诸广棉花坑铀矿床垂向分带模式及深部找矿潜力

黄国龙，曹豪杰，徐文雄，沈渭洲

(1.核工业290研究所，广东 韶关 512026；2.南京大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210093)



诸广棉花坑铀矿床垂向分带模式及深部找矿潜力

黄国龙1，曹豪杰1，徐文雄1，沈渭洲2

(1.核工业290研究所，广东 韶关 512026；2.南京大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210093)

诸广南部岩体中部的棉花坑铀矿区具有多期构造岩浆活动与蚀变叠加、多组成矿构造带以及富铀花岗岩等有利的成矿条件，在区内形成了垂深最大的大型铀矿床。文章通过对棉花坑铀矿床资料的系统整理与分析，结合矿山采矿和近年钻探成果，从矿床含矿构造带特征、热液脉体、矿石类型和铀矿物存在形式、围岩蚀变等方面研究了矿床上部、中部和深部差别及变化特征。结果表明，该矿床的含矿构造蚀变带在垂向上具有“上酸下碱”、“上氧化下还原”的分带变化规律。

热液脉体；热液成分；蚀变；垂向分带；找矿潜力

棉花坑(302)铀矿床位于诸广南部岩体中部地区，是我国花岗岩型铀矿床中规模较大、埋藏较深的矿床之一。前人从不同侧面对该矿床进行过研究，尤其是热液脉体与围岩蚀变的分带特征(陈培荣和刘义，1990；金景福等，1992；倪师军等，1992、1994；黄国龙等，2010；高翔等，2010；沈渭洲等，2010)[1-8]。本文通过对该矿床资料的进一步整理与分析，深入探讨含矿带围岩蚀变、热液脉体、矿石类型与品位以及热液成分的垂向变化规律，分析矿床深部矿化特征与找矿潜力，为扩大深部找矿提供依据。

1 矿床地质概况

棉花坑铀矿床处在诸广南部岩体中部印支期与燕山期侵入体交汇部位，且由NE向棉花坑断裂和NW向油洞断裂所夹持(图1)。矿床上部围岩为印支期油洞岩体的中粒小斑状二云母花岗岩(锆石U-Pb年龄为232±4Ma)(黄国龙，2010)，矿床中-下部的围岩为燕山早期长江岩体的中粒黑云母花岗岩(锆石U-Pb年龄为160±2Ma)(邓平，2011)，外围伴有幔源基性岩脉贯入[2，4]。

铀矿体产于近SN向展布的含矿构造蚀变带中，沿含矿构造蚀变带(由硅化岩、硅化碎裂花岗岩、蚀变碎裂花岗岩等组成)两侧发育不规则团块状正长岩、石英正长岩及伟晶岩化花岗岩。该带出露长度约为2500 m，构造带延深较大，控制最大垂深大于1000 m。铀矿化主要与赤铁矿化硅化碎裂花岗岩关系密切。沥青铀矿的U-Pb和Sm-Nd等时线年龄分别为68.7±2.7 Ma和70±11 Ma(黄国龙，2010)[4]。矿体呈似脉状、扁豆状或透镜状。矿石矿物成分较为简单，以沥青铀矿为主，发育少量次生铀矿物。与铀矿化密切的蚀变为硅化、赤铁矿化、黄铁矿化及紫黑色萤石化。

2 棉花坑铀矿床垂向分带

根据矿石类型、铀矿物与脉石矿物组合、围岩蚀变类型及组合等相关资料综合分析，棉花坑铀矿床具有明显的垂向分带特征。为便于对比分析，本文将矿床划分为上部、中部和深部。其中，上部为地表标高500～200 m处、中部为标高200～-100 m处、深部为标高-100～-600 m处或更深部位。

2.1 构造蚀变带垂向变化特征

构造蚀变带在浅部规模较小，中深部规模大、延伸稳定。据对矿床9号带资料统计结果：9号构造蚀变带在地表宽为3～15 m，在300 m标高以上平均宽13.2 m，300～200 m标高平均宽22.7 m，-200～-400 m标高平均宽15.85 m。含矿带及其矿体具有膨大收缩、尖灭再现、分支复合的规律。

图1 棉花坑铀矿床地质略图Fig.1 Geological sketch map of Mianhuakeng uranium deposit1—第四系；2—中细粒二云母花岗岩；3—中粒(斑状)黑云母花岗岩；4—中粒(斑状)二云母花岗岩；5—中粒、中粗粒斑状黑云母二长花岗岩；6—花岗闪长岩；7—断裂；8—实测、推测地质界线；9—铀矿床。

2.2 热液脉体的垂向分带

棉花坑铀矿床的热液脉体活动可划分为成矿前、成矿期和成矿后3个阶段。其中，成矿前阶段又细分为含钨石英脉和高温石英脉两个亚阶段；成矿阶段可细分为褐红色含铀隐晶、微晶石英脉和紫黑色含铀萤石脉、灰色微晶石英脉两个亚阶段；成矿后阶段可细分为灰白色石英脉-浅色萤石-黏土矿物和灰白色方解石脉以及晶洞石英两个亚阶段。各期次脉体在一定程度上存在“上酸下碱、上氧化下还原”的垂向分带特征。

2.2.1 成矿前阶段

成矿前阶段脉体可细分为含钨石英脉和高温石英脉两个亚阶段：

(1)含钨石英脉呈零星分布于矿区东部，其形成最早，走向为NEE和近EW向。该脉体以石英为主，黑钨矿较少见，偶见有少量黄铁矿、黄铜矿、辉铋矿、闪锌矿等金属硫化物，脉体的形成温度为269℃左右。脉体两侧围岩发育云英岩化。含钨石英脉体多产出于较高海拔位置，并已被剥蚀和出露地表，往下延伸不大。

(2)白色高温石英脉多呈NNE、NW和近EW走向产出。脉体以石英为主，偶见粉红色萤石、黄绿色绢云母和黄铁矿，脉体的形成温度为313℃左右，分布于矿床上部，其产出标高一般略低于含钨石英脉，往下延伸不大。该阶段石英脉体已破碎成角砾，后被成矿阶段石英脉体所胶结。此外，在成矿前阶段还可见到一些由绿泥石、碳酸盐矿物组成的细脉。

2.2.2 成矿阶段

成矿期的热液脉体主要为不同亚期形成的红色、灰色含铀隐晶或微晶石英脉，灰白色含铀细粒晶洞状石英脉，少量紫黑色含铀萤石脉。

含铀隐晶或微晶石英脉与含铀细粒晶洞状石英脉是该矿床最重要的含铀热液脉体，多呈NNW向或近SN向展布。从地表至深部(矿床下部，海拔-647 m)均可见该两种脉体分布，但在矿床中部和上部(海拔500～200 m)的规模稍大，其形成温度为263℃左右。紫黑色含铀萤石脉多呈NNW向产出，分布于矿床中、上部，呈细脉穿插于先期形成的红色隐晶或微晶石英脉体中，或者胶结其角砾，形成温度为200℃左右。矿物以紫黑色萤石和沥青铀矿为主，并见有少量微晶石英等。

在成矿阶段，脉体的垂向分带具有如下特征：

(1)在矿床不同标高，脉体中的矿物组合不尽相同。如在矿床上部的脉体中出现红色隐晶-微晶石英、沥青铀矿、赤铁矿、水云母、少量高岭石和萤石组合，脉体呈红色，含高价铁较多，反映热液脉体形成于相对氧化和偏酸性的环境；在矿床下部的脉体中，出现灰黑色隐晶-微晶石英、沥青铀矿、黄铁矿、绢云母、绿泥石、少量钠长石和碳酸盐矿物组合，脉体呈灰色，含低价铁较多，反映脉体形成于相对还原和偏碱性的热液环境；矿床中部脉体的矿物组合介于上述两者之间。

(2)在矿床垂向上，浅部含矿带中心的硅质体规模较大，由红色微晶石英、灰白色石英、条带状萤石组成的脉带宽一般为1～3 m，其中包裹着大多数由成矿期红色微晶石英充填于碎裂花岗岩裂隙中形成的硅化碎裂花岗岩；深部含矿带中心则是成矿期的红色微晶石英、灰色微晶石英充填于碎裂花岗岩裂隙，局部见少量梳状、晶洞状石英及灰白色方解石脉。该矿床红色、灰色微晶石英、梳状-晶洞状石英多为小脉、细脉，脉宽一般几厘米至几十厘米。

(3)紫黑色含铀萤石脉在矿床不同垂深均有出现，但主要分布于矿床中、上部，说明在矿床中、上部弱酸性弱氧化的环境更有利于紫黑色萤石脉的形成。同时，在矿床不同垂深萤石的特征也有一定差别：矿床中、上部萤石多呈紫色，其Fe2O3/FeO值较高(可达6.20)，而矿床下部的萤石多呈紫黑色，其Fe2O3/FeO值较低(2.0～2.8左右)。

2.2.3 成矿后阶段

成矿后阶段的热液脉体以灰白色石英脉-浅色萤石-黏土矿物和灰白色方解石脉为主。

(1)矿床上部以石英脉-萤石-黏土矿物为主，多呈NNW向产出。由矿床上部至下部，脉体规模逐渐变小，至矿床下部几乎尖灭。脉体规模大小不等，宽度为数厘米至数米，长度从数米至数十米，甚至上百米。脉体形成温度为175℃左右。组成矿物主要有浅蓝(绿)色萤石、乳白色石英和一些黏土矿物(以高岭石为主)，石英、萤石和黏土矿物常构成韵律条带。高岭石-萤石-石英组合和脉体中较高的Fe2O3/FeO值，反映它们是在较氧化和偏酸性的热液环境中形成。

(2)方解石脉呈细脉状和不规则状穿插于成矿阶段的热液脉体中，少数脉体宽达几米，包裹体均一温度为168℃左右。矿床上部方解石脉规模较小，因混有少量微细尘状赤铁矿而呈粉红色、玫瑰色或白色；矿床下部方解石脉规模较大，因混有少量的黄铁矿和绿泥石而使方解石常呈灰色或灰白色。方解石的这种差别反映出“上氧化下还原”的原生垂向分带特征，与“上酸下碱”的原生垂向分带界面基本吻合。

2.3 矿石类型和铀矿物存在形式的垂向分带

2.3.1 铀矿石及铀矿物分带模式

矿床上部为红色矿石带，由红色微晶石英岩、红色硅化碎裂岩和红色强硅化角砾岩等组成，铀矿物主要为沥青铀矿及硅钙铀矿、钙铀云母等，主要伴生矿物为黄铁矿，但含量较低。

矿床中部为杂色矿石带，由红色硅化碎裂岩和红色硅化碎裂花岗岩等组成，铀矿物以沥青铀矿为主，其次为少量的硅钙铀矿、钙铀云母等。沥青铀矿富集部位黄铁矿含量较高。

矿床下部为灰绿色矿石带，由红化碎裂花岗岩和浅灰色硅化碎裂花岗岩等组成，铀矿物主要为沥青铀矿，且呈团块状和细脉状分布，未见次生铀矿物，沥青铀矿富集部位含较多黄铁矿。

上述矿物组合规律反映了“上氧化下还原”的矿床垂向分带特点。矿石的化学成分同样反映这一垂向分带特点(图2)，如表1所示，矿床上、下部矿石化学成分存在明显差异：矿床上部矿石的酸性和挥发性组分(SiO2、P2O5、F、S等)的含量相对高于矿床下部，而矿床下部矿石中的碱性和基性组分(Na2O、K2O、MgO等)的含量则相对高于矿床上部；矿床上部矿石的氧化性(Fe2O3/FeO值)高于矿床下部。

图2 棉花坑铀矿床矿石的垂向分带特征(据广东省地质矿产局705大队，1986)Fig.2 Vertical zonation of Mianhuankeng uranium deposit1—红色矿石带；2—杂色矿石带；3—灰色矿石带。

矿床部位样品数SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaO上部388210066441085149006036036下部57574011772044115023208391矿床部位Na2OK2OP2O5FClCO2SC总量上部01314600790082000230127038701389821下部0272500050053000120108034101209482

注：上部样品数据据金景福，1991[5]；下部样品采于棉花坑矿床深部-150 m，测试单位为核工业290研究所分析中心。

同时，铀矿化赋存部位也存在明显的垂向分带特征。浅、中部铀矿化主要赋存于红化硅化碎裂花岗岩、棕红色微晶石英中，沥青铀矿呈细小球粒状、葡萄状分散于岩石中，近矿围岩蚀变以绢云母化、赤铁矿化(红化)、高岭石化为主，铀矿化品位与赤铁矿化强度密切相关，红化强，铀矿化好；反之，铀矿化较差。深部(标高-300 m以下)铀矿化主要赋存于浅灰色硅化碎裂岩、硅化碎裂花岗岩中，其次赋存于红色硅化碎裂花岗岩和红色碎裂花岗岩中，近矿围岩蚀变包括绢云母化、红化、绿泥石化、黄铁矿化等。

2.3.2 矿化品位的垂向变化特征

深部矿石品位较浅部高。对矿区某地段的资料统计，矿石品位从浅部向深部有逐渐变富的趋势(图3)。中部(标高0～300 m)品位为浅部(标高500～300 m)的1～2倍，深部(标高-200 m以下)品位为浅部的2～3倍以上。区内富铀矿钻孔主要分布在矿床的中部至深部。

图3 棉花坑铀矿区某地段由浅至深的矿石品位变化曲线图Fig.3 Graph of ore grade at different depth in Mianhuakeng uranium deposit

2.4 围岩蚀变的垂向和水平分带特征

近矿围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、高岭石化、方解石化、萤石化、绿泥石化、钾长石化、钠长石化、赤铁矿化、黄铁矿化等。可分为两类：第1类蚀变形成热液脉体，如石英、方解石、萤石等脉体；第2类是热液活动与围岩相互作用形成新的矿物，如绢云母、高岭石、绿泥石、钠长石等。含矿带近矿围岩蚀变既在水平方向上有分带，在垂向上也有一定的变化规律。

2.4.1 蚀变类型的水平分带

围岩蚀变的水平分带特征表现为：从含矿带向外，依次为硅化→赤铁矿化→绢云母化→(绿泥石化)→高岭石化→碱性长石化→正常花岗岩(图4)。

2.4.2 蚀变类型的垂向分带

围岩蚀变垂向分带主要表现为：矿床上部以硅化+水云母化+高岭石化+蒙脱石化+钾长石化组合为主；矿床中部以钾(钠)长石化+水云母化+硅化+绿泥石化组合为主；矿床下部以钠(钾)长石化+水(绢)云母化+碳酸盐化+绿泥石化+绿(黝)帘石化+硅化组合为主。总体来看，在矿床中、上部以出现规模较大的硅化、水云母化和高岭石化等酸性围岩蚀变为主，而矿床中、下部则以出现规模较大的成矿前碱交代体为主。碱交代体中主要蚀变类型包括钠长石化、钾长石化、绿帘石化、绿泥石化和碳酸盐化等。在碱交代体的一些微小裂隙中，常见有绿泥石细脉和碳酸盐细脉等。

图4 9C穿脉9号带地质编录图Fig.4 The geological documantation of transverse drift 9C in belt 91—中粒黑云母花岗岩；2—碎裂花岗岩；3—弱硅化碎裂花岗岩；4—硅化碎裂花岗岩；5—硅化碎裂岩；6—微晶石英岩；7—高岭石化；8—绢云母化、绿泥石化；9—赤铁矿化；10—硅化；11—白色石英脉；12—紫黑色萤石。

2.4.3 蚀变岩石主要化学成分的垂向变化特征

蚀变岩石化学成分的垂向分带特征主要表现为：在矿床上部，较多的酸性组分(如SiO2、F、S等)被带入蚀变岩石中，同时较

多的碱性和基性组分(如Na2O、MgO、FeO等)被带出蚀变岩石。矿床下部的情况则刚好相反，带入大量的K2O、Na2O、Cl、CO2、S等深源挥发性成分，带出SiO2、F等酸性成分(表2)。

表2 棉花坑铀矿床不同标高蚀变岩石化学成分变化(%)

注：样品测试单位为核工业290研究所分析中心。

3 矿床垂向分带成因探讨

矿床的垂向分带特征主要是由成矿热液流体成分的变化所引起，而导致热液流体成分变化的因素包括：(1)热液在上升过程中与其它来源流体的混合；(2)热液上升过程中与不同成分围岩的相互作用。这些因素控制着热液的成分和性质(组分活度、pH、Eh、含铀络合物形式等)及其在矿床垂向上的变化，从而导致从热液中沉淀形成的热液脉体、矿石以及通过热液与围岩相互作用形成的围岩蚀变类型在矿床垂向上的分带特征。

3.1 热液混合作用

热液混合作用可以发生于成矿作用的各个时期，只是不同来源的流体混合比例发生变化。在白垩纪，南岭地区受太平洋板块俯冲的影响而处于地壳拉张活动时期，伴随着深层次断裂构造的发育，发生了幔源基性岩脉(煌斑岩和辉绿岩脉等)侵位和幔源流体(包括俯冲沉积物脱水作用形成的地幔流体和基性脉岩分异形成的少量岩浆流体)的上升。随着幔源流体上升，必然会和沿着构造裂隙下降的、冷的、较酸性和较氧化的大气降水发生混合。随着时间的推移以及流体向上运移，大气降水混入的量逐渐增加。沈渭洲等(2010)对棉花坑铀矿床脉石矿物H、O同位素的研究也已证实，成矿热液是由地幔流体和大气降水混合组成，其中成矿期以地幔流体为主，在成矿晚期逐渐转变为以大气降水占据主导地位[8]。

倪师军等(1992)的研究表明，成矿期成矿流体的δ18OH2O值为2.99‰，且向下呈增大趋势，而矿后期成矿流体的δ18OH2O值则为-3.74‰。成矿流体δ18OH2O值的降低主要是由大气降水不同程度的混入而引起的。这种混合作用的结果必然使成矿流体的物理化学性质不断发生变化，导致从中沉淀形成的脉石矿物和矿石矿物类型以及与之相互作用而形成的围岩蚀变类型也随之发生相应的变化[5-8]。

地幔流体具有碱性和相对还原性，而大气降水具有弱酸性和较高的氧化性，因而这种混合作用将导致热液组分在矿床垂向上具有“上酸下碱、上氧化下还原”的变化特点。矿床上部带入了较多的弱酸性和较氧化的大气降水，其热液成分的酸性和氧化性必然会相对高于矿床下部。矿床下部的情况则与之相反，热液中以幔源碱质和还原性物质为主。

3.2 与围岩相互作用

在棉花坑矿床范围内，铀矿体的赋存围岩有较为明显的差异。矿床上部为印支期中粒小斑状二云母花岗岩；矿床中部为细粒黑云母花岗岩、细不等粒黑云母花岗岩、中粒黑云母花岗岩；矿床下部为中-粗粒斑状黑云母花岗岩。由于围岩成分发生变化，因而即使是同一种成矿流体与它们相互作用，所发生的变化也是不同的，何况随着流体向上迁移，由于大气降水不同程度的混入，流体的性质不断发生变化，其结果必然导致与围岩反应形成的围岩蚀变类型以及从成矿流体中沉淀形成的矿石与脉石矿物的成分发生不同程度的变化。

4 深部找矿潜力

据上述分析，该区含矿构造带在垂向上有明显的变化规律，即从浅部(地表)到深部，矿体品位增高，主要铀矿物由以次生矿物为主到以团块状和细脉状沥青铀矿为主的变化，含矿构造沿倾向延伸稳定且蚀变带变宽，有利于形成富矿的地球化学环境，如酸碱变化、氧化-还原条件增强，与铀相伴生的元素显示深部有富铀矿存在。

区内深部含矿微晶石英脉以有利于沉淀富集富矿的灰色微晶石英为主，深部成矿环境为微氧化到微还原等有利于铀沉淀富集的环境，即成矿前有赤铁矿化(红化)等蚀变，成矿期有黄铁矿化等蚀变。

含矿构造带在埋深850～950 m处有较好的铀矿化，矿石品位较高，厚度较大；含矿构造蚀变带及矿体有向深部延伸的趋势。近年实施的危机矿山找矿专项在该区深部找矿中，有多个钻孔是在前人钻孔没有钻探到矿体的深部发现较好的矿体，在孔深900多米发现富矿体，深部较好钻孔其品位达1%以上，且矿体沿深部没有尖灭。因此，区内深部有较好的找矿空间和找矿潜力。

[1]陈培荣，刘 义.302铀矿床成矿物理化学条件、热液来源和运移方向[J].矿床地质，1990，9(2)：149-157.

[2]邓 平，任纪舜，凌洪飞，等.诸广山南体燕山期花岗岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄及其构造意义[J].地质论评，2011，57(6)：881-888.

[3]高 翔，沈渭洲，刘莉莉， 等.粤北302铀矿床围岩蚀变的地球化学特征和成因研究[J].岩石矿物学杂志，2011，30(1)：71-82.

[4]黄国龙，凌洪飞，邓 平，等.粤北地区302矿床沥青铀矿的形成时代、地球化学特征及其成因研究[J].矿床地质， 2010，29(2)：352-360.

[5]金景福，倪师军，胡瑞忠.302铀矿床热液脉体的垂直分带及其成因探讨[J].矿床地质， 1992，11(3)：252-258.

[6]倪师军，金景福，要全泰.302铀矿床石英萤石和方解石的热释光的垂直分带[J].矿物岩石，1992，12(4)：103-108.

[7]倪师军，胡瑞忠，金景福.302铀矿床热液的混合和沸腾垂直分带模式[J].铀矿地质，1994，10(2)：70-77.

[8]沈渭洲，凌洪飞，邓 平，等.粤北302铀矿床同位素地球化学研究[J].铀矿地质， 2010，26(2)：80-87.

Vertical Zoning Model and Prospecting Potential in Depth of Mianhuakeng Uranium Deposit in Zhuguang

HUANG Guo-long1，CAO Hao-jie1，XU Wen-xiong1，SHEN Wei-zhou2

(1.ResearchInstituteNo.290，CNNC，Shaoguan，Guangdong512026，China； 2.NanjingUniversity，Nanjing，Jiangsu210093，China)

Mianhuakeng uranium deposits in the central Zhuguang pluton is the a large deposit with the greatest depth in the region that located in a favorable conditions for the multi-stage magmatic activity， superimposed alteration，multi-direction structure and a uranium-rich granite. With the information of analysis and research， combined with recent drilling and mining results， the differences of the upper， middle and deep in the deposits was analyzed in the features of the deposit structure， vein of the hydrothermal solution， type and form of uranium minerals， component of the hydrothermal solution and wall-rock alteration. The result suggested that the deposit was with an alteration of acid in the upper and alkaline in the lower and redox condition of upper-oxidation and lower-reduction.

hydrothermal vein and solution；alteration；vertical zonation；prospecting potential

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.03.001

由中国地质调查局铀矿资源调查评价计划项目中的“广东省仁化县-和平县铀矿远景调查”(编号：1212011220781)和科技部国家科技支撑计划项目“赣南崇义-于都矿集区铀矿深部资源勘查技术研究”(编号：2011BAB04B07-5)联合资助。

2014-06-08 [改回日期]2014-08-27

黄国龙(1962-)，男，高级工程师(研究员级)，主要从事铀矿勘查和岩石矿物研究。E-mail：hgl290@tom.com

1000-0658(2015)03-0355-08

P612

A