法国洛德夫盆地砂岩型铀矿床成因分析

赵子超，宋 昊,2，陈友良,2，李 圻，李巨初，聂睿，张成江,2

（1.成都理工大学地球科学学院，成都 610059；2.地学核技术四川省重点实验室，成都 610059）

法国是西欧最大的铀资源国（储量约140 000 t，总产量约75 000 t），其主要铀矿类型为花岗岩型铀矿和砂岩型铀矿［1-2］。国内学者对法国花岗岩型铀矿床较为重视，对法国产铀花岗岩进行过总结研究工作，得出法国产铀花岗岩的基本特征并对比了其与中国产铀花岗岩的异同［3］，但由于20世纪花岗岩型铀矿床是我国铀矿工作的重点，而对同样是法国重要铀矿床类型的砂岩型铀矿床的关注及研究相对较低。砂岩型铀矿作为法国主要产铀矿床类型，其铀资源量高达38 799 t［4］，对法国砂岩型铀矿床成矿模式进行总结研究，具有重要理论意义。

洛德夫（Lodeve）盆地是法国主要的产铀盆地之一［1-2］，盆地内砂岩型铀矿床成矿作用具有明显受构造、岩性等因素控制特征。在国际上，根据砂岩型铀矿床的矿体形态与沉积-构造环境的空间关系，将其分为板状、底河道、卷锋状和构造-岩性控制型四种亚类［3］，我国学者主要对层间氧化带（卷状）、古河道（底河道）和潜水氧化带（板状）砂岩型铀矿床进行了研究［5-6］，但对同样是四种亚类之一的构造-岩性控制型砂岩型铀矿床的研究甚少。笔者在综合前人研究的基础上，分析洛德夫盆地构造-岩性控制型砂岩型铀矿床的成因模式，为构造-岩性控制型砂岩型铀矿床的研究提供实例证据，同时对完善砂岩型铀矿床的成矿理论具有重要意义。

1 区域地质背景

洛德夫盆地是发育在海西造山带中央地块南缘的一个二叠纪陆相砂岩盆地（图1a），面积约150 Km2［7-8］。在盆地北部产出多个砂岩型铀矿床（图1b），如拉瓦伊尔（Mas Lavayre）、阿拉里（Mas d’Alary）等铀矿床［2］。

图1 法国洛德夫盆地大地构造位置（a）及砂岩型铀矿床分布图（b）（据参考文献［2］修改）Fig.1 Tectonic location（a）and distribution of sandstone type uranium deposits（b）in the Lodeve Basin，France（Modified after References［2］）

洛德夫盆地是以半地堑形式向南逐步下沉形成的断陷盆地，晚二叠纪构造活动使盆地倾 斜15°～30°［8-9］。盆 地周 边 为 中 生代 沉 积岩，东南缘覆盖着渐新-中新统沉积岩，内部主要为二叠系沉积岩，不整合覆盖于前寒武系片岩-结晶杂岩基底之上。由于莱斯艾利斯（Les Aires）断层的显著下沉，盆地南部最深部分的沉积岩约有4 000 m厚［7-8］。在晚二叠纪至中三叠纪盆地隆升过程中，盆地顶部沉积物被剥蚀约1 500 m，致使前寒武系基底、二叠系底砾岩和奥顿阶（Autunian）沉积岩在盆地北部露出［2，7］；二叠系萨克森阶（Saxonian）沉积岩出露于盆地南部，三叠系和侏罗系沉积岩则在盆地最南端的不整合面上方出现，并且三叠系和侏罗系沉积岩是之前盆地隆升过程中地层被剥蚀沉积下来的产物；盆地内二叠系和中生代沉积岩局部被第四系玄武岩所覆盖。

盆地内地层主要为二叠系沉积岩，厚约2 500 m。在早二叠纪，盆地处于热带至亚热带气候的浅水环境中，在蒸发-澙湖-沼泽交替（灰色沉积岩）和湖泊-洪积平原交替（红色沉积岩）条件下沉积形成［8，10］。二叠系沉积岩主要由下部的奥顿阶和上部的萨克森阶组成［1-2，11-12］（图2）：

图2 洛德夫盆地二叠系综合柱状图（据参考文献［1，8］修改）Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Permian the Lodeve Basin（Modified after References［1，8］）

奥顿阶：是洛德夫盆地主要的含铀地层，厚600～700 m，由灰色沉积岩（浅湖-澙湖-沼泽相）和红色沉积岩（湖泊-洪积平原相）组成，为干旱、半干旱气候下沉积形成的地层；

萨克森阶：主要由红色沉积岩（湖泊-洪积平原相）组成，形成于干旱气候环境下，厚1 300～1 800 m，底部有泥质砂岩和砂砾岩（100 m），其上部地层均由红色泥岩组成。

上述两套地层岩石矿物主要由钠长石、钾长石、方解石、石英、白云石和黏土矿物组成，其中黏土矿物以伊利石为主，含部分绿泥石和少量高岭石［7］。

盆地内发育NEE-SWW向（北倾）断裂，该走向断裂即切割了盆地上覆的沉积岩层也切割了盆地基底的断裂系统。盆地内铀矿床和铀矿点均沿这个断裂系统分布，是重要的控矿的断裂。

2 铀矿化特征

2.1 矿床特征及典型矿床

目前已在盆地内发现一系列铀矿床和矿点，矿床规模大小不等，包括一个大型铀矿床拉瓦伊尔（Mas Lavayre）和数个小型铀矿床和矿点，如阿拉里（Mas d’Alary）等［2］（表1）。盆地内铀矿总资源量为20 000 t，平均品位0.24%［1-2，11］。盆地内构造-岩性控制型砂岩型铀矿床多位于盆地内NEE-SWW向断裂中、断裂边缘延伸处或红色沉积岩和灰色沉积岩层间。矿床规模随盆地内断裂系统规模的变化而变化，最大者东西长可达上千米，南北宽达几百米。盆地内铀矿床多由多个矿体组成，矿体均位于奥顿阶沉积岩中。

表1 法国洛德夫盆地主要砂岩型铀矿床Table 1 Main sandstone uranium deposits in the Lodeve Basin,France

矿体形态主要为条带状、块状和似板状等。条带状、块状矿体常沿断裂空隙分布，形态与断裂内部空间相似。矿化受强烈的构造控制，常形成于构造复合部位，在断裂内或附近时，矿体具有较高的品位，而当远离断裂时其铀含量会迅速降低。似板状矿体位于奥顿阶红色沉积岩和灰色沉积岩层间，厚1 m左右，但矿体通常很长，可达上百米。矿体受岩性控制，常发育在灰色沥青页岩之上。

盆地内主要铀矿床拉瓦伊尔和阿拉里铀矿床均位于盆地北部，南北相距约1 200 m［2，11］（图3）。

图3 洛德夫盆地拉瓦伊尔—阿拉里铀矿床南北向剖面示意图（据参考文献［11］修改）Fig.3 Schematic S–N section through the Mas Lavayre and Mas d’Alary deposits in Lodeve Basin（Modified after References［11］）

拉瓦伊尔矿床：该矿床为盆地内最大的砂岩型铀矿床，矿床东西长约1 500 m，南北宽200～600 m，矿化垂深约300 m，呈ENE-WSW向展布。矿化不均匀的分布在奥顿阶下段的沉积岩层中，主要集中于沥青质岩层和ENE-WSW走向构造中，其中受构造控制的矿石占储量的大部分。位于矿床北面的圣—朱利安（Saint-Julien）断裂和南面的里维埃拉（Rivieral）断裂控制了该矿床主要的铀矿化作用，两个断层之间的位移可达60 m，且这两个断裂通过圣—马丁（Saint-Martin）断裂与盆地东部的断裂构造相连。该矿床由多个矿体组成，矿体形态呈条带状、块状或似层状；矿体规模大小不一，由断裂控制的矿化作用形成的矿体最大者长可达30 m、宽可达40 m，主要铀矿物为沥青铀矿和铀石。该矿床1975—1997年，共产铀12 250 t，矿石平均品位0.31%，该矿床目前已停产。

阿拉里矿床：该矿床位于盆地西北部，矿床南北宽150 m，矿化垂深约0～50 m。矿化均分布在奥顿阶中段的沉积岩层中，成矿作用主要ENEWSW向断裂控制。该矿床主要由两套矿体组成，矿体形态呈条带状或似层状，矿体规模大小不一，主要铀矿物为沥青铀矿和铀石。矿石主要集中在两套矿体中，矿体均受南部断裂控制，北部矿体由中部断裂控制，约含铀300 t，平均品位0.13%；南部矿体由南部断裂控制，矿体在南北反向延伸约100 m，垂直深度约50 m，约含铀1 000 t，平均品位0.17%，目前该矿床已停产。

2.2 含矿层

矿体主要赋存在奥顿阶沉积岩层中（图2），该地层不整合覆盖于前寒武纪基底之上。奥顿阶沉积主要包括蒸发-澙湖-沼泽相和湖泊-洪积平原相带。在奥顿世早期，盆地处于潮湿炎热的热带气候中，并交替有干燥时期［8，10］。在沉积初期，其处于沼泽-澙湖环境中，拥有丰富的植物群，形成灰色富含有机质的沉积岩层；之后气候发生变化，干燥的气候使沼泽-澙湖大量蒸发，形成红色沉积岩。具体的包括3个部分［2，10-12］：上段：红色沉积岩（200～300 m），主要由泥岩夹透镜状砂体组成；中段：红色和灰色交互的沉积岩（120 m），由砂岩、沥青页岩和白云岩组成；下段：灰色沉积岩（280 m），主要由砂岩和泥岩组成，底部为砂砾岩。

除了底部几十米厚的砂砾岩，奥顿阶层间沉积物的粒度大小通常不到60μm，呈细粒度；主要是由泥岩、砂岩、沥青页岩和碳酸盐沉积物形成的多个旋回（超过60个），每个旋回厚10～12 m［1］（图4）。矿化层含有丰富的植物残骸和沥青，有机质主要由褐煤、腐泥煤和两者的混合物组成。奥顿阶沉积岩赋存有数层碱含量高的酸性火山灰层［7］，沉积岩中含大量有机质以及火山碎屑，含有磷灰石、萤石、LREE、磷酸盐和锆石等物质，铀富集与这些层位的有机质和火山物质有关。

图4 洛德夫盆地奥顿阶沉积旋回岩性剖面Fig.4 Lithologic sections of sedimentary cycle of Autunian stage in Lodeve Basin

奥顿阶沉积岩主要由方解石、白云石、方沸石、钠长石、钾长石、伊利石和铁绿泥石组成，白云石几乎是奥顿阶中段和下段地层中唯一的碳酸盐矿物（图5）。澙湖-沼泽和半干旱气候环境有利于成岩早期白云岩的形成，而方解石的形成是由于蒸发作用使水中盐含量增加，在盐度已经略高于海水的环境中进行的［7］。奥顿阶上段湖泊-洪积平原相（红色沉积岩）成因的地层中，方解石含量开始增加，白云石含量减少，气候环境的变化对两种自生碳酸盐矿物的分布产生了影响。

图5 洛德夫盆地二叠系奥顿阶沉积岩中主要矿物的平均含量（据参考文献［7］修改）Fig.5 The content of major minerals of sedimentary rocks from Permian Autunian Stage in the Lodeve Basin（Modified after References［7］）

2.3 铀矿化类型

洛德夫盆地铀矿床中铀矿物主要是沥青铀矿和铀石，伴生金属矿物有黄铁矿、方铅矿和钼矿物等［11］。

盆地内铀矿化有3种类型［2，11］（图6）。类型1：沉积成岩型铀矿化，产出于奥顿阶红色沉积岩和灰色沉积岩的夹层中。矿体厚1 m左右，横向沿地层侧向延伸，占总资源量的1%左右。矿石中含铀，还含有少量的As、Ba、Cu、Mn、Mo、Sn、Y、Zn，以及微量的Co、Ni、Sb；含有低温钠长石、铁白云石、绿泥石、重结晶同生硫化物等，可占矿石矿物组成的30%～60%；类型2：准同生构造控制的U-Mo矿化，产出于奥顿阶层序中灰色长石质粉砂岩和沥青页岩内或准同生构造裂隙中，这类矿化占总资源量的10%左右；类型3：断裂构造控制的铀矿化，通常形成长而窄的带状，局部沿断裂或交界处富集成大的矿体。这种类型的铀矿化在拉瓦伊尔矿床中最为典型，其矿石平均品位为0.31%，占总资源量的90%左右。

图6 洛德夫盆地铀矿化类型Fig.6 Types of uranium mineralization in Lodeve Basin

3 控矿因素

通过对洛德夫盆地砂岩型铀矿床地质特征研究，笔者认为洛德夫盆地砂岩型铀矿床形成受构造、岩性、蚀变作用和地下水条件4个主要因素控制。

3.1 构造对铀成矿的控制

强烈的构造作用控制着该区铀矿的形成和定位，近90%的资源量产于断裂构造中。断裂构造控制的铀矿化，通常形成长而窄的带状，局部沿断裂或交界处富集成大的矿体。盆地内发育多条断裂，其中NEE-SWW向断裂控制着大多数铀矿床分布，该向断裂为此类矿床形成提供流体运移的通道、有利地成矿环境、空间及物质，当远离断裂时，铀矿化减弱，并常沿断裂或在断裂交界处形成较大的矿体（图6）。

3.2 岩性对铀成矿的控制

铀成矿受岩性控制，沉积成岩型铀矿化主要产于二叠系奥顿阶红色沉积岩和灰色沉积岩的夹层中，呈层状产出。二叠纪沉积岩层富铀等成矿元素，且含有黄铁矿和有机质等具有高还原潜力的物质，作为一种还原剂和吸附剂可富集从上部红色沉积岩层被挤压出溶液中的铀，或当含铀溶液沿层内微裂隙或孔隙运移，沉淀在岩层的下部。

3.3 蚀变作用对铀成矿的控制

二叠纪沉积岩受到了强烈的成岩作用（压实、挤压、断裂和温度升高等作用），使某些黏土矿物（蒙脱石等）被分解；火山渣（凝灰质）、火山玻璃等结构完全丧失，火山碎屑物被分解、活化，碱质元素分离（钾在灰色层中，而钠在红色层中）；石油的出现等等［1］。而盆地内的火山物质富含铀元素，铀含量达7×10-6，强烈的成岩作用使其中的铀元素再活化，促进了铀在成岩过程中同步富集。

3.4 地下水条件对铀成矿的控制

盆地内主要含水层为前寒武系白云岩基底，大气降水会通过盆地北部出露的前寒武系含水层基底向下渗透，形成地下水。由于盆地向南倾斜15°～30°，地下水会随地势向南流动，流至盆地中南部渗透率较低的二叠系沉积岩时被阻断。二叠系奥顿阶砂岩中层理、节理以及裂隙常被渗透进来的地下水充填，形成盆地内的次要含水层［13］。

洛德夫盆地地下水对成矿的控制作用：1）与前寒武系基底相关的含碳酸氢钙的热液水，前寒武系基底富含有机质等物质，含铀性较好，当含氧含碳酸氢钙的热液经过时，会与铀元素结合形成碳酸铀酰离子向南流动；2）含铀含碳酸氢钠/钙氧化性质的地下水，其形成主要与盆地北部奥顿阶和萨克森阶沉积岩有关，当流经富含有机质、沥青等还原性质的地层时，地下水中的U6+会被还原成U4+形成铀矿物沉淀下来；3）富含碳酸氢钠还原性质的地下水，其形成主要与盆地南部基底的含水层有关，其水中铀浓度极低，对于原有的铀矿化不会造成破坏，会随断裂排出。

4 矿床成因模式

通过总结前人对盆地内砂岩型铀矿床特征的研究，洛德夫盆地砂岩型铀矿床成因模式表述如下：

铀初始预富集：洛德夫铀矿床的形成与二叠纪富含有机质和沥青质的沉积岩有关，这些物质的存在为铀还原沉淀、富集成矿提供了有利的环境。铀初次富集于奥顿阶-萨克森阶沉积时期，二叠纪时期火山喷发出的酸性物质（富U）也在此时沉积下来［14］，并且由于成岩作用，使挤压出的含铀流体被有机质和沥青质吸附沉淀，使铀在奥顿阶-萨克森阶沉积时期初次富集。第一种沉积成岩型铀矿化也在同时形成，其主要产出于奥顿阶红色沉积岩和灰色沉积岩的夹层中。灰色沉积岩中含有有机质和沥青质等，作为还原剂和吸附剂可富集从上部红色沉积岩被挤压出流体中的铀，或当含铀流体沿层内微裂隙或孔隙运移时，还原沉淀在岩层的下部（图7a）。

图7 法国洛德夫盆地砂岩型铀矿床成因模式Fig.7 Genetic model of sandstone type uranium deposit in Lodeve Basin，France

铀再次富集：铀的再次富集发生在成岩作用晚期，第二种准同生构造控制的U-Mo矿化也在此时形成。由于二叠系沉积岩受到了强烈的成岩作用（压实、挤压、断裂和温度升高等作用），使某些黏土矿物（蒙脱石等）、火山物质被分解、溶解，从而形成含U-Mo的流体，沿准同生构造裂隙运移，在沥青页岩、灰色粉砂岩层内或在与初期形成的石油接触时还原沉淀形成U-Mo矿化（图7b）。

铀富集成矿：铀的富集成矿发生在沉积成岩之后，通过对断裂附近的铀矿化U-Pb地质年代学研究表明，沉积成岩之后铀的富集有两个阶段，第一次发生在173±6 Ma左右，第二次发生在108±5 Ma左右［15］。这表明与断裂有关的的铀矿化是热液作用形成的，在侏罗纪和白垩纪，这两次热液事件使铀大规模地再活化、迁移，而盆地内前三叠纪断裂是热液活动的重要地点，使再活化的铀沿着含沥青物质和硫化物的断层重新分布，其主要的成矿阶段与盆地内的断裂活动和低温热液活动有关。这两次热液事件最终形成了盆地内第三种类型断裂构造控制的铀矿化，其主要发生在前三叠纪的断裂中。铀活化迁移可能与地壳减薄的深部作用有关，或与幔源火山岩（155±6 Ma）活动有关［15］，当时地温梯度可能增加，地温达到130～250℃，促使二叠系伊利石重结晶，也可能促使含铀流体发生循环。成矿过程可能是大气降水下渗到盆地底部，或沿基底岩石裂隙进入基底白云岩中，被加热后沿开放裂隙上升循环进入上覆奥顿阶地层内。循环的热流体使灰色砂岩、火山碎屑和沥青页岩物质活化、溶解，形成了含大量硫酸根、碳酸根和含铀的流体。成矿流体由于高温沿断裂带向上流动，当成矿流体遇到有机质、细菌作用等还原物质和环境，铀被还原；或当压力减低，碳酸铀酰络合物变得不稳定从而沉淀（图7cI），开放的断裂空间及其膨胀部位（图7cII）或旁侧羽状裂隙是最有利的铀沉淀空间（图7cIII）。

5 结论

1）盆地内铀矿床主要为构造-岩性控制型砂岩型铀矿床，其铀矿化的形成主要受构造、岩性等因素控制。断裂构造控制着本区铀矿床的形成和定位，其中NEE-SWW向断裂控制着大多数铀矿床分布和形成；含矿岩性也控制着铀矿床的形成，二叠系奥顿阶灰色沉积岩中含有沥青质和有机质等，作为还原剂和吸附剂可在成矿过程中富集流体中的铀。

2）洛德夫盆地砂岩型铀矿床赋存于二叠系奥顿阶沉积岩中，其矿化规模较大，矿体形态包括条带状、块状和似板状；矿化类型包括沉积成岩型铀矿化、准同生构造控制的U-Mo矿化和断裂构造控制的铀矿化，具有沿盆地内NEE-SWW向断裂富集的成矿特征。

3）盆地内铀矿床主要属于热液成因，其形成主要受到两次热液活动的影响，第一次发生在173 Ma左右，第二次发生在108 Ma左右。在侏罗纪和白垩纪，这两次热液事件使铀大规模地再活化、迁移，而盆地内前三叠纪断裂是热液活动的重要场所，使已有的铀沿着含沥青物质和含硫化物断层再活化分布；主要的成矿阶段与盆地内的断裂活动和低温热液活动有关。

4）盆地内存在3种类型铀矿化的成因不同。第1种类型为沉积成岩型铀矿化是在同沉积时期或成岩作用早期形成；第2种类型为准同生构造控制的U-Mo矿化是成岩作用晚期的产物；第3种类型为断裂构造控制的铀矿化属于后生成矿作用，主要受两次热液活动的影响。