白岗岩型铀矿床:构造和岩浆作用耦合的产物

高 阳，范洪海，陈东欢，聂江涛，王生云

(核工业北京地质研究院，北京 100029)

白岗岩型铀矿是一种重要的岩浆型铀矿床，主要产在纳米比亚，在我国也发现了少量该类型矿床。最著名的白岗岩型铀矿床是纳米比亚的罗辛铀矿，该矿床类型独特，以其产在“白岗岩”中而闻名于世。该矿床目前仍是世界天然铀资源的主要提供者之一，占世界年产量的7%。白岗岩型铀矿是纳米比亚主要的铀矿床类型之一。目前，随着地质勘查工作的进行，在该矿床的周边地区相继发现了罗辛南(Rossing South)、瓦伦西亚(Valencia)、Ida穹窿、Goanikontes、欢乐谷等矿床(点)。铀矿化主要产于白岗岩中，其铀矿物主要为晶质铀矿，其次为硅钙铀矿等次生铀矿物。

前人对罗辛铀矿床进行了大量的研究(I.J.Basson et al.，2004;Berning et al.，1976;Paul Nex et al.，2002)，在我国秦岭地区和龙首山地区也发现了“罗辛型”铀矿床(徐展等，1998;施文静等，1993)。但是，对该类型矿床的成矿规律、矿床成因等方面的研究还有待深入。本文在对前人资料进行综合整理分析的基础上，结合在该区开展的野外地质调查工作，提出对该类型矿床控矿因素和矿床成因等方面的新认识，以期对达玛拉地区和我国类似地区的白岗岩型铀矿地质勘查工作提供参考。

1 成矿地质背景

纳米比亚白岗岩型铀矿集中产于新元古代泛非构造带中的达玛拉造山带(I.J.Basson et al.，2004;J.A.Kinnaird et al.，2007)，该造山带为多期变形、变质的造山带，分为南北向的海岸分支和北东向的陆内分支，是刚果(Congo)克拉通和南部的卡拉哈利(Kalahari)克拉通碰撞作用的产物。陆内分支又被北东向的线性构造带分为北部带、中部带、南部带和南部边缘带 (图1)。其中奥马鲁鲁线性构造带又将中部带分为南北两部分，中部带以发育中高级变质岩和众多的侵入体为特征。目前，纳米比亚境内发现的白岗岩型铀矿床多产于其中的中南部。

该区主要发育上元古界的 Nosib群地层和Swakop群地层以及早前寒武系的阿巴比斯(Abba-bis)变质基底杂岩(MAB)(表1)。区内花岗岩侵入体发育，据前人研究，本区发育的花岗岩主要有四类:同构造－后构造的Salem花岗岩和红色花岗岩，晚构造－后构造的浅色花岗岩和白岗岩(Marlow，1993)。Salem花岗岩主要矿物成分为石英、钾长石、斜长石、黑云母、铁氧化物，主要发育在卡塞布组内的向斜构造中，由卡塞布组地层经花岗岩化和混合岩化而形成，黑云母含量较高。在野外常见有石榴子石，局部原岩结构构造特征明显。红色花岗岩的主要矿物组成为石英、微斜长石、条纹长石、斜长石、黑云母，因含铁锰矿物和较多的钾长石而呈现红色。Jacob(1974)和Hoffmann(1976)认为是埃土西斯组和可汗组部分熔融的产物。浅色花岗岩的特征是白到灰白色的颜色，主要矿物组成为石英、条纹长石、钾长石、斜长石、白云母。浅色花岗岩常以岩基的形式产出，也可以岩墙的形式侵入。前人认为可能是造山过程或变质作用中沉积物经重熔作用而形成的或者是早期花岗岩的残余熔体结晶形成的(Jacob，1974;Jacob et al.，1986)。其中与矿化关系最密切的为白岗岩。

图1 达玛拉造山带陆内分支简图(据Miller，1983)Fig.1 Sketch showing intracontinental branches of the Damara orogen belt(after Miller，1983)1－前达玛拉期基底;2－边界断裂;AF－Auseib断裂;OT－Otijihorongo逆冲断层;OML－奥马鲁鲁线性构造带;OL－奥卡汉贾线性构造带;AM－Areb穈棱岩带1－Pre－Damara basement;2－boudary faults;AF－Auseib fault;OTOtijihorongo thrust;OML－Omaruru lineament;Ol－Okahandja lineament;AM－Areb mylonite

表1 达玛拉造山带岩性地层表Table 1 Strata and lithology of the Damara orogen belt

达玛拉地区白岗岩并非传统意义上的白岗岩，而是细粒到粗粒或伟晶质花岗岩，主要矿物成分为钾长石、石英及少量斜长石、黑云母和白云母。碱性成分含量高，K2O+Na2O在4.58%～12.27%之间，K2O/Na2O比值为0.185～4.754，故国外常将其定名应为碱性浅色花岗岩(Alkalileucogranite)，将之归入浅色花岗岩中。白岗岩常呈网脉状或脉状产出。岩石呈明显的花岗结构和钾长石与石英的共结结构。目前，关于该区白岗岩的来源问题尚未解决。浅色花岗岩是具有构造指示意义的特征岩石类型，主要形成于造山带中，与碰撞过程或者后碰撞阶段深熔作用有关(Nabelek et al.，2001;Vande Flierdt T et al.，2005;郭召杰等，2007)。因白岗岩浆常侵入Nosib群埃土西斯组(NEt)上部的黑云母片麻岩及可汗组(NKn)和Swakop群中，且其铝饱和指数(A/CNK)为0.907～1.462，A/NK为1.01～1.897，属准铝质到过铝质岩浆岩，且其稀土元素特征与阿巴比斯组以及Salem花岗岩的稀土元素地球化学特征一致(图2)，表明其对二者地球化学性质的继承性。因此，白岗岩的物质来源仍为壳源，推测为阿巴比斯组或埃土西斯组下段重熔的产物。

图2 白岗岩、Salem花岗岩和阿巴比斯组地层的球粒陨石标准化稀土配分形式Fig.2 REE distribution pattern of alaskite，Salem granite and MAB

根据对该区白岗岩体的野外表征、穿插关系和矿物、岩石学特征的归纳、总结，可将该区白岗岩分为A－F六种类型(表2)。其中，C型白岗岩在本区最为发育，在各个地层中均见有该类型白岗岩侵入。

区内穹窿构造发育，轴向为北东向或北北东向。断裂构造可分为北北东向、北东向和北西向三组(图3，图4)。白垩系辉绿岩墙和粗玄岩墙沿北东向或北北东向断裂发育。

2 典型矿床地质特征

在纳米比亚达玛拉地区中发育的典型的白岗岩型铀矿床有罗辛、瓦伦西亚等。

2.1 罗辛(Rossing)矿床

罗辛矿床是目前世界上唯一在开采的最大的白岗岩型铀矿床。其勘探工作始于1955年，于1973年3月完成了对矿床的勘探(Berning，1976)。矿床位于罗辛穹窿的南部，可分为SH，SJ，SK三个矿区。其主采坑长3 km，宽1.5 km，深350 m，平均品位为0.03% U。在矿区出露地层有前寒武系阿巴比斯组(MAB)眼球状混合岩化花岗片麻岩、黑云母片麻岩等、埃土西斯组(NEt)变石英岩、可汗组(NKn)黑云母－角闪石片岩、辉石－角闪石片麻岩、罗辛组(NRs)大理岩、黑云母片麻岩、长石石英岩、楚斯组(NCh)含冰碛砾岩片岩、片麻岩。区内发育的断裂主要有两组，走向分别为NE向和NNW向，后者与褶皱轴垂直。矿区内紧闭或倒转褶皱发育，轴向NW－SE。

白岗岩是所有原生铀矿化和大部分次生矿化的围岩，许多地方矿体即为白岗岩体，白岗岩侵入于罗辛组、可汗组地层以及埃土西斯组的黑云母片麻岩中。白岗岩脉与罗辛组和可汗组变沉积岩地层呈整合、不整合或渐变接触。宽度由几厘米变化到90 m以上，呈脉状或不规则的透镜状(图5)。白岗岩脉常与片理、片麻理平行或呈一定角度相交。

表2 达玛拉地区不同类型白岗岩特征表Table 2 Features of the different types of alaskite in the Damara area

矿区内白岗岩侵入体附近接触变质作用发育明显。在罗辛组黑云母堇青石片麻岩与白岗岩接触带，长石变斑晶发育。在罗辛组大理岩与白岗岩接触部位，常见几厘米到几米厚的矽卡岩化带，矽卡岩化矿物有斜方辉石、钙铝榴石和方柱石等。

围岩的构造也影响着白岗岩的产出，在许多地方，白岗岩沿着褶皱轴面侵入，切穿了不同的岩性。矿体的中部，100 m大小的捕虏体发育。白岗岩具有细晶结构、花岗结构和伟晶结构，以后者为主，局部发育文象结构。

晶质铀矿是最主要的原生矿物(占55%)。颗粒大小由几微米变化到0.3 mm，大部分是0.05～0.1 mm，以包裹体的形式赋存在石英、长石和黑云母中，也产在这些矿物之间的缝隙或裂隙中。晶质铀矿与黑云母和锆石关系密切。另外，含铀矿物还有独居石和铌钛铀矿。矿石矿物还有黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉钼矿、赤铁矿和褐铁矿等，脉石矿物主要有萤石等。次生矿物有β－硅钙铀矿(40%)、脂铅铀矿、硅钙铀矿、铜铀云母、钒钾铀矿、水硅铀矿等。晶质铀矿和铌钛铀矿的蚀变形成了次生铀矿物，它们通常在裂隙中以薄膜形态存在。次生铀矿化不仅产于白岗岩脉中，还可产于围岩地层中。

图3 罗辛地区地质图Fig.3 Geologic map of the Rossing area，Namibia1－第四系覆盖;2－花岗伟晶岩;3－造山后花岗岩;4－同构造花岗岩(Salem花岗岩);5－红色花岗岩;6－卡塞布组;7－阿兰德斯组;8－楚斯组;9－罗辛组;10－可汗组;11－埃土西斯组;12－阿巴比斯组;13－罗辛白岗岩;14－铀矿床1－Quaternary sediments;2－granitic pegmatite;3－post－orogenic granite;4－syn－orogenic granite(Salem granite);5－red granite;6－Kaseb Formation;7－Arandis Formation;8－Chous Formation;9－Rossing Formation;10－Khan Formation;11－Etusis Formation;12－Ababis Formation;13－Rossing alaskite;14－uranium deposit

2.2 瓦伦西亚(Valencia)矿床

瓦伦西亚矿床位于罗辛矿床北东方向。矿区范围内发育的地层有:可汗组(NKn)以及罗辛组(NRs)、卡里比组(NKb)、卡塞布组(NKs)等钙质、泥质负变质岩地层。地层被多条白岗岩侵入。白岗岩以岩株状、岩墙状或脉状、细脉状产出，与围岩整合接触或不整合接触。

矿区的构造主要是背斜构造，向北东方向倾伏。两翼倾角由平缓变成陡倾倒转。背斜的南东翼发育等斜褶皱。背斜相邻的向斜两翼向南东方向倾斜，呈横卧褶皱。含铀白岗岩侵入到横卧向斜的北西翼。

白岗岩的矿物颗粒大小由细晶质到细粒和中粒直至伟晶质。主要的成分为石英和碱性长石±黑云母。副矿物有电气石、磷灰石、石榴子石，局部有铁、铜的硫化物。

紧闭等斜褶皱片岩中呈整合产出的白岗岩细脉，可能说明其产于构造早期或者同构造期。而一些岩墙状白岗岩对围岩的强烈切割，表明其产于晚期同构造或者构造期后。

图4 罗辛穹窿附近构造解译图(据I.J.Basson，2004修改)Fig.4 Interpretation map showing the structure in the neighboring area of the Rossing dome(after I.J.Basson，2004)1－地层界线;2－剪切带;3－穹窿;4－冲积物;5－罗辛矿床轮廓1－stratigraphic boundary;2－shear zone;3－dome;4－alluvium;5－outline of the Rossing deposit

铀矿化产于白岗岩中，呈脉状、细脉状产出。矿化南北长1100 m，东西宽500 m。矿化主体南倾，倾角大约35°，可延伸至地表下380 m，其探明和推断的资源储量共计5000～20000t(Alan Cooper et al.2007①)。主要铀矿物为晶质铀矿、硅钙铀矿和钙铀石。矿化主要产在细粒白岗岩中，粗粒伟晶质白岗岩中鲜有发育。铀与黑云母和磷灰石关系密切。矿化在白岗岩侵入体中不均匀分布(H.Roesener et al.，1998②)。

3 控矿因素分析

对控矿因素的研究是矿床学研究中的热点问题之一，对找矿有指导作用，具有重要的理论价值和现实意义(高浩中等，1998;李高辉等，2009;郑松森等，2011;李传班等，2012)。

3.1 地层控矿作用

Marlow(1981)和Jacob(974)的研究认为，地层对矿化白岗岩的控制作用明显。浅色花岗岩中的铀矿化更倾向于在可汗组和罗辛组的接触界线或者可汗组与楚斯组的接触界线附近产出。在罗辛矿山采坑中产出的主要地层是可汗组(NKs)和罗辛组(NRs)，含矿白岗岩体也侵入在这两个地层中。从各地层中U、Th能谱测量结果(图6)来看，各地层均显示出U低、Th高的特征，其中可汗组(NKn)和罗辛组(NRs)的铀含量均低于10 ppm，并不比其他地层铀含量高。可汗组和罗辛组地层是矿化的白岗岩的围岩，但没有直接证据表明其为成矿提供了物质来源。

瓦伦西亚矿床的白岗岩体的侵入对地层并没有选择性，在罗辛组、卡里比组、楚斯组、卡塞布组中均有侵入。罗辛地区白岗岩体侵入在罗辛组和可汗组中，可能是与该区处于高应力区、断裂发育有关。罗辛南矿床则产于可汗组中，Etango矿床产在楚斯组和可汗组中。因此，总的来说，地层对成矿无明显控制作用，侵入体在侵入地层的时候，对地层并无选择性。除阿巴比斯组外的其他地层都可能是含矿白岗岩的围岩。罗辛组与可汗组的地层界线或可汗组与楚斯组的地层界线对含矿岩体的侵位有利，更可能是由于地层之间的力学性质不同，形成构造薄弱地带，利于岩浆流体侵入而致。

图5 罗辛矿区0号勘探线剖面图(据Berning，1976)Fig.5 Geological profile along the prospecting line No.0 in the Rossing mine(after Berning，1976)1－罗辛组上段大理岩;2－罗辛组砾岩;3－罗辛组片岩;4－罗辛组片麻岩;5－罗辛组下段大理岩;6－可汗组黑云母角闪石片岩;7－可汗组辉石角闪石片麻岩;8－含铀白岗岩;9－钻孔1－upper marble member of the Rossing Formation;2－Rossing Formation conglomerate;3－Rossing Formation schist;4－Rossing Formation gneiss;5－lower marble member of the Rossing Formation;6－Khan Formation biotite－amphibole schist;7－Khan Formation pyroxene－amphibole gneiss;8－uraniferous alaskite;9－borehole

图6 罗辛地区各地层U、Th能谱值柱状图Fig.6 Histogram showing U and Th energy spectra in the strata of the Rossing areaNKs－卡塞布组;Nar－阿兰德斯组;NKb－卡里比组;Nch－楚斯组;NRs－罗辛组;NKn－可汗组;NEt－埃土西斯组NKs－Kasib Formation;Nar－Arandis Formation;Nkb－Karibib Formation;Nch－Chous Formation;NRs－Rossing Formation;NKn－Khan Formation;NEt－Etusis Formation

3.2 白岗岩体控矿作用

根据对罗辛矿床、瓦伦西亚矿床、罗辛南矿床以及欢乐谷地区的野外调查，晶质铀矿基本上全部产出在白岗岩岩体中，甚至在有些地方，白岗岩体即为矿体。

对A－E型白岗岩在野外进行的伽玛能谱测量结果表明，A、B、C型白岗岩以含钍为主，Th/U＞1，而D、E型则以含U为主(图7)。F型白岗岩的U、Th含量差别不大(J.A.Kinnaird et al.，2007)。D和E型白岗岩是含矿主岩，其中的石英往往因遭受较强放射性照射而呈烟灰色。

图7 各类型白岗岩铀钍含量分布柱状图Fig.7 Histogram showing energy spectrum values for the different types of alaskite

图8 达玛拉中南部地区铀矿床与穹窿空间分布规律图(据J.A.Kinnaird＆P.A.M.Nex，2007)Fig.8 Relationship between the uranium deposits and dome location in the southern and central part of the Damara orogen belt(after J.A.Kinnaird＆P.A.M.Nex，2007)1－达玛拉岩系为核部的穹窿;2－前达玛拉岩系为核部的穹窿;3－铀矿床1－dome with Damara sequence as core;2－dome with pre－Damara sequence as core;3－uranium deposits

根据化学全分析结果，本区白岗岩中SiO2含量71～78%。白岗岩多具有伟晶结构，其中常见电气石，暗色矿物较少，说明白岗岩是岩浆结晶分异晚期的产物，是花岗岩浆充分结晶分异的结果，在岩浆结晶分异的晚期阶段，挥发性、还原性气体较多，有利于晶质铀矿的生成。在花岗岩浆形成的时候，铀、钍等元素为不相容元素，优先进入花岗岩浆中。在花岗岩浆形成的早期，铀的浓度较低，U/Th比值低，随着分异结晶作用的进行，Th的浓度升高，岩浆中达到了含Th矿物结晶沉淀的饱和度，造成含Th矿物先从岩浆中结晶出来。铀的浓度逐渐升高，U/Th比值升高。在花岗岩浆结晶分异的后期，晶质铀矿与O2－的浓度都较大，达到了其溶度积常数，吉布斯自由能ΔGs降低，在合适的温度、压力、Eh、Ph条件下形成了晶质铀矿。

3.3 构造控矿作用

3.3.1 穹窿构造

在达玛拉造山带中南部，发育多个穹窿构造，这些穹窿有的是以前达玛拉期基底阿巴比斯组为核部，有些以达玛拉期变质岩为核部。由达玛拉中南部已发现的铀矿床(矿点)与穹窿构造的空间分布规律可知，Valencia，Rossing，goanikontes，Ida穹窿和Husab等矿点，基本上都分布在北东向－北北东向穹窿构造的边缘(图8)，尤其是其转折部位。其原因为穹窿构造的转折端往往是应力集中的部位，会造成虚脱部位，断裂较发育，为岩体侵位提供了空间。另外，在造山运动的晚期，穹窿的长轴方向发生了逆时针方向的偏转，同时，穹窿向南倾伏，产生了楔形空间，张性的楔形空间是含矿白岗岩体就位的有利空间。

3.3.2 断裂构造

千岁兰断裂(Welwitsshia)是由航磁所解译出的一条北－北东走向的线性构造带。该断裂切穿了前期变形作用的产物，发生了左行走滑运动。在断裂通过的地方，构造角砾岩、碎粉岩发育。在断裂以东，地层和构造的走向为北北东向，而以西地区，则转变为北东向。目前已发现的铀矿点几乎全在该断裂以西发育，表明该断裂对铀矿的形成或空间就位有一定的控制关系。该断裂为一个由若干条相互平行的断裂组成的断裂系，断裂系内部各断裂之间往往呈现出尖灭再现的规律。千岁兰断裂的左行滑动，会造成其次级构造的活动，也会使两盘变质沉积地层中的片理、片麻理张开。其次级断裂为岩浆的上升提供了通道，而更次一级的断裂和层理、片麻理等构造薄弱带则为含矿白岗岩体提供了就位的空间。

4 结论

(1)尽管白岗岩型矿床易于在可汗组和罗辛组中形成，但白岗岩浆的侵入对围岩的无绝对的选择性，地层对成矿无明显的控制作用。

(2)白岗岩是主要的含矿岩体，是硅铝质地壳重熔结晶分异的产物，较早期形成的A型、B型、C型白岗岩继承了围岩的富钍特征，而且岩浆岩中有堇青石、石榴子石等硅铝质矿物，充分表明岩浆可能由变质沉积岩经重熔作用所形成。与矿化有密切关系的D型、E型以富铀为特征，随着结晶分异作用的进行，铀的含量升高，钍的含量降低，U/Th比升高，铀在岩浆中逐渐达到饱和而形成晶质铀矿。因此，晚期形成的白岗岩中含晶质铀矿较多，易于形成铀矿体。

(3)穹窿对成矿的控制作用明显。罗辛、瓦伦西亚、罗辛南等白岗岩型铀矿床多在NE向穹窿转折端就位，穹窿的倾伏部位是含矿岩浆就位的有利空间。

(4)千岁兰断裂的次级断裂、变质岩地层中的片理、片麻理等张性空间是岩浆上升的通道和就位空间，是控制矿体就位最直接的因素，为成矿的物理空间(崔斌等，2000)。

(5)本区白岗岩型矿床形成的过程是:前达玛拉期变质岩地层在达玛拉造山期间，由于构造－热动力作用而重熔结晶形成花岗岩浆，其中的铀、钍等放射性元素进入岩浆。在造山作用期间，由于受不同方向的挤压作用而形成了穹窿。在造山期后，随着岩浆结晶分异的持续进行，岩浆中的铀逐渐富集，形成了含矿白岗岩浆，含矿白岗岩浆沿着断裂、片理、片麻理等构造软弱部位进入张性空间而就位，从而形成白岗岩型铀矿床。白岗岩型铀矿的成矿是岩浆作用与构造运动耦合的产物，是一次构造－岩浆热事件。

［注释］

① Cooper Alan，Greenway.G.M，Richard Graham.2007.Valencia Project，Namibia Technical Report.43101，Snowden Mining Industry Consultants，Johannesburg，South Africa.

② ROESENER，H.＆SCHREUDER，C.P.1998.Uranium.In:The Mineral Resources of Namibia.Geological Survey of Namibia.7.1/1－7.1/55

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