我国火山岩型铀矿找矿预测地质模型的构建与应用

钟福军，潘家永*，夏 菲，张 勇，刘国奇，刘 颖，邢兴庆，孙 冉

(1.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室培育基地，江西南昌 330013;2.辽宁省核工业地质局二四一大队，辽宁丹东 118100)

火山岩型铀矿床是指产于陆相酸性、中酸性和碱性火山岩、次火山岩和火山-沉积碎屑岩中，在成因上、时间上和空间上与陆相火山活动有关的铀矿床。它是我国四大工业类型铀矿床之一，约占全国已有铀资源总量的20%(余达淦，等，2005;方锡珩，2009)。前人对我国火山岩型铀矿床的热液系统、成矿作用、资源潜力等方面进行了详实的研究，但对该类矿床的找矿预测地质模型方面研究较为薄弱，未提出一个较为完善的火山岩型铀矿床找矿模型。作者在叶天竺先生提出的“矿床找矿预测地质模型”理论基础之上，结合相山铀矿田危机矿山项目科研成果与前人成果资料，构建了火山岩型铀矿床的找矿预测地质模型，并阐述了模型的使用说明和应用流程，为火山岩型铀矿找矿勘查区的深部与外围勘查工作提供重要的依据。

1 找矿预测地质模型理论

矿床找矿预测地质模型是指应用地球化学、矿物学、矿床学等基本科学理论，理清成矿作用基本理论问题，并以此为基础，构建以成矿地质体、成矿构造及成矿结构面、成矿作用特征标志为研究内容的理论方法体系①叶天竺.2013.勘查区找矿预测理论与方法［M］.国土资源部矿床勘查技术指导中心。。其研究内容包括:

(1)成矿地质体:指形成矿体(床)的成矿地质作用的实物载体。包括自然岩石组合(建造)和形成环境(构造)。

(2)成矿构造和成矿结构面:指矿体赋存的空间位置。包括构造界面、岩性和地质体界面、物理化学转换界面。成矿构造系统按地质作用分为沉积、火山、侵入、断裂、褶皱、复合等多种类型，此外还包括成矿后构造。成矿结构面按照六类构造系统进一步列出不同结构面类型。

(3)成矿作用特征标志:指成矿作用过程中成矿物质迁移沉淀过程的宏观和微观的特征标志。

2 成矿地质背景

火山岩型铀矿床主要分布于古老地盾的边缘带、地台活化带、中间地块带与冒地槽褶皱带(余达淦等，2005)，在时空上与某一时期的火山活动有关。我国的火山岩型铀矿床则主要产于地台活化带内的塌陷式与断陷式火山盆地中，盆地外围常产出中新生代断陷红盆或断陷含煤碎屑沉积盆地，如赣杭火山岩铀矿成矿带。铀矿床中铀往往与其他多金属矿伴生或共生，如U-Mo组合、U-F组合、UFe组合、U-Be组合、U-Au组合、U-Zn/Pb组合等铀-多金属组合。产铀火山盆地包含盆地基底与盆地盖层两个组成部分，盆地基底有变质基底和花岗质基底，盆地盖层为中新生代火山岩盖层，花岗质基底往往比变质基底铀预富集程度往往更高，更有利于成矿。

3 成矿地质体

由于火山岩型铀矿形成时代晚于赋矿围岩，成矿流体来源与性质具多样性特征，所以此类矿床的成矿地质体暂时难以准确厘定。然而，此类铀矿床的赋矿围岩又制约着铀矿床的形成与铀矿体的展布，因此，查明赋矿围岩的特性与含矿性，同样有助于勘查区的找矿工作。

火山岩型铀矿床的赋矿围岩为富U，Th的中酸性或碱性火山岩、次火山岩与火山-沉积碎屑岩。从爆发相的火山碎屑岩到溢流相的熔岩、火山口相的碎裂角砾岩、火山角砾杂岩、熔结凝灰岩，再到次火山侵入相的斑岩均可成为火山岩型铀矿床的赋矿围岩。此外，在火山作用下形成的隐爆角砾岩也可成为有利的赋矿围岩。依据赋矿围岩岩石类型火山岩型铀矿可分为三个亚类，即火山熔岩型铀矿、次火山岩型铀矿及火山-沉积碎屑岩型铀矿(见表1)。在同一矿田内，多种铀矿床亚类可同时产出，如相山铀矿田中的邹家山矿床(火山熔岩型铀矿床)与横涧矿床(次火山岩型铀矿床)。

赋矿围岩岩石地球化学特征为富硅、富碱，K2O＞Na2O，贫 Ca，铝过饱和(A/CNK介于1.02～1.16)，Th＞24×10－6，U为(5～40)×10－6，Th/U＞3。稀土配分曲线右倾，富含轻稀土，Eu亏损明显;δEu＜0.5，LREE/HREE小，(La/Yb)N小(陈贵华等，2001)。同位素年代学研究表明，其成岩年龄为(93～143)Ma(余达淦，1992;刘飞宇等，2009;杨水源，2013)②，形成于燕山晚期。赋矿围岩的破碎程度及其所处的构造变异部位会影响赋矿围岩成矿的潜力，破碎程度越高，赋矿围岩成矿潜力越大。

在找矿勘查工作中，有利赋矿围岩的存在与否、空间形态、剥蚀程度等因素直接影响着找矿的效果，因此对赋矿围岩的识别极为重要。可从以下8个方面进行有效判别:

(1)富硅、富碱、K2O＞Na2O、铝过饱和(A/ CNK介于1.02～1.16)、钙铁镁含量偏低的特征;

(2)U，Th含量高是赋矿围岩的重要特征;

(3)含铀次火山岩的Mo与Ag含量高，Mo为(2～60)×10－6，Ag为(1～10)×10－6，可作为指示元素(余达淦等，2005);

(4)源区为壳源或壳幔混合源，且原岩为泥质岩往往有利于成矿;

(5)成岩年代为(93～140)Ma，形成于燕山晚期;

(6)岩石碎裂程度高，裂隙密集;

(7)产于火山岩带的隆起亚带，剥蚀程度较低，火山岩系层序完整，酸碱蚀变强烈;

(8)产于火山塌陷盆地和火山沉陷盆地内，成因上与火山活动有关。

4 成矿构造系统与成矿结构面

4.1 成矿构造系统

火山岩型铀矿床的成矿构造系统包括断裂构造系统与火山构造系统，它们共同控制了铀矿田、铀矿床集中区及铀矿床的空间展布。不同级别的成矿构造系统控制着不同级别、不同规模的铀成矿作用，体现在三个方面:

(1)区域性深大断裂构造控制着铀矿田的发育。区域性深大断裂构造运动伴随着强烈的火山活动，在控制火山盆地的产出时，也制约着火山岩型铀矿田的空间定位。深大断裂活动周期长，切割深度大，控制着多期、多次的火山活动和火山构造的展布，是深部含矿物质迁移的驱动力和矿液上移的通道(郑一星，1988)。火山盆地产于多条断裂构造交汇处，在区域上是地壳表层最为薄弱之处，利于热液的循环，矿质的运移，由此构成了铀矿床的成矿构造环境。如赣杭构造带，由东往西依次控制着大洲铀矿田、盛源铀矿田、相山铀矿田(图1)。

图1 区域深大断裂与铀矿田分布示意图(邵飞等，2010，略改)Fig.1 The relationship between the regional deep fault and uranium ore field

(2)矿田级构造控制着铀矿床集中区的空间展布。火山盆地内发育的矿田级构造系统控制着铀矿床集中区的空间展布。铀矿床集中区受火山塌陷构造、环状构造、放射状构造、次火山侵入构造、隐爆角砾岩筒构造等火山构造的控制，集中区可以受一类或多类火山机构的控制。如相山铀矿田北部铀成矿集中区受北东向断裂构造与火山塌陷构造联合控制(图2)。火山构造区是岩浆活动强烈区，也是天然的热源，为后期岩浆活动提供良好的空间，也为热源及矿质提供了良好的运移通道。长期的岩浆活动促使早期形成的岩石中铀的活化迁移，对铀进行了初步富集。

(3)不同级别、不同方向的复合构造联合控制着铀矿床的空间分布。不同级别、不同方向的断裂构造的夹持部位、火山岩/次火山岩体发育区域、断裂构造的复合部位是铀矿床产出的最佳位置。若不同走向、贯穿基底的断裂构造成群、成组出现，则更易形成铀矿床。在多数火山岩型铀矿床中，基底构造、火山机构与成矿期断裂构造联合控矿铀矿床的空间分布②陈正乐，潘家永，刘国奇，等.2012.江西相山铀矿床成矿规律总结［R］.中国地质科学院地质办学研究中心。。例如沽源盆地的460铀钼矿床、大官厂铀矿床受近南北向与北东向断裂构造的联合控制(图3)。

4.2 成矿结构面

火山岩型铀矿床中铀矿体的空间展布受成矿结构面的制约，不同类型的成矿结构面内铀矿体的特征有所不同。成矿结构面主要有三大类:

(1)断裂构造带。断裂构造带是铀矿体的主要就位空间，其次为裂隙密集带。铀矿体往往呈脉状，个别为似层状、层状，矿体的规模主要受断裂构造带规模、活动期次和力学性质的控制。如邹家山矿床的矿体即有赋存于北东向邹-石断裂带及北北东向次级断裂与近南北向裂隙带，在深部还发现矿体赋存于北西向的破碎带内(图4)。

(2)岩性界面。次火山岩内外接触带、岩性界面是铀矿体的赋存部位，如在横涧铀矿床铀矿体富集于次花岗斑岩与打鼓顶组界面(图5)。此外，火山盆地盖层与基底变质岩不整合面也是重要的赋矿部位，铀矿化均产于距不整合面上下400 m～500 m的范围内，富铀矿体更接近不整合面，具有“二层楼”(上叠式盆地)和“三层楼”(继承式盆地)的成矿模式特征(方锡珩等，2012)。

图2 相山矿田北部铀矿床集中区与矿田级构造分布示意图(邵飞等，2008，略改)Fig.2 The relationship between the zone of uranium deposit and ore field structure in north of Xiangshan

(3)隐爆角砾岩体。隐爆角砾岩体是铀矿体的重要产出部位，岩体热液蚀变强烈，多见富铀矿体。矿体产于隐爆角砾岩体内部及边缘，矿体产状与岩筒相近，呈透镜状、脉状，富矿呈同心筒状产于矿床的中心部位，如570矿床(图6)。岩石破碎程度越大，角砾越小，胶结物越多铀矿石品位就越高。

5 成矿作用特征标志

5.1 成矿作用宏观特征标志

5.1.1 铀矿体特征

火山岩型铀矿床中铀矿体有以下特征:

(1)铀矿体多以脉状形式产出，两侧往往发育强烈的热液蚀变;

图5 横涧铀矿床117米中段次火山岩体与矿体关系示意图Fig.5 The relationship between subvolcanic rock mass and ore body in 117m level of Hengjian uranium deposit

(2)矿体规模与裂隙系统有关，受断裂破碎带控制的矿体规模较大;

(3)矿体形态、产状受赋矿围岩岩性与成矿结构面控制较为显著;

(4)在个别铀矿床中，铀矿体具有“双侧伏”规律(方锡珩等，2012)。

5.1.2 铀成矿期

据统计，我国火山岩型铀矿床主要形成于中-新生代，分早晚两期:(120～143)Ma和(65～100)Ma，不同时期的铀矿化对应着不同的构造-岩浆阶段和成矿动力体系。早期为赤铁矿-铀(沥青铀矿)成矿期(俗称红化型)，形成大面积的贫矿体，形成铀-赤铁矿型矿石(碱交代型);晚期为萤石-铀(沥青铀矿)或金属硫化物-铀(沥青铀矿)成矿期(称黑化型)，形成萤石-水云母型矿石，通常叠加在早期的红化型矿体之上，形成富矿体(方锡珩等，2012)，如沽源铀矿田中的460铀钼矿床。

5.1.3 矿化分带特征

图6 570矿床隐爆角砾岩控矿示意图(王玉生等，1990，略改)Fig.6 The relationship between ore body and breccia in NO.570 deposit

在空间上，火山岩型铀矿与其他多金属矿产有着密不可分的关系，它们可同处于同一条成矿带上，如华北沽源-红山子多金属成矿带，成矿带内发育铀矿与众多多金属矿(罗毅等，1997)。在同一矿田或矿床空间内，铀矿与多金属矿以相互伴生或共生的形式产出，如新疆白杨河铀铍矿床(肖艳东，2011)。

在垂向上，铀矿与其他多金属矿形成垂向矿化分带现象。上部为钨锡矿化，中间为铀矿化，下部为多金属矿化，铀与多金属矿局部叠加或伴生(方锡珩等，2012)。在相山铀矿田牛头山地区，铀矿与下覆铅锌银矿在垂向上构成了铀-多金属矿组合(王建国等，2014);在盛源铀矿田，铀矿与多金属矿构成了“三层楼”的成矿模式(胡茂梅，2000)(图7)。

5.2 成矿作用微观特征标志

5.2.1 热液蚀变特征

火山岩型铀矿床中普遍发育热液蚀变，可简单地分为碱性蚀变与酸性蚀变。前者为钾质、钠质交代热液蚀变，分别形成钾化与钠化，俗称碱交代。后者以水云母化-萤石化为主，其次为迪开石化。因此，按热液蚀变火山岩型铀矿床又可分为碱交代型铀矿床和水云母化-萤石化型铀矿床。热液蚀变的规模决定了铀矿化的规模，没有蚀变则无铀矿化(方锡珩等，2012)。在空间上，火山岩型铀矿床发育的热液蚀变以铀矿体、断裂构造、构造裂隙等为中心具有一定的分带性和对称性(刘国奇，2011)。在同一铀矿田或成矿带内，不同类型铀矿床发育的蚀变矿物组合与蚀变分带特征不同，甚至发育多期次酸碱蚀变。

图7 盛源盆地铀及多金属成矿模式图(胡茂梅，2000，略改)Fig.7 the Metallogenic model between uranium and multi-metal in Shengyuan basin

5.2.2 成矿流体特征

矿石脉石矿物石英、萤石等流体包裹体均一测温和冷冻法测试表明，铀矿床主要形成于中-低温条件，成矿温度在150～300℃之间，部分矿床成矿温度表现为高温。成矿流体具中低盐度，介于3%～20%NaCleqv。富含CO2，H2O，CH4，H2，CO，H2S，SO2等多种气体。

成矿流体有两类，即浅成低温成矿流体与深源高温成矿流体(余达淦，1992)。浅成低温成矿流体包括大气降水、混合流体等;深源高温成矿流体包括岩浆热液与地幔流体。据统计，大部分铀矿床成矿流体来源于大气降水或以大气降水为主的混合流体，少数矿床来源于岩浆热液。

5.2.3 铀的迁移与沉淀

铀在热液中的迁移、沉淀方式受Eh值、pH值、温度(T)、压力、CO2和U浓度的影响。不同蚀变类型的铀矿床铀的迁移方式不同。在碱交代型铀矿床中，脉石矿物主要是方解石、石英、萤石，成矿热液以含CO32－的偏碱性热液为特征，热液中铀主要以［UO2(CO3)34－］，［UO2(CO3)22－］方式迁移;在水云母化-萤石化型铀矿床中，脉石矿物以水云母和大量的萤石为特征，成矿热液为偏酸性的热液，铀主要以［UO2(CO3)32－］，［UO2F3－］方式迁移(苏守田等，1982;杨建明，王前裕，1999)。总之，在成矿热液中的铀以碳酸铀酰络合物和氟化物络合物的方式进行迁移。当Eh值、pH值、温度(T)、压力、CO2和U浓度发生变化时，碳酸铀酰络合物和氟化物络合物会发生分解，释放的UO22+会被还原，形成沥青铀矿。

6 找矿预测地质模型的建立与应用

6.1 模型的建立

通过对我国火山岩型铀矿床的成矿地质背景、成矿构造系统与成矿结构面、成矿作用特征标志的归纳分析研究，总结了我国火山岩型铀矿床各参数特征(表2)，建立了我国火山岩型铀矿床找矿预测的地质概念模型(图8)。

6.2 模型的使用说明

为便于找矿预测地质模型在勘查工作中的实际应用，以及根据不同火山岩型铀矿床亚类的特征及时调整找矿模型，需注意以下几点:

(1)表2中各参数特征由我国多个火山岩型铀矿床特征总结而来，并非每个矿床都有各项参数特征;

(2)注意识别不同类型的火山盆地，塌陷式火山盆地成矿条件最佳;

(3)注意区分不同基底类型的火山盆地，剥蚀程度对保矿条件的影响;

(4)铀矿床普遍发育热液蚀变，但具完整热液蚀变分带的矿床较少，不同矿床蚀变分带略有不同，找矿工作应重视热液蚀变发育的类型与规模;

(5)找矿工作应以成矿构造系统与成矿结构面为中心，加强铀-多金属综合勘查;

(6)将找矿模型与不同类型铀矿床成矿模型区分开来，应在成矿模型的基础上运用找矿模型;

(7)模型最好结合遥感、物探、化探等手段，进行综合矿产勘查工作;

(8)找矿模型应根据具体勘查区地质特征加以调整，不能生搬硬套。

6.3 模型的勘查运用流程

从实际勘查应用角度，本文所构建的我国火山岩型铀矿床找矿预测地质模型的勘查运用流程可简要概况为“确、查、明、析、测、填、厘、探、构、勘、建、补”十二个步骤。

(1)确:确定勘查区火山盆地类型，火山构造的发育情况;

(2)查:查明火山盆地基底类型及铀的预富集特征;

表2 我国火山岩型铀矿床找矿预测地质模型参数特征表Table 2 The parameters of prospecting prediction geological model of volcanic-type uranium deposit in China

图8 我国火山岩型铀矿床找矿预测地质模型Fig.8 Prospecting prediction geological model of volcanic-type uranium deposit in China

(3)明:明确勘查区内岩浆-构造成矿系统;

(4)析:分析火山盆地成矿地质条件，明确找矿方向;

(5)测:进行物化探测量，据物化探异常圈定找矿靶区;

(6)填:对靶区进行地质矿产填图，把握区内地质特征;

(7)厘:厘清区内赋矿围岩、成矿构造系统、成矿结构面;

(8)探:应用轻型探矿工程查明地表矿化类型、矿化特征等成矿作用特征标志;

(9)构:在已有找矿模型的基础上，结合实际，构建勘查区的找矿预测地质模型和相关特征参数;

(10)勘:对成矿最有利的区域实施规模性的探矿工程，查明铀矿体赋存位置、形态、产状等成矿作用特征标志，逐步扩大勘探范围，查明矿床、矿体特征;

(11)建:依据所掌握的地质信息结合当前成矿理论，建立矿床成矿模型;

(12)补:在成矿模型的基础上不断完善勘查区找矿预测地质模型和相关参数特征，指导相似区域找矿工作。

陈贵华，杨卫明.2001.中国近东西向中生代火山岩带及其铀成矿作用［J］.铀矿地质，17(1):18-23.

方锡珩，方茂龙，罗毅，等.2012.全国火山岩型铀矿资源潜力评价［J］.铀矿地质，28(6):342-354.

方锡珩.2009.中国火山岩型铀矿的主要地质特征［J］.铀矿地质，25(2):98-104.

胡茂梅.2000.盛源盆地基底特征与铀及多金属矿化［J］.铀矿地质，16(3):150-163.

姜山.2011.河北省沽源-围场地区火山岩型铀矿成矿条件分析［D］.抚州:东华理工大学硕士学位论文.

刘飞宇，巫建华，刘帅.2009.赣杭带早白垩世粗面岩锆石SHRIMP U-Pb年龄及其意义［J］.东华理工大学学报:自然科学版，32(4): 330-335.

刘国奇.2011.相山铀矿田围岩蚀变特征和成矿物质来源探讨［D］.抚州:东华理工大学硕士学位论文.

罗毅，何奕强，陶铨，等.1997.燕辽地区火山热液型铀-金-多金属矿床成矿特征［J］.铀矿地质，13(3):139-146.

邵飞，陈晓明，徐恒力，等.2008.江西省相山铀矿田成矿模式探索［J］.地质力学学报，14(1):65-73.

邵飞，朱永刚，李嘉，等.2010.赣杭构造火山岩带铀成矿规律及深入找矿［J］.上海地质，31(SI):133-136.

苏守田，蒋桂玉，肖葳.1982.一二二○铀矿田成矿温度及沥青铀矿的沉淀环境与机理［J］.放射性地质，(4):300-307.

王建国，陈荣清，谢国发，等.2014.相山铀矿田牛头山地区多金属矿地质特征及找矿远景［J］.世界核地质科学，31(1):23-26.

王玉山，李文君，郑胜昌，等.1990.570矿床控制因素及富矿形成条件［J］.铀矿地质，6(1):1-9.

吴玉.2013.相山铀矿田成矿流体地球化学特征及矿床成因探讨-矿产普查与勘探［D］.南昌:东华理工大学硕士学位论文.

肖艳东.2011.新疆和布克赛尔县白杨河铀-铍矿床成因研究［D］.乌鲁木齐:新疆大学硕士学位论文.

杨建明，王前裕.1999.某地区火山岩铀矿床成矿热液运移形式及沉淀机理［J］.中南工学院学报，13(1):55-60.

杨水源.2013.华南赣杭构造带含铀火山盆地岩浆岩的成因机制及动力学背景［D］.南京:南京大学博士学位论文.

余达淦，吴仁贵，陈培荣，等.2005.铀资源地质学［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.

余达淦.1992.中国东南部火山岩型铀矿成矿构造环境、岩浆岩体系、成矿系列及成矿模式［J］.华东地质学院学报，15(1):11-22.

郑一星.1988.产于火山岩系中和与其有关的富铀矿床［J］.国外铀金地质，(3):1-7.