河北青龙县四三三铀矿田围岩蚀变岩石学特征研究

李泽明， 李占春， 张振强， 于明旭， 牛子良

(1.核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000；2.核工业二四○研究所，辽宁 沈阳 110032； 3.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110004)

四三三矿田位于河北省青龙县。矿田近东西向展布，长约 30 km，宽 15 km，主要包括岭头(433)中型和干沟(434)大型铀矿床及盖子、邵杖子2个铀矿点。学者们对该矿田先后开展了矿床成因、成矿模式和找矿方向研究(张景训，1992；范玉杰，1997；彭志东，2006；于宝山等，2007；商亚军，2010)，提出了火山岩型、火山沉积-火山碎屑岩型等成矿模式和 “沉积改造、同生沉积多阶段改造成因”(1)核工业东北地勘局.1984.433铀矿田成矿模式和地质找矿判据研究(内部报告).；指出下一步找矿方向应重点在基底和盖层之间不整合面附近、断裂构造发育处和大青山火山机构周边。

笔者通过野外观察、室内岩矿鉴定和分析测试等手段进一步查明了铀矿田围岩蚀变的类型及分带性特征。本研究所得结果对厘定找矿判据、指导下步找矿具有重要理论指导意义。

1 地质背景

1.1 区域地质

矿田处于华北地台山海关古隆起与燕辽沉降带接壤部位的建昌盆地南部干沟地堑的南缘(图1)，属于华北陆块北缘青龙—兴城铀成矿带(黄净白等，2015)。

矿田所在盆地基底岩石，东侧为中元古界长城系(Ch)碎屑沉积岩、鞍山期混合花岗岩(Mr1)、花岗片麻岩；西侧为中元古界南口系(Zn)化学沉积岩夹细碎屑沉积岩、太古界单塔子群(Ar)黑云母斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩；南部主要为吕梁期似斑状黑云母花岗岩、次之为鞍山期混合花岗岩、花岗片麻岩；北部为中元古界南口系化学沉积岩和绢云母片岩或黑云母角闪片岩。

盆地盖层为一套中生代侏罗纪陆相中基性—中酸性—强酸性火山岩、火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩、沉积碎屑岩。按其岩性和沉积—喷溢旋回韵律特征，由老至新划分为6个组，即海房沟组(J2h)、兰旗组(J2l)、土城子组(J2t)、义县组(J3y)、金刚山组(J3j)、建昌组(J3jn)。

区内构造比较复杂，以断裂为主。按其展布方向可分为东西向、南北向和北西向。东西向构造规模最大、形成时间最早、活动时间最长，控制着盆地演化和矿床分布。北东向构造发育较好，断裂构造与东西向构造相交时往往产生归并。南北向构造不发育，只在干沟见有一条倾向南西260°，倾角78°的断裂。北西向构造较发育，形成时间较晚，多数被酸性和中基性脉岩充填。

火山活动从早侏罗世延续到晚侏罗世。白垩世还有源岩浆的侵入，呈次火山岩体产出。火山喷发以裂隙式喷发为主，间有中心式喷发。

1.2 矿床地质

青龙铀矿田受响水—雹神庙东西向构造(喷发)带的控制，矿体主要分布在其与北东东向分支次级构造的夹持部位。矿体受层位控制明显，均赋存于靠近盆地基底不整合面之上的海房沟组。

海房沟组是一套正常碎屑沉积和火山碎屑沉积，按其岩性分为三个岩段：上部岩性段(安山质砂岩、凝灰岩、凝灰角砾岩)，中部岩性段(凝灰质砂岩及凝灰质复成分砾岩)，下部岩段(花岗质砾岩夹砂岩)。各岩段均有工业铀矿体存在。

铀矿化主要受岩性(浅色花岗质砾岩、复成分砾岩、凝灰质砂岩)的控制。大而富的工业矿体均赋存于紫色花岗质砾岩和浅色花岗质砾岩交接部位的浅色砾岩一侧。矿化部位发育大量的黄铁矿和有机质(张景训，1992；商亚军等，2013；孙祥等，2013)。铀矿石多呈黑色，灰黑色、褐灰色、浅红色。一般肉眼难以见到铀矿物，仅在局部地段的铀矿石中见少量微细沥青铀矿脉存在于岩石胶结物中。

铀矿石的物质成分较为简单。与沥青铀矿共生的金属矿物主要为黄铁矿，其次为少量的褐铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、砷黝铜矿、针白铁矿、赤铁矿等；非金属矿物主要为石英、方解石等(图2)。

2 围岩蚀变特征

2.1 蚀变类型

(1)粘土化。粘土化是该矿田的主要围岩蚀变，普遍发育于浅色和紫褐色花岗质砾岩、有机质砂砾岩及复成分砾岩。粘土矿物主要为迪开石、钙蒙脱石、水云母和少量的高岭石。

迪开石颜色为白色至淡黄色，呈碎屑状和脉状，镜下为片状微晶，一组解理发育，电镜下呈较厚的假六方形片状(图3A)。蒙脱石主要为钙蒙脱石，呈絮状、卷曲状，周围轮廓模糊不清(图3B)。水云母在镜下晶形很特别，呈具有弯曲轮廓的片状，并带有垂直于叶片状长边的横纹理(图3C)。在电镜下，根据外形可分为碎片状和长板状两种。前者呈次棱角状，少数为尖角状的碎片，边界模糊不清，厚薄不均，向蒙脱石转化现象明显；后者晶形较好，形态清楚，边界清晰，多呈长板状(图3D)。高岭石呈完好的假六方形片状，其晶形类似迪开石，但较薄。高岭石呈似撕裂的树皮状，多水高岭石呈空管状，水铝英石呈细小的圆球状和串珠状集合体。

为了进一步查明不同岩性和不同品级矿石中粘土矿物的种类及特征，对四三三矿田54个样品经粘土提纯后进行了扫描电镜观察和照相、粉晶X射线衍射等分析，其粘土矿物种类及特征详见表1。从中可以看出：

表1 四三三矿田粘土矿物种类特征

①不同岩石的粘土含量不同。以复成分砾岩最高(15%～22%)，其次为浅色花岗质砾岩(12%～15%)，紫色花岗质砾岩最低(8%)。

②不同岩石或同一种岩石的不同颜色和不同品级矿石中，具有不同的粘土矿物种类。灰色复成分砾岩以钙蒙脱石为主，紫色复成分砾岩以长板状水云母为主，浅色花岗质砾岩以钙蒙脱石、碎片状水云母为主；其中富矿石发育钙蒙脱石和碎片状水云母，贫矿石以蒙脱石化水云母，碎片状水云母和钙蒙脱石为主，无矿岩石以碎片状水云母为主。紫色花岗质砾岩则以长板状水云母 (可达20%左右)和碎片状水云母为主。说明铀矿化与钙蒙脱石，蒙脱石化水云母和碎片状水云母密切相关。

③浅色花岗质砾岩，尤其在蒙脱石发育的个别富矿石样品中，均含有极少量的无水芒硝。该矿物结晶较好，呈长板状，纤维放射状产出。X射线粉晶分析结果(表2)与无水芒硝或钙芒硝的标准数值基本相符。在紫色花岗质砾岩中没有发现无水芒硝的存在，但有较多的细菌，大小不等，形态各异，多数呈纺锤形，少数为圆形。

表2 四三三矿田粘土矿物X 射线粉晶分析结果

粘土矿物为热液成因。本区的粘土矿物中存在较多的迪开石、粘土化常与黄铁矿物、碳酸盐化、绢云母化、赤铁矿化、硅化等围岩蚀变相伴生以及粘土矿物中含有较高的P、Cu、Pb、Fe、Ni、Y、Be、Zn、Se等伴生元素的特点，说明了大量的粘土矿物是由于后期地下热水对花岗质砾岩进行长期改造即粘土化作用结果的产物。矿床花岗质砾岩粘土分析结果(表3)表明，成分相同的花岗质砾岩经过热液改造后，粘土含量增加近一倍(88.8%)，说明本区热液蚀变发生一次强烈粘土化。

表3 四三三矿田花岗质砾岩中粘土含量

(2)碳酸盐化。该蚀变类型分布最普遍，影响范围最广。上自盖层安山玢岩、含矿层复成分砾岩、花岗质砾岩和砂岩，下至基底花岗片麻岩中均很发育。产出形态在矿石中主要表现为两种：一种呈质地不纯的浸染状、微粒状、团块状，常分布于铀矿物及含铀有机质碎片的两侧，有时包围有机质角砾，这种泥化碳酸盐多与铀矿化有关(图3E)。另一种多由纯净的方解石组成，常呈网脉状、树枝状、细脉状穿插切割岩石和所有的蚀变及矿化，为矿床最晚的蚀变产物(图3F)，这种碳酸盐与矿化无关。

(3)绢云母化。该蚀变类型多呈细小鳞片状、叶片状，集合体呈团块状，充填于碎屑矿物的粒间空隙，常与粘土矿物和绿泥石密切伴生，多呈似脉状充填于岩石裂隙中。在浅色花岗质砾岩的矿化部位绢云母化强烈，而在紫色花岗质砾岩中偶尔见到，呈星点状交代长石和暗色矿物。

(4)绿泥石化。该蚀变为矿床的中等蚀变产物，主要发育于浅色花岗质砾岩中。多呈无色，浅绿色的叶片状和不规则状。早期主要分布于矿物粒间胶结物中。常与粘土矿物和绢云母密切相关(图3G)，与铀矿化关系密切。晚期则呈似脉状充填于岩石裂隙中。在紫色花岗质砾岩中极其微弱，呈黄绿色，浅绿色的叶片状、碎片状，多为黑云母蚀变的产物。

(5)褐铁矿化。主要发育于紫褐色岩石中，尤其是紫褐色花岗质砾岩中，是岩石的主要染色剂。多呈分散浸染状，网脉状，树枝状产出(图3H)，为富含黄铁矿的岩石遭受风化或氧化作用的产物。浅色花岗质砾岩矿石中的褐铁矿常呈微粒状、短柱状、长条状、不规则状，多与微粒状黄铁矿共生，常是各种形态的黄铁矿氧化而成。

(6)硅化。常与赤铁矿化密切共生(图3I)，主要表现为隐晶质状，靠矿脉处硅化愈强烈，岩石愈致密坚硬，反映在化学成分上矿化凝灰岩中SiO2含量可达83%。

(7)赤铁矿化(红化)。由针铁矿—水针铁矿及赤铁矿所引起(王剑锋，1998；张成江等，2007)，呈粉末状较均匀地分散于凝灰质或胶结物中，将岩石染成红色，常与硅化密切相关。从围岩到矿体，红化和硅化逐渐增强，靠近矿脉处红化愈强烈，岩石的颜色也愈红，可视为直接的找矿标志。红化的分布范围大体与富矿体一致，同样具有穿层跨相的现象。

2.2 蚀变的分带性

从颜色上可区分为紫色带、过渡带和浅色层带。其对应的蚀变矿物有明显不同，与我国相山地区(周肖化等，2012；董保平等，2013；李满根等，2013；姚宏鑫等，2013；黄振等，2014；邵飞等，2015；黄罗昱，2018)、辽东黄沟地区(赵忠华等，2013；吴迪等，2017)、粤北地区(祁家明等，2014；张龙等，2018；贾伟，2018)、桂林地区(唐斌，2017；秦蕾胜，2018)铀矿田相似。

各带特征为：①紫色带。富含褐铁矿和长板状、碎片状水云母，网脉状碳酸盐发育，不含有机质。②过渡带。含显微粒状、球粒状、莓粒状黄铁矿、赤铁矿，钙蒙脱石、蒙脱石化水云母、富含碎片状有机质。碳酸盐为微粒状泥化。③浅色层带。含显微粒状、不规则状黄铁矿，含碎片状水云母和钙蒙脱石，富含条带状水云母(表4)。

表4 四三三矿田蚀变分带表

通过对四三三铀矿床花岗质砾岩浅色层厚度与紫色厚层加浅色层厚度的百分比值研究，发现绝大部分矿体落于>20%线区域中，0～20%线内几乎无矿体存在。据岩石硅酸盐全分析研究，花岗质砾岩呈紫色的含Fe3+高，Fe2+低，Fe3+>Fe2+，呈浅色的则相反。这是由氧化与还原分带造成。20%这条线是氧化带与氧化还原带的一条界线，氧化还原带控制着铀的生成与存在。

另外，根据大量的硅酸盐分析数据统计，在矿化地段Fe3+/Fe2+为0.4～1.2，沥青铀矿经电子探针成分分析得到其U4+/U6+为0.82～0.94。这些说明铀矿化地段是处在氧化还原过渡带中。

3 结论

四三三铀矿田蚀变较为发育，粘土化、碳酸盐化、绿泥石化、红化、硅化等蚀变类型与成矿关系密切。富矿石中粘土矿物为钙蒙脱石和碎片状水云母；与铀矿化有关的为早期浸染状、微粒状、团块状泥化碳酸盐，红化、硅化密切伴生，其分布范围大体与富矿体一致，可视为直接的找矿标志。

蚀变具有一定的颜色分带性，可分为紫色带、过渡带和浅色层带。过渡层具有氧化还原过渡带特点，是铀矿化发育和赋存地段。