辽东连山关铀矿床地质特征及深部找矿方向探讨

2022-07-13王庆喜张小勇尹沈汾

现代矿业 2022年6期

王庆喜张小勇，2 李研尹沈汾

（1.核工业二四0研究所；2.中核（沈阳）科技有限公司）

连山关地区某铀矿床处于华北地台的北缘，是华北地台具有代表意义的内生热液花岗岩型矿床，该地区在20世纪70年代发现了多个大型火山岩型铀矿床。华北地台虽是我国规模最大、形成时代最老的地台，但在后中元古代稳定程度较差，即便频繁的活化作用为铀元素在造陆阶段富集成矿创造了条件，却不利于早期形成的铀矿体保存。因此，整体加深华北地台产铀性能认识是寻找新矿体的基础［1-5］。

随着矿体连续开采，铀资源缺乏已是矿山急需解决问题之一。因此，从实际出发，充分利用矿山有利条件，在找矿理论的指导下，对具有找矿潜力的远景区重新认识，通过就矿找矿的思路，对控制矿体进一步查证，同时兼顾矿体近外围的找矿，有希望缓解矿山资源紧缺压力。

1 区域地质背景

连山关铀矿床处于辽东裂谷的中部，位于天山阴山东西向构造带与新华夏第二隆起带交接部位的连山关复背斜南翼西段（图1）。区域地层岀露比较全面，由于中酸性岩浆多期的侵入作用，使各个时代的地层散布于侵入体周围，辽河群的浪子山组与里尔峪组为辽东裂谷出露的地层。区域内主要含铀层位为大欲沟组、茨沟组，铁与铀2种元素常伴生出现。下元古界辽河群在研究区分部范围较广，底部浪子山组是主要的富铀层位。区域内断裂构造以张性、压扭性断裂为主，褶皱次之，受北西向构造体系和新华夏构造体系格局的共同影响作用。

2 矿床地质特征

2.1 地层

矿床出露地层主要为辽河群地层和浪子山岩组地层、里尔峪岩组地层（图2）。其中，辽河群浪子山岩组一段地层为主要的含矿层位，赋矿围岩为石英岩、云母石英片岩及白色重熔混合岩，该组铀含量普遍较高，最高可达9.1×10-6，最低为1.0×10-6。浪子山岩组二段以上及里尔峪组地层中基本未见矿化。

2.2 构造

矿床位于辽东古裂谷北缘连山关短轴穹状复式背斜（连山关复背斜）南冀、连山关混合杂岩体南缘与辽河群浪子山组地层接触带中部、四道沟至樟木沟之间。矿床构造以断裂为主，褶皱次之。

2.2.1 褶皱构造

矿床褶皱构造主要表现为一背斜褶皱。背斜由古元古代辽河群浪子山岩组一段石英岩，云母石英片岩组成。白色重熔混合岩充填充填于背斜核部。上部石榴云母片岩褶曲舒缓，表现不明显。背斜轴NE65°—SW245°向展布，轴长120～140 m，两翼宽120 m，背斜高60～80 m，为典型的穹状构造。背斜北东仰起，南西倾伏，倾伏角46°，仰起部位被花岗岩“吞蚀”。背斜核部被花岗岩“侵入”占据，纵向接触界线与背斜倾伏方向一致。

2.2.2 断裂构造

矿床内断裂构造发育，依展布方向、性质和生成先后顺序分为4组：与地层走向一致的北西西向压性断裂组、北东向扭性断裂、片岩中的北西向扭性断裂、北北东向断裂。其中，北西西向断裂为矿前构造，北东向断裂与铀矿基本同期形成，北北东向断裂为矿后构造，但是由于其规模较小，并未对矿体产生明显破坏作用。

北东向断裂是矿床内最发育的1组断裂，为成矿期主要构造。规模最大的2条构造长500～700 m，2条断裂平行分布，贯穿矿区，南宽北窄，南深北浅，切割深度都在100 m以上，走向为NE50°左右。断裂早期以压性为主，晚期以张性为主，实际上是与控矿的倾伏小背斜同时形成，主要为发育于背斜两翼辽河群与花岗岩接触带的层间断裂，它们继承了前期韧性变形活动的构造薄弱面而形成。

2.3 混合花岗杂岩体

混合花岗岩出露于连山关复背斜核部、呈北西西向展布，东西长41 km，南北宽7～10 km，面积为320 km2。岩体与鞍山群、辽河群呈混合交代接触，由岩体向外岩性依次为红色钾质混合花岗岩、淡红色混合花岗岩、白色碱交代混合花岗岩、重熔边缘混合岩及混合质云母石英片岩，重熔边缘混合岩为主要含矿岩性（图2）。此类花岗岩具有多期多阶段特点，岩体富硅、富碱、贫钙、钾大于钠，蚀变交代作用强烈，铀元素丰度高，铀成矿条件好。

2.4 围岩饰变

矿床中有多种类型的围岩蚀变，主要有钠长石化、绢云母化、赤铁矿化、绿泥石化、黄铁矿化、硅化和碳酸盐化，蚀变分带性不明显。绢云母化与矿化关系最密切，贯穿于成矿作用的始终，是矿床的主要饰变类型。近矿绢云母呈深黄绿色，反之颜色较浅，呈浅灰、浅黄色，在矿体两侧为带状分布于构造破碎带的碎裂岩中。

3 成矿地质条件分析

3.1 地层条件

矿体赋存于太古界鞍山群与下元古界辽河群形成的交代接触带内，鞍山群以残留体的形式存在于混合花岗杂岩体中，这为铀元素的迁移、富集提供了铀源，而鞍山群的顶部正为辽河群的片岩所覆盖，为铀源的富集成矿形成了一个良好的屏蔽层（图3）。

3.2 构造条件

除上述地层条件外，铀元素的迁移、富集、成矿离不开地壳活化作用。地壳的活化作用不仅为铀源的迁移提供了动力支持，有利于沟通岩浆房，使含矿热液上升，同时伴随岩石间互相剪切作用使局部发生动态重熔重组，促使周围岩石发生一系列旧物质迁出与新物质带入，改变了原来岩石的化学成分和结构构造，使岩石孔隙度增大、渗透力增强，有利于矿体的富集。该区地壳活化成矿产物为一北东向短轴背斜，由于发育的韧性剪切作用，含矿热液经渗透交代形成了向SW倾伏的重熔混合“裙边隆起”带。

3.3 岩性条件

矿区满足铀成矿条件的主要岩性为辽河群石英岩和鞍山群混合花岗岩，混合石英岩为重熔混合岩化作用的产物，为主要的含矿母岩（表1）。混合花岗岩为硬质脆性岩体，构造地质作用易形成张性断裂，为热液流体的运移提供活动场所，而其上部为断裂构造基本不切穿的云母石英片岩，这些软质的片岩成为极好的隔热隔水层。多年采矿发现，含矿构造或矿体的接触带附近往往出现亮黑色的碳质片岩，说明了热液在高温高压环境下活动时可能存在CO2气体，含石墨岩系的发育利于铀元素的吸附和沉积。

3.4 暗色岩脉与铀成矿关系

暗色岩脉既是区域构造运动的重要表现形式，同时也是基性岩浆岩活动的产物，表明当时构造环境为拉张环境，对铀的沉淀富集起重要作用。在260 m中段的东北部出现局部的暗色煌斑岩脉，暗色岩脉的边部或内部与硅化带的交点部位往往限制铀矿体。在岩脉的破碎角砾面上，常发育有鲕状沥青铀矿，可见方解石沥青铀矿团块或细脉充填于裂隙中，说明暗色岩脉的形成与铀矿化、富集关系较密切。

3.5 物理化学条件与铀矿化的关系

通过对矿石气液包裹体成份及热力学计算可以看出，矿床形成于强还原环境中。矿床断裂构造发育，均为开放性差的压性、压扭性断裂，地下水以构造裂隙水及风化裂隙水的形式贮存，水质类型为重碳酸钙镁和重碳酸钙钠型，pH为7.5左右，呈低矿化度中性—弱碱性水，易形成活性碳酸铀酰络合离子［UO2（CO3）2］2-，有利于铀的迁移。与沥青铀矿关系密切的矿化为绢云母化、硅化、赤铁矿等，根据绿泥石的颜色可判断矿化程度，近矿绿泥石为褐绿—黑绿色。热液富含Mg2+与Fe2+，Fe2+发生氧化还原反应呈红色，所以矿化好的地段均发生“红化”现象。

4 成矿模式

连山关地区的铀矿化在区域上受发育于太古宙花岗杂岩体南缘与古元古界辽河群接触带的NNW—NW向韧性剪切带控制，矿床产于与韧性剪切带配套、白色碱交代花岗岩增厚形成的轴向NEE—NE向短轴背斜部位，铀矿体主要分布于与短轴背斜轴同向的构造破碎带内。

铀矿床是与大型韧性剪切作用有关的构造重熔混合型铀矿床，铀源可能主要来自于多期次预富集的花岗杂岩体，而含矿热液中的碱质硫化物及碳酸盐主要来自于地壳深部，长期缓慢而强烈的右旋剪切使局部地段的岩石（石英岩及白色碱交代混合花岗岩）动态局部重熔，这些不同程度重熔的半塑性—液态岩石（浆）及含矿热液逐渐向压力较低的部位集中。由于右旋剪切的持续作用，形成一些由不同程度重熔混合的塑性—液态岩石（浆）组成的向SW倾伏的裙边隆起。韧性剪切作用中的富铀热液向这些裙边隆起部位逐渐集中并进一步富集。在辽东古裂谷全面褶皱回返的1 900 Ma左右，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，这些热的倾向隆起在冷却、释压的条件下凝固收缩，形成重熔边缘混合岩。但同时造成韧性剪切作用的近SN向压应力场仍然存在，因此形成NEE向脆性张剪断裂及裂隙。由于这些断裂基本不切穿上覆较软的浪子山组二段石榴二云片岩，这些片岩成为极好的隔热隔水层，使更晚期冷凝的含矿热液上升富集在这些脆性断裂内最终成矿。

5 深部找矿方向

5.1 勘查类型和勘查方法的选择

根据矿体规模、形态、产状变化、矿化的均匀性和连续性，确定矿床勘查类型为第Ⅲ类型，采用坑探、硐室钻探相结合的方法，选择以25 m×（25～50）m的硐室钻探间距、20 m的硐探中段间距和穿脉间距控制矿体。

5.2 勘查技术手段

由于地表找矿工作程度较高，物化探资料也较为齐全，矿山已进行十几年的生产、探矿工作，浅部矿体已基本采完或探明，矿区矿体赋存规律基本摸清。因此，随着矿山开拓工程不断深入，完全可以满足探采结合、攻深找盲的要求。坑探工程辅助硐室钻孔进行深部矿体控制，大大降低勘查工作成本。深部找矿遵循择优排序、先点后面、由稀到密、稀密结合、探采结合、攻深找盲、循序推进的原则。