安徽庐枞火山盆地铀成矿作用研究

2015-03-07邵飞

铀矿地质 2015年6期

邵飞

安徽庐枞火山盆地铀成矿作用研究

邵飞

庐枞火山盆地位于长江中下游成矿带中段，中生代燕山期强烈的火山-潜火山岩浆作用孕育了盆地内的铀多金属成矿作用。研究表明，盆地内铀成矿是潜火山岩侵位后的地质事件，潜火山岩浆活动对铀成矿起主导作用。潜火山岩浆演化晩期的残余相富铀，在石英正长岩中形成晶质铀矿等高温矿物。结合岩石铀含量分析结果，笔者认为石英正长岩可构成铀源体，潜火山岩浆期后热液与铀源体相互作用，促成了成矿流体演化。早期流体以岩浆水为主，成矿期流体为岩浆水与大气降水混合的产物，成矿流体性质由碱性向酸性演化。温度降低及流体的混合作用，促使矿质在成矿有利空间卸载。

铀矿化特征；成矿物质来源；成矿流体系统；矿质卸载；庐枞火山盆地

长江中下游成矿带是我国陆内重要的铜金铁多金属成矿带之一，庐枞火山盆地位于该成矿带中部的安徽省境内，盆地内铁铜铅锌金及铀矿产丰富，其由此构成长江中下游成矿带的重要组成部分。庐枞盆地铁铜金等多金属矿成矿作用研究较深入[1-3]，但铀矿床多局限于成矿地质特征、成矿规律及控矿因素等描述性研究[4-6]。毋庸置疑，庐枞火山盆地铀及多金属热液矿床均是构造-岩浆演化所孕育的产物，成矿作用是成矿物质的“源-运-聚”的链式动力学过程。基于此而开展的庐枞盆地铀成矿作用研究，意在深化对盆地内铀成矿机理的认识，亦为后续研究及铀矿勘查工作提供新的思路。

1 区域地质背景

长江中下游成矿带的大地构造位置处于扬子板块北缘，北西以襄樊-广济断裂和郯庐断裂为界，南东以阳新-常州断裂为界。自晋宁期以来，该带所属地区经历了古生代盖层沉积阶段和中生代板内变形阶段，受特提斯构造域、古太平洋构造域和深部壳幔作用过程复合形成的中生代转换构造背景控制[7]，区内构造的长期作用和活动，形成了断隆区和断坳区的次级构造格局。庐枞盆地即为其断坳区的典型代表。

庐枞火山盆地位于长江中下游成矿带中段，其形态呈NE向延伸的耳廓状，面积约1 000 km2，被NNE向的罗河断裂与NE向长江断裂带的沿江断裂所夹持(图1)。盆地发育于早中生代坳陷基础之上，中生代强烈的火山作用，在盆地内形成了厚达1 000～3 000 m的中性火山岩(橄榄安粗岩系)，火山岩的直接基底为中、下侏罗统陆相含煤碎屑建造。盆地内发育有NNE向、近EW向、近SN向和NW向4组基底断裂构造，这些断裂的形成与演化受制于郯庐断裂带自三叠纪以来频繁的继承性活动[8-9](图1)。

图1 庐枞火山盆地地质略图Fig.1 Schematic geology map of Luzong volcanic basin

庐枞盆地的火山岩由老至新划分为晚侏罗世的龙门院旋回、砖桥旋回及早白垩世的双庙旋回、浮山旋回。火山岩层在平面上总体呈半环形，从盆地北、东部和南部向盆地西部及中心地区由老至新依次分布，产状由边缘向中心倾斜。各旋回末期均有与火山岩浆演化具有连续性、同源性的潜火山岩体侵入，与龙门院、砖桥旋回火山活动关系密切的早期侵入岩主要为闪长岩和二长岩类，双庙、浮山旋回火山岩浆活动之后的晚期侵入岩主要为正长岩类。岩石地球化学特征显示，庐枞盆地火山岩及潜火山岩的成岩物质均来源于上地幔的部分熔融，在岩浆演化、上升侵位(喷发)的过程中，发生了一定程度的陆壳同化混染作用[3,10]。盆地内的火成岩是中国东部中生代燕山期岩浆大爆发的产物，强烈的火山-潜火山岩浆作用孕育了铀多金属成矿作用[1,8]。

2 铀矿化特征

2.1 铀矿时空分布特征

庐枞盆地的铀矿勘查工作始于上世纪50年代末，至90年代初告一段落，先后发现中型铀矿床1个(8411矿床)、小型铀矿床2个(8413矿床、大龙山矿床)、铀矿点及矿化点数十个。它们在空间上绝大多数赋存于盆地东南缘大龙山、城山及黄梅尖石英正长岩体的内外接触带，以外接触带为主(图1)，石英正长岩体内部仅发现少量工业铀矿化。火山岩系内部发现有大量异常点、带，但未揭见有工业意义的铀矿化。

产于黄梅尖岩体北缘外接触带的8411、8413矿床，铀矿化主要赋存于距岩体400 m范围内的中侏罗统罗岭组(J2l)粗中粒长石石英砂岩中，矿体形态呈似层状，矿体产状与赋矿层位产状基本一致(图2)。大龙山岩体南缘的大龙山矿床，铀矿化以陡脉状赋存于贯通石英正长岩与下侏罗统磨山组(J1m)砂岩残留体的北西向断裂破碎带中，工业铀矿段主要发育于残留体砂岩内或正长岩与砂岩接触带近砂岩一侧(图3)。由此可见，庐枞盆地铀矿化与石英正长岩空间相依。

庐枞盆地龙门院、砖桥、双庙和浮山旋回火山岩的形成时间分别为134.8±1.8 Ma、134.1±1.6 Ma、130.5±0.8 Ma和127.1±1.2 Ma，黄梅尖、城山和大龙山石英正长岩体成岩年龄为125.4±1.7 Ma、126.5±2.1 Ma和126.2±1.5 Ma[1,11-12]。8411、大龙山铀矿床成矿年龄为109 Ma、106±2 Ma[6]。据此，庐枞盆地铀成矿是石英正长岩侵位后的地质事件。

2.2 矿石特征及围岩蚀变

铀矿床的矿石以碎裂结构为主，脉状、网脉状、角砾状、团块状及浸染状构造。矿石原生铀矿物主要为沥青铀矿，其次为铀石，见有铀黑、铜铀云母、钙铀云母及硅钙铀矿等次生铀矿物。其他金属矿物为中低温热液矿床的标型矿物，主要有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、红砷镍矿、辉砷钴矿等，脉石矿物为石英、钠长石、水云母、萤石、方解石、绿泥石、重晶石等。

与铀矿化关系密切的围岩蚀变有：硅化、赤铁矿化、黄铁矿化、碳酸盐化、萤石化、水云母化、绿泥石化等，表现为中低温酸性蚀变矿物组合特征。

根据矿床热液蚀变强烈，并具有与沥青铀矿共、伴生的中低温热液矿床标型矿物的特点，庐枞火山盆地的铀矿床应属中低温热液型矿床。

图3 大龙山铀矿床2号勘探线剖面示意图Fig.3 Geological section along No.2 exploration line in Dalongshan uranium deposit

2.3 控矿因素

据庐枞盆地铀矿化的时空分布特点及矿石和围岩蚀变特征判断，潜火山岩浆期后的热液演化造就了中低温热液铀成矿作用过程，铀矿化受正长岩、地层岩性及构造综合控制。

正长岩对铀矿化的控制表现为空间相依、时间相随。高孔隙度、高渗透性的罗岭组中粗粒砂岩为矿质沉淀提供了有利空间，制约了铀矿化的空间定位(黄梅尖岩体外带罗岭组粉细砂岩韵律层均不含矿)。构造对铀矿化的控制表现为两方面，一是贯通岩体与砂岩的构造是含矿流体运移的通道，如8411矿床的F2；二是构造破碎带本身是矿质沉淀的有利空间，尤其是岩体与砂岩接触带、相对松散的砂岩段构造更为破碎，其对矿质沉淀极为有利，如大龙山矿床的F8、F15、F3等(图3)。

3 铀成矿作用

3.1 铀成矿物质来源

3.1.1 岩石铀含量对铀源的指示

成岩年龄早于内生热液矿床成矿年龄的围岩，尽管其原始铀含量经历了成岩后长期的地质-地球化学作用改造，但目前铀含量的高低对内生作用过程中其是否为成矿提供铀源，仍具有重要的指示意义[13]。

由表1可见，庐枞火山盆地岩石铀含量明显高于扬子地块铀含量平均值(3.2×10-6)[14-15]，中性火山岩铀含量达5.10×10-6，石英正长岩铀含量为7.78×10-6，表明岩浆作用使铀得以预富集，庐枞火山盆地也构成了铀成矿物质的汇聚区，其可为成岩后的铀成矿作用提供物质基础。

表1 庐枞火山盆地岩石铀含量(×10-6)

注：据核工业270研究所，1989。

3.1.2 岩、矿石微量元素含量对铀源的指示

庐枞盆地潜火山岩与火山岩的岩浆演化具有连续性和同源性[10]，但其微量元素含量有较大差距，尤其是岩、矿石微量元素含量差距更大(表2)。

表2 庐枞火山盆地岩、矿石微量元素含量(×10-6)

注：据核工业270研究所，1989。

无论是亲铜元素(Cu、Pb、Zn)还是铁族元素(Ni、Cr、V)，其在石英正长岩中的含量均明显低于火山岩，亲铜元素在矿石中的含量呈显著增高。考虑到铀成矿与石英正长岩具密切的时空关联，推认潜火山岩浆期后热液与潜火山岩相互作用，使得铀及亲铜元素自潜火山岩向热液中迁移，即潜火山岩为铀成矿提供物质来源。

3.1.3 高温铀矿物对铀源的指示

2012年在庐枞盆地中部施工完成的科学深钻(ZK01)，在盆地深部(1 500～2 012 m)的正长岩和二长岩岩体内揭见了钛铀矿、铀钍石和晶质铀矿等高温铀矿物，并伴随发育钾长石化、钠长石化、电气石化、硬石膏化等高温蚀变[16]。

晶质铀矿等高温矿物的形成，表明潜火山岩浆熔融的母岩相对富铀，且岩浆分异演化充分，残余相中铀浓度较高，潜火山岩成岩时氧逸度较低。含晶质铀矿的石英正长岩体具有产铀矿的潜力，并且其含有的晶质铀矿可为后来的铀成矿提供物质来源[17-18]。

3.2 成矿流体系统

3.2.1 成矿流体来源

前人利用H、O、S同位素组成，对8411铀矿床成矿流体来源进行了较深入研究，结果表明，矿前期、成矿期及矿后期δ18OH2O值分别为7.0‰、3.3‰及-3.0‰，表现为大量降低的趋势；铀矿脉、蚀变岩带及正常砂岩中黄铁矿的δ34S值分别为2.2‰、5.1‰及12.9‰，表现为明显逐步增高的趋势[19]。据此，庐枞火山盆地铀矿床的成矿流体来源，矿前期以岩浆水为主，成矿期为岩浆水和大气降水相混合的产物。

3.2.2 成矿流体演化

庐枞火山盆地铀成矿与石英正长岩具有密切的成因联系，矿岩时差较小(<20Ma)，铀成矿流体是潜火山岩浆期后热液不断演化的结果。

正长岩中晶质铀矿等高温铀矿物的存在，表明潜火山岩浆演化晚期的残余岩浆富铀。与高温铀矿物生成相伴随的高温碱性蚀变，预示了残余岩浆作用阶段之后的气水溶液为碱性流体。这种碱性岩浆期后热液与石英正长岩相互作用，不仅使得岩石中的铀向热液中迁移，富含钠质的碱性热液也有利于岩石中的亲铜元素发生活化转移[20]。随着成矿物质在热液中不断浓集并最终演化为成矿流体，由于固液相之间物质组成的交换，加之大气降水的混入，成矿流体性质也由碱性向酸性演化，成矿期不仅铀卸载，而且伴随着酸性蚀变发生。

3.2.3 成矿流体运移

据庐枞火山盆地铀矿定位空间，成矿流体运移受热驱动明显。一是岩体内部热向外的侧向驱动，使得岩体外接触带成为有利的赋矿部位；二是岩体内部及深部热向上的垂向驱动，使得贯通岩体与砂岩的陡倾构造既构成成矿流体运移的有利通道，又是有利的成矿部位。构造两侧相对疏松的高孔隙度、高渗透性的砂岩韵律层为垂向运移的成矿流体提供了矿质卸载的空间。

3.3 矿质卸载机制

铀从流体中卸载的可能机制较多[21]，通过对庐枞火山盆地铀矿化特征的分析，认为成矿流体温度降低和流体的混合作用，是矿质卸载的两种最重要的机制。

3.3.1 温度降低

由温度降低(冷却作用)促使矿质卸载和矿床定位需要满足两个条件：一是成矿流体中矿质浓度较高；二是成矿流体的温度能够在较局部范围和短距离内有大幅度的下降[22]。

庐枞火山盆地深部晶质铀矿的存在，表明潜火山的残余岩浆热液及由其演化而成的早期成矿流体中铀浓度较高。此外，盆地内富铀矿体及矿床的存在，也为成矿流体中矿质浓度较高提供了间接证据，业已发现的3个铀矿床有2个矿床揭见到富矿体(带)。8413矿床品位大于0.3%的铀资源量占矿床总资源量的43.6%；由一、三和七号矿带组成的大龙山矿床，一号矿带平均品位0.81%，三号和七号矿带平均品位均大于0.3%。盆地内业已揭见的铀矿化，垂向矿化幅度为200～500 m，矿化赋存于成矿流体运移的构造通道本身或距石英正长岩体400 m范围内的外带砂岩中[23]。铀矿化赋存空间特征表明，成矿流体的温度在较局部范围和短距离内大幅下降，并由此促使矿质卸载。

3.3.2 流体的混合作用

流体的混合作用历来被认为是铀从成矿流体中卸载的重要机制，混入的流体通过冷却、中和、氧化-还原等方式破坏了原成矿流体的化学平衡，促使矿质卸载[21]。由于流体-流体间的反应速度远比流体-固相间的反应速度快，因而流体混合作用对矿质卸载的效果更为明显[24]。

前人对庐枞火山盆地铀成矿流体来源的研究结果表明，在残余岩浆热液基础上发育演化而成的成矿流体，矿前期以岩浆水为主，成矿期为岩浆水和大气降水混合的产物。庐枞盆地月山矿田铜金矿床及龙桥铁矿床成矿期成矿流体亦为岩浆水与大气降水混合的产物，且大气降水的混入量不超过30%[3,22]。由此可见，盆地内流体的混合作用是铀及多金属矿质卸载的较普遍机制之一。

4 结论

(1)庐枞火山盆地的火成岩是中国东部中生代构造-岩浆作用的产物，受中国东部中生代燕山期地球动力学背景的制约，燕山期强烈的火山-潜火山岩浆作用孕育了铀多金属成矿作用。

(2)盆地内业已探明的工业铀矿化受石英正长岩、地层岩性及构造综合控制，但潜火山岩浆活动对铀成矿起主导作用，铀矿与石英正长岩具密切的时空关联，表现为时间相随、空间相依。

(3)潜火山岩浆演化晚期的残余岩浆富铀，在火山盆地深部石英正长岩中形成晶质铀矿等高温矿物，结合岩石铀含量分析结果，认为石英正长岩构成铀源体。岩浆期后热液与铀源体的相互作用促成了成矿流体演化，即庐枞火山盆地铀成矿流体由残余岩浆热液演化而成，在演化过程中有大气降水的混入，至成矿期时，成矿流体性质由碱性演化为酸性。

(4)温度降低及流体的混合作用，是庐枞火山盆地铀成矿作用过程中矿质卸载的重要机制，其制约了铀矿化的空间定位。

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(核工业270研究所，江西南昌 330200)

Study on Uranium Metallogeny in Lu-zong Volcanic Basin in Anhui

SHAO Fei

(ResearchInstituteNo．270，CNNC，Nanchang，Jiangxi330200，China)

Lu-zong volcanic basin is located at the middle section of uranium metallogenic belt of middle and lower reaches of Yangtze．Volcanism and sub-volcanism in Yanshan stage of Mesozoic generated uranium multimetal metallogenisis in the basin．Uranium metallogenesis in the basin was a consequent geological event after subvolcaism．Magmatism of subvolcanism played leading role in the metallogenesis．Uranium is rich in residual hydrothermal solution in late stage of subvolcanic magmatism，and produces xenothermal minerals of uraninite etc in quartz syentie．Quartz syenite is considered as uranium source based on analytical results of uranium content．Steam hydrotheral solution in post subvolcanic magmatism reacted with uranium sources to promote evolution of metallogenic solution．In the early stage of metallogenesis，magmatic water was the main component of the fluid，and mixed with meteoric water in ore-forming stage．Mineralization fluid changed from alkaline to acid．Temperature descendent and fluids mixture caused the ore mattes to unload in favorable metallogenic spaces．

characteristics of uranium mineralization; metallogenic source; metallogenic fluid system; unloading of minerals; Lu-zong volcanic basin