大兴安岭南部五十家子-新城子地区铀矿控矿因素分析和找矿靶区优选

2022-07-27李杨王世成郝晓飞王常东王晓奇张韶华

铀矿地质 2022年4期

李杨，王世成，郝晓飞，王常东，王晓奇，张韶华

（核工业二四三大队，内蒙古赤峰 024000）

五十家子-新城子地区处于扎兰屯火山岩型铀矿远景带南段，是我国重要的铀矿床聚集区，也是我国兴蒙造山带内重要的铀成矿带［1-6］。研究区地处有利的构造位置，且区内分布有多期次、多旋回的中酸性火山岩和密集的铀矿产，是近年来很多地质工作者研究的重点，其中大兴安岭南部地区尤其是红山子-沽源地区一直是铀矿找矿的重点地段。本区铀矿工作程度很低，可分为20 世纪60 年代和2015 年以后两个阶段，前一阶段主要以中小比例尺地面放射性调查为主，未取得实质性进展，深部找矿工作几近空白，直至“十一五”该区启动了铀矿资源调查评价项目［7］，局部相对系统开展了铀矿地质调查并投入少许钻探工作量，发现了一批较好的铀工业孔，进而预测了远景区、圈定了找矿靶区。本区成矿潜力较大，但缺乏对铀成矿条件的系统总结分析。本文通过对五十家子-新城子地区火山盆地铀矿化特征及控制因素的分析，总结成矿特征，并进行远景预测，旨在为该地区今后铀矿找矿工作提供资料及思路参考，以实现铀资源量扩大的预期。

1 区域地质背景

五十家子-新城子地区位于西伯利亚板块（Ⅲ）与华北板块（Ⅳ）结合部（图1），位于中、新生代滨西太平洋构造域和前中生代亚洲构造域改造叠加的活动区，受东西向西拉沐伦河深大断裂和北东向大兴安岭主脊断裂夹持。

图1 大兴安岭南段五十家子-新城子铀成矿带大地构造位置图Fig.1 Tectonic setting of the Wushijiazi-Xinchengzi U polymetallic prospective metallogenic belt，south Daxinganling

区内出露地层时代跨度较大（图2），太古宇为西拉沐伦缝合带的组成部分，岩性为大理岩和片岩零星出露于研究区南端；古生界以二叠系林西组、哲斯组为主，岩性为一套中细粒变质砂、板岩组合，是大兴安岭地区铀矿床的直接围岩；中生界为一套中酸性火山岩，包括侏罗系满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组，为大兴安岭火山岩建造的组成部分，是铀成矿重要的铀源和含铀层［7-12］；新生界由第四系沉积物组成。

图2 研究区地质简图Fig.2 Sketch geological map of the study area

区内断裂大体分为3 个方向，北东向为主，北西、东西向次之，以“多”字形构造格架相互交汇，其中北东和东西向断裂活动时间长、规模较大，为铀矿化的控矿构造，其所形成的次级断裂、派生断裂为区内矿体的产出提供了赋矿空间。区内侵入岩主要为华力西晚期、印支期及燕山期花岗岩类，受深大断裂控制总体呈北东和近东西向带状展布，其中以燕山期为主，具多阶段、多期次侵入特征。区内共可划分3 个次级火山盆地（五十家子、十二吐、新城子）和1 个破火山机构（白音沙那林场），并在近几年发现了较好的铀矿化蚀变信息。

2 铀矿地质特征

研究区内铀矿化显示较好，已发现小型铀矿床1 个（701 铀矿床）、铀矿（化）异常点几十个，这些矿化类型不同的铀矿床及铀矿（化）异常点具有特征明显的时空分布。

2.1 铀矿化时空分布

2.1.1 时间

研究区铀矿地质工作程度较低，对铀成矿时代的研究欠缺，相关数据不全，但区内及邻区有较多相对可靠的年龄数据可供参考。红山子铀矿床与研究区地理位置邻近，二者成矿地质条件相似，主要成矿期为晚侏罗世末—早白垩世，具时间跨度大、多期多阶段的特点，铀成矿时代相对集中于148.91～113.57 Ma［13］。

2.1.2 空间

通过综合对比分析，区内已知铀矿（化）异常点空间分布有以下几点特征：1）铀矿化主要分布于黄岗梁-乌兰浩特断裂带火山盆地一侧，呈北东向展布，铀矿化多产于盖层与基底接触部位呈异体共生关系，具有越靠近基底隆起带边缘矿化越富集的特点［4，14-15］；2）铀矿化富集部位主要集中在中生代火山盆地边缘，最好有基底通过，或赋存于古生代基底与中生代火山岩地层触界面附近；3）北东向断裂构造控制着铀（化）点、异常点带的整体展布，铀矿化主要富集在北东与北西向断裂交汇、断裂与火山机构交切复合部位；4）区域上铀矿化异常对围岩没有明显选择性，但本区有两个相对明显的富集层位，一是发育于上侏罗统满克头鄂博组酸性火山岩内的构造蚀变带，二是中生代地层与燕山晚期侵入岩接触带。

2.2 铀矿化类型

根据构造环境，铀矿化类型可划分为次火山岩亚类、蚀变裂隙带亚类、层间破碎带亚类和火山角砾岩亚类4 种［16］。通过前人研究和施工验证发现研究区内铀矿化类型为前两亚类。

2.2.1 次火山岩亚类

次火山岩型铀矿化主要发育在次火山岩与中酸性火山岩的内外接触带上。次火山岩性以中酸性斑岩为主，主要赋矿区域为白音沙那林场破火山机构和十二吐次级火山盆地，典型代表为白音沙那林场破火山机构25 号铀矿点。该铀矿点位于白音沙那林场破火山机构中部，发育于近南北向硅化蚀变带附近，赋矿岩性为流纹质含角砾晶屑凝灰岩、流纹岩，所属时代为满克头鄂博组时期（图3）。晚侏罗世花岗斑岩沿近南北向断裂侵入，经地表槽探揭露，铀异常带长近130 m，宽1～4 m；铀矿体呈透镜状，走向近南北向，长18 m，厚0.2～0.7 m；围岩蚀变为硅化、赤铁矿化、少量萤石化，且呈脉状发育，产状为70°∠85°，赋矿围岩为球粒流纹岩。

图3 白音沙那林场25 号铀矿点综合成果图Fig.3 Geological-radioactive result map of No.25 U occurrence in Baiyinshana forest station

2.2.2 蚀变裂隙带亚类

蚀变裂隙带型铀矿化多富集在密集剪切裂隙带和断裂交汇部位，呈网脉状、群脉状、雁行脉状向深部延伸。研究区内蚀变裂隙带型铀矿化主要发育于主断裂（北东向黄岗梁-乌兰浩特和东西向西拉沐伦河深大断裂）夹持的次级蚀变破碎带内，新城子盆地48 号铀矿点最为典型。该铀矿点位于新城子盆地中部，赋矿围岩为上侏罗统满克头鄂博组火山碎屑岩（图4），其地表发现两条铀矿体，长度分别为24.0 m、19.0 m，厚分别为0.8 m、0.50 m，平均品位均为0.050%。在该地区钻探揭露新发现工业孔2 个、矿化孔1个、异常孔1 个。矿化受北东向控矿断裂带的次级断裂控制，以北西和北北西向断裂为主，常发育赤铁矿化和硅化蚀变。

图4 新城子盆地48 号铀矿点地质-物探综合成果图Fig.4 Geological-radioactive result map of No.48 U occurrence in Xinchengzi basin

3 控矿因素分析

结合钻探验证成果和前人基础资料分析，笔者认为研究区铀矿成因主要为：华力西期、燕山期发生壳源重熔型花岗岩化作用，使得基底铀含量增高，晚侏罗世太平洋板块向欧亚板块俯冲导致二叠纪、晚侏罗世和早白垩世富铀的火山岩浆喷发，形成有利的中酸性盖层，同时北东、北西及东西向断裂不断活动，后期伴有潜火山岩沿着断裂构造和火山口上移，与围岩接触萃取铀元素。其中，不断活动的断裂带和中酸性潜火山岩上侵是本区铀矿化的最主要控制因素。

3.1 构造环境

我国火山岩型铀矿床集中产出的两大地质构造环境：一是古生代造山褶皱带陆缘岩浆弧；二是古生代大陆活化构造-岩浆活动带［16］。本区属第一种构造环境（华北板块和西伯利亚板块结合部位）。区内经历了多次花岗岩侵入，是本区铀矿化富集的基础。

3.2 岩性控矿

研究区火山盆地基底在华力西、印支期经历了复式变质过程，形成的二叠纪陆相富铀的中酸性、酸性碎屑岩建造，铀含量高达（5.0～7.1）×10-6。富铀的火山岩地层和侵入体为本区铀成矿提供了良好的物质基础。研究区盆地火山岩盖层出露较厚，且岩性种类较多，铀矿化赋存围岩岩性较复杂，中酸性火山岩盖层和燕山晚期侵入岩与铀成矿关系最为密切，其中满克头鄂博组（J3mk）火山岩铀含量为9.30×10-6，而花岗岩铀含量最高可达12.50×10-6（表1）。这些富铀地层（岩体）岩性较为广泛，为铀矿化富集提供了铀源，也是区内铀矿化多分布于富铀岩体周边或满克头鄂博组中酸性火山岩内的根源。

表1 研究区内岩石放射性元素含量统计表Table 1 Statistics on radioactive element content of rock in the study area

3.2.1 含铀基底

研究区在华力西期和燕山期经历了多次地壳抬升和下降，形成多个基底隆起，发生壳源重熔型花岗岩化作用，使得铀元素不断活化、析出并运移、富集，基底铀含量增高。

第一次铀预富集作用：基底铀矿层铀元素的富集，包括下二叠统林西组（P3l）碎屑岩夹变质岩、中二叠统大石寨组（P2ds）碎屑岩夹中酸性火山岩、哲斯组碎屑岩夹变质岩，铀含量为（5.60～7.20）×10-6。

第二次铀预富集作用：发生时间为古生代末期，区内发生了较强的构造岩浆活化作用和区域变质作用，形成了华力西期、印支期大规模花岗岩上侵。印支期花岗岩（γT）与华力西期花岗岩（γP）铀含量分别为12.50×10-6、6.60×10-6，构成本区富铀基底［3，17-19］。

3.2.2 多旋回、多韵律盖层

由于深大断裂的影响，研究区在晚侏罗世发生了大规模火山喷发，形成多种类、多旋回、多韵律的火山岩和次火山岩体。次火山岩和沉积岩使多个岩相组合界面交替出现，这类界面往往是铀矿赋矿层位。研究区火山岩盖层铀含量明显高于同类型周围岩石（表2），这些火山岩中的铀构成了本区重要的铀矿来源，为研究区内第三次铀预富集作用。

表2 研究区盖层主要层位铀含量统计表Table 2 Statistics on uranium content of main lavers in the caprock of study area

3.3 潜火山岩控矿

研究区在晚侏罗世由于板块俯冲作用（太平洋板块向欧亚板块俯冲），发生了大规模的火山喷发，林东、大板等盆地在此期间形成。大量岩浆喷出后形成的岩浆室空腔塌陷，是潜火山岩上升的主要通道。之后早白垩世新的构造活动导致潜火山岩沿火山通道和构造裂隙上侵，与围岩发生强烈作用形成大面积裂隙和蚀变带，在此过程中岩石中的铀元素与火山热液结合向上运移，形成含铀热液。上升过程中含矿热液冷却，铀元素被吸附在潜火山岩附近的裂隙带中，形成铀矿体，矿体产状与潜火山岩产状关系密切［20-21］。

3.4 构造控矿

研究区南部靠近东西向的西拉沐伦河深大断裂，被北东向黄岗梁-乌兰浩特断裂贯穿。由于太平洋板块在晚侏罗世向欧亚板块俯冲，北东向黄岗梁-乌兰浩特断裂重新活动，形成了一系列相互截切、相互交汇的次级断裂，是铀成矿有利的赋矿空间。后期的含矿热液上移并不断萃取围岩中的铀元素，最终沉淀于低次序的构造破碎带中。

本区发育有北东、北西、近东西和近南北向4 组断裂，其中北东和近东西向为一级断裂。通过近年来评价工作，基本查明了北东向断裂是本区的主要控矿构造，其次为北西和北东向次级断裂，是本区重要控矿、含矿构造。

3.4.1 北东向断裂

从区域构造格架来看，北东向断裂控制着火山盆地及侵入岩的分布，更决定着本区次级构造的展布，已发现的铀矿化总体沿北东向构造分布。北东向断裂带控制着研究区80%以上的铀矿化异常，据此初步在研究区划分了北东向控矿断裂带3 条。控矿断裂并非北东向断裂带内的主干断裂，而是其次级平行断裂，以张性为主，个别表现为先张后压，宽度不大，易被北西向断裂错断，大多倾向北西，倾角为50°～80°，在地表表现形式为破碎带、蚀变带、密集节理裂隙带和脉岩。铀矿化异常主要产于破碎带内外接触带附近，发育强烈的赤铁矿化、硅化，还常伴有黑紫色萤石化、绿泥石化（图5）。通过地表和钻探查证，本地区大多数铀矿化类型为蚀变裂隙带型。

图5 新城子盆地北东向断裂地质-物探综合剖面图Fig.5 Comprehensive geological-geophysical profile of NE-strike faults in Xinchengzi basin

3.4.2 近东西向断裂

近东西向断裂是研究区成矿最早的一组断裂，该断裂多是不整合接触面界线。该界线地球化学环境突变，储矿空间较好，利于铀元素富集成矿。近东西向断裂主要分布在研究区新城子盆地南部，一级断裂为盆缘断裂，次级断裂在基底地层中表现为韧性剪切带，在火山岩盖层中表现为张性脆性断层，倾向北北西或正北，倾角较陡，一般在75°～85°之间，表现形式有破碎带、蚀变带、密集裂节理隙带及脉岩（图6）。铀矿化异常相对集中分布在基底与盖层不整合接触带附近，如研究区南侧水泉沟701 小型铀矿床及沿不整合接触带分布的数十个铀异常点。

图6 新城子盆地近东西向断裂地质-物探综合剖面图Fig.6 Comprehensive geological-geophysical profile of EW-strike faults in Xinchengzi basin

3.4.3 北西向断裂

北西向断裂规模较小，以二、三级断裂为主，主要分布在五间房一带，是北东、东西向一级断裂的次生构造，是研究区主要赋矿断裂，究其原因为该组断裂晚于北东、近东西向断裂，在后期活动过程中含铀热液在携带深源铀的同时，也会萃取先前富集于北东、东西向断裂附近的铀元素，使得在末期断裂构造交汇处的有利部位富集成矿。该组断裂以张性为主，倾向南西，产状为240°∠70°～80°，新城子盆地48 号铀矿点地表及深部铀矿化均受该组断裂控制（图7）。

图7 新城子盆地北西向断裂地质-物探综合剖面图Fig.7 Comprehensive geological-geophysical profile of NW-strike faults in Xinchengzi basin

3.4.4 近南北向断裂

近南北向断裂在本区发育最弱，主要作为近东西向西拉沐伦河深大断裂的次级断裂，发育于新城子南部。地表铀矿化异常点及热液蚀变的展布与近南北向断裂没直接关系，且近南北向断裂通过处铀异常矿化蚀变明显降低或弱化，而其他组断裂交汇部位或通过处异常矿化蚀变范围及强度发生明显膨大、增强现象，因此初步推断近南北向断裂对铀矿化起破坏作用（图8）。

3.5 火山热液改造

火山岩型铀成矿离不开火山热液改造作用。我国东部中生代铀矿床蚀变包括萤石化、水云母化、硅化、赤铁矿化、钠长石化等中低温热液蚀变。成矿前期由于蚀变的气热交代作用使岩石形成类似海绵体结构，并不断使铀元素得到活化富集，沉淀在“海绵体式”岩石中的有利部位［20-23］。

3.6 岩性界面控矿

火山盆地基底与盖层之间，盖层差异较大岩性之间，火山岩、次火山岩和不同期次侵入岩之间的多种层位界面往往具有能使含矿热液富集沉淀的地球物理、化学障的特征，是铀矿化异常产出的重要部位［24-27］。由于断裂构造对任何界面都具有贯穿性和连通性，为避免阐述的复杂化，本段关于有利赋矿界面的分类将均默认有构造因素的叠加。区内存在三期岩浆活动和多种赋矿围岩，不同期次侵入岩的接触带、不同火山岩的接触带、侵入岩与火山岩的接触带三类界面为铀成矿的主要界面［28-29］。通过地表和钻探查证，本地区部分铀矿化类型为接触带型。

3.6.1 不同火山岩接触带

理论上火山岩各个地层之间的接触界面均为铀矿化有利界面。从目前的深部钻探揭露及以往资料分析。晚侏罗世与二叠纪火山岩的不整合面是铀成矿的有利部位，如区内701 铀矿床局部地段铀矿化产于基底盖层不整合面上。

3.6.2 不同期次侵入岩的接触带

三期岩浆活动分别发生在晚二叠世、晚侏罗世、早白垩世，这些侵入岩的接触界面均为有利的铀储矿界面。已发现的界面位于五十家子复式岩体内，不同期次岩体接触带、岩体与后期脉岩接触带发现较好铀矿化异常。

3.6.3 侵入岩与火山岩的接触带

本区有三期岩浆侵入和诸多火山岩地层，侵入岩与火山岩可能存在的接触带很多，分为深成侵入岩、浅成的次火山岩与火山岩的接触带两类，其中深成侵入岩对铀矿化富集更有利［30］。本区目前仅于次火山岩与火山岩的接触带见到矿化显示，如十二吐、白音沙那林场晚侏罗世花岗斑岩与火山岩接触带。

4 找矿靶区优选

根据对研究区控矿因素、矿化类型的分析，总结了区内找矿标志，依托评价项目对五十家子和新城子盆地进行了钻探查证，均揭露到较好的铀工业矿化，进而优选出两处找矿靶区，分别是曹家营子铀找矿靶区和五间房铀找矿靶区。

4.1 曹家营子铀找矿靶区

曹家营子铀找矿靶区位于查干木伦断裂带中部五十家子盆地内。基底为变质砂岩、板岩，地层为富铀的满克头鄂博组中酸性火山、火山碎屑岩。该区内查干木伦河断裂带的北东、北西向次级断裂交错发育，形成的构造交汇结为铀矿液的运移和存储提供了空间。后期北东向花岗斑岩的侵入为铀成矿提供了充足的热流体。褐铁矿化、高岭土化、硅化、赤铁矿化、绿泥石化、黄铁矿化等低温热液蚀变较发育，发育位置一般靠近断裂。地表发现4 片铀异常晕，总体沿北东向展布，多个铀异常矿化点（包括9229 号铀矿点）发育在异常晕内，受北东向断裂影响明显，主要产于北东、北西向蚀变裂隙带中，矿化类型为蚀变裂隙带型。通过钻探查证，揭露到较好的铀矿化蚀变信息，发现工业孔3 个、矿化孔2 个、异常孔3 个，结合大比例尺物探测量成果，初步控制北东向控矿断裂带长近4 km。以北东向断裂带为主线，进一步查证构造的含矿性，具有较好找矿前景。

4.2 五间房铀找矿靶区

五间房铀找矿靶区位于新城子盆地南部，面积约80 km2。区内地层以上侏罗统中酸性火山岩、火山碎屑岩为主，铀含量较高，南北被北东东向和北西向断裂夹持，内部发育一组二级北东向控矿断裂，三级北西、北东、南北向断裂交错发育，形成多个构造结，是铀矿液运移和富集的空间。晚侏罗世流纹岩和早白垩世花岗岩沿靶区边缘侵入，此外区内发育有正长斑岩和花岗斑岩脉，为铀成矿提供了充足的热源。水云母化、赤铁矿化、萤石化、绿泥石化、硅化及钠长石化等蚀变为铀矿化的重要找矿判据。区内地表已发现铀矿床1 个，铀矿化异常点数十个，异常受断裂控制明显，产于破碎蚀变带中。通过钻探施工于深部发现较好的铀矿化蚀变信息，经钻探查证，新发现工业孔2 个，矿化孔2 个，异常孔2个。这些钻探工程验证了铀矿化在深部的发育情况，铀异常、矿化多数发育于中生代酸性火山岩中，且有构造叠加，铀矿体通常赋存于构造上盘，与铀矿相关的围岩蚀变有硅化、萤石化、赤铁矿化。

其中ZK16-05 孔为铀工业孔，共揭露到1段工业铀矿化（图9）。铀矿段发育深度为247.65～252.65 m，真厚度为4.28 m，平均品位为0.116%，最高品位为1.520%；北西向断裂控制铀矿体发育方向，赋矿岩性为流纹质熔结凝灰岩，经后期构造改造较为破碎，围岩蚀变为萤石化、赤铁矿化、硅化。

图9 新城子地区ZK16-05 孔剖面图Fig.9 Drilling profile of ZK16-05 in Xinchengzi area

通过以上钻探查证，该地区铀矿化发育在满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组等中酸性火山岩、火山碎屑岩和酸性侵入岩中，这些酸性火山岩具有多期次、多旋回的特点。前文提到此类岩性铀含量普遍较高，对成矿较为有利。其次，通过钻探查证，铀矿化受北东向构造控制明显，并且具有多期次构造叠加特征，主构造的次级断裂为含铀热液的迁移和富集提供了有利场所。通过地表构造与钻孔内观察分析，发现北东向断裂为铀矿化的主控构造，并且以张性断裂为主，常伴有脉岩上侵，贯填断裂主体，进一步为铀矿化提供热源和铀源。与铀矿化有关的蚀变多为低温热液蚀变，具有明显纵向分带性和叠加性，铀矿化集中部位往往发育斑点状赤铁矿化，两侧为细脉状硅化，最外测发育大面积绿泥石化，偶见少量萤石化，局部可见绿泥石化与硅化叠加出现，硅化明显晚于绿泥石化，这些蚀变说明铀矿化以切壳主构造为通道，后期含矿热液沿构造上移，携带铀元素并在物化条件改变后沉淀富集成矿。最后，有部分铀矿化发育在次火山岩与中生代酸性火山碎屑岩接触面上，说明次火山岩控矿在本地区是仅次于构造控矿的又一成矿类型。综上所述，本地区的铀矿化具备“杂盖多面、主断切壳、脉岩贯填、蚀变叠加”的特征。因此该区具备较好的成矿地质条件和较大的成矿潜力。