诸广南长江铀矿田油洞断裂性质及其找矿意义研究

刘军港，李子颖，聂江涛，金念宪，赵宇霆，陶意

（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）

诸广南铀矿田发现于20世纪50年代末，已经开采几十年，矿田处于诸广复式岩体，范围涉及广东省、江西省、湖南省，是中国最重要的热液型花岗岩铀矿基地［1］，为我国天然铀资源的开发、利用做出了重要贡献。其中，位于广东省仁化县的长江铀矿田是最重要的花岗岩型铀矿田之一，已发现2个大型铀矿床（302、 305）、 1个中型铀矿床（308）、 4个小型铀矿床和5个铀矿点［2］。随着资源的开采，浅表的资源日渐枯竭，找矿工作需要由地表逐渐转向深部，这就需要地学工作者用新的勘查思路发现深部的矿床，实现地质找矿的重大突破。目前已经探明的铀矿床主要受NNW向构造带控制，对本区重要含矿-控矿构造——油洞断裂的构造性质及找矿前景研究仍比较薄弱。笔者在前人研究和勘查工作的基础上，对长江矿田油洞断裂的特征、性质以及对铀的控制作用及深部找矿意义进行了研究。

1 区域地质背景

长江铀矿田位于诸广南部岩体中部的仁化县境内，大地构造位置上处于闽赣后加里东隆起与湘桂粤海西-印支坳陷结合部位［3］，受九峰-大余EW向隆起带、万洋-诸广SN向隆起带和万长山NE向隆起带的三重控制［2］。区内岩浆活动频繁，出露岩石主要有印支期第三阶段中粒小斑状二云母花岗岩 （年龄为（232±4） Ma［4］）、 燕山早期中粒-中粗粒黑云母花岗岩（年龄为（159.8±1.5） Ma［5］）、 中粗粒斑状黑云母花岗岩（年龄为（157.2±1.7） Ma［5］），其次为印支期第二阶段中粗粒斑状二长花岗岩、燕山早期细粒不等粒斑状黑云母花岗岩（年龄为（161.6±2.1） Ma［5］）和燕山晚期细粒黑云母花岗岩（年龄为（123.9±1.3）Ma［6］），晚期有辉绿岩（年龄为（110.6±2.0）Ma［7］）、 细晶岩脉侵入，另外还有碱交代岩。研究区主要发育NE、NEE、NNE、NW、NWW、NNW向多组断裂构造，目前已经发现的矿床主要发育于NNW向张扭性构造，如棉花坑 （302）、书楼坵（305）、 长坑（301）、 水石（308）等； 其次发育于NNE向构造，如蕉坪 （362）、企岭（363）；另外NWW向油洞断裂也是本区的控矿含矿构造， 控制了油洞矿床（306）［8］（图 1）。

图1 诸广南长江铀矿田地质简图 （据广东核工业地质局七〇五大队）Fig.1 The geological sketch of Changjiang uranium orefeild，South Zhuguang area

2 油洞断裂构造变形及控矿特征

2.1 宏观特征

油洞断裂带为长江铀矿田内主断裂之一，它位于油洞村西至老屋场之间，长6～7 km，卫星图像特征表现为直线型，地貌上表现为直线状 “V”形沟谷。油洞断裂总体走向北西290°～305°， 倾向南西， 倾角 60°～80°， 在与NNW向9号断裂带交汇部位，发生多段错动，产状变化较大，尤其在交汇部位东侧，见约100 m长油洞断裂向北东整体错动，断裂上盘面产状为54°∠70°，再向南东段产状恢复为油洞断裂总体产状。油洞断裂多处地段见早期充填的中基性脉岩。曹豪杰等［7］采自断裂北西段钻孔深部脉岩样品，镜下鉴定为辉绿岩，并测得全岩Ar-Ar坪年龄为（110.6±2.0）Ma。沿断裂带除了大量发育浅层次脆性变形造成的碎裂岩系列，如硅化碎裂岩、角砾岩外，上下盘两侧还发育厚度几十厘米至几米不等的深层次韧性变形产生的花岗质和辉绿岩质糜棱岩，可见花岗岩中侵入的辉绿岩小岩枝与花岗岩一同发生韧性变形 （图2a）。根据石英旋转碎斑可以判断韧性剪切为右行剪切 （图2b、c），面理产状40°∠86°，表明油洞断裂在辉绿岩侵入后发生了走向130°的右行韧性剪切作用。

油洞断裂韧性剪切作用自北西向南东逐渐增强，在北西段表现为韧性剪切带主要发育在断裂的上下盘附近，宽度0.3～2 m，向断裂中心逐渐过渡为脆性构造，无明显韧性变形。沿构造向南东韧性剪切变形逐渐变强，尤其到驼背岭西部，断裂带内辉绿岩和上下盘花岗岩均糜棱岩化，宽度超过8 m。沿韧性剪切带面理可见后期充填张性含铀硅质脉，呈绛红色 （图2d），糜棱岩破碎为角砾，为含铀硅质网脉胶结。另外沿断裂带大量发育浅层次脆性变形造成的碎裂岩系列，如硅化碎裂岩、角砾岩。在油洞韧性剪切作用和含铀硅质脉充填后还发生脆性剪切作用，切过含铀硅化蚀变带 （图2e），断层面倾向多与早期面理面一致，总体以近水平走滑为主，两侧压剪解理指示为右行剪切作用 （图2e）。另外还可见更晚期小规模的多次挤压推覆，破坏矿体以及油洞断裂带（图2f）。

构造岩的特征表明该断裂具有多期次活动的特征，总体经历了由张→韧性剪切→张→压→压性变形的转变，表现为：第1阶段油洞断裂为陡倾角的伸展型正断层，并伴随辉绿岩侵入充填；第2阶段转为NW-SE向右行韧性剪切，在剪切面两侧的花岗岩和辉绿岩明显糜棱岩化；第3阶段油洞断裂韧性剪切带沿着面理张开，充填含铀硅质群脉和蚀变带；第4阶段再次转变为右行水平剪切运动 （擦痕倾角4°～5°）；第5阶段发生多次小规模的NE-SW向脆性挤压推覆，局部形成断层泥，破坏韧性剪切带和矿体。

图2 油洞断裂构造特征Fig.2 Structural characteristic of Youdong fault

图3 油洞断裂内岩石变形显微特征Fig.3 Microscopic characteristics of rock deformation in Youdong fault

2.2 微观特征

油洞韧性剪切带内花岗质初糜棱岩-糜棱岩主要矿物为石英，少量黑云母，长石多蚀变为绿泥石，石英亚颗粒发育，大小11～29 μm，亚颗粒边界迁移和重结晶非常普遍，具有显著波状消光。石英亚颗粒多定向排列，形成沿着面理的细粒石英条带（图3a、b），构成了剪切C面，石英沿着C轴晶格定向。未糜棱岩化中基性岩偶见自形角闪石和半自形斜长石 （图3c），长石发生弱的绿泥石化，而糜棱岩化的脉岩中主要矿物为几乎完全蚀变为绿泥石，并发生明显韧性变形，强烈定向，构成了剪切C面（图3d、e）。含铀硅质脉在微观上表现为梳状石英，沿面理呈张性充填，其内赤铁矿呈浸染状分布 （图3f），但镜下尚未发现原生铀矿物。

图4 油洞断裂北西段油洞村东矿化点特征Fig.4 Characteristics of the eastern Youdongcun ore occurrence in the northwest part of Youdong fault

图5 油洞断裂南东段驼背岭西矿点特征Fig.5 Characteristics of the westernTuobeiling ore occurrence in the southeast part of Youdong fault

2.3 控矿特征

油洞断裂是研究区内重要的控矿-含矿构造，在其北西段已经发现的油洞矿床（306）达中型规模，矿体主要产在油洞断裂带及其次级裂隙。地表评价发现，油洞断裂自北西西向南东东段均有不同规模和强度的铀矿化。选取两个典型矿化-矿点进行比较描述，其中北西段油洞村西矿化点为图1中①示意位置，南东段驼背岭西矿点为图1中②示意位置。

北西部油洞村西铀矿化主要分布于上下盘两侧（图4a、b），形成强碱交代赤铁矿化硅化蚀变花岗质糜棱岩带，宽度约1 m，产状220°∠79°，矿化受韧性剪切带控制，韧性剪切强的部位后期张性充填的含铀硅质脉越发育，赤铁矿化蚀变越强，向构造内过渡为弱的脆性变形时，蚀变明显变弱。矿化表现为绛红色硅质群脉或者粗脉，主要沿着韧性剪切面理呈张性充填，铀含量超过100×10-6，局部达工业品位，总体宽度达到1.7 m。

在油洞断裂内南东段驼背岭西发现新的铀矿点可见强硅化铀矿化带（图1），宽超过5 m，出露长度＞15 m，断裂内充填的脉岩和花岗岩完全糜棱岩化，围岩花岗岩亦发生初糜棱岩化矿物拉长、定向，面理十分发育。地表出露构造内见2.8 m暗红色硅化角砾岩带 （图5），角砾成分为基性脉岩质糜棱岩（图5b），硅化呈网脉状、不规则粗脉状，具有典型张性特征 （图5b）。实测γ能谱铀含量分布见图5a，在南东侧达到工业矿化，宽度超过1 m，最高值点达1 400×10-6，沿裂隙可见次生铀矿物钙铀云母（图5c），其余蚀变带均大于100×10-6（图5a）。由此可以看出矿化形成于韧性剪切之后，糜棱岩化越强烈，在成矿期张性构造更发育，对成矿更有利。

3 讨论

油洞韧性剪切带宏观和显微特征表明，油洞断裂韧性剪切作用发生于基性脉岩侵入（（110.6±2.0）Ma［7］）之后， 铀矿化（70～68 Ma［9］）之前，即晚中生代。根据区域对比，油洞断裂带可能与南雄韧性剪切带形成于同一时间（白云母 Ar-Ar坪年龄为（94.6±0.4）Ma［10］），形成于古太平洋板块俯冲和陆内伸展的背景下［11］。以往研究认为，大陆上部地壳呈脆性变形，下部地壳呈韧性变形，而在中地壳存在一个脆-韧性转换带，因此韧性剪切带多发生于10 km以下［12-13］。微观特征显示油洞韧性剪切带内糜棱岩类岩石中动态重结晶和边界迁移矿物主要为石英，推测韧性剪切变形的温度为280～350℃［14］； 韧性剪切带内岩石中出现的各种动态性构造变形，如残斑的压扁和旋转等，S-C组构及各种各样的显微变形现象，暗示油洞韧性剪切带形成于10 km以下的中地壳范围［15］。此外，已有研究表明，韧性剪切带中从变形到强变形地段，动态重结晶矿物粒度明显减小，这是韧性变形过程中应力逐渐集中的结果［16］。油洞韧性剪切带的原始岩石为花岗岩和辉绿岩，二者物理性质存在明显差异，这导致了动态重结晶矿物组合的差异，但是由于二者分布于同一构造带，因此可以采用花岗质初糜棱岩-糜棱岩中出现的动态重结晶的石英颗粒对韧性剪切带形成时的差压力条件进行大致估算。估算方法采用公式σ＝kD-μ（其中σ为差应力值，D为动态重结晶矿物的粒度，k、μ为实验常数，常用值为k＝603， μ＝0.68［17］）测量了 50 个动态重结晶颗粒 （图3a），大小范围为11～28 μm，平均值为 19 μm， 计算压力为 62.6～118.1 MPa，平均值为81.4 MPa。

但是，辉绿岩的韧性变形条件为1.0 Gpa以上，800～1 000℃［18］， 这与计算出的油洞断裂发生韧性剪切的物理条件相差甚远，而油洞断裂特征表明，辉绿岩也发生了明显糜棱岩化，这显然存在矛盾。近几年来，构造地质学家发现韧性变形也可在浅于10 km的深度发育［19-22］，这可能主要与水或者流体的加入有关［23］，微量的结构水对石英、长石、长石-辉石组合和花岗岩流变具有明显的弱化作用，体现在随着水含量的增加，样品的蠕变速率增加，矿物晶体内部微量水不仅促进了矿物位错迁移和恢复作用，而且加速了晶体边界迁移［24］。已有研究发现在发育于花岗质岩石中的韧性剪切带中的石英和长石以及变形了的长英质低级变质岩中名义上的无水矿物中有结构水的存在［19］，表明矿物中微量的结构水对岩石变形弱化和剪切带的形成具有重要作用。换言之，微量结构水对变形的相互作用导致岩石从脆性向韧性变形转变，促进了韧性剪切带的发育，尤其在相对较低温的条件下（＜300℃），水的参与会使颗粒发生高角度的迁移，从而利于重结晶颗粒的形成［25-27］，因此水或者流体的参与可以明显促进岩石韧性变形的发生。另外流体的参与会导致长石、辉石等矿物发生明显绿泥石化，研究表明绿泥石发生韧性变形的温度和压力低于石英［28］。因此辉绿岩的糜棱岩化可能与流体参与下岩石和矿物的弱化作用以及矿物发生绿泥石化有关，这与宏观和镜下观察结果一致（图4d、e）。总之，流体或者水的参与明显促进了油洞韧性剪切作用的形成。

从油洞韧性剪切带与铀成矿-控矿机理分析，韧性剪切作用可以使矿物和岩石产生极高的位错密度，形成的面理为构造薄弱面，增强了岩石的渗透能力，且在区域成矿作用发生时，更容易张开、破碎，成为铀矿含矿流体的迁移通道和铀矿的赋存空间，形成较大规模的工业矿体。同时由于韧性剪切带空间上产状稳定，且向深部延深较大，对于深部铀找矿具有重大意义。该思路已经在金矿的深部找矿中取得重大进展［29-31］，因此对于长江矿田油洞断裂南东段韧性剪切作用最强的地段是进一步找矿的重要方向，该认识也从驼背岭西矿点的最新评价结果中得到了证实。

4 结论

1）油洞断裂总体经历了张（辉绿岩侵位）—右行韧性剪切—张 （含铀硅质脉充填）—右行脆性剪切—挤压推覆等多期活动，断裂内花岗岩和辉绿岩均发生糜棱岩化，含铀硅质脉沿着韧性变形面理呈张性充填，韧性变形和矿化自北西向南东逐渐增强。

2）油洞断裂韧性剪切作用形成于110～70 Ma，发生于基性脉岩侵入之后，铀矿化之前，其形成时的温度为250～350℃，深度超过 10 km，形成差压力为 62.6～118.1 MPa，平均值为81.4 MPa。流体或水的参与可能促进了岩石尤其是辉绿岩韧性变形作用的发生。

3）韧性剪切作用可以破坏岩石的结构完整性，容易在成矿期张开、破碎，成为含矿流体的迁移通道和铀矿的赋存空间，形成较大规模的工业矿体，同时韧性剪切带空间上产状稳定，向深部延深较大，对于深部找矿具有重大意义，长江矿田油洞断裂南东段韧性剪切作用最强的地段是进一步找矿的重要方向。