粤北花岗岩型铀矿盆岭耦合成矿过程与成矿动力探讨
2022-03-28祁家明刘斌刘文泉叶永钦徐争启核工业二九研究所广东韶关512029成都理工大学地球科学学院成都610059
祁家明, 刘斌, 刘文泉, 叶永钦, 徐争启核工业二九〇研究所,广东韶关,512029;成都理工大学地球科学学院,成都,610059
内容提要: 粤北地区是我国重要的花岗岩型铀矿集区,但长久以来,巨大的岩矿时差导致对铀成矿动力的厘定模糊不清,铀矿成因也就具有了多解性。笔者等在充分总结粤北铀矿已有研究进展的基础上,针对区内中—新生代以来形成的特有盆山体系与铀矿的内在成因,以独特的视角梳理了岩体—断陷盆地的多次挤压—拉张耦合演化过程与铀成矿动力,认为区内热液型铀矿具有“非造山”成矿特征,其成矿过程受重熔型富铀花岗岩与NE向断陷带深源断裂活动的双要素联合制约,单独的花岗岩浆活动或区域断陷活动都无法独立成矿;同时认为95 Ma时期以NE向南雄断陷盆地为标志的深源断陷活动是铀成矿的主要驱动力,晚期脉岩岩浆并不直接参与成矿,但对铀的活化和沉淀具有较重要的作用;铀成矿流体来自岩体深部早期压扭性断裂韧性变质热流体与后期张扭性断裂大气降水混合,成矿流体受NW—SE向挤压—伸展构造应力转换易在NE向断陷带夹持的NW、NNW向断裂及断陷红盆基底不整合界面成矿,因而是需重点关注的找矿方向。
南岭中段粤北诸广山—南雄盆地—青嶂山—贵东地区是我国重要的花岗岩型铀矿集区,核工业系统联合各地质高校在区内开展了大量的地质找矿和基础科研工作,发现了一大批花岗岩型铀矿床,如诸广岩体长江矿田棉花坑(302)铀矿床、贵东岩体下庄矿田希望(330)铀矿床等。在21世纪初,华南地区的花岗岩型铀矿储量曾占全国探明铀矿储量的近40%,而粤北地区的铀资源量占华南全区的50%以上(黄国龙等,2012;陈振宇等,2014),显示出粤北铀矿在国内铀矿领域的重要地位。
然而,前人往往聚焦于花岗岩体与铀成矿关系的研究,或侧重于单个矿床的铀源、成矿流体、形成时代及控矿因素等,而忽略了特别是中生代以来构造活动及演化和铀矿成因的认识,导致铀成矿理论往往有所局限。研究发现,如果从包括诸广岩体到青嶂山岩体、贵东岩体在内的区域来看,尽管具体矿床容矿构造大部分是近SN向或NNW向的,但已经发现的铀矿在区域上分布规律还是很清楚的,即已发现的铀矿床总体上与北东向断裂及北东向断陷红盆关系密切(图1),特别是与NE向展布的南雄盆地有关,在南雄断陷盆地的NW和SE侧均有大量的铀矿分布。这显然不是偶然现象,一定有内在的地质作用和地质规律在支配和起作用。尽管大量学者认为区内铀矿形成与白垩纪—古近纪地壳伸展拉张(胡瑞忠等,2004;张国全等,2008)及形成的NE向伸展构造(潘永正等,1994;陈跃辉等,1997)与断陷红盆卤水(林锦荣等,2016;Zhang Chuang et al., 2019; Chi Guoxiang et al., 2020)有关。但长期以来,人们并没有更多地将铀成矿与南雄盆地与两侧的诸广山岩体和青嶂山岩体所代表的山岭组成的盆岭体系及“盆岭耦合作用”联系起来进行思考和研究,忽略了区内盆岭演化过程对铀成矿的驱动作用。对这一问题的探讨必然与华南区域中—新生代构造演化和动力学背景有关。
图1 粤北花岗岩、断陷带与铀矿分布示意图(据潘永正,1987)Fig. 1 Distribution of the granites, fault depression belts and uranium deposits in Northern Guangdong (modified from Pan Yongzheng, 1987#)
1 粤北区域铀矿地质基本特征
粤北地区位于南岭EW向构造—岩浆带中段,区域上位于华夏板块与扬子板块接触部位(图1),以中生代花岗岩为主,区内铀矿床多赋存于花岗岩体内部或与其围岩接触带附近的断裂构造中。
区内出露的诸广山—青嶂山—贵东岩体为多期多阶段复式岩体,侵入于寒武系和泥盆系地层中,岩浆活动频繁,但以印支期和燕山期S型黑云母花岗岩为主,地球化学属性为高硅、高铝、碱性—钙碱性系列,印支期成岩年龄为245~225 Ma,燕山期成岩年龄为170~150 Ma(邓平,2003)。其岩体含铀量可达13×10-6~24×10-6,是一般花岗岩的数倍,是区内重要的产铀岩体,为铀成矿提供了丰富的铀源(邓平,2003)。
区内构造活动强烈,形成了一系列断裂构造,晚侏罗世—早白垩世多为控岩断裂构造,而晚白垩世—新近纪形成的断裂多为控盆断裂构造。断裂展布方向有SN、EW、NW、NE等,这些断裂构造多为深源断裂,具有多次活动的特征。总体趋势是SN向断裂较早,EW向、NW向断裂次之,最晚为NE向断裂。深源断裂控制了区内中—新生代以来的岩浆活动和盆地形成与发展,同时也控制了铀矿和多金属矿产的形成和空间定位(图2)。
图2 粤北诸广—青嶂山岩体断裂控矿剖面示意图Fig. 2 Sketch section of uranium controlling faults in Zhuguang—Qingzhang granites, Northern Guangdong
区内铀矿多产于花岗岩区域内NE向主干断裂附近及与其伴生的二、三级硅化碎裂带中(图3),铀矿类型以微晶石英型、碎裂蚀变带型和“交点”型为主,围岩蚀变普遍发育硅化、萤石化、赤铁矿化、绿泥石化、黄铁矿化、碳酸盐化等,成矿温度集中于250~150℃,具中低温热液成矿特征(张国全等,2008;郭国林等,2010;张闯等,2016);区内主要铀成矿呈多期、多阶段性,其成矿年龄集中于140、120、90、70和50 Ma等阶段,成矿高峰期为90~70 Ma,与花岗岩的成岩年龄相差较大,而与区内的6次地壳伸展运动的时间则是一一对应的(张国全等,2007)。
图3 粤北主要花岗岩型铀矿床示意图Fig. 3 Brief geological map of the main granite-related uranium deposits in Northern Guangdong
2 花岗岩型铀矿成因机制研究进展
国内外诸多学者对区内花岗岩型铀矿床成因机制进行了研究(Ibrahim, 2001;Taboada et al., 2006;Cuney, 2009; Helmy et al., 2014;Neiva et al., 2014; Zhang Chuang et al., 2019; Chi Guoxiang et al., 2020),对其铀矿成因理论也逐渐深化:① 大陆风化说,即富铀的矿源在特定古气候条件下经过地表剥蚀,在地表水向下渗透过程成矿,但该学说无法解释成矿温度较高(150~300℃)等现象,因此,逐渐被地质学家放弃(Geffroy et al., 1958);② 原地重熔说,陈国能等(2015)认为花岗岩型铀矿床的形成主要与花岗岩多次重熔成矿有关,但该理论缺乏地球化学及同位素数据的支持;③ 热水浸出说,主要为循环地下水沿断裂上升过程中从富铀岩石中浸出铀,然后运移至地表沉淀成矿。随着研究工作不断深入,热水浸出说支持者们认识到,成矿热液中的水主要为大气降水成因,在这一点上也基本达成共识(凌洪飞,2011);④ 胡瑞忠等(2004,2007)提出“深源矿化剂成矿理论”,认为铀成矿是在伸展体制下,地幔中CO2与大气降水演化混合流体对围岩中的铀浸取迁移,CO2的去气作用导致铀沉淀;⑤ 此外,也有学者(Dahlkamp,2009; Zhang Chuang et al., 2019; Chi Guoxiang et al., 2020)提出花岗岩型铀成矿与断陷红盆及晚期中基性侵入岩浆活动密切相关,成矿流体为大气降水淋滤红盆的卤水,热源主要为中基性侵入岩浆。
3 粤北岩浆、构造活动与铀成矿研究进展
3.1 区域岩浆活动与铀成矿
粤北铀矿聚集区岩浆活动强烈,从加里东期到燕山期均有活动,且以印支期—燕山期岩浆活动最为强烈(钟福军等,2019)。加里东期岩浆岩主要为花岗闪长岩和石英二长岩,其成岩时代为462~424 Ma(伍光英等,2008;李光来等,2010;于玉帅等,2017)。印支早期和燕山期花岗岩出露面积最广,以岩基产出,构成了诸广、贵东岩体的主体,岩性以二云母花岗岩和黑云母花岗岩为主,成岩时代主要介于两个峰期,分别为240~230 Ma、160~130 Ma(邓平等,2011a、b,2012;孙立强,2018;兰鸿锋等,2020)。研究表明,区内印支期及燕山期二云母花岗岩、黑云母花岗岩为典型“S”型花岗岩,其铀矿物主要以晶质铀矿形式存在(祁家明等,2014),易被后期热液活化迁移,且岩体的铀含量总体介于13.5×10-6~44.70×10-6之间(张龙等,2016;Zhang Long et al., 2018;孙立强,2018)明显高于上地壳铀含量值(Rudnick et al., 2003),为富铀花岗岩,因此,可为铀成矿提供铀源。
此外,区内还存在中基性与酸性脉岩岩浆侵入活动,主要形成辉绿岩、煌斑岩、辉绿玢岩、辉绿闪长岩及细粒花岗岩脉等。诸多学者对区内中基性与酸性脉岩的形成时代进行了研究:
(1)中基性脉岩:①诸广岩体出露的中基性岩:曹豪杰等(2013)对长江矿田油洞断裂带中出露的辉绿岩测定其Ar-Ar年龄为110.6 Ma;Zhang Long 等(2018)对长江矿田出露的辉绿岩测得Ar-Ar年龄为145.1 Ma;钟福军等(2019)对长江矿田中出露的辉长闪长岩测得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为159 Ma。②贵东岩体出露的中基性岩:李献华等(1997)首次测得下庄铀矿田基性岩脉的Ar-Ar年龄为~140 Ma、~105 Ma、~90 Ma等三个阶段;而骆金诚等(2019)测得下庄铀矿田辉绿岩、闪长玢岩角闪石Ar-Ar年龄分别为211.4 Ma、202.9~185.6 Ma、179.6 Ma等。③青嶂山岩体出露的中基性脉岩:聂斌等(2018)测得黄沙矿田辉绿岩Ar-Ar年龄为140 Ma。由此可见,区内中基性脉岩主要形成于~140 Ma、~105 Ma、~90 Ma,极少数形成于200~190 Ma、~180 Ma。
(2)酸性侵入脉岩:徐文雄等(2014)对棉花坑铀矿床中侵入的细粒花岗岩脉进行了锆石U-Pb定年,得到细粒花岗岩成岩年龄为136 Ma;虞航等(2017)对诸广南高坪地区侵入的细粒花岗岩脉进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,得到该侵入岩脉成岩年龄为252~244 Ma;周航兵等(2018)对长江铀矿田细粒花岗岩脉采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得其形成时代为123.9 Ma。可见酸性岩脉主要形成于印支期、燕山晚期。
综合上述研究工作,区内中基性与酸性脉岩岩浆侵入活动可划分为五期:252~244 Ma、200~185 Ma、156 Ma、136~123 Ma、90 Ma,与华南铀成矿的六个阶段(145~135 Ma、120~115 Ma、110~100 Ma、90~85 Ma、75~65 Ma、50~45 Ma)(胡瑞忠等,2007;郭春影等,2020)具有一定的年龄差异。因此,中基性与酸性脉岩岩浆侵入是否直接驱动铀成矿作用还有不小的争议,但多期次的脉岩岩浆活动可以为铀的活化提供热源已成为业界共识。
3.2 区域构造活动与铀成矿
NE向南雄断裂和遂川—热水断裂是诸广地区区域性深源断裂,控制了区域上岩浆岩、构造破碎带和断陷盆地的空间展布(陈跃辉等,1997;舒良树等,2004b)。诸广山岩体南部铀矿聚集区东西两侧被NE向南雄断裂带和遂川—热水断裂带所夹持,南雄断裂带是诸广山岩体与南雄盆地的边界,与岩体组成了盆山体系,制约着区域上岩浆与断裂构造的活动。
不同学者对该断裂带的性质、构造演化及形成时代进行了分析,南雄断裂带属于伸展体系下的低角度剥离断层(潘永正等,1994;陈跃辉,1994),为浅层次的热隆伸展构造,断裂带上部为脆性变形层,下部为韧性变形层,既是导矿构造,又是储矿构造(张明林等,2009)。南雄断裂带的构造演化过程大体经历了三个阶段,即韧性活动—脆韧性活动—脆性活动,南雄断裂带中生代伸展活动开始于早白垩世(117.3±2.7 Ma),强烈的伸展变形和韧性剪切主要发生在早白垩世末—晚白垩世初(94.6±0.4 Ma)(舒良树等,2004a;李出安等,2011),但对于脆性变形时代的研究相对较少,至今尚不清楚。
同时,有学者对NE向南雄深源断裂带与铀成矿的关系进行了分析,陈跃辉(1994)通过对断裂带内糜棱岩显微特征分析,认为南雄断裂带为剥离断层,该剥离断层为导岩、导矿的有利构造,同时提出该剥离断层引起的虹吸作用是铀成矿的关键;杨尚海(2010)认为与南雄断裂的强烈挤压相配套的NW向张性断裂系统是幔源岩浆作用及深部流体上涌的通道,也是铀矿体的赋矿空间。梁良等(2019)通过对该断裂带中的构造片理化带中的糜棱岩岩相学、年代学及与铀成矿的关系分析,认为在强烈的韧性剪切作用下,部分动力变质流体参与铀成矿。韧性变形与脆性变形转换对铀成矿具有重要作用,脆韧性转换交替面,也是地球化学转换面,有利于成矿流体的汇聚与成矿元素沉淀(陈峰等,2019)。
除NE向主干深源断裂外,也有不同学者先后分别对区内主要矿田构造进行了研究。张珂等(2011)、王军等(2011)对下庄矿田出露的NWW、NNE及NE—NNE向三组构造断裂演化特征及其与铀成矿关系进行了分析,认为NWW向断裂经历了早期剪切、中期拉张和晚期挤压3个阶段,为基性岩浆的主要通道;NNE向断裂由晚侏罗世剪切发展到早白垩世张剪活动,为重要的导矿构造;NE—NNE向断裂控制了区域红盆的产出,NNE和NEE断裂复合部位为铀成矿有利部位。詹礼贵等(2015)通过对诸广地区出露的NE向、SN向及NWW向三组断裂构造应力分析,结果显示NE向控矿断裂上下盘的次级近SN向断裂构造是区内最重要的储矿和容矿构造,且经历了早期压扭性构造与晚期张扭性构造活动。
4 区域中—新生代构造体制转换与铀成矿动力
燕山期构造运动形成了大量NE向逆冲断裂、褶皱构造、伸展构造等,并对前期构造进行了强烈的改造。董树文等(2007)通过中国东部侏罗纪构造—岩浆活动的研究,将燕山运动的活动时间定为165~83 Ma,指出燕山运动共经历了三个演化阶段:强挤压期—陆内造山(165~136 Ma)、主伸展期—岩石圈减薄(135~100 Ma)和弱挤压变形(100~83 Ma)。Li Jianhua 等(2014)总结华南晚中生代构造、岩浆岩及其地球化学结果,得出在136~86 Ma期间,主要存在三期构造变形:136~118 Ma期间,华南大陆主要表现为NW—SE向的伸展,形成了大范围的拉张盆地和大量的岩浆活动的侵入/喷发,伸展作用受控于Pacific-Izanagi(太平洋—伊泽纳崎)洋中脊俯冲过程中的板片窗打开及太平洋板块俯冲过程中的后撤作用;117~108 Ma期间,华南发生NW—SE向的转换构造挤压作用,在华南边缘形成了岩浆活动,且之前形成的拉张盆地发生了挤压反转;107~86 Ma期间,华南主要受到了WNW—ESE向的伸展作用,导致了早期断陷盆地进一步伸展、大规模的基性岩浆侵入,同时,诸多热液铀矿床形成。即铀成矿作用主要发生在挤压向伸展的构造体系转换过程中及其之后,表明铀成矿作用与构造体系转换存在一定的耦合关系。
胡瑞忠等(2007)研究结果表明,华南铀成矿作用主要是在伸展构造背景条件下形成的,伸展构造体制下的构造—岩浆—流体及其铀成矿动力学机制为研究的热点。华南地区由挤压向伸展构造转换开始于晚侏罗世(余心起等,2005;柏道远等,2007)。Shu Liangshu 等(2009)通过沉积环境与盆地分析,将华南中生代盆地划分为前陆盆地、裂谷、火山断陷、红层伸展断陷四种类型,认为中侏罗世南岭地区出现陆内引张背景下的裂谷盆地和双模式火山岩堆积,提出中侏罗世初始构造域转换的观点,南岭东段是特提斯向太平洋构造域转变的重要位置之一,其中火山断陷、红层伸展断陷是与华南地区铀矿床关系非常密切的。因此,构造体制转换为华南铀成矿提供了动力学基础。
5 区域盆岭耦合作用与铀成矿过程讨论
5.1 盆岭耦合作用与铀成矿
上述研究表明,华南地区先后经历了6期次构造伸展运动,其又归为2个次级阶段:① 晚侏罗—早白垩世岩浆断陷盆岭阶段(145~135 Ma、120~115 Ma和110~100 Ma)和 ② 晚白垩世—古近纪的陆内伸展断陷沉积盆地阶段(95~85 Ma、75~70 Ma和55~45 Ma)(胡瑞忠等,2004;舒良树,2012;王正庆等,2013)。上述两阶段6期次地壳伸展运动与华南的6个铀成矿期(表1)为一一对应关系,且铀矿成矿高峰期为90~60 Ma,与晚白垩世—古近纪的陆内伸展断陷沉积阶段密切相关。
表1 诸广棉花坑(302)铀矿年龄、华南铀成矿阶段与华南区域构造运动关系Table 1 The relationship between the ages of Mianhuakeng (No. 302) uranium deposit in Zhuguang granite, the uranium mineralization stages and regional tectonic movements in South China
粤北地区的铀矿年龄也趋同于该规律,诸广岩体各铀矿田第一期成矿年龄100~90 Ma,第二期成矿年龄80~60 Ma(吴烈勤等,2003;张龙等,2016;Bonnetti et al., 2018;钟福军等,2019);贵东岩体下庄铀矿田的成矿年龄为第一期134~127 Ma(杜乐天,2001;Luo Jincheng et al., 2015; Bonnetti et al., 2018),第二期成矿年龄为93~66 Ma(邹东风等,2011;骆金诚等,2019),第三期成矿年龄为41 Ma或54 Ma(Bonnetti et al., 2018;张伟盟等,2019);南雄盆地南缘青嶂山岩体内的铀矿床也具有相似的成矿年龄阶段(赖静等,2020)。区内铀矿床成矿时代主要集中在90~60 Ma之间(图4),为晚白垩世。同时从单个矿床来看,如区内目前已勘探、研究程度最高的棉花坑铀矿床目前已发表的多期年龄数据(表1)也具有相似的分布(祁家明等,2019),且主成矿期为70 Ma(黄国龙等,2010)。暗示伸展拉张运动与铀成矿关系密切。
图4 华南构造运动、岩浆活动与铀成矿年龄关系(据邓平,2003)Fig. 4 Relationship between tectonic movements, magmatism and uranium mineralization ages in South China (modified from Deng Ping et al., 2003&)
而总体上,华南地区从早中生代挤压体制的特提斯构造域转变为晚中生代伸展体制的古太平洋构造域,奠定了现今的主体构造轮廓,形成了壮观的盆岭构造体系(邓平等,2002;舒良树等,2004a,b;Zhou Xinmin et al.,2006),而粤北地区南雄断陷盆地与两侧诸广山花岗岩、青嶂山花岗岩组成的典型伸展断陷盆岭体系也是在这一过程中形成,是晚白垩世—古近纪陆内伸展运动的结果(舒良树等,2004a)。从前人在对区内南雄断陷红盆边缘的南雄深源断裂带研究成果不难看出,断裂带下盘糜棱岩化辉绿岩形成于105 Ma,糜棱岩形成于100 Ma±(邓平等,2002);盆地内玄武岩锆石U-Pb年龄为95.9±0.8 Ma(舒良树等,2004a);断裂带内白云母Ar-Ar年龄显示南雄断裂带活动开始于117.3±2.7 Ma,强烈的伸展变形发生于94.8±0.4 Ma,随后在88.9±1 Ma、81.1±2 Ma发生过2次明显的热扰动事件(李出安等,2011;王雨豪,2017);多种证据表明,南雄深源断裂带在117~81 Ma间呈多期、多阶段持续活动,而95 Ma可以代表诸广山花岗岩浆演化末期以及山体快速隆升、南雄盆地剧烈拉张的高峰期(舒良树等,2004a),同时伴随着中基性岩浆侵入。
而后的90~60 Ma则是粤北铀矿的成矿高峰期,并与构造运动具有良好的对应关系(图4),这不是时间上的巧合,而是存在成因上的联系,因为在铀成矿过程中,含铀热液往往通过深源导矿构造运移至低应力区域,如果深源导矿构造是开放体系,易与地表沟通,则大部分成矿流体或气体会随之消失,不能形成大规模矿床(李紫金等,1998),而深源导矿构造及所派生的次级构造由于与导矿构造贯通且环境较封闭,就可视为理想的成矿场所。而粤北区内构造在晚中生代经历了由挤压环境向拉张环境的构造体制转变,生成的NE向深源断裂带伴随着构造应力由压扭性到张性扩容空间的临界转换,含铀热液沿该类深源断裂运移至共轭张性扩容空间(如NW、NNW向次级断裂)时,其成矿物理化学条件(温度、压力及其酸碱度)会发生突变,促使成矿物质在含矿构造由陡变缓的转换部位大量沉淀和成矿。同时,压扭性构造具有一定的空间密闭性,可促使成矿流体集中并定向运移,发生构造流体多重耦合作用,从而制约热液蚀变强烈、矿体延深大。由此可见,在95 Ma左右华南地区由岩浆断陷盆岭阶段转为陆内伸展断陷盆地阶段,构造应力由NW—SE向挤压环境转变为拉张环境的脆韧性转化(Li Jianhua et al. 2014;陈峰等,2019),而区内铀成矿高峰期为90~60 Ma(图4),因此可认为95 Ma形成的NE向南雄断陷盆地是粤北铀成矿大爆发的标志,因而该期NW—SE向陆内伸展运动即为区内铀成矿作用最主要的驱动力。
同时,林锦荣等(2016)也认为,华南地区的NE向断陷红盆控盆深源断裂带控制着区内铀矿分布,而叠加在富铀岩浆活动中心的断陷红盆深源断裂构造控制铀矿田的空间定位,铀矿多赋存于控盆深源断裂及其次级断裂带中。而从粤北地区铀矿空间分布不难看出,南雄断陷盆地及其NE向主干断裂带与印支期—燕山期含铀复式花岗岩体共同控制了铀矿床的分布(图1)。
因此,受华南中—新生代NE向断陷盆地控盆深源断裂构造活动驱动、产铀花岗岩体分布等双要素制约的铀成矿过程,即可理解为“盆岭耦合”铀成矿作用。区内的这类铀矿化是一种“非造山”环境中的矿化,与区内造山环境的内生金属矿产(如钨、锡矿)成因完全不同;同时也可看出,在这种非造山的成矿环境下,区内单独的花岗岩浆活动或单独的区域断陷活动都不足以形成这种区域性的热液型铀矿。
5.2 晚期脉岩对铀成矿的制约
深源断裂构造的伸展切穿地壳必然会导致岩浆上涌,粤北地区就发育不少沿着NE或NW向分布的细粒花岗岩脉和中基性岩脉,从上述统计的区内已有晚期脉岩成岩年龄不难看出,其形成时间基本属于晚侏罗世—早白垩世岩浆断陷盆岭阶段,与铀矿主成矿阶段(90~60 Ma)存在较大的时间差,其形成年龄对应的是华南岩浆断陷盆岭阶段构造运动的时间,因而晚期脉岩(不论是细粒花岗岩脉还是中基性岩脉)的岩浆活动可能并不直接驱动铀成矿过程,区内铀矿也不具有岩浆热液成矿的特征,原因有三:① 并未发现新鲜无蚀变的脉岩就直接含有沥青铀矿;② 岩脉年龄与铀矿年龄还是存在不小的差异;③ 与铀矿不同,同区脉岩鲜有多期次穿插现象。基本认为晚期脉岩是在华南中生代早中期区域构造伸展运动过程中形成的“副产品”(赖静等,2020)。
但是,同时也应看到,部分燕山晚期的脉岩成岩年龄(136~123 Ma)与铀成矿早期(140~135 Ma、120~115 Ma)具有较一致的对应性,暗示该期脉岩岩浆活动可为铀成矿提供热源及铀的预活化作用。此外,也有研究表明,中基性岩富有明显的还原Fe2+,若被后期断裂切穿且有深源成矿流体经过,则可为铀的沉淀提供相对有利的还原性环境(Wang Xiangli et al., 2015; Zhang Long et al., 2018),可形成“交点”型铀矿,就如下庄铀矿田。
5.3 铀成矿作用过程
在区内印支—燕山产铀花岗岩体形成后,华南板块受到太平洋板块的阶段性俯冲,区内又经历了3期岩浆断陷盆岭挤压—伸展运动,引起拉张盆地的初步形成与晚期脉岩岩浆活动的侵入/喷发(Li Jianhua et al. 2014);而在117~108 Ma的NW—NE向板块挤压阶段,岩体深部的易碎带因受到较大应力作用而发生韧性变形,区内NE向南雄、塘洞等深源断裂下盘糜棱岩即为该期形成,在韧性变形过程中强烈的摩擦转化为热能,使上地壳岩石或矿物因韧性变质脱水、脱碳、脱硅而释放出较高温富∑CO2、硅酸盐的热流体,同时也使得花岗岩体副矿物(晶质铀矿、金红石、锆石等)中的铀得以预活化(祁家明等,2014),并形成较宽广的绢云母化(胡瑞忠等,2004)。
在之后的107~86 Ma期间,太平洋板块回撤,华南板块因受到WNW—ESE向的伸展作用(Li Jianhua et al. 2014)而发生构造体制转换,岩石圈减薄,引起上地壳发生脆性变形,于95 Ma进入陆内伸展断陷盆地阶段,沿前期形成的NE向韧性剪切带因受该期张扭性伸展应力作用而形成深源脆性断裂,同时也形成与之共轭的NW、NNW向压扭性断裂;此时因受NE向构造张裂扩容产生构造负压的驱动,“虹吸”岩体深部前期韧性剪切形成的承压热流体上侵,但此时的热流体氧逸度低,在上侵过程中不断的与沿断裂带下渗的地下水、岩石裂隙水等(大气降水)混合,形成高氧逸度、高萃取性的临界流体(凌洪飞,2011),与所经富铀岩体发生水—岩反应,使岩体内预活化的高铀副矿物U4+被氧化成U6+而形成成矿流体。当成矿流体被吸入次级压扭性裂隙带中,流体压力、温度、氧化还原电位的变化、氧逸度的降低等多种因素耦合而促使铀沉淀成矿(祁家明等,2019)。
6 找矿方向分析
由于前人对粤北地区铀矿研究过于聚焦于花岗岩体与铀成矿之间的关系,而巨大的岩矿时差也使得区内的铀成矿机理与理论研究一直争议不断,区内铀矿勘查主要遵循“就矿找矿”的模式,在实现部分老矿区深部(如诸广岩体长江铀矿田深部)“第二空间”找矿突破之后,近些年区内的铀矿勘查成果并未有实质性的重大突破,钻孔越打越深,但矿体品位并非越深越富;同时区内勘查后备基地的缺乏,铀矿勘查工作基本已遇瓶颈。区内铀矿多赋存于花岗岩体的断裂带内,但问题在于并不是所有不同期次、不同展布方向的断裂带都是含矿的,而浅部的矿体基本均已勘查殆尽,这也是在区内无法很好的开展深部找矿预测的关键。
赵如意等(2020)根据南岭地区铀矿的后生热液型成矿特征与规律,提出“全位成矿与缺位找矿”的理念,其认为区内具有“空间全位”铀成矿模式,在不同构造层、不同建造、不同岩性及不同部位均具有成矿潜力,因具体成矿地质条件的不同可进行“缺位法找矿”。但该找矿方法过于宏观,可能还需针对粤北地区铀矿的独有特征进一步具象化才能指导区内找矿工作。
在工作程度如此之高的粤北地区开展深部找矿预测,就必须摆脱目前区内“就矿找矿”的勘查模式,笔者等跳出花岗岩体的限制,以独特的视角重新审视区内岩体—断陷带的多次拉张—挤压脆韧性转化的耦合演化过程与铀成矿的联系,确定了铀成矿的动力学背景与铀成矿两大关键制约因素:① 重熔型富铀花岗岩体分布与② 95 Ma时期陆内伸展运动形成的深源断陷带之间耦合成矿;这为指导区内的找矿预测工作指明了较明确的方向:
(1)NE向断陷带内夹持的NW、NNW向断裂控矿: 富铀成矿流体沿NE深源裂带向上运移,是极易在脆韧性应力转换带沉淀成矿的,95 Ma为NW—SE向的伸展拉张时期以张扭性应力条件形成NE向断陷盆地,而在NW—SE向可形成一系列共轭的压扭性断裂带,由于成矿流体沿NE深源断裂流经共轭的NW向断裂存在巨大的脆韧性应力转换,极易在NW、NNW向断裂带内形成富大矿体,因此岩体NE向断陷带内所夹持的NW、NNW向断裂带是具有非常好的找矿前景的,如长江铀矿区棉花坑、书楼丘、长排、水石等一系列铀矿床主要含矿断裂带均为NNW向,如图1所示各断陷带内以前工作所忽略的NW、NNW向断裂均具有较好找矿前景。
(2)NE向南雄断陷红盆基底不整合界面控矿: 同时,区内NE深源断裂带往往是经过了多期次的伸展—挤压运动的,断裂带充填大量代表脆性应力的不同期次的微晶石英脉,而下盘围岩接触带内发育着厚层代表韧性挤压剪切的糜棱岩,因此成矿流体在沿该NE向深源断裂带向上运移时遇脆韧性应力转换期也是极易成矿的,如百顺断陷带内东坑(361)铀矿床矿体就赋存于NE向烟筒岭断裂下盘糜棱岩内,而作为NE向断陷活动中心的南雄断裂带亦发育着巨厚的代表脆性应力的多期次微晶石英脉与代表韧性剪切应力的糜棱岩,因此,NE向南雄断陷盆地基底不整合面亦是具有非常好的找矿前景的,而发育于其上盘白垩纪沉积红层中的暖水塘、中村等铀矿床均预示着基底不整合面具有好的找矿潜力(图2),但前人在该地区的勘查并未穿透基底不整合界面。因此下一步工作部署需要多加关注。
7 结论
(1)受华南中—新生代NE向断陷盆地边缘深源断裂活动驱动、产铀花岗岩体分布等双重要素制约的铀成矿过程即为盆岭耦合铀成矿作用。
(2)以95 Ma时期NW—SE向的陆内伸展运动形成的以南雄断陷盆地为标志的系列NE向深源断陷活动,是提供区内铀成矿的主要驱动力。
(3)华南构造伸展运动下的形成的晚期脉岩岩浆活动并不直接参与铀成作用,但对岩体铀的预活化与沉淀起到了较为重要的作用。
(4)NE向断陷带内夹持的NW、NNW向断裂及NE向南雄断陷红盆基底不整合界面是区内找矿需关注的重点方向。
致谢:本文在行文过程中得到了核工业北京地质研究院范洪海研究员、南京大学凌洪飞教授的悉心指导与帮助;审稿专家提出了建设性意见与建议;在此一并表示衷心感谢!
(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)
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