广东省长江铀矿田水石矿床矿化特征与成矿模式

叶永钦，许幼，罗强，郭新文

（核工业二九〇研究所，广东 韶关 512029）

位于广东省仁化县境内的长江铀矿田是我国花岗岩型铀矿重要产地，矿田内产出有两个大型铀矿床，分别为棉花坑（302）铀矿床和书楼丘（305）铀矿床及若干个中小型铀矿床，其中水石（308）矿床位于矿田东南一侧，其探明储量规模属中型矿床。前人对长江铀矿田开展了大量铀矿勘查和科研工作，在矿床深部及外围取得了重要找矿突破，基本掌握了区内主要赋矿岩体地球化学及年代学特征、围岩蚀变特征、热液活动期次演化、流体包裹体、构造控矿特征，总结了综合物化探勘查方法组合，并对区域铀成矿模式及找矿模型进行了初步探讨［1-20］。截至目前，专门针对水石矿床的研究报道较少，仅沈以辉等［21-22］研究了该矿床矿物学特征及矿物赋存状态，认为水石矿床是富铀成矿热液在有利的地球化学障条件下，矿质发生沉淀成矿。因此，有必要加强长江矿田水石地区成矿理论研究，为下一步铀矿勘查工作提供理论依据。

铀资源是我国重要的战略资源，是发展核工业的粮食，其战略意义不言而喻。粤北地区作为我国花岗岩型铀矿找矿勘查老区，为进一步“探深拓边”，核工业二九〇研究所自2008 年以来，在长江矿田东南侧水石地区持续开展普查工作，取得较好找矿成果。本文系统总结了水石地区铀成矿地质特征，凝练了水石矿床成矿模式，为区内铀矿找矿工作指明方向。

1 长江矿田地质特征

长江铀矿田在地质构造上处于长江断陷带中部，矿田内出露的主要产铀岩体为长江岩体（γ52-1）（157 Ma）和油洞岩体（γ51-3）（232 Ma）（图1）。两大岩体均体现出富硅、富碱、钾大于钠，富集大离子元素Rb 和Th，稀土总量偏低、轻稀土略富集、Eu 明显亏损等特征，属于壳源型花岗岩范畴［4-5］。其次为中基性岩脉和石英正长岩；矿田内断裂构造发育，具有多期次活动迹象，呈现交接复合、互相错移的格局，主要有北东、北西、北北西（近南北）、北西西（近东西）向4 组，其中北西向既是控矿构造又是含矿构造，北东向为控矿构造，北北西（近南北）向为矿田内主要的含矿构造，总体上，铀成矿条件有利（图2）。

图1 湘粤赣断陷带分布示意图Fig.1 Schematic distribution map of fault-depression belt in the Hunan-Guangdong-Jiangxi provinces

1.1 岩浆岩特征

矿田内岩浆活动频繁，燕山早期和印支晚期出露的花岗岩在矿田内大面积出露，而印支早期和燕山晚期侵入的花岗岩、基性岩仅在矿田内小面积出露（图2）。通过对比分析岩体的侵入关系、岩相、岩性资料，可划分为6个侵入阶段，8次侵入活动（表1）。

表1 长江铀矿田各阶段侵入岩划分Table 1 Magmatic rock in different intrusion stage in Changjiang uranium ore field

图2 长江矿田地质简图Fig.2 Geological map of the Changjiang uranium ore field

1.1.1印支期花岗岩

印支期第二阶段花岗岩（γ51-2）在矿田内零星分布，岩性主要为中粗粒斑状二长花岗岩、中粗粒斑状黑云母花岗岩。印支期第三阶段花岗岩（γ51-3）主要在矿田内油洞断裂北部及东南部出露，岩性以中粒二云母花岗岩、中粒小斑状二云母花岗岩为主。印支期花岗岩具有如下特征：①高硅，SiO2含量为70.40%～72.75%，变化范围小；②富碱，K2O+Na2O 含量为7.49%～8.33%；K 大于Na，K2O/Na2O 值为1.58～3.71，与华南壳源型花岗岩相似；③所有样品的A/CNK 值在1.33～1.63 之间，属于过铝质花岗岩；④所有样品（FeO）/（FeO+MgO）值在0.74～0.78 之间，小于0.80，这些特征表明矿田内的印支期花岗岩属于过铝质花岗岩范畴。

1.1.2燕山期花岗岩

燕山早期第一阶段花岗岩（γ52-1）主要分布在矿田中部，出露面积大，岩性以中（细）粒黑云母花岗岩为主［24］。燕山早期第二阶段花岗岩（γ52-2）在矿田内零星出露，岩性以中粒二云母花岗岩、粗粒黑云母花岗岩为主。燕山早期第三阶段花岗岩（γ52-3）在矿田内中南部零星分布，岩性为细粒（中细粒）黑（二）云母花岗岩。燕山晚期花岗岩主要呈脉状分布，岩性以细粒二云母花岗岩为主。燕山期花岗岩具有如下特征：①高硅，SiO2含量在72.04%～75.20%之间，变化小；②富碱，K2O+Na2O 为7.71%～8.89%；钾大于钠，K2O/Na2O 值为1.39～1.73；③铝饱和指数较高，A/CNK值为1.24～1.49；④（FeO）/（FeO+MgO）的值在0.51～0.78 之间，小于0.80，与过铝质花岗岩的特征值基本一致。

1.1.3燕山晚期中基性岩

燕山晚期中基性岩经鉴定主要为闪斜煌斑岩，呈带状产出。暗绿色，具煌斑结构，主要矿物有角闪石、斜长石；可见褐帘石、磁铁矿及磷灰石等副矿物。常沿油洞断裂及北西西向构造断裂充填，长数十至数百米，宽0.5～20 m不等，具分枝现象。当有成矿期赤铁矿化微晶石英穿插时，常有铀矿化富集。

1.2 断裂构造特征

长江矿田内断裂构造发育，纵横交错。主要有北西向、北东向、北西西向及北北西向4组。按照含矿性质分为控矿构造及含矿构造。控矿构造主要有北东向棉花坑断裂、黄溪水断裂及北西向油洞断裂3 条。其中油洞断裂既是控矿构造又是含矿构造。

棉花坑断裂：由图2 可见，该断裂位于长江矿田中部，在研究区北部从棉花坑向东北延伸，经秋对水至图外，地貌上呈现“V”形沟谷，在矿田内出露长约9.5 km。走向60°～70°，倾向南东，倾角75°～80°。主要为由糜棱岩和碎裂花岗岩所组成的破碎带，带中局部见有角砾岩带，角砾成分有碎裂花岗岩、糜棱岩和中基性岩脉，胶结物为硅质。水云母化、绿泥石化和硅化等蚀变强烈，说明北东向断裂活动具有多阶段性。根据野外观测擦痕方向，认为早阶段构造活动是北西盘相对往南西运动，南东盘相对往北东运动，形成压扭性质的断层；根据9号带和10号带的错移方向看，早阶段构造活动与晚阶段构造活动的位移正好相反，即南西盘相对往南东运动，北西盘相对往北东运动，形成张扭性质的断层［25］。

油洞断裂：西起飞水崖，东经油洞村往驼背岭方向延伸，地貌上为一直线状“V”型峡谷。矿田内出露长6.0～7.0 km，走向295°～310°，倾向南西，倾角75°～85°。油洞断裂南、北段所充填物质不同，北西段以煌斑岩为主，往南有糜棱岩化花岗岩、碎裂岩、角砾岩等，宽度达5.0～20.0 m 不等，膨胀收缩明显。该断裂为多期多阶段构造活动产物。早期力学性质为压扭性质，成矿期转为张扭性，成矿后期又以压扭性为主。前人已在该断裂北西段提交了1 处小型矿床（长坑301 矿床）。近年来，核工业二九〇研究所在长坑矿床的南东段（油洞断裂3号勘探线）亦发现有较好的工业铀矿体。

黄溪水断裂：由图2可见，该断裂在研究区南部由企岭向东北延伸，经黄溪至图外，图幅内出露长约3.0 km，沿带膨胀收缩明显，总体走向60°～70°，倾向北西，局部南东，倾角60°～80°。断裂带中心以石英岩、糜棱岩等成分为主，中心两侧为片理化花岗岩或碎裂花岗岩。由于断裂的后期活动，导致早期糜棱岩或碎裂花岗岩局部被再度破坏，形成角砾状，并被硅化。此外还见有晚期松散状构造角砾岩，该断裂同样具有多期多阶段活动的特征。

1.3 围岩蚀变特征

矿田内岩石广泛发育各种热液蚀变，近矿围岩蚀变主要有硅化、水云母化、高岭土化、碳酸盐化、萤石化、赤铁矿化、黄铁矿化等。含矿带近矿围岩蚀变在水平方向和垂向上均表现出一定的分带性［26］。以上蚀变又可分两类：一类是由于热液活动，在构造裂隙或岩石裂隙中的充填物，如方解石、萤石、石英等；一类是在热液活动过程中与围岩发生交代蚀变作用形成的新矿物，如水云母、高岭石等。

2 水石矿床地质特征

水石矿床位于长江矿田南部，北部与棉花坑矿床相连，受黄溪水断裂与油洞断裂带夹持控制，成矿构造发育（图2）。目前，已发现的主要含矿构造近20 条。构造方向有：北西、北东、北北西向3 组，水石地区的主要含矿构造是北北西向构造，北西及北东向构造为次。北西构造主要有油洞断裂及9-2 号带，北东向构造主要有54、62 号带，北北西构造主要有60、61、66、71、9及9-1号带等（表2）。其中71号带是研究水石地区规模最大的一条成矿构造，长7 000 m，宽1.0～60 m，最宽处达60 m，与棉花坑铀矿床9号带均属长江矿区近南北向主成矿带，二者相距不远，平行分布，在构造力学性质（早期以压扭性为主，晚期张性）、铀矿化特征、控矿因素和围岩蚀变等方面都极其相似，具有相同的水平分带和垂直分带特征，带内膨胀收缩、扭转弯曲、分枝复合现象明显，深部延伸稳定，71号带控制着水石铀矿床大部分矿体（图3）。北北西向含矿构造带走向以北北西向（320°～350°）为主，倾角多在65°～80°之间，局部近于陡立，倾向南东或南西，成矿阶段显示具有张扭性的构造性质。断裂带内蚀变具有明显的水平分带性，即中心部位为硅化，往两侧依次为赤铁矿化、黄铁矿化、水云母化、绿泥石化、高岭石化、紫黑色萤石化、正常花岗岩。常可见由一条或多条规模较大的含矿断裂带构成主带，在主带的旁侧分布有平行或斜交的次级脉带，造成剖面上多呈平行或与主带合并而成“Y”字状，脉带沿走向或倾向具膨胀收缩、分枝复合及波状弯曲等变化特征［25］。带内铀矿石类型为赤铁矿化硅化碎裂花岗岩型、赤铁矿化硅化碎裂岩型等。铀矿物主要有沥青铀矿，局部见有次生铀矿，并赋存于上述岩石中。浅部矿石含次生铀矿物和分散状沥青铀矿，中深部矿石以分散状沥青铀矿为主，其铀矿品位向深部有增高趋势。

图3 水石矿床71 号带350 m、300 m、250 m、200 m 中段联合平面图Fig.3 Joint geological plan of the Level 350 m，Level 300m，Level 250 m and Level 200 m of No.71 belt in Shuishi deposit

热液蚀变发育，其中硅化强度较大且具多期多阶段性。矿前期主要形成白色高温石英岩，发育于断裂带浅部，偶见有萤石、黄绿色水云母和黄铁矿，呈北北东向产出。成矿期以形成含铀微晶石英为主，多呈北北西向展布，地表至深部（标高−350 m）均可见该阶段脉体的分布，但浅部的规模小于深部。成矿期热液活动可分早晚两个阶段：早阶段热液作用形成深红色微晶石英（图4 a），晚阶段为灰色隐晶、微晶石英（图4 b），局部有灰色梳状石英，早晚两个阶段均为铀主要成矿阶段。矿后期常见形成条带状白色石英和白色梳状石英或晶洞状石英（图4 c）。

赤铁矿化在断裂带中大量发育，在含矿带及其两侧尤为发育。含矿带内的赤铁矿化主要分布于碎裂花岗岩、硅化碎裂岩以及微晶石英岩中（图4 a，图4 d），呈棕色、深红色、猪肝色等，赤铁矿化愈强，颜色愈深，铀矿化品位愈高（图4 a，图4 d）。

黄铁矿化是由于含硫化物热液与含铁质矿物发生交代作用产生的，以成矿期为主，在矿前期和矿后期偶见。成矿期黄铁矿是中低温热液作用的产物，与成矿关系密切，呈现带状、微细粒状、胶状。与沥青铀矿伴生的黄铁矿呈半自形晶、微细粒、胶状、粉末状、微细脉状（图4 e）。

水云母化蚀变现象常出现在含矿带两侧，主要是由于花岗岩中长石的蚀变，特别是斜长石的蚀变导致，常呈现浅绿色、灰绿色、绿色（图4 f），在矿带（矿石）中呈现暗绿色。该类蚀变分布范围较广，肉眼可见斜长石被蚀变为浅绿色水云母，蚀变宽度可达80 m，在钻孔岩心中可见连续蚀变达200 m 以上。

萤石化蚀变现象在含矿带内常见，成矿期的萤石为紫黑色或黑色萤石（图4 e），与成矿期微晶石英充填于北北西向含矿带中。空间上，该阶段大多出现于中、上部，下部相对较少。呈细脉穿插到早期形成的红色隐晶、微晶石英脉体中或胶结他们的角砾。这一阶段脉体的规模不大，宽度仅数厘米至数十厘米，长度从数厘米至数米不等，多呈细脉状和不规则团块，有时可见紫黑色萤石胶结红色微晶石英角砾的现象。脉体中矿物以紫黑色萤石和沥青铀矿为主，并见有少量微晶石英等矿物。

碳酸盐化蚀变分布较广，但规模小。在断裂蚀变带“硅质骨架”两侧均有分布，为花岗岩中长石等水云母化过程的伴生产物，也充填于微裂隙中，与热液石英脉伴生（图4 g，图4 h）。为矿后期的产物，成分主要为方解石，呈细脉状和不规则脉体穿插到成矿阶段的热液脉体中，该类脉体所在部位矿化较差。空间上，断裂浅部方解石脉少而分散，在断裂深部方解石脉相对较多。

图4 长江铀矿田水石地区围岩蚀变特征Fig.4 Alteration characteristics of hosting rocks in Shuishi area of Changjiang uranium ore field

3 铀矿化特征

硅化带型铀矿化是水石地区及整个长江矿田的主要矿化类型，铀矿化主要发育于北北西（或近南北）向蚀变带内，含工业矿蚀变带主要有71、60、61、14 号带等及其次级带（图5，图6）。

图5 水石地区71 号带69 号勘探线地质剖面图Fig.5 Geological profile of exploration line No.69 in belt No.71 in Shuishi area

图6 水石地区60 号带304 号勘探线地质剖面图Fig.6 Geological profile of exploration line No.304 in belt No.60 in Shuishi area

铀矿化（体）严格受北北西向蚀变带控制。如71、60、61、14 号带及其次级带等，铀矿化（体）主要赋存于蚀变带的硅质“骨架”（硅化碎裂岩）中，以及他两侧的蚀变花岗岩中。矿体产状随断裂带产状的变化而变化。在断裂交汇、膨胀部位，往往有较好的铀矿化（图5）。断裂带中上部（0 m标高以上）矿体厚度薄、品位较低，矿体主要呈透镜状产出，而往深部（0 m 标高以下）有厚大矿体出现，如71 号带69 号勘探线钻孔ZK69-2 在深部存在厚大矿体（图5）。

铀矿化与硅化（灰色、红色微晶石英）、黄铁矿化、紫黑色萤石化、赤铁矿化、绿泥石化关系密切［27］，尤其是硅化、胶状黄铁矿化、赤铁矿化等蚀变特别发育的部位，铀矿化更好、品位更高（图4 a）。

铀成矿具有多个阶段。第一阶段伴随着红色微晶石英的形成（图4 a），由浅部向深部可见；第二阶段主要形成暗红色微晶石英（图4 c），仅部分地段可见；第三阶段形成灰色微晶石英（图4 b）或灰色晶洞状石英，常见于深部。一、三阶段是水石地区铀矿化的主要阶段，当这两个阶段的成矿热液叠加时，往往会出现较好的铀矿化。成矿后还多次受到热液改造的破坏，如条带状萤石脉和不规则状、网脉状充填于硅化碎裂岩裂隙中的白色梳状（晶洞）石英，对先前形成的铀矿体造成明显的破坏。矿后期带状萤石和石英脉主要分布在断裂带的中上部。

含矿岩性主要包括硅化碎裂花岗岩、硅化赤铁矿化细粒二云母花岗岩、赤铁矿化硅化碎裂岩（微晶石英岩）和硅化碎裂岩等（图4 a，图4 b）。沥青铀矿多呈细脉状、团块状和浸染状等形态产出［28］。

铀成矿与石英正长岩及中基性岩脉密切相关。水石地区北北西向硅化断裂带与近东西向中基性脉岩交汇部位控制“交点型”铀矿产出，铀矿化赋存于中基性岩脉和硅化碎裂岩带的“交汇”部位。如60 号带304 号勘探线钻孔ZK304-4 揭露工业矿赋存在硅化带与煌斑岩脉交汇部位（图6）。

4 铀矿体特征

矿体产状与断裂带产状基本一致，大多数矿体走向为北北西—北西向，倾角65°～87°，呈脉状、透镜状产出。铀矿体主要分布于71 号带、60 号带及14 号带中，矿体赋存标高为−220～580 m。矿体沿走向长一般在200～285 m，倾向延深145～200 m，厚度在0.18～5.34 m 之间，厚度变化大，平均厚度1.06 m；品位在0.056%～0.524%之间，品位变化较大，平均品位0.084%。

矿石结构以碎裂结构、胶状结构为主，主要有角砾状、网脉状等矿石构造。成分简单，有用矿物仅有沥青铀矿及少量次生铀矿物；金属矿物含量较少，主要有赤铁矿和黄铁矿，偶见方铅矿和黄铜矿；脉石矿物含量较高，一般大于95%，主要有石英、长石，其次有萤石、方解石、水云母、绿泥石。

硅化碎裂岩型矿石SiO2平均含量82.46%、Al2O3平均含量5.81%、∑Fe平均含量1.64%、K2O＋Na2O 平均含量1.43%，为高SiO2，贫Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO 矿石；碎裂花岗岩型矿石SiO2平均含量74.56%、Al2O3平均含量11.95%、∑Fe 平均含量1.86%、K2O＋Na2O 平均含量5.36%，为高SiO2，贫Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO 矿石；赤铁矿化硅化碎裂煌斑岩型矿石SiO2平均含量74.69%、Al2O3平均含量10.78%、∑Fe平均含量6.24%、K2O＋Na2O 平均含量2.08%，为高SiO2，∑Fe 含量相对较高，贫Al2O3、CaO、MgO矿石；碎裂石英正长岩型矿石SiO2平均含量64.59%、Al2O3平均含量18.10%、∑Fe 平均含量1.65%、K2O＋Na2O 平均含量8.92%，为低SiO2，高Al2O3，富K2O＋Na2O，贫Fe2O3、CaO、MgO矿石。矿石中目前能被工业利用的成分只有铀元素，其他元素含量低，无综合利用价值，属单铀型矿石。

水石地区铀成矿年龄为晚白垩世（（74.5±1.0）Ma）（另文报道），矿质来源于富铀的长江、油洞岩体，具有相当长的矿岩时差（≥82 Ma）。

5 成矿模式探讨

“一中心一断裂”联合控制影响着华南热液型铀矿的形成，“一中心”是指新生代富铀岩浆活动中心，“一断裂”是指红盆控盆深源断裂构造［29］。朱捌（2010）认为华南地区铀矿床的形成是在有利的地质构造背景下，以地幔流体成矿为主线，由幔壳岩浆作用、热液流体作用及断裂构造作用等综合作用下形成的产物［30］。研究区主要产铀岩体形成于印支晚期—燕山早期（226.4～161.6 Ma），表明在三叠纪—早白垩纪时期，多期次大规模构造运动造成含铀古陆壳重熔上侵形成印支期、燕山早期富铀岩体；在岩体发生变质作用影响下，岩石部分稳定铀转化为活性铀［4-5］。

水石矿床成矿期方解石具有比较稳定的碳同位素组成，其δ13CPDB值介于－8.05‰～－6.66‰之间，平均值为－7.36‰，明显表现出地幔来源的特点；δ18OSMOW值介于9.0‰～13.75‰之间，平均值为12.43‰；δ18OPDB值介于－21.10‰～－16.56‰之间，平均值为－17.65‰，与岩浆期后热液型或地幔流体富集型铀矿相比，其δ18OPDB值较高，暗示在成矿过程中可能发生了较强的水岩交换作用或有大气降水的混入。晚白垩纪时期，在地壳伸展减薄、拉张裂陷的强烈构造活动影响下，壳源或壳幔混合的酸性岩浆上侵，再加上深层次拉张构造使得地幔与地壳相互沟通，导致富碱、富挥发分（H2O、CO2、S）的地幔热流体上升进入地壳，造成早期岩体中的铀进一步遭受他变质作用，再加上构造热液作用和碱质交代作用的强烈改造，促使花岗岩体中的铀更进一步活化，并逐渐进入地幔热流体，形成富铀成矿流体；后期地幔流体上升和岩浆的上侵带来的巨大热量导致地壳岩石中循环的地壳流体（深循环大气降水）升温，提高了他们对成矿组分的浸取力度。这种地壳流体或与上升的地幔流体混合，成为成矿流体。

矿床中脉石矿物以萤石、方解石和石英为主，可以看出成矿流体中铀主要以UO2F42-、UO2（CO3）22-、UO2（CO3）34-和UO2（SiO2）2-形式迁移。富铀成矿流体与基性岩脉相互作用，或与不同来源地壳流体（以深循环大气降水为主）混合，亦或者进入减压环境时发生减压沸腾作用均可能导致矿质成分发生沉淀，前者由于基性岩脉中相对富集的Fe2+、H2S、CH4和CO 等还原性组分的还原作用，中间者是由于造成成矿流体的物理、化学条件发生变化，后者是由于CO2逸出，导致铀酰硅酸盐络离子、铀酰碳酸盐络离子解体而发生沥青铀矿沉淀（图7）。

图7 水石地区铀成矿模式简图Fig.7 Sketch diagram of uranium metallogenic model in Shuishi area

6 结论

1）水石地区位于长江矿田南部，受黄溪水断裂和油洞断裂带夹持控制。区内出露有长江岩体和油洞岩体等产铀岩体；断裂构造主要有北东（控矿构造）、北北西（主要含矿构造）、北西（既是控矿构造又是含矿构造）、北西西向4 组；围岩蚀变发育，铀矿化与硅化（红色微晶石英、灰色微晶石英）、黄铁矿化、紫黑色萤石化、赤铁矿化、绿泥石化关系密切，尤其是硅化、胶状黄铁矿化、赤铁矿化等蚀变特别发育的部位，铀矿化更好、品位更高。

2）硅化带型铀矿化是水石地区主要矿化类型，铀矿化（体）严格受北北西向蚀变带的控制。铀成矿具有多个阶段，含矿岩性主要包括硅化碎裂花岗岩、硅化赤铁矿化细粒二云母花岗岩、赤铁矿化硅化碎裂岩（微晶石英岩）和硅化碎裂岩等。

3）水石矿床的形成是在有利的地质构造背景下，以地幔流体成矿为主线，由幔壳岩浆作用、热液流体作用及断裂构造作用等综合作用下形成的产物，并据此建立了水石矿床铀成矿模式图。