乌克兰地盾超大型碱交代型铀矿床特征及热点深源成矿模式

李子颖， 钟军， 蔡煜琦， 黄志新， Leonid Shumlyanskyy，权小辉， 张闯， 虞航

（1. 核工业北京地质研究院， 中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室， 北京100029； 2. M.P. Semenenko Institute of Geochemistry， Mineralogy and Ore Formation， National Academy of Science of Ukraine， Palladina Avenue，34， 03680 Kyiv； 3. School of Earth and Planetary Sciences， GPO Box U1987， Perth WA 6845）

乌克兰地盾中部发育多个（超）大型钠交代型铀矿床， 其中， 第一个与钠交代有关的铀矿床是1945—1946 年期间在克里沃罗格-克列门丘格成矿带中变质铁建造中发现的［1］。 但事实上， Tarasenko 于1903 年在Shymanovsky铁矿山中就曾报道过钠闪石， Tanatar 在1925年报道了钠质花岗岩中的钠长石特征，Svitalsky 于1927 年在黄水向斜中首次发现了霓石。 这些发现说明地质学家很早就在乌克兰地盾中部区揭示了钠交代作用的存在。 自那以后， 乌克兰逐步发现并不断扩大了钠交代型铀矿资源量， 截至目前已超过30 万t，成为乌克兰重要的天然铀生产基地， 在世界上也占有较重要的地位。

五一（Pervomayske）和黄水（Zheltorechenske）铀矿床被认为是世界上最早开发的碱交代型铀矿床， 在分别生产了1.1 万t 和1.89 万t 天然铀后， 于1967 年和1989 年相继关闭。 目前乌克兰运行的铀矿山主要有米丘林（Michurinske）铀矿（1964 年发现， ＞27 000 t）、中 央 （Central） 铀 矿 （60 000 t）、 瓦 图 津（Vatutinske，也译为 瓦 杜 津）铀 矿（1965 年 发现， 25 390 t）， 2010 年， 新 康斯坦丁 诺 夫（Novokostantynivka）铀矿（96 360 t）建成投产，其他同类矿床有待今后开发。 这些矿床的平均品位变化为0.05%～0.20%。 尽管品位相对较低， 但资源储量巨大， 因此具有重大的研究和勘查开发价值。

总体上来讲， 人们对这类矿床的研究和认识程度还不高。 本文在文献研读的基础上，结合近年来的野外调查及室内分析数据， 综合性地阐述了乌克兰地盾中部区超大型钠交代型铀矿集区的产出地质构造背景、 成矿特征和控矿要素， 以更好地理解其成矿规律和成因机理， 建立成矿模式， 推动该类矿床的找矿勘查工作。

1 乌克兰地盾地质构造基本特征

乌克兰地盾位于乌克兰中部， 东西延续达800 km， 受南北向深大断裂影响， 自东向西， 被分割为亚速（Azov）、 中 第 聂 伯（Middle Dnieper）、 印古尔（Ingul）、 罗斯-狄开奇（Ros-Tikych）、 西北（North-Western）和德涅斯特-巴格（Dniester-Bug）等6 个地块， 形成地堑和断隆 构 造［2-4］（图1）。 整个乌克兰地盾区主要的地层、 岩浆岩和构造特征简述如下。

1.1 地层

乌克兰地盾具有双层结构， 由太古宇、元古宇基底和上古生界-中生界、 新生界盖层组成。

古太古界： 主要由深变质岩组成， 下部角闪岩、 角闪片麻岩和云母片岩； 上部主要为黑云母片麻岩， 含少量角闪岩。

新太古界： 下部由变火山岩、 磁铁石英岩、 片岩、 片麻岩、 角闪岩等组成； 上部为变砾岩和变火山岩。

古元古界： 下部主要为酸性火山岩， 如凝灰岩、 凝灰质岩、 火山碎屑岩等； 中部为石英岩、 变砂岩、 片岩、 富含炭质或类石墨的基性火山岩； 上部为变石英岩、 变砂岩和砾岩。

图1 乌克兰地盾构造纲要简图 （据Shumlyanskyy 等， 2017［4］修改）Fig. 1 Simplified tectonic map of the Ukraine Shield （modified after Shumlyanskyy et al.， 2017［4］）

新元古界： 下部为流纹岩、 辉绿岩、 复成分砂岩和砾岩； 上部为正长斑岩、 粗面安山岩、 安山岩、 辉绿岩、 凝灰质片岩等。

上古生界-中生界： 发育有上二叠统-中三叠统陆相红层和白垩系陆相碎屑岩及碳酸盐岩。

新生界： 仅发育有古新统， 岩性主要为蛋白土和似蛋白土砂岩、 粉砂岩。

1.2 岩浆岩

最古老的岩浆岩为古太古代形成的镁铁质-超镁铁质建造， 花岗岩有紫苏花岗闪长岩、 闪长岩、 更长花岗岩和斜长花岗岩， 主要分布于地盾中西部地区； 新太古代形成了大量的混合岩-花岗岩岩体， 如辉长-斜长花岗岩建造、 混合岩-斜长花岗岩建造、 混合岩-花岗岩建造和花岗岩建造， 主要分布于地盾的东部地区。 古元古代岩浆作用广泛发育，最早形成了顺层产出的橄榄岩-辉石岩-苏长岩岩体， 在岩浆作用结束期， 形成了大量碱性花岗岩（2 400 Ma）， 晚期岩浆活动在克拉通化地区形成了碱性和超基性岩体， 在活动带内形成了花岗岩、 混合岩-斜长花岗岩、 混合岩-花岗岩和花岗岩等（图1）， 新元古代及以后， 又形成了不同期次的基性-超基性辉长岩、 斜长岩、 辉绿岩和煌斑岩脉（图2、 3）。

1.3 构造

乌克兰地盾的六个地块间的发展与演化具有不均衡性， 具有不同的地壳演化特征［4］，各个地块之间往往以深大断裂为界， 在各地块基底中同时发育巨大的超壳断裂， 以北西向为主， 其次为北东向和近南北向， 亦可见近东西向断裂发育（图2）。 乌克兰地盾中部印古尔地块中的超壳断裂及其次级断裂系控制了本区钠交代型铀矿床的展布（图2）。

图2 乌克兰地盾中部地质构造和铀矿化空间关系图（据Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 2 Geotectonic map and the locations of the uranium and other metallic deposits of the Central Ukraine Shield （modified after Dahlkamp， 2016［5］）

图3 乌克兰中部钠交代型铀成矿省地质格架图（据Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 3 Simplified geotectonic map of the Na-metasomatism uranium province in the Central Ukraine Shield （modified after Dahlkamp，2016［5］）

1.4 矿产发育情况

乌克兰地盾区发育的矿产类型包括铀、金、 锂、 钛矿等。 其中， 铀矿主要是产在乌克兰地盾中部印古尔地块中部花岗岩杂岩体及其周边（图2）， 分布非常集中， 主要受穹隆和断 裂构造 交 汇 控 制（图2、 3）。 此外， 在岩体外围的基底地层及基底与花岗岩体间的接触带附近， 还发育有一系列金矿、 锂矿，个别钛矿床发育于花岗质杂岩体中［5］。

2 乌克兰地盾碱交代型铀矿床基本特征

乌克兰地盾内的铀矿床主要位于基洛沃格勒地块中部和克里沃罗格-克列门丘格向斜构造带中部。 根据其形成时代及成因， 铀矿化可分为5 种 类 型［6］： 1） 古元古代石英砾岩型， 同生沉积成因， 大致形成于2.6～2.4 Ga，产于古元古代变质砂砾岩中， 说明太古宙花岗岩就是富铀的； 2） 钾交代伟晶型， 其成矿时代大致为2.0～1.9 Ga， 分布于乌克兰地盾的西北部、 中部及东南部地区， 为古元古代造山作用晚期大规模岩浆-热液作用产物， 可能叠加后期热液改造； 3） 钠交代型， 其成矿年龄为1.88～1.55 Ga， 是乌克兰地盾最为主要的铀矿化类型， 为热液交代成因， 多受断裂构造控制， 产于古元古代再活化的碎裂蚀变钠长岩中； 4） 铁-镁-钠交代型， 形成于1.8～1.7 Ga， 为热液交代成因， 受断裂构造控制， 产于碎裂的铁-镁-钠质交代蚀变岩中；赋矿围岩原岩为形成于古元古代造山作用的变质含铁石英岩及结晶片岩； 5） 晚期热液脉型， 成矿年龄为220 Ma， 多为金属硫化物-沥青铀矿脉， 产于乌克兰结晶基底的破碎带中，规模较小。 这5 种铀矿化类型中， 第3 种与第4 种为最主要的也是本文要讨论的主要铀矿化类型。 本文选取米丘林、 谢维林、 新康斯坦丁诺夫、 瓦图津、 黄水和五一等6 个典型矿床予以论述。

2.1 米丘林（Michurinske）铀矿床

米丘林（Michurinske） 铀矿床位于基洛沃格勒市南部约3 km 处（图3）， 是基洛沃格勒断裂带内（基洛夫矿田内）发现的第一个钠交代型铀矿床。 Dahlkamp［5］报道其铀资源量至少有27 000 t， 平均品位为0.08%。

米丘林矿床产于印古尔片麻岩和混合岩内的基洛沃格勒断裂带内， 毗邻基洛沃格勒花岗岩体。 米丘林铀矿区面积约0.6 km2， 位于由汇聚型断裂系统形成的楔形构造块体内（图4a）。 矿区内产出的主要围岩为印古尔花岗岩、 黑云母-角闪石片麻岩、 混合岩和伟晶岩等。 主要的控矿构造为近南北向展布的米丘林（Michurinskyi）区域断裂带（图4a、 b）， 倾向为60°～80°， 赋存铀矿体的钠交代蚀变体便发育在该断裂带西部的一系列南北向和北西向次级断裂构造内。 矿区内另发现大量晚期基性岩脉/墙穿切钠交代蚀变体和铀矿体，为区内较晚的岩浆活动［5，7］。

米丘林矿床钠交代岩非常发育， 但主要位于米丘林断裂带下盘（西侧）。 钠交代蚀变作用在不同岩性（花岗岩、 片麻岩）中皆有发育， 且具有明显的空间分带性： 从围岩往矿体中心， 钠交代蚀变作用由弱到强， 由细脉状、 云雾状向斑点状、 团块状转变。 该矿床包括三十多个铀矿体， 铀矿体呈不规则透镜状、 层状产于钠交代蚀变体中。 单个铀矿体往往达数百米长、 数十米宽， 内部发育网脉状和浸染状构造。 矿床浅部的矿体经历了较强的氧化和剥蚀作用， 矿体深部多在150～500 m 深度处尖灭（图4b）。

图4 米丘林矿床地质图（a）和代表性剖面图（b）（据Cuney 等， 2012［7］修改）Fig.4 The geological map （a） and representative cross section （b） of the Michurinske deposit （modified after Cuney et al.， 2012［7］）

米丘林矿床钠交代蚀变作用可大致划分为两个阶段： 早期的钠交代阶段及晚期的铁镁钙交代阶段。 早期的钠交代蚀变基本保留了原岩结构， 主要由钠长石组成， 有不同比例的霓石、 钠（铁）闪石、 绿泥石、 绿帘石等共生（图5）， 蚀变程度相对较弱的部位可观察到钠长石交代石英和其他长石、 及绿泥石或钠闪石交代黑云母的交代残余结构（图5）， 本阶段中， 钠大量带入蚀变岩， 而钾、 硅则大量带出（图4）； 晚期的镁铁钙蚀变叠加于钠交代蚀变阶段之上， 主要矿物组合包括绿泥石、碳酸盐矿物（方解石、 白云石）、 金云母、 赤铁矿、 及少量新生钠长石。

米丘林矿床的主要铀矿物为晶质铀矿/沥青铀矿和钛铀矿 （前者约占40%， 后者约60%）， 另有少量铀石、 硅钙铀矿等铀矿物发育。 铀矿物主要呈浸染状且多产于高度破碎和角砾化的钠交代岩内。 根据铀矿物组合，米丘林矿床的矿石主要包括两种类型： 单钛铀矿型矿石、 铀石-沥青铀矿/晶质铀矿-钛铀矿型矿石， 前者主要产于以霓石-钠闪石为主的钠交代蚀变岩内， 而后者则主要产于方解石-金云母-绿泥石钠交代蚀变岩中， 显示出一定的铀矿物和热液蚀变对应关系。

目前没有针对该矿床的成矿时代报道，但整个乌克兰地盾的铀矿化时代约为（1.8±0.5）Ga［7］。

2.2 谢维林（Severinske）铀矿床

谢维林 （Severinske） 矿床位于基洛沃格勒市北部10 km 左右（图2、 3）， 与米丘林矿床沿近南北向的米丘林断裂带（也称基洛夫断裂带）遥相对应， 该矿床发现于1968 年， 是基洛夫矿田迄今发现的最大铀矿床， 其铀资源量高达68 400 t， 平均品位约0.1%［5］。 三个相邻矿体所含资源量占整个矿床资源量的90%， 该矿床已完成勘探但尚未开采［5］。 该矿床与米丘林矿床受同一构造-热液蚀变带控制， 因而具有十分相似的成矿地质特征。

图5 米丘林矿床交代蚀变特征Fig. 5 Microphotographs showing the alteration features of the Michurinske deposit

构造上， 谢维林矿床处于南北向的基洛夫深大断裂带与区域性北西向大断裂带的斜接复合部位， 与米丘林矿床相比较， 在构造部位上， 矿床稍远离南北向构造而偏于北西向构造带中， 因而矿床内小褶皱轴线、 断层线、 岩体岩片及矿体走向线呈北北西-北西向展布（图6a）。

谢维林矿床铀矿体产于一条300～500 m宽的所谓 “层状混合岩带” 内， 介于西部的Lelekovsk 岩体（又称为南乌克兰花岗岩）和东部的斑状变晶混合岩之中。 “层状混合岩带”由互层的混合岩、 等粒花岗岩、 片麻岩、 伟晶岩和叠加的构造带构成， 整体走向为北北西， 倾向北东、 倾角65°。 与米丘林矿床类似， 谢维林矿床发育的蚀变作用以钠交代为主， 具体包括钠长石化、 赤铁矿化、 绿泥石化、 碳酸盐化、 去硅化、 绿帘石化等， 含矿的钠交代蚀变体（霓石-钠闪石钠长岩， 钠闪石钠长岩和绿帘石-绿泥石钠长岩） 叠加于“层状混合岩带” 和构造带之上， 而钠交代蚀变体又被更晚的镁铁钙蚀变赤铁矿-绿泥石-方解石和赤铁矿-金云母-碳酸盐矿物组合叠加。 钠交代岩中所有造岩矿物普遍发生交代作用， 钠交代岩沿倾向延伸达2 600 m、 走向延伸达1 400 m， 宽度或厚度则可达数百米。

图6 谢维林矿床-550 m 中段平面图 （a）； 钠交代蚀变体与3b-I 矿体、 3b-II 矿体平面关系图 （b）； 103 号勘探线剖面图（c）（据Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 6 Projecting geology map at level 550 m of the Severinke deposit （a）， horizon relation of Na-metasomatite and orebody 3b-Ⅰand 3b-Ⅱ（b）， cross seotion along exploration Line 103（c）（modified after Dahlkamp， 2016［5］）

谢维林矿床的铀矿体多呈大的板状、 透镜 状（图6b、 c）， 厚度介于几米至120 m 之间。 相较于米丘林矿床， 其抬升剥蚀程度较低， 更多矿体未被剥蚀而得到了保留， 自地下150～1 200 m 发育连续铀矿化， 但高品位铀矿石主要介于500～1 000 m 深度范围。 该矿床内施工的两个深钻揭露的 “层状混合岩带” 和构造带深达2 300～2 400 m， 铀矿体则深达1 150 m（沿倾向延伸1 350m）， 另外， 在钻孔B3002 中1 900 m 处， 揭露到宽达数米的小规模霓石-钠闪石钠长岩， 伴随钛铀矿矿化［5］。

谢维林矿床铀矿石为晶质铀矿-钛铀矿型矿石， 铀主要以晶质铀矿/沥青铀矿、 铀石、钛铀矿及这些铀矿物的蚀变产物产出。 铀矿物多呈浸染状或细脉状， 大多数矿石为赤铁矿化-碳酸盐化-绿泥石化钠长岩， 且受明显的构造控制， 两个不同的构造带控制了对应矿体的产出。

2.3 新康士坦丁诺夫 （Novokonstantinovske）铀矿床

新康士坦丁诺夫 （又称诺沃康斯坦丁）铀矿床位于乌克兰中部城市基洛沃格勒西部约45 km 处（图2、 3）。 该矿床发现于20 世纪70 年代， 最大勘探深度达2 000 m， 是乌克兰最大的碱交代型铀矿床， 铀资源量93 630 t，平均品位为0.14%［5］。 矿床发育于乌克兰地盾中部花岗片麻岩穹隆中心新乌克兰（Novoukrainska）花岗岩体北部， 与乌克兰南部地区科尔松-新米尔哥罗德 （Korsun-Novomirgorod） 岩体边部相毗邻。 在地理位置上， 新康士坦丁诺夫铀矿床与瓦图津铀矿床相邻， 早期曾一度被认为是瓦图津铀矿矿体东翼向北部的延伸［1，5］。

新康士坦丁诺夫地区古元古代基底主要由花岗岩类（石榴子石-黑云母花岗岩、 花岗斑岩、 细晶花岗岩、 伟晶花岗岩等） 和少量中基性侵入岩（辉长岩、 辉绿岩、 二长岩）组成， 其中石榴子石-黑云母花岗岩是该区最主要的岩石类型。 基底岩石被各种北西-南东向岩墙/岩脉（细晶岩、 伟晶岩、 辉绿岩、 煌斑岩等）所切割。

该区花岗岩为典型的S 型花岗岩， 在球粒陨石标准化的稀土配分图解中呈重稀土亏损和明显的Eu 负异常。 岩石学及地球化学证据表明， 该区花岗岩为上地壳物质重熔后发生结晶分异所形成。 锆石U-Pb 同位素定年结果显示， 该类花岗质岩石形成于2 040～2 025 Ma［8］。 新康士坦丁诺夫铀矿中 晶 质 铀矿 的U-Pb 定年结果为（1 808±27）Ma［3］， 晚于花岗质围岩的侵位年龄。

区域上， 新康士坦丁诺夫铀矿床受南北向新康士坦丁诺夫断裂带控制， 沿该断裂在10 km 范围内发育新康士坦丁诺夫、 利斯纳（Lesnoye）和多库（Dokuchaevskoye）等多个铀矿床。 在矿区内， 铀矿体主要受西部断裂、 东部断裂和交汇断裂联合控制（图7a）。 这三条断裂在交代作用发生前以及交代作用时是同一构造体系下的产物， 具有相同的变形矿物组合、 糜棱岩-碎裂岩结构、 钠长岩和去硅化岩石的分布特征等［9］。 三条断裂各自向深部延伸300～450 m， 其中交汇断裂在深部倾角变陡（70°～80°）， 呈扇状并入到西部断裂中， 沿着二者的交汇区域， 发育大量的钠交代岩（或钠长岩）， 在600～1 200 m 深处发育铀矿体（图7b）。

含铀钠交代岩多发育于粗粒花岗岩中，这些花岗岩常含有10%～60%的长石斑晶。 在深部300 m 处， 钠交代岩多发育绿帘石-绿泥石组合和绿泥石-钠长石矿物组合。 在深部300～700 m 处， 钠交代岩石以钠铁闪石钠长岩和钠铁闪石-霓石钠长岩为主， 并发育金云母和碳酸盐矿物［5］。 铀矿化体多呈不规则状发育于钠交代岩中， 在强烈变形部位多发育富铀矿体［7］。 垂向上， 矿体分为两个层段， 互有重叠， 上矿段集中于100～800 m 深度， 下矿段发育于750～1 200 m 深度。 上矿段矿体呈透镜状、 板状， 受东部断裂和一条平行的倾斜构造带控制。 下矿段的矿体形态较为复杂，周围发育大量弱钠交代岩石。

图7 新康士坦丁诺夫铀矿地质简图（a）及代表性剖面图（b）（据Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 7 The simplified geological map （a） and representative cross section （b） of the Novokonstantinovske uranium deposit （modified after Dahlkamp， 2016［5］）

铀矿物以晶质铀矿、 钛铀矿、 沥青铀矿和铀石为主， 还含有少量的硅钾铀矿、 铀黑等铀硅酸盐矿物。 其中以钛铀矿分布最为广泛， 钛铀矿多呈细小它形晶体或细粒矿物集合体形成的矿脉产出， 通常为交代钛铁矿物的产物。 铀的氧化物多呈细晶状 （粒径可达0.2 mm）或微细矿脉产出， 通常其为交代钛铀矿、 含铁矿物（磁铁矿）和热液锆石的产物。

研究表明， 新康士坦丁诺夫铀矿床为后生热液交代 成 因［5，10］。 花岗岩中的断裂构造，即所谓的 “碎裂岩带”。 在超压流体的作用下， 碎裂岩带发生反复脆性变形， 对钠长石化和铀矿化有重要控制作用， 在局部这些大型碎裂带与绿帘石-绿泥石糜棱岩有关。

2.4 瓦图津（Vatutinske）铀矿床

瓦图津铀矿床发现于1965—1966 年， 其铀 资源量 达到25 500 t， 平均 品位0.14%［5］。矿床位于乌克兰地盾中部花岗片麻岩穹隆中心新乌克兰岩体的西部， 兹维尼哥罗德-布拉特断裂带中的基洛沃格勒（Kirovogradska）背斜西翼花岗岩和片麻岩接触带上（图2、 3）。

铀矿床主要受兹维尼哥罗德-布拉特深大断裂带的分支断裂——西科尼基辅斯基（Western Kurnykivskyi） 断层控制， 走向北西，断层倾角75°～80°， 同时也是花岗岩和混合岩的接触带（图8a）。 该断层为长期多阶段活动断层， 发育一系列碎裂岩、 角砾岩和交代蚀变岩。 铀矿床发育于该断层东部的瓦图津构造和交代复合带内（图8）。 平面上， 所有含铀钠交代岩和铀矿体均严格地被控制在断裂北东盘的楔形挟持区内。 矿床东部与断层接壤，东部断层被认为是与西科尼基辅斯基断层有关的顺滑断层。 剖面上， 铀矿化被严格的控制在断裂的下盘和南北向断裂的上盘平行的挟持区。 铀矿体主要发育于西科尼基辅斯基断层下盘的北东-南西向羽状构造中， 这些小型构造在平面和纵剖面上均呈明显弯曲形态，与主断层呈锐角相连。 矿床围岩主要由黑云母石榴角闪片麻岩、 混合岩和不同类型花岗岩组成（图8）。 铀矿化主要赋存在钠交代岩中， 铀矿化与钠长石-霓辉石-钠闪石和钠长石-绿泥石-绿帘石交代蚀变有关。

钠长岩的原岩中几乎所有矿物都发生了蚀变， 蚀变类型主要包括钠长石化、 赤铁矿化、 绿泥石化、 绿帘石化、 脱硅化、 碳酸盐化、 钠黝帘石化和硅化。 此外， 钠交代岩边缘发育绢云母化、 云母化、 闪锌矿化。 由于花岗岩渗透率较高， 花岗岩中钠长石化比片麻岩和片岩中的钠长石化更为发育， 其蚀变形成的钠长岩中钠长石含量可达80%～90%。该交代蚀变带延伸超过3 km， 宽0.6 km，探明深度超过1.2 km。

蚀变分带现象明显， 从外带至内带依次分为轻微蚀变的原岩、 正长岩类和钠长岩（包括铀矿化钠长岩）。 其中内带钠长岩矿物组成为钠长石（高达60%～80%）以及深色矿物， 包括霓辉石、 碱性角闪石、 少量阳起石、 绿泥石、 绿帘石、 金云母和水云母， 碳酸盐和榍石在矿石中很常见。 钠交代岩也显示出垂直分带， 钠长石-霓辉石-钠闪石交代岩沿倾向向钠长石-绿泥石-绿帘石交代岩转变， 二氧化硅在交代体上部重新形成细脉和硅化带。分带性还体现在化学元素含量上， 钠长岩中Na2O 含量远高于K2O， 碱性元素总量、 二氧化碳和Fe3＋含量均显著高于原生岩石。 矿石中U、 Pb、 V、 Li、 Rb、 Ti、 Ba、 Sr、 Zr、 Y、Yb、 Th 含量较高， 垂直向上矿石中的Y 和Zr浓度增加尤为明显［5］。

瓦图津矿床主要有四个铀矿蚀变带： 东部带、 中部带、 西部带和西北部带。 它们由大小不同、 形态各异的透镜状、 等距的复杂矿体链组成。 其中西北部带为瓦图津矿床的主要铀矿带， 铀资源占整个矿床的60%以上，平均品位0.2%。 由断裂构造和钠长岩共同控制， 发育深度300～800 m。

主要铀矿物包括晶质铀矿、 β-硅钙铀矿、铀黑和硅钙铅铀矿， 以及次生铀矿物包括水成沥青铀矿、 次生硅酸盐和钛酸盐铀矿物。此外还含有少量的铀石、 钛铀矿和钒钾铀矿。含铀矿物主要以浸染状分散在暗色矿物、 断裂或碎裂带以及细粒胶结物中， 也有少量以3～10 mm 的细小脉状或网状聚合体的形式存在。 与米丘林矿床不同， 矿化富集部位钠闪石和霓石富集。 除U 外， 矿石中还含有Be、Zn、 V、 Sr、 La 等元素， 但均达不到综合利用的工业要求。

研究认为， 热液作用和钠交代作用是瓦图津矿床的主要成因， 后期含矿流体沿着断层渗透， 是形成钠交代和铀成矿的决定性因素。 在无石英的碎裂钠长岩中铀矿化达到工业品位， 其中含二价铁离子的暗色矿物与铀沉淀富集共伴生。

2.5 黄水（Zheltorechenske）铀矿床

黄水铀矿床（也作黄河铀矿床）位于乌克兰第聂伯彼得罗夫斯克州黄水市郊， 故得名。铀成矿区划上属于乌克兰中部铀矿集区克里沃罗格铀矿区（图2）。 矿床产于克里沃罗格铁矿盆地黄水变质岩带， 定位于宽0.5～2 km、南北长10 km 的黄水向斜构造（图9）。 受东西向的苏波兹克-玛莎林斯科矿化断裂与克里沃罗格-克列门丘格断裂交汇部位控制， 赋矿围岩为含铁石英岩。 该矿床属铁-铀-钒-稀土-钪多金属矿床， 铀资源量约为14 000 t，平均品位为0.12%［5］。

图9 黄水向斜地质简图（a）及典型剖面简图（b）（据Belevtsev 等， 1984［11］； Dahlkamp， 2016［5］修改）Fig. 9 The simplified geological map （a） and representative cross section （b） of the Zheltorechenske uranium deposit （modified after Belevtsev et al.， 1984［11］and Dahlkamp， 2016［5］）

矿床基底岩石主要有分布于褶皱东翼的太古宙灰色斜长石混合岩和萨克萨甘型花岗岩， 西翼的玫瑰色微斜长石混合岩与花岗岩；中部为下元古界克里沃罗格群变质岩。

克里沃罗格群自下而上分为4 个组， 即新克里沃罗格组角闪岩和角闪石片岩以及黑云母-角闪石片岩， 厚度为7～400 m； 斯基列瓦特组黑云母片麻岩和角闪石-黑云母片麻岩、 云母石英岩石， 厚度为10～250 m； 萨克萨甘组石英-黑云母-角闪石片岩、 角闪石片岩和磁铁矿-角闪石片岩， 与含铁石英岩互层， 厚度约300 m； 格丹采夫组整合产出于萨克萨甘组的石英-黑云母片岩中， 根据岩性不同再分为上、 下两段， 厚度约300 m。

黄水向斜被几组近南北向、 近北西向的断裂分隔成若干小块体， 向褶皱轴线延展，也发育东西向和南北向的挠褶或褶皱。 黄水矿床的主要控矿构造为线形的、 环形的层间剥离带和破碎带。 转折端及两翼岩性为萨克萨甘组和格丹采夫组。 片理化的和破碎的岩石断裂带厚度从几米到几十米不等， 走向延伸1 km。

黄水矿床内与萨克萨甘组钠交代岩（钠长岩、 钠闪石交代岩、 霓石-钠闪石交代岩）有关的直线型或环形铀矿化带： 位于褶皱西翼的奥里霍夫-米哈伊洛夫矿化带， 转折端的环形矿化带， 褶皱东翼的东部矿化带。

奥里霍夫-米哈伊洛夫铀矿化带与褶皱西翼整合产出， 其走向从北西向到南北向， 向东或向西陡倾。 矿化带呈细窄的条带状产于钠长岩中， 长度约1 km。 北部边界由奥里霍夫断裂限定， 南部则由褶皱转折段限定， 矿化带的顶界距地表150～200 m， 矿床中部的矿化深度达2 km。 通过钻探在该矿化带内不同深度共揭露出约10 个不同大小的矿体。

东部铀矿化带位于褶皱东翼， 钠长岩与铁矿体的接触带中， 走向延伸上百米， 倾向延伸超过1 km， 厚度10 m。 其中揭露出3 条矿体。

褶皱鞍部的钠长岩带在平面上呈抛物线形状， 北部张开。 走向、 倾向延伸均超过1 km， 厚度10 m。 发现9 个矿体及众多鸡窝状、 透镜状小矿体。

矿体在环形或线型铀矿化带中呈层状、柱状、 透镜状、 脉状形态。 矿体沿走向延伸较大， 从数百米至1 km 不等。 厚度变化较大， 时而狭缩时而膨胀。 横切面上可见不同矿化强度的条带， 不同方向含矿构造的交汇处铀矿体呈矿株状。 横切面上矿体的长度、厚度在几十米内变化， 而倾向上则在百米内变化。 透镜状矿体一般厚度不大， 走向长度几十米， 倾向达100 m。

铀矿石中主要矿物： 硅酸盐、 铝硅酸盐矿物， 占比85%～90%， 主要有钠长石， 其次角闪石、 霓石、 水云母、 绿泥石； 1%～15%赤铁矿和磁铁矿； 极少量的硫化物和碳酸盐矿物。 铀矿物主要为硅钙铅铀矿、 钛铀矿、 晶质铀矿。 个别矿体上可见沥青铀矿及含铀的变水锆石、 榍石和磷灰石等矿物。 铀矿物以分散浸染， 条带状， 脉状， 斑点状产出。 构造角砾岩的胶结物中发育的铀矿物以胶结-角砾结构产出。

铁质-碳酸盐交代岩体中发育有几个铀矿化带： 位于褶皱西翼的米哈伊洛夫铁质-碳酸盐铀矿化带以及东翼的其他3 个铀矿化层带——西主矿化带、 东主矿化带、 西次矿化带。 其中米哈伊洛夫铀矿化层带位于奥里霍夫-米哈伊洛夫铁矿层的南部， 其走向延长不超过几百米， 倾向上从400～475 m 深度向下延伸超过300 m， 厚度1 m。

褶皱东翼的铁质-碳酸盐型交代岩中的铀矿化主要赋存于西主矿化带， 位于矿床的南部。 矿化带与围岩整合产出， 走向长大于500 m， 倾向从500 m 到700～900 m， 其中分出2 个大型矿体， 7 个小矿体。 矿体内磁铁矿-角闪石片岩和铁质石英岩受到交代， 交代体具有带状结构。

碱性钠交代岩中发育铀型和钪-钒-铀-稀土型两种矿石。 霓石岩、 钠长岩、 碱性角闪石交代岩、 霓石-碱性角闪石交代岩的形成是由于大量的高碱性高氧化性的变质流体在构造-交代带内的作用。 成矿过程也使得交代热液中的元素发生分配。 Zhukova［12］经研究认为，萨克萨甘组中的铀矿石和交代岩由4 个矿化阶段形成。 早期的硅酸盐阶段： 形成钠闪石交代岩， 霓石交代岩和含杂硅钙铅铀矿、 钛铀矿、 磷灰石、 变水锆石、 榍石的钠长岩；碳酸盐-晶质铀矿阶段： 铁质-碳酸盐交代岩、含晶质铀矿的类矽卡岩； 晚期硅酸盐阶段：不产铀； 脉状硫化物-沥青铀矿阶段： 沥青铀矿、 晶质铀矿、 铀石、 碳酸盐、 石英、 绿泥石、 碳沥青、 黄铁矿、 白铁矿、 方铅矿、 黄铜矿等充填萨克萨甘组和格丹采夫组岩石和交代岩中的空隙。

格丹采夫组中钪-钒型和铀-稀土型矿化与交代岩的主要造岩矿物（锥辉石、 碱性角闪石、 变水锆石、 磷灰石）形成条件和成分有关，萨克萨甘组中磁铁矿-角闪石片岩发生交代变质形成的霓石-钠闪石交代岩中的绿色霓石含少量的钒、 钛。 格丹采夫组白云岩和石英岩交代后生成的锥辉石-碱性角闪石交代岩中的锥辉石明显富集钒、 钛、 钪等元素， 而围岩中并不含这些元素。 铁、 钒、 钪由热液携带至交代带。

在锥辉石交代岩外围富集的变水锆石和磷灰石的原因是由于碱性、 CO2含量以及与白云岩和石英岩反应的热液温度的降低。 热液的物理-化学条件的改变控制着钇组和铈组元素在磷灰石和变水锆石晶体中的分配， 也控制着在其晶体表面铀矿物的沉淀。 因此， 不同的类型铀矿石以及交代岩是成矿热液与不同原岩相互作用的产物。 形成碱性钠交代岩的温度区间为300 ～400 ℃， 压力区间为50～200 MPa。 黄水矿床成矿U-Pb 年龄为（1 770±50）Ma［13］。

2.6 五一（Pervomayske）铀矿床

1945 年春在五一铁矿的4 号竖井82 m 中段， 地质学家伊万诺夫等在研究热液蚀变时，发现三块绿泥石-绢云母片岩手标本具有放射性， 由此揭开了乌克兰铀矿大发现的序幕。随后在D 号竖井150 m 中段处的角闪石-方解石-磁铁矿矿石上又发现有铀矿化， 进而发现了乌克兰境内甚至前苏联境内的第一个铀矿床——五一铀矿床。 铀矿石类型属于铁铀型矿石， 铀资源量为10 200 t， 平均品位为0.12%［5］。 1968 年停止采铀矿， 随即移交给乌克兰黑色冶金工业部继续开采铁矿。

矿床位于克里沃罗格褶皱带的北部（图2），矿床所赋存的变质岩层的岩性、 构造等地质特征与褶皱带南部存在着明显的差异， 北部变质程度相对较高， 交代岩也极为发育。 五一铀矿定位于五一向斜构造内， 区内克里沃罗格群变质岩层的走向由北东向变为北西向（图10）。 与萨克萨甘地区相比矿区内的地层的岩性、 厚度等发生明显变化， 部分克里沃罗格群的铁质-角岩层出现尖灭现象。 发育更高级别的变质岩， 克里沃罗格中部的长石砂岩在这里变质为云母石英岩、 黑云母千枚岩、镁铁闪石片岩等。

克里沃罗格群的火山-沉积岩因发生交代作用而形成新的岩石， 且沿走向和倾向延伸都较大。 不论铁矿体还是铀矿体的形成均与交代作用有关， 矿体的成分与形态都符合交代作用的特征。

由于发育大量的北西走向断裂， 褶皱构造也显得十分复杂， 多组断裂将矿区分隔成若干块， 导致矿区形成如马赛克般的构造格局， 这些断裂分隔的块体在平面上呈扁平状、透镜状。 沿着断裂这些小断块的位移较大，部分地层完全尖灭甚至不同地层拼合到一起。因此也导致一些大的角岩体、 片岩体和铁矿体出现在了不同的地层中。 尽管构造变形剧烈， 但是在矿区还是保存了主要的地层层序以及走向上的延伸性等特征， 主要是以近南北向的断裂为主， 总体上矿区内岩层的走向和倾向与五一向斜的北翼一致（图10）。

图10 五一矿床地质简图（a）（据Koval 等， 1995［14］）及代表性勘探线剖面图（b）（据Miguta and Tarkhanov， 1998［15］）Fig. 10 The simplified geological map （a） （after Koval et al.， 1995［14］） and representative cross section （b） （after Miguta and Tarkhanov， 1998［15］） of the Pervomayske uranium deposit

沿近南北向断裂旁边又发育多组近东西向或者近北西的断裂， 因这些断裂的定向变化较大， 导致对其进行严格的定向分类极为困难。 多组大、 中、 小型断裂交错展布， 断裂性质为走滑逆断层和走滑正断层。 在矿区的西北部， 近南北向的萨克萨甘逆冲带与北西向的断裂带交汇部位发育众多角砾岩带，平面上呈不规则形状且向断裂带方向凸出，大小约为800 m×500 m， 倾向东南。 角砾岩体为圆锥状， 也称为角砾岩筒， 其边缘部位破碎强度逐渐变小。

五一矿床有两种工业矿石类型： 1） 铁矿石； 2） 铁-碳酸盐-铀矿石。 铁矿石具有闪石矿物成分， 含铁量较高（62%）， 硅质含量低。矿体呈条带状、 次条带状、 块状和扭曲状。 矿物成分： 磁铁矿（30%～90%）、 赤铁矿（0～40%）、 碱性闪石 （5%～30%）； 次级矿物有假象磁铁矿、 假象赤铁矿、 黄铁矿、 白铁矿、 磁黄铁矿、 毒砂、 方解石、 石英、 铁绿泥石、 铁镁绿泥石、 霓石、 滑石； 副矿物有榍石、 磷灰石、 锆石； 始终含有铀、 钍杂质。X 射线光谱分析铁矿石中含锗、 镍、 铬、 铜、铅、 锌、 钴、 钨、 锶等元素。

铁-碳酸盐-铀矿石呈条带状， 少量块状，多继承原岩的结构。 宏观上碳酸盐-赤铁矿-磁铁矿石为深灰色， 细粒状结构， 条带状、次条带状。 矿物成分： 磁铁矿和假象磁铁矿（40%～60%）， 赤铁矿和假象赤铁矿（10%～40%）， 白云石、 铁白云石、 菱铁矿和方解石10%～40%）， 绿泥石（0～25%）， 水云母（0～15%）； 铀矿物， 霓石， 碱性闪石， 石英， 钠长石； 少量的黄铁矿、 白铁矿、 磁黄铁矿、方铅矿、 磷灰石、 锆石和榍石。 铀矿石化学成分：SiO2（4%～10%），Al2O3（1%～3%）， Fe2O3（50%～60%）， FeO（15%～20%）， MgO（2%～6%）， CaO（2%～5%）， Na2O（1%）， K2O（0.5%），CO2（4%～7%）。 X 射线光谱分析矿石中含铜、镍、 钒、 锌、 铬、 钍、 锆、 铋、 钼、 钴、 银、锗、 铌、 钽、 锑等。

3 乌克兰地盾中部元古宙热点深源铀成矿模式

3.1 乌克兰地盾中部元古宙热点作用特征

3.1.1 长期多期次岩浆热液活动中心

众多铀矿物和锆石年代学研究结果表明［7］， 乌克兰地盾中部地区是长期多期次不同性质岩浆作用、 热液活动和成矿作用中心（图1、 3）， 时间从古太古代的3.7 Ga 延伸到中元古代时期， 主要如下：

A 岩浆岩和交代作用系列：

1） 奥岩系（Aul Series）： 变基性岩和超基性岩（3 700±200）Ma［16］；

2） Konksk-Verkhovtsev 岩系： 变火山岩（3 250±200）Ma［16］；

3） 新克里沃罗格（New Krivoy Rog）岩套：角闪岩（2 190±40）Ma， 花岗岩（2 000±20）～（1 890±75）Ma［2］；

4） 新乌克兰-基洛沃格勒（Novoukrainsk-Kirovograd）岩块： 花岗岩2.06～2.02 Ga［3］；

5） 新乌克兰（Novoukrainsk）杂岩：（2 039±6）～（2 025±48）Ma［3，17］；

6） 钾交代伟晶花岗岩： 2.0～1.9 Ga［6］；

7） Gdantsev and Gleevat 岩套： 其中侵入的花岗岩（2 000±20）～（1 890±75）Ma［2］；

8） 中太古代混合片麻岩伟晶岩类岩脉：（1 959±36）Ma［3］；

9） 铁-镁-钠交代作用： 1.8～1.7 Ga［6］；

10） 钠交代作用： 1.84～1.80 Ga［3］；

11） 科尔松-新米尔哥罗德 （Korsun-Novomirgorod）岩基： 奥长环斑花岗岩、 斜长岩（1 754±4）～（1 725±11）Ma［3，17］；

12） 北西-南东走向基性岩墙： （1 600±50）Ma［18］；

13） 晚 期 碱 交 代 作 用： 920 Ma 和750 Ma［19］；

B 矿化系列：

1） 古元古代砾岩（Nikolo-Kozelskoye 矿床）晶质铀矿： 约2.8 Ga［20］；

2） 花岗混合岩伟晶岩中锂矿化：2.0 Ga［3］；

3） 主要钠交代型铀矿床： （1 812±42）～（1 753±42）Ma［3，21］；

4） 科 尔 松-新 米 尔 哥 罗 德 （Korsun-Novomirgorod） 岩基辉长岩和苏长岩中岩浆型钛矿： 1.75 Ga［3］；

5） 脉状硫化物沥青铀矿： 220 Ma［6，19］；

6） 结晶岩中表生金矿化： 年龄未知［3］。

上述年代学数据表明， 在大致同一区域（乌克兰地盾中部， 图3）， 岩浆活动不仅延续时间长， 期次多， 而且岩浆作用性质不同，既有酸性也有基性、 超基性及较强烈的碱交代作用， 表现出与深部热动力学有关的太古代-元古宙热点作用特征。 铀产出区的这些特征与我国华南典型铀矿化区相似［22-24］， 如下庄铀矿田等［25］。

在矿化方面， 古元古代的古砾岩中的晶质铀矿化和后期外生砂金矿化表明地盾古老岩石不仅富铀而且富金； 强烈的钠和钾交代作用和锂也表明该区是富碱区， 铀矿化与古元古代热事件关系密切。 该区中生代还有热液铀成矿作用， 是深部岩浆热作用再活化的结果。

3.1.2 乌克兰地盾中部岩浆-热液活动与深部壳幔热物质隆升有关

乌克兰地盾中部新乌克兰-基洛沃格勒岩基形成的各种火成岩和交代热作用与深部的壳幔作用有着密切的关系， 这可由深部地震数据支撑， 图11 是深部地震波速图， 反映乌克兰地盾中部深部60 多千米的波速变化， 说明深部的莫夫面是不连续的， 被连续的深部物质上升所冲破， 深部具隆凹结构， 地表的岩浆热活动与深部地幔物质 “穿刺” 作用相关联及其对铀多金属成矿等的控制作用［9］， 铀成矿区地壳最小厚度只有35 km， 其中心具有较低的Aps/Ap（ps 转换波振幅与p 波振幅比）值， 说明深部物质可能较热。 法国铀矿专家Cuney 等［7］也指出乌克兰地盾中部钠交代铀矿床与地壳规模的热柱（thermal plume）有关， 它不仅仅是提供了热物质， 而且也是深大断裂和剪切带作用的动力来源（图11）。 现今看到的莫霍面沉陷是由于深部岩浆侵入造成的硅铝地壳加厚压沉作用所致。

重力数据也清楚地表明乌克兰地盾中部铀矿化区具有明显的负异常， 反映低密度（酸性岩） 物质的贯入， 并且对钠交代型铀矿化产生明显的控制作用（图12）。

3.1.3 铀矿化主要受深大断裂和剪切构造带控制

图11 新乌克兰-基洛沃格勒-科尔松-新米尔哥罗德岩体地震模型 （据Starostenko 等， 2010［9］）Fig. 11 The 3D seismic model of the Novoukrainsk-Kirovograd-Korsun-Novomirgorod Massifs （after Starostenko et al.， 2010［9］）

图12 乌克兰地盾中部重力异常和铀矿化空间关系 （据Dahlkamp， 2016［5］）（图中矿床与图2 相同）Fig. 12 The gravity contour map and location of uranium deposits in the Central Ukraine Shield （after Dahlkamp， 2016［5］）（the uranium deposits are the same to those in Fig. 2）

乌克兰地盾中部铀矿床均受深大断裂或剪切构造带控制（图2-8）。 乌克兰地盾中部区岩浆活动受深部热动力学控制， 其中的深大断裂和剪切构造带（深切作用）与深部的热动力起着诱导和再活化的相互相成的作用， 主要是北北西、 北北东、 东西和南北走向的构造， 这些断裂具切壳性质， 既表现为韧性又有脆性， 有的大断裂为不同地质块体的缝合分界线。 这些断裂为晚期岩脉、 流体贯入提供了有利场所， 从而控制着碱交代和铀成矿作用。

乌克兰地盾中部钠交代岩型铀矿床主要受南北向构造控制， 部分北西-南东和北东-南西向构造控制或这些断裂的交汇控制， 如：近南北走向的基洛沃格勒断裂是基洛沃格勒地区的主要控矿断裂， 而北西-南东向的新康斯坦丁诺夫断裂控制了新康斯坦丁诺夫地区的铀矿产出。 东西向断裂使该区沉陷， 从而使早先形成的铀矿免于剥蚀得以保存［1］。

3.1.4 铀矿化含矿主岩具多样性和成矿相对独立性

乌克兰地盾中部地区的钠交代型铀矿床按含矿主岩可分为两大类： 岩浆岩类和变质岩类， 前者是主要的含矿围岩， 产出铀矿床意义更大。 岩浆岩类含矿主岩也是各种岩性，有酸性的花岗质岩类， 包括混合岩、 花岗片麻岩、 花岗岩、 闪长岩、 二长岩及少量基性岩类等， 铀矿化是产在其中的碱性角闪石-霓石-钠长石交代岩中。 变质岩类主要是富铁镁的变质岩中， 主要分布在克里沃罗格盆地中，包括富铁石英岩、 石英磁铁岩、 角闪片岩、片麻岩和碳酸盐岩等， 铀矿化也主要是产在其中的碱性角闪石-霓石-钠长石交代岩中，在交代作用过程中， 磁铁矿多变为假象赤铁矿， 并伴有变水锆石、 磷灰石和白云石等的形成。 可见铀矿化含矿主岩具多样性， 可产在各种岩性中， 与岩性关系不是很大， 但都与碱交代岩密切相关。

铀矿化对含矿主岩的相对独立性主要是指铀矿化发生在含矿主岩形成之后， 含矿主岩的年龄大多数早于成矿年龄达数亿年， 说明铀成矿作用既是岩浆热液系列活动一个阶段的产物， 对含矿主岩来说又是相对独立的，是热点作用的产物［22-24，26-27］。

3.1.5 铀矿化交代作用的统一性

乌克兰地盾中部地区前寒武纪岩石经历了多次的交代作用。 发生在2 Ga 时期的钾交代作用主要是微斜长石化， 如Pobuzhsky 地区的铀矿床， 产在伟晶岩脉或伟晶状钾长花岗岩中。 0.2 Ga 之后， 大约在1.8 Ga 时， 发生了钠交代和钙镁交代作用， 其广度和强度均大， 主要是受脆性深大断裂控制， 对先前形成的地盾结晶基底岩石产生强烈的改造作用。

钠交代型作用主要表现为碱性钠长石-霓石-碱性角闪石组合， 部分高镁铁钠闪石。 钙镁交代主要是富钙镁的矿物组合， 如钙铁榴石-方解石-透辉石。 这些蚀变在基洛沃格勒-斯莫林地区的混合岩、 花岗片麻岩和花岗岩及少量基性岩能见到， 在克里沃罗格盆地中的变沉积岩中也能见到， 如与铀矿化相关的富铁石英岩、 石英磁铁岩、 角闪片岩、 片麻岩和碳酸盐岩。

这些蚀变尤其是钠交代铀成矿作用无岩石类型选择性， 在各种岩类均可见到， 且性质相似。 它们主要是受断裂控制， 在断裂带中平行或呈梯形产出。 如在基洛沃格勒-斯莫林地区， 控矿基洛沃格勒断裂中钠交代可延伸数十千米、 宽数十至数百米， 延深可达2.5 km 或更深； 与钠交代形成的钠长岩相伴生的经常见到霓石、 碱性角闪石、 绿泥石、绿帘石、 水云母、 金云母、 碳酸盐和赤铁矿等。 如前文代表性矿床案例所述， 蚀变在垂向和水平方向还具有分带性（图13）。

上述特征表明交代作用具统一性特征，主要受控于构造作用于不同围岩中， 是在1.8 Ga 作用时期发生的与碱性流体作用有关独立于被交代主岩的事件， 也是典型的热点作用的产物［22，26］。

图13 多库矿床和新康斯坦丁诺夫矿床钻孔中主要矿物展布深度与铀矿化关系 （据Cuney 等， 2012［7］）Fig. 13 Major minerals and U concentration distribution along drill hole 572 of the Dokuchayivka deposit （left） and drill hole 454 of the Novokonstantinovske deposit（right）（after Cuney et al.， 2012［7］）.

3.1.6 铀成矿作用的深源性

乌克兰地盾中部地区在铀成矿作用前后均有较大的基性岩脉的侵入作用（图3）， 这说明在1.8 Ga 时， 成矿区在构造动力学上发生伸展， 深部地幔物质上涌侵入所致。 该成矿区的基性岩脉群也是北西-南东走向展布， 与我国著名的花岗岩型下庄、 诸广铀矿田等相似［24-25］， 只是时代不同而已。

强烈的钠交代作用需要的钠的量数以百万吨计， 根据Kalashnik［28］的计算， 乌克兰地盾每个钠交代超大型铀矿床中外来渗入的钠为（20～40）×106t； 在变质岩中的钠交代型铀矿床钠的来源更是外来的， 因为岩层在发生变质的过程中并不会发生钠的迁出， 相反会强烈地吸入钠。 碱交代钠和钾通常都具有深源的特征， 就像碱性岩来自壳幔较深处。 成矿区大规模钠交代过程中不仅形成了钠长石（钠长岩）， 还伴有较多的富含铁镁的基性矿物， 如碱性辉石、 角闪石、 透辉石、 绿帘石、阳起石等， 也说明钠交代碱性流体具有深源性。 形成的铀矿物组合主要是钛铀矿、 晶质铀矿、 铀石反映铀矿物形成的由高温到低温的演化过程， 钛铀矿也发现于辉石中， 铀黑等次生铀矿物是后期氧化的产物； 与铀矿物共伴生的副矿物还有独居石、 铀钍石、 褐帘石、 磷灰石、 锆石和钛铁矿等， 其他不透明矿物还有金红石、 钛铁矿、 黄铁矿、 黄铜矿、方铅矿、 闪锌矿、 赤铁矿、 磁铁矿、 钛磁铁矿等， 此外， 还发现了自然铅、 银、 铜、 铋等， 这反映成矿流体具有复杂的组成， 在沉淀时具强还原环境［7-8］。 据包裹体测温研究，早期的钠交代流体温度可高达500 ℃， 它应是一个超临界流体， 这一温度也可从长石的韧性变形推断得出［29-30］， 也说明来自较大的深度。

地球化学元素特征上， 铀和二价铁呈明显正相关关系， 而与三价铁关系不明显。 随着铀的富集， 其他富集微量元素还有Th、 Nb、V、 Sc、 Zr、 HREE 等； 在钠交代铀成矿过程中， Mg、 Fe、 Ti、 Ca、 P 等主要元素含量明显增加， 而Si、 Al 等是明显降低的（图14）， 这与其他钠交代型铀矿床的岩/矿石地球化学特征是相似的， 如我国龙首山碱交代型铀成矿带［31-33］。

图14 交代体与围岩化学成分及铀含量变化图Fig. 14 Uranium and other element variations of the albitites and host rocks

在基洛沃格勒-斯莫林铀矿集区， 钠交代岩与正常花岗岩围岩相比， 其中钠长石和磷灰石的87Sr/86Sr 明显降低（图15）， 为0.710 左右， 而花岗岩在0.720 以上， 甚至大于0.750，表明在钠交代铀成矿过程中有深源甚至地幔物质的参与， 这也被具有深源性的碳酸盐中的同位素组成δ13C（－7.9‰～6.9‰）和矿化部位黄铁矿硫同位素组成δ34S （－1.1‰～3.3‰）所进一步 佐 证［5，7］。 氧同位素δ18O 明显降低，一般变化在5‰～7‰， 而花岗岩在11‰左右， 这些数据也说明钠交成矿流体具有深源特征。

图15 乌克兰中部Novooleksiivka 矿床87Sr/86Sr 比值随深度变化关系Fig. 15 The 87Sr/86Sr ratios vs. depth diagram of the Novooleksiivka deposit in central Ukraine.

在基洛沃格勒-斯莫林铀矿集区还发现了金伯利岩岩脉， 铀含量高达 （10～20）×10-6，这说明在地幔中金伯利岩质熔体产生的部位会发生铀的富集， 而其对应的深度超过150 km； 碱性岩中富集的元素组合U、 Th、Nb、 Ta、 Zr、 Be、Y（HREE）被认为是来自地幔深度160～180 km， 而这组合中的元素在钠交代铀矿床中均有不同程度的富集。

3.2 乌克兰地盾交代型元古宙热点深源铀成矿模式

在上节中阐述的乌克兰地盾中部的岩浆作用、 交代蚀变作用、 铀成矿作用特征和地球物理及地球化学异常特点均表明它是个元古宙热点作用区， 不仅控制着该区的岩浆-热液活动， 也控制着该区巨大的铀成矿省， 这也是为什么在乌克兰地盾中部集中产出超大型钠交代铀矿床的原因。 因此， 提出了乌克兰地盾交代型热点深源铀成矿模式（图16），概述如下：

1） 热点作用早期： 主要是2.19～2.0 Ga期间， 由于深部热动力作用的影响， 地幔物质上涌， 同时使上地壳产生熔融， 形成了新克里沃罗格岩套， 岩性以基性角闪岩（2.19 Ga）和酸性花岗岩（2.0 Ga）为主， 新乌克兰-基洛沃格勒花岗岩岩块（2.06～2.02 Ga）和新乌克兰杂岩（2.04 Ga）， 构成了乌克兰地盾中部地区典型的岩浆岩区， 它们侵入到先前形成的太古代片麻岩和火山岩中， 加剧围岩的热动力变质作用， 提高了变质岩的变质程度。

2） 热点作用中期： 主要是2.0～1.85 Ga期间， 形成了钾交代伟晶花岗岩套， 其中花岗岩侵入于2.0～1.89 Ga， 中太古代混合片麻岩伟晶岩类岩脉侵位于约1 959 Ma， 除了继续以酸性岩浆侵入作用为主外， 还表现为钾交代和较强的高温气液作用。

3） 热点作用晚期： 主要是1.85～1.6 Ga期间， 由于深部热动力隆升作用， 研究区以伸展动力作用机制为主， 奥环斑花岗岩及多期次酸性和基性岩墙侵入； 同时， 以超壳深大断裂为主要通道， 发生大规模的钠交代蚀变作用（1.8～1.7 Ga）， 深部含铀流体上升至地表， 由于物理化学条件的改变， 使铀发生大规模的沉淀富集的铀成矿作用。 成矿作用后，由于继续伸展， 形成了新一轮基性岩脉岩浆活动（1.6 Ga）。

图16 乌克兰地盾中部钠交代型热点深源铀成矿模式图Fig. 16 The deep-sourced hotspot metallogenic model of the Na-metasomatism uranium deposits in the Central Ukraine Shield

由于乌克兰地盾中部铀矿省不同类型形成于统一的上述热点活动区， 它们也表现出共性的特征：

1） 空间上集中性： 铀矿床均产在乌克兰地盾中部元古宙热点作用区范围内， 且可产在各种围岩中， 如米丘林铀矿围岩有花岗岩、黑云母-角闪石片麻岩、 混合岩和伟晶岩等，总体上矿化围岩有酸性花岗质岩石、 基性岩类及片麻岩、 混合岩与条带状含铁石英岩等变质岩中， 不受围岩控制， 主要受构造控制，换句话说， 只要在热点作用区有利的构造空间， 特别是贯通深部的深大断裂及其次级断裂， 这也就很好地解释了为什么铀矿在空间上产出的集中性。 这样的集中区也是岩浆作用和热液交代作用的集中区， 说明它们是在统一的地质构造背景下形成的［1，3，7，21］。

2） 时间上一致性： 乌克兰地盾中部铀矿床按含矿围岩可分为岩浆岩和变质岩两大类，按交代类型可分为钠交代型和铁-镁-钠交代型两种， 尽管类型不同， 但它们的成矿时间大致是相同的， 为1.8～1.6 Ga 之间［3，21］， 其差别可能主要是定年误差引起的。 乌克兰地盾中部铀矿床形成时间的一致性也可由强烈的不受岩石类型影响的钠交代作用再佐证， 钠交代蚀变作用在不同岩性 （岩浆岩、 变质岩）中皆有发育， 钠交代作用具统一性特征， 主要受控于构造作用， 是在1.8 Ga 作用发生的与碱性流体作用有关且独立于被交代主岩的事件， 也是典型热点作用的产物。

3） 成因上相似性： 乌克兰地盾中部铀矿床不仅表现在空间上的集中分布、 时间上的形成一致， 还体现在成因上具相似性， 即各矿床的成因是相似的， 差异性往往是由成矿流体作用与不同围岩介质反应所致。 矿体主要受构造控制， 呈层状、 透镜状和脉状等，交代蚀变主要是由早期的钠长石组成， 有不同比例的霓石、 钠铁闪石、 绿泥石、 绿帘石等共生， 晚期的镁铁钙蚀变叠加于钠交代蚀变阶段之上， 主要矿物组合包括绿泥石、 碳酸盐矿物 （方解石、 白云石）、 金云母、 赤铁矿等； 矿石矿物组合特征相类似， 主要铀矿物为晶质铀矿/沥青铀矿和钛铀矿， 少量铀石、硅钙铀矿等， 铀矿化共伴生元素也相似， 除U外， 其他富集微量元素还有Th、 Nb、 Ta、 V、Sc、 Zr、 HREE 等， 在钠交代铀成矿过程中，Mg、 Fe、 Ti、 Ca、 P 等主要元素含量明显增加， 空间上与基性岩脉关系密切， 以及矿床的同位素特征均表明这些矿床流体和物源均具有深源性。

4 结论

1） 根据乌克兰地盾中部地质构造作用特点， 认为该区是一个元古宙时期长期多期次岩浆热液活动中心， 并与深部壳幔热物质隆升有关， 是一个较典型的元古宙热点作用区。

2） 较系统地介绍了乌克兰地盾中部超大型钠交代型铀矿的地质特征、 矿体形态、 蚀变联系、 矿物组成和成矿时代等特征， 它们既有共性， 也有差异性， 共性是他们都是钠交代成因， 而差异性则主要是由不同的含矿围岩差异性所导致的。

3） 从铀矿化含矿主岩具多样性和相对独立性、 交代作用的统一性、 成矿物质的深源性和成矿时代的相近性等多方面阐明这些矿床的成矿机理， 认为其与受深部热动力作用有关， 这些特征与我国华南热液型或碱交代型铀矿 相 似［24-29，31-33］； 建立了乌克兰地盾中部铀成矿省钠交代型元古宙热点深源铀成矿模式， 较好地解释了其空间相对集中产出的特点， 对实际找矿预测具有重要意义。