郭家坪矿床地质特征及铀成矿机理分析

2015-12-02夏小亮张吾林江西省核工业地质局二六七大队江西九江332000

江西建材 2015年21期

■夏小亮，张吾林 ■江西省核工业地质局二六七大队，江西九江 332000

1 区域地质特征

江西省修水县郭家坪铀矿床位于扬子准地台的江南台隆之修水—都昌台陷的修水——武宁凹褶断束内的修水复向斜西端(图1-1)。修水复向斜由三个雁形排列小向斜组成(东港—董坑向斜、东津—杭口向斜、修水—庙岭向斜);郭家坪铀矿位于东港—董坑向斜南翼的上震旦——下寒武系地层中。

图1-1

1.1 区域地层

区域出露的地层主要有:(1)中元古界双桥山群构成区域褶皱基底。其岩性为一套巨厚的海相浊流沉积为主的复理石建造或类复理石建造及火山—火山碎屑沉积建造的泥砂质、浅变质岩系，金、铀含量较高，广泛分布于九岭山、九宫山一带，构成九岭复背斜、九宫山复背斜核部地层。(2)震旦系地层。分布于修水—武宁复向斜两翼，呈角度不整合于双桥山群之上，分为下统硐门组和南沱组，上统陡山沱组和灯影组，属浅海—潮坪相的硅质泥砂质碳酸盐建造，岩性为含泥硅质白云岩、硅质岩。

1.2 区域构造

区内基底褶皱复杂，以近东西向展布的修-武复向斜表现最强烈;盖层褶皱开阔，两翼基本对称。断裂构造发育，空间展布上大体可归纳为NNE 向、NEE 向、NW 向三组。(1)NEE 向构造，主要为加里东期构造活动的产物，一般平行或近于平行基底褶皱的轴向，控制着地层的发育，岩浆岩的活动及断陷盆地的展布，如古市—德安深断裂，渣津—柘林大断裂等。(2)NNE 向断裂为区域上的郯庐深大断裂西枝，其规模较大，斜切基底和盖层褶皱，从加里东—喜山期(燕山期活动最强烈)多期多次活动，它控制了本区铀矿床、铀矿化的空间分布。(3)NW 向构造规模小，分布零星，切割NNE 向构造，形成较晚，为喜山期产物。

1.3 区域岩浆岩

区内岩浆岩受大断裂控制，总体呈东西向带状分布。岩浆活动始于晋宁期，终于燕山晚期，以燕山期活动最强烈，主要分布于九岭山、幕阜山、九宫山一带。九岭山以晋宁期的九岭富斜长花岗杂岩体为主，呈岩基产出，为复式岩体。幕阜山岩体主要为燕山早期的中粒二云母花岗岩、中粒斑状二云母花岗岩，岩石易风化，伟晶岩脉发育，燕山晚期的细粒黑云母花岗岩及煌斑岩、花岗斑岩、石英斑岩呈岩株、岩脉侵入其中，该岩体铀含量较高，铀异常点带较多。

2 矿床地质特征

2.1 地层岩性

区内主要出露地层主要有震旦-寒武系及第三系，地层总体走向NEE 向，倾向NNW，倾角15°左右。震旦系分布于区内南部，分为下硐门组(浅表海相碎屑沉积的长石石英砂岩)和南沱组(冰水沉积的冰碛砂岩)，上统陡山沱组(浅海潮坪相还原环境下的碳酸盐细碎屑沉积物)和灯影组(浅海相的含炭硅质岩为主)，岩石中富含黄铁矿且硬、脆、软相间，易形成滑脱构造，是区域上的重要赋矿层位。下寒武系主要分布于区内的中部，为高炭质泥岩。区内的北部及北西部为下第三系武宁群红色砂砾岩。

2.2 矿体特征

区内共圈定工业铀矿体26 个，主要以盲矿体产出，地表除在下寒武系王音铺组地层中局部见铀矿化外，其它地层均未见铀矿化产出。

铀矿体产出主要分布在立新水库以西地区(图2-1)，以东仅见1个工业铀矿体。矿体的产出虽然与断裂构造没有明显的直接关系，但赋矿地段在空间上主要分布于一组近于平行的NE-NNE 向断裂构造的发育地段。

图1-2 郭家坪铀矿床地质简图

区内铀矿(化)体赋存的地层及层位较多，从震旦系下统南沱组—下寒武统王音铺组地层均有铀矿化产出，工业铀矿体主要产于上震旦统灯影组底部及陡山沱组第七层、陡山沱组第四层、下震旦统南沱组地层中。其中陡山沱组第四层为主要赋矿层位。矿(化)体呈层状、似层状产出。

矿体的赋存标高为60m 至280m。变化范围达220m，但主要矿体标高在150m 至240m 范围。矿体一般埋深30m 至150m。

矿体多以层状、似层状、透镜状产出，矿体的延伸与地层产状基本一致，但矿体的厚度变化较大，最小厚度只有0.38m，最大厚度为8.41m，平均厚度1.61m。矿体品位一般为0.05%-0.2%，最高为0.99%，矿床的平均品位0.12%。

矿床铀品位变化系数为133%，为金属组分分布不均匀的矿床。而主要矿体品位变化系数为25.6～69.3%，属金属组分分布均匀的矿体。

矿床厚度变化系数90%，属矿体厚度较稳定的矿床。主要矿体厚度变化系数为51.2-103.8%，一般主要矿体内部厚度变化较小，相对厚度较稳定，而边缘部位的矿体厚度变化过大，造成整个矿体厚度变化大。

2.3 矿石结构、构造及矿石类型

矿石结构主要有不规则环状结构、条纹状结构、似脉状结构、星散状结构等四种。矿石构造有角砾状、浸染状、条带状、细脉及脉状构造等。

根据矿体赋存的不同岩性特征，区内可划分出三种不同的矿石类型:微晶白云岩型矿石、冰碛砂岩型矿石及含碳硅泥岩型矿石。

⑴微晶白云岩矿石:矿体主产于陡山沱组地层中，矿石为微晶白云岩，主要由碳酸盐(白云石)、暗色矿物、石英及金属矿物(黄铁矿、闪锌矿等)组成，碳酸盐占70%以上，呈微晶颗粒状，暗色矿物定向排列，使岩石显条带状构造。镜下观察，岩石中的碳酸盐有两期两种成分，早期碳酸盐(白云石)为微晶粒状，颜色较暗，后期的碳酸盐(也为白云石)较干净，呈脉状穿插在早期的碳酸盐中(照片2-1、2-2)。

照片2-1 岩矿照片

照片2-2 岩矿照片

⑵冰碛砂岩型矿石:矿石为南沱组冰碛砂岩、粉砂岩，深灰色、灰绿色，粉砂泥质结构。碎屑成份主要是石英，个别长石，其次为泥岩、碳质泥岩、泥硅岩、硅岩等，含量占50%以上，碎屑粒度为0.01-1mm 以粉砂及砂级碎屑为主，少量砾石大于2mm，多为硅岩、花岗岩、泥硅岩等。碎屑呈棱角状分选性差。胶结物由泥质物水云母及铁质氧化物组成，呈基底式胶结。

⑶硅泥岩型矿石:矿体主要赋存于灯影组中部地层中，原岩为硅质岩或泥质硅岩，隐晶质或泥质结构，显微条带状构造，岩石由晶质、非晶质硅质物及泥状物质(高岭石)组成，含少量水云母，泥质物被铁的氧化物浸染呈褐黄色，隐晶石英重结晶，此外还偶见方镁石。

矿石化学成分见表2-1，2-2。

表2-1 郭家坪铀矿石化学成分表

核工业北京铀矿地质研究院2009 年

表2-1 郭家坪铀矿石微量元素含量表

核工业北京铀矿地质研究院2009 年

表2-1、2-2 反映出围岩与矿石的化学组分和微量元素含量基本一致。但部分元素在矿石中略呈增高之趋势，总的反映了成矿过程中没有较大的元素带进或带出，从而说明了区内是以同生沉积成岩成矿为主和后期的热液改造叠加作用相结合的成矿特点。

2.4 铀矿赋存状态

铀主要以沥青铀矿和少量的铀石的形式存在，铀矿物主要有三种形式分布:1、围绕在黄铁矿的周围分布;2、围绕在闪锌矿的周围及闪锌矿的裂隙中分布;3、围绕在岩石中的微裂隙和岩石中的空洞分布。

2.5 围岩蚀变

矿床内蚀变主要有碳酸盐化、硅化、红化等蚀变现象，它们与矿化有着一定的联系。碳酸盐化现象在矿床岩层中发育普遍，有成岩期和成矿期方解石脉，前者往往呈白色，顺序发育较好，规模较大，与矿化无关，后者呈肉红色，与矿化有关。在ZK4809 孔矿化岩芯中见其交代围岩的现象(如图2-2)，原岩被溶蚀形成孔洞。

图2-2

硅化现象在岩层中也较为发育，外貌与一般炭质泥岩无异的岩石，硬度却明显大于小刀，显微镜下可见平行层面的石英细脉，这种硅化蚀变发育在矿体附近，对找矿有一定的指示意义。

红化是指云雾状赤铁矿质点对构造破碎带的破碎岩、角砾岩及碳酸盐充填物浸染而造成岩石发红的现象，一般比较轻微，常与黄铁矿化相伴生，可作为富矿石的找矿指示标志。

3 铀成矿机理分析

3.1 成矿作用

碳硅泥岩型铀矿床的成矿是多种成矿作用叠加的结果，认真分析郭家坪地区的铀成矿地质特征并与邻区的董坑铀矿床类比，我们认为区内铀的成矿是一个复杂的过程，是多种成矿作用叠加的结果。既有同生沉积成岩成矿作用的预富集、又有地下热液(岩浆热液?)改造成矿作用的叠加、也不排除有地表水和地下水淋积成矿作用的存在。

3.2 成矿地质条件

认真研究分析郭家坪地区的地质背景和铀矿化特征，我们认为区内有较好的铀成矿地质条件，是碳硅泥岩型铀矿找矿的有利地区。

3.2.1 区域成矿条件

赣西方北地区是我国重要的碳硅泥岩型铀矿的成区内，郭家坪地区位于该成区内的西段，即董坑铀矿床的外围，与其有类似的铀成矿地质背景，处于区域铀成矿的有利部位。

3.2.2 铀源条件

区域内岩浆活动强烈，自晋宁期限至燕山期均有岩浆活动，特别是燕山晚期的幕阜山岩体是区域上的富铀岩体，另外上震旦～下寒武系地层也是重要的富铀层，特别是下寒武系地层比正常沉积岩中铀的丰度值高出12 至15 倍，区内上震旦下寒武系地层发育，从而说明区内铀源条件充足。

3.2.3 岩相古地理条件

区内自晚元古代至早古生代一直处于古陆边缘的陆海—潮坪环境，形成了一套含铀碳硅泥岩沉积建造和有利于铀富集成矿的岩性系列组合。如上震旦系陡山沱组下部的灰黑色含炭泥质白云岩(底板)——中部灰白色富含黄铁矿的微晶白云岩(产矿层)——中上部硅质白云岩(顶板)组合。该岩序组合由于在物质成分、机械物理性质等方面的差别，利于成岩期后层间构造的发育，提供成矿的有利空间和地球化学障壁，起到控制铀的成矿作用。

3.2.4 有利的含矿岩性条件

区内上震旦下寒武系地层不仅是极重要的铀源层而且是极其良好的储铀层。

主要含矿岩层为一套簿-中层状，岩性为泥岩、白云岩、硅岩交替出现，造成了岩层的机械物理性质及物质成分的不均一性，而易形成破碎带和节理、裂隙密集带，特别微细原生裂隙发育，是铀富集的有利场所。

主要含矿岩石的矿物成份主要为白云石，在地下水作用下，白云石溶蚀，形成较发育的空洞及间隙，是铀的有利容矿空间，电子探针显示铀矿物就产于岩石的空洞中。

岩石中富含有机质、粘土矿物、黄铁矿、闪锌矿等聚铀剂，特别是黄铁矿、闪锌矿等硫化物，其含量一般为5%-8%，高者达15-20%，矿石电子探针资料表明，铀矿物(沥青铀矿、铀石等)大多与黄铁矿、闪锌矿密切相关。因为硫化物在氧化条件下被氧化，使地下水酸度增大，利于岩石中分散的铀浸出;在还原条件下则又利于含铀地下水中的铀还原沉淀，富集成矿。所以硫化物在铀的成矿过程中既起了氧化剂的作用又起了还原剂的作用。

3.2.5 构造条件

郭家坪地区由于处于区域铀成矿构造带内，经历了多期次的构造运动，断裂构造、层间构造、节理、裂隙带发育，特别是区内铀矿体在空间上主要分布于一组近于平行的NE-NNE 向断裂构造的发育地段。虽然在该组构造带内无明显的铀矿化产出，但不可否认断裂构造在铀成矿过程中的作用。

上震旦下寒武系地层岩性变化复杂，特别是震旦系上统硅质岩、泥岩、白云岩等交替出现，因此在长期的多期次的构造运动作用下，这套地层中层间破碎带非常发育，为铀矿体的赋存富集提供了良好的空间，特别是当陡倾斜的裂隙带迭加于层间破碎带之上，常形成厚度大、品位富的铀矿体。