刘正义, 刘 权, 刘佳林, 李西得,, 徐 浩, 黄 钢
(1.核工业北京地质研究院,北京 100029;2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083)
达亮矿床位于广西北部摩天岭岩体西南角,四堡群地层中的桂北四堡期花岗岩体西南侧岩体内外接触带中,地形相对高差比较大,发育钾长石化等系列高温到低温热液蚀变云英岩-绢英岩(和绿泥石)。该矿床铀矿化以内带为主,共具7条矿带百余矿体,具有一定规模富铀矿床。外接触带有基性-超基性角闪岩、橄榄岩岩脉顺层侵入。矿床铀品位较高,花岗岩内带平均品位达0.421%;外带平均品位0.209%,最高品位达20%。岩体内带矿体标高743~212 m,其外带标高667~195 m*① 广西壮族自治区305核地质大队.1994.中南铀矿地质志[R].达亮矿床铀矿详查报告: 588-590.② 徐争启, 张成江, 程发贵,等.2011. 广西摩天岭-元宝山地区铀矿成矿规律及找矿方向:1-281.。矿床至今尚未开采,有待于向深部和外围扩大开发。现对其成矿特殊性以及找矿意义,提出一点看法供参考。
达亮富铀矿床地处扬子地块东南缘,扬子地块与华夏地块结合部之江南造山带西南侧桂北隆起地段(刘训等,2015)。构造单元划分为羌塘—扬子—华南板块,扬子陆块(克拉通),江南晚元古代造山带(裂陷大陆边缘)。四堡运动是华南最早的一次造山运动,在桂北等地形成了一系列“岛链状”隆起即江南古陆,并伴随有花岗岩浆活动。摩天岭花岗岩南侧多金属地区最近发现NE30°走向,约40°倾角,向南东倾的晚奥陶世(459±9 Ma)大型(总体宽10 km,长度超过30 km)左旋斜冲韧性剪切带(王磊等,2015;张雪峰等,2015;邓平等,2012;李献华等, 2008;张克信等,2015;尹静等,2010)。
图1 达亮富铀矿床大地构造框架示意图①②Fig.1 The tectonic frame1.中元古地层;2.新元古地层;3.火成岩;4.断裂
按广西区域地质志划分构造单元,则属于南华准地台桂北台隆九万大山穹褶带三防背斜核部摩天岭岩体西南边缘(图1)。新元古代早期(Pt3s)四堡群沉积上限年龄最新测定其中锆石铀-铅同位素年龄约为825.0 Ma。达亮矿床地表矿体出露于摩天岭花岗岩体,摩天岭花岗岩体与其东侧出露的元宝山岩体深部相连(图2)。摩天岭花岗岩体同位素年龄为760 Ma (对锆石、黑云母、长石、全岩分别进行铀铅法、钾氩法和铷锶法测定,并运用等时线和一致曲线等图解计算方法处理数据,另一年龄数据为757 Ma①,皆属前寒武纪雪峰期γ23)。成岩后主要变质时期为376~386 Ma。据已有的资料表明,摩天岭黑云母细粒花岗岩U-Pb年龄为(788.5±6.2) Ma(元宝山细粒花岗岩为(782.7±5) Ma),云英岩(786±14) Ma,近接触带的电气石石英岩(电英岩)为(741.8±1.9) Ma,表明云英岩、电英岩为花岗岩之后结晶年龄①。达亮矿床附近出露(新)元古界由泥质、砂质沉积变质岩局部夹中基性火山岩及透镜状、似层状超基性辉杆岩、辉石岩①②,SHRIMP法锆石U-Pb年龄((841±22) Ma,李献华等,2008)侵入岩组成四堡群(Pt3s),其下部的九小组为变质砂岩、粉砂岩、板岩和千枚岩组成的碳硅泥岩系①②,以及远处分布的新元古界由砂、泥质浅变质沉积岩夹碳酸盐岩组成新元古代中期丹洲群(Pt3d)变质岩①②。其中,中性-超基性岩为四堡早期(少数雪峰早期),英云闪长岩和花岗闪长岩为四堡晚期。摩天岭岩体西北部景洞一带有混合花岗岩相毗邻,该岩体内接触带发育云英岩化、电气石化(归类于钠交代热液蚀变);外接触带有角岩化、石榴子石化。岩体的中、北部处于由四堡群组成的穹窿状复背斜中,岩体南部则与构成向南单斜的四堡群上、中、下各组地层呈“切割式”接触(刘训等,2015)。矿床附近见有EW向基性岩脉和NE向酸性岩脉产出。
矿床东南分别有雪峰期摩天岭岩体细粒黑云母花岗岩、中粒黑云母花岗岩是铀矿化有利的围岩,和少量粗粒黑云母花岗岩,这三者均有不同程度的白云母化构成云英岩、绢英岩,富含钾长石,其含量占45%~47.8%,以及晚期细粒含斑黑云母花岗岩。790~760 Ma时期,华南晚中元古代—新元古代中期地球动力学演化研究表明(张雪峰等,2015;邓平等,2012), 790~760 Ma为裂谷期,岩石圈厚度进一步减薄。在伸展构造的背景下岩石圈底部和软流层顶部发生大规模部分熔融的可能性大。地幔柱活动表现扬子西缘的基性岩墙以及桂北细碧岩等高温玄武质岩石。这一时期地幔源区处于异常热的状态,反演结果峰值约1 520 ℃。故认为扬子与华夏陆块的造山运动持续到约820 Ma,随后的岩浆活动形成于岩石圈伸展-裂谷阶段 (邓平等,2012;李献华等,2008,王登红等,2014),对应于当时全球罗迪尼亚超大陆发生的聚合与裂解强烈构造热事件。
达亮矿床地表矿体出露于摩天岭花岗岩体边缘相,产于岩体的一系列NE向(倾向NW∠45°~50°)、NW向(倾向NW∠50°~80°)以NE向呈叠瓦式分布的碎裂岩带为主。NE向含矿碎裂岩带倾向南东,与NE向区域梓山坪断裂倾向相反。
图2 摩天岭-元宝山地区铀及多金属矿分布示意图 Fig.2 Uranium and polymetallic distribution in the area of Motianling-Yuanbaoshan1.第四系;2.泥盆系和石炭系;3.寒武系;4.震旦系;5.丹洲群6.四堡群;7.雪峰期花岗岩;8.雪峰期混合花岗岩和混合岩;9.四堡晚期英云闪长岩和花岗闪长岩;10.四堡早期(少量雪峰早期)中性.超基性岩;11.中生代花岗斑岩;12.断层;13.地层角度不整合界线;14.地层平行不整合界线;15.锡矿床(点);16.铜锡矿点;17.多金属矿点;18.铅锌矿点;19.金矿点;20.铜矿点;21.铁矿点;22.钨矿点;23.锑矿点;24.铀矿床(点)
达亮铀矿床含矿主岩花岗岩主量元素、微量和稀土元素分析结果见表1,表2。其里特曼指数(σ)为(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)=1.80,属钙碱性系列。莱特碱度率(A.R.)为(Al2O3+CaO+ALK)/ (Al2O3+CaO-ALK);ALK=2Na2O=4.86,依此在SiO2-A.R直角坐标系图中投点于碱性范围。其上盘远矿花岗岩稀土总量(ΣREE) M078-1为62.44;M078-6为52.93,二者轻重稀土比分别为(L/H) 3.79和 3.21,δEu皆为 0.20, δCe 依次1.10和 1.11。
从花岗岩岩体Y-Nb图解(图3a)中可以看出,投点全部落于火山弧花岗岩(VAG)和同碰撞花岗岩(syn-COLG)区域。为了进一步区分构造环境,继续使用Rb-Yb+Ta图解(图3b)、Yb-Ta图解(图3c),M078-1和M078-6(大三角)以及资料数据投点结果显示落于两个区域的样品都有,表明摩天岭岩体具有火山弧花岗岩和同碰撞花岗岩的双重属性(Pearce et al.,1984)。在100(MgO+FeO+TiO2)/SiO2-(Al2O3+Cao)/(FeO+Na2O+K2O)图解中(Sylvester,1989)M078-1和M078-6投点于钙碱性或过铝质花岗岩范围(图4)。花岗岩岩石源区Ce/Nb-Y/Nb及Yb/Ta-Y/Nb判别图解(Whalen et al.,1987)M078-1和M078-6投点于分别为A1花岗岩范围(图5)。在(Zr-Nb+Ce+Y)-(Na2O+K2O)/CaO图解(Whalen et al.,1987)M078-1和M078-6全部投点于A型花岗岩范围(图6)。
表1 达亮矿床花岗岩与矿石常量元素分析结果
注:M078-1矿脉下盘远离矿体花岗岩; U10×10-6.M078-6,矿脉上盘远离矿的花岗岩,中粗粒, U77.6×10-6
表2 达亮矿床花岗岩微量元素和稀土元素分析结果
注:M078-1矿脉下盘远离矿体花岗岩; U10×10-6.M078-6,矿脉上盘远离矿的花岗岩,中粗粒, U77.6×10-6
图3 花岗岩Y-Nb, Yb+Ta-Rb(b),Yb-Ta图解Fig.3 Discrimination for Granite Y-Nb, Yb+Ta-Rb, Yb-TaVAG.火山弧花岗岩;syn-CoLG.同碰撞花岗岩;WPG.板内花岗岩;ORG.洋中脊花岗岩
图4 花岗岩100(MgO+FeO+TiO2)/SiO2-(Al2O3+Cao)/(FeO+Na2O+K2O)判别图解(Sylvester,1989)Fig.4 100(MgO+FeO+TiO2)/SiO2-(Al2O3+Cao)/(FeO+Na2O+K2O)discriminatioa for the Jingling granite pluton
2.1.1 分布
达亮矿床地表矿体出露于摩天岭花岗岩体边缘相,产于岩体的一系列NE向(倾向NW∠45°~50°)、NW向(倾向NW∠50°~80°)以NE向呈叠瓦式分布的碎裂岩带为主。NE向含矿碎裂岩带倾向南东,与NE向区域梓山坪断裂倾向相反。矿体赋存部位及空间分布主要在摩天岭岩体内外接触带界线500 m范围内①。
2.1.2 矿体大小
目前矿床圈定大小111个矿体分别分布在7条矿带中;其中内带1、12号带较好,矿体赋存标高743~212 m,垂深531 m,矿体向SW侧伏。外带矿体分散在5条矿带中,外带矿体赋存标高667~195 m。2010年,在矿床2号、11号剖面施工两个深部钻孔,沿12号带倾向深部又发现了较富、厚的矿体,在790 m的孔深处见有较好矿化,致使达亮矿床矿化标高由200 m延伸到-100 m左右。矿体数目多、规模小,较大的矿体一般走向长100~150 m,最大的1-1矿体走向长241 m;多数矿体走向长40~80 m,多呈长条状,扁平状透镜体或小透镜体或脉状形态产出。矿体产状基本上与其所在断裂破碎带产状一致。1号带矿体NE向138°∠55°,12号带矿体NE走向,产状127°∠45°。31号带矿体NW走向,倾向NE∠65°或∠53°。34号带矿体NE走向,169°∠61°。35号带矿体近南北走向,90°∠56°。采用算术平均值求得矿床平均品位0.421%,品位变化系数302%;其中有3个矿段品位> 10%不参与统计,则矿床平均品位0.331%,品位变化系数177%;矿床储量90%以上在内接触带。铀在矿体中如此富集这在硅化带型从未有过。矿床平均真厚度0. 88 m,厚度变化系数116%,矿体厚度小且不稳定。外带矿体平均厚度0.69 m,厚度变化系数80%,相对较稳定。
图5 花岗岩岩石源区Ce/Nb-Y/Nb及Yb/Ta-Y/Nb判别图解(Whalen et al.,1987)Fig.5 Ce/Nb-Y/Nb and Yb/Ta-Y/Nb discrimination for the Jingling granite plutonIAB.岛弧玄武岩,OIB.洋岛玄武岩
图6 (Zr-Nb+Ce+Y)-(Na2O+K2O)/CaO图解(Whalen et al.,1987)Fig.6 (Zr-Nb+Ce+Y)-(Na2O+K2O)/CaO discrimination for the Jingling granite pluton
2.1.3 铀矿物
铀矿物以原生沥青铀矿(富含异常铅)为主,地表氧化带见有铀黑、硅钙铀矿、脂铅铀矿、铜铀云母、钙铀云母等。脉石矿物有石英、白云母、绢云母、绿泥石、长石、方解石、萤石、辉沸石等。金属矿物有黄铁矿、磁黄铁矿、赤铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉铜矿等。根据矿物共生及其先后生成顺序大体划分为五个阶段:①成矿前期硫化物阶段;②成矿期沥青铀矿-蠕绿泥石、胶状黄铁矿阶段,为铀成矿主要阶段;③成矿期沥青铀矿-紫色萤石、方解石阶段;④成矿后期为绿泥石-微晶石英、绢云母、浅色萤石阶段;⑤成矿后期方解石-辉沸石-梳状石英阶段,以质纯分布广呈脉状充填为特征。矿石的结构构造较为简单,主要有胶状结构、交代残留结构,以及脉状构造、网脉状构造、浸染状构造、角砾状构造等。达亮铀矿床既不是不整合面型也不是硅质脉型,应属石土岭式高温绢英岩化碎裂蚀变碎裂岩型。
2.1.4 矿化类型及空间分布规律
在区域上铀矿化分布铀-绿泥石型主要分布在岩体的边部,如达亮铀矿床分布在摩天岭岩体的西南部,矿化大体具垂直分带性:深部钻孔中发现了大量的方解石脉,存在有“上酸下碱”、“上部氧化,发育富铀矿化;下部还原,发育多金属硫化物矿化”的规律。矿化类型有花岗岩内部型,又有接触带型,既有硅化带-沥青铀矿型,又有绿泥石-沥青铀矿型及碱交代型。矿石工业类型主要为沥青铀矿-蠕绿泥石型,沥青铀矿呈细脉状、球粒状、胶状与绿泥石、胶状黄铁矿共生或与黄铁矿相互交代。
矿石的化学成分表现Fe2O3,FeO,MgO,MnO,SO3,P2O5含量总的看高于正常花岗岩,U与Fe2O3,FeO,MgO,SO3,P2O5呈正相关,沥青铀矿与黄铁矿-赤铁矿关系密切,与SiO2,Al2O3,K2O,Na2O,TiO2负相关,如表3,4所示。表现出矿化岩石比围岩少SiO2,K2O和Na2O,多高低价Fe的氧化物和硫化物,Al2O3,MgO和烧失量,反映含矿热液先碱后酸、早期碱性矿期酸性演化过程。矿石中微量元素Be,Pb,Cu,Zn,Y,Yb,U,Th都明显地高于正常花岗岩,U与Pb,Cu,Zn,Y,Yb,Th关系密切,Pb,Zn,Cu,Y,Yb,Th为铀的伴生元素,但含量低,未达到综合利用价值,如表5所示。
表3 达亮矿床花岗岩与矿石常量元素分析结果
注:M078-1矿脉下盘远离矿体花岗岩; U10×10-6.M078-6,矿脉上盘远离矿的花岗岩,中粗粒, U77.6×10-6
表4 达亮矿床花岗岩与矿石常量元素分析结果
注:表内数据据矿石33个样、花岗岩70个样数据取其算数平均值①②③
表5 达亮矿床花岗岩与矿石微量元素分析结果
注:表内数据据矿石33个样、花岗岩39个样数据取其算数平均值*③ 杜乐天,王文广,刘正义.2013.中国铀矿床研究评价(第一卷):花岗岩型铀矿床(中册)[R].中国核工业地质局,核工业北京地质研究院:465-469.
(1)铀矿床附近四堡群中混合岩和碱交代岩的存在使铀预富集,铀矿化属于富矿;成矿期为华南唯一属华力西期(293~378 Ma);成矿母岩为富铀岩体。华南最早的四堡造山运动时期,扬子古陆西缘及桂北细碧岩地幔源区处于异常热,诱发地壳深熔的状态。摩天岭岩体西北部景洞一带有混合花岗岩;矿区北碱交代岩中产有部分铀矿化,二者促使演化过程中铀预富集。铀平均品位高达0.42%,铀和晶质铀矿含量高,以及与成矿温度较高有关。华南只有此处是华力西期成矿(U-Pb法同位素年龄测定为293~378 Ma)。沥青铀矿铅同位素表明,其初始206Pb/204Pb 为27.22;黄铁矿206Pb/204Pb为20.404~169.479;方铅矿206Pb/204Pb为92.173;钾长石206Pb/204Pb为18.345~22.56,均为高度异常铅,表明成矿母岩为富铀岩体。
(2)摩天岭岩体内、外接触带高温蚀变发育;成矿温度高。产铀雪峰期摩天岭岩体内接触带发育云英岩化、电气石化(归类于钠交代热液蚀变);外接触带有角岩化、石榴子石化内、外接触带高温蚀变。此外矿床附近见有EW向基性岩脉和NE向酸性岩脉产出。所存在的石英、萤石、电气石三种热液脉、热液体共计10个样品,均一法测温结果表明其形成温度为131~284 ℃③。与沥青铀矿共生的石英包裹体均一温度为194~242 ℃,均一法测得最高温度为280 ℃;爆裂法测得最高温度为360 ℃。
(3)摩天岭岩体边缘相富含电气石,并具有高铀含量晶质铀矿背景。摩天岭岩体细粒黑云母花岗岩岩体边缘相和局部顶盖残留,含电气石团块;岩体边缘相、过渡相以致内部相中,都含气成高温矿物电气石。中粒黑云母花岗岩是达亮铀矿化有利的围岩,摩天岭岩体铀质量分数背景值可高达22×10-6。摩天岭岩体内部相含铀高于过渡相和边缘相,铀质量分数依次分别为34×10-6,17×10-6,11×10-6(张雪峰等,2015)。这显然与摩天岭岩体自边缘到中心,钾长石所占比例增加,SiO2,Na2O含量同时增加,进而构成硅碱交代有关。矿区附近摩天岭岩体从边缘相到内部相晶质铀矿g/t数分别为4.9,7.19,1.13~4,反映了它们具有高含量铀的一致性。
(4)绢英岩化和云英岩化以及钾长石化发育;蠕绿泥石化、胶黄铁矿多在富矿地段出现。摩天岭花岗岩皆有不同程度的绢英岩化和云英岩化,绢云母和白云母含量分别为5.1%、6.0%;二者并富有钾长石化,钾长石含量分别占花岗岩的36.5%,36.35%,个别达到45%~47.8%。钾长石强烈交代斜长石处石英消失或减少。
总之,摩天岭花岗岩内带热液蚀变主要有云(绢)英岩化、钾长石化、绿泥石化、黄铁矿化、赤铁矿化、硅化、绢云母化、辉沸石化、萤石化、碳酸盐化、高岭土化等。外带蚀变表现较弱,主要有绿泥石化、硅化、黄铁矿化,碳酸盐化、萤石化等。成矿期的绢云母颜色蛋黄,常与细分散黄铁矿和胶状黄铁矿伴生产出。其中绢(云)英岩化、蠕绿泥石化、胶黄铁矿多在富矿地段出现。之所以形成富矿,与老矿龄连山关富矿床类似:一个是温度较高和绢英岩化蚀变,以及蚀变岩的再碎裂成矿;一个是沥青铀矿皆含异常铅,表明自身存在富铀岩体而铀源充足,并且铀成矿不断发生,成矿的时间拉得比较长的缘故。特别是云英岩化呈SN或NW向条带状、枝杈状、团块状分布,在剖面上“上宽下窄”,分布有绢云母、石英、局部有热液蚀变交代归类于氟交代的黄玉,与铜、锡矿化关系密切。云英岩化与钾长石化为同期的产物,垂向上分布是“云英岩化在上,钾长石化在下”。
(5)特殊控矿因素。在摩天岭岩体西北部景洞一带的混合岩化花岗岩预富集贡献的基础上,表现出接触带控矿,亦即岩体蛇曲状接触带内外至少500 m范围控矿;岩体内接触带发育的云英岩化、电英岩化和外接触带有角岩化、石榴子石化以及一系列高、中温蚀变叠加控矿;内带NE向外带NW、近SN、近EW向,平面上呈斜列式(空间上呈雁行排列)断裂控矿;加之摩天岭岩体西南接触带,以及其西北部锡矿石英脉、铜矿云英岩脉等,多金属矿化带来的有利铀成矿半圈闭环境。故以“多金属异常区找铀”和以“铀找多金属异常区”的综合找矿前景十分广阔。
(6)绢英岩化铀矿类型是找矿新目标之一;海西期是达亮矿床主要成矿活动期。华力西期碎裂蚀变岩型的绢英岩化铀矿类型,确实是一种目前找矿的新目标之一(杜乐天,2009)。据11个矿石沥青铀矿样品U-Pb同位素年龄测得,铀成矿年龄为293~378 Ma,达亮铀矿床成矿期为华力西期,比摩天岭岩体760 Ma形成时代要晚382~467 Ma。由此看来,成矿过程时间愈长,成矿温度愈高,铀矿化愈好,这早已被等同条件不少成矿实验和人工合成沥青铀矿实验所证实,表现在沥青铀矿的纯度和产量上都明显表明质量高、数量多(刘正义,2015)。
(7)碱交代作用是大量铀矿化的先导。摩天岭地区碱交代作用广泛发育,主要表现为绿泥石化、绢云母化、钾长石化等。绿泥石化主要发育在达亮、大桥等矿床(点)。值得指出的是,在梓山坪矿点附近沿梓山坪断裂分布有宽约数十米到数百米、长度超过数公里的大范围钾长石化碱交代带,沿这个带分布有达亮矿床和梓山坪等矿点南北约1 km范围内。大规模碱交代作用必然伴随一定的成矿作用。
(1)有利大地构造环境。820~760 Ma时期该地区洋壳消灭、弧—陆碰撞形成统一的大陆,盖层开始发育,并与之后出现由地幔柱引发的陆内拉张性、基性火山岩喷发构造环境相对应,与连山关铀矿床同属构造—地层大区的陆块区。
(2)作为华夏地块由南东向北西作斜向低角度逆冲到扬子地块产物韧性剪切带地区,出现摩天岭-元宝山铀多金属矿成矿系列,可能具有一定的生成联系。铀与多金属各有不同的具体成矿作用和条件:锡矿主要产于中元古代四堡群地层中,但成矿时代主要为新元古代雪峰期,与摩天岭-元宝山岩体的形成有直接的关系,岩浆活动为锡矿的形成提供了大量的热源和一部分成矿物质,导致锡矿在岩体边缘外接触带一定范围内成矿。 而铀矿的形成与锡矿显著不同,铀矿是经过雪峰期岩浆预富集、加里东期区域变质作用,至华力西早期产生早期铀成矿作用,形成达亮矿床及相关矿化点。
(3)达亮矿床受梓山坪断裂控制,铀矿化(点)皆与断裂的关系密切;老山矿点,其铀矿化与锡矿化则共生。铀矿化主要与含有大量的黄铁矿、黄铜矿、蓝铜矿、辉铜矿、闪锌矿等金属矿物的石英脉有关,尚不清楚铀矿化与锡矿化同时形成或先后不一。但根据摩天岭岩体断裂带的分布与铀矿化的关系来看,达亮矿床受梓山坪断裂控制。摩天岭岩体22个铀矿床(点)皆与断裂的关系:大河边、头坪、滚贝、跃进桥以及新村矿床受乌指山断裂控制;乌华、尧岜、维洞、如雷矿点受高武断裂控制;大朝、高强、梓山坪、如腊、大蒙矿点受梓山坪断裂控制;俾门、高堤矿点受麻木岭断裂控制。
(4)邻近铜、铅、锌矿等多金属矿的异常区是铀矿矿中部-矿根相,而铜、铅、锌矿等多金属异常区属于其顶部相,属比较还原环境。这种成矿的“台阶(标高)现象”,显然是产铀矿有利开发远景区。
(5)大规模的碱交代作用必然伴随着一定的成矿作用。从矿前早期碱性至矿期酸性晚期碱性铀矿化过程中,典型热液蚀变有早期碱性钾、钠长石化、赤铁矿化、黄铁矿化、鳞绿泥石化;酸性云英岩化、电英岩化、硅化、黄铁-绢英岩化,晚期碳酸盐化等。表现出矿化岩石比围岩少SiO2,K2O和Na2O、多Fe2+的氧化物和硫化物、Al2O3,MgO和烧失量,反映含矿热液先碱后酸演化过程。
致谢:以上工作得到广西核地质305大队程发贵总工及地矿所范洪海所长大力帮助,一并感谢。