辽东前寒武系铀矿床成矿模式及找矿方向

刘晓东，庄廷新，陈德兵，王伟楠

（核工业二四〇研究所，辽宁 沈阳 110000）

辽东地区对前寒武系不整合面型铀矿床的勘查工作最早可追溯至1957 年，至2019 年为止先后在连山关花岗杂岩体与辽河群的不整合面上部和下部发现了连山关、五道沟、黄沟等多个矿床、矿点，随着铀矿勘查生产和科研工作的深入，该区地表和近地表的矿床和矿化点已基本查明，已发现的主矿体（连山关铀矿）也已开采完毕。随着2008—2018 年新一轮的找矿投入，区内积累了大量的巷道和钻孔勘查成果，在前人研究成果的基础上，结合近年勘探工程，对已知矿床控矿条件进行深入研究，进一步提出了连山关地区的铀成矿模式，指明了连山关地区的找矿方向，以期增强该区深部和外围的找矿信心，为辽东地区铀矿床的勘查工作提供参考。

1 地质背景

1.1 区域地质背景

连山关地区位于辽西-吉南古元古代裂谷北缘连山关岩体南部（图1），古元古代初期沉积了辽河群，于1.90～1.87 Ga 隆起造山。基底为太古宙花岗绿岩带及高级变质片麻岩区，裂谷由古元古代辽河群中浅变质岩及辽吉花岗岩组成。辽吉花岗岩为组成辽河群的火山岩同期同源侵入体，其与上覆的辽河群全部为构造不整合接触。区域基本构造格架为一轴向NWW 向的短轴背斜，核部出露NWW 向展布的太古宙连山关花岗杂岩体，长约41 km，宽约7.5 km，出露面积约为320 km2，岩体两冀分布有下辽河群沉积变质地层，周边为辽河群、震旦系覆盖。根据矿物成分，连山关杂岩体主要由红色钾长花岗岩、片麻状黑云母花岗岩组成，红色钾长花岗岩出露面积约85%。杂岩体内常分布有太古宙鞍山群残留体。辽河群由上到下分为4 段，由白云大理岩、二云母片岩、石榴云母片岩、石英岩构成。据李三忠等研究（2001），辽河群变质岩层中记录了三幕构造变形及四幕变质作用，胶辽吉古裂谷演化的大陆动力学过程可分为3 个演化阶段：造山期前大陆伸展阶段（2.2～1.9 Ga）、造山期收缩挤压阶段（1.9～1.7 Ga）、造山期后伸塌陷阶段展（1.7～1.6 Ga）［1］。

图1 辽吉古裂谷构造简图（a）和连山关地区铀矿地质图（b）Fig.1 Tectonic location of the Liao-Ji paleo-rif（ta）and uranium geology map of Lianshanguan area（b）

1.2 构造特征

区内构造十分发育，NW、近EW 向断裂组与NE、NNE 向构造组成菱形格状构造格局。地表出露的断裂构造大致分为4 种：①NWW 向韧-脆性剪切带（F2），主要发育在辽河群与岩体接触部位，即连山关岩体南带与辽河群不整合面的构造挤压糜棱岩、片理化带。该剪切带基本控制了连山岩体南接触带170 矿点-连山关铀矿床-206 矿点等一系列矿床矿点展布。②NE、NNE 向断裂组（F1），该组断裂是区域上最为发育、构造形迹最为清楚的断裂构造。力学性质多显扭性、压扭性，使鞍山群、辽河群等地层及韧-脆性剪切构造具有不同程度的错切。从其展布、力学性质及生成时间应属新华夏系或华夏系，其展布方向一般偏大，为35°～40°，倾角为60°～70°，多属矿后构造。③NWW、近EW 向断裂组（F3），该组断裂在连山关岩体南侧接触带外带辽河群中发育，为区内主要构造线。总体显压性，早期具张性的特点。倾角中等，一般为50°～60°，总体倾向南，属切壳断裂。④褶皱构造，本区处于背斜和向斜的转折部位，背斜为连山关背斜，其核部为连山关岩体，东南部有草河口复向斜等。

2 铀成矿模式研究进展

前人对连山关地区的铀成矿模式研究主要集中于20 世纪90 年代，以连山关铀矿床勘探成果为基础，对该矿床进行了深入研究，提出了以下成因或成矿模式。

郭智添（1982）认为连山关矿床经历了沉积、变质、碱交代和热液充填等成矿阶段，铀成矿具有多阶段复合成因特点。矿床的形成可归纳为沉积变质型铀矿化—碱交代型铀矿化—热液充填型铀矿化3 个演化过程［2］。

张家富等（1994）从岩石学、岩石化学的角度阐述了连山关铀矿床的成因模式，认为韧-脆性剪切构造具有良好的成矿空间和物理化学变异场，为控矿构造［3］。

仉宝聚等（2010）研究了矿床的成因机制，认为连山关地区经历了区域变质作用、基底花岗岩活化与重就位、温度下降3 个阶段，先后形成了沉积变质型（（2 114±121）Ma）、碱交代型（1 891±Ma）、充填型（1 829 Ma）3 种类型的铀矿体（图2）。连山关岩体作为富铀地质体是区内良好的铀源体，是形成铀矿的基础。区域变质作用和蚀变作用则是促进铀活化的条件，在存在容矿构造的条件下叠加成矿期含铀热液，从而形成了连山关铀矿床的铀矿体。在区域内寻找钠交代体为今后主要的找矿方向［4］。

李子颖等（2014）将连山关地区的铀成矿过程分为3 个阶段，分别是古元古代辽河群浪子山组沉积及铀富集阶段、区域构造应力作用下的钠质混合交代岩（白色混合岩）形成阶段、韧性剪切由塑性变形转为脆性变形的铀成矿阶段。铀矿体受NEE 向小型混合岩背斜控制，分布于纵向切割背斜两翼和轴部的断裂中，少部分在转折端的层间虚脱面，矿体侧伏受背斜倾伏角控制［5］。

以上铀成矿模式和矿床成因研究均对连山关地区的铀成矿模式进行了非常有益的探索，通过对上述研究成果进行总结，发现前人对连山关地区的铀成矿作用基本达成了以下共识：①太古宙连山关钾质花岗杂岩体作为富铀岩体为区内的铀矿化提供了铀源；②连山关地区的铀矿化伴随着区域变质作用发生，随着不同的温压条件变化形成了区内不同类型的铀矿体；③含矿围岩为白色混合花岗岩，钠长石化、硅化、水云母化为矿期蚀变；④铀矿体受小型混合花岗岩背斜控制，分布于纵向切割背斜两翼和轴部的断裂中。

3 铀成矿模式

3.1 建立铀成矿模式的基本地质依据

区域内已落实了3 个铀矿床。自西向东分别为连山关中型铀矿床、五道沟小型铀矿床、黄沟小型铀矿床。同时有170、256、259 等铀矿点沿连山关岩体南部韧性剪切构造NW 向展布。

3.1.1 连山关铀矿床铀矿化特征

1）连山关及其外围的五道沟和黄沟铀矿床已发现的铀矿体和异常多产于白色混合花岗岩与下部太古宙钾长花岗岩的接触界线附近的构造裂隙内，因成矿期韧-脆性剪切过程中的碎裂重胶结作用，其碎裂结构发育明显。铀矿床和铀矿点的展布严格受NW 向韧性剪切构造控制，铀矿化产出形态以网脉状为主。铀矿体均为盲矿体，规模普遍较小，成群出现。矿体多呈脉状、透镜状、团块状，一般资源量为5～50 t，最小者不到1 t。规模较大的铀矿体均分布于连山关铀矿床。矿体埋深于地表100 m以下，垂深标高为50～300 m，最深为－50 m。铀矿体单层视厚度为1.60～6.00 m，厚度变化范围较大；铀矿体倾角为30°～40°；铀矿化品位为0.055%～0.383%不等，铀矿（化）赋矿岩性主要为混合花岗岩（表1）。

2）赋矿围岩为白色混合花岗岩，铀矿体呈透镜状和网脉状充填于碎裂构造微裂隙内，主要铀矿物为沥青铀矿，金属矿物以黄铁矿为主，非金属矿物为钾长石、钠长石、石英、绢云母和绿泥石。矿石多呈角砾状、脉状和团块状构造。

3）铀矿化伴生蚀变主要有硅化、赤铁矿化、绿泥石化、绢云母化、褐铁矿化。其中硅化、长石化为矿期蚀变，绿泥石化、水云母化为矿前期蚀变。

图2 连山关铀矿床形成过程框式示意图（据郭智添，1986［2］，有改动）Fig.2 Frame diagram of formation process of Lianshanguan uranium deposit

表1 连山关地区铀矿化特征表［3，6-9］Table 1 Characteristics of uranium mineralization in Lianshanguan area

4）根据前人资料及分析数据，连山关铀矿床的铀矿化年龄应该为1 934～1 871 Ma（表1）。与古元古代吕梁运动时期的辽吉古裂谷第二幕构造变形时间一致，即造山期收缩挤压阶段的韧-脆性剪切作用。

3.1.2 连山关铀矿床控矿构造特征

连山关铀矿床的主要含矿围岩为韧性剪切作用形成的灰白色混合花岗岩，接触带范围内轴向为NE 向的混合花岗岩背斜突起，是重要的岩性找矿标志，沿背斜发育的NEE 向构造为矿区主要控矿构造，该类构造不出露地表，总体向南收敛，北东撒开，长度一般为80～100 m，最长可达150～180 m。走向与混合岩隆起轴部基本一致（图3）。该组断裂具明显的压性兼张性特征，挤压破碎带规模不一，宽0.15～2.00 m。构造角砾、构造透镜体平行断裂面分布，并见糜棱岩及绢云母、绿泥石定向排列。断裂中有石英脉充填，方解石脉少见。根据牵引褶曲（图4a）、帚状构造（图4b）、擦痕、阶步、羽状裂隙等现象，该组断裂时期以压扭性为主，晚期以张性为主。该组断裂是主要控矿构造，沥青铀矿充填于断裂及次级构造裂隙中（图4c）。

3.1.3 其他矿床矿点控矿构造特征

主要为连山关岩体南接触带的五道沟、黄沟铀矿床、樟木沟铀矿点、高粱沟（170）铀矿点和连山关岩体北接触带的陈家堡子铀矿点。

1）五道沟及黄沟铀矿床铀矿化同轴向为NE 向的混合花岗岩背斜突起内的NEE 向构造控制（图4d），铀矿化呈网脉状沿混合花岗岩内的微裂隙充填，赋矿围岩硅化、长石化强烈（图4e、f）。该组构造于180～300 m 深度最为发育，对铀矿体控制明显，为混合花岗岩隆起内发育的韧性剪切构造派生的次一级断裂，走向与混合岩隆起轴部基本一致。具有数量多、规模小的特点，与铀矿体产状基本一致。最长不超过80 m，宽1～2 m 不等，多为压扭性，沿北东向密集分布，倾向南东，倾角较陡，一般大于60°。

2）五道沟-黄沟矿区接触带呈“S”形态。近一轮钻探勘查过程中在黄沟地段深部发现了呈“S”型的接触带形态（图5），在钾长花岗岩下方再次出现了含矿混合花岗岩，该类型应在钻探施工中引起注意，避免提前终孔。

3）五道沟和黄沟矿区内的混合岩背斜突起和NEE 向构造规模低于连山关铀矿床。混合岩背斜突起连山关铀矿存在4 条，为全区最多，长度也最大，证明该矿区背斜起伏强烈，岩石脆性变形更强，造成控矿NEE 向构造数量和规模也较大，黄沟和五道沟控矿构造最长为50～80 m，连山关铀矿可达200 m。容矿空间的差异导致了矿床规模的大小。

图3 连山关地区浪子山组基底等高线图（附矿体水平投影图）Fig.3 Base elevation contour of Langzishan Formation in Lianshanguan area

4）在近一轮找矿工作中，为探寻NW 向韧-脆性剪切构造带内可能存在的混合岩背斜隆起，在连山关岩体南北接触带实施了大量的物探测量工作，于南接触带的高粱沟和北带的陈家堡子地段发现了混合花岗岩背斜突起（图6），经钻探验证发现了新的铀矿体（陈家堡子）和铀矿化体（高粱沟）。以上勘查成果证明，沿韧-脆性剪切构造寻找混合岩背斜突起内的控矿构造带在连山关地区是一种具有较强可操作性的综合找矿方法，高粱沟地段和陈家堡子地段作为新发现的成矿有利地段，找矿潜力较大。

3.2 铀成矿模式

综上所述，连山关地区已发现的3 个铀矿床和铀矿点虽然在矿体规模上存在一定差异，但构造控矿特征均非常明显，且3 个矿床距离较近，铀矿化特征和构造特征均相同或相近，在此将其归入一个成矿体系探讨成因机制。结合辽吉古裂谷演化规律，根据地层和构造演化特征，将铀矿化分为以下几个阶段。

3.2.1 矿前期

富铀岩体形成。太古宙末期的鞍山运动（2.5 Ga），形成了含铀量较高的连山关钾质混合花岗岩（连山关岩体），岩体平均铀含量为（6～8）×10-6；太古宙末期至古元古代初期（2.5～2.2 Ga），该区地质历史发展相对稳定，该岩体为铀矿化提供了丰富的铀源（图7a）。

3.2.2 铀预富集和成矿期

图4 连山关地区含矿构造特征（a、b、d）及含矿混合花岗岩特征（c、e、f）Fig.4 Characteristics of ore-controlling structures（a，b，d）and ore-bearing mixed granites in Lianshanguan area（c，e，f）

图5 连山关地区矿体与接触带形态剖面示意图Fig.5 Sketch section of orebody and contact zone in Lianshanguan area

图6 高粱沟地段浪子山组基底等高线图（a）和三维视图（b）Fig.6 Base elevation contour of Langzishan Formation in Gaolianggou（a）and three-dimensional view（b）

1）古元古代初期（2.1 Ga），古陆边缘沉积了辽河群浪子山组，其中局部层位铀、钍、碳含量较高，发生同生沉积变质作用，形成富铀古风化壳，在局部形成了铀的预富集，前人钻孔资料显示该类矿化多见于连山关岩体上覆浪子山组片岩下部和石英岩接触部位（图7b）。

2）古元古代晚期（1.9～1.80 Ga），吕梁造山期伴随着古裂谷闭合消亡阶段，随着连山关岩体的隆升，岩体两侧形成了NW 向深大断裂和近SN 向压应力场。深大断裂为来自深源的热液向上运移提供了通道，应力作用则使岩体和地层接触部位发生了韧-脆性剪切作用，使断裂性质表现为NWW 向韧性剪切构造。由于岩体之上的辽河群浪子山组二段地层能干性弱，所以韧性剪切作用未能切穿地层，韧性剪切作用使接触带附近岩石（浪子山组一段石英岩及钾长花岗岩）发生混合岩化作用，形成了不同程度重熔的半塑性-液态岩石（浆）和混合热液。在温压条件相对较高的地区，混合热液伴随着深源热液合力将富铀连山关岩体内的铀元素活化析出后，向压力较低的部位运移的同时，重熔的半塑性-液态岩石则在压力较低区域形成了走向NEE 或近EW，并向SW 倾伏的“裙边隆起”。由于地壳逐步隆起冷却，压力降低，韧性剪切向脆性剪切过渡，隆起在冷却、释压的条件下岩石凝固收缩，形成了重熔混合花岗岩，岩体隆升速度较快的地区隆起起伏也较强，出现了密度较大的张性裂隙组，提供了较好的容矿空间，在含矿热液的完成运移和沉淀后形成了铀矿体（图7c、d）。

3.2.3 矿后期

随着裂谷的闭合消亡（1.80～1.7 Ga），应力场由挤压向伸展转换，连山关地区的浪子山组由于与下部重熔混合花岗岩岩石性质和成分上存在明显区别（浪子山组内的片岩等更具韧性），浪子山组向连山关岩体南北接触带两翼滑移，造成了部分含矿重熔混合花岗岩出露地表，失去了盖层，铀矿体被剥蚀，形成了地表的铀矿点（图7e）。

3.3 找矿标志

根据区内已发现铀矿体特征，初步归纳出富铀钾质花岗岩体、NW 向韧-脆性剪切构造、混合花岗岩隆起及其中的构造裂隙组为区内铀成矿的主要控制因素。

1）富铀太古宙钾质花岗岩。连山关富铀钾质花岗岩，为富铀岩体，是区内铀成矿作用的主要铀源，变质热液在沿接触带运移过程中将其中的铀元素活化，促使热液中铀的浓度不断增高，形成含矿热液，该岩体为成矿的物质基础。

2）NW 向韧-脆性剪切构造。韧-脆性剪切过程中，发生的韧性剪切作用使接触带附近岩石（浪子山组一段石英岩及钾长花岗岩）发生了动态局部重熔，形成了不同程度重熔的半塑性-液态岩石（浆）和热液，为将富铀岩体内的铀元素活化、运移提供了先决条件。

图7 连山关地区铀成矿演化模式图Fig.7 Metallogenic models of uranium metallization in Lianshanguan area

3）混合花岗岩隆起。随着韧-脆性剪切由韧性向脆性剪切过渡，压力降低，岩石凝固收缩，重熔混合花岗岩隆起起伏较强的区域凸起较大，为发育高密度的赋矿张性裂隙提供了动力。

4）NEE 向张性构造裂隙组。重熔混合花岗岩内的张性裂隙为含矿热液运移和沉淀提供了较好的成矿环境，张性裂隙的规模基本控制了隆起内铀矿体的规模和产出形态，为最重要的控矿要素。

4 铀矿找矿方向建议

平面上针对矿区外围和新区，通过前沿物探测量方法向外围探寻与连山关铀矿相似构造的环境，寻找新的混合花岗岩背斜突起及其中的高密度张性裂隙。

垂向上针对已知矿区深部，结合前人钻探和巷道工作成果对接触带形态进行进一步研究，针对混合花岗岩背斜突起深部延伸方向探寻高密度赋矿张性裂隙的区域，重新进行钻探查证。

5 结论

1）本文在将辽吉古裂谷构造变形与以连山关铀矿为代表的辽东前寒武系铀矿床成矿年龄等成矿要素对照后认为，古元古代晚期的吕梁造山运动与铀矿化关系密切，伴随着造山运动过程中连山关花岗杂岩体的隆升引起的韧-脆性剪切作用是主要的铀成矿作用，剪切作用后期脆性变形衍生的张性构造裂隙是辽东前寒武系铀矿床的主要控矿构造。

2）从近年新发现的铀矿体赋存部位来看，混合花岗岩背斜隆起对含矿构造和铀矿体控制作用明显，未来在辽东地区的找矿工作应在对该类隆起延展方向和分布规律进行研究总结的基础上布设找矿工程，追索深部铀矿体。