甘肃龙首山成矿带芨岭铀矿床地质特征及找矿潜力分析

2021-11-08何佳军邵东王刚强利刚

矿产勘查 2021年8期

何佳军，邵东，王刚，强利刚

（1.核工业二〇三研究所，陕西咸阳 712000；2.东华理工大学地球科学学院，江西南昌 330013）

0 引言

甘肃省龙首山成矿带是我国西北地区重要的铀成矿带（白云来等，2005），自二十世纪五十年代至今，在区内发现了红石泉花岗伟晶岩型铀矿床、芨岭和新水井钠交代热液型铀矿床、革命沟硅质角砾岩型热液铀矿床以及金边寺淋积型铀矿床等5个铀矿床，其中芨岭铀矿床是我国北方最为典型的钠交代热液型铀矿床（杜乐天，2001）。前人针对区内芨岭钠交代热液型铀矿床做了大量研究工作，金才坤和熊福清（1986）①最早对龙首山地区的构造开展系统研究工作，初步分析了芨岭地区构造与铀成矿关系；贺建国等（2013）通过磁场、重力场和遥感影像分析，识别出了芨岭地区北东向的断裂构造；陈云杰等（2014，2015）对芨岭矿床的围岩蚀变进行了总结，通过碳酸盐样品C、O同位素测定，认为成矿热液是岩浆热液和大气降水的混合产物；赵如意等（2015，2020）总结了钠交代岩的地质特征及其与铀矿化关系，并对矿床成因进行了探讨，建立了成矿模式；赵亚云等（2016）通过研究芨岭花岗岩体Sr-Nd-Pb同位素特征，明确了铀成矿作用主要与早古生代花岗岩有关；刘正义等（2018）认为芨岭矿床的含矿主岩是祁连洋向北俯冲及陆内俯冲的产物；邵东等（2019）在芨岭地区识别出4期构造变形，并建立了芨岭地区的断裂构造变形序列。上述研究成果主要侧重于岩石学、构造地质学和地球化学方面，较少涉及系统化的铀矿化地质特征、控矿要素总结和找矿预测工作。

随着近几年找矿工作的不断进行和认识的不断提高，笔者在总结了芨岭矿床的地质特征、控矿因素的基础上，结合区域地质调查成果，就矿床深部和外围的找矿潜力进行了系统探讨，以期为下一步地质找矿和科研工作提供依据。

1 区域地质背景

研究区位于甘肃省龙首山成矿带（图1），大地构造位置位于阿拉善地块西南缘，北邻潮水盆地，南以龙首山南缘深大断裂为界与河西走廊相接，西部止于金塔—鼎新断裂与塔里木板块毗连，呈长条状北西向展布，是祁连—秦岭铀成矿省的重要组成部分（汤中立，2002）。研究区内经历了多旋回、漫长的地质构造演化，表现出复杂的物质组成和多期次构造活动的特征。

图1 龙首山成矿带大地构造位置（a）及地质简图（b）（据杜乐天，2001修改）

区域地层以古元古界龙首山岩群为主，前人研究发现龙首山岩群内部支离破碎，层序不清，是一套经角闪岩相变质作用改造的强烈变质变形地体，具古陆核性质（宫江华等，2013），龙首山岩群自下而上划为麒麟沟组、白家咀子组、塌马子沟组。麒麟沟组以黑云片麻岩和斜长角闪岩为主，夹有少量变粒岩、大理岩和二云石英片岩；白家咀子组以各种石英片岩和云母片岩为主，夹多层石英岩、长石石英岩和薄层状大理岩；塌马子沟组岩组以各种云母片岩和石英片岩为主，夹斜长角闪岩和大理岩。中元古界墩子沟群陆源碎屑沉积不整合于龙首山岩群之上，新元古界韩母山群平行不整合、局部微角度不整合于墩子沟群之上，其显著特征是发育一套相当于扬子板块南沱期的冰碛岩，且广泛发育含磷岩石（校培喜等，2011）。研究区早古生代为隆起剥蚀区，除少量分布以含磷建造为特点的寒武纪碎屑岩和碳酸盐岩外，早古生界缺失；晚古生代地层也仅有泥盆系紫红色磨拉石和安山质凝灰岩、玄武岩和石炭系—二叠系碎屑岩沿断陷盆地零星分布；中新生代地层主要以河湖相及磨拉石建造为特点。

区域构造主要呈北西向带状分布，断裂构造极为发育，按走向可以分为北西向、近东西向、近南北向三组，从断裂构造发育的规模和数量来看，北西向最为发育，这组断裂控制了龙首山成矿带的现今构造格局，次为近东西向，近南北向断裂延伸较差，各级断裂构造对相应的构造单元及地质体起到控制作用。芨岭地区最主要的断裂构造为马路沟断裂，它是龙首山地区一条重要的控矿断裂，断裂构造自东向西走向发生微转变，呈多个“S”型首尾相接，东西跨度超过30 km。区内褶皱以早古生代—中生代浅表构造层次的褶皱为主，构造线总体呈北西向展布，与区域构造线方向一致，基底和盖层产出的褶皱都为紧闭褶皱，并常见有倒转现象。

区域岩浆活动强烈，侵入岩种类较多且分布广泛，岩体明显受北西向构造控制，与构造带展布方向一致。岩浆活动自元古代到中生代均有发育，其中以早古生代岩浆活动最为强烈且演化较为完整，发育由陆壳重熔岩浆经结晶分异形成的中性—酸性—碱性侵入岩系列（赵如意等，2015），局部发育少量辉绿岩脉。

2 矿床地质特征

芨岭矿床位于龙首山成矿带中段南带（图2），沿北西向马路沟断裂构造展布，区内前寒武系结晶基底发育，出露地层以龙首山岩群塌马子沟组为主，岩石组合以云母片岩和石英片岩为主，夹斜长角闪片岩和大理岩；侵入岩以芨岭复式岩体为主（聂利等，2016），包括灰黑色细粒闪长岩、肉红色似斑状花岗岩、肉红色中粗粒花岗岩和钠交代岩，演化后期出现的钠交代岩是最重要的控矿岩体。

图2 芨岭矿床地质简图（据邵东等，2019修改）

矿体主要产于马路沟断裂构造（F101）下盘钠交代岩组成的构造蚀变带内，蚀变带沿马路沟断裂下盘呈北西—南东向展布，蚀变带走向290°～310°，倾向南西，倾角68°～72°。单个矿体走向近东西与构造蚀变带成20°～30°相交，矿体倾向南，倾角60°～80°，空间上呈雁列式排列，整个矿带向北西侧伏，侧伏角30°，矿体埋藏从南东到北西逐渐加深（图3）。矿体规模大小悬殊，呈筒状、透镜状、似透镜状、扁豆状和不规则状，矿体中仅最东边的Ⅰ号矿体出露地表，其余均为盲矿体。

图3 芨岭矿床13-29号勘探线剖面图（据赵如意等，2020修改）

含矿岩石主要为碎裂蚀变花岗岩、蚀变闪长岩和钠交代岩（图4a～b），常具微细粒状结构、似斑状结构、碎裂斑状、破碎角砾状和微粒胶结结构等，矿石蚀变以钠长石化、赤铁矿化、绿泥石化和碳酸盐化为主（图4c～d）。矿石的构造比较简单，大致可分为3种：①浸染状：铀矿物，含铀矿物呈星点状不均匀地散布于矿石中；②微细脉状：沥青铀矿、含铀矿物与含铀绿泥石、赤铁矿沿矿石的裂隙沉淀成微细脉（图4e～f）；③网脉状：铀矿物、含铀矿物与赤铁矿、绿泥石充填于矿石不同方向的细小裂隙而形成网脉状。根据镜下鉴定，铀矿石矿物在矿石中含量小于2%，主要为沥青铀矿和铀石，少量为晶质铀矿。沥青铀矿呈浸染状或不规则状、脉状、似脉状产于蚀变花岗岩矿石中；铀石呈单颗粒和脉状产于蚀变花岗岩矿石中，且均存在晶质铀矿的残留核边结构；晶质铀矿呈单个立方体状或集合体分布在蚀变花岗岩矿石中，其次为钙钍铀石、铀钍石和铀方钍石等含铀矿物，其它金属矿物常见有黄铁矿、锐钛矿、赤铁矿、方铅矿、辉钼矿和黄铜矿等矿物。

图4 矿石宏观和显微镜下特征

3 控矿因素

3.1 构造

研究区内沿马路沟断裂构造一带均有成矿期热液活动的标志，沿断裂带附近有矿床、矿点或较好的铀矿化分布，表明马路沟断裂及其次级断裂构造是芨岭矿床的控矿构造。断裂走向北西-南东，倾向南西，倾角65°～70°，断层面波状起伏，断层角砾岩呈透镜状，属压扭性。近几年钻探施工，发现较好的铀矿化均赋存在马路沟断裂构造的下盘及其与次级断裂的夹持部位，表明马路沟断裂构造是区内成矿期热液的运移通道，是重要的导矿构造，同时次级断裂构造内部保存有铀矿体表明其还是赋矿构造。最新研究表明，马路沟断裂早期为逆冲性质，形成了大量的易于破碎的构造薄弱面，为后期热液铀成矿提供了空间；晚期发生构造活化，可能将断裂带上盘和带内的铀矿化破坏，在整个地质过程中马路沟断裂构造先后起到了运移通道、赋矿构造和后期破矿的作用。

3.2 岩体

芨岭复式岩体是一套典型的早古生代闪长岩-花岗岩-碱性侵入岩系列（U含量3.5×10-6～7.5×10-6），尤其是晚期的钠交代岩为成矿提供了主要铀源（U含量18.5×10-6）。由于中酸性岩体的能干性较差，易于形成大量裂隙和节理，导致钠交代岩与花岗岩和闪长岩的岩性界面成为了铀矿赋矿的主要位置。矿体的形成和分布均受钠交代岩所控制，主要赋存在碎裂蚀变带中，钠交代岩与围岩呈渐变过渡接触关系，但过渡带范围很窄，大型钠交代体主要产于糜棱岩带一侧，另一侧则很少分布。钠交代体具有明显的水平分带，一般可分出两个带，即强钠长石化带和弱钠长石化带，分带多具不对称性，一侧强钠长石化带直接与糜棱岩接触，中间缺失弱钠长石化带，另一侧显示渐变过渡关系；两带蚀变组合基本一致，只是蚀变强弱不同，在垂直方向上分带现象不明显。

3.3 热液蚀变

芨岭矿床的热液蚀变与铀矿化关系密切，主要蚀变以钠长石化、绿泥石化、赤铁矿化和碳酸盐化蚀变组合为主，蚀变带的范围大于矿体分布范围，蚀变带外围和断裂构造边部还常常发育硅化、高岭土化和褐铁矿化。

钠长石化是钠交代阶段最典型的蚀变类型，也是与铀矿化密切相关的蚀变类型之一，钠长石化是铀成矿的必要条件，在此基础上，经历了后期热液蚀变才能在钠交代岩中富集形成铀矿石；绿泥石化以脉状、网脉状和胶结物形式产出，以鳞片状、粒状绿泥石为主，常与赤铁矿共生；赤铁矿化以脉状赤铁矿化和浸染状赤铁矿化为主，赤铁矿化的产生是围岩或热液中铁镁矿物中的铁组分分解、氧化为微小的赤铁矿晶体的过程，这一氧化过程与铀沉淀的还原过程同时进行；粉红色碳酸盐化结晶较差，为不规则状集合体或以胶结状、脉状等形式产出，是一种重要的找矿标志。研究表明，含矿热液中含有大量的碳酸铀酰络合物UO2(CO3)22-和UO2(CO3)34-且同时还含有丰富的其他元素等组分，成矿流体提供了大量的铀源并在热液上升的过程中与围岩反应，形成以钠长石化、碳酸盐化为主的蚀变带，同时赤铁矿化和绿泥石化导致了成矿物质的卸载（赵如意等，2020）。以上4种主要蚀变是钠交代热液型铀矿化的典型蚀变组合，它们相伴出现，同为钠交代作用的产物，与矿化均有一定关系，尤其是脉状绿泥石化、粉红色碳酸盐化、浸染状赤铁矿化和钠长石化同时发育时，往往指示工业矿体所在。

4 找矿潜力分析

钠交代热液型铀矿床是一种非常重要的热液型铀矿床，在乌克兰、澳大利亚、捷克、美国、加拿大、中国等地皆有产出（徐浩等，2018；罗强等，2020）。以往研究表明，钠交代热液型铀矿的成矿热液来自于下部地壳甚至更深的地幔，成矿热液是自下而上运移，因此在不同深度的成矿有利部位均可卸载成矿，矿体垂幅大，最大可达2000 m以上（Cuney et al.,2012）。前人对芨岭矿床勘查深度一般为400 m左右，位于2150 m高程以上。近几年针对芨岭矿床深部勘查取得突破，在37号勘探线施工的钻孔600 m以下新发现了工业矿体，将矿床的见矿深度由2100 m推之1900 m高程以下，通过进一步的钻探控制，发现矿体向深部延伸较稳定。结合龙首山地区抬升较晚（晚白垩世之后），剥蚀程度浅，已知钠交代热液型铀矿体绝大多数是盲矿体，矿体厚度较大，且存在主矿体。对比研究认为，芨岭矿床深部600～1000 m沿马路沟断裂构造下盘的成矿有利部位均可能卸载成矿，深部有较好的找矿潜力。

此外，芨岭矿床外围西部沿马路沟断裂带出露大面积的肉红色花岗岩，其本身铀含量较高，侵位于早期闪长岩之中，在二者接触带附近常发育有蚀变花岗岩和闪长岩，该岩性及岩性界面是铀成矿有利部位。在地表调查过程中，在该区域发现了2条受构造和岩性接触带控制的蚀变带，均为马路沟断裂构造的次级构造，宽约2～5 m，长度可达200 m，沿马路沟断裂带附近产生了大量的构造碎裂岩，形成的成矿构造面为后期成矿提供了充足的容矿空间；与铀矿化有关的蚀变较发育，说明晚期岩浆热液活动较强，而且连续性较好，具备形成厚大矿体的条件；此外，航放和活性炭测氡在该地段也显示存在异常场。针对区内蚀变和异常较为发育的地段，进行取样分析，部分样品可达工业级别（U含量600×10-6）。综合研究认为，矿床外围西部具备“构造+岩体+热液蚀变”的成矿有利条件，且有较好的铀矿找矿线索，有望通过进一步工作，发现并圈定新的找矿靶区。