扎兰屯铀成矿远景带南段铀成矿特征及预测评价

2020-05-16吴燕清王世成丁园刘军港余弘龙李杨王文正

铀矿地质 2020年2期

吴燕清，王世成，丁园，刘军港，余弘龙，李杨，王文正

（1.核工业二四三大队，内蒙古赤峰 024006；2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

扎兰屯火山岩型铀成矿远景带南段指西拉沐伦河深大断裂以北、扎鲁特旗以南的地区，是我国东部重要的多金属成矿集中区及铀成矿远景区［1-2］。20世纪60年代在研究区开展了地面放射性调查工作，但未取得实际进展。至此该区铀矿找矿工作一直处于停滞阶段，直到“十一五”期间启动了“全国铀矿资源潜力预测评价”铀矿项目［3］，本区铀矿调查工作才得以继续开展。笔者通过综合分析前人资料、铀矿资源潜力评价、分析测试等工作，总结了研究区铀矿地质特征、控矿因素，预测铀成矿远景区，旨在为今后铀矿勘查工作提供找矿方向及思路，以实现铀资源扩大的预期。

1 区域地质概况

扎兰屯火山岩型铀成矿远景带南段地处华北板块和西伯利亚板块结合部位［4-5］，先后经历前中生代亚洲构造域板块裂解、拼合及中新生代滨西太平洋构造域地幔热柱作用、伸展构造演化作用。研究区处于两个构造域强烈叠加改造的活动区［6］，受近EW 向西拉沐伦河深大断裂和NE 向大兴安岭主脊断裂、嫩江断裂夹持，面积约45 000 km2，沿NE 向（30°）延绵300 多千米（图1）。

图1 扎兰屯火山岩型铀成矿远景区南段地质简图Fig.1 Geology sketch of the southern part of Zhalantun uranium metallogenic prospect zone

区内出露地层主要为古生界、中生界及新生界［7］。古生界以二叠系哲斯组和林西组为主，为一套中细粒变质砂岩、板岩。中生界由侏罗系和白垩系构成，侏罗系主要由上侏罗统满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组［8-9］中酸性火山岩组成，是大兴安岭火山岩建造的主体；白垩系包括梅勒图组、霍林河组，为一套陆相中基性火山岩及碎屑岩建造。新生界由新近系玄武岩及第四系沉积物组成。

研究区受亚洲大陆边缘裂陷环境影响，构造以断裂构造及火山构造为主。NE 向大兴安岭主脊断裂、黄岗梁-乌兰浩特断裂、大板-扎鲁特旗断裂控制着区内火山喷发带、基底隆起带以及火山构造、断裂构造的展布，沿深大断裂发育NE、EW、NS、NW 向4 组次级断裂构造，其中NE、EW 向次级断裂构造控制着区内大部分矿床的分布［10］。

研究区岩浆活动频繁，具多期次、多旋回特点。侵入时代主要为中生代，其次为晚古生代［11］，中生代侵入岩以晚侏罗和早白垩世为主，主要为中酸性岩浆侵入活动，岩性以二长花岗岩和花岗斑岩为主；岩体沿深大断裂和大型坳陷边缘组成大兴安岭大型岩浆构造带，区内有色金属、贵金属和稀有稀土等多种矿床成因联系密切［12-15］。

2 铀矿地质特征

2.1 铀矿时空分布

2.1.1 时间分布

区内金属矿床与燕山晚期岩浆活动成因关系密切，矿床在晚侏罗世—早白垩世成群产出，成矿斑岩锆石U-Pb 年龄为152～130 Ma［16］。区内铀成矿时代研究欠缺，沽源-红山子铀成矿带研究表明成矿高峰期为晚侏罗世末—早白垩世，相对集中于148.91～123.57 Ma［17-19］，具时间跨度大、多期次多阶段的特点。本区与沽源-红山子铀成矿带具有相似的区域成矿地质条件，推认成矿时代基本与沽源-红山子铀成矿带相差不大。通过对比发现，铀成矿期与多金属成矿期在年龄差别不大，众多多金属矿床的发现意味着存在大型铀矿床的可能。

2.1.2 空间分布

通过综合对比分析发现区内铀矿化异常在空间上分布特征：1）主要分布在五十家子盆地、大板盆地及林东盆地，宝日乌苏盆地星点出露（图2），即铀矿化异常主要分布在工作区西南区域；2）整体呈NE 向分布于F2（大兴安岭主脊断裂）和F3（黄岗梁-乌兰浩特断裂带）断裂两侧；3）中生代火山盆地内，多分布在基底断裂通过的盆地边缘，或古生代基底与中生代火山岩地层触界面附近；4）区域深大断裂的次级NE、NW 向断裂、断裂交汇夹持、断裂与火山机构交切复合部位；5）上侏罗统满克头鄂博组酸性火山岩、火山碎屑岩类及其与其它地层接触部位附近的构造蚀变带内和燕山晚期侵入岩接触带附近。

2.2 铀矿化

通过对研究区内701 铀矿床及众多铀矿化、异常点进行地质调查评价工作，分析认为研究区火山岩型铀矿化可进一步划分为潜火山、蚀变裂隙带及层间破碎带3 种亚类。

2.2.1 潜火山岩亚类

此类铀矿化主要指产于潜火山岩岩体内、外接触带的铀矿化［20］。该类型铀矿化主要分布于林东盆地及大板盆地内，矿化主要产于流纹斑岩、花岗斑岩脉体及外接触蚀变带内，典型代表为5 号铀矿点。

5 号铀矿点位于林东盆地西端的板山图破火山机构中部，矿体产于花岗斑岩与石泡流纹岩接触带内。地表铀矿体长15.50 m（图3），品位为0.050%～0.364%。近矿围岩蚀变以中低温热液蚀变为主，伴随弱碱性蚀变，蚀变种类有褐铁矿化、赤铁矿化、硅化、萤石化、水云母化、碳酸盐化，其中赤铁矿化、萤石化、硅化与铀矿化关系最为密切。

图2 扎兰屯火山岩型铀成矿远景区南段火山岩型铀矿化点分布简图Fig.2 Distribution sketch of volcanic-type uranium occurrences in the southern of Zhalantun uranium metallogenic prospect zone

图3 板山图5 号铀矿点地质简图（据李长华等，2018［10］修改）Fig.3 Simplified geological map of No.5 uranium mineralization occurrence in Banshantu

2.2.2 蚀变裂隙带亚类

此类铀矿化指呈群脉状、网脉状呈雁行脉向深部断续延伸［21］，主要富集在断裂交汇及密集裂隙带部位的铀矿化［22］，铀矿化一般矿体陡倾，单个矿体规模不大。该类型铀矿化主要分布于次级断裂派生的蚀变裂隙带内。典型代表有701 小型矿床和8 号铀矿点。

701 矿床位于新城子次级火山盆地五间房西侧，赋矿围岩为满克头鄂博组流纹质熔结凝灰岩（图4），受西拉沐伦河深大断裂派生的次级近EW 向蚀变破碎带控制，已发现铀工业钻孔14 个，圈定矿体19 条，单矿体长50.00～210.00 m，品位为0.052%～0.133%。蚀变以中低温热液蚀变为主，其中硅化、赤铁矿化、萤石化、黄铁矿化、绿泥石化与铀矿化关系密切。

8 号铀矿点位于新城子次级火山盆地中部，赋矿围岩为满克头鄂博组流纹质熔结凝灰岩，受NW 向断裂控制。地表揭露工业铀矿体2 条，Ⅰ号矿体长26.30 m，平均品位0.059%，最高0.092%；Ⅱ号矿体长22.40 m，平均品位0.055%，最高0.085%，赤铁矿化、萤石化、硅化与铀矿化关系密切。

图4 701 矿床中心地段地质简图Fig.4 Simplified geological map of the central area of deposit 701

2.2.3 层间破碎带亚类

此类铀矿化主要指产于火山岩盖层层间破碎带内，矿体倾角较小，一般不超过30°，受次级盖层断裂密集裂隙带控制［21］。代表性的为13 号铀矿点。

13 号铀矿点位于草帽山次级火山盆地北部，矿化产于凝灰质砂岩、砂砾岩层间破碎带中，铀矿化、异常体呈条带状产出，产状与岩层产状基本一致，地表出露矿长0.58～41.35 m，品位为0.050%～0.052%。

3 控矿因素分析

3.1 地层岩性与铀成矿的关系

研究区火山盆地基底经历了华力西、印支期复式变质和花岗岩化作用形成的二叠纪陆相碎屑岩建造，铀丰度为（3.83～6.57）×10-6。盖层为一套巨厚（火山岩系累计厚度超过3 000 m）的中生代中酸性火山岩［23］，而中酸性火山岩厚度的大小反应火山盆地深部铀源丰度的多少［21］。与铀成矿关系最为密切的是上侏罗统满克头鄂博组酸性火山岩和燕山期晚期侵入岩（表1），上侏罗统中酸性火山岩铀含量为（6.23～8.31）×10-6，而花岗岩铀含量最高达到了11.73×10-6，这些富铀地层和岩体为铀成矿提供了充足的铀源。

另外紫灰色侏罗系碎屑岩系沉积韵律发育，岩性粗细相间，易受断裂构造作用形成顺层、层间、陡倾构造而易于成矿，铀矿化主要赋存于粒度较粗的韵律层中。

3.2 潜火山岩与铀成矿的关系

区内铀矿化与潜火山岩具有明显的时空相依、时间相随的关系，火山岩浆作用期后潜火山岩发育，具有持续时间长、继承性等特征，致使铀成矿周期长、铀源丰富。区内与潜火山岩有关的铀矿化、异常点多产于潜火山岩外接触带中酸性火山岩蚀变带内，热液流体自地壳深部向上迁移的过程中会携带大量铀，另外在迁移过程中萃取了围岩部分铀，在地球化学障附近寻找有利部位富集成矿。

虽然潜火山岩与火山岩岩浆演化同源且连续，但从岩、矿石微量元素含量（表1）对比发现，潜火山岩铀元素含量明显高于中酸性火山岩，说明潜火山岩更富铀；亲铜元素（Cu、Pb、Zn）在潜火山岩中的含量明显低于火山岩，而在铀矿石中显著增高，认为潜火山岩浆期后热液能够再次萃取潜火山岩中的铀及亲铜元素，为铀成矿提供铀源。

表1 研究区岩、矿石铀及亲铜元素含量表Table 1 Content of uranium and chalcophile elements in rocks and ores in the study area

3.3 构造与铀成矿的关系

以往研究表明构造是矿田、矿床形成的主导因素，而断裂构造尤为重要，笔者从大地构造环境、断裂构造、界面构造、火山构造等方面阐述了构造对成矿、控矿的重要性。

3.3.1 大地构造环境与铀成矿

我国火山岩型铀矿床主要集中产在古生代造山褶皱带陆缘岩浆弧和古生代大陆活化构造-岩浆活动带两大地质构造环境内［21］。研究区地处华北板块和西伯利亚板块结合部位，属第一种构造环境，且位于我国东部重要的多金属成矿聚集区［25］和火山岩型铀成矿远景区叠合部位［3］，区内变形-变质作用和岩浆活动强烈［26］，经历了多期花岗岩化或花岗岩侵入作用，造就了研究区成矿作用复杂、多期次的特征，因此研究区具备形成大、富矿床的基础条件。

3.3.2 断裂构造与铀成矿

研究表明，区域深大断裂具有规模大、活动频繁、持续时间长、切壳导源的特征，是重要控岩、控矿、导矿构造［10，27］；研究区发育3 组NE 向区域深大断裂（大兴安岭主脊断裂、黄岗梁-乌兰浩特深大断裂、大板-扎鲁特旗断裂），控制着区内火山喷发、沉积及侵入岩的展布，沿区域深大断裂派生NE、NW、近EW 和近SN 向次级断裂，这些次级断裂是区内重要的配矿、容矿构造。通过对比发现，区内受断裂构造控制的铀矿化异常点均赋存于：1）不同方向、期次的断裂交汇、夹持部位，主干断裂与次级断裂的交汇、夹持部位尤为突出；2）断裂产状发生变化部位（走向发生扭曲、转弯、反转，倾角由陡变缓或由缓变陡）；3）断裂构造与有利岩层、潜火山岩的交汇、夹持部位；4）断裂局部圈闭较好的部位；5）与导矿断裂带（主干断裂）上盘交汇的次级断裂或节理裂隙带。

综上所述可知断裂构造对成矿起着决定性作用，断裂构造成矿有利部位的发育情况决定了铀矿化规模。

3.3.3 界面与铀成矿

广泛且持续的火山岩浆作用，发育了众多界面，包括岩性界面、组间界面、基底界面、层序界面、侵入界面等，这些界面是有利的赋矿空间。当切盆断裂构造揭穿上述界面时，深部热流体沿陡倾断裂、侵入界面垂向脉状充填或沿各种界面呈层状侵位，形成产状平缓或陡倾的潜火山岩，发生铀的富集成矿作用。另外深部热流体上升侵位到相对圈闭的界面，铀元素易发生卸载富集成矿。

从铀矿体空间定位划分，铀成矿上部空间由组间界面与断裂构造复合定位，下部空间由基底界面和潜火山岩、断裂构造复合定位。

3.3.4 火山构造与铀成矿

研究区与铀矿化关系密切的火山构造有火山口、破火山口、火山通道及潜火山岩侵入体，这些都是中酸性岩浆喷发通道，也是深部含矿热液流体向上大规模运移通道，能为铀成矿提供丰富的铀源。

火山构造通常是复合成因的，岩浆成分、火山喷发方式、喷发快慢、时间长短、不同旋回、不同机构的火山产物相互叠置、后期多次构造变动都会对火山机构造成影响，这也造就了火山构造的复杂多样性，利于铀成矿。火山机构形成时或后期活动都会形成大量陡倾角裂隙带和缓倾角层间构造破碎带，环状及放射状断裂、裂隙，这些断裂裂隙是含矿热液运移与储存的最佳空间，有利于铀成矿。

上述多种控矿因素可以多次相互叠加，在相互作用部位，易于形成富而大的矿床，是寻找盲矿体的最佳有利地区。

3.4 热液蚀变与铀成矿

火山热液改造作用是火山型铀成矿的关键条件［28］。对此笔者通过与中国东部典型火山岩型铀矿床（沽源、红山子、邹家山、丁家山、毛羊头、岭头等矿床）近矿围岩蚀变种类对比发现中低温热液蚀变与铀成矿关系密切，而本区所发现的铀矿化异常点均发育强烈的中低温热液蚀变，以酸性蚀变为主、碱性蚀变次之，局部酸碱叠加，蚀变类型主要有：硅化、萤石化、赤铁矿化、蛋白石化、钠长石化、水云母化、黄铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化等。其中硅化在各铀矿化异常点内普遍发育，且持续时间长，其中烟灰色、暗红色网脉状、细脉状、透镜状石英与铀矿化尤为密切。

4 铀成矿预测评价

4.1 远景区划分

通过对研究区控矿因素及铀矿地质特征分析，结合已取得地质、物探、化探、矿化异常等成果，初步预测4 处铀成矿远景区（图5），其中一级远景区2 处，二级远景区1处，三级远景区1 处，具体特征如下：

4.1.1 Ⅰ级成矿远景区

图5 扎兰屯火山岩型铀成矿远景区南段铀成矿远景预测图Fig.5 The uranium perspective area in the southern of Zhalantun uranium metallogenic prospect zone

五十家子铀成矿远景区（Ⅰ-1）：位于五十家子火山盆中部，面积约120 km2，基底由二叠系砂岩、板岩及二叠纪花岗闪长岩组成，盖层以中侏罗统新民组火山沉积碎屑岩为主，基底和盖层铀含量较高，铀源丰富；受西拉沐伦河深大断裂及北东向林西-朝阳断裂带和九连庄-古石庙子山断裂带夹持，夹持区等间距发育NE、NW 向断裂构造、节理裂隙带，相互截切呈网格状。区内地表发现铀矿点4个，铀矿化异常点33 个，工业铀矿体3 条，伽马异常场26 处、210Po 异常晕12 处，发育强烈中低温酸性蚀变，以硅化、褐铁矿化、赤铁矿化为主。

五间房铀成矿远景区（Ⅰ-2）：位于新城子次级火山盆地南部，面积230 km2。区内基底由二叠系变质岩和华力西晚期花岗闪长岩、燕山早期钾长花岗岩组成，盖层以上侏罗统满克头鄂博组酸性火山岩为主，基底和盖层铀含量较高，铀源丰富。受NW 向官地东断裂和NE 向大板-扎鲁特旗断裂夹持，夹持区发育次级NE、NW、NS 向断裂，且相互截切，形成多个构造结。发育NE、近NS 向潜火山岩，以花岗斑岩、流纹斑岩为主，且规模较大，沿断裂构造、潜火山岩发育强烈的面状、带状中低温酸、碱性热液蚀变，且相互叠加，蚀变类型以赤铁矿化、萤石化、硅化、水云母化、褪色蚀变、黏土化为主。区内发现铀矿床1 处、铀矿点3 处、铀异常点35 余处、众多伽马异常场。

4.1.2 Ⅱ级成矿远景区

王家大院铀及多金属成矿远景区（Ⅱ-1）：位于林西南部十二吐次级盆地内，面积约160 km2，该区基底为上二叠统林西组变质砂岩，盖层为上侏罗统满克头鄂博组中酸性火山岩，盖层和基底铀含量较高，铀源丰富。远景区受NE 向黄岗梁-乌兰浩特深大断裂及上账房断裂复合控制，发育NE、NW、NS 向次级断裂，潜火山岩发育；发现氡异常2 片、伽马能谱异常带8 条，铀矿点2 处，矿化异常点16 处、铅锌多金属矿化蚀变带17 条，发育强烈硅化、赤铁矿化、水云母化。

4.1.3 Ⅲ级成矿远景区

板山图铀成矿远景区（Ⅲ-1）：位于林东盆地西南侧的板山图破火山机构内，面积320 km2，基底和盖层铀含量较高，铀源丰富；受NW 向官地东断裂和NE 向黄岗梁-乌兰浩特深大断裂夹持，区内火山构造发育，发现火山通道4 处；次级NE、NW、近NS 向断裂构造发育，且相互截切；潜火山岩发育，以花岗斑岩脉为主，规模多而大，多呈NE、近NS 向展布，其中一条近NS 向花岗斑岩断续出露长约12 km。区内发现矿化点1 个，铀化异常点9 个，土壤210Po 异常8 处，能谱伽马测量异常带3 处，中低温酸、碱热液蚀变发育且叠加，主要有硅化、萤石化、赤铁矿化、碳酸盐化等。

4.2 远景区工程验证

为进一步查明成矿远景区内铀矿化深部发育情况及铀资源潜力评价，针对Ⅰ、Ⅱ级远景区开展钻探查证工作，并揭露到较好的工业铀及多金属矿体，具体特征如下：

五十家子铀成矿远景区内发现工业铀矿孔2 个、铀矿化孔2 个，其中工业铀矿体3段，品位0.050%～0.079%，视厚度1.1～2.6 m，铀矿化体5 段，品位0.030%～0.047%，视厚度1.4～5.6 m，铀矿化异常体海拔标高780～860 m，埋深较浅，均受构造破碎带控制。

五间房铀成矿远景区内发现铀工业孔1个、铀及多金属工业孔1 个、铀矿化孔2 个、铀异常孔3 个、多金属矿化孔2 个。揭露铀工业矿体3 段，品位0.050%～0.139%，视厚度1.8～5.6 m，矿体海拔标高850～920 m；揭露铅锌银工业矿1 段，铅、锌、银品位分别为0.89%、3.30%、139.39 g/t，视厚度13.3 m，矿体海拔标高780～830 m。该远景区矿体呈上铀下多金属，蚀变呈上酸下碱的特征。

王家大院铀及多金属成矿远景区发现铀矿化孔2 个，多金属工业孔1 个，其中铀矿化体5 段，品位0.030%～0.045%，视厚度0.9～1.6 m；钼工业矿体1段，平均品位0.096%；铀及多金属矿体海拔标高660～730 m，构造破碎、矿化蚀变部位铜、铅、锌、银等品位均有不同程度增高。

通过钻探工程深部查证，远景区深部铀矿体发育，且存在潜火山岩、酸性蚀变，构造破碎带发育，成矿环境良好，利于铀及多金属矿床的形成，成矿潜力较大。