地黃水變質(zhì)巖帶， 定位于寬0.5～2 km、南北長10 km 的黃水向斜構(gòu)造（圖9）。 受東西向的蘇波茲克-瑪莎林斯科礦化斷裂與克里沃羅格-克列門丘格斷裂交匯部位控制， 賦礦圍巖為含鐵石英巖。 該礦床屬鐵-鈾-釩-稀土-鈧多金屬礦床， 鈾資源量約為14 000 t，平均品位為0.12%［5］。

圖9 黃水向斜地質(zhì)簡圖（a）及典型剖面簡圖（b）（據(jù)Belevtsev 等， 1984［11］； Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 9 The simplified geological map （a） and representative cross section （b） of the Zheltorechenske uranium deposit （modified after Belevtsev et al.， 1984［11］and Dahlkamp， 2016［5］）

礦床基底巖石主要有分布于褶皺東翼的太古宙灰色斜長石混合巖和薩克薩甘型花崗巖， 西翼的玫瑰色微斜長石混合巖與花崗巖；中部為下元古界克里沃羅格群變質(zhì)巖。

克里沃羅格群自下而上分為4 個組， 即新克里沃羅格組角閃巖和角閃石片巖以及黑云母-角閃石片巖， 厚度為7～400 m； 斯基列瓦特組黑云母片麻巖和角閃石-黑云母片麻巖、 云母石英巖石， 厚度為10～250 m； 薩克薩甘組石英-黑云母-角閃石片巖、 角閃石片巖和磁鐵礦-角閃石片巖， 與含鐵石英巖互層， 厚度約300 m； 格丹采夫組整合產(chǎn)出于薩克薩甘組的石英-黑云母片巖中， 根據(jù)巖性不同再分為上、 下兩段， 厚度約300 m。

黃水向斜被幾組近南北向、 近北西向的斷裂分隔成若干小塊體， 向褶皺軸線延展，也發(fā)育東西向和南北向的撓褶或褶皺。 黃水礦床的主要控礦構(gòu)造為線形的、 環(huán)形的層間剝離帶和破碎帶。 轉(zhuǎn)折端及兩翼巖性為薩克薩甘組和格丹采夫組。 片理化的和破碎的巖石斷裂帶厚度從幾米到幾十米不等， 走向延伸1 km。

黃水礦床內(nèi)與薩克薩甘組鈉交代巖（鈉長巖、 鈉閃石交代巖、 霓石-鈉閃石交代巖）有關(guān)的直線型或環(huán)形鈾礦化帶： 位于褶皺西翼的奧里霍夫-米哈伊洛夫礦化帶， 轉(zhuǎn)折端的環(huán)形礦化帶， 褶皺東翼的東部礦化帶。

奧里霍夫-米哈伊洛夫鈾礦化帶與褶皺西翼整合產(chǎn)出， 其走向從北西向到南北向， 向東或向西陡傾。 礦化帶呈細(xì)窄的條帶狀產(chǎn)于鈉長巖中， 長度約1 km。 北部邊界由奧里霍夫斷裂限定， 南部則由褶皺轉(zhuǎn)折段限定， 礦化帶的頂界距地表150～200 m， 礦床中部的礦化深度達(dá)2 km。 通過鉆探在該礦化帶內(nèi)不同深度共揭露出約10 個不同大小的礦體。

東部鈾礦化帶位于褶皺東翼， 鈉長巖與鐵礦體的接觸帶中， 走向延伸上百米， 傾向延伸超過1 km， 厚度10 m。 其中揭露出3 條礦體。

褶皺鞍部的鈉長巖帶在平面上呈拋物線形狀， 北部張開。 走向、 傾向延伸均超過1 km， 厚度10 m。 發(fā)現(xiàn)9 個礦體及眾多雞窩狀、 透鏡狀小礦體。

礦體在環(huán)形或線型鈾礦化帶中呈層狀、柱狀、 透鏡狀、 脈狀形態(tài)。 礦體沿走向延伸較大， 從數(shù)百米至1 km 不等。 厚度變化較大， 時而狹縮時而膨脹。 橫切面上可見不同礦化強(qiáng)度的條帶， 不同方向含礦構(gòu)造的交匯處鈾礦體呈礦株狀。 橫切面上礦體的長度、厚度在幾十米內(nèi)變化， 而傾向上則在百米內(nèi)變化。 透鏡狀礦體一般厚度不大， 走向長度幾十米， 傾向達(dá)100 m。

鈾礦石中主要礦物： 硅酸鹽、 鋁硅酸鹽礦物， 占比85%～90%， 主要有鈉長石， 其次角閃石、 霓石、 水云母、 綠泥石； 1%～15%赤鐵礦和磁鐵礦； 極少量的硫化物和碳酸鹽礦物。 鈾礦物主要為硅鈣鉛鈾礦、 鈦鈾礦、 晶質(zhì)鈾礦。 個別礦體上可見瀝青鈾礦及含鈾的變水鋯石、 榍石和磷灰石等礦物。 鈾礦物以分散浸染， 條帶狀， 脈狀， 斑點狀產(chǎn)出。 構(gòu)造角礫巖的膠結(jié)物中發(fā)育的鈾礦物以膠結(jié)-角礫結(jié)構(gòu)產(chǎn)出。

鐵質(zhì)-碳酸鹽交代巖體中發(fā)育有幾個鈾礦化帶： 位于褶皺西翼的米哈伊洛夫鐵質(zhì)-碳酸鹽鈾礦化帶以及東翼的其他3 個鈾礦化層帶——西主礦化帶、 東主礦化帶、 西次礦化帶。 其中米哈伊洛夫鈾礦化層帶位于奧里霍夫-米哈伊洛夫鐵礦層的南部， 其走向延長不超過幾百米， 傾向上從400～475 m 深度向下延伸超過300 m， 厚度1 m。

褶皺東翼的鐵質(zhì)-碳酸鹽型交代巖中的鈾礦化主要賦存于西主礦化帶， 位于礦床的南部。 礦化帶與圍巖整合產(chǎn)出， 走向長大于500 m， 傾向從500 m 到700～900 m， 其中分出2 個大型礦體， 7 個小礦體。 礦體內(nèi)磁鐵礦-角閃石片巖和鐵質(zhì)石英巖受到交代， 交代體具有帶狀結(jié)構(gòu)。

堿性鈉交代巖中發(fā)育鈾型和鈧-釩-鈾-稀土型兩種礦石。 霓石巖、 鈉長巖、 堿性角閃石交代巖、 霓石-堿性角閃石交代巖的形成是由于大量的高堿性高氧化性的變質(zhì)流體在構(gòu)造-交代帶內(nèi)的作用。 成礦過程也使得交代熱液中的元素發(fā)生分配。 Zhukova［12］經(jīng)研究認(rèn)為，薩克薩甘組中的鈾礦石和交代巖由4 個礦化階段形成。 早期的硅酸鹽階段： 形成鈉閃石交代巖， 霓石交代巖和含雜硅鈣鉛鈾礦、 鈦鈾礦、 磷灰石、 變水鋯石、 榍石的鈉長巖；碳酸鹽-晶質(zhì)鈾礦階段： 鐵質(zhì)-碳酸鹽交代巖、含晶質(zhì)鈾礦的類矽卡巖； 晚期硅酸鹽階段：不產(chǎn)鈾； 脈狀硫化物-瀝青鈾礦階段： 瀝青鈾礦、 晶質(zhì)鈾礦、 鈾石、 碳酸鹽、 石英、 綠泥石、 碳瀝青、 黃鐵礦、 白鐵礦、 方鉛礦、 黃銅礦等充填薩克薩甘組和格丹采夫組巖石和交代巖中的空隙。

格丹采夫組中鈧-釩型和鈾-稀土型礦化與交代巖的主要造巖礦物（錐輝石、 堿性角閃石、 變水鋯石、 磷灰石）形成條件和成分有關(guān)，薩克薩甘組中磁鐵礦-角閃石片巖發(fā)生交代變質(zhì)形成的霓石-鈉閃石交代巖中的綠色霓石含少量的釩、 鈦。 格丹采夫組白云巖和石英巖交代后生成的錐輝石-堿性角閃石交代巖中的錐輝石明顯富集釩、 鈦、 鈧等元素， 而圍巖中并不含這些元素。 鐵、 釩、 鈧由熱液攜帶至交代帶。

在錐輝石交代巖外圍富集的變水鋯石和磷灰石的原因是由于堿性、 CO2含量以及與白云巖和石英巖反應(yīng)的熱液溫度的降低。 熱液的物理-化學(xué)條件的改變控制著釔組和鈰組元素在磷灰石和變水鋯石晶體中的分配， 也控制著在其晶體表面鈾礦物的沉淀。 因此， 不同的類型鈾礦石以及交代巖是成礦熱液與不同原巖相互作用的產(chǎn)物。 形成堿性鈉交代巖的溫度區(qū)間為300 ～400 ℃， 壓力區(qū)間為50～200 MPa。 黃水礦床成礦U-Pb 年齡為（1 770±50）Ma［13］。

2.6 五一（Pervomayske）鈾礦床

1945 年春在五一鐵礦的4 號豎井82 m 中段， 地質(zhì)學(xué)家伊萬諾夫等在研究熱液蝕變時，發(fā)現(xiàn)三塊綠泥石-絹云母片巖手標(biāo)本具有放射性， 由此揭開了烏克蘭鈾礦大發(fā)現(xiàn)的序幕。隨后在D 號豎井150 m 中段處的角閃石-方解石-磁鐵礦礦石上又發(fā)現(xiàn)有鈾礦化， 進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了烏克蘭境內(nèi)甚至前蘇聯(lián)境內(nèi)的第一個鈾礦床——五一鈾礦床。 鈾礦石類型屬于鐵鈾型礦石， 鈾資源量為10 200 t， 平均品位為0.12%［5］。 1968 年停止采鈾礦， 隨即移交給烏克蘭黑色冶金工業(yè)部繼續(xù)開采鐵礦。

礦床位于克里沃羅格褶皺帶的北部（圖2），礦床所賦存的變質(zhì)巖層的巖性、 構(gòu)造等地質(zhì)特征與褶皺帶南部存在著明顯的差異， 北部變質(zhì)程度相對較高， 交代巖也極為發(fā)育。 五一鈾礦定位于五一向斜構(gòu)造內(nèi)， 區(qū)內(nèi)克里沃羅格群變質(zhì)巖層的走向由北東向變?yōu)楸蔽飨颍▓D10）。 與薩克薩甘地區(qū)相比礦區(qū)內(nèi)的地層的巖性、 厚度等發(fā)生明顯變化， 部分克里沃羅格群的鐵質(zhì)-角巖層出現(xiàn)尖滅現(xiàn)象。 發(fā)育更高級別的變質(zhì)巖， 克里沃羅格中部的長石砂巖在這里變質(zhì)為云母石英巖、 黑云母千枚巖、鎂鐵閃石片巖等。

克里沃羅格群的火山-沉積巖因發(fā)生交代作用而形成新的巖石， 且沿走向和傾向延伸都較大。 不論鐵礦體還是鈾礦體的形成均與交代作用有關(guān)， 礦體的成分與形態(tài)都符合交代作用的特征。

由于發(fā)育大量的北西走向斷裂， 褶皺構(gòu)造也顯得十分復(fù)雜， 多組斷裂將礦區(qū)分隔成若干塊， 導(dǎo)致礦區(qū)形成如馬賽克般的構(gòu)造格局， 這些斷裂分隔的塊體在平面上呈扁平狀、透鏡狀。 沿著斷裂這些小斷塊的位移較大，部分地層完全尖滅甚至不同地層拼合到一起。因此也導(dǎo)致一些大的角巖體、 片巖體和鐵礦體出現(xiàn)在了不同的地層中。 盡管構(gòu)造變形劇烈， 但是在礦區(qū)還是保存了主要的地層層序以及走向上的延伸性等特征， 主要是以近南北向的斷裂為主， 總體上礦區(qū)內(nèi)巖層的走向和傾向與五一向斜的北翼一致（圖10）。

圖10 五一礦床地質(zhì)簡圖（a）（據(jù)Koval 等， 1995［14］）及代表性勘探線剖面圖（b）（據(jù)Miguta and Tarkhanov， 1998［15］）Fig. 10 The simplified geological map （a） （after Koval et al.， 1995［14］） and representative cross section （b） （after Miguta and Tarkhanov， 1998［15］） of the Pervomayske uranium deposit

沿近南北向斷裂旁邊又發(fā)育多組近東西向或者近北西的斷裂， 因這些斷裂的定向變化較大， 導(dǎo)致對其進(jìn)行嚴(yán)格的定向分類極為困難。 多組大、 中、 小型斷裂交錯展布， 斷裂性質(zhì)為走滑逆斷層和走滑正斷層。 在礦區(qū)的西北部， 近南北向的薩克薩甘逆沖帶與北西向的斷裂帶交匯部位發(fā)育眾多角礫巖帶，平面上呈不規(guī)則形狀且向斷裂帶方向凸出，大小約為800 m×500 m， 傾向東南。 角礫巖體為圓錐狀， 也稱為角礫巖筒， 其邊緣部位破碎強(qiáng)度逐漸變小。

五一礦床有兩種工業(yè)礦石類型： 1） 鐵礦石； 2） 鐵-碳酸鹽-鈾礦石。 鐵礦石具有閃石礦物成分， 含鐵量較高（62%）， 硅質(zhì)含量低。礦體呈條帶狀、 次條帶狀、 塊狀和扭曲狀。 礦物成分： 磁鐵礦（30%～90%）、 赤鐵礦（0～40%）、 堿性閃石 （5%～30%）； 次級礦物有假象磁鐵礦、 假象赤鐵礦、 黃鐵礦、 白鐵礦、 磁黃鐵礦、 毒砂、 方解石、 石英、 鐵綠泥石、 鐵鎂綠泥石、 霓石、 滑石； 副礦物有榍石、 磷灰石、 鋯石； 始終含有鈾、 釷雜質(zhì)。X 射線光譜分析鐵礦石中含鍺、 鎳、 鉻、 銅、鉛、 鋅、 鈷、 鎢、 鍶等元素。

鐵-碳酸鹽-鈾礦石呈條帶狀， 少量塊狀，多繼承原巖的結(jié)構(gòu)。 宏觀上碳酸鹽-赤鐵礦-磁鐵礦石為深灰色， 細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)， 條帶狀、次條帶狀。 礦物成分： 磁鐵礦和假象磁鐵礦（40%～60%）， 赤鐵礦和假象赤鐵礦（10%～40%）， 白云石、 鐵白云石、 菱鐵礦和方解石10%～40%）， 綠泥石（0～25%）， 水云母（0～15%）； 鈾礦物， 霓石， 堿性閃石， 石英， 鈉長石； 少量的黃鐵礦、 白鐵礦、 磁黃鐵礦、方鉛礦、 磷灰石、 鋯石和榍石。 鈾礦石化學(xué)成分：SiO2（4%～10%），Al2O3（1%～3%）， Fe2O3（50%～60%）， FeO（15%～20%）， MgO（2%～6%）， CaO（2%～5%）， Na2O（1%）， K2O（0.5%），CO2（4%～7%）。 X 射線光譜分析礦石中含銅、鎳、 釩、 鋅、 鉻、 釷、 鋯、 鉍、 鉬、 鈷、 銀、鍺、 鈮、 鉭、 銻等。

3 烏克蘭地盾中部元古宙熱點深源鈾成礦模式

3.1 烏克蘭地盾中部元古宙熱點作用特征

3.1.1 長期多期次巖漿熱液活動中心

眾多鈾礦物和鋯石年代學(xué)研究結(jié)果表明［7］， 烏克蘭地盾中部地區(qū)是長期多期次不同性質(zhì)巖漿作用、 熱液活動和成礦作用中心（圖1、 3）， 時間從古太古代的3.7 Ga 延伸到中元古代時期， 主要如下：

A 巖漿巖和交代作用系列：

1） 奧巖系（Aul Series）： 變基性巖和超基性巖（3 700±200）Ma［16］；

2） Konksk-Verkhovtsev 巖系： 變火山巖（3 250±200）Ma［16］；

3） 新克里沃羅格（New Krivoy Rog）巖套：角閃巖（2 190±40）Ma， 花崗巖（2 000±20）～（1 890±75）Ma［2］；

4） 新烏克蘭-基洛沃格勒（Novoukrainsk-Kirovograd）巖塊： 花崗巖2.06～2.02 Ga［3］；

5） 新烏克蘭（Novoukrainsk）雜巖：（2 039±6）～（2 025±48）Ma［3，17］；

6） 鉀交代偉晶花崗巖： 2.0～1.9 Ga［6］；

7） Gdantsev and Gleevat 巖套： 其中侵入的花崗巖（2 000±20）～（1 890±75）Ma［2］；

8） 中太古代混合片麻巖偉晶巖類巖脈：（1 959±36）Ma［3］；

9） 鐵-鎂-鈉交代作用： 1.8～1.7 Ga［6］；

10） 鈉交代作用： 1.84～1.80 Ga［3］；

11） 科爾松-新米爾哥羅德 （Korsun-Novomirgorod）巖基： 奧長環(huán)斑花崗巖、 斜長巖（1 754±4）～（1 725±11）Ma［3，17］；

12） 北西-南東走向基性巖墻： （1 600±50）Ma［18］；

13） 晚 期 堿 交 代 作 用： 920 Ma 和750 Ma［19］；

B 礦化系列：

1） 古元古代礫巖（Nikolo-Kozelskoye 礦床）晶質(zhì)鈾礦： 約2.8 Ga［20］；

2） 花崗混合巖偉晶巖中鋰礦化：2.0 Ga［3］；

3） 主要鈉交代型鈾礦床： （1 812±42）～（1 753±42）Ma［3，21］；

4） 科 爾 松-新 米 爾 哥 羅 德 （Korsun-Novomirgorod） 巖基輝長巖和蘇長巖中巖漿型鈦礦： 1.75 Ga［3］；

5） 脈狀硫化物瀝青鈾礦： 220 Ma［6，19］；

6） 結(jié)晶巖中表生金礦化： 年齡未知［3］。

上述年代學(xué)數(shù)據(jù)表明， 在大致同一區(qū)域（烏克蘭地盾中部， 圖3）， 巖漿活動不僅延續(xù)時間長， 期次多， 而且?guī)r漿作用性質(zhì)不同，既有酸性也有基性、 超基性及較強(qiáng)烈的堿交代作用， 表現(xiàn)出與深部熱動力學(xué)有關(guān)的太古代-元古宙熱點作用特征。 鈾產(chǎn)出區(qū)的這些特征與我國華南典型鈾礦化區(qū)相似［22-24］， 如下莊鈾礦田等［25］。

在礦化方面， 古元古代的古礫巖中的晶質(zhì)鈾礦化和后期外生砂金礦化表明地盾古老巖石不僅富鈾而且富金； 強(qiáng)烈的鈉和鉀交代作用和鋰也表明該區(qū)是富堿區(qū)， 鈾礦化與古元古代熱事件關(guān)系密切。 該區(qū)中生代還有熱液鈾成礦作用， 是深部巖漿熱作用再活化的結(jié)果。

3.1.2 烏克蘭地盾中部巖漿-熱液活動與深部殼幔熱物質(zhì)隆升有關(guān)

烏克蘭地盾中部新烏克蘭-基洛沃格勒巖基形成的各種火成巖和交代熱作用與深部的殼幔作用有著密切的關(guān)系， 這可由深部地震數(shù)據(jù)支撐， 圖11 是深部地震波速圖， 反映烏克蘭地盾中部深部60 多千米的波速變化， 說明深部的莫夫面是不連續(xù)的， 被連續(xù)的深部物質(zhì)上升所沖破， 深部具隆凹結(jié)構(gòu)， 地表的巖漿熱活動與深部地幔物質(zhì) “穿刺” 作用相關(guān)聯(lián)及其對鈾多金屬成礦等的控制作用［9］， 鈾成礦區(qū)地殼最小厚度只有35 km， 其中心具有較低的Aps/Ap（ps 轉(zhuǎn)換波振幅與p 波振幅比）值， 說明深部物質(zhì)可能較熱。 法國鈾礦專家Cuney 等［7］也指出烏克蘭地盾中部鈉交代鈾礦床與地殼規(guī)模的熱柱（thermal plume）有關(guān)， 它不僅僅是提供了熱物質(zhì)， 而且也是深大斷裂和剪切帶作用的動力來源（圖11）。 現(xiàn)今看到的莫霍面沉陷是由于深部巖漿侵入造成的硅鋁地殼加厚壓沉作用所致。

重力數(shù)據(jù)也清楚地表明烏克蘭地盾中部鈾礦化區(qū)具有明顯的負(fù)異常， 反映低密度（酸性巖） 物質(zhì)的貫入， 并且對鈉交代型鈾礦化產(chǎn)生明顯的控制作用（圖12）。

3.1.3 鈾礦化主要受深大斷裂和剪切構(gòu)造帶控制

圖11 新烏克蘭-基洛沃格勒-科爾松-新米爾哥羅德巖體地震模型 （據(jù)Starostenko 等， 2010［9］）Fig. 11 The 3D seismic model of the Novoukrainsk-Kirovograd-Korsun-Novomirgorod Massifs （after Starostenko et al.， 2010［9］）

圖12 烏克蘭地盾中部重力異常和鈾礦化空間關(guān)系 （據(jù)Dahlkamp， 2016［5］）（圖中礦床與圖2 相同）Fig. 12 The gravity contour map and location of uranium deposits in the Central Ukraine Shield （after Dahlkamp， 2016［5］）（the uranium deposits are the same to those in Fig. 2）

烏克蘭地盾中部鈾礦床均受深大斷裂或剪切構(gòu)造帶控制（圖2-8）。 烏克蘭地盾中部區(qū)巖漿活動受深部熱動力學(xué)控制， 其中的深大斷裂和剪切構(gòu)造帶（深切作用）與深部的熱動力起著誘導(dǎo)和再活化的相互相成的作用， 主要是北北西、 北北東、 東西和南北走向的構(gòu)造， 這些斷裂具切殼性質(zhì)， 既表現(xiàn)為韌性又有脆性， 有的大斷裂為不同地質(zhì)塊體的縫合分界線。 這些斷裂為晚期巖脈、 流體貫入提供了有利場所， 從而控制著堿交代和鈾成礦作用。

烏克蘭地盾中部鈉交代巖型鈾礦床主要受南北向構(gòu)造控制， 部分北西-南東和北東-南西向構(gòu)造控制或這些斷裂的交匯控制， 如：近南北走向的基洛沃格勒斷裂是基洛沃格勒地區(qū)的主要控礦斷裂， 而北西-南東向的新康斯坦丁諾夫斷裂控制了新康斯坦丁諾夫地區(qū)的鈾礦產(chǎn)出。 東西向斷裂使該區(qū)沉陷， 從而使早先形成的鈾礦免于剝蝕得以保存［1］。

3.1.4 鈾礦化含礦主巖具多樣性和成礦相對獨立性

烏克蘭地盾中部地區(qū)的鈉交代型鈾礦床按含礦主巖可分為兩大類： 巖漿巖類和變質(zhì)巖類， 前者是主要的含礦圍巖， 產(chǎn)出鈾礦床意義更大。 巖漿巖類含礦主巖也是各種巖性，有酸性的花崗質(zhì)巖類， 包括混合巖、 花崗片麻巖、 花崗巖、 閃長巖、 二長巖及少量基性巖類等， 鈾礦化是產(chǎn)在其中的堿性角閃石-霓石-鈉長石交代巖中。 變質(zhì)巖類主要是富鐵鎂的變質(zhì)巖中， 主要分布在克里沃羅格盆地中，包括富鐵石英巖、 石英磁鐵巖、 角閃片巖、片麻巖和碳酸鹽巖等， 鈾礦化也主要是產(chǎn)在其中的堿性角閃石-霓石-鈉長石交代巖中，在交代作用過程中， 磁鐵礦多變?yōu)榧傧蟪噼F礦， 并伴有變水鋯石、 磷灰石和白云石等的形成。 可見鈾礦化含礦主巖具多樣性， 可產(chǎn)在各種巖性中， 與巖性關(guān)系不是很大， 但都與堿交代巖密切相關(guān)。

鈾礦化對含礦主巖的相對獨立性主要是指鈾礦化發(fā)生在含礦主巖形成之后， 含礦主巖的年齡大多數(shù)早于成礦年齡達(dá)數(shù)億年， 說明鈾成礦作用既是巖漿熱液系列活動一個階段的產(chǎn)物， 對含礦主巖來說又是相對獨立的，是熱點作用的產(chǎn)物［22-24，26-27］。

3.1.5 鈾礦化交代作用的統(tǒng)一性

烏克蘭地盾中部地區(qū)前寒武紀(jì)巖石經(jīng)歷了多次的交代作用。 發(fā)生在2 Ga 時期的鉀交代作用主要是微斜長石化， 如Pobuzhsky 地區(qū)的鈾礦床， 產(chǎn)在偉晶巖脈或偉晶狀鉀長花崗巖中。 0.2 Ga 之后， 大約在1.8 Ga 時， 發(fā)生了鈉交代和鈣鎂交代作用， 其廣度和強(qiáng)度均大， 主要是受脆性深大斷裂控制， 對先前形成的地盾結(jié)晶基底巖石產(chǎn)生強(qiáng)烈的改造作用。

鈉交代型作用主要表現(xiàn)為堿性鈉長石-霓石-堿性角閃石組合， 部分高鎂鐵鈉閃石。 鈣鎂交代主要是富鈣鎂的礦物組合， 如鈣鐵榴石-方解石-透輝石。 這些蝕變在基洛沃格勒-斯莫林地區(qū)的混合巖、 花崗片麻巖和花崗巖及少量基性巖能見到， 在克里沃羅格盆地中的變沉積巖中也能見到， 如與鈾礦化相關(guān)的富鐵石英巖、 石英磁鐵巖、 角閃片巖、 片麻巖和碳酸鹽巖。

這些蝕變尤其是鈉交代鈾成礦作用無巖石類型選擇性， 在各種巖類均可見到， 且性質(zhì)相似。 它們主要是受斷裂控制， 在斷裂帶中平行或呈梯形產(chǎn)出。 如在基洛沃格勒-斯莫林地區(qū)， 控礦基洛沃格勒斷裂中鈉交代可延伸數(shù)十千米、 寬數(shù)十至數(shù)百米， 延深可達(dá)2.5 km 或更深； 與鈉交代形成的鈉長巖相伴生的經(jīng)常見到霓石、 堿性角閃石、 綠泥石、綠簾石、 水云母、 金云母、 碳酸鹽和赤鐵礦等。 如前文代表性礦床案例所述， 蝕變在垂向和水平方向還具有分帶性（圖13）。

上述特征表明交代作用具統(tǒng)一性特征，主要受控于構(gòu)造作用于不同圍巖中， 是在1.8 Ga 作用時期發(fā)生的與堿性流體作用有關(guān)獨立于被交代主巖的事件， 也是典型的熱點作用的產(chǎn)物［22，26］。

圖13 多庫礦床和新康斯坦丁諾夫礦床鉆孔中主要礦物展布深度與鈾礦化關(guān)系 （據(jù)Cuney 等， 2012［7］）Fig. 13 Major minerals and U concentration distribution along drill hole 572 of the Dokuchayivka deposit （left） and drill hole 454 of the Novokonstantinovske deposit（right）（after Cuney et al.， 2012［7］）.

3.1.6 鈾成礦作用的深源性

烏克蘭地盾中部地區(qū)在鈾成礦作用前后均有較大的基性巖脈的侵入作用（圖3）， 這說明在1.8 Ga 時， 成礦區(qū)在構(gòu)造動力學(xué)上發(fā)生伸展， 深部地幔物質(zhì)上涌侵入所致。 該成礦區(qū)的基性巖脈群也是北西-南東走向展布， 與我國著名的花崗巖型下莊、 諸廣鈾礦田等相似［24-25］， 只是時代不同而已。

強(qiáng)烈的鈉交代作用需要的鈉的量數(shù)以百萬噸計， 根據(jù)Kalashnik［28］的計算， 烏克蘭地盾每個鈉交代超大型鈾礦床中外來滲入的鈉為（20～40）×106t； 在變質(zhì)巖中的鈉交代型鈾礦床鈉的來源更是外來的， 因為巖層在發(fā)生變質(zhì)的過程中并不會發(fā)生鈉的遷出， 相反會強(qiáng)烈地吸入鈉。 堿交代鈉和鉀通常都具有深源的特征， 就像堿性巖來自殼幔較深處。 成礦區(qū)大規(guī)模鈉交代過程中不僅形成了鈉長石（鈉長巖）， 還伴有較多的富含鐵鎂的基性礦物， 如堿性輝石、 角閃石、 透輝石、 綠簾石、陽起石等， 也說明鈉交代堿性流體具有深源性。 形成的鈾礦物組合主要是鈦鈾礦、 晶質(zhì)鈾礦、 鈾石反映鈾礦物形成的由高溫到低溫的演化過程， 鈦鈾礦也發(fā)現(xiàn)于輝石中， 鈾黑等次生鈾礦物是后期氧化的產(chǎn)物； 與鈾礦物共伴生的副礦物還有獨居石、 鈾釷石、 褐簾石、 磷灰石、 鋯石和鈦鐵礦等， 其他不透明礦物還有金紅石、 鈦鐵礦、 黃鐵礦、 黃銅礦、方鉛礦、 閃鋅礦、 赤鐵礦、 磁鐵礦、 鈦磁鐵礦等， 此外， 還發(fā)現(xiàn)了自然鉛、 銀、 銅、 鉍等， 這反映成礦流體具有復(fù)雜的組成， 在沉淀時具強(qiáng)還原環(huán)境［7-8］。 據(jù)包裹體測溫研究，早期的鈉交代流體溫度可高達(dá)500 ℃， 它應(yīng)是一個超臨界流體， 這一溫度也可從長石的韌性變形推斷得出［29-30］， 也說明來自較大的深度。

地球化學(xué)元素特征上， 鈾和二價鐵呈明顯正相關(guān)關(guān)系， 而與三價鐵關(guān)系不明顯。 隨著鈾的富集， 其他富集微量元素還有Th、 Nb、V、 Sc、 Zr、 HREE 等； 在鈉交代鈾成礦過程中， Mg、 Fe、 Ti、 Ca、 P 等主要元素含量明顯增加， 而Si、 Al 等是明顯降低的（圖14）， 這與其他鈉交代型鈾礦床的巖/礦石地球化學(xué)特征是相似的， 如我國龍首山堿交代型鈾成礦帶［31-33］。

圖14 交代體與圍巖化學(xué)成分及鈾含量變化圖Fig. 14 Uranium and other element variations of the albitites and host rocks

在基洛沃格勒-斯莫林鈾礦集區(qū)， 鈉交代巖與正?；◢弾r圍巖相比， 其中鈉長石和磷灰石的87Sr/86Sr 明顯降低（圖15）， 為0.710 左右， 而花崗巖在0.720 以上， 甚至大于0.750，表明在鈉交代鈾成礦過程中有深源甚至地幔物質(zhì)的參與， 這也被具有深源性的碳酸鹽中的同位素組成δ13C（－7.9‰～6.9‰）和礦化部位黃鐵礦硫同位素組成δ34S （－1.1‰～3.3‰）所進(jìn)一步 佐 證［5，7］。 氧同位素δ18O 明顯降低，一般變化在5‰～7‰， 而花崗巖在11‰左右， 這些數(shù)據(jù)也說明鈉交成礦流體具有深源特征。

圖15 烏克蘭中部Novooleksiivka 礦床87Sr/86Sr 比值隨深度變化關(guān)系Fig. 15 The 87Sr/86Sr ratios vs. depth diagram of the Novooleksiivka deposit in central Ukraine.

在基洛沃格勒-斯莫林鈾礦集區(qū)還發(fā)現(xiàn)了金伯利巖巖脈， 鈾含量高達(dá) （10～20）×10-6，這說明在地幔中金伯利巖質(zhì)熔體產(chǎn)生的部位會發(fā)生鈾的富集， 而其對應(yīng)的深度超過150 km； 堿性巖中富集的元素組合U、 Th、Nb、 Ta、 Zr、 Be、Y（HREE）被認(rèn)為是來自地幔深度160～180 km， 而這組合中的元素在鈉交代鈾礦床中均有不同程度的富集。

3.2 烏克蘭地盾交代型元古宙熱點深源鈾成礦模式

在上節(jié)中闡述的烏克蘭地盾中部的巖漿作用、 交代蝕變作用、 鈾成礦作用特征和地球物理及地球化學(xué)異常特點均表明它是個元古宙熱點作用區(qū)， 不僅控制著該區(qū)的巖漿-熱液活動， 也控制著該區(qū)巨大的鈾成礦省， 這也是為什么在烏克蘭地盾中部集中產(chǎn)出超大型鈉交代鈾礦床的原因。 因此， 提出了烏克蘭地盾交代型熱點深源鈾成礦模式（圖16），概述如下：

1） 熱點作用早期： 主要是2.19～2.0 Ga期間， 由于深部熱動力作用的影響， 地幔物質(zhì)上涌， 同時使上地殼產(chǎn)生熔融， 形成了新克里沃羅格巖套， 巖性以基性角閃巖（2.19 Ga）和酸性花崗巖（2.0 Ga）為主， 新烏克蘭-基洛沃格勒花崗巖巖塊（2.06～2.02 Ga）和新烏克蘭雜巖（2.04 Ga）， 構(gòu)成了烏克蘭地盾中部地區(qū)典型的巖漿巖區(qū)， 它們侵入到先前形成的太古代片麻巖和火山巖中， 加劇圍巖的熱動力變質(zhì)作用， 提高了變質(zhì)巖的變質(zhì)程度。

2） 熱點作用中期： 主要是2.0～1.85 Ga期間， 形成了鉀交代偉晶花崗巖套， 其中花崗巖侵入于2.0～1.89 Ga， 中太古代混合片麻巖偉晶巖類巖脈侵位于約1 959 Ma， 除了繼續(xù)以酸性巖漿侵入作用為主外， 還表現(xiàn)為鉀交代和較強(qiáng)的高溫氣液作用。

3） 熱點作用晚期： 主要是1.85～1.6 Ga期間， 由于深部熱動力隆升作用， 研究區(qū)以伸展動力作用機(jī)制為主， 奧環(huán)斑花崗巖及多期次酸性和基性巖墻侵入； 同時， 以超殼深大斷裂為主要通道， 發(fā)生大規(guī)模的鈉交代蝕變作用（1.8～1.7 Ga）， 深部含鈾流體上升至地表， 由于物理化學(xué)條件的改變， 使鈾發(fā)生大規(guī)模的沉淀富集的鈾成礦作用。 成礦作用后，由于繼續(xù)伸展， 形成了新一輪基性巖脈巖漿活動（1.6 Ga）。

圖16 烏克蘭地盾中部鈉交代型熱點深源鈾成礦模式圖Fig. 16 The deep-sourced hotspot metallogenic model of the Na-metasomatism uranium deposits in the Central Ukraine Shield

由于烏克蘭地盾中部鈾礦省不同類型形成于統(tǒng)一的上述熱點活動區(qū)， 它們也表現(xiàn)出共性的特征：

1） 空間上集中性： 鈾礦床均產(chǎn)在烏克蘭地盾中部元古宙熱點作用區(qū)范圍內(nèi)， 且可產(chǎn)在各種圍巖中， 如米丘林鈾礦圍巖有花崗巖、黑云母-角閃石片麻巖、 混合巖和偉晶巖等，總體上礦化圍巖有酸性花崗質(zhì)巖石、 基性巖類及片麻巖、 混合巖與條帶狀含鐵石英巖等變質(zhì)巖中， 不受圍巖控制， 主要受構(gòu)造控制，換句話說， 只要在熱點作用區(qū)有利的構(gòu)造空間， 特別是貫通深部的深大斷裂及其次級斷裂， 這也就很好地解釋了為什么鈾礦在空間上產(chǎn)出的集中性。 這樣的集中區(qū)也是巖漿作用和熱液交代作用的集中區(qū)， 說明它們是在統(tǒng)一的地質(zhì)構(gòu)造背景下形成的［1，3，7，21］。

2） 時間上一致性： 烏克蘭地盾中部鈾礦床按含礦圍巖可分為巖漿巖和變質(zhì)巖兩大類，按交代類型可分為鈉交代型和鐵-鎂-鈉交代型兩種， 盡管類型不同， 但它們的成礦時間大致是相同的， 為1.8～1.6 Ga 之間［3，21］， 其差別可能主要是定年誤差引起的。 烏克蘭地盾中部鈾礦床形成時間的一致性也可由強(qiáng)烈的不受巖石類型影響的鈉交代作用再佐證， 鈉交代蝕變作用在不同巖性 （巖漿巖、 變質(zhì)巖）中皆有發(fā)育， 鈉交代作用具統(tǒng)一性特征， 主要受控于構(gòu)造作用， 是在1.8 Ga 作用發(fā)生的與堿性流體作用有關(guān)且獨立于被交代主巖的事件， 也是典型熱點作用的產(chǎn)物。

3） 成因上相似性： 烏克蘭地盾中部鈾礦床不僅表現(xiàn)在空間上的集中分布、 時間上的形成一致， 還體現(xiàn)在成因上具相似性， 即各礦床的成因是相似的， 差異性往往是由成礦流體作用與不同圍巖介質(zhì)反應(yīng)所致。 礦體主要受構(gòu)造控制， 呈層狀、 透鏡狀和脈狀等，交代蝕變主要是由早期的鈉長石組成， 有不同比例的霓石、 鈉鐵閃石、 綠泥石、 綠簾石等共生， 晚期的鎂鐵鈣蝕變疊加于鈉交代蝕變階段之上， 主要礦物組合包括綠泥石、 碳酸鹽礦物 （方解石、 白云石）、 金云母、 赤鐵礦等； 礦石礦物組合特征相類似， 主要鈾礦物為晶質(zhì)鈾礦/瀝青鈾礦和鈦鈾礦， 少量鈾石、硅鈣鈾礦等， 鈾礦化共伴生元素也相似， 除U外， 其他富集微量元素還有Th、 Nb、 Ta、 V、Sc、 Zr、 HREE 等， 在鈉交代鈾成礦過程中，Mg、 Fe、 Ti、 Ca、 P 等主要元素含量明顯增加， 空間上與基性巖脈關(guān)系密切， 以及礦床的同位素特征均表明這些礦床流體和物源均具有深源性。

4 結(jié)論

1） 根據(jù)烏克蘭地盾中部地質(zhì)構(gòu)造作用特點， 認(rèn)為該區(qū)是一個元古宙時期長期多期次巖漿熱液活動中心， 并與深部殼幔熱物質(zhì)隆升有關(guān)， 是一個較典型的元古宙熱點作用區(qū)。

2） 較系統(tǒng)地介紹了烏克蘭地盾中部超大型鈉交代型鈾礦的地質(zhì)特征、 礦體形態(tài)、 蝕變聯(lián)系、 礦物組成和成礦時代等特征， 它們既有共性， 也有差異性， 共性是他們都是鈉交代成因， 而差異性則主要是由不同的含礦圍巖差異性所導(dǎo)致的。

3） 從鈾礦化含礦主巖具多樣性和相對獨立性、 交代作用的統(tǒng)一性、 成礦物質(zhì)的深源性和成礦時代的相近性等多方面闡明這些礦床的成礦機(jī)理， 認(rèn)為其與受深部熱動力作用有關(guān)， 這些特征與我國華南熱液型或堿交代型鈾礦 相 似［24-29，31-33］； 建立了烏克蘭地盾中部鈾成礦省鈉交代型元古宙熱點深源鈾成礦模式， 較好地解釋了其空間相對集中產(chǎn)出的特點， 對實際找礦預(yù)測具有重要意義。