3702铀矿床碱交代岩特征及成矿机理

谭玉清

（广西壮族自治区三〇七核地质大队，广西 贵港537100）

近几十年的中外大量研究成果表明，碱交代作用在自然界发育的范围和在成矿、成岩中的重大意义远比现在一般认识为大［1］。3702铀矿床位于钦州—杭州成矿带的南西段，也是郴州—钦州铀成矿带的南西段。矿床主要分布于十万山岩体中，由多个矿体组成，铀矿化与碱交代岩密切相关。Na＋、K＋是自然界最强的碱金属，具有破坏、改造、交代其它所有矿物的强大能力［2］。碱交代作用使原岩中的成矿物质、硅酸盐被溶解，留下大量微空洞，岩石孔隙度增加，抗压强度降低，渗透性增强，有利于分散铀的运移和聚集。笔者根据前人资料及近年来的勘查成果，对3702铀矿床碱交代岩的特征及成矿机理进行进一步的综合分析，以期对该区域下一步铀矿找矿起到一定的指导作用。

1 矿床地质概况

3702铀矿床位于广西华夏陆块钦州褶皱系的灵山断褶带北东部［3］，处于灵山—藤县断裂与垌中—小董断裂的夹持部位，其地质演化史上经历了多旋回的构造运动。区内出露的地层为古生界至下三叠统，其中志留系-下泥盆统为槽盆陆源复理石沉积，早、早-中三叠世为盆地相碎屑建造；区内构造以断裂为主，伴随加里东期构造运动而形成的北东向灵山—藤县断裂，具多期活动的特点，控制着该区域多数的沉积相、岩浆岩及矿产的分布；区域岩浆活动强烈，华力西-印支期酸性岩浆多沿断裂带侵入，呈大规模的花岗岩带，主要有十万山花岗岩体、六万山花岗岩体、大容山花岗岩体、六陈花岗岩体。

3702铀矿床产于十万山花岗岩体中，岩体与泥盆-石炭系呈侵入接触，并被古、新近系覆盖呈不整合接触。十万山花岗岩体为多期多阶段复式岩体，主要以印支期和燕山早期花岗岩为主［4］。印支期岩体，为大型岩基，属深成相，分相不清晰，岩性主要为灰白色中粗粒似斑状黑云母花岗岩，全晶质中粗粒结构，似斑状结构，为富斜花岗岩，岩体形成温度677℃，成因为半原地花岗岩化，S型，同位素年龄 235～193.5 Ma［5］； 燕山早期岩体，为小岩体，少部分出露地表，大部分为隐伏状，以含大量电气石石英岩团块为特点，分相清晰，分边缘相、过渡相、内部相，岩性为灰白色细粒、中粒、中粗粒含电英团块花岗岩，全晶质中粗-细粒结构，似斑状结构，岩体形成温度544℃，成因为浅层重熔，I型，与印支期岩体接触处具冷凝边，岩体同位素年龄 173.8 Ma［5］。

3702铀矿床主要受灵山—藤县断裂的次级断裂：新苏塘断裂、大宾—金山塘断裂控制，夹持区因抬升而形成地垒式构造（图1），致使矿床构造发育，地表出露的断裂构造以北西向为主，呈裂隙组，其次是北东向，均为重要的含矿构造。

图1 3702铀矿床地质简图 （据核工业三〇七大队修改，1985）Fig.1 Geological sketch map of uranium Deposit 3702 （Modified after Geological Party No.307， CNCC，1985）

铀矿体主要产于印支期岩体与燕山早期岩体接触带的碱交代岩中，矿体呈透镜状和似层状，厚度大、品位富；其次赋存于印支期岩体断裂带的碱交代岩中，矿体呈透镜状、脉状，矿体规模较小。

矿石矿物主要有沥青铀矿、铜铀云母、钙铀云母和硅钙铀矿等。结构为碎裂结构，构造为浸染状、细脉状构造。铀的存在形式主要以吸附状态，其次以微粒、超微粒铀矿物状态存在。

2 矿床碱交代岩特征

2.1 碱交代岩岩石特征

3702地区碱交代岩与原岩相比，明显的是长石由灰白色变为肉红色，石英减少或消失，绿泥石化、水云母化和白云母化，岩石结构较疏松，裂隙发育，并被碳酸盐及铁质充填。

常量元素含量和特征，既反映成矿环境的地质背景，又反映成矿的各种地质作用过程。

十万山复式岩体中印支期岩体w（SiO2）含量为68.81%（表1），属于酸性岩浆岩。里特曼指数 σ 为 1.59（＜3.3），碱度率（AR）2.5， 为钙碱性岩，K2O/Na2O比值分别为1.84，相对富钾，Al2O312.98%，为铝过饱和；燕山早期花岗岩体的w（SiO2）含量为74.01%，属酸性岩浆岩。里特曼指数σ为2.08（＜3.3），碱度率（AR）3.86，为钙碱性岩，K2O/Na2O比值分别为1.99，相对富钾。Al2O312.77%，为铝过饱和，CaO为0.90%、MgO为0.36%、Fe2O3＋FeO为2.57%，属贫钙、镁、铁。

表1 3702铀矿床含矿岩石常量元素组成 （wB/%）Table 1 Constant elements composition （wB/%）of ore rock in uranium Deposit 3702

从印支期岩体至燕山早期岩体，具有向富硅、富碱、少暗色组分方向演化特点。印支期岩体和燕山早期岩体经碱交代作用后，SO2含量均明显降低， K2O、CaO、Fe2O3、烧失量含量增高，Na2O含量总的趋势是降低，只是在印支期岩体中的铀矿化时又有所回升。这些常量元素变化说明了成矿热液中富含CO2等挥发份，原岩的部分硅质溶解迁移，并形成碳酸盐类，暗色矿物中铁质氧化运移，钾交代斜长石中的钠，矿床中以钾交代为主，次为钠交代，属钾钠混合交代。碱交代作用属中强或弱型，对原岩结构构造的改造不很显著。

2.2 碱交代岩分布

区内碱交代岩主要分布于深部印支期岩体和燕山早期岩体接触带的燕山早期岩体隆起顶部，形成碱交代体，最厚超过200 m。碱交代体的发育程度与其上部印支期岩体断裂构造的发育程度，燕山早期岩体边缘相的发育程度及边缘相氧化程度有关；地表硅化断裂带越发育，特别是呈现断裂密集交错或成组出现，即印支期岩体断裂带发育，燕山早期岩体相也越发育、Fe3＋含量越高的部位，碱交代体则越发育；碱交代体的形态、厚度、大小受岩体隐伏顶部隆起的形态控制，空间上呈不规则状，剖面上呈 “草帽”状。碱交代岩其次沿印支期花岗岩体中断裂破碎带的膨胀或分枝部位分布，呈带状，形成碱交代岩带（图 2）。

图2 3702铀矿床地质剖面简图 （据核工业三〇七大队修改，1985）Fig.2 Geologic section sketch of uranium Deposit 3702（Modified after Geological Party No.307， CNCC， 1985）

2.3 碱交代岩形成

2.3.1 自变质作用

区内钾长石化中的钾长石呈板状、柱状，细小，交代斜长石，与白云母共生；或钾长石次生加大，加大部分的钾长石同石英成文象共生。钠长石化即条纹长石化中，主晶为钾长石，嵌晶为粗细不一的钠长石条纹，并局部熔蚀交代钾长石晶体［6］。这些特征显示碱交代岩由岩浆后期的自变质作用形成。

2.3.2 热液蚀变作用

钾长石化存在的4种形式：1）钾长石被钾质交代，发生次生加大；2）钾长石为不规则细粒状，分布于斜长石晶体边缘，交代斜长石；3）钾长石呈断续条带状，沿斜长石解理及裂隙充填，交代斜长石，包裹石英，有的形成棋盘格状的 “钾化斜长石”；4）钾长石呈板状单晶体，且为卡氏双晶，交代斜长石和石英。钠长石化中的钠长石呈短柱状、板状、细粒状，具聚片双晶，有时见卡钠双晶，晶体表面洁净，或成细脉穿插、交代钾长石、石英［6］。该特征表明碱交代岩为岩浆期后的热液蚀变作用形成。

2.4 碱交代岩与铀矿化

2.4.1 碱交代岩与矿化分布

3702矿床铀矿体主要分布于碱交代体和碱交代岩带内，可见，碱交代岩控制着铀矿体的分布。碱交代作用后，原岩被破坏和交代，岩石中的硅酸盐、矿质被溶解，碱交代岩的孔隙度比原岩大大增加，渗透系数提高，有利于矿液的运移和矿质聚集沉淀。

在3702地区的燕山早期岩体隐伏隆起顶部，由于岩浆冷凝收缩作用，形成与接触面产状一致的裂隙，导致形成与接触面大致平行的碱交代体。富矿体多产于碱交代体的中间部位，其产状与碱交代体大体一致，即在隐伏隆起中心部位矿体平缓，在翼部矿体则基本平行岩体接触界面。

在印支期岩体中，赋矿断裂膨胀和分枝处，碱交代发育，形成的碱交代岩产状与断裂产状一致，矿体多产于碱交代岩中心部位，其产状也与碱交代岩产状相似。

2.4.2 蚀变类型与矿化

根据热液蚀变类型，铀矿石分为：萤石-黄铁矿-赤铁矿化碱交代花岗岩型、赤铁矿化碱交代花岗岩型、萤石-黄铁矿化花岗岩型和淋积花岗岩型4类。主矿石为萤石-黄铁矿-赤铁矿化碱交代花岗岩型，呈暗紫红色，石英减少，长石多变为赤红色，碎裂结构，细脉状、块状构造，赤铁矿呈斑点状分布，微小裂隙发育，裂隙中充填胶状粒状黄铁矿、黑色紫黑色萤石及水云母、绿泥石等，铀矿物与斑点状赤铁矿、紫黑色萤石、胶状黄铁矿共生。

与铀矿化关系密切的斑点状赤铁矿化、萤石化、黄铁矿化分布较广泛，但矿体主要赋存于其密集叠加于碱交代岩的部位，表生矿石亦是碱交代带矿石风化淋积的产物。铀矿化主要是在碱交代的基础上叠加其它蚀变形成的（图 3）。

图3 碱交代花岗岩型矿石示意图Fig.3 Schematic diagram of alkaline metasomatic granite type ore

3702地区中碱交代岩比原岩的铀含量增加三分之一到一倍。碱交代作用是富含活动性大的K＋、Na＋碱性热液进入固态岩石，原岩中的分散矿质大量的浸出和迁移，经热液作用，成矿元素重组，碱交代岩的铀又会产生新变化［7］。本区碱交代岩的形成，经历了矿质的溶解-聚集-溶解-再聚集的复杂演化过程，造就其比原岩的铀含量增高，利于后期铀矿体的形成。因此，碱交代岩是铀成矿的基础。

3 成矿机理

3.1 成矿物质来源

区内含矿物质来源复杂，呈多源性。主要来源于岩浆深部、部分地壳熔融，体现在印支期岩体铀含量5.1×10-6，燕山早期岩体铀含量11.3×10-6，均高出维氏值1.7×10-6，两岩体铀浸出率为12%～19%［6］；其次来源于地表下降水，岩体及其周围地层遭受长期风化剥蚀和氧化，下降水将活化铀汇集到岩体构造处，迁移到岩体深部热液循环系统中。

3.2 成矿温度

本矿床的包裹体测温有两期热液铀矿化时的温度，91～97℃，192～194℃，均属中低温范围（表2）。

表2 矿物包裹体测温Table 2 Thermometric temperature of mineral inclusion

3.3 热液活动与围岩蚀变

对于热液矿床来说，蚀变是矿化的先导和基础［8］，并伴随整个成矿过程。根据本矿床蚀变类型特征、叠加关系、生成顺序、热液活动与蚀变，可分为3期6阶段［6］。1）成矿前期为3个阶段：高温电英碱交代自变质阶段，生成有钾长石、钠长石、电气石、萤石、绢云母；中温石英脉阶段，有水云母、绿泥石、黄铁矿、石英；中温碱交代阶段，有钾长石、钠长石、水云母、碳酸盐。2）成矿期为2个阶段：中低温铀-赤铁矿阶段，生成有钠长石、水云母、赤铁矿、沥青铀矿；中低温铀-萤石黄铁矿阶段，有萤石、绢云母、黄铁矿、沥青铀矿、高岭石、硬石膏。3）成矿后期为1个阶段：表生阶段，生成有绢云母、水云母、绿泥石、赤铁矿、黄铁矿、铜铀云母、钙铀云母、硅钙铀矿、石英、碳酸盐、高岭土、褐铁矿。可见，碱交代是热液作用的主导。

3.4 铀的搬运与沉淀

碱交代岩的形成会导致热液中的酸性增大，迁移成矿元素的络合物由此开始变得不稳定而分解。稳定络合物一旦破坏和分解，必然要演变为成矿组分的沉淀和固定，这才有元素富集甚至成矿的可能［2］。本区含矿热液在运移过程中，铀主要以碱性碳酸盐络合物和氟酸盐络合物形式搬运。先是铀的碱性碳酸盐络合物中，经碱交代作用后，热液中的酸性增大，又由于接触带、断裂构造的碱交代岩部位减压，热液中的CO2急剧下降，铀随赤铁矿化沉淀；再是铀氟酸盐络合物与碱交代岩中的钙 （如花岗岩中的钙长石及早期形成的方解石）发生作用而分解，因热液中富含H2S和HF，铀则以萤石黄铁矿胶体吸附或形成超微粒铀矿物形式沉淀。在表生条件下，原生铀矿石中的铀在氧化环境下溶解，形成酸性含铀溶液，铀与溶液中的磷酸和硅酸作用，形成铜铀云母、钙铀云母和硅钙铀矿等。

3.5 成矿模式

于235～193.5 Ma，十万山的印支期上地幔含铀岩浆沿断裂构造侵入，部分地层遭受重熔改造，同时岩浆与围岩产生热接触变质作用，铀元素被带入岩浆中，导致印支期岩体铀含量高出一般花岗岩中的维氏值。

至约173.8 Ma，燕山早期花岗岩浆侵入印支期岩体，铀重新活化聚集，呈现在燕山早期岩体的含铀量比印支期岩体的高出1倍多。在燕山早期岩浆侵入后期，由于岩浆分异作用，分异出的富碱质含挥发份热液沿岩体接触带及断裂带，发生自变质作用，形成早期碱交代岩；岩浆后期，在热液蚀变作用下，再生成碱交代岩，表现在接触带及印支期岩体断裂带中，均呈现有自变质作用叠加热液作用形成的碱交代岩。碱交代岩形成的同时，也导致了铀的预富集，再经长期的多阶段的热液成矿作用及风化淋滤作用形成碱交代花岗岩型矿床（图4）。矿床成因是以中低温热液成矿为主，表生淋积成矿为辅。

图4 3702铀矿床成矿模式Fig.4 Metallogenic model of uranium Deposit 3702

4 结论

1）3702地区遭受了复杂的碱交代作用，逐步演化出各种碱交代岩带及碱交代体。碱交代岩控制矿床的空间产出部位，控制矿体的分布范围，也控制着矿体的产状形态和规模。它既析出矿质，又是矿液提供运移的通道和有利的沉淀空间；其对铀矿成矿具有空间定位和主导富集作用。与铀矿化关系密切的斑点状赤铁矿化、萤石化、黄铁矿化分布较广泛，矿体主要赋存于其密集叠加于碱交代岩的部位，而表生矿石是碱交代带矿石风化淋积的产物。

2）寻找岩体内碱交代岩发育地段，为该区域找矿工作的重点；深部碱交代岩发育的含矿部位在地表上往往表现为硅化断裂带密集交错或成组分布，且为多种放射性异常晕吻合较好、异常点带密集分布地段，为找矿直接标志。