纳米比亚罗辛铀矿床地质特征、地球化学特征及成矿模式

左立波，任军平，邱京卫，刘晓阳，孙 凯，王 杰，许康康，龚鹏辉

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；2.天津地热勘查开发设计院，天津 300250）

0 引言

纳米比亚铀矿蕴藏量丰富，是世界上主要的铀矿资源国之一。纳米比亚最重要的铀矿床类型为白岗岩型，现已查明的白岗岩型铀矿约占该国铀资源量的80%。白岗岩型铀矿是一种重要的岩浆型铀矿床，闻名于世的罗辛铀矿即为白岗岩型铀矿的典型矿床。目前纳米比亚正在勘探开发的白岗岩型铀矿床有罗辛、罗辛南、瓦伦西亚、Ida穹窿和Goanikontes等矿床。

罗辛铀矿是世界上规模巨大、开采时间最长的露天开采铀矿床之一，矿床位于纳米布沙漠中，在斯瓦科普蒙德北东约60km处。该矿床发现于1928年，1976年开始开采。2009—2013年，铀的年均产量为3 006.8t。2013年的铀产量为2 409t，占世界铀年产量的3.4%。截止2013年底，罗辛铀矿总产铀量为125 862t，用于工业发电。

国外学者对罗辛铀矿进行了大量研究［1－3］，对罗辛铀矿床的地质特征进行了总结，并对矿床成因提出不同观点。国内研究人员［4－7］近几年对包括罗辛铀矿在内的白岗岩型铀矿开展研究，对该类型铀矿的矿物特征及矿石结构构造等进行了详细研究。本文通过对前人研究资料的综合整理分析，力求总结矿床地质特征和控矿因素，提出矿床成因方面的新认识，以期对国内外同类型铀矿的勘查提供参考。

1 成矿地质背景

古生代的罗辛铀矿床以它的年龄、主岩、规模、品位、U／Th比及极低的放射性而著称［1，8－9］，该矿床在整个非洲乃至全球范围内都是非常独特的。纳米比亚最重要的产铀地质构造单元为中部的达马拉造山带，包括罗辛铀矿在内的白岗岩型铀矿主要产于该造山带［3，10］。

1.1 达马拉造山带

新元古代—早古生代的达马拉造山带经过多期次的变形－变质作用，是由刚果克拉通和卡拉哈里克拉通碰撞所形成的。该造山带由两部分组成，即SN向的海岸分支及NE向的陆内分支。陆内分支宽400km，位于刚果克拉通和喀拉哈里克拉通之间，被分成了4个主要的NE向的构造域［11－13］。这些构造域从北西到南东分别为（图1）：①北部台地，由厚的奥塔维组碳酸盐岩序列组成；②北部带，由褶皱的向北逆冲的断陷火山岩、沉积岩和相关的侵入体组成［14］；③中部带，以发育中高级变质岩及大量的侵入岩为特征，被奥马鲁鲁线性构造带分为南北两部分；④奥卡汉贾线理带，将穹窿－盆地模式主导的中部带、南部带及南部边缘带的线性构造相分离；⑤南部带，构成了南东侵入增生楔序列［15］。目前纳米比亚境内发现的白岗岩型铀矿主要发现在中南部区域。

图1 达马拉造山带构造域分带及罗辛铀矿位置［12－13］Fig.1 Map illustrating zoning of the Damara orogen and the location of the Rössing uranium deposit

中部带发育大量的花岗岩和片麻岩，包括基底阿巴比斯眼球状片麻岩、同变质红色花岗岩［16］、塞勒姆花岗岩和晚期－后期构造侵入体，例如Donkerhuk花岗岩［17－19］。与北部带或南部带相比，中部带穹窿构造核部的阿巴比斯片麻岩或埃土西斯组岩石更为发育［12－13，20－23］。奥马鲁鲁线理带将北中带与南中带分隔。南中带包括罗辛、Goanikontes和Ida穹窿地区，发育大量富铀的浅色片状花岗岩。南部带由高温／低压变沉积岩类（上部角闪岩相－麻粒岩相）、广泛发育的花岗岩侵入体、基底片麻岩内露层和NE－NNE向穹窿组成。大量无开采价值或具开采价值的铀矿化点发育在晚期－后期构造花岗岩中［1，9，19，24］，局限于南中带内，看上去与NE向和NNE向的奥马鲁鲁线理带和奥卡汉贾线理带之间穹窿构造有关。

1.2 区域地层

区内主要发育新元古界斯瓦科普群、诺西布群、及前寒武系阿巴比斯变质的基底杂岩（表1）。斯瓦科普群、诺西布群与阿巴比斯变质杂岩之间为不整合关系。

Nash等［25－28］对斯瓦科普群和诺西布群进行了详细描述，认为二者不整合于阿巴比斯变质的基底杂岩之上，并对罗辛附近的奥马鲁鲁线理带进行了阐述。

高度变质的前达马拉期阿巴比斯杂岩由眼球状混合岩化黑云母夕线石花岗质片麻岩、黑云母片岩和角闪岩组成，出露于斯瓦科普和可汗河流地区的穹窿中［27，33］。基底杂岩是多相的，基巴拉花岗质片麻岩最小地质年龄为（1 038±89）Ma（锆石 U－Pb SHRIMP年龄［34］）。

埃土西斯组的分布范围有限，是由于在不规则古地貌上的原始沉积作用造成的。Oliver［35］认为基底杂岩并未出现在罗辛穹窿，可能是由遭受晚期－后期构造花岗岩侵入的混合岩化变砂屑岩和变泥质岩所替代［19，31，35］。埃土西斯组的下部为黑云母片岩、变石英岩，上部为黑云母片岩和变石英岩［25，27，35］。上部的黑云母片岩和变石英岩之间被罗辛SJ剪切带截断［36－37］。

诺西布群可汗组片麻岩构成了当地的条带状混合岩类，反映了长期的构造热历史，逐渐地覆盖［1，25］或贯穿［31］于埃土西斯组中。可汗组主要由角闪石－单斜辉石片麻岩组成，反映出原始沉积向多钙和碎屑减少的变化特点［31－32］。可汗组岩石的矿物组成表明由角闪石取代了辉石。最终，该组以薄层的角闪石黑云母片岩的厚度不大的不连续卵石层作为结束［25］。

罗辛组与可汗组之间为假整合接触关系。在罗辛铀矿床附近，罗辛组的下部为蛇纹石化大理岩、变泥质片麻岩，向上为硅化蛇纹石化变碳酸盐岩、互层的花岗质／片岩质岩石，再向上出现变泥质片麻岩［25］。

楚斯组的岩性为含冰碛砾岩、片岩及片麻岩［4］；卡里比组的岩性为大理岩和石英－黑云母片岩；卡塞布组的岩性为石英－黑云母片岩。

1.3 区域构造演化

Sawyer等［17，21，28，32，38－41］对 包 括 罗 辛、可 汗 河、Goanikontes和斯瓦科普河在内的南部中心区的区域变形事件进行了描述（表2）。

Goanikontes地区的原始沉积层理（S0）以层理和交错层理形式赋存在可汗组与埃土西斯组中。平面层理和黄铁矿石英岩条带赋存在罗辛组大理岩中。居主导地位的褶皱方向和在第一期（D1）、第二期（D2）变形事件中所生成的面理并不能轻易地被分辨出来，尽管至少有一种模型提出，F2走向为NW向，在沿着NE轴向的F3干涉褶皱之前，形成中部区域的穹窿。Coward等［21，37］提出了替代理论。认为S1和S2混合岩化条带（尤其是在罗辛穹窿西部地区）赋存在可汗组和埃土西斯组中，然而S1和S2作为层流面理发育在罗辛组变泥质岩中；D3期变形在罗辛组大理岩中形成了高韧性流动褶皱。S3片麻理到片理（取决于层状硅酸盐的比例），与在罗辛穹窿和罗辛矿床中所观察到的一样，几乎普遍取代了混合岩化S1和S2条带。埃土西斯组显示了S1和S2混合岩化条带非系统的脆性－韧性变形。

表1 罗辛地区达马拉序列岩性地层表［2，24－25，27，29－32］Table 1 Stratigraphy and lithology of the Damara Sequence in the Rössing area

表2 罗辛地区变形事件［17，25，28，30，32，38，41］Table 2 Deformation events of the Rössing area

以往研究表明，D4通常被描述为小而孤立的EW向褶皱及其与轴向平行的片理，在罗辛穹窿南部尤其明显［30，32］。在可汗组和埃土西斯组中，D4变形效果并不能很好地定义，尽管后期运动剪切带和（或）区域构造线横切并重定向NE向F3褶皱，似乎是在 D3结束阶段和 D4变形期间进行的［22，28］。Anderson［28］对罗辛地区的研究表明，多重褶皱最终结束在F3，随后出现的是D3后期到D4期的韦尔维奇亚左行走滑带变形。

1.4 白岗岩

达马拉地区出露的白岗岩并非传统意义上的白岗岩，而是浅色细粒－粗粒或伟晶质花岗岩，主要矿物成分为钾长石、石英和少量斜长石、云母，因此国外文献常将该类型白岗岩定名为碱性浅色花岗岩［4］。

Nex等［18，39］通过对罗辛地区西约30km 的Goanikontes地区高应变带进行调查，根据野外表征、穿插特征、矿物学和岩石学特征，将Goanikontes地区的花岗岩分为6种类型（表3）。

Nex等［18，39］认为，从早期的二长花岗岩到碱性长石浅色花岗岩的整体成分变化趋势为：随着时间的推移，碱性长石增加，与之相伴的初始铀矿化富集增强，野外调查发现D型花岗岩中铀的矿化最强。

2 矿床地质特征

罗辛铀矿床位于罗辛穹窿的南部，矿区出露地层有斯瓦科普群卡塞布组黑云母片岩、石英岩；卡里比组大理岩、石英－黑云母片岩；楚斯组混杂岩、含砾石英岩；罗辛组大理岩、堇青石片麻岩、石英岩、砾岩；诺西布群可汗组黑云角闪辉石片麻岩、角闪岩；埃土西斯组长石石英岩、黑云母片麻岩、砾岩；前寒武系阿巴比斯杂岩（图2）。

2.1 矿体分布形态

罗辛铀矿可分为SH，SJ和SK等3个矿区。目前正在开采的为SJ矿区，其主采坑长3km，宽1.5km，深350m，铀平均品位为0.03%。罗辛铀矿全部原生铀矿化和大部分次生矿化都集中产于白岗岩中，白岗岩体即被视为铀矿体。由图2可见，白岗岩体侵入罗辛组和可汗组中，白岗岩脉（矿体）宽度由几厘米到90m不等，呈脉状或不规则的透镜状。白岗岩脉（矿体）常与片理、片麻理平行或呈一定角度相交［4］。

另外，围岩的构造形态也影响着白岗岩的产出，在许多地方，白岗岩沿着褶皱轴面侵入，切穿了不同的岩性。在矿体的中部，发育100m大小的捕虏体。白岗岩结构变化从细晶结构、花岗结构到伟晶结构，以伟晶结构为主，石墨结构在一定位置也存在［1］。

2.2 矿石结构构造

Berning［1］和陈金勇等［6－7］通过野外观察、室内岩矿鉴定、X射线衍射、QEMSCAN及电子探针分析手段，对包括罗辛铀矿在内的白岗岩型铀矿的矿物特征进行了详细研究。研究区铀的赋存形式以独立铀矿物为主，少量以类质同像形式存在于钍矿物中。铀矿物的主要种类有晶质铀矿、钍铀矿、铀石、铀钍石、钛铀矿、沥青铀矿、硅钙铀矿和钒钾铀矿等，其中，晶质铀矿、钍铀矿和钛铀矿等原生铀矿物约占69%，而反应边状铀石、铀钍石、沥青铀矿、钒钾铀矿和硅钙铀矿等次生铀矿物约占31%。

晶质铀矿、钍铀矿和铀钛氧化物的结构多为全自形或半自行晶粒状结构，浸染状构造；沥青铀矿和铀硅酸盐则大部分是隐晶结构、交代残余结构，脉状、细脉状构造。

表3 罗辛地区白岗岩分类Table 3 The features of alaskite types in the Rössing area

图2 罗辛地区地质图［9］Fig.2 Geological map of the Rössing area

2.3 铀矿物成分

晶质铀矿以UO2，ThO2和PbO为主，含少量TiO2。其 中 w （UO2）＝82.40% ～91.36%，w（ThO2）＝1.15% ～8.68%，w（PbO）＝4.25% ～6.33%［6］，其中Pb的质量分数明显高于其他含铀矿物，主要为放射性衰变成因的Pb，因为晶质铀矿比其他铀矿物U的质量分数高，从而导致衰变成因的Pb比其他铀矿物高。铀石中的w（UO2）＝53.41%～72.90%，w（SiO2）＝8.18%～18.76%，部分铀石中的w（ThO2）高达24.76%。钍铀矿的w（UO2）＝55.03%～66.22%，铀钍石的 w（UO2）＝18.55%～36.92%，沥青铀矿的w（UO2）＝85.96%～87.43%，钛铀矿的w（UO2）＝54.27%，硅钙铀矿的w（UO2）＝49.98%～68.10%。

2.4 铀矿化特征

罗辛地区的铀矿化表现为原始岩浆的结晶分异以及后期热液的改造［6］，主要表现为结晶分异作用所形成的晶质铀矿散布于造岩矿物中。由于晶质铀矿遭受挤压作用，加之岩浆晚期的热液

交代作用，导致晶质铀矿发生破碎和溶蚀，使部分铀稍有迁移，铀（钍）石交代晶质铀矿，使晶质铀矿呈残余状，并伴随有热液活动，使得黄铁矿充填在晶质铀矿裂隙中，或包裹着晶质铀矿；反应边状铀石与黄铁矿外侧胶结，围绕着铀钍石，以及沥青铀矿呈细脉状、皮壳状或出现在铀钍石内部裂隙中，或出现在铀矿物附近矿物裂隙解理中，或出现在附近矿物的空洞中，均说明后期存在热液改造，但是改造的程度不大，主要使铀发生了内部的再分配；最后，晶质铀矿等铀矿物由于近地表，经表生氧化而形成硅钙铀矿，呈浸染状、脉状和网脉状，沿着岩石解理、矿物裂隙及粒间分布。

3 矿床成因

3.1 稀土元素及微量元素特征

Nex［39］对采集自Goanikontes地区的6种类型花岗岩进行全岩主量和微量元素分析，发现所有的花岗岩类（包括等粒花岗岩和片状浅色花岗岩）略呈过铝质，包含高硅（68%～73%）、高 K2O（4.9%～11.0%）、低CaO，富大离子亲石元素、贫高场强元素。

王生云［5］对罗辛铀矿附近白岗岩中的稀土元素和微量元素地球化学特征进行了研究，对采集的6种类型白岗岩共19件样品（其中D型白岗岩4件，其余类型各3件）进行ICP－MS检测。测得的白岗岩REE数据表明，该区不同类型白岗岩具有不同的球粒陨石标准化稀土配分曲线型式（图3）。由图3可知，A型白岗岩具有明显的Eu正异常，B型、C型和E型白岗岩具有较相似的配分曲线型式，D型、E型和F型白岗岩Eu的负异常显著，其中D型白岗岩具右倾斜“V”字形配分曲线。

图3 罗辛地区不同类型白岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图（据文献［5］，修改）Fig.3 Chondrite－normalized REE patterns of type A－F alaskites in the Rössing area

对白岗岩的微量元素数据分析发现，各类型白岗岩中微量元素含量变化范围较大，原始地幔标准化曲线显示相对分散，反映了不同类型白岗岩具有不同的物源区，且其物源区在成分上存在某种程度的不均一性。罗辛地区白岗岩中相对富集大离子亲石元素Rb，K，Th，U 和Pb，相对亏损Ba，Nb，Sr，P和Ti，Nb／Ta和Zr／Hf值小于或接近地壳平均值，Rb／Sr和Rb／Nb值相对较高，反映其源区为成熟度较高的陆壳物质。

3.2 白岗岩年龄

Miller等［13，18－29，24，39，43－46］对罗辛地区花岗质岩石的同位素年龄进行了详细研究。根据年龄、形态和主要矿物，花岗岩杂岩被分类描述，与多期次花岗岩－片麻岩基底，形成最古老的群，年龄最小为（1 038±58）Ma（基巴拉花岗片麻岩［34］）。Mon Repos闪长岩、Rotekuppe二长花岗岩、Ida穹窿花岗岩类、Goanikontes地区片理化红色花岗岩和非片理化灰白色花岗岩、Okongava闪长岩、塞勒姆花岗岩、Goanikontes地区的片麻岩、可汗组片麻岩、Donkerhuk花岗岩同生变质侵入或深熔作用的同位素地质年龄变化范围从（563±4）～（505±4）Ma。Goanikontes地区的富铀花岗岩侵入年龄为（508±2）Ma（U－Pb晶质铀矿定年）［48］、（509±1）Ma（UPb独居石定年［48］）。Nex［39－40］对6种类型白岗岩的侵入时间进行了研究统计，由表4可知，A型白岗岩侵入时间为（1 038±58）Ma，B和C型白岗岩侵入时间为（516±6）Ma，D型白岗岩侵入及铀的主要矿化时间为（508±2）Ma，E和F型白岗岩侵入时间为（494±8）～（500±10）Ma。因此，罗辛铀矿床形成年龄为（508±2）Ma。

3.3 流体包裹体

流体提取技术被用来区分不同的岩浆侵入和不同形式的铀矿化［2］。流体提取分析是由手工挑选石英颗粒（16目—30目），每次分析需要0.1～0.2g纯净的石英颗粒，在真空中加热至450℃，持续10分钟。释放流体分析则是通过测定体积的方法得到流体包裹体中H2O，CO2和非冷凝相组分的定量数据。Nex［2］对Goanikontes地区花岗岩类岩石中石英的流体包裹体进行研究，数据显示D型白岗岩铀矿化相对于其他类型片状浅色花岗岩而言，保持较高的流体总量和更高的CO2，相似的数据在罗辛铀矿主采坑中也可以得到。通过对罗辛铀矿SH，SJ两个矿区的片状浅色花岗岩流体地球化学研究表明，SH矿区相对于SJ矿区而言，表现出较低的H2O含量、H2O／CO2比值和流体总量。流体地球化学和大离子亲石元素数据表明SJ异常点作为主要的铀矿床，与高的H2O含量和流体总量有关。

4 成因模式

4.1 成矿物质来源

Smith［38］认为白岗岩中的铀来源于原始沉积的含铀沉积岩；Berning［1］认为在同熔作用期，铀富集于白岗岩质的残余熔融岩浆中，仅在白岗岩的一定部位有矿化产出，随后由于含铀熔融基底岩石向上进入盖层后局部富集形成罗辛铀矿；Kinnaird［10］提出铀矿化主要与D3后期花岗岩侵入相关；高阳［4］则认为铀、钍等成矿元素由于重熔作用进入岩浆，并在结晶分异过程中富集成矿。

表4 罗辛地区与侵入相关的深熔作用、变质及构造事件Table 4 The intrusion－related anatexis，metamorphic and tectonic／kinematic events of the Rössing area

4.2 成矿模式

对于罗辛铀矿的成因，主要有3种观点：一是地层控矿成因说，认为铀更倾向于在罗辛组与可汗组接触界线附近或者可汗组与楚斯组接触界线附近产出［16，33］；二是白岗岩体控矿说，铀主要富集在白岗岩体中，很多地方白岗岩体即为矿体［4］；三是穹窿构造成矿说，主要的白岗岩型铀矿（如罗辛铀矿、瓦伦西亚铀矿等）都分布在穹窿构造的边缘，尤其是穹窿的转折部位［4，10］。

综合以上观点，笔者认为穹窿构造为岩体侵位的成矿提供了空间，而岩浆的重熔结晶作用使得铀进入岩浆，并在局部富集成矿。

5 结论

综上所述，对纳米比亚罗辛铀矿床成矿地质特征、地球化学特征和矿床成因等方面的研究取得了较大进展。主要表现在：

（1）确定了含铀白岗岩的侵入、主要的铀矿化时间为（508±2）Ma，这一年龄也表征了罗辛铀矿床的形成时间。

（2）查清了罗辛白岗岩型铀矿中铀的赋存形式是以独立铀矿物为主，少量以类质同像形式存在于钍矿物中。主要的含铀矿物有晶质铀矿、钍铀矿、铀石、铀钍石、钛铀矿、沥青铀矿、硅钙铀矿和钒钾铀矿等。

（3）含铀白岗岩的元素地球化学特征显示，白岗岩相对富集大离子亲石元素Rb，K，Th，U和Pb，相对亏损Ba，Nb，Sr，P，Ti等元素。

（4）穹窿构造为岩体侵位成矿提供了空间，岩浆的重熔结晶作用使得铀进入岩浆，并在局部富集成矿。

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