姜 山, 潘家永, 段 力, 高井明, 任伟龙, 张子龙, 王卫国
(1.核工业二四三大队,内蒙古 赤峰 024006;2.东华理工大学,江西 抚州 344000)
燕山西段蔡家营-御道口断裂带的地质特征及其对铀成矿的控制作用
姜 山1, 潘家永2, 段 力1, 高井明1, 任伟龙1, 张子龙1, 王卫国1
(1.核工业二四三大队,内蒙古 赤峰 024006;2.东华理工大学,江西 抚州 344000)
野外实地考察和钻探工作证实,位于燕山西段的蔡家营-御道口断裂带是在早期EW向基底断裂基础之上发展起来的一组扭裂带,由一系列NEE向断层斜列组成,对早白垩世早期张家口组三段长英质火山岩有明显的控制作用。该断裂带与NNW向断裂交切形成的断块控制了铀及多金属矿床(点)的分布,使铀矿床(点)具有约为15 km或30 km的等间距展布特征。这些特征表明,受断裂构造控制的断块构造是有利的铀成矿构造,是燕山火山岩带寻找铀矿值得重视的一种控矿构造组合。
燕山西段;蔡家营-御道口断裂;断块构造;铀成矿
燕山西段中-新生代火山岩带位于滨太平洋成矿域,属华北陆块北缘成矿省的华北陆块北缘中段太古宙、元古宙、中生代金银铅锌铁铀钼硫成矿带(朱裕生等,2007),是中国核工业地质局“十二五”乃至今后一段时期铀矿勘查的重点地区之一。燕山西段的蔡家营-御道口断裂带呈NE向展布,对已知铀及多金属矿床有着明显的控制作用(桑吉盛,1992)。本文在野外实地考察和钻探工作的基础上,大致查明了蔡家营-御道口断裂带的空间展布、断裂性质、地球物理特征和蚀变特征及其与铀及多金属矿化关系,分析了该断裂带对地层、岩浆岩、铀及多金属矿化形成和展布的控制作用,提出了断块构造是铀及多金属成矿的有利构造,并对该带进一步开展铀矿勘查工作提出了建议。
燕山中-新生代火山岩带位于华北陆块北部的二级构造单元,北以康保-围场断裂带(内蒙古隆起带北缘断裂带)与大兴安岭火山岩带相隔,南与下辽河-渤海-华北新生代裂谷盆地相邻,西与阴山造山带以大同-沽源断裂带为界,东与山海关-医巫芫闾隆起带以锦西-山海关断裂带为界,属滨太平洋构造域的一部分(崔盛芹等,2002)。燕山构造带具有南北分带、东西分段的特点,自南而北以崇礼-赤城-隆化断裂带(内蒙古隆起带南缘断裂带)为界分为北侧的内蒙古隆起带和南侧的冀北辽西坳陷带,由东向西以青龙河-北票断裂带、紫荆关-围场断裂带为界分为东、中、西三段(崔盛芹等,2002)。其中燕山西段位于冀西北地区,基底主要由上太古界下部谷嘴子群中深变质岩系、上太古界上部红旗营子群和乌拉山群中浅变质岩系、下元古界化德群区域浅变质岩系、上古生界下二叠统沉积岩夹火山岩建造及海西期花岗岩组成,呈EW向展布(罗毅,1993,1996)。白垩系由上、下两个不同岩石组合的火山岩系组成,整体上呈NE向展布(河北省地质矿产局,1996)。下火山岩系由中酸、酸性火山岩组成,以流纹质熔结凝灰岩、流纹岩和粗面岩为主,间夹安山岩、粗安岩和少量紫红色砂砾岩,称为张家口组,地质时代属早白垩世早期(晚侏罗世与早白垩世的分界限为(145.5±4)Ma,Gradstein et al.,2004;章森桂等,2008);上火山岩系主要由中基性火山岩和沉积岩组成,称为热河群,地质时代属早白垩世晚期。新近纪汉诺坝组以灰-深灰色玄武岩为主体,间夹有灰绿、灰白、棕红色砾岩、粉砂岩、粘土岩、碳质页岩及褐煤等。
中生代,燕山西段处于EW向构造域转为NE向构造域的过渡时期,即动力学背景由挤压转向伸展拉张的过渡时期(吴仁贵,2011),构造-岩浆活动广泛而强烈,断裂构造十分发育。主构造线由EW向为主逐步转向NE向和NNE向为主,同时伴随着古老的EW向和SN向构造的复活,导致形成本区以平行四边形为基本框架的构造格局。区内基底断裂可分为EW向、SN向、NE向、NW向和NNE向等五组。从区域整体来看,燕山西段火山岩带主要呈NE向和NNE向展布,这表明NE向、NNE向断裂构造是控制火山喷发的主导构造。NE向断裂是中生代新生的构造,组成燕山期断裂-火山构造的骨干,主要有沽源-张北大断裂、蔡家营-御道口断裂、赤城-张百万断裂、尉州营-大三号-安全塔拉断裂、洋囫囵-大滩-青石砬子断裂等(何钟琦,1992),共同构成蔡家营-御道口断裂带,具有多期活动性的特点,有重要的控盆、控岩和控制成矿带的作用。
经研究查明,蔡家营-御道口断裂带由蔡家营-御道口断裂(F45)和洋囫囵-大滩-青石砬子断裂(F46)两条相互平行的基底断裂及其派生的次级断裂组成,属贯穿基底的深断裂带。
蔡家营-御道口断裂带总体走向NE50°左右,沿蔡家营-张麻井-大官厂-黑山嘴-万胜永-森吉图-御道口一线展布(图1),长约150 km,由2~3条硅化角砾岩带及夹持的挤压破碎带组成。其产状和构造产物在不同地段各具特色,不同部位走向变化也较大,局部与早期近EW向、NE向构造复合:蔡家营段65°,460矿床段75°,534矿床段40°~45°,倾向SE,倾角45°~74°;在黑山嘴被SN向断裂向南错移,错距约4 km,被错移段走向为55°~67°,倾向SE,倾角65°~70°;在万胜永一带断裂呈NE55°~60°方向延伸,倾向SE,倾角60°~75°之间;延至森吉图、御道口地表行迹不明显。
图1 蔡家营-御道口断裂带空间分布示意图Fig.1 The space distribution of Caijiaying-Yudaokou fracture zone
遥感解译显示,蔡家营-御道口断裂带呈狭长负地貌影像,密集成带分布,规模大,延伸长而且连续,具有多期活动的特点,并多次被北西向断裂错断;航空伽马能谱测量显示,蔡家营-御道口断裂带呈明显的低场值带;航磁解译显示,蔡家营-御道口断裂带沿两个正异常之间低场区延展,行迹清楚,延展性良好,有一定成带性。
蔡家营-御道口断裂带实质上是在早期EW向基底断裂基础之上发展起来的复合构造,由一系列相互平行的NE向断裂组成。平面形态呈阶梯状由西向东逐段向北错移,具有左列的特征(图1)。断裂早期具有压扭性特征,晚期变为张性。蔡家营-御道口断裂带宽度一般几十米,最宽可达200~500 m,切割深度较大,总体为一断面南倾,南盘下降、北盘上升的正断层。在蔡家营段,北盘为太古界红旗营子群变质岩和张家口组一段酸性火山碎屑岩,南盘为大面积张家口组一段酸性火山碎屑岩和二段粗面岩;460矿床-534矿床段,北盘主要为张家口组二段粗面岩,南盘为张家口组三段酸性火山岩和热河群中、基性火山岩。一般铅直断距600~800 m或更大些,由于隆起影响,局部有变化,断距变小,如460矿床段约400 m或更小些,秦家营100~200 m,534矿床段230 m或更大些。洋囫囵-大滩-青石砬子断裂总体呈NE60°~65°,总体倾向NW(局部SE),为一北盘下降、南盘上升的正断层。北盘为张家口组二段粗面岩、三段酸性火山岩和热河群中、基性火山岩,南盘主要为张家口组二段粗面岩、少量三段酸性火山岩和热河群中、基性火山岩。
照片1 蔡家营—御道口断裂460矿床段特征Photo 1 The No.460 deposit features of Caijiaying-Yudaokou fracture
蔡家营-御道口断裂带以构造破碎带形式出现,有的地段发育有多条规模较大的次级断裂(如460矿床、534矿床)。断裂面呈舒缓波状,多处出现构造角砾岩、硅质脉或次级破裂面,并伴有大面积的硅化、水云母化、黄铁矿化、褐铁矿化等中低温热液蚀变。其中460矿床段由2条近平行断裂组成,规模大,具有多期活动的特征,构造破碎带物质成分复杂,岩石挤压破碎,碎裂岩、硅化带、断层泥及次火山岩发育(照片1)。热液活动明显,蚀变发育,类型有水云母化、高岭土化、蒙脱石化、迪开石化、沸石化、绿泥石化、硅化、黄铁矿化、赤铁矿化、萤石化、蓝钼矿化、胶硫钼矿化、多金属矿化等。航磁特征表现为磁性突变带,串珠状的磁异常带。534矿床段见有碎裂岩、糜棱岩和片理化,并有水云母化、高岭土化、硅化等蚀变现象(照片2)。在黑山嘴段表现为硅化、萤石化构造角砾岩,地貌上呈正地形,宽度15~20 m,并见有构造泥,构造角砾岩中硅化(角砾胶结物为灰黑色硅质脉)发育,并见黄铁矿、黄铜矿和褐铁矿。
照片2 蔡家营—御道口断裂534矿床段特征Photo 2 The No.534 deposit features of Caijiaying-Yudaokou fracture
从钻探成果看,粘土化蚀变分布最广,主要表现为岩石褪色,使致密岩石硬度下降,岩石变得疏松,形成蚀变破碎带,为含矿热液的侵入交代提供了有利的空间;硅化表现明显,在岩心中所见主要是硅质脉充填于岩石裂隙中,成为碎裂岩或隐爆角砾岩的胶结物;赤铁矿化主要表现为红色铁质矿物对岩石交代浸染;黄铁矿化在粗面斑岩中普见,主要有两种存在形式:一种为沿裂隙呈浸染状分布,另一种呈斑点状、星点状分散于岩石中;黑化沿各种微裂隙充填浸染;萤石化较弱,呈紫色,以细小团块状充填于岩石中。赤铁矿化和黑化为近矿围岩蚀变。同时,钻孔资料显示,矿床热液蚀变在垂向上具有上酸、下碱的分带规律(图2)。在地表和矿床上部主要为一套浅层位的酸性蚀变组合,分别为褐铁矿化带-硅化带(垂深约30 m)和粘土化带(高岭土化、水云母化、迪开石化、绿泥石化);标高1 476~1 050 m以下属于偏高温的碱性蚀变,为钾长石化-赤铁矿化带。如534矿床ZK1,ZK5,ZK6,ZK9等钻孔酸性蚀变带分别见于标高1 162~872 m,1 002~865 m,1 127~1 035 m,1 289~961 m;碱性蚀变带则见于618~545 m,963~658 m,1 035~954 m,1 016~981 m(图2)。
在蔡家营-御道口断裂和洋囫囵-大滩-青石砬子断裂的控制下,由于张家口组三段晚期强烈酸性火山喷发活动后的火山塌陷作用,形成了次一级的蔡家营-森吉图由张家口组三段组成的断块构造(图3)。断块总体呈NE50°方向展布,东西长45 km,南北宽5~10 km(图4)。它是断裂、火山岩浆活动、断陷和沉积等综合作用形成的复杂构造带。NE向断块被NW向或SN向断裂切割为若干小块体,铀矿化就是受这些NE向与NW或SN向的构造节控制。
图2 534地区Ⅰ号地质剖面蚀变类型及空间分布图Fig.2 The alteration types and space distribution of the SectionⅠof No.534 deposit
蔡家营-御道口断裂带不但控制了张家口组三段的分布,而且控制着后期火山热液活动和铀及多金属成矿作用的发生和发展(许国录,1992)。
蔡家营-御道口断裂带是在EW向基底构造基础上发展起来的,后者切割深、规模大、形成时间早、活动时期长。直至张家口组二段形成时期,EW向基底构造仍起着控制作用。张家口组三段形成时期,在EW向基底构造和NNE向构造联合作用下形成的蔡家营-御道口断裂带,对火山机构的发育和地层的分布有明显的控制作用。蔡家营-御道口断裂带对火山活动的控制作用主要表现在两个方面:一是控制了张麻井火山口、脑包山火山口、石头城火山口和蔡家营火山穹窿、羊囫囵火山穹窿、460矿床火山穹窿、大脑包火山穹窿、大官厂火山穹窿等8个火山机构的产出及其产物的分布;二是沿该断裂有460矿床流纹斑岩、石英斑岩、霏细斑岩,534矿床流纹斑岩、粗面斑岩,万胜永粗面斑岩,御道口次安山岩等10个次火山岩体充填在呈串珠状分布的火山管道中,显示出裂隙式或沿裂隙多火口喷发的特征。张家口组三段火山岩地层沿蔡家营-御道口断裂带呈NE向带状分布,形成狭长的火山岩带,岩层向北倾斜。而且,在该火山岩带北侧,张家口组三段火山岩沿蔡家营-御道口断裂与张家口二段粗面岩或更老的地层直接接触;在该火山岩带南侧张家口组三段火山岩与下伏地层呈平行不整合或不整合接触。
目前已发现的蔡家营铅锌银多金属矿床、460铀钼矿床、534铀钼矿床以及白碱滩、韩庆坝、黑山嘴等一大批铀矿化点,均分布在蔡家营-御道口断裂带内。另外,前二道洼等一系列水化异常点带,高场晕受蔡家营-御道口断裂带控制。可见,蔡家营-御道口断裂带对铀及多金属成矿起着主导控制作用。
蔡家营铅锌银多金属矿床,位于蔡家营-御道口断裂北侧1 000 m左右范围内,蔡家营-御道口断裂为矿床的导矿构造,矿区出露两条平行断裂,其北为断裂破碎蚀变带,宽10~30 m,内有铅、锌、银等多金属矿化;其南为断层角砾岩带,宽10~20 m,有强烈的褐铁矿化和硅化。矿床的容矿构造是蔡家营-御道口断裂派生的两组次级断裂,一组为NWW向,一组为NEE向,它们往往成群出现,构成了矿床的控矿构造系统。
460矿床位于蔡家营-御道口断裂南侧400 m左右,含矿流纹斑岩体沿蔡家营-御道口断裂上侵,在标高250 m左右岩体分为两枝,主体岩枝沿蔡家营-御道口断裂派生的NW向次级构造上侵,NW向次级构造及主体岩枝倾向NNE,呈弧形,弧顶向SSW突出。矿化主要赋存于主体岩枝张开膨胀部位。可见蔡家营-御道口断裂不仅控制了次岩体的侵位和热液活动,也是导矿构造。其派生的次级构造既控制了主体岩枝,又是矿床的容矿构造。
534矿床位于蔡家营—御道口断裂与次级构造锐角夹持部位的火口断陷凹槽内,矿化主要赋存于靠近次级构造上盘的层间构造破碎带中。蔡家营-御道口断裂和次级构造为矿床的主要导矿构造,层间构造破碎带为容矿构造。
从已发现的矿床、矿点看,铀及多金属矿床和矿点的分布明显受蔡家营-御道口断裂及其共轭断裂(NNW向断裂)组成的构造结点控制,构造结点还具有等间距展布的特征,间距约为15 km。沿该断裂,从南西至北东等间距(15 km或30 km)分布有蔡家营、460、韩庆坝、534、黑山嘴、下洼子、森吉图、御道口等铀及多金属矿床、矿化点。
(1)张家口组三段中酸性火山岩是最重要的铀源层,其分布区为找矿有利区段。蔡家营-御道口断裂带张家口组厚度巨大,是主要赋矿层位。在岩浆从中碱到酸性的演化过程中,岩石中铀含量逐步增加,演化到张家口组三段最晚期的流纹岩和次火山岩阶段,铀、钍含量达到最高峰,一般铀含量4.14×10-6~18.27×10-6,平均达到7.70×10-6。前人资料表明,460铀钼矿床张家口组中酸性火山岩明显表现出铀丢失,平均丢失率达77.6%,说明张家口组与铀成矿存在一定相依关系。而基底红旗营子群浅变质岩和热河群中基性火山岩虽然也有铀的丢失,但丢失率低或分布范围小,都不是重要铀源(季克俭等,2007)。由蔡家营—御道口断裂带控制的断块构造主要由张家口组三段中酸性火山岩组成,是最重要的铀源层,其分布区为找矿有利区段。
(2)既要注重勘查浅成低温类型的铀矿,也要抓住深源高温类型铀矿的线索。国内外学者对铀成矿理论和成矿模式的研究工作始于1950年代。已发现的火山岩型热液铀矿床主要为硅化带、硅质脉类型,成矿温度<250℃,成矿年龄<100 Ma,存在明显的成岩成矿时差,这些特征使铀矿地质工作者建立了浅成低温成矿模式(巫建华等,2011)。但随着铀矿勘查工作的不断深入,浅成低温成矿模式已不能概括铀矿中存在的各种现象和特征,特别是一些铀矿床存在的高温特征、地幔流体作用特征以及与火山活动合拍的成矿年龄难以用浅成低温成矿模式进行解释。这些特征的发现与重视,出现了热水成矿、岩浆成矿、幔汁及热流体成矿等深源高温成矿理论(巫建华等,2011;余达淦等,2004)。蔡家营-御道口断裂带矿化大都表现为中、低温热液类型,与浅成中低温的酸性蚀变有关,对应于斑岩“二层楼”成矿模式中的上层矿化。深部是否存在与高温碱性蚀变(钾长石化-赤铁矿化)相关的深源高温铀成矿系统,需要今后进一步查证。
(3)既要注重火山构造的研究,也要加强断块构造的研究。国内外已知大型铀矿田多受塌陷式火山盆地控制,如斯特列利措夫位于滨额尔古纳铀成矿省中部,产于晚侏罗-早白垩世杜鲁库耶夫斯克火山塌陷盆地内(Ишукова,2009);相山铀矿田位于华南成矿省赣杭火山构造带西南段大型火山塌陷盆地,说明火山塌陷盆地在铀成矿中的重要作用(邵飞等,2011;胡茂梅等,2010)。而蔡家营-御道口断裂带有意义的铀矿床(点),均位于断块构造内,是燕山西段重要的有色、贵金属及铀矿矿化集中区,这可能是除塌陷式火山盆地外另一种有利于铀成矿特别是浅成低温成矿的构造。
受蔡家营-御道口断裂带控制的断块构造内既有张麻井火山口、460矿床火山穹窿、大官厂火山穹窿等多个火山构造,也有被NNW向断裂切割的一系列断块,断块内不同序次、不同级别的构造结点应该是铀矿勘查的重点地段。
(4)大面积的水云母化分布区,硅化、黄铁矿化、迪开石化、萤石化、高岭土化多种酸性蚀变叠加部位,铁帽和硅帽广泛发育,往往预示着深部有铀或多金属矿化,是有利成矿的标志性特征。
(1)蔡家营-御道口断裂带是在早期EW向基底断裂基础之上发展起来的一条规模较大的区域性深断裂,贯通基底,切穿盖层,断距大,活动强烈,由一系列NEE向断裂斜列组成,其与NNW向或SN向断裂构造的结点控制了铀矿床和矿点的分布。这些铀矿床和矿点具有等间距展布的特征,间距约为15 km或30 km。
(2)区内热液蚀变具有上酸下碱的垂向分带规律,铀矿化主要与浅部中低温的酸性蚀变有关;深部还发育的钾长石化-赤铁矿化带,属于偏高温的碱性蚀变,因此今后需要寻找与其相关的深源高温型铀矿化。
(3)受蔡家营-御道口断裂和洋囫囵-大滩-青石砬子断裂控制的蔡家营-森吉图断块构造,可能是除塌陷式火山盆地外另一种有利于铀成矿特别是浅成低温成矿的构造,是燕山西段找火山岩型铀矿最有利地段。
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Geologic Features of Caijiaying-Yudaokou Fracture Zone in the Western Yanshan Mt.and Its Control Role on Uranium Mineralization
JIANG Shan1, PAN Jia-yong2, DUAN Li1, GAO Jing-ming1,REN Wei-long1, ZHANG Zi-long1, WANG Wei-guo1
(1.No.243 Geological Party CNNC,Chifeng,Inner Mongolia 024006,China;2.East China Institute of Technology,Fuzhou,JX 344000,China)
Based on field investigation and drilling exploration,the Caijiaying-Yudaokou fracture zone located in the western Yanshan Mt.is a set of twist fracture belts.It originated from the original EW basement fractures.Its composition includes a series of NEE faults and slant fissures.This fracture zone has obvious control actions on the third segment felsic volcanic of Zhanjiakou formation which has formed in the Early Cretaceous epoch.Fault block formed in the intersection of this fracture zone and the NNW fractures controlled the distribution of uranium and multi-metal deposits.The uranium deposits present a evenly distribution of around 15 or 30 km.All indicate that the fault blocks controlled by fracture structure are better for uranium mineralization and as ore-controlling structure in Yanshan volcanic belts,the fault blocks are valuable for uranium prospecting.
western Yanshan Mt.;Caijiaying-Yudaokou fracture;fault-blocks;uranium mineralization
P612;P619.14
A
1674-3504(2011)04-0301-07
姜山,潘家永,段力,等.2011.燕山西段蔡家营-御道口断裂带的地质特征及其对铀成矿的控制作用[J].东华理工大学学报:自然科学版,34(4):301-307. Jiang Shan,Pan Jia-yong,Duan Li,et al.2011.Geologic features of Caijiaying-Yudaokou fracture zone in the western Yanshan Mt.and its control role on uranium mineralization[J].Journal of East China Institute of Technology(Natural Science),34(4):301-307.
10.3969/j.issn.1674-3504.2011.04.001
2011-09-05; 责任编辑:吴志猛
新疆511铀矿硒的赋存状态与富集规律(40872072)
姜 山(1969—),男,硕士,高级工程师,长期从事铀矿地质勘查工作。E-mail:jiangshan243@163.com