相山含铀火山岩、火山构造特征与成矿关系的探讨

金腾瑞， 黎广荣，2， 庞文静

（1.东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室，南昌 330013；2.内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室 （南京大学），南京大学地球科学与工程学院，南京 210093；3.江西省核工业地质局二六一大队，江西 鹰潭 335000）

江西相山含铀矿火山盆地位于我国江南造山带东段南缘，为我国东南部新生代火山岩盆地的一个重要组成部分，盆地主要含铀火山岩为流纹英安岩及碎斑熔岩［1-2］。由于后期经历了较强的抬升风化剥蚀以及构造活动的破坏，导致野外露头不明显、特征建造复杂，致使对火山活动类型以及对含铀火山岩类的成因及来源等问题的认识存有较大分歧。近年来，随着一批新矿床与矿化点被发现，已探明矿床资源储量规模不断扩大，关于矿床的成因及产出位置等方面也是争论不断［1，3-12］，主要原因：1）赋矿围岩主要为火山岩，火山构造与成矿的关系不够明确；2）流纹英安岩与碎斑熔岩火山通道的继承性不明确；3）碎斑熔岩及流纹英安岩形成于早白垩世，受后期剥蚀作用等影响，火山地形等构造特征不明显且碎斑熔岩结晶程度高，流动构造不明显，并非典型火山岩。笔者在总结前人资料的基础上，结合 《相山火山盆地三维地质调查》的最新结果，从宏观到微观讨论了主要含铀火山岩、火山构造特征及与铀矿化关系，以期为相山铀矿床成矿作用的进一步研究提供参考。

1 区域地质概况

相山火山盆地位于赣中地区，行政上属于抚州市乐安县，部分属于吉安市永丰县和抚州市崇仁县。大地构造位置处于扬子板块与华南板块缝合线南缘，罗霄褶皱系于山—九连山隆起带上，赣杭铀成矿带西南部（图1），受遂川深断裂和宜黄—安远深断裂的影响，火山盆地面积约309 km2。

图1 相山铀矿田大地构造示意图 （据余心起等修改，2006）Fig.1 Tectonic sketch of Xiangshan uranium ore field （Modified after YU Xinqi， et al.， 2006）

相山铀矿田位于相山火山盆地之中，矿田整体上被断裂所夹持，西部靠近德兴—遂川深大断裂，北部靠近绍兴—江山—萍乡缝合带，东部为鹰潭—安远断裂。该地区主要经历格林威尔期（晋宁期）、加里东期、海西-印支造山运动，燕山期处于北东东向的赣杭构造火山岩带南西端与南北向赣中南的花岗岩带交接部位，构造-岩浆-成矿活动强烈［13］。这种深大断裂构造活动与强烈火山-岩浆活动叠加交汇地带是成矿的有利部位，其中产出以铀为主的一系列矿产资源 。

2 含铀火山岩特征

2.1 含铀火山岩系

相山铀矿田为我国最大的火山岩型铀矿产区，火山岩总厚度大于2 000 m［4］，含铀火山岩以早白垩世的流纹英安岩和碎斑熔岩为主，夹少量薄层砂岩和泥岩（图2），与铀矿化有关的垂向蚀变深度达千米［15-16］。

表1 早白垩世火山旋回划分Table 1 Classification of volcanic cycles in the early Cretaceous

从火山活动期次的角度上来看，相山火山盆内火山岩系分为两个火山亚旋回（表1）［22-23］，发生时期在142～131 Ma，火山-侵入活动整体上呈现一个连续的过程但延续时间相对较短［24］。第一亚旋回由打鼓顶组一段的火山爆发-沉积相熔结凝灰岩等和二段的喷溢相流纹英安岩、潜火山岩相流纹英安斑岩构成；第二亚旋回由鹅湖岭组一段的火山爆发-沉积相熔结凝灰岩等和二段的溢流-侵出相碎斑熔岩、潜火山岩相花岗斑岩构成。盆地中出露最广的是碎斑熔岩，占盆地总面积的约70%。

2.2 含铀火山岩相

流纹英安岩主要分布于盆地西北部的如意亭、邹家山、田堆上、居隆庵等处，呈条带状，北东向和东西向两种展布。流纹英安岩下部和中部为夹紫红色薄层凝灰质粉砂岩、砂页岩，上部常见熔岩集块岩或熔岩角砾岩，其集块、角砾成分与胶结物的成分一致，均为流纹英安质，部分呈现流纹构造，偶见气孔构造、珍珠构造。根据该套岩石的结晶程度和斑晶含量，将其细分为流纹英安岩和流纹英安斑岩，认为流纹英安岩归属于溢出相岩，流纹英安斑岩则属于浅成-超浅成侵入岩。值得注意的是：如意亭地区的流纹英安岩发育 “石泡”，为岩浆固结过程的去气作用形成（图3A），此外，可见流纹英安岩与紫红色粉砂岩接触部位发育薄层火山灰（图3B），均是溢出相的重要证据。

碎斑熔岩（图3C、D）几乎遍布整个盆地，厚度在1 380 m以上 ，根据岩相学特征可将碎斑熔岩分为边缘亚相、过渡亚相和中心亚相［16，25］。 边缘亚相主要为含变质角砾 碎斑熔岩，角砾含量8%～15%，灰色、浅肉红色，块状构造，碎斑结构；过渡亚相主要为碎斑熔岩，与边缘亚相的区别为角砾含量相对较少，为0～3%，风化面常呈疙瘩状；中心亚相主要为含花岗质团块碎斑熔岩，虽与过渡亚相碎斑熔岩具有一定相似性，但相对而言其结晶程度更高，含花岗质团块是其区别于其他碎斑熔岩亚相的重要标志。

图3 流纹英安岩及碎斑熔岩野外露头及手标本照片Fig.3 Field outcrop and hand specimen photographs of rhyodacite and porphyroclastic lava

迄今六十余年来，对相山碎斑熔岩产出状态的讨论从未停止过，即岩石是喷出相还是侵入相， 导致该岩石的命名几经改变［16，24］。一般来说，喷出岩结晶时间短，结晶程度较低，而侵入岩则相反。该地碎斑熔岩具有一定的演化规律，有侵入岩岩浆分异作用的特征［10］。除此之外，碎斑熔岩的每一个亚相，其结晶程度都在65%以上，其中边缘亚相结晶程度最差，过渡亚相次之，中心亚相几乎是全晶质［21］。碎斑熔岩是一种具碎斑结构的花岗质岩石，兼有喷出岩和超浅成侵入岩特征的过渡性岩石， 故称为侵出相［8-9，26-28］。 比较一致的认识是，相山盆地含铀火成岩主要来自硅铝质地壳物质的部分熔融，但是关于相山火山盆地内各类杂岩体间是否具有同源性、岩浆源区的深度以及是否有地幔物质参与等问 题 仍 存在 较 大 分歧［3，5，8，10，28-31］。 最新研究表明，相山杂岩体岩浆主要来自基底变质岩的部分熔融且有幔源基性岩浆参与［21］，该观点主要得到地球化学数据的支持。从区域上演化看，燕山晚期江西境内板内裂谷环境的形成是由南及北逐渐演化的［20］，新生代之后，华南地区地层多数以剥蚀平移和沉降堆积为主要特征［32］，但是在相山地区没有发现沉降堆积，以低山区侵蚀为特征，并且仍处于地表侵蚀阶段［10］。不难发现，碎斑熔岩为作铀矿化的重要岩类，是导矿储矿的重要媒体，与铀成矿关系密切［33］。 相山 “碎斑熔岩”、 “流纹英安岩”等在火山作用及其后期改造的环境下，提供了有利于成矿的元素和成矿的环境，故火山岩与铀矿无论物质来源还是后期演化阶段乃至是空间位置关系的发展，都有着十分重要的联系。

2.3 含铀火山岩性

流纹英安岩：一般为暗紫色、暗紫灰色或者浅紫红色，斑状结构，流纹构造偶尔可见气孔发育。斑晶含量在10%～30%，主要矿物由斜长石、钾长石、黑云母和少量石英、角闪石组成；斜长石呈半自形板状，含量约10%～15%，An＝33.34%～43.66%，以中长石为主，局部颗粒可见典型的环带结构发育，粒径相对集中于0.5～1.5 mm，常见绢云母化、水云母化、碳酸盐化等蚀变现象（图4A）。常见石英斑晶发育细裂纹及熔蚀港湾结构。角闪石、黑云母常发生强烈暗化现象，呈自形片状，多发育绿泥石化和折曲结构（图4B）。石英斑晶含量一般在1%以下，粒径普遍1 mm左右，多呈半自形-他形粒状，整体表面干净，局部被残浆强烈溶蚀（图4C）。

碎斑熔岩：边缘亚相碎斑熔岩结晶程度最差，其中石英碎裂现象明显，过渡亚相的结晶程度次之，中心亚相几乎都是全晶质［22］。研究表明，不同产状的石英常显示不同的对称晶体形态特征［34］。石英发生形变是由于晶体中的滑移系启动，滑移的启动和变形受温度条件影响显著［35］。由于温度发生了改变，进而影响了矿物颗粒的流动性，除此之外，应变速率、应力大小、颗粒粒度、流体溶液等对石英的流变学特征也有着十分重要的影响。边缘亚相碎斑熔岩中石英保存完好且均一消光的自形晶体少见，多数石英颗粒为碎裂拼合结构或具有明显的不均一消光（图5A）。过渡相、中心相碎斑熔岩的石英斑晶、珠边结构周围发育有与基质矿物成分相同的珠点，还可见长石周围发育石英的增生珠边（图5B），除此之外，部分石英的边部呈现港湾状（图5C），指示发生了高温熔蚀，这是该类岩石的标型结构［27］。晶形较好的钾长石或石英生长在长石或石英边部且各个生长方向大致相等，指示矿物从液态熔融岩浆中直接结晶而形成，而不是固态下熔结和重结晶形成的［10］。

对该地区不同成矿期的石英研究发现，成矿前期和成矿后期的石英生长环境以中低温环境为主，成矿期的石英，遭受了成矿热液的退火作用。同时，对不同成矿期石英的天然热释光特征研究发现（表2），成矿前期石英（白色）、成矿后期石英（黄色）、成矿期（已成矿）石英（黑色）颜色由浅到深，而天然热释光强度却由高到低，这是由于随着颜色的不同，热释光会自行吸收，发出的光不能被全部记录，除此之外，石英成矿前期到后期到成矿期电子空穴由少到多，导致U、Th总量由低到高［36］，这也证明相山含铀火山岩经历了多期次的成矿作用。除此之外，不同温度环境形成铀矿的矿物共生组合是不同的，可以从石英的产出温度以及产出形态推测铀元素富集的环境特征及时代背景。

图4 流纹英安岩镜下照片Fig.4 Microscopic feature of rhyodacite

图5 碎斑熔岩镜下特征Fig.5 Microscopic feature of porphyroclastic lava

表2 相山铀矿不同成矿期石英的天然热释光强度 （据王湘云修改，1995）［36］Table 2 Nature thermoluminesence intensities of quartz in different ore-forming stages of Xiangshan uranium deposit （Modified after WANG Xiangyun， 1995）［36］

3 含铀火山岩构造特征

3.1 火山盆地结构

方锡珩等研究认为相山火山盆地为一个大型的塌陷火山盆地［1］，该火山盆地大体上是由上至下可以分为3层，上部为上白垩统中-酸性的火山岩系，部分覆盖有白垩系红色碎屑岩类，即红盆盖于盆地之上；中部为早白垩世到晚白垩世的火山岩-沉积岩，主要是流纹英安岩及碎斑熔岩，并且伴随了部分侵入岩及碎屑岩，值得注意的是这两类火山岩属于同一岩浆源的不同岩浆阶段的产物；下部为前寒武纪变质基底（图6）。区内有多条NE向的断裂构造和继承性的多字型断裂构造，其中铀矿主要产于该盆地的碎斑熔岩、流纹英安岩及部分花岗斑岩的断裂带及裂隙之中。

图6 相山火山盆地变质基底及矿化位置简图 （据陈正乐修改，2013）［3］Fig.6 Sketch showing location of metamorphic basement and mineralization in Xiangshan volcanic basin（Modified after CHEN Zhengle， 2013）［3］

相山铀矿田火山构造由火山基底隆起、火山喷发盆地、火山塌陷构造组成。火山基底隆起：在火山活动时期，处于火山基底隆起带的区域，由于岩浆上涌导致的区域性应力作用所形成的相对隆起的凸地，同时可见浅-超浅成侵入体分布于其内部及周边，通过分析相山地区火山机构的分布规律及构造特征等，可划分为戴坊—崇仁和宜黄—招携两个火山基底隆起；火山喷发盆地：为一轴向北东延伸的椭圆形盆地，除该地区北东部分边缘延长伸展至礼阪镇外，主体较完整的展布在研究区，长达25 km，宽近16 km，相山主峰一带为其中心，盆地内主要由鹅湖岭组组成，打鼓顶组出露较少，表明该盆地于早白垩世开始生成并接受大规模的喷发沉积，按其岩性组合可分为鹅湖岭组、打鼓顶组二个旋回，其中鹅湖岭旋回活动较为强烈，尤其盆地中心位置岩浆活动非常强烈，盆地中褶皱构造不发育，而普遍发育后期的脆性断裂构造；火山塌陷构造：相山火山盆地内乃至赣—杭火山构造带范围内，火山构造多样，在代表性上以火山塌陷构造为主。对于相山火山盆地而言，其塌陷构造在空间上多展布于盆地东部、西部和北部，受边界条件、层间界面和断裂构造发育程度差异的影响，形态差异较大，其东部和北部的火山塌陷构造类型主要有两种，其一为特征明显的火山层间塌陷构造，二是断块塌陷构造。

3.2 多火山口

相山火山岩为主要含矿岩类，可以着重从寻找火山通道以及火山口位置的角度来推断预测未发现的矿体位置。相山碎斑熔岩的产状由四周往内倾，并且火山盆地在平面上呈现近椭圆形，剖面上呈南北对称、东陡西缓的漏斗状［1］，前人认为该地为一塌陷火山盆地，并发育主火山口、隐伏的火山管道、侧侵出管道、环状管道、断层塌陷构造、火山塌陷时引张的平缓构造、爆破角砾岩筒构造等［37］。碎斑熔岩主火山口位于相山主峰附近［15，28］， 重力资料显示， 相山主峰周围 10 余平方千米范围内出现明显的负异常（图7），牛头岭、严坑等地区亦显示弱的负异常，可能指示该地存在一个或数个古火山通道［32］。陈正乐等［3］通过地貌、遥感等技术对相山铀矿田火山构造特征进行了讨论，认为：相山主峰及芙蓉山是两个古火山口；存在石马山等6个面积大约为10平方千米的次级火山机构。郭福生等［22］对该火山盆地进行了大地电磁测深及2 000 m以浅的三维地质调查工作，表明打鼓顶组火山岩呈似层状产出，主要分布于盆地西部；在河元背—船坑—杏树下一带识别出近东西走向厚层的流纹英安岩凹槽，相山铀矿田西部探明的主要铀矿床分布在该凹槽内或其边缘；鹅湖岭组火山岩总体形态呈蘑菇状，在盆地中部厚度较大。在相山主峰半径约2 km的范围内，发现自下而上贯通式的低阻异常，推测是鹅湖岭组碎斑熔岩喷发的通道相（火山颈相），其火山颈呈陡立管状，深部向南东倾伏，浅部向南东撒开（图8）。

图7 相山火山盆地三维重力模拟图 （据郭福生等修改，2015）［24］Fig.7 Simulated diagram of 3D gravity inversion in Xiangshan volcanic basin （Modified after GUO Fusheng， et al.， 2015）［24］

流纹英安岩虽然出露面积相对较少，王哲等［38］和 黎广 荣等［39］从 磁 化 率 各 向 异 性 的 角 度对该盆地内出露的流纹英安岩的流动方向进行研究，大致推断相山火山盆地流纹英安岩火山通道很可能位于盆地西侧书塘附近；碎斑熔岩和流纹英安岩可能来自不同的火山机构。结合前人重力资料，指示相山地区可能存在多个火山口。值得注意的是该盆地中发育的火山岩在局部地段可见较为明显的流动构造，野外勘查显示：越是靠近盆地边缘，流动构造越明显。盆地的中心位置结晶程度高，矿物或者捕虏体的定向性不明显；在盆地的西部，可见变质岩捕虏体的定向排列，其形态及大小变化多样，多数为不等轴菱角状，其长轴可达30 cm，反映岩浆的快速流动（图9A）。流纹英安岩的流面构造更为发育（图9B），作者在如意亭发现流纹英安岩古流面（图9C、D），清楚地指示熔岩的表面及流动方向。

图8 鹅湖岭组碎斑熔岩三维地质模型Fig.8 The 3D geologic model of the porphyritic lava of Ehuling Formation

图9 碎斑熔岩及流纹英安岩流动构造Fig.9 Porphyroclastic lava and rhyodacite flow structure

4 成矿关系探讨

铀矿床集中分布在相山火山盆地的西部和北部，仅1个矿床（云际）分布在东部，南部未发现矿床。在河元背地区，火山岩深部存在具有一定价值的一级后备矿体和二级后备矿体。此外，在深部疑似火山颈状部位的流纹英安岩与碎斑熔岩接触位置还存在金属硫化物的矿脉带，矿化深度达千余米，有巨大的找矿潜力（图10）。结合牛头山及河元背东等矿床的钻孔资料，显示铀多金属矿化发育在疑似的火山颈状特征部位的火山岩中，指示火山通道与深部矿化可能存在密切联系。值得注意的是河元背东矿点500 m深处发现隐爆角砾岩，且该处是流纹英安岩与碎斑熔岩的过渡位置。相山地区的铀矿化除疑似火山管道口区域外，其余位置亦可见铀矿化，矿化程度及规模均不相同，多与塌陷构造等相关。通过对相山铀矿区的多个剖面图对比发现（图11），矿化主要分布在断裂以及岩石接触部位，并且裂隙破碎带越大可控制矿体就越大（如邹家山3号矿床和4号矿床中的铀矿体）；矿体在火山构造和断裂的共同控制下，产状相对较陡且与裂隙、火山岩产状一致［4］。

图10 牛头山矿床—河元背矿床—河元背东矿点综合剖面图 （据江西核工业二六一大队）Fig.10 Comprehensive profile of Niutoushan deposit-Heyuanbei deposit-east Heyuanbei ore occurrence （After Geological Party No.261， Nuclear Industry Geological Bureau of Jiangxi Province）

从前人的研究成果来看，铀成矿年龄138～90 Ma跨度较长，滞后于火山活动，二者的联系可能在于火山活动为铀矿化提供了一个早期的热源。金属硫化物成矿与铀成矿是同一成矿系统的产物，是矿田火山-岩浆热液成矿系统活动于不同时期、不同阶段的产物［40］。显然，火山构造活动在影响铀成矿的同时也对其他金属元素的成矿具有一定的作用，并且硫化物金属的成矿与铀成矿可能具有直接的关系。

相山火山构造的研究工作开展较早，技术手段也由早期的单一型逐步向综合型发展，但是仍然没有直接的证据证明这两套火山岩的产出关系。通过对资料的分析以及结合现今研究成果认为，从相山铀矿的铀源上来说，是由于在火山作用下，火山岩混进了少量地幔物质［18］，在高温高压的环境中萃取出了铀元素，在后期各种地质作用中富集成矿；从构造的角度来看，相山铀矿化常发育于断裂部位以及构造转折区，这都是铀成矿的重要场所。这是由于深部岩浆房所富含的成矿物质随着热液充填于这些裂隙或者沉降于构造转折部位，随着温度压力的下降，气体组分逸出，含矿热液与围岩接触反应后导致了铀元素的聚集成矿［41］。综合大陆构造-岩浆演化作用并且结合该地区构造应力场的综合作用认为，相山在区域上受到了德兴-遂川深断裂发育的影响，在成矿前期-成矿期-成矿后期分别为走滑-拉伸-挤压的过程，其中走滑阶段致使相山地区发生了两期火山亚旋回作用；拉伸阶段复活了原有的老的断层并且发育了新的有利于成矿的通道以及空间［42］；挤压导致该地区从张性成矿构造转变为封闭还原环境，对铀的成矿起到了保护作用。

图11 相山地区6117和613铀矿床剖面图 （据江西核工业261大队）Fig.11 Cross-section of uranium Deposit 6117 and 613 in Xiangshan area （After Geological Party No.261，Nuclear Industry Geological Bureau of Jiangxi Province）

综上所述，相山火山岩型铀矿无论在空间展布还是成矿来源上都是有规律可寻的，具有以上地质特征及背景的区域都应着重研究。此外，今后在对该种类型矿产进行找矿与开发的时候，应当在注意固有特征的同时综合考虑成矿原因及其意义才能更好地扩大矿种利用度，扩大服务领域。

5 结论

通过对相山含铀火山岩与火山构造的多次考察与研究，在总结前人研究成果的基础上，目前可以初步认为：1）碎斑熔岩、流纹英安岩这两种主要含矿火山岩的产出状态、成因机制明显受到火山构造的影响，使得铀元素在盆地地堑处、断裂裂隙以及构造转折部位富集成矿，最终形成了现有形态；2）从火山岩特征来看，可以认为含铀火山岩经历多期次的成矿作用；3）当前出露的碎斑熔岩及流纹英安岩的古火山口可能不具有继承性，但可能属于同一火山-岩浆房，并且这两套火山岩可能都不止一个火山口，岩浆房、火山通道等火山岩浆曾停留过的地方都应是铀矿的重点勘查区域。

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