尼日尔阿加德兹大型富铀成矿区成矿大地构造背景及成矿模式

姚振凯，刘翔，郑大瑜

（1.核工业二三〇研究所，湖南 长沙 410007；2.湖南省核工业地质局，湖南 长沙 410011；3.中国铀业有限公司，北京 100013）

前人对单个富大铀矿床的控矿因素和定量评价研究较多，西方国家多用一种综合生产成本数值方法进行矿床分级评价，然而对大型富铀成矿区大地构造成矿的研究较少。本文应用活化构造成矿理论，对尼日尔阿加德兹大型富铀成矿区成矿大地构造背景和区域铀成矿模式进行探索研究。

1 成矿大地构造背景

1.1 矿区概述

近些年来，尼日尔阿加德兹大型富铀成矿区铀矿勘查工作取得了重大进展，先后共发现大型以上的铀矿床8处，包括近年新发现的特大型达萨铀矿床 （表1）。其中伊姆拉伦铀矿床在先前找到的沉积-成岩矿床基础上，新发现断裂构造热液叠加成矿的富大铀矿体区段，从而大幅提高了该矿床平均铀品位和铀总资源储量。特别是近年新发现高品位特大型的达萨铀矿床，引起各国铀矿地质工作者对此铀成矿区的特别关注。然而该铀成矿区的研究显得有较大滞后，除阿泽里克矿床由我国学者聂逢君［1］、 许强［2］等研究较仔细外，核工业北京地质研究院陈祖伊等［3-4］对该铀成矿区进行研究，但成矿区总体研究仍然不足，如各期花岗岩和火山喷出岩少有同位素年龄数据，不同时代含铀层位的铀质量分数没有具体数值，一些铀矿床未测出矿石同位素年龄等。

表1 阿加德兹铀成矿区铀矿床主要参数Table 1 The main parameters of uranium deposits in Agadez uranium metallogenic region

成矿区内阿尔利特、阿库塔、伊姆拉伦、达萨等超大型铀矿床沿阿尔利特区域性SN向深大断裂东侧自北向南分布。伊姆拉伦矿床位于SN向大断裂和NE向断裂交汇处，达萨矿床位于SN向大断裂和NEE向断裂交汇处（图1）。而阿泽里克铀矿床在距SN向深大断裂西侧50 km处，受穿越达萨矿床两条平行的NEE向断裂所夹持的断块背斜构造控制。整个成矿区铀资源储量总量达45万tU，而且其量仍在不断增长中。

1.2 大地构造位置及大地构造演化

阿加德兹铀成矿区的大地构造位置处于非洲古地台中西部，伊勒姆登大型克拉通盆地东北的阿加德兹次级盆地。阿加德兹盆地南北长约350 km，东西宽约170 km，面积近60 000 km2。 А.Д.Щеглов（1968）［5］把此成矿区列入西非活化区，实际位置是本文所称的阿加德兹活化区。

图1 阿加德兹铀成矿区地质略图Fig.1 Geological map of Agadez uranium metallogenic region

成矿区东侧紧邻伊尔地块，出露大面积新元古代富铀花岗岩体，及新太古代-元古宙花岗片麻岩、云母片岩、石英岩和大理岩等，属盆地的新太古代-元古宙地槽基底。一些学者推测这些变质岩建造是由地槽阶段富铀碳硅泥岩变质所成，但未见该建造的含铀性资料报道。新元古代泛非构造运动形成大面积出露的地槽型富铀花岗岩，其铀质量分数为（8.4～9.7）×10-6， 陆相磨拉石建造属地槽阶段产物。地槽结晶基底内还可能再分出前地槽阶段。地槽回返后寒武纪至早白垩世，为长时期较稳定的地台阶段。整个非洲地台高出大洋水平面＞400 m，未能接受海洋沉积。加里东期和海西期的构造-岩浆活动较弱，地台阶段只发生缓慢的间歇性沉降；大陆沉积作用也弱，以剥蚀作用为主，致使地台盖层的总厚度不足2 000 m。岩性主要为河流-三角洲相及滨湖相砂岩、泥岩，岩层产状平缓，倾角≤5°。由于结晶基底大面积出露富铀的花岗岩和变质岩，为盆地沉积提供了稳定的铀源，在稳定地台环境下形成早石炭世、晚侏罗世和早白垩世富铀砂岩层及沉积-成岩型铀矿化。

А.Д.Щеглов［5］认为， 成矿区在晚古生代—中生代出现构造-岩浆活化作用，并把活化阶段分为两期，早期为晚古生代—早中生代，形成规模不大而成分复杂的脉状侵入体群；晚期为晚阿尔卑斯期，在结晶基底及上覆沉积盖层中形成新断裂及老断裂活化。В.Е.Хаин［6］也认为， 非洲地台在晚古生代末和中新生代构造-岩浆活动逐渐加强。在成矿区的下白垩统伊腊泽尔组的紫红色凝灰岩中，测得校正后的铀质量分数为27×10-6。成矿区成矿地质特征如下：1）阿加德兹铀成矿区内晚白垩世出现海相沉积；2）晚白垩世在伊勒姆登大型盆地西南出现裂谷活动，导致阿尔利特南北向大断裂再次活动，形成近SN向延伸长达数百千米，并穿越盆地基底和盖层的长期活动的地堑型断裂带。该断裂带把阿加德兹盆地分成东西两部分，东部NE向断裂发育，西部则NEE向断裂发育；3）成矿区内有白垩纪火山成因的方沸石层及含方沸石砂岩层；4）铀矿体分布具有多层性和穿层的成矿特点，切层的富铀矿体叠加于富铀层位之上。笔者认为晚古生代—中生代末的活化为活化阶段初动期，晚白垩世的活化为活化阶段激烈期，故以晚白垩世开始列入活化阶段。由于成矿区活化阶段累计沉积厚度小，断块断裂活化较明显，造山作用幅度属不强烈的次造山带，且未形成大的花岗岩基和厚度大的火山岩层等，认为成矿区整体上属构造-岩浆活化强度不剧烈的活化区。

1.3 成矿大地构造特征

阿加德兹铀成矿区能成为富大铀成矿区，特别是形成铀品位在0.3%以上的沉积-成岩期及后期断裂构造热流体改造叠加的复成因矿床，以及形成高品位的砂岩型大型铀成矿区，笔者依据现有资料分析，认为成矿有利的大地构造是首要控矿因素，具体表现在以下几方面：

首先，该产铀盆地为非洲伊勒姆登大型克拉通盆地的一部分，属结晶基底较稳定和铀含量较高的地区，其地台阶段发育时间长，延续整个古生代和中生代（～K2）， 是活化构造阶段活化强度较弱的盆地。这类盆地规模大，稳定时间长，抗改造能力较强，属活化阶段构造-岩浆活化改造不剧烈的盆地。据统计目前全世界有4个大型富铀成矿区，即加拿大阿萨巴斯卡、澳大利亚阿利盖特、俄中蒙边境额尔古纳和尼日尔阿加德兹。前三个大型富铀成矿区研究程度较高，公布的地质资料也多，而阿加德兹铀成矿区的研究和公布资料却较少。上述4个大型富铀成矿区，成矿大地构造背景有相似之处 （表2）。从对比看出，大型富铀成矿区成矿大地构造背景与前寒武纪克拉通、地盾及中间地块富铀的基底有关，基底铀含量越高形成的铀成矿区和矿床的铀品位就越高，并与后地台的活化改造成矿有密切的时空和成因联系。

其次，阿加德兹盆地基底为元古宙前地槽或地槽阶段形成的富铀的花岗岩和变质岩，紧靠铀成矿区东侧大面积出露，既为盆地沉积-成岩提供外生铀源，又属紧贴盆地基底，同时南北向区域性基底深大断裂提供的构造热流体使铀得到进一步叠加富集。因而几处超大型铀矿床均靠近蚀源区大断裂下盘东侧产出，距蚀源区较远的大断裂西侧只有铀品位相对较低和规模相对较小的铀矿床产出。

第三，盆地沉积期处于地壳稳定的间歇性缓慢沉降的地台阶段，及构造活化强度较弱的活化阶段，空间上又紧靠蚀源区，不属于蚀源区急剧隆升及盆地快速沉积的大地构造环境，铀分异作用充分，有利于形成富铀砂岩层。这一点对形成沉积-成岩期铀成矿富集十分重要，也为成岩后铀再次叠加成矿提供极其有利的岩性层位。

第四，活化阶段造山幅度小，区域地貌反差弱，只有数十至百余米，属弱构造活化的次造山构造带，多次断裂构造活动和火山活动形成厚度不大的方沸石岩和火山凝灰岩层，无大型花岗岩基和厚大的火山岩层产出。铀成矿在活化阶段中晚期，不剧烈的构造-岩浆活化环境极有利于铀持续成矿，热流体淬取盆地基底岩层和盆地沉积-成岩期形成的铀源层中的铀使其活化转移，从深处带至上部新的含矿层位叠加成矿。据此大地构造成矿分析，笔者认为在阿尔利特南北向大断裂东侧往南，靠近结晶基底附近，在下石炭统、上侏罗统、下白垩统等砂岩层内，可望再发现新的富大铀矿床。

表2 大型富铀成矿区构造特征对比Table 2 Comparison of structural features of large and rich uranium metallogenic regions

2 复成因铀成矿模式

图2 阿加德兹大型富铀成矿区复成因成矿模式Fig.2 Uranium metallogenic polygenetic model of large and rich uranium metallogenic region in Agadez

据上述成矿大地构造背景和铀成矿特点分析，提出该成矿区的成矿模式属断裂构造热液为主的 “三多三主”的复成因成矿模式［7］（图2）。 “一多”是多种成矿铀源，即出露面积广的基底花岗岩和变质岩原始铀源、含矿砂岩层沉积-成岩期富集铀源、火山岩富铀层的热液铀源及深部断裂构造热流体铀源，“一主”是以深部断裂构造热液铀源为主。“二多”是多阶次大地构造成矿，即地台阶段早石炭世、晚侏罗世及早白垩世沉积-成岩期铀成矿富集，在阿库塔和阿泽里克矿床有相应为早石炭世、早白垩世沉积-成岩期的335、101 Ma铀矿石年龄引证，以及成岩期后构造热液叠加铀成矿期等。 “二主”是以活化阶段中晚期构造热液叠加成矿为主，有两次叠加成矿的76、64 Ma的矿石年龄为证。 “三多”是多成因复合成矿，即多层位时代的铀沉积-成岩成矿，方沸石和火山凝灰岩层中的火山热液成矿，及断裂构造热液叠加成矿，局部还可能存在渗入型层间氧化带成矿（有待进一步研究）。 “三主”是以断裂构造热液成因为主，依据是：1）富铀矿化沿断裂带分布，尤其是富大铀矿床多赋存于深大断裂带下盘，或断裂交汇地段，或断裂夹持区块；2）富矿化段热液蚀变发育，多期次被方解石和白云石脉体穿切，伴有赤铁矿化、水云母-绢云母化等；3）矿化砂岩经断裂构造热液蚀变后，由褐红色变为浅灰绿色或浅灰白色；4）矿石铀矿物以沥青铀矿、铀石为主，以微细脉状充填于矿石内，并与方解石、黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿及棕红色方沸石共生，而沉积-成岩期的方沸石为浅黄色；5）矿石中的石英次生加大明显，方解石测温高于200℃。笔者把这种多阶段多成因，同具外生、内生成因前后叠加富集的矿床，列为复成因（多因复成）矿床［7］。

伊姆拉伦矿床原先只发现一个区段的沉积-成岩型铀矿化，矿石铀品位为0.07%～0.3%，铀矿体多、小而散，钻孔剖面在走向和倾向上很难连成厚大矿体，用数理统计法计算铀资源储量达20多万tU，若用剖面法核算其数值则会大为减少。后来在该矿床内，新发现有断裂构造热液叠加铀成矿的区段，圈定出富大铀矿体，使全矿床铀品位和资源储量大增。在同一矿床内不同空间既形成复成因铀矿化，又形成沉积-成岩单成因铀矿化。

3 结语

阿加德兹铀成矿区成为大型富铀成矿区，其成矿大地构造背景是：1）前寒武纪克拉通富铀结晶基底和褶皱基底长时期稳定出露，高成熟度陆块之上的构造层结构较简单，抗改造能力较强，属活化构造改造不剧烈的盆地；2）前地槽和地槽阶段的富铀的花岗岩和变质岩紧靠铀成矿区大面积出露，既为盆地沉积-成岩提供外生铀源，又属紧贴盆地基底，有利于区域性深大断裂构造热流体淬取先成铀源层体中的铀提供新的成矿铀源；3）盆地沉积期处于间歇性缓慢沉降的地台阶段及构造活化强度较弱的活化阶段，铀分异作用充分，有利形成富铀砂岩层；4）活化阶段造山幅度小，多次断裂构造活动和火山活动形成厚度不大的方沸石岩层及火山凝灰岩层，无大型花岗岩基和厚大的火山岩产出。铀成矿在活化阶段中晚期，不剧烈的构造-岩浆活化环境有利于铀持续成矿，促使热流体淬取盆地基底和盆地沉积-成岩期形成的铀源层的铀活化转移，从深处带至上部含矿层位叠加成矿。

据活化构造成矿理论和大地构造控矿观点，从多阶段构造演化、多成矿铀源、多成因复合成矿角度，探讨阿加德兹大型富铀矿成区，是以断裂构造热液叠加成矿为主的三多三主的复成因区域铀成矿模式成矿。