埃及西奈阿布泽尼玛地区铀矿成矿地质特征及控制因素分析

张运涛, 裴荣富, 张小平, 曾文乐, 王浩琳, 黄符桢, 邵长亮

(1.中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037;2.江西省核工业地质局二六四大队,江西赣州 341000;3.江西省核工业地质局,江西南昌 330046;4.天津华北地质勘探局,天津 300171)

埃及西奈阿布泽尼玛地区铀矿成矿地质特征及控制因素分析

张运涛1,2, 裴荣富1, 张小平2, 曾文乐3, 王浩琳1, 黄符桢2, 邵长亮4

(1.中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037;2.江西省核工业地质局二六四大队,江西赣州 341000;3.江西省核工业地质局,江西南昌 330046;4.天津华北地质勘探局,天津 300171)

埃及西奈半岛盛产铁锰矿、铜矿、铀矿、高岭石、石英砂等矿产,铀与铜、铁锰矿有一定的空间联系。笔者通过在阿布泽尼玛成矿区多年的工作实践和研究,对该区铀成矿地质特征进行了分析,圈定了 7个铀矿赋矿层位,总结了该区铀矿化分布规律,获得了同生沉积、后生叠加改造的成因认识。

阿布泽尼玛地区;铀矿化;分布规律;赋矿层位

埃及西奈半岛阿布泽尼玛地区为长期隆起带,经历了多期次构造岩浆活动。组成前寒武纪基底的岩石极为复杂,除花岗岩外,还有地槽相变质火山岩、变质沉积岩等。古生代盆地上覆于准平原化的基底杂岩之上,基底杂岩由结晶火成岩和变质岩组成,其中花岗岩铀丰度值较高。古生代沉积地层下部为不含化石的灰岩,中部为石炭系乌姆鲍格玛组白云岩、砂岩、页岩,上部为阿布合组砂岩①陈然志,谢松林,曾文乐,等.“埃及西奈半岛阿布扎尼玛地区铀矿评价”总报告 (内部)[R].存放地:江西省核工业地质局,1998-2002.。铀成矿于石炭系砂岩中,砂岩中铀含量达到 4.0×10-5。在第四系河道充填砾岩中也发现了铀矿化,铀含量3.5×10-3(El-Aassy et al.,1989)。铀矿化类型与美国海岸平原西部及得克萨州南部河流-浅海混合相砂岩型铀矿床 (吴柏林,2006)有相似之处。我国也有大量发现,如 501铀矿床、江西信丰下围铁铀矿床等。501铀矿床成矿主岩为栖霞盆地河湖相象山群砂岩,下围铁铀矿床赋矿围岩为石炭系灰岩、二迭系砂页岩②江西省核工业地质局二六四大队.江西省信丰县小江下围铁帽铀矿床调查报告.1970.。古河道砂岩型铀矿床铀矿以美国科罗拉多高原和怀俄明地区著称,俄罗斯的希阿格达铀矿田和马林诺史斯基、达尔马达托夫铀矿床,蒙古的哈拉特铀矿床、苏民河铀矿床也属古河道砂岩型。我国内蒙古二连盆地、黑龙江牡丹江盆地、云南龙川江盆地也相继发现了古河道砂岩型铀矿床 (黄世杰,1997)。

1 地质概况

1.1 地层

阿布泽尼玛地区位于埃及苏伊士湾东岸阿布泽尼玛镇以东 40 km。该区基底为前寒武系火成岩及变质岩组成,盖层为 370 m厚的古生代地层,由浅海相、泻湖相及过渡相红色、杂色砂岩组成。此外还可见中生代三叠系泻湖相至海相系列,侏罗系碳酸盐及碎屑岩系列,部分地区可见白垩系地层,及第三系页岩、灰岩、泥灰岩、砂岩组成的海相沉积物,第四系岩石主要为滨海沉积物及干谷沉积物。矿区东部及中部古生代地层发育,西部及西南地区中生代—三叠系较常见(图 1)。区内显生宙及下覆的火成岩、变质岩类常被诸多不同走向的走滑断层及正断层切割(Agami,1996)。

古生代沉积岩地层产状平缓,在区内厚度变化较大。寒武纪沉积物由老到新依次为撒拉比特哈迪姆组、哈马塔组和阿迪迪亚组 (图 2)。撒拉比特哈迪姆组由砂砾岩至砂岩组成,含少量的泥及极少量的碳酸盐,砂、泥及碳酸盐的含量分别为 85.43%,12.53%及 2.26%,平均卵石含量 16.98%,卵石中包括 15%～55%的砾石相,反映了沿 NE-S W向古海岸线远离或靠近辫状冲积平原,伴随微弱海侵过程的不同沉积相。哈马塔组主要有粉砂岩、细粒砂岩、黑云母页岩夹含砾砂岩,砂岩具许多种类沉积构造,诸如纹理、泥波层理、板状交错层理及羽状交错层理,反映了当时的沉积环境为潮下相、潮汐相及潮浦相,代表了近源、周期性的推进滨线。阿迪迪亚组由粗—细粒坚硬砂岩组成,还可见薄层页岩、含铁粉砂岩,夹薄层含砾砂岩及砾岩,常见交错层理、旋巻层理及倒转交错层理,下部主要形成于季节性溪流侧向迁移,上部反映了潮滨过程中远距离河流沉积。

图 1 西奈中西部地质图Fig.1 Geologicalmap ofW est central Sinai

石炭系乌姆鲍格玛组主要为灰色、粉红色坚硬白云岩层,夹黄赭色页岩、粉砂岩及泥质白云岩。该组分上、中、下三段。下段为含铁锰矿、铁锰粉砂岩、粉砂质页岩、砂质白云岩、杂色页岩、粉砂岩,中段为页岩、粉砂岩、泥质白云岩,上段为砂质白云岩。中、下段间为不整合接触 (图 2)。铀主要赋存于红紫色铁锰粉砂岩、粉砂页岩中。该组在区内厚度变化较大,最厚见于西北地区,达 50 m,往南往东厚度均逐渐变小。乌姆鲍格玛组的沉积与下石炭系海侵海退密切相关,下段为海侵过程中滨海-浅海沉积的产物,中段时期深部开放海陆架局部发生海退,上段海退露出浅滩及沙滩。

图 2 乌姆鲍格玛组中、下段不整合接触面综合示意图Fig.2 Comprehensive sketch map of unconformable contact between lower and m iddle members ofUm Bogma Fm.

石炭系阿布合组为浅黄色、浅红色砂岩夹杂色粉砂岩及泥岩,局部地区可见碳质页岩互层及煤层。阿布合组沉积岩具四种沉积环境,即推进三角洲平原、浅海至近海陆架、滨海—海滩—潮浦相及风积环境。

1.2 构造

阿布泽尼玛地区的构造受苏伊士裂谷及阿奎巴裂谷控制,导致岩石圈板块离散。两大裂谷在演化过程中对该区的构造体系产生了极其重要的影响,导致了区内苏伊土湾渐新世—中新世的裂谷作用以及阿奎巴湾中新世至近代的走滑变形。区内线性构造 (断层、节理)发育,褶皱次之。受断裂影响,本区诸多岩石中断距垂幅几米至 100 m不等。大断裂带常制约着本区峡谷型深沟的位置,深沟相对高程300～400 m。

断裂构造主要有北东向组、南北向 (包括北北西及北北东向)组、北西向组及近东西向组。断裂性质主要有正断层、逆断层及走滑断层。基底断层走向主要为南北向、北北东向、北东向,次为北西向及北西西向。沉积岩中断裂构造走向为北西向、南北向(北北西向)、北东向及东西向。切穿基底及沉积岩的大断裂具有复杂构造史,形成之后大多数不止一次遭受再复活,断层的复活表现在沿断层面中不同类型的擦痕方向不同。

1.3 岩浆作用

区内岩浆作用仅见三种岩浆作用,即早生代后碱性,包括基底及下古生代岩类的 A型花岗岩体;三叠—早侏罗玄武岩席和岩床;后中新世玄武岩及粒玄岩脉。显生宙岩石大量出现熔岩流、岩床、岩脉。火山岩主要有两期,第一期火山岩出现在侏罗系 (年龄为 (182±7)Ma),由玄武岩床及岩席组成,覆盖在古生代地层上部。另一期为玄武岩脉,与渐新世—中新世时代一致(21Ma),与红海裂谷张开有关。

2 铀矿化特征及控矿因素

研究区共发现 7个层位具放射性异常,即寒武系撒拉比特哈迪姆组与基底花岗岩、片岩不整合面上砾岩层;阿迪迪亚组顶部砂岩及砂砾岩层;乌姆鲍格玛组下段底部铁锰矿层;乌姆鲍格玛组下段顶部杂色黑色页岩层;乌姆鲍格玛组中段底部泥灰岩、页岩及粉砂岩层;阿布合组粉砂岩层;第四系冲积物层。据初步研究,有些层位中铀潜力较大,诸如乌姆鲍格玛组下段底部铁锰矿层,乌姆鲍格玛组中段底部杂色及黑色页岩层 (体)及相应的泥灰岩、页岩、粉砂岩层,阿迪迪亚组顶部砂岩、砂砾岩层。

2.1 乌姆鲍格玛组下段底部铁锰矿层中的铀矿化

乌姆鲍格玛组下段底部的铁锰矿层主要由陆源碎屑物 (粉砂岩、砂岩及页岩)和铁锰矿体所组成,还含有少量砂质白云岩。该层为富含铁、锰、铀或铁锰矿体的沉积岩层,主要位于早期海侵所形成的不整合面上。铁锰矿层层位较稳定,沿延伸方向岩性及岩相变化较小,碎屑岩与铁锰矿体呈互层产出,铁锰矿体沿剖面方向 (厚度方向)常与碎屑岩叠加在一起,接触界面清晰,产状基本一致,倾角缓,一般 0～15°。

(1)铀矿化及富铀层空间分布与铁锰矿体基本一致,均赋存于水动力条件相对平静的封闭、半封闭古浅海地区。野外已经证实,比较好的铀矿化分布于含铁粉砂岩及铁锰矿体中。

(2)乌姆鲍格玛组下段底部的铀矿化与铁锰矿体几乎处在同一含矿层位,其产状均与地层产状相似。

(3)铀主要分布在铁锰矿体边部,其含量往中心呈带状降低趋势。U与 Fe关系极为密切,均产于铁锰矿体边缘部位,但 U与Mn在铁锰矿体中却呈负相关关系,因而在锰含量高地区,铀矿化不会富,富铀矿化往往在锰含量较低的含铁粉砂岩中。

(4)铀矿化的富集与 Fe的氧化程度有关。氧化程度较高的铁锰矿体边缘,铀矿化也较高,如在大量出现樱桃红及紫红色氧化铁表面时,可见品位较高的工业矿体。

(5)在铁锰矿体中极难发现原生铀矿物,大多数为超显微粒状及吸附状次生铀矿物,主要被铁氧化物,如褐铁矿等吸附。

(6)含铀矿化的铁锰矿体及含矿层中的伴生元素与贫铀矿化铁锰矿体及非铀含矿层基本一致,Cu 18×10-6～198×10-6,Pb 140×10-6～403×10-6,Zn 51×10-6～199×10-6,Y 69×10-6～719×10-6及 Sr 49×10-6～604×10-6含量均较高,说明均来自同一母岩。

(7)含铁粉砂岩中铀矿化往往见于层间构造发育部位,沿层面可见黄钾铁矾及钒钾铀矿。

(8)铁锰层中铀矿体形态主要为层状、似层状及透镜状,次为不规则状,如蛋壳状、树枝状等。不规则状铀矿体与部分氧化—还原有关。

2.2 乌姆鲍格玛组中段底部杂色 (黑色)页岩中的

铀矿化

杂色、黑色页岩颜色较复杂,矿物成份主要有石英、高岭土、蒙脱石、石膏、石盐、铁氧化物、铜氧化物及碳酸盐等。根据对比,地表杂色页岩及近地表黑色页岩均为同一岩层同一岩性不同氧化—还原条件下产物。

乌姆鲍格玛组中段底部杂色、黑色页岩中可见两种铀矿化类型,一种赋存于氧化—还原带中,这在地表裸露的杂色页岩中常见。另一种赋存于次生氧化物夹层中。

第一种铀矿化颜色艳丽,层间裂隙发育。此种铀矿化中U,Cu,V,Fe,Pb及 Zn等次生矿物含量较高,诸如氯铜矿、孔雀石、黄钾铁矾、自然硫、褐铁矿、水针铁矿、铜铀云母及钙铀云母等。铀矿体与地层产状基本一致,呈似层状及透镜状,倾角较缓,为 0～15°。在铀矿化较好地区,诸如阿若加地区,铀矿体长80～100 m,厚 1.5～4 m,品位 1 200 ×10-6。

第二种铀矿化见于乌姆鲍格玛组下段顶部黑色页岩与沿层间裂隙带渗滤的地下水及氧形成的褐色氧化带界面上。局部地段在红色氧化带的前缘及黑色页岩交界面上可见铁铀云母与石膏及自然硫。铀含量为 100×10-6～400×10-6。

上述两种铀矿化类型均含有许多伴生元素,如阿若加地区 As 212×10-6,Ba 2 620×10-6,Cu 2 150×10-6,Pb 320×10-6,Zn 97×10-6,Mn 1 200×10-6,Ni 42×10-6,Ti 3 000×10-6,V 503×10-6,Y 195×10-6。有些伴生元素含量较高,但原岩(黑色页岩)中这些元素的含量也较高,如阿若加贫铀黑色页岩中 Co nd—17×10-6,Ni 13×10-6～24×10-6,Zn 199×10-6～305×10-6,Pb 301×10-6～810×10-6,Cu 415×10-6～519×10-6,Ba 37×10-6～158×10-6,Sr 44×10-6～61×10-6,Rb 44×10-6～61×10-6,Sc 2×10-6,V 2×10-6～26×10-6,Y 27×10-6～30×10-6,说明铀矿化伴生元素来源于原岩。

2.3 撒拉比特哈迪姆组与基底花岗岩不整合面上的铀矿化

含矿岩性为铁质砾岩层,厚 60 cm左右,往上变为含铁细粒砂岩。具铀矿化异常地区可见弱红化现象。它们均来自含铀钍重矿物,诸如锆石、独居石、光彩石、硅钛铈矿等。铀矿化沿不整合面呈不均匀分布,常呈团块状或不连续状产出,矿化范围不大(砾岩中铀矿化长为 0.5～16 m),但钍矿化面积较大,强度较高,有时可达 697×10-6～1377×10-6,有些地区 eTh/eU比为 42～2 754。此种矿化类型属铀-钍混合型以钍为主的矿化。

2.4 寒武系阿迪迪亚组顶部 (靠近不整合面)中的铀矿化

含矿岩性为含铁砂岩及含砾砂岩,层理发育,纹理厚约 1～5 cm。铀矿化与褐铁矿化有关。矿石中可见诸多伴生矿物,如磷钇矿、水磷钇矿、光彩石、及纤磷钙铝石等,有些地区沿层面还可见及黄钾铁矾。此种类型的铀矿化为 100×10-6～1 000×10-6不等,呈透镜状及似层状产出。

2.5 乌姆鲍格玛组中段的铀矿化

含矿岩性为泥灰岩、页岩及粉砂岩。矿体呈似层状及透镜状,在有些地区与下伏杂色页岩中铀矿化连为一体。矿体产状与地层产状一致。铀含量为200×10-6～800×10-6。根据对乌姆鲍格玛组中段具铀矿化及贫铀矿化泥灰岩及其夹层页岩分别取样进行化学分析,发现伴生元素种类相似,且这些元素含量有比例地下降或上升。如 Cu,Pb,Zn,Ba,Sr等元素在原岩中含量较高,在具铀矿化的岩性中对应元素含量成比例地增高或降低。但原岩中含量较低的 Sc,Co,Cr及V等元素,在具铀矿化及贫铀矿化的岩性中无明显的增高或减少的迹象。

2.6 阿布合组粉砂岩中的铀矿化

阿布合组粉砂岩中的铀矿化属于三水铝石型铀矿化类型。铀矿化与层间构造带中白色三水铝石有关,延伸较小,与层面产状一致。铀矿化长度几米至十余米不等,宽度 15～40 cm,品位较低,为 100×10-6～200×10-6,有时可达 400×10-6。此种铀矿化类型规模小,品位低,分布零散,不具工业价值。

2.7 古河道型铀矿化(第四系沉积物中的铀矿化)

含矿岩性及矿石主要来自乌姆鲍格玛组中段及下段的富铀层 (铀矿体),宽 3～7 m,深 3～5 m,具明显的“V”型剖面。除矿化卵石外,还可见及非矿化卵石,如阿布合组的粉砂岩及砂岩等,其表面常具铁锰膜及次生铜矿物,卵石分选性差,粒度大小不一,由近源细粒岩屑及粘土松散胶结。铀含量 100×10-6～1 500 ×10-6不等。

3 铀成矿规律

阿布泽尼玛地区铀矿化的主要层位为阿迪迪亚组上部,乌姆鲍格玛组下段及乌姆鲍格玛组上段的黑色页岩。铀的含矿岩性主要为三水铝石层、含铁-锰粉砂岩及杂色页岩、黑色页岩。黑色页岩中含有U-Fe磷酸盐矿物铁铀云母。不同矿化类型中铀矿体中的微量元素的分布具有一定的意义。微量元素Ni,Y及Ba等在铁锰粉砂岩型铀矿体中的含量比其他类型中的要高;V,U及 Cr通常在杂色、黑色页岩型铀矿体中更为富集;Zn,Pb,Cu在三水铝石型铀矿体中含量更高;铁锰粉砂岩中 Y的含量较高,是由于其中所含的磷钇矿所致,同时磷钇矿中还含有铀及重稀土。

该区铀矿成矿规律如下:

(1)富铀层位于古陆边缘水动力条件相对平静的封闭、半封闭海盆中,与铁锰矿物形成环境相似。

(2)主要铀矿体形成于地壳抬升剥蚀期。矿岩时差较大。

(3)富铀层形成于下石炭系湿热—干热古气候条件下,主要铀矿体形成于干热的古气候条件。

(4)主要控矿因素为沉积成岩成矿,构造控制及氧化—还原成矿。

(5)铀矿体位于富铀层中,品位较低,但若有叠加时,品位会变高,厚度会变大,矿体可能会延伸至不同层位。

(6)铀源主要来自蚀源区,即铀矿主要来自附近,成矿过程中呈“塔式”堆积。

(7)矿床成因。同生沉积、后生叠加 (复成因),成矿模式见图 3。

图 3 阿布泽尼玛地区铀成矿模式Fig.3 Metallogenetic model for uranium in Abu Zen ima Area

黄世杰.1997.古河道砂岩型铀矿成矿若干问题探讨[J].铀矿地质,13(4):193-201.

吴柏林.2006.世界砂岩型铀矿特征、产铀盆地模式及其演化[J].西北大学学报:自然科学版,36(6):940-947.

曾文乐,张运涛.2009.埃及西奈半岛西南部 UmBogma地区三水铝石体与铀矿化关系[J].矿物学报,29(4):502-506.

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Uranium Metallogeny and Ore Controll ing Factor i n Abu Zen ima D istrict,S inai,Egypt

ZHANG Yun-tao1,2, PEIRong-fu1, ZHANG Xiao-ping2, ZHENGWen-le3,WANG Hao-lin1, HUANG Fu-zhen2, SHAO Chang-liang4
(1.Institute ofMineral Resources,CAGS,Beijing 100037,China;2.Geologic PartyNo.264,JiangxiNuclear Industrial Geological Bureau,Ganzhou,JX 341000,China;3.Jiangxi Nuclear Industrial Geological Bureau,Nanchang,JX 330046,China;4.North China Geological Exploration Bureau,Tianjin 300171,China)

The Sinai Peninsula is well-known with ferromanganese,copper,uranium,kaolinite and quartz sands and etc.in Egypt.Among them,uranium mineralization is closely related with copper and ferromanganese in space.Based on detailed field investigation and study inmetallogenetic region inAbu Zen ima district,uranium metallogeny has been analyzed,7 uranium host strata are delineated and uranium distribution regularity has been summarized.Syngenetic sed imentation but epigenetic superimposed and transfor med metallogeneses are concluded.

Abu Zenima district;uranium mineralization;distribution regularity;host strata

P619.14

:A

:1674-3504(2010)04-339-06

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.04.006

2010-10-26

张运涛 (1967—),男,地质高级工程师,博士生,主要从事矿床学研究。E-mail:zhangyuntao264@163.com