马达加斯加南部Tranomaro地区钍矿床成矿特征及其矿化成因探讨

王凤岗，范洪海，范存琨

（1.核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京100029；2.福州东鑫矿业技术有限公司，福州350000）

马达加斯加南部Tranomaro地区钍矿床成矿特征及其矿化成因探讨

王凤岗1，范洪海1，范存琨2

（1.核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京100029；2.福州东鑫矿业技术有限公司，福州350000）

受泛非地质事件（约550 Ma）影响，马达加斯加南部Tranomaro地区加里东期紫苏花岗岩侵位于古元古界富含碳酸盐的Tranomaro群变沉积岩中，钍矿化主要产在二者接触部位及附近的透辉石岩中，少量产在大理岩和方柱石岩中。钍矿物主要为方钍石及铀方钍石，多为自型粒状，浸染状分布，多包裹于透辉石、方柱石、橄榄石等矿物内部，部分分布在粒间。钍矿石具有富CaO、MgO、REE、Zr、W、Sn、Bi、Pb及与气-液流体有关的Cl、F、SO3、CO2等，贫SiO2、K2O、Na2O等特征，富Mg的矿石中还富含B。钍矿床具有夕卡岩型矿床成矿特征，钍成矿年龄与侵入岩体年龄及赋矿透辉石岩的年龄相近。钍主要来源于含F、CO2等组分的超临界气-液流体，且矿化形成于温度t≥850℃，压力P≈0.3～0.5GPa的地质环境中。

钍矿床特征；钍矿化成因；Tranomaro地区；马达加斯加

与铀相比，钍作为核燃料具有资源量丰富、环境友好、利用率高等优点。因此，钍被看作是第二核能资源，具有良好的发展潜力和应用前景。

马达加斯加Tranomaro地区因产出世界上独一无二的钍矿床而闻名，不仅其成因特殊，而且具有工业意义，因此倍受关注。但因受政治、文化等因素影响，该地区与钍成矿有关的地质资料很少或很难利用。鉴于此，笔者开展了该地区钍矿床岩石学、矿物学、成矿年龄及成矿环境等方面的研究，并在此基础上探讨了钍矿床的成因。

1 区域地质背景

马达加斯加南部Tranomaro地区主要由古元古界的变沉积岩和变火山岩组成［1］，并在泛非期（约550 Ma）造山作用期间的麻粒岩相变质环境中进一步变形、变质［2］。

该地区地层主要为古元古界Tranomaro群片麻岩，年龄为1.71 Ga［3］，原岩为变沉积岩。Tranomaro群片麻岩中含石墨，并夹有大量钙质、硅质岩石和大理岩。其中大理岩呈层状产出，厚数米到数百米，钙质、硅质岩石通常与大理岩共同产出，局部与大理岩互层。在泛非期，Tranomaro群内有花岗岩体或与花岗岩活动有关的热液侵入，并在与钙质、硅质及大理岩接触部位形成了透辉石岩等夕卡岩，钍矿即产在夕卡岩中。

区内主要发育NEE向构造，表现为Ampanihy（ASZ）剪切带和Vorokafotra（VSZ）剪切带。

区内侵入岩主要为加里东期花岗岩，分布在Tranomaro以东的丘陵地带，岩性以中细粒斑状黑云紫苏花岗岩为主。花岗岩锆石U-Pb同位素年龄为（536±13）Ma和（554±20）Ma；全岩Sm-Nd同位素年龄为（551±24）Ma［3］。

图1 Tranomaro地区地质简图（据Cuney等修编，2014）Fig.1Geological sketch map of Tranomaro region（Modified after Cuney et al.，2014）

2 Tranomaro地区钍矿成矿特征

2.1 钍矿床分布

钍矿床主要分布于Anosyan山西侧的一个长度约为70km的狭长部位，总体呈近SN向展布（图1）。

绝大多数钍矿体产于Anosyan紫苏花岗岩岩体与Tranomaro群接触部位所形成的透辉石岩等夕卡岩中（图1），夕卡岩多呈团块状或带状分布，厚数米到数十米，分带性较好，由岩体向外依次为以下几个带:

1）黑云紫苏花岗岩:花岗岩侵入体，暗色矿物主要为黑磷云母、紫苏辉石。

2）透辉正长岩带:岩体中黑磷云母等暗色矿物分解，分解后形成的硅向围岩迁移，而围岩中的钙向花岗岩体迁移，并与紫苏辉石等形成了透辉石。

3）方柱石岩带:主要为钙柱石，少量透辉石、橄榄石，具典型夕卡岩内带特征。

4）透辉石岩带:主要为富钙、镁透辉石，少量钙柱石、橄榄石及富F的金云母，具典型夕卡岩外带特征。

5）大理岩带:主要为粒状方解石，少量透辉石、金云母、尖晶石等。

上述分带不是截然的，而是连续过渡的。铀主要产在透辉石岩带中，少量产于方柱石岩带及大理岩带，此外，在金云母脉中也可见有厘米级的钍矿物产出。研究样品主要采于透辉石岩带，少量采于方柱石带及大理岩带，地理坐标为:24°15′00″S-24°40′00″S；46°30′00″E-46°40′00″E。

2.2 钍矿石

钍矿石主要为透辉石岩，少数为大理岩、橄榄石岩及方柱石岩等。

透辉石岩钍矿石通常具粒状变晶结构（图2）、放射状变晶结构（图3），由透辉石，少量方柱石（主要为钙柱石）和橄榄石组成，个别矿石中见少量的金云母、韭闪石、硅灰石、硅镁石及钙长石等。在相对富镁的钍矿石中还可见较多的尖晶石，而相对富钙的钍矿石中可见较多的石榴子石。钍矿石中透辉石、方柱石、橄榄石等矿物的粒径一般为2～5 mm，个别可达10 mm左右。

图2 透辉石岩结构Fig.2Structure of diopsidite

图3 方钍石位于放射状透辉石变晶的中心Fig.3Thorianite located in the center of diopsite with radial blastic texture

此外，还有方柱石岩、橄榄石岩、大理岩等钍矿石，上述钍矿石与透辉石岩钍矿石具有相同的成因，仅因处于夕卡岩不同分带中而形成了不同的钍矿石类型。

钍矿石受后期热液改造作用不明显，除个别橄榄石蚀变为蛇纹石外，其他矿物均保持完好，未发现明显蚀变现象。

钍矿石主量元素及Cl、F含量分析结果见表1。

目前，仅有少数类型的钍矿床具有工业意义并形成了最低工业要求，其中独居石型钍矿床最低工业要求有2个:一是独居石矿粉中100～300 g·m-3的矿物中ThO2含量达4%；二是钍矿石中ThO2含量达0.07%［4-5］。而以方钍石及钍石为主要钍矿物的钍矿床，其工业要求一般为0.10%［5］，通常，将该类型中ThO2含量≥1.00%的钍矿石看做是富矿石。从表1可以看出，除样品sam9、sam10及sam11为钍矿化样品外，其他样品均达到工业要求，钍矿石中ThO2含量最高可达1.65%（样品sam7），ThO2平均含量为0.45%，远高于0.10%的工业要求，可见该地区钍矿石为较富的钍矿石。钍矿石还具有富CaO、MgO，贫SiO2、K2O、Na2O等特征。而Al2O3、Fe2O3（FeO）、TiO2等因岩性和矿物组合的不同其含量变化较大。此外，钍矿石中还富含有其他元素（个别元素的分析结果在表1中未列出），根据元素组合可归为以下5个系列:

reOmoriuthin/%，F wB l C dantsenelemajormofltsresualysisn A1leabT hO2 T O8 U3 F l CbOPO3 WrO2 Z O3 Y2 SrOSO3 O5 P2 O K2 O a2 NaOCgOMnO2 M O3 e2 F O3 l2 AiO2 TSiO2性岩品样0.19 0.15 0.30 0.58 0.10 1.22 1.65 0.42 0.001 0.003 0.002 0.82 1.16 0.48 0.47 0.10 0.15 0.37 0.45 0.10 0.12 0.18 0.23 0.10 0.37 0.81 0.22 0.002 0.006 0.004 0.48 0.09 0.45 0.14 0.06 0.07 0.19 0.20 ------------0.33--1.44 1.17 1.76 0.26 --0.04 0.03 0.03 0.02 0.02-0.04 0.03 0.03 0.02-0.03 0.05 0.12 0.09 0.10 0.04 0.02 0.02 0.03 0.05 0.01 0.06 0.01 0.03---0.06 0.02 0.04 0.03 0.02 0.01 0.03 0.02 0.10-0.04-0.02 0.06--0.07--0.02-0.04-0.01 0.04-0.02 0.17 0.01 0.13 0.02 0.07 0.26 0.19 0.11 0.01--0.09 0.10 0.06 0.07 0.06 0.03 0.05 0.08 0.01 0.01-0.01-0.01 0.02 0.01---0.01-0.01 0.04 0.01 0.20 0.01 0.02 0.04 0.25 0.19 0.19 0.04 0.04 0.05 0.01 0.02 0.02-0.02 0.08 0.02 0.09 0.11 0.11 0.05 0.07 0.02 0.02 0.01 0.01 0.02 0.03-0.03 0.05 0.03 0.04 0.02 0.02 0.03 0.06 0.02 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.03 0.03-0.07 0.02 0.01 0.01-0.01-0.01 0.03 0.16--0.02 --0.05-0.13 0.08 0.16-0.25 0.12-0.05 0.15 0.04 0.10 2.54 1.51 2.23 0.41 0.08-0.39-0.78 0.51 0.41----0.30 0.30 0.36 0.64 1.13 0.97 1.25 0.40 31.76 61.73 25.01 59.16 24.65 24.91 26.12 24.68 7.90 8.51 1.50 26.49 23.58 24.39 24.01 15.53 17.81 14.58 24.57 9.80 1.76 7.18 4.61 10.90 9.40 6.62 18.37 32.70 27.67 35.77 13.86 6.32 12.80 4.07 18.11 18.23 19.19 14.30 --0.04 0.06 0.06 0.07 0.04 0.08 0.19 0.16 0.20 0.06 0.05 0.09 0.06 0.05 0.07 0.10 0.08 5.35 1.30 4.24 1.75 4.02 4.77 3.91 2.82 5.87 4.01 6.25 2.13 2.03 3.13 2.74 3.68 2.46 3.24 3.54 13.91 1.19 18.53 1.96 10.04 10.54 16.93 9.10 4.05 1.77 20.30 5.59 23.41 7.60 22.6 14.3 11.82 14.58 11.57 0.81 0.22 0.84 0.29 0.45 0.82 0.76 0.47 0.04-0.15 0.50 0.48 0.46 0.68 15.53 0.42 0.45 1.37 34.04 34.22 41.79 13.04 47.58 45.18 38.15 39.57 31.71 30.18 25.45 48.00 40.81 48.95 42.11 41.18 43.98 40.56 38.14岩岩岩岩岩岩岩石岩石岩岩岩岩岩岩岩理石理岩石石辉石榄岩石石石石岩石石石大辉大石辉辉透榄橄石辉辉辉辉石辉辉辉石透石辉透透榄橄化榄透透透透辉透透透解柱解透柱柱橄晶石橄柱柱柱柱透柱柱均方方方方方晶尖纹方方方方方方平尖蛇1sam 2sam 3sam 4sam 5sam 6sam 7sam 8sam 9sam 10sam 11sam 12sam 13sam 14sam 15sam 16sam 17sam 18sam。仪谱光光荧线射X2404W P浦利飞为号型器仪，定测心中试测析分院究研质地京北业工核由据数品样:注

1）W-Sn-Mo-Bi等高温元素系列:通常与区域岩浆-气液作用有关；

2）La-Ce-Y-Nd等稀土系列:主要与成岩作用过程中形成的稀土矿物有关；

3）F-Cl-SO3-CO2系列:与气-液流体有关，成岩后多以附加阴离子的形式出现在透辉石、方柱石、硅镁石、韭闪石等矿物内；

4）Ba-Sr-Zr系列:与类质同像及副矿物有关，主要呈类质同像替换矿物中的其他元素；

5）Pb等:主要与铀、钍等放射性矿物衰变有关，仅在矿石中存在。

在含镁较高的钍矿石中B含量也较高。透辉石岩矿石中锆石U-Pb同位素年龄为（523±5）Ma［3］和（516±20）Ma（Andriamarofahatra和La Boisse，1986），方柱石-锆石的Sm-Nd同位素年龄为（514±5）Ma［3］，上述年龄结果较一致，可代表本区透辉石岩钍矿石的年龄。

钍以独立钍矿物的形式存在，主要为铀方钍石和方钍石［6］。钍矿物以半自形-自形粒状为主，少量为晶形较好的立方体，个别呈长方体状，钍矿物晶体较大，粒度通常0.2～0.5 mm，大者可达3～4 mm，呈浸染状分布于钍矿石中。

钍矿物与其他矿物间有两种空间关系:一种是钍矿物被粒状透辉石、方柱石等矿物包裹，或钍矿物位于放射状透辉石的中心部位（图3），这种空间位置关系推断，钍矿物主要形成于成岩初期，稍早于透辉石、方柱石等包裹矿物形成；另一种为粒间的钍矿物，由此推断，粒间钍矿物与相邻的矿物同时或较相邻矿物稍晚形成。

2.3 钍成矿年龄和成矿环境

因国内外关于钍成矿总体研究程度偏低，目前还没有形成钍矿物精确定年方法。运用电子探针测定钍矿物中的U、Th、Pb含量，并运用全铅法（又称粗铅法）计算了钍矿物的形成的大致年龄，计算结果见表2。

表2 钍成矿年龄（U-Pb）Table 2Age（U-Pb）of thorium mineralization

从表2中可以看出，钍成矿年龄变化范围为594～495 Ma之间，平均为535 Ma，铀成矿年龄总体与泛非事件（约550 Ma）较接近，显示二者之间具有密切的成因联系。

Rakotondrazafy等（1996）在该地区识别出2个主要变质阶段［7］，相应地形成2个阶段的钍成矿作用:第1阶段约为565 Ma，与钍矿物共同产出的矿物组合为透辉石-钙柱石-尖晶石-榍石-硅灰石-刚玉，形成于温度为850℃，压力为0.5 GPa的环境中［8］，是钍成矿的主要阶段；第2阶段约为545 Ma，与钍矿物共同产出的矿物组合为金云母-韭闪石-稀土矿物，形成于温度为800℃，压力为0.3 GPa的环境中［3］，是钍成矿的次要阶段。

2.4 Th/U值

钍矿石中Th/U值介于1.58～3.39之间，平均为2.24［6］，与地壳中的平均比值接近，说明该地区在变质作用过程中及钍矿形成过程中并未发生明显的U、Th分离。

3 钍矿化成因探讨

由于Th、U均属大分子不相容元素，趋向于在岩浆演化晚期富集，因此，酸性岩和碱性岩中有相对高的含量［9-12］。Tranomaro地区岩石中U、Th含量均很低，很难直接提供钍成矿所需的物源，此外，在该地区与Th、U共同出现的还有REE、Zr等迁移能力较弱的元素。

该地区主要钍成矿阶段（第1阶段）的时代及温压等地质条件与该地区麻粒岩相变质作用（第1变质阶段）的时代和温压等地质条件相吻合，因此，钍矿化与变质作用产生的流体有关，且该流体是一种富含CO2的流体［7，13］。流体中除CO2外，在金云母、韭闪石、磷灰石、硅镁石、钙柱石等矿物中都存在F［14-16］，说明在流体中也存在F。B Moine（1998）研究发现，在该地区富F地段可形成钍矿床，而无F地段则无钍矿床［15］，由此可见，流体中F、CO2等组分，对该地区的钍矿床形成起重要作用，F、CO2等主要来源于黑云母等矿物的分解。Th在富含F、CO2等组分的超临界气-液流体中有极大的溶解度，并随流体迁移［9］。根据钍矿化形成的地质条件推断，富含CO2、F的流体为超临界的流体，且为气-水热液［16-17］。

由此推断，钍矿床中的钍主要来源于富含F、CO2等气-液流体。

2011年，经合组织核能机构（OECD/NEA）和国际原子能机构（IAEA）将钍矿床分为碳酸盐型、砂矿、脉型、碱性岩及其他类型等5类［18］，该分类方案中将马达加斯加Tranomaro地区钍矿归属为“其他”成因类型中。近年来的研究认为，该地区钍矿具有夕卡岩型成因特征［6-7，13-16，19］。

在空间分布上，钍矿化主要产于加里东期Anosyan紫苏花岗岩侵入体与Tranomaro群岩石接触部位及附近的透辉石岩及大理岩等岩石中，具有较典型接触变质成矿特征。

钍矿物的成矿年龄范围为594～495 Ma（平均535 Ma），Anosyan紫苏花岗岩的侵位时间为554～536 Ma，赋矿的透辉石岩形成时间为523～514 Ma，三者非常接近。

钍矿石特征显示，方钍石和铀方钍石等钍矿物形成于成岩初期或与钍矿石同期形成，具有同期成矿特征，矿物组合具有典型夕卡岩的矿物组合特征。

钍矿体主要呈团块状、脉状、透镜状，与一般区域变质作用形成的矿体不同。

综上所述，Tranomaro地区钍矿床具有典型夕卡岩型成矿特征。

含有CO2、F等组分的气-液在浸渗运移过程中不断溶解所经岩石中的Th、U等，并与F、CO2等组分形成稳定络合物。在夕卡岩化作用过程中，因物化条件改变及不同元素间的地球化学性质差异，Th析出形成方钍石和铀方钍石，而流体中的CO2、F等组分则进入到方柱石、角闪石等矿物中［16］。

4 结论

在马达加斯加南部Tranomaro地区，泛非地质作用中导致Anosyan紫苏花岗岩等岩体的形成和侵位，并在岩体与Tranomaro群接触部位的夕卡岩中形成了钍矿化。

夕卡岩具有明显的分带性，由花岗岩体向外依次为黑云母紫苏辉石花岗岩体、透辉石正长岩带、方柱石带、透辉石带及大理岩带，钍矿化主要产在透辉石岩带中，少量产于方柱石岩带及大理石岩带中。

钍矿石在化学成分上具有富CaO、MgO，贫SiO2、K2O、Na2O等特征。此外W、Sn、Mo、Bi、Ce、Y、Nd、Sr、Zr等含量也较高。

钍矿物主要为方钍石及铀方钍石，在形成时间上，钍矿物的形成时间、钍矿石的形成时间与花岗岩体的形成时间是一致的，而且在空间位置上，钍矿化主要产在花岗岩体与大理岩接触部位及其附近。上述成矿要素在时空上具有统一性。钍矿石具有典型夕卡岩的结构、构造和矿物组合特征。该地区钍矿床具有明显的夕卡岩成因特征，为夕卡岩型钍矿床。

Tranomaro地区钍成矿环境为高温（t≥850℃）、高压（p≈0.3-0.5 Gpa）的环境中，与钍成矿有关的流体为含F、CO2等组分的超临界气-液流体，Th、U等在该流体中具有很高的溶解度，并提供了该地区成矿物质来源，流体中的F、CO2等对该地区钍矿床的形成起重要作用。

［1］P Boulvais，S Fourcade，GGruau et al.Persistence of pre-metamorphic C and O isotopic signatures in marbles subject to Pan-African granulite-facies metamorphismandU-Thmineralization（Tranomaro，Southeast Madagascar）［J］.Chemical geology，1998，150：247-262.

［2］BFWindley，ARazafiniparany.Tectonic framework of the Precambrian of Madagascar and its Gondwana connercions：a review and reappraisal［J］. Geol Rundsch，1994，83：642-659.

［3］Paquette J L，Nedelec A.U-Pb single zircom Pb evaporationandSm-NddatingoftheSE Madagascar domain：a preailing Pan-African event［J］.Journal of Geology，1994，102：523-538.

［4］矿产资源要求工业手册委员会.矿产资源工业要求手册［M］.北京：地质出版社，2010：78.

［5］全国矿产储量委员会办公室.矿产工业要求参考手册（修订本）［M］.北京：地质出版社，1987：62.

［6］王凤岗，范洪海，范存琨，等.马达加斯加南部Tranomaro地区矽卡岩型钍矿钍的赋存状态及钍矿物特征研究［J］.世界核地质科学，2010，27（4）：210-213.

［7］Michel A F Rakotondrazafy,Bernard Moine.Mode of formation of hibonite（CaAl12O19）within the U-Th skarns from the granulites of S-E Madagascar［J］. Contrib Mineral Petrol，1996，123：190-201.

［8］Andriamarofahatra J，De La Boisse H，Nicollet C. Datation U-Pb sur monaziteset zircons du dernier épisode tectonométamorphique granulitique majeur dans le Sud-Est de Madagascar［J］.Comptes Rendus à l’Académie des Sciences，1990，310: 1 643-1 648.

［9］刘英俊，曹励明，李兆麟，等.元素地球化学［M］.北京：科学出版社，1984，230-234.

［10］王德荫，傅永全.铀矿物学［M］.北京：原子能出版社，1981：31-35.

［11］金景福，黄广荣.铀矿床学［M］.北京：原子能出版社，1991：29-35.

［12］中国国家原子能机构译.铀：资源、生产与需求：2011［M］.北京：中国国家原子能机构，2011：27.

［13］Michel A F Rakotondrazafy,Bernard Moine,Cuney M et al.Signification des fluides carboniques dans lesgranulitesetlesskarnsduSud-Estde Madagascar［J］.Comptes Rendus de l’Académie des Sciences，1998，327（2）：743-748.

［14］Boulvais P，Fourcade S，Moine B et al.Rareearthelementsdistributioningranulite-facies marbles：a witness of fluid-rock interaction［J］. Lithos，2000.53：117-126.

［15］B Moine，A Ramambazafy，M Rakotondrazafy et al.The role of fluor-rich fluids in the formation of thethorianiteandsapphiredepositsfromSE Madagascar［J］.Mineralogical magazine，1998，62A：999-1 000.

［16］王凤岗，范洪海，范存琨，等.马达加斯加南部Tranomaro地区钙柱石的发现及其地质意义［J］.矿物学报，2015，35（3）：406-410.

［17］陈曼云，金巍，郑常青，等.变质岩鉴定手册［M］.北京：地质出版社，2009：146-150.

［18］中国国家原子能机构.铀：资源、生产与需求：2011［M］.北京：中国国家原子能机构，2011：27.

［19］Frank Elliot Sahoa，Naivo Rabesiranana，Raoelina Andriambololona，et al.Crystallographic Study of Uranium-Thorium Bearing Minerals in Tranomaro, South-East Madagascar［J］.Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering，2013, 1：347-352.

Discussion on metallogenic characteristics and genesis of thorium deposit in the region of Tranomaro，Southern Madagascar

WANG Fenggang1，FAN Honghai1，FAN Cunkun2
（1.CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology Beijing 100029，China；2.Fuzhou Dongxin Mining Technology Co.Ltd，Fuzhou 350000，China）

With the effect of Pan-African event（about 550 Ma），in the region of Tranomaro，Southern MadagascarcaledoniancharnockiteintrudedintothePaleoproterozoicTranomarogroupof metasediment which is rich in carbonate.Thorium mineralization is predominantly occured in the diopsidite located at the contact zone，minority in the marble and werneritite.The main ore minerals are uranothorianite and thorianite，which occurs as disseminated euhedral crystals.Thorianite and uranothorianite are mostly wrapped in diopside，scapolite and olivine，partly distributed in intergranular regions.Thoruim ores are rich in CaO，MgO，REE，Zr，W，Sn，Bi，Pb and Cl，F，SO3，CO2which are related to pneumato-hydatogenetic fluid，and poor in SiO2，K2O，Na2O et al.，magnesium rich ore is also rich in B.The genesis of thorium deposits is related to skarnization，andthe thorium mineralization age is similar to that of intrusion rock and diopsidite.A possible source of Th could be the supercritical fulid which was rich in F，CO2.The temperature of thorium mineralization was equal or over 850℃and the pressure was 0.3～0.5GPa.

characteristics of thorium deposit；genisis of thorium mineralization;Tranomaro region; Madagascar

P61；P619.13

A

1672-0636（2016）01-0001-07

10．3969/j．issn．1672-0636．2016．01．001

2014-06-20；

2015-10-10

王凤岗（1977—），男，河北张家口人，高级工程师，主要从事铀矿地质及岩矿研究。E-mail：wfg9818@163.com