460大型铀-钼矿床成矿地质特征及成因探讨

芮国桢

（天津华北地质勘查局核工业247大队，天津 301800）

460大型铀-钼矿床成矿地质特征及成因探讨

芮国桢

（天津华北地质勘查局核工业247大队，天津 301800）

460铀-钼矿床是冀北沽源中生代火山岩盆地中找到的一个大型中低温热液斑岩型铀-钼矿床。文中阐述了该铀-钼矿床的地质特征，从区域成矿迁移过程和演化历史分析的角度，结合蚀变元素地球化学特征研究，对成矿物质来源进行探讨；总结了矿床的3个主成矿期（24、88和122 Ma），具有斑岩型、浸染型、网脉型和表生铀矿化3种矿化类型。对矿床特征及成因进行探讨。通过研究新近纪表生淋积作用在矿体上部地表处附近形成的次生富集带，总结出冀北火山岩地区铀-钼地质找矿工作靶区的判别依据，明确了寻找此类型铀-钼矿床或盲矿体的直接标志。

460铀-钼矿床； 成矿特征；成因探讨

460铀-钼矿床是冀北火山岩地区铀矿找矿工作最具突破意义的发现，在国内享有盛誉；其钼的工业储量大、品位富且埋藏浅，还含有Pb、Zn、Cu和Ag等伴生元素。自1983年发现至今，众多研究者取得了丰硕的成果，这对探明此类型矿床及扩大找矿领域起到了重要的指导作用。众所周知，矿床是在构造运动发展一定阶段中适宜的物理-化学条件下形成的。因此，进一步系统总结该矿床的成矿地质构造背景、蚀变地球化学及铀-钼矿化特征及成矿模式，并由此探讨此类矿床的形成地质条件及找矿标志均具有重要意义。

1 成矿地质构造背景

460铀-钼矿床位于华北地台北缘、内蒙台背斜中部、沽源中生代火山岩盆地蔡家营—大官厂断陷的西端，与著名的蔡家营巨型铅-锌矿床、534铀-钼矿床及若干铀矿化点同处在一个火山断陷盆地中。盆地区域地质演化经历了漫长复杂的构造形变，可简单划分为两个主要构造层。

1.1 前中生代基底构造层

盆地基底由晚太古代红旗营子群的中、浅变质岩系（2 300～2 400 Ma）、古元古宙钾质混合花岗岩及侵位的海西期花岗岩组成［1］；古元古宙吕梁构造期（1 800～1 900 Ma）强烈的钾质混合岩化作用（即钾质量分数由1%～2%增至6%～7%）， 使岩石中铀质量分数从 0.5×10-6～1.5×10-6增至 4×10-6～5×10-6， Mo 质量分数从1.2×10-6～5×10-6增至 13×10-6～16.5×10-6， 即U、Mo元素富集了约5～10倍。这是该区U、Mo的首次富集作用，是区域铀、钼成矿的物质基础。

1.2 中-新生代盖层构造层

该层由中-新生代陆相中酸性火山岩、火山碎屑沉积岩（应包括：J3b、J3z、K1h和E等地层）及侵位的流纹斑岩、花岗斑岩和次粗安岩组成，厚度约为5 000～6 000 m。在矿区发育的晚侏罗世酸性火山岩，具有多旋回、多韵律及多种岩性组合的特点（表1）。该岩系属于壳源重熔型火山岩浆产物。在重熔型火山岩浆活动阶段的铀元素在酸性火山岩浆中达到预富集。根据地面能谱测量结果证实，侏罗系火山岩中的铀质量分数从早到晚有逐步增量的趋势， 最高为 8×10-6～13×10-6， 相对于富铀基底富集了2～3倍。钼元素在岩浆活动阶段以特征明显的类质同象形式富集在造岩矿物斜长石中［2］，因此，火山岩中钼质量分数不随时代的演化而呈现规律性变化。

1.3 次流纹斑岩体

在区域内发育着不同地质时期的次火山岩体，如次粗面岩、次流纹斑岩和次安山岩等，其中与矿化关系密切的是晚侏罗世晚期形成的次流纹斑岩体。前人研究认为：在中国东部白垩纪的浅成或超浅成侵入岩体多半与板块内部张剪性断裂的分布有关，尤其是在张剪性的主干断裂与分支断层交叉点附近最易发育。鉴于白垩纪—早始新世时期（52～135 Ma）中国东部受冈瓦纳大陆裂解后诸陆块北移的影响，使先存的NE向主干断裂呈现张剪性，造成晚侏罗世晚期的次流纹斑岩体常呈NE方向串珠状排列。这与沽源—多伦地区的铀矿化点分布规律十分吻合。

表1 460铀-钼矿床地层简表Table 1 Simplified stratigraphies of uranium-molybenum deposit No.460

根据铀在锆石晶格中相当稳固不易迁出或迁入特点，以此判别岩体形成时的含铀性。在460铀-钼矿床的次流纹斑岩体（全岩Rb-Sr同位素年龄为125.7 Ma）中发现两种锆石，呈明显熔蚀浑圆棕色短柱状锆石的U-Pb同位素年龄为（2 010.8±4.3）Ma， 是壳源重熔型岩浆的证据，老锆石的铀质量分数为497×10-6；新生长柱状无色透明锆石的U-Pb同位素年龄为（122.2±4.9）Ma， 新锆石的铀质量分数为1 215.9×10-6， 为老锆石的 2.4 倍［3］。 据此，古铀量的恢复结果认为，晚侏罗世晚期张家口组酸性残余岩浆侵位所形成的次流纹斑岩体中铀元素富集了20～30倍，是后期铀富集成矿至关重要的矿源体。在火山活动晚期的残余岩浆中由于富含挥发份（F、Cl等），钼能以卤化物形式（MoF6、MoCl2）从岩浆中分离出来，呈浸染状分散在斑岩体中形成钼的富集，即构成了次流纹斑岩体铀、钼预富集。

2 围岩蚀变地球化学特征

2.1 围岩蚀变种类及分带

460铀-钼矿床的围岩蚀变作用十分发育，蚀变种类较多。其中水云母化和硅化是该矿床发育最广泛的两种蚀变作用，也是重要的找矿标志。

2.1.1 水云母化

水云母化是长期水-岩作用的产物，主要交代矿物是斜长石，蚀变特征是使原岩褪色，呈浅绿色至灰白色。主要发育在次流纹斑岩体内、外接触带，或沿F45断裂构造带两侧分布。蚀变范围很广，从蚀变外带到内带，由蚀变未彻底而见斜长石残斑的水云母化，转变为长石矿物全部被细鳞片状绢（水）云母集合体所替代的强烈水化带。在水云母化岩石中铀、 钼背景值明显增高 3～5倍［4］。

2.1.2 硅化

硅化主要发育在次流纹斑岩体上部，向深部减弱至标高1 120 m左右消失，横向上岩蓬的硅化强度大于岩核，形成约460 m厚的“硅帽”。而在岩体两侧围岩中是以硅化蚀变带或以灰色、灰白色硅质脉的形式产出。蚀变特征是以硅质凝胶体 （SiO2·nH2O）交代原岩，硅质凝胶体可吸附相当数量的UO22+。 在含铀硅质凝胶体沉淀经自结晶转化为玉髓或微晶石英过程中，部分铀可释放出来形成沥青铀矿，部分铀仍以分散吸附状态赋存于微晶石英边缘［5］。强硅化带的岩石碎裂，长石发红，石英光泽变暗，以微晶石英、玉髓或硅质凝胶体呈细脉或网脉状充填裂隙，它们主要发育在岩蓬部位和隐爆角砾岩带中。

2.1.3 蚀变分带

以蚀变矿物组合特征为依据来划分：（1）在水平上从硅化中向两侧依次为：高岭石+蒙脱石化带→硅化+萤石化带→水云母化带；（2）1 530 m中段揭示的蚀变分带为：由铀矿体向两侧为原生黑色硅化带向外→褐铁矿化带→水云母化带；（3）垂向蚀变分带：应该由浅部至深部进行分带描述。

2.2 蚀变元素地球化学特征

2.2.1 蚀变带常量元素的变化

从表2列出的次流纹斑岩体各蚀变带常量元素与区域未蚀变原岩的岩石化学数据对比分析来看，所有蚀变岩石的K2O质量分数均增高，Na2O、MgO、FeO和CaO等均低。从强蚀变带到弱蚀变带SiO2、K2O明显降低，Na2O、FeO和MgO逐渐增高。从深部往上K2O、SiO2和 Fe2O3质量分数增加，Na2O、MgO、FeO和CaO等逐渐降低。统计元素地球化学特点表明：Mo质量分数与K2O、SiO2质量分数之间存在正消长关系，460铀-钼矿床钼矿化部位的K2O质量分数均大于5%，可用以圈定钼矿体，这说明钼矿化与钾交代作用密切相关。

2.2.2 蚀变带微量元素的变化

从强蚀变带到弱蚀变带，Mo、Cu和Ag质量分数显著降低，Pb、Zn和Mn等质量分数增加，硫的增加与岩石的黄铁矿化有关。如460铀-钼矿床 ZK0-0号钻孔揭示的Pb（0.82×10-2）、 Zn（0.209×10-2）矿化赋存在次流纹斑岩体接触带上的弱钼矿化部位。

表2 蚀变岩石的化学成分Table 2 Chemical compositions of altered rocks

2.3 蚀变与成矿的关系

据大量野外实测表明，所有蚀变岩石中的铀、钼元素质量分数均高于未蚀变岩石，并随着蚀变的增强而增加。这是在矿前期的各种交代蚀变作用下（如水云母化），使蚀变原岩中铀、钼元素从原矿物中活化转移出来，聚集在蚀变矿物周围或沿微裂隙分布，或被蚀变矿物如水云母、绿泥石等吸附，造成铀、钼元素增加，也是成矿前的最后一次增量积累而不是成矿本身，构成矿前期热液蚀变带预富集作用。

其次，早期阶段的蚀变作用（如水云母化），使岩石的物理力学性质发生了较大变化，蚀变原岩的部分矿物或组分在蚀变过程中被溶解带出，造成有效孔隙度增加，渗透能力增强，使成矿母岩中的铀、钼浸出率提高，也为成矿溶液的运移创造了有利条件。

3 铀、钼矿化特征

3.1 铀、钼矿体特征

460铀-钼矿体主要赋存在次流纹斑岩体内及隐爆角砾岩带中，集中产在次斑岩体呈弧形拐弯由窄变宽的膨胀部位，面积为360 m×250 m，垂深位于16～480 m，远离次流纹斑岩体处矿化明显变差或消失。钼矿体产状与次流纹斑岩体产状基本一致，又具有上缓下陡之趋势（图1）。铀矿体主要产在钼矿体内标高为1 530 m中段和标高为1 300 m中段的上、下（图1）部位。根据矿石类型及矿物共生组合特征可划分为3个矿化带。

图1 460铀-钼矿床2号勘探线剖面简图Fig.1 Geological section of exploratory line No.2 in uranium-molybenum deposit No.460

3.1.1 次生富集矿化带

次生富集矿化带赋存标高位于1 508～1 548 m，颜色为黑褐色或蓝黑色。从1 530 m中段坑道揭露看，在铀矿体核部的黑色矿石向两侧及上部逐渐过渡到含有黑色矿石残留体的褐铁矿化带至完全氧化的褐铁矿化带，在该矿带上部形成深褐色的 “铁帽”。黑色矿石是460铀-钼矿床铀、钼富矿石的主要类型之一。钼的赋存形式为胶硫钼矿、蓝钼矿，铀呈铀黑次生矿、沥青铀矿和硅钙铀矿等矿物形式产出。

460铀-钼矿床的次生富集期主要发生在2～10 Ma，此时正属于喜马拉雅构造期的印度—澳大利亚板块向北运移、碰撞作用下，造成新近纪以来一直处于抬升剥蚀的状况［2］，从而在近地表的60 m范围内，地表水（现代潜水面标高1 508 m）淋积作用使矿体上部形成次生富矿带。

3.1.2 黑色浸染状矿化带

黑色浸染状矿化带产出标高为1 349～1 508 m，与上部次生富集带呈渐变过渡关系，矿化赋存在次流纹斑岩的膨胀体核部。黑矿化带钼品位较富、铀品位则相对较贫 （0.01×10-2～0.049×10-2）的表外矿化，其矿石特征如表3所示。根据李耀菘测定的黑色浸染状铀矿化期的U-Pb同位素年龄为122 Ma，成矿溶液是在中低温（150～250℃）、 低盐度 w（NaCl）为 1%～5%的条件下形成的［6］。

上述结果说明，黑色浸染状矿化期形成于白垩纪，与次流纹斑岩体形成时期处于相同的地质构造背景。因此，成矿作用与侏罗纪火山作用有直接的成因联系。而且钼矿化特征与陈国达论述的斑岩钼矿类型相同，并位于世界著名的内蒙古—鄂霍茨克斑岩铜（钼）成矿带的西南端，应称之为斑岩型铀-钼矿化期，也就是说它们是与超浅成侵入斑岩体相关的热液矿床，火山岩系仅仅分布在其外围，次流纹斑岩体才是主成矿母岩。

3.1.3 红色脉状矿化带

红色脉状矿化带为古近纪汉诺坝玄武岩浆热液与大气降水双混合火山热水叠造铀成矿阶段。矿化产出标高位于1 067～1 476 m，矿体呈厚板状赋存在次流纹斑岩体膨胀部下盘，走向呈NW-SE、陡倾斜展布；其1 349～1 476 m标高之间是黑色浸染状矿化与红色脉状矿化相叠加部位的黄色过渡带。红化矿石为铀、钼品位较高的富矿，矿石特征详见表3。李耀菘测定的红色脉状铀矿化期的同位素年龄为24 Ma（即古近纪晚期）；另据U-Pb同位素演化体系推算出，脉状成矿物质主要来源于基底岩石经重熔火山岩浆富集后提供的铀源。这显然与中始新世—渐新世（23.3～52 Ma）构造应力场主应力方向的突变及裂隙伸展幔源玄武岩浆活动有关，为热液的贯入及成矿元素的堆积创造了良好条件，而此时的NE向断裂以压剪性的封闭状态为主，不利于金属元素的大量堆积。

根据氢氧同位素分析结果，460铀-钼矿床红色角砾脉状矿化中的硅质脉包体（δ18O），为 2.57‰～7.16‰， δD 为 97.72‰～99.51‰，形成温度为110～205℃；表明成矿热液为中低温的盐类溶液，热液中除岩浆水外混有大量大气降水，大气降水的活动中心是次流纹斑岩体，并在此发生强烈的水-岩交换作用。

表3 460铀-钼矿床的矿石类型与矿物共生组合Table 3 Ore types and mineral association in uranium-molybenum deposit No.460

3.2 控矿因素探讨

460铀-钼矿体的产出特征：在时间上矿岩时差较大，又与次斑岩体关系密切；在空间上与次斑岩体内所形成的各种构造有关。即，在次斑岩体内部（称为岩核）以黑色浸染状的钼矿化为主，脉体不发育；次流纹斑岩体膨胀凸起部位的下盘内接触带中（称为岩蓬），铀-钼富矿体以红色细脉状矿化为主，其产状受岩蓬形态制约，特别是在岩蓬的变异部位都有铀-钼矿化产出。在平面图上呈半环状的铀矿化带围绕着次流纹斑岩体产出。

铀-钼矿化类型可划分为浸染型和细脉（或网脉）型两种。岩核主要是黑化浸染型，向外出现微脉，继而变为细脉，越向外细脉越多，呈红化网脉型，脉幅也增大，并从岩体延伸入围岩，显示出侵入岩体构造综合控矿特点。这是由于成矿母岩为一超浅成、冷凝迅速的小侵入岩体；火山活动期后的残余岩浆侵位时上升压力强烈，岩体边部先凝外壳受强大的张力冲击而碎裂，到近地表低压区产生沸腾张力而发生隐伏爆炸，形成隐爆角砾岩带，遂为形成上述矿体的分布提供了控矿构造条件。而且，至今在460铀-钼矿床尚未发现具有一定规模的控矿断裂存在。

矿床的成矿分为3个阶段：晚侏罗世晚期斑岩型铀-钼矿化阶段（122 Ma）；白垩纪晚期岩浆热液体与大气降水双混合火山热水叠造浸染状铀-钼矿化阶段（88 Ma）；古近纪幔源玄武岩浆气液流体与大气水双混合热水叠造网脉状铀矿化阶段。

4 总 结

综上所述，460铀-钼矿床在形成演化历史方面具有完整的铀-钼预富集体系及其成矿地质构造背景。即：（1）元古代吕梁构造期的钾质混合岩化作用导致富含铀-钼结晶基底的形成，以及中生代侏罗纪燕山期壳源重熔型火山岩浆作用的铀、钼相对富集，两者共同构成铀、钼成矿重要的铀源层富集阶段；（2）白垩纪由于构造应力场突变，造成酸性残余岩浆沿近NE向张剪性断裂上侵，形成以富含铀、钼元素为特色的次流纹斑岩体，这是460铀-钼矿床形成最具有决定性作用的岩体预富集；（3）广泛发育的围岩蚀变作用具有明显的分带性，蚀变带中的K2O、SiO2质量分数均高于蚀变原岩；特别是强水云母化、强硅化带岩石中铀、钼等元素背景值明显增高，构成了矿前期蚀变带预富集。

次流纹斑岩体是主成矿母岩，它也是一陡倾的超浅成、冷凝迅速的小侵入岩体，其岩体内的密集裂隙和隐爆角砾岩带为成矿提供了有利的储矿构造条件。次流纹斑岩体还是晚白垩纪斑岩期成矿热液的活动中心，曾在此发生过强烈的水-岩交换作用而形成斑岩型铀-钼矿床。

在新近纪晚期构造应力场控制下，次斑岩体的岩蓬部位形成近NW向张裂隙或先存隐爆角砾岩带发生张裂，控制了460铀-钼矿床红色脉状或网脉状富铀矿体的发育。

新近纪的喜马拉雅晚期构造抬升形变与剥蚀作用，将矿体抬升到接近地表的部位，并在矿体顶部形成品位相当高的铀-钼次生富集矿化带（图2）。

图2 460铀-钼矿床成矿模式图［1］Fig.2 Metallogenic model of uranium-molybenum deposit No.460［1］

上述因素紧密相关、缺一不可。同时它也是冀北火山岩地区铀、钼地质找矿工作进一步选定靶区的判别依据和区域成矿远景预测的标准。此外，上述蚀变地球化学特征（广泛发育的水云母化、绿泥石化、紫黑色萤石化、强硅化、钾高场和低δ18O蚀变岩等）也是寻找此类型铀-钼矿床和盲矿体的直接标志。

［1］王正邦，罗 毅，周德安，等.沽源火山岩盆地成矿地质条件分析及远景评价［C］//华北地台铀成矿条件和找矿前景论文集.北京：中国核工业地质局，1987.

［2］ 刘英俊，王鹤年.元素地球化学［M］.北京：科学出版社，1984:272.

［3］ 陶 铨.华北地台北带同位素地质特征与区域铀矿化的内在联系［C］//华北地台铀成矿条件和找矿前景论文集.北京：中国核工业地质局，1987.

［4］ 蒋伯安，等.河北省沽源县张麻井铀-钼矿床详查报告［R］.天津：核工业地质局247大队，2003.

［5］ 张祖还，章邦桐.铀地球化学［M］.北京：原子能出版社，1984.

［6］ 李耀菘.460铀矿床主要矿化期的同位素年龄［J］.铀矿地质， 1989， 5（4）： 203-208.

Discussion on metallogenic characteristics and genesis of large U-Mo deposit No.460

RUI Guo-zhen
（Nuclear Industry Party No.247， Tianjin North China Geological Exploration Bureau，Tianjin 301800，China）

U-Mo deposit No.460 is a large meso-epithermal porphyre-type U-Mo deposit in Mesozoic volcanic basin in Guyuan of northern Hebei Province.This paper describes the characteristics of U-Mo deposit No.460 in the migration process of regional metallogenic matters and historic evolution，discusses the sources of metallogenic matters with geochemical characteristics of alteration elements.Three major mimeralizaion periods are summarized at 24 Ma，88 Ma and 122 Ma.The mineralization includes porphyre-type， dissemination type， network type and supergene leaching type.The supergene infiltration in Neogene period resulted in the formation of a secondary enrichment zone in the upper part of the orebodies near the surface.Based on the above study，diagnostic evidences and direct criterion are defined for searching the same type U-Mo deposit or blind orebodies in Guyuan of northern Hebei Province.

U-Mo deposit No.460； mineralization characteristics； genesis research

P619.14；P598

A

1672-0636（2010）03-0149-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.03.006

2009-12-04；

2010-06-25

芮国桢（1967—），男，甘肃庆阳人，工程师，主要从事野外地质工作。E-mail：ruiguozhen606@sina.com