北秦岭丹凤纸坊沟地区铀矿地质特征及成矿地质条件分析

2016-05-23沙亚洲王菊婵康清清任王瑞邓林燕

地下水 2016年2期

关键词：丹凤岩群穹窿

沙亚洲，王菊婵，康清清，任王瑞，邓林燕

(陕西省核工业地质局二二四大队，陕西西安 710024)

北秦岭丹凤纸坊沟地区铀矿地质特征及成矿地质条件分析

沙亚洲，王菊婵，康清清，任王瑞，邓林燕

(陕西省核工业地质局二二四大队，陕西西安 710024)

[摘要]陕西丹凤地区，是我国伟晶花岗岩型铀矿的重要产地，开展该区铀矿化地质特征和成矿作用的研究，对该区的找矿预测有重要意义。结合前人基础地质、成矿作用、同位素年代学等方面的研究成果，通过重点研究纸坊沟地区秦岭岩群郭庄岩组原岩建造、变质岩组合及含铀性，侵入体年龄、侵位机制、空间形态和铀矿化特征，以及对铀成矿地质条件进行分析。结果表明：纸坊沟地区铀矿是早泥盆纪北秦岭造山带后碰撞拉伸期区域构造岩浆活动、地层含铀性和地壳深部碱性流体多因素耦合作用的结果；秦岭岩群郭庄组发生部分熔融，产生的纸坊沟侵入体与深部碱性流体混合、就位于穹窿构造并发生钾交代作用，是本区铀成矿的基本条件；铀矿化产于中粗粒-伟晶状钾质花岗岩中，铀矿体具有品位低、厚度大、多层产出的特点。

[关键词]铀矿；钾质花岗岩；侵入体；穹窿；碱交代；纸坊沟；丹凤；北秦岭

铀资源是关系国防建设、国民经济发展的战略资源。近年，随着铀矿勘查的深入，找矿预测是地质学界专家、学者的重点关注。陕西丹凤地区(即：丹凤三角地区)，是我国花岗伟晶岩型铀矿的重要产地。由于花岗伟晶岩型铀矿在国内属于一种新铀矿类型(万吉等1992，冯明月，戎家树等1996)，已有研究根据区内花岗伟晶岩型铀矿床(点)一般分布在花岗岩岩体的周边，铀矿体一般受岩体内、外接触带黑云母伟晶岩脉控制，成群产出的基本特征，对区内铀成矿的背景、控矿因素、富集规律等趋同的认识是晚古生代酸性岩浆侵入活动及演化，与铀成矿关系密切(王成功等，1988；曾令交，1994；李卫红等，2015)

1区域地质概况

丹凤地区位于商丹板块结合带北侧的北秦岭复合岩浆弧杂岩带(张国伟等，1991，2001)东部(图1),处于北秦岭铀成矿带的东段，区域地层有下元古界秦岭群和下古生界丹凤群。以分水岭断裂为界，以北为秦岭群，为北秦岭地体内最古老的前寒武纪结晶基底，普遍遭受多期变质变形和岩浆作用。原岩以富铝、富炭和富碳酸盐沉积岩为主的表壳岩组合，主要岩石类型有片麻岩、各类混合岩、石英片岩、石英岩等，岩石变形复杂并发育深熔作用以南沿商丹断裂带断续出路的各种与岛相关的火山岩及基性侵入杂岩与伴随的沉积岩块一并组成丹凤群蛇绿混杂岩带。

2研究区铀矿地质特征

2.1研究区秦岭岩群原岩建造及含铀性

纸坊沟地区铀矿化是近年发现的有别于“光石沟式”的一种新的岩浆型铀矿类型(沙亚洲，张展适等，2008)，这种铀矿化的主要特征是受复式花岗岩体中特定侵入体控制，含矿主岩一般具有强烈的碱交代现象。研究区秦岭岩群郭庄岩组二分性比较明显，围绕王家庄-骡子坪穹窿呈带状分布(图2)。下段(Pt1ga.)主要为灰白色薄层状方解石大理岩、灰绿色斜长透辉岩及灰色黑云斜长片麻岩等组成。上段(Pt1gb.)主要为灰、灰褐色条带状黑云斜长片麻岩。根据陈荣绶等(1988)的研究，上段铀含量达3.86 PPm,大于丹凤地区秦岭岩群平均铀含量3.68 PPm，为纸坊沟地区的含铀层。

1—老第三系红色砂砾岩；2—三迭系一侏罗系灰绿色砂岩、碳质页岩；3—下古生界云架山群：变中基性火山岩、大理岩；4—下古生界丹凤群：变中基性火山岩、碎屑岩；5—早元古界秦岭群：片麻岩、变粒岩、大理岩；6—加里东期片麻状混合花岗岩；7—加里东期片麻状花岗岩；8—海西期片麻状混合花岗岩；9—断裂构造；10—不整合界线；11—地质界线；12—伟晶岩型铀矿床

图1丹凤三角地区地质略图

2.2研究区骡子坪复式岩体的主要特征

侵位于王家庄-骡子坪秦岭岩群片麻岩穹窿中的骡子坪复式岩体(图2)，经大比例尺构造岩性专项填图，在前人间距基础上并结合近年1:5万区调成果，将骡子坪复式岩体解体为早志留纪上骡子坪侵入体(γοS1)和早泥盆纪纸坊沟侵入体(ξγD1)，二者野外宏观产状迥然不同，后者为研究区主要含矿地质体。

上骡子坪侵入体(γοS1)：主要分布在上骡子坪以东地区，岩性以灰白色片麻状中细粒黑云母斜长花岗岩为主，中细粒花岗结构，野外整体呈块状构造，暗色矿物略呈定向排列。矿物成份主要以钠、更长石、石英为主，约占80%～90%；次为钾长石、黑云母、石榴子石。岩石暗色矿物略呈定向排列(图3)，为骡子坪复式岩体的主体岩性；纸坊沟侵入体(ξγD1)：主要分布在王家庄-骡子坪秦岭岩群片麻岩穹窿西北部倾伏圈闭部位的纸坊沟-毛芋园地区，岩性以灰白—肉红色中粗粒-伟晶状钾质花岗岩为主(图4)，偶见黑云母二长花岗岩。岩石发育强烈的交代结构，反映出该侵入体曾遭受强烈的碱交代作用。

1—丹凤群a岩段；2—峡河岩群寨根岩a岩段；3—秦岭群郭庄岩组b岩段；4—秦岭群郭庄岩组a岩段；5—灰白色含石榴石二长花岗岩；6—浅红色片麻状黑云母二长花岗岩；7—伟晶状花岗岩脉；8—大理岩；9— 断裂构造；10—韧性剪切带

图2王家庄-骡子坪一带地质略图

图3　中细粒黑云母斜长花岗岩

已有研究(沙亚洲，张展适等，2008)表明，纸坊沟侵入体Al2O3含量介于12.93%～14.71%之间， A/CNK值介于1.0～1.1之间，属弱过铝到强过铝质岩石；SiO2含量变化于73.02%～75.38%之间，平均为74.09%，K2O+Na2O含量为7.35%～11.5%，平均为9.48%；A.R值变化于1.93～3.50之间，平均为2.64，属钙碱性到碱性的过渡系列岩石。纸坊沟侵入体87Sr/86Sr值0.708 617～0.709 129，δ18O值10.77‰，Rb、Sr、Ba、Li、Zr、Nb等亲石元素含量较高，稀土元素总量150～210×10-6，铕负异常(δEu=0.03～0.46)，配分大致与秦岭群相似，所有这些特征显示了秦岭群结晶基底的熔融特点。

2.3纸坊沟侵入体的空间形态及就位机制

纸坊沟侵入体主要分布在王家庄-骡子坪秦岭群片麻岩穹窿西北部倾伏圈闭部位，受穹窿倾伏端秦岭群层间滑脱构造影响，侵入体中秦岭群片麻岩俘虏体较多，一般呈大的脉状、囊状、透镜状、不规则状成群产出，远离穹窿倾伏端到核部逐渐过渡到席状产出并超覆侵位于上骡子坪侵入体之上(图5)。从钻探揭露情况对比可以看出，纸坊沟侵入体与下伏上骡子坪侵入体间大致界面呈北西西向缓倾，预示纸坊沟侵入体在穹窿倾伏圈闭部位深部形态有变为完整岩体的趋势(图6)。

图4　中粗粒-伟晶状钾质花岗岩

1—秦岭群郭庄岩组b岩段；2—秦岭群郭庄岩组a岩段；3—钾质花岗岩；4—细粒花岗岩；5—铀矿点；6—铀矿体；7—伽玛异常点； 8—王家庄-骡子坪穹窿构造

图5王家庄-骡子坪片麻岩穹窿构造示意图

1、秦岭岩群郭庄组上段；2、秦岭岩群郭庄组下段；3、中粗粒钾质花岗岩；4、中细粒黑云斜长花岗岩；5、钻孔位置及编号；6、岩性界线及标高

图6纸坊沟侵入体空间形态示意图

2.4纸坊沟侵入体铀矿化特征

勘查资料显示，铀矿化主要产于王家庄-骡子坪秦岭群片麻岩穹窿构造西北部倾伏圈闭部位的脉状、囊状、透镜状、不规则状岩枝分布区，席状分布区铀矿化较弱。穹窿构造倾伏圈闭部位易形成层间虚脱和层间揉皱构造，不仅为岩浆侵位和后期碱质含矿流体提供了通道和定位空间，更重要地是由于穹窿构造倾伏圈闭部位构造界面比较发育且形态复杂，极易形成隔挡，使含矿流体物理化学条件发生改变而有利成矿。席状侵入体分布区，岩性单一、构造界面形态简单、处于含矿流体末端，铀矿化较弱是必然的。与丹凤地区光石沟、小花岔伟晶花岗岩型铀矿床不同，纸坊沟地区铀成矿与碱交代作用关系密切，铀矿化普遍产于钾交代中粗粒-伟晶状钾质花岗岩中，尤以中粗粒(局部伟晶状)钾质花岗岩铀矿化较为强烈(表1)。

表1　纸房沟地区不同地质体U含量表

2.5纸坊沟地区铀矿体基本特征

钻探揭露显示，王家庄-骡子坪穹窿构造西北部倾伏圈闭部位是铀矿体产出的主要部位，矿体环绕穹窿构造倾伏端呈圈层状分布，成群产出(图5)。产铀岩性为烟灰-浅肉红色中粗粒(局部伟晶状)花岗岩，围岩为灰白色中粗粒花岗岩，矿体与围岩无明显界限，一般呈渐变过渡关系。矿体形态与岩枝基本相同呈脉状、透镜状、饼状、不规则状，具有品位低、厚度大、多层产出的特点。矿体多数为隐伏矿体，埋藏一般10～30 m，长度一般300～400 m，最长914 m；厚度一般8～27 m，最厚27.4 m；倾向延深200～350 m，最大延深500 m，深部钻孔仍有矿化显示；品位100～200×10-6，其中可圈出品位500～800×10-6的工业矿体。纸坊沟地区铀矿体的分布、规模、基本形态、品位变化，从一个侧面反映了碱交代的控制条件、大致范围和强弱，暗示该区存在着深部透岩浆碱性流体的成矿作用。

3研究区铀成矿条件分析

3.1区域构造岩浆条件

研究丹凤地区区域构造显示, 北秦岭造山带在俯冲-碰撞期，由于块体碰撞, 古老基底岩石秦岭岩群向西挤出抬升, 穹窿构造发育，导致了地壳的加厚,幔源物质加入产生下地壳熔融, 形成岩浆, 并上侵到地背斜轴部或穹窿构造形成灰池子、上骡子坪侵入体等I型花岗岩,为后碰撞拉伸期岩浆侵位和含矿流体上升提供了通道和空间；下泥盆纪，北秦岭造山带处于后碰撞拉伸阶段，由于上地壳地背斜或穹窿构造极易产生减压作用，使秦岭岩群郭庄岩组粉砂质-钙泥质含铀建造发生部分熔融熔融，产生花岗质熔浆。上地壳的减压作用同时使深部的超临界碱性流体得以释放，加入到熔浆体系当中，形成一个复杂的含铀混合体，并在穹窿构造倾伏端、岩体与地层接触带等有利部位就位。由于纸坊沟侵入体属花岗质熔浆，具有很强的流体圈闭能力，碱交代成矿作用仅限制在熔浆体内部进行，并随着岩浆的固结而析出成矿物质，形成正岩浆矿床(罗照华,卢欣祥，祝朝辉等，2008，2010)。

3.2地层条件

纸坊沟地区秦岭岩群郭庄岩组为一套粉砂质-钙泥质建造，上段黑云斜长片麻岩、条带状石榴黑云斜长片麻岩、含石榴矽线黑云斜(二)长片麻岩夹薄层状钙硅酸粒岩或大理岩透镜体一套岩性组合，具有富铀古炭硅泥层位的一般特征(王儒林等，1992)。因位于王家庄-骡子坪穹窿构造部位，造山带后碰撞拉伸阶段极易产生部分熔融，使古铀得以释放进入熔体，为成矿提供了铀源。

3.3深部超临界碱性流体的作用

对丹凤地区铀矿床含矿主岩进行对比研究，纸坊沟地区发育强烈的交代结构，晶质铀矿一般产于钾长石或石英颗粒内部，与钾长石、石英等密切共生(图7和图8)，这种现象在丹凤地区其他铀矿床则很少见到。反映出铀矿化与钾交代关系密切。暗示纸坊沟地区普遍的碱交代作用对铀成矿有一定作用，当然，对碱质流体的来源及成矿作用有待进一步研究。