石亞飛,梁發(fā)輝,黨飛鵬
(核工業(yè)二七〇研究所,江西 南昌 330200)
前人在龍源壩巖體投入了大量的地質(zhì)勘查工作,系統(tǒng)地研究了構(gòu)造運動與巖漿侵入特征,總結(jié)控礦構(gòu)造與找礦標(biāo)志,已探明鈾礦化集中區(qū)一個,鈾礦化屬花崗巖內(nèi)帶型中-低溫?zé)嵋何g變成礦,分別有硅化破碎帶型、碎裂蝕變巖型鈾礦化兩個亞類。研究認(rèn)為,燕山早期第二階段花崗巖巖漿沿深大斷裂呈NE 向、近EW 向似菱形構(gòu)造格架侵入;燕山晚期花崗巖巖漿沿早期似菱形構(gòu)造格架中的NE向深大斷裂侵入(梁發(fā)輝和黨飛鵬,2013;黃超等,2018)。龍源壩巖體具有很大的鈾資源找礦潛力,受鈾礦化與中基性脈巖“交點型”鈾成礦地質(zhì)條件影響,碎裂蝕變帶型分為微晶石英型和碳酸鹽型鈾礦化兩種,是富鈾礦良好的成礦部位(黃世杰,2012;黨飛鵬等,2014)。吳德海等(2018)提出礦區(qū)內(nèi)“交點型”鈾礦化與綠泥石化在空間上密不可分,鈾礦體兩側(cè)必然發(fā)育有強烈的綠泥石化,因此,綠泥石化被認(rèn)為是直接的鈾礦找礦標(biāo)志。以往研究指明了鈾礦化控礦構(gòu)造和找礦標(biāo)志,但缺少對鈾成礦期、鈾礦化與古地?zé)釄龅肉櫝傻V機理的系統(tǒng)研究。
杜樂天和王玉明(1984)認(rèn)為,花崗巖型鈾礦化是“區(qū)域性巖漿-構(gòu)造-熱液活動統(tǒng)一制約的熱液鈾礦床”,受到區(qū)域性的鈾源、古地?zé)釄觥⒐杌?水云母化)蝕變帶控制,成礦期具有同一性。本文系統(tǒng)研究富鈾源、古地?zé)釄?、大硅化帶與鈾礦化關(guān)系,初步分析總結(jié)鈾成礦機理,為預(yù)測鈾找礦遠景區(qū)和找礦靶區(qū)提供參考。
龍源壩復(fù)式雜巖體大地構(gòu)造位于閩贛后加里東隆起西南緣與粵北-贛南海西-印支坳陷帶的結(jié)合部位,呈南北向延伸,是南嶺花崗巖帶的北帶(九嶷山-諸廣山-仙游巖帶)的組成部分(周新民,2007),與諸廣山南、陂頭、貴東等巖體毗鄰。龍源壩巖體由龍源壩巖基和青嶂山巖基組成,本文探討主要范圍位于龍源壩復(fù)式花崗巖巖體的南部(圖1)。
圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖(據(jù)周新民,2007 修改)
區(qū)域內(nèi),印支期—燕山早期(侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)),華南構(gòu)造域整體處于擠壓造山的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境,發(fā)生了大規(guī)模構(gòu)造-巖漿活動,形成了一系列壓性、壓扭性構(gòu)造和花崗質(zhì)侵入巖體,分別以NE、近EW、NNE 向斷裂構(gòu)造和印支期花崗閃長巖、燕山早期中粗粒似斑狀黑云母花崗巖為代表。至燕山晚期(白堊紀(jì)—古近紀(jì)),擠壓造山轉(zhuǎn)變?yōu)殛憵ど煺梗纬闪艘幌盗猩煺箻?gòu)造系,以NWW 向、NW 向張性、張扭性斷裂為代表,且大部分被燕山晚期中基性巖漿充填,形成一系列成群成組斜列式等間距展布的中基性脈巖密集帶(鄧平等,2003)。
龍源壩巖體受華南構(gòu)造域影響,根據(jù)構(gòu)造運動活動特征和巖漿侵入形態(tài)的不同,劃分成五個階段(圖2)。
圖2 龍源壩巖體地質(zhì)簡圖(自測)
(1)海西—印支運動:贛南地區(qū)受華南地區(qū)陸殼伸展影響,NNE 向深大斷裂活動強度高,巖漿活動強烈,是龍源壩巖體形成時期。其中,海西期在巖體北西部殘留有棉土窩、高土坑巖體;印支期第一階段在巖體北東部殘留有花崗閃長巖田螺寨巖體。第二階段巖漿大量侵入形成龍源壩巖基、青嶂山花崗巖巖基,組成的龍源壩復(fù)式雜巖體NNE 深大斷裂展布。
(2)燕山運動早期:燕山早期龍源壩巖基受兩邊毗鄰地塊相對扭動,在巖體南部形成中型“多”字形深大斷裂中型構(gòu)造體系,大致形成6 條NE 向橫斷層和4 條近EW 向沖斷層組成的等間距似菱形構(gòu)造格架,深大斷裂構(gòu)造延伸達十?dāng)?shù)公里至數(shù)十公里。此階段巖漿以小巖體、巖株方式侵入,沿似菱形深大斷裂呈網(wǎng)格狀展布。主要巖體有假茶坑、焦?fàn)I、方頂洞等黑云母花崗巖、二云母花崗巖和西瀧石英正長巖巖體(梁發(fā)輝和黨飛鵬,2013;黃超等,2018)。
(3)燕山晚期第一、二階段和第三階段早期:早白堊世(燕山晚期第一、二階段和第三階早期)區(qū)域應(yīng)力場轉(zhuǎn)換成擠壓性應(yīng)力環(huán)境,構(gòu)造活動較弱、導(dǎo)致巖漿活動規(guī)模較小且向巖體中部退縮。受壓扭性應(yīng)力環(huán)境影響,近EW 向深大斷裂不再活動,NE向深大斷裂有較弱酸性巖漿活動,沿下南石、良傘寨、坪山3 條深大斷裂侵入,小巖體、巖株呈串珠狀分布,主要有黃埠巖體二云母花崗巖、西瀧巖體石英正長巖等。
(4)燕山運動晚期第三階段后期:至燕山晚期(白堊—古近紀(jì)),擠壓造山轉(zhuǎn)變?yōu)殛憵ど煺?,形成NW 向張性、張扭性斷裂。此階段侵入的NW 向中基性巖脈帶,巖性以輝綠巖為主、少量斜閃煌斑巖等,以3~5 條組成巖脈帶,脈巖帶之間大致呈平行等間距分布,間距為3~5 km(梁發(fā)輝和黨飛鵬,2013;黃超等,2018)。
(5)喜山運動:喜馬拉雅構(gòu)造運動活動規(guī)模微弱,繼承了燕山晚期似菱形構(gòu)造格架,發(fā)育大量斷裂構(gòu)造,斷裂構(gòu)造中無熱液蝕變現(xiàn)象,形成現(xiàn)有地形地貌的斷崖、溝壑等,對后期鈾礦化有一定破壞作用(張敏等,2006)。
2.1.1 鈾源體
經(jīng)過大量的礦床研究以及地面、航空放射性測量證實,所有鈾礦床都出現(xiàn)于預(yù)富集高場之中,此可稱為礦床定位的高場法則。龍源壩巖體屬富鈾的鉀玄巖系列,強過鋁質(zhì)花崗巖類,分別有兩次鈾富集過程:第一次是巖漿停侵后成巖預(yù)富集作用,在漫長冷卻固結(jié)過程中,元素預(yù)富集在巖基上部的過渡相,分布規(guī)模數(shù)十平方公里;第二次是后期堿交代作用,再次形成中間性富集作用。
龍源壩富鈾巖基鈾含量為8.16 ×10-6(孫文良等,2014),比克拉克值3.5 ×10-6高2~3 倍。地面能譜面積測量(自測),成巖預(yù)富集作用形成的過渡相鈾含量達19.8 ×10-6,后期經(jīng)堿交代的中間性富集作用,在鉀長石化花崗巖中平均鈾含量57 ×10-6,過渡相和堿交代部位分別比克拉克值高5~6倍、16~17 倍。富鈾的過渡相可為后期成礦提供豐富的鈾源,是成礦的鈾源體(表1)。
表1 龍源壩巖體鈾含量統(tǒng)計表
2.1.2 鈾成礦古地?zé)狍w與古地?zé)釄?/p>
嚴(yán)格來說,所有期次侵入的巖漿體都是古地?zé)狍w,但必須侵入到鈾源體內(nèi)或附近,具備為鈾成礦提供鈾源的條件,才能稱為鈾成礦古地?zé)狍w。
剖析某典型鈾礦床,燕山晚期第二階段、第三階段花崗巖小巖體侵入在龍源壩過渡相鈾源體中,燕山晚期第三階段晚期侵入的NW 向中基性脈巖切穿酸性小巖體。硅化破碎帶呈NE 走向,沿燕山晚期第二階段小巖體SE 部內(nèi)外接觸帶切過,并切穿NW 向中基性脈巖。小巖體界面接觸帶沒有熱液蝕變現(xiàn)象,熱液蝕變均沿硅化破碎帶充填。鈾礦化賦存在張裂性斷裂或裂隙中,分別位于硅化破碎帶在小巖體內(nèi)外接觸帶產(chǎn)狀變化部位形成帚狀構(gòu)造分枝部位,以及硅化破碎帶與中基性脈巖相交部位。鈾礦體賦存在斷裂構(gòu)造與中基性巖脈相交或構(gòu)造碎裂部位(圖3)。
圖3 龍源壩巖體60 號鈾礦帶地質(zhì)示意圖
剖析該鈾礦床地質(zhì)特征:
(1)鈾礦體具備了古地?zé)釄?、富鈾體、張性斷裂或裂隙三個必要條件;
(2)巖漿停侵后會自上向下逐漸冷卻,當(dāng)固結(jié)到一定厚度的巖石硬殼,才能最大限度地產(chǎn)生剛性體脆性形變和斷塊運動。小巖體或小巖枝上部固結(jié)時已經(jīng)冷卻,深部巖漿室仍然保存較高溫度,為熱液提供熱源(杜樂天和王玉明,1984)。剖析的鈾礦床地質(zhì)特征表明,侵入的小巖體上部界面沒有熱液蝕變發(fā)生,蝕變集中在NE 向斷裂構(gòu)造中,也證明小巖體上部不存在熱源,蝕變熱液是沿斷裂構(gòu)造從深部上升而來,小巖體深部巖漿室才是提供熱源的古地?zé)狍w。
(3)鈾礦化沿前期硅化破碎帶通道上升浸蝕,鈾礦體賦存在硅化破碎帶與小巖體內(nèi)外接觸帶的帚狀分枝部位或與中基性脈巖相交碎裂部位。
如上所述,燕山晚期第二、第三階段侵入的酸性巖漿沿NE 向三條深大斷裂侵入,形成的串珠狀分布小巖體深部巖漿室是古地?zé)狍w。因此,諸多小巖體的深部巖漿室組成NE 向鈾成礦古地?zé)釄觥?/p>
2.1.3 大硅化帶與古地?zé)釄龇植夹螒B(tài)
(1)大硅化帶組成:地質(zhì)調(diào)查查明,大硅化帶由3 個階段組成:①礦前期高溫蝕變階段。本期蝕變由三期高溫Q1、Q2、Q3(粗、中、細晶)石英脈組成,熱值為340~200 ℃,是大硅化帶主要組成部分。②礦期中-低溫蝕變階段。本期由二期中-溫Q4、Q5-1(紅色或深色微晶、隱晶)石英脈組成,熱值為260~160 ℃,呈團塊狀、不規(guī)則狀分布,同時發(fā)育螢石化、碳酸鹽化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、綠泥石化等。③礦后期蝕變階段。礦后期Q5-2、Q6(淺色隱晶、梳狀石英)細脈狀石英脈,熱值小于100 ℃,局部出現(xiàn)在第二階段石英脈周邊(黨飛鵬等,2017)。
(2)大硅化帶與古地?zé)釄稣共夹螒B(tài):大硅化帶沿串珠狀展布的燕山晚期第二、第三階段酸性小巖體分布,充填在3 條NE 向壓扭性斷裂帶內(nèi),形成下南石、良傘寨、坪下硅化破碎帶,硅質(zhì)脈呈尖滅再現(xiàn)、尖滅側(cè)現(xiàn),延伸達十?dāng)?shù)至數(shù)十公里,寬1000 m 左右,與燕山晚期第二、第三階段酸性小巖體展布形態(tài)和規(guī)模大小一致,形成下古地?zé)釄觥⑸洗蠊杌瘞У耐螒B(tài)、同規(guī)模結(jié)構(gòu)(圖4)。
華南構(gòu)造運動地質(zhì)年代劃分,普遍采用燕山晚期與白堊紀(jì)年代等同,時間在65~137 Ma。本文仍然采用這一地質(zhì)年代劃分。
2.2.1 鈾成礦同一性
花崗巖型鈾礦化是“區(qū)域性巖漿-構(gòu)造-熱液活動統(tǒng)一制約的熱液鈾礦床”,受到區(qū)域性的鈾源、古地?zé)釄?、硅?水云母化)蝕變帶控制,成礦期具有同一性。地質(zhì)調(diào)查查明,龍源壩巖體中的鈾礦化賦存在三條NE 向大硅化帶內(nèi),大硅化帶是古地?zé)釄?、斷裂?gòu)造、蝕變熱液、富鈾體的聯(lián)合產(chǎn)物,鈾成礦時期必然具備同一性(杜樂天和王玉明,1984)。
對龍源壩巖體內(nèi)各部位鈾礦物取樣分析,其U-Pb 放射性年齡測定數(shù)據(jù)集中在63~73 Ma,也驗證了鈾成礦同一性(華東264 地質(zhì)大隊,1985①)。
2.2.2 鈾成礦期
通過U-Pb 放射性年齡測定和剖析典型鈾礦床(點)兩種方法,對鈾成礦期進行探討:
(1)U-Pb 放射性年齡測定:對龍源壩巖體鈾礦床取樣進行U-Pb 放射性年齡測定,測定鈾礦化期在63~73 Ma 之間(華東264 地質(zhì)大隊,1985①),燕山構(gòu)造運動結(jié)束時間為65 Ma(高彭,2016),因此,鈾成礦期在晚白堊世晚期—早古新世早期之間(表2)。
表2 江西省龍源壩地區(qū)鈾礦化鈾放射性年齡測定結(jié)果表
(2)鈾礦化地質(zhì)特征定年:根據(jù)剖析典型鈾礦床(點),鈾成礦經(jīng)過兩個漫長的階段:①燕山晚期第二、第三階段酸性巖漿停侵冷卻、固結(jié)階段。燕山晚期中細粒黑云母(二云母)花崗巖、中粗粒似斑狀黑云母花崗巖的西瀧巖株,其同位素115 Ma(鄧平等,2002),巖漿停侵冷卻、固結(jié)至一定厚度,才能形成脆性形變。區(qū)域上硅化斷裂帶呈壓扭性結(jié)構(gòu)面,切過燕山晚期NW 向輝綠巖脈,這一地質(zhì)現(xiàn)象表明,大硅化帶的形成在中基性脈巖冷凝之后(圖3),即酸性巖漿冷卻固結(jié)時間十分漫長,至少延長至晚白堊世晚期起始時間為96 Ma 后(高彭,2016)。②蝕變熱液冷卻降溫階段。大硅化帶形成是由深部巖漿室提供熱源。從礦前期高溫?zé)嵋何g變的粗、中、細晶石英脈侵入階段,至鈾成礦期中-低溫微晶、隱晶石英脈侵入階段,需要深部巖漿室時間漫長的緩慢降溫過程。
根據(jù)喜山期構(gòu)造運動發(fā)育的大量斷裂構(gòu)造,以無巖漿活動和熱液蝕變現(xiàn)象為特征,結(jié)合63~73 Ma U-Pb 放射性年齡測定,表明鈾成礦期在早古新世早期前結(jié)束。因此,龍源壩巖體鈾成礦期應(yīng)在晚白堊世晚期。
(3)礦巖時差:根據(jù)燕山晚期中細粒黑云母(二云母)花崗巖、中粗粒似斑狀黑云母花崗巖的西瀧巖株,其同位素年齡為115 Ma(黨飛鵬等,2017),和燕山期構(gòu)造運動結(jié)束65 Ma 時限,礦巖時差大約為40~50 Ma。
鈾源、古地?zé)釄?、大硅化蝕變帶三者重合區(qū),是鈾礦化帶有利成礦區(qū)域;大硅化帶控制了鈾礦化展布形態(tài),大硅化帶與不同方向構(gòu)造交接處或巖性界面相交部位,是鈾礦體有利賦礦部位(杜樂天和王文廣,2009)。
形成礦前期高溫大硅化帶之后,受同一應(yīng)力場作用,在大硅化帶與不同方向斷裂或不同巖性界面相交的應(yīng)力集中區(qū),產(chǎn)生了派生構(gòu)造,派生構(gòu)造為成礦期中—低溫?zé)嵋何g變提供了通道和成礦空間。成礦期中—低溫?zé)嵋涸跀嗔褬?gòu)造上升過程中,從龍源壩巖體過渡相鈾源中浸出豐富的鈾元素,并沿斷裂通道遷移到地層淺部沉淀成礦。龍源壩鈾礦化屬中、低溫巖漿殘余熱液花崗巖內(nèi)帶型,下分為硅化破碎帶型和碎裂蝕變巖型,其中碎裂蝕變巖型按鈾礦石類型分為鈾-螢石型、鈾-碳酸鹽型(王啟濱等,2014)。
龍源壩巖體的3 條NE 向下南石、良傘寨、坪山硅化破碎帶,呈NE 向平行展布,相互距離4~5 km(圖4)。
圖4 龍源壩巖體鈾礦化分布規(guī)律示意圖
大硅化帶主要由礦前期高溫蝕變粗、中、細晶石英脈組成,呈尖滅再現(xiàn)、尖滅側(cè)現(xiàn),寬800~1000 m,長十?dāng)?shù)至數(shù)十公里,此階段高溫蝕變不利于鈾元素的遷移、富集與沉積,是熱液活動最強烈、范圍最廣的階段,也圈定了后期鈾礦化熱液蝕變范圍,間接控制鈾礦化展布形態(tài)。
隨著古地?zé)釄鰷囟冉档停瑹嵋何g變強度也降低、蝕變范圍向大硅化帶中部退縮,局限于深部巖漿室上部的小巖體巖性界面內(nèi)外接觸帶附近,賦存在NE 向硅化破碎帶與不同方向構(gòu)造交接處、巖性界面相交部位的張性斷裂或裂隙中。
剖析典型鈾礦床(點),硅化破碎帶型鈾礦體或鈾礦化蝕變,普遍出現(xiàn)在NE 向硅化破碎帶與不同構(gòu)造交接處或巖性界面相交部位,賦存在張性斷裂構(gòu)造內(nèi)(圖4)。如:NE 向下南石大硅化帶內(nèi)硅質(zhì)脈與近EW 向黃沙斷裂相交部位,形成3 個硅化破碎帶鈾礦化暈圈;NE 向良傘寨大硅化帶中硅質(zhì)脈與近EW 向下竹坑斷裂帶相交部位,在下方形成相同的SN 向紅色或灰黑色隱晶質(zhì)硅質(zhì)脈,有紫黑色細脈狀螢石侵入,形成SN 向硅化破碎帶型鈾礦體和鈾礦化暈圈。
碎裂蝕變帶型鈾礦體或鈾礦化蝕變普遍出現(xiàn)在NE 向硅化破碎帶與NW 向中基性脈巖相交部位,賦存在張性裂隙中。如:沿良傘寨大硅化帶中間硅質(zhì)脈與輝綠巖脈相交部位,形成多處鈾—螢石型鈾礦體或鈾礦化暈圈,形成部位常常受兩組斷裂相交,構(gòu)造破碎較大,為中或中、低溫?zé)嵋何g變,鈾礦體或鈾礦化蝕變沿EW 向輝綠巖脈延伸。鈾-碳酸鹽型鈾礦體或鈾礦化暈圈,位于良傘寨大硅化帶西側(cè)中段,賦存在硅質(zhì)脈與輝綠巖脈相交部位,鈾礦體或鈾礦化暈圈沿NW 向輝綠巖脈延伸,是區(qū)內(nèi)富鈾礦體主要類型。
分析總結(jié)龍源壩地區(qū)鈾成礦機理,燕山晚期第二、第三階段,酸性小巖體沿3 條NE 向深大斷裂侵入到龍源壩巖基過渡相中(富源體),當(dāng)巖漿停止侵入,小巖體在密閉環(huán)境中經(jīng)過漫長過程,逐漸冷卻、固結(jié)至一定厚度,能夠滿足脆性斷裂時,斷裂構(gòu)造才能切穿小巖體,為熱液提供上升通道和成礦空間(李獻華,2007)。此時,呈筒狀、枝狀、脈狀、蘑菇狀等形態(tài)的小巖體上部,也隨著圍巖冷卻,只有深部巖漿室留存熱源成為古地?zé)狍w,諸多串珠狀展布的小巖體組成NE 向鈾成礦古地?zé)釄?。古地?zé)釄鍪俏g變熱液熱源,熱液沿NE 向斷裂構(gòu)造通道上升,沿途不斷從富鈾體浸出鈾元素,經(jīng)絡(luò)合富集成鈾成礦流體,升至淺層小巖內(nèi)外接觸帶張性構(gòu)造或裂隙中,逐漸釋放鈾元素形成鈾礦化。中基性脈巖較易被構(gòu)造破碎,提供充足的張性斷裂或裂隙成礦場所,酸性的鈾成礦流體與堿性中基性脈巖接觸形成中和化學(xué)場,釋放大量鈾元素,形成“交點型”富鈾礦體(杜樂天,2001)(圖5)。
圖5 龍源壩巖體鈾成礦空間分布規(guī)律示意圖
花崗巖內(nèi)帶型鈾礦是華南地區(qū)主要成礦類型之一,系統(tǒng)分析、研究鈾成礦時空分布規(guī)律,可以初步建立鈾找礦模式,為華南地區(qū)鈾資源潛力整體評價和找礦方向提供依據(jù)與參考。
根據(jù)分析龍源壩巖體鈾礦化時空分布規(guī)律,總結(jié)如下。
(1)龍源壩巖基含鈾量是克拉克值的2~3 倍,經(jīng)成巖預(yù)富集作用,龍源壩巖基過渡相含鈾量是克拉克值的6~7 倍,成為鈾成礦有利的富鈾體。
(2)燕山晚期第二、第三階段侵入的酸性小巖體的深部巖漿室是鈾成礦古地?zé)狍w,為蝕變熱液提供熱源,諸多古地?zé)狍w組成NE 向條帶狀鈾成礦古地?zé)釄觥?/p>
(3)鈾成礦具有同一性,成礦期在晚白堊世晚期,礦巖時差約為40~50 Ma。
(4)富鈾場、古地?zé)釄?、大硅化帶三要素重合區(qū)是有利的鈾找礦遠景區(qū);大硅化帶是古地?zé)釄?、富鈾體聯(lián)合活動的標(biāo)志,也是鈾找礦標(biāo)志,圈定了鈾礦化展布形態(tài)。
(5)鈾礦化熱液蝕變廣泛發(fā)育在深部巖漿室古地?zé)狍w的小巖體上部巖性界面附近,鈾礦體賦存在小巖體內(nèi)外接觸帶附近的張性斷裂構(gòu)造或裂隙內(nèi)。
(6)NE 向硅化破碎帶與不同方向構(gòu)造交接處或巖體界面相交部位,是尋找硅化破碎帶型鈾礦有利部位;硅化破碎帶與中基性脈巖相交部位是尋找碎裂蝕變巖型富鈾礦的有利部位。
(7)花崗巖內(nèi)帶型鈾礦化是華南地區(qū)主要鈾礦化類型之一,本文總結(jié)的鈾成礦時空規(guī)律,可為華南同類鈾資源潛力評價與找礦方向提供依據(jù)與參考。
注 釋
①華東264 地質(zhì)大隊.1985.《江西三南及鄰區(qū)鈾礦地質(zhì)工作總結(jié)報告》[R].