加拿大铀矿资源时空分布规律

陈念楠，李满根，王 恬，聂逢君，蔡煜琦，刘 颖

（1.东华理工大学地球科学学院，南昌 330013；2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

核能作为一种高效、经济、清洁的能源，也是一个国家改善能源布局和结构，实现可持续发展的必然选择。加拿大位于北美克拉通，是前寒武纪地层和岩浆岩主要发育地区，赋存十分丰富的矿产资源，尤其是铀、铜、铁、镍、金、锌等金属矿产，资源储量和产量在世界矿产资源分布和供求关系上占有较大的比例。笔者对加拿大铀资源的时空分布规律进行了归纳、总结，同时能为我国铀矿勘查开发“走出去”战略提供依据。

1 地质概况

加拿大地盾位于北美克拉通内，元古宇时期可分为三个阶：阿非比亚、赫利基亚和哈得赖尼亚阶。阿非比亚阶既是太古宇之上的克拉通覆盖（碎屑沉积物），又是地槽沉积，其最底部是在缺氧的条件下沉积的，具有巨厚的含铀黄铁矿石英卵石砾岩层（如埃利奥特湖），在最大的铀矿床邻近地带已发现酸性火山活动中心［1］。

哈德逊造山运动发生在阿非比亚晚期（1 850～1 650 Ma），加拿大地盾中铀矿床的分布在空间上与阿非比亚-赫利基亚阶不整合面有关。赫利基亚阶主要由哈德逊造山带之上的盖层组成。它出现在丘吉尔构造省（如阿萨巴斯卡盆地、塞伦板块）、贝尔和南部构造省（如苏必利尔湖盆地）。在西部的奈因省，赫利基亚斜长岩体的侵入遍布整个埃尔森造山带（约1 370 Ma）；格伦维尔成矿省的赫利基亚因格伦维尔造山运动（约955 Ma）而受影响。与埃尔森和格伦维尔造山运动有关的铀矿床主要具有花岗岩的深熔特征，在造山运动后期，侵入的一些碳酸盐杂岩中也含有铀［1］。

而哈得赖尼亚阶整体由下部的泥质岩和砂屑岩、中部的粒状砾石（含厚泥质岩层、部分石英岩和碳酸盐岩）以及上部的泥质砾岩组成。这样一系列的碎屑沉积为主的地层，铀矿化在哈得赖尼亚阶并不常见［2］。

2 铀资源类型特征

2.1 铀资源类型划分

矿床分类是认识和阐明自然界种类繁多、形态各异、规模悬殊的各种矿床间的内在联系和共同规律的方法。不同时期的矿床分类，在一定程度上代表了人们对矿床的研究程度和认识水平。1965至1970年铀勘查“热潮”之后，出现了许多铀矿床的新资料，而且发现了如脉型、侵入岩型和钙质砾岩型矿床；1974年，Ziegler提出铀与钍的初始分布与硅铝质地壳的构造历史密切相关，认为铀优先与大陆地壳某些结构元素伴生，并按成矿等级和主要构造元素将铀矿床分为15类［3］；1978年，Dahlkamp根据赋矿岩石与地层关系划分，划分出19种矿床类型［4］，其中6种类型具备经济价值，即：碎屑石英卵石砾岩、砂岩、钙质结砾岩、侵入岩、热液脉和似脉型；1989年，Tarkhanov和Poluarshinov介绍了古地台、地盾区内前寒武纪矿床的大地构造位置、年龄和形成条件特征的研究结果，并提出了含铀大地构造元素的新分类［5］；1989年，国际原子能机构（IAEA）根据铀矿床的含矿岩性、构造、蚀变矿物共生组合、形成年代和空间分布等特点，分为15种主要铀矿床类型，17种亚类［6］；1999年，Plant等人为了确认铀矿床群之间的共同地质背景，将IAEA列出的类型重新归纳成三个组合：岩浆岩/火山岩、变质作用及沉积物/沉积盆地组合［7］；2013年，IAEA参考Dahlkamp等人的分类方法，将铀矿床分为15种主要类型，36种亚类［8-9］。具体分类如表1所示：

表1 铀矿床类型的一般分类标准［10］Table 1 General classification standard of uranium deposittypes[10]

2.2 铀矿床数目及资源量特征

采用国际原子能机构（IAEA）2013年的分类方法［11-12］，经统计，截至2020年6月，加拿大总计发现铀矿床160个，其中超大型矿床（资源量≥50 000 t）6个，占加拿大可统计铀矿床总数的3.75%；大型矿床（10 000～50 000 t）37个，占23.125%；中型矿床（2 500～10 000 t）50个，占31.25%；小 型 矿 床（500～2 500 t）65个，占40.625%；未知规模矿床2个，占1.25%。主要包括元古宙不整合面型、古石英卵石砾岩型、侵入岩型、火山岩型、砂岩型、花岗岩型、变质岩型、交代岩型和黑色页岩型铀矿床（图1）。区内总资源量约287万吨，不整合面型铀矿床共72个，资源量约185万吨，占62%；其次为古石英卵石砾岩型（24个）和侵入岩型（29个），资源量分别约77万吨和10万吨，占26%和3%，其他类型铀资源量约15万吨，占5.2%（图2）。

图1 加拿大铀资源成矿规律与成矿区划图Fig.1 Metallogenic pattern and zonation of uranium resources in Canada

图2 加拿大铀资源量与矿床类型频数图Fig.2 Numbers and resources of deposit types in Canada

3 铀资源的空间分布特征

由于铀矿形成的大地构造背景的区别，使铀矿在空间分布上呈现不均一性。不同矿床类型由于其形成的地质背景的差异，加拿大铀矿床主要聚集在3个铀成矿省、9个铀成矿带。具体成矿区带及典型矿床见表2。

表2 加拿大铀成矿区带及简要特征Table 2 Uranium metallogenic zone and brief characteristics in Canada

阿萨巴斯卡盆地铀成矿省是发育在加拿大克拉通内的一个中元古代沉积盆地。盆地基底包括以花岗变质岩为主的太古宙-古元古代基底和某些绿岩带［13］，盆地内部构造复杂，有很多与正向基底构造单元有关的北东向断裂和剪切带［14］。铀矿床多与中元古代红色碎屑岩建造和古元古代石墨质片岩-片麻岩建造组合相关，这些众多矿床分布于阿萨巴斯卡盆地边缘，不整合覆盖在阿萨巴斯卡群之上，如东阿萨巴斯卡、东南阿萨巴斯卡铀成矿带等。

布兰德河—埃利奥特湖铀成矿省（Blind River-Elliot Lake）位于加拿大地盾南缘的安大略省南部的休伦统超群中，其中埃利奥特湖地区边缘形成一系列的构造盆地和地槽，铀矿化发生在以石英和长石为主的马汀内达组（Matinenda）砾岩中［10］，即石英卵石砾岩型铀矿床。这类铀矿床分布于克拉通盆地内或克拉通边缘坳陷区，该区基底强烈褶皱、变质，矿化层位为轻微变质的砾岩层。主要赋存在Elliot Lake成矿带上。

格林维尔是加拿大地盾东南翼上的一条晚元古代造山带，格林维尔铀成矿省控制成矿的伟晶岩建造形成于格林维尔运动（1 050～850 Ma）［15］。铀矿和其他铀钍矿物产于新元古代-古生代花岗岩、正长伟晶岩带下部和副片麻岩的接触带中，呈脉状、透镜状及不规则状产出［16］，铀矿床主要分布于Bancroft铀成矿带、格林维尔铀成矿带和Mont Laurier铀成矿带。

4 铀资源成矿时代特征

铀成矿作用在地球演化的各个地质时期中分布是不均衡的，铀矿床较多而相对集中出现的地质时期，通常称为铀矿的成矿时代。通过对铀矿时代的厘定，对认识铀成矿、寻找铀矿具有十分重要的意义，为深化认识整个地球以及地壳演化历史和阶段划分提供了依据。根据加拿大铀矿床成矿作用特点及分布，加拿大铀矿床主要形成于太古宙晚期-古元古代早期、古元古代、中元古代、中-新元古代、古生代5个成矿时期。

4.1 太古宙晚期-古元古代早期铀成矿期（2 600～2 500 Ma）

形成于太古宙晚期-古元古代早期的古石英卵石砾岩型铀矿床分布于安大略省南部埃利奥特湖区（Elliot Lake），该地区矿床赋存于长石石英基质中，最主要的含铀矿物是沥青铀矿和钛铀矿，伴生矿物如黄铁矿、锆石和独居石等［16］。如布兰德河-埃利奥特湖（Elliot Lake）矿床，属于铀-稀土元素石英卵石砾岩型铀矿床，通过对砾岩中晶质铀矿定年，测得年龄大约2 550±50 Ma［15］。同样成矿于该时期的还有Apple矿床，成矿时间大约为2 605 Ma。

4.2 古元古代铀成矿期（2 500～1 600 Ma）

产于该时期的变质长石砂岩、钙硅酸盐中的元古宙不整合面型铀矿床主要分布于东阿萨巴斯卡盆地中，该阶段经历了陆核增长演化过程，发育了活动带，堆积富有机质的泥质、砂质和钙质沉积物，盆地封闭后发生变质作用形成了具有石墨层和富铀的构造地层。如比弗洛支（Beaverlodge）矿床，成矿时间约1 740 Ma。基茨（Kitts）矿床成矿时间约1 777±9 Ma。米切林（Michelin）矿床成矿时间约1 806 Ma。

4.3 中元古代铀成矿期（1 600～1 200 Ma）

该时期所形成的铀矿床是最具有工业经济价值的，因为古元古代活动带封闭后形成稳定的古地台［15］。阿萨巴斯卡盆地此时经过两个阶段，早期隆起风化剥蚀，经受了亚热带气候红土风化，晚期转入克拉通盆地沉积，盆地底部为干旱环境下的红色碎屑岩建造，盆地顶部有少量的海相沉积地层［16］。在此期间形成了一大批产于石英质、泥质片麻岩、石英砂岩中的不整合面型铀矿床。形成于该时期的矿床主要有：拉比特湖（Rabbit Lake）矿床，经过对矿床中沥青铀矿U-Pb同位素分析表明，成矿时间约1 281±11 Ma。麦克阿瑟河（McArthur River）矿床成矿时间约1 521±8 Ma。道恩湖（Dawn Lake）成矿时间约1 349±15 Ma。雪茄湖（Cigar Lake）矿床主要存在四个矿化年龄：1 500、1 300、900和300 Ma。这些矿床U品位普遍较高（0.1%～21.5%），资源储量大。

4.4 中-新元古代铀成矿期（1 200～650 Ma）

由于鲁迪尼亚超大陆发生了全球性裂解作用［15］，该时期的矿床局限于造山带内，花岗伟晶岩体中也有铀产出。主要类型为侵入岩型铀矿床，大地构造上处于环加拿大地盾边缘褶皱带的格林维尔铀成矿带的南部，这些岩层均受到了复杂的褶皱作用和区域变质作用［10］。如格林维尔铀成矿省的班克罗夫特（Bancroft）矿床，成矿时间约1 000 Ma。同时期，阿萨巴斯卡盆地出现了多期构造活化，产生切割基底和盖层的剪切带，充填辉绿岩，导致盆地内沥青铀矿呈现多期次特征。例如凯湖矿床（Key Lake），经过U-Pb同位素分析表明，存在4个主要矿化年龄：1 228～1 160、960～918、370和250～107 Ma，说明凯湖地区的铀矿化的延续时间长，具有长期性和多阶段的特点［15］。

4.5 古生代铀成矿期（542～251 Ma）

产于火成岩和变质岩中的浸染型矿床，如雷克斯帕尔矿床（Rexspar），通过对矿床中氟金云母进行K/Ar同位素分析，认为成矿时间在236±8 Ma之前，铀矿主要分布在晚古生代粗面凝灰岩、角砾岩中，矿化带中含有细粒晶质铀矿，局部有萤石。

5 结论

加拿大铀矿床主要包括9种类型，分别为元古宙不整合面、古石英卵石砾岩、侵入岩、火山岩、砂岩、花岗岩、变质岩、交代岩和黑色页岩型。其中元古宙不整合面、古石英卵石砾岩和侵入岩型为区内主要铀矿床类型，矿床资源量分别占全区总资源量的62%、26%和3%。

加拿大铀矿床主要聚集在3个铀成矿省、9个铀成矿带。阿萨巴斯卡盆地铀成矿省主要发育不整合面型铀矿床，这些铀矿床主要分布盆地边缘，不整合覆盖于阿萨巴斯卡群之上；Blind River-Elliot Lake铀成矿省主要发育古石英卵石砾岩型铀矿床，这些铀矿床分布于克拉通盆地内或克拉通边缘坳陷区，主要赋存在Elliot Lake成矿带上；格林维尔铀成矿省的铀矿床类型为侵入岩型铀矿为主，铀矿床主要分布于Bancroft、格林维尔和Mont Laurier铀成矿带。

加拿大铀矿床成矿时代集中于太古宙晚期-古元古代早期、古元古代、中元古代、中-新元古代、古生代。其中太古代晚期-古元古代早期是石英卵石砾岩型铀矿床发育的主要时期；元古宙是不整合面型铀矿床发育的重要时期，产于该时期的铀矿床普遍规模较大，品位较高，最具有工业经济价值；新元古代-古生代是侵入岩型铀矿床主要发育的时期。