纳米比亚纳米布铀成矿区大地构造演化与铀成矿

徐勇，姚振凯，黄宏业

（核工业二三〇研究所，湖南 长沙，410007）

纳米布铀成矿区，地理位置属气候干旱雨量极少的南非纳米比亚西部高原纳米布沙漠区，面积约1.7 万km2。成矿区有白岗岩型铀矿床11 处、钙结岩型铀矿床15 处和矽卡岩型铀矿床1 处，总共27 处铀矿床，总铀资源量超65万tU［1-2］，是世界著名的大型铀成矿区。

自1973 年完成罗辛白岗岩型矿床勘查工作后，由Backstrom J.W.Von（1975）［3］等学者确认了罗辛白岗岩型铀矿床的工业意义，并于1975 年建成罗辛铀矿山。于20 世纪70—80 年代新发现钙结岩型铀矿床多处，其中包括著名的兰格海因里希超大型铀矿床。21 世纪后在罗辛矿床南北两端，又新发现湖山、瓦伦西亚、艾达托姆等白岗岩型铀矿床10 处，还有英卡矽卡岩型矿床1 处，从而引发世界铀业界极大关 注。 前 苏 联 学 者Ю. М. Шувалов и др.（1980）［4］，B. И. Bеличкин（1983）［5］及俄罗斯学者В. Е. Бойцов，А. А. Верчеба（2008）［6］等，对罗辛矿床作过详细论述。中国铀业有限公司先进入欢乐谷地区进行铀矿勘查和研究，后有中广核铀业发展有限公司与纳米比亚合资建成铀矿山，共同开采湖山铀矿床，都取得可喜成果。我国学者对铀矿床成矿特征进行研究，发表了一批研究成果［7-10］。国内、外学者研究多从白岗岩岩浆分异成矿机制论述，表生铀叠加成矿问题相对偏少，也少有与罗辛矿床周边发育大量中新生代钙结岩型铀矿床的区域成矿相联系［11］。姚振凯等有幸曾参与罗辛成矿区两个合资项目的地质调查，研究了白岗岩型和钙结岩型铀矿床的区域和矿床地质资料，根据白岗岩型铀矿床长时期直露地表，以及从地表往深部广泛发育大量次生铀矿物，这些次生铀矿物集中了矿床40%的铀，提出该矿床在岩浆分异成矿为主的基础上，叠加表生淋积成矿的复成因看法［10］，认为大地构造演化对铀成矿起到了很大的作用，并结合前人成果和新的资料，运用活化构造理论和大地构造与铀成矿演化分析方法，探索纳米布铀成矿区的大地构造演化与铀成矿的联系。

1 成矿区概述

纳米布铀成矿区（图1）现阶段大地构造位置为纳米比亚西部纳米布活化区，但白岗岩型和矽卡岩型铀矿床成矿时的大地构造成矿位置，按其含矿层时代为新元古代，铀成矿年龄为502 Ma，应归为新元古代-早古生代达马拉（达马拉-加丹加，泛非）造山带南部中央带，平面上为细长S 形，又处于该中央带由NW 向转为NE 向的转折处。此处构造-岩浆作用和变质作用强烈，有大量碱性花岗岩侵入和高角闪岩相至麻粒岩相的高温低压变质作用发育，产有一批超大型白岗岩型铀矿床。钙结岩型铀矿床成矿大地构造位置，按赋矿层位时代为新近纪，铀成矿年龄推测为5～0.5 Ma，其成矿范围则略有扩大，呈NW 延伸长350 km、宽75 km、面积约2.6 万km2的条带，其大地构造位置归属为纳米比亚西部中新生代纳米布活化区，并以发育晚白垩世-新近纪古河谷钙结岩和大量钙结岩铀矿床为特征。达马拉造山带的东北部，构造由NE 向转为NW 向，变质作用和岩浆活动较弱，向斜盆地碳酸盐岩发育并形成一批碳酸盐岩型铀矿床，被称为加丹加（申科洛布韦）碳酸盐岩铀成矿区。纳米布和加丹加铀成矿区均属三级基本大地构造铀成矿单元，同隶属于二级大地构造铀成矿单元——南非铀成矿省，及一级跨洲际大地构造铀成矿单元——非洲-阿拉伯洲际铀成矿域［12］。

图1 纳米布成矿区铀矿床分布略图（据IAEA，2018）Fig.1 Distribution map of uranium deposits of Namib uranium metallogenic area（After IAEA，2018）

2 成矿区含铀岩石建造

成矿区含铀岩石建造有沉积岩建造、变质岩建造和白岗岩建造（表1）。白岗岩型铀矿床分布在新元古代诺西布群可汗组、斯瓦科布群罗辛组、卡里毕比组和卡塞布组等4 个地层组内。铀矿体赋存于顺层和穿层的铀矿化白岗岩中，白岗岩是含矿主岩。

表1 纳米布铀成矿区大地构造演化阶段及其含铀建造Table 1 Tectonic evolution stages and the uranous formation construction in Namib uranium metallogenic area

①矿化与岩浆岩中白岗岩相关性较大，以白岗岩建造代替岩浆岩建造进行讨论。

成矿区内最老的地层是古元古代强烈褶皱变质、强烈花岗岩化及混合岩化的眼球状花岗片麻岩、石英长石片麻岩、大理岩、石英岩和花岗岩，其形成年龄介于约2 000～1 850 Ma 之间［13］。从区域构造和岩性特征分析，其形成年龄有可能更早，以穹隆构造组成的结晶基底产出，归属为古元古代阿巴比斯变质杂岩建造，构成前达马拉结晶基底。此后成矿区地壳隆升，并处于长期风化剥蚀状态，未接受沉积。在阿巴比斯变质杂岩之上，以角度不整合形式覆盖着在达马拉基底形成阶段所形成的巨厚的新元古代诺西布群艾杜西斯组的变质砾岩、石英岩、片岩和片麻岩，其厚度达3 000 m，形成年龄介于760～750 Ma 之间［14］，及厚度达1 100 m 的可汗组辉石石榴石片麻岩、片岩、角闪岩和混合岩等。在可汗组之后有大量早期白岗岩脉侵入。后又有斯瓦科布群罗辛组大理岩、堇青石片麻岩和石英岩等以不整合形式上覆于可汗组之上，厚度约200 m。罗辛组之上又有不整合形式覆盖的楚斯组冰碛岩、含砾片岩和石英岩等，厚度约700 m、形成年龄约710 Ma［15］的卡里毕比组大理岩、片岩、片麻岩和钙硅质岩等，以及厚度超过800 m、形成年龄约为650 Ma［16］的卡塞布组片岩、片麻岩、混合岩、钙硅质岩和石英岩等。上述4 个地层组的变质岩建造以及在达马拉褶皱造山带晚期和期后形成大量的早、晚两期白岗岩侵入体，共同构成达马拉褶皱基底。早期白岗岩年龄介于563～530 Ma 之间，晚期铀矿化白岗岩年龄介于520～502 Ma 之间。成矿区经历了古元古代及新元古代的两次区域变质作用和花岗岩化、混合岩化，地层经受了强烈改造，形成一系列总体呈NE-SW 向延伸的穹隆、背斜和向斜构造带。早期白岗岩含白云母、锂云母、绿柱石矿物，并含稀有金属锡、铍、锂、铌、铷和铯等矿产，有小型规模的稀有金属矿床形成，成矿时间介于552～540 Ma 之间［17］，包含早期形成的萨伦（Salem）花岗岩。晚期铀矿化白岗岩呈顺层或切层的岩脉产出，岩脉形态不规则，规模大小不一，大的厚度达n×10 m，最大达1 km，延伸长度可超3 km。铀矿化白岗岩属造山运动后期韧性剪切带改造早期白岗岩，由深源岩浆分异形成。晚期铀矿化白岗岩形成的主要矿物，以显微浸染状晶质铀矿、铌钽铀矿和钛铀矿等产出，及产于石英、长石、黑云母颗粒内及颗粒间裂隙中，表明铀成矿与晚期白岗岩结晶分异作用密切相关。罗辛矿床铀成矿年龄为510 Ma，罗辛西区矿床铀成矿年龄介于509～508 Ma 之间，欢乐谷矿床铀成矿年龄为502 Ma，均与晚期白岗岩年龄相吻合［9］。早期白岗岩形成的稀有金属矿化与晚期白岗岩形成的铀矿化，在空间上互不伴生。

此后，成矿区进入地壳隆升阶段，长期处于剥蚀状态。在早寒武世至早白垩世未接受沉积，或曾有少量沉积而后被剥蚀殆尽。晚白垩世-第四纪本区产生强烈构造活化。进入活化阶段后，地壳再度隆升，在成矿区内局部形成厚达100 m 的新近纪陆相古河谷钙结岩沉积，及其叠加改造的表生后成铀矿化，形成钙结岩型铀矿床，共同构成活化构造层。

3 成矿区控矿构造

成矿区的控矿构造，对不同类型铀矿床表现有所不同。部分国内、外学者运用板块构造理论研究认为新元古代-早古生代达马拉造山期白岗岩岩浆结晶分异的铀成矿演化与板内裂谷、板块分离—板块汇聚、俯冲、碰撞—后造山期岩浆侵入和构造作用的关联，获得较好的成果，被认为是大陆板块构造成矿研究的典型代表区之一［18］。但是对板块构造前的前寒武纪构造及板块后的古生代-中新生代构造与铀成矿关联涉及较少，因而区域铀成矿构造研究整体仍显不足。对白岗岩型和矽卡岩型铀矿床的控矿构造，按构造规模级别的大小予以论述（图2）。

图2 纳米布成矿区白岗岩型铀矿床控矿构造略图（据韩军，等，2021）Fig.2 Structural sketch of controlling structure of alaskite-type uranium deposits of Namib uranium metallogenic area（After HAN Jun，et al.，2021）

一级控矿构造为新元古代-早古生代NE向达马拉造山带南部中央带，全部内生铀矿床均分布于其中，属成矿前控矿构造。二级控矿构造是NNE 向千岁兰断裂。该断裂稍晚形成并小角度斜切达马拉褶皱带。全部白岗岩型和矽卡岩型铀矿床及部分控矿的穹隆构造均紧靠该断裂。该断裂具韧性剪切带性质，有明显多次活动和大量酸性侵入岩发育并改造了早期无矿白岗岩，为矿液提供了运移通道，从而形成晚期的矿化白岗岩和白岗岩型铀矿床，属成矿区最主要的区域控矿构造。三级控矿构造是千岁兰断裂两侧的穹隆或背斜构造一侧的断层系列，属小范围的直接控矿构造。罗辛矿床的铀矿化产于白岗岩与变质岩接触带内的断裂系列带，断裂位移幅度达45 m。湖山矿床和瓦伦西亚矿床，产于背斜两翼产状由缓倾变陡倾或变倒倾处。

钙结岩型铀矿床的主含、控矿地质体，是中新生代活化阶段形成的白垩纪—新近纪NE 向古河谷钙结岩带。通过对比西澳钙结岩型铀矿床成矿条件，推测本成矿区钙结岩带受NE 向次级断裂构造系控制。铀矿化只在钙结岩受到改造地段内局部富集，钙结岩内铀含量介于15×10-6～20×10-6之间，最高可达0.06%（图3）。

图3 纳米布铀成矿区钙结岩型铀矿床控矿构造略图（据梁幼侠补充，1987）Fig.3 Sketch map of the controlling structure of calcrete-type uranium deposits of Namib uranium metallogenic area（Complemented after LIANG Youxia，1987）

4 成矿区铀矿床类型

成矿区有白岗岩型、钙结岩型和矽卡岩型等3 种类型铀矿床。白岗岩型和矽卡岩型矿床为内生铀矿化，与造山运动后期韧性剪切带改造早期白岗岩而形成的矿化白岗岩密切相关。白岗岩型铀矿床属白岗岩岩浆分异作用产物，矽卡岩型铀矿床为白岗岩侵入至大理岩所成，均属新元古代-早古生代造山阶段晚期形成的内生铀矿床。钙结岩型铀矿床为中新生代活化阶段晚白垩世-新近纪古河谷钙结岩内的表生后成铀矿床，矿化是在先形成钙结岩基础上，在钙结岩内局部改造叠加成矿产物，赋存于活化构造层内。因而，3 种铀矿床类型的成矿特征存在明显差异。矽卡岩型铀矿只有一处，尚无详细矿床地质资料，因此，着重论述白岗岩型和钙结岩型矿床的成矿特征。

白岗岩型铀矿床中主要铀矿物是微粒晶质铀矿，集中了矿石中铀含量的55%，被看成是晶质铀矿型矿床。另外，铌钽铀矿等含铀矿物中的铀约占5%，次生铀矿物中的铀约占40%［19］。白岗岩型铀矿化分布不均匀，矿石铀品位低，其平均铀品位介于0.02%～0.04%之间。罗辛矿床平均铀品位为0.036%，湖山矿床矿石矿物组成与罗辛矿床相似，铀品位稍高，介于0.03%～0.06%之间［8］。应当着重指出，上述矿床的铀品位，实际上还包含中新生代活化阶段形成的二次铀成矿的品位，该次铀成矿主要为在岩石片理、裂隙、破碎带等构造薄弱面内形成的次生铀矿化叠加。若扣除次生铀矿物中所占的矿石铀品位，则现有白岗岩铀矿床品位，远达不到上述数值。白岗岩型矿床总铀资源量超50 万tU，其中罗辛矿床24 万tU，湖山矿床26 万tU，瓦伦西亚矿床4.0 万tU。英卡矽卡岩铀矿床位于艾达托姆矿床南侧，为原生矿石铀品位最富的矿床，平均铀品位为0.04%，最高达0.08%，w（U）/w（Th）=5.31，厚度达14 m，铀资源量近1 万tU［1］。

钙结岩型铀矿床赋存于钙结岩层内，不整合覆盖于古元古代和新元古代形成的变质岩和花岗岩之上。钙结岩层时代属活化阶段形成的新近纪纳米布群兰格海因里希组和图马斯组。单条钙结岩带以长数十公里、宽数公里、厚数十米的条带产出。钙结岩为多孔状固结性能差的岩类，含有大量碳酸盐所胶结粗碎屑物质，铀含量介于15×10-6～20×10-6之间。钙结岩型铀矿床的工业铀矿物只有钾钒铀矿，多呈浸染状充填于地下水活动面附近的各种钙结岩空隙中，在孔隙度高的岩带处铀矿化最富，铀矿石品位可达0.06%。钙结岩型铀矿床的成矿铀源，主要来自先已成型的多处白岗岩型铀矿床，以及矿床附近基底的新元古代中粗粒淡色花岗岩及变质石英岩、片岩和片麻岩，其 平 均 铀 含 量 为18×10-6，w（U）/w（Th）=0.9～2.6［11］。

5 成矿区大地构造和铀成矿演化

成矿区铀成矿与大地构造演化密切相关，其大地构造和铀成矿阶段可分为3 个阶段：①前地槽阶段，②达马拉褶皱造山阶段，③陆壳抬升活化阶段［20-23］。前地槽阶段，成矿区长期缓慢隆起，处于剥蚀状态，未能接受沉积，也无铀成矿行迹。因此，铀成矿作用直接与达马拉基底形成阶段、达马拉褶皱造山和达马拉造山后期韧性剪切带、陆壳抬升活化3 个大地构造阶段4 次铀成矿富集有关。

5.1 前地槽阶段

在古元古代形成的阿巴比斯变质杂岩，岩性以眼球状片麻岩、石英长石片麻岩为主，有少量泥质片岩、石英岩、大理岩和斜长角闪岩等，成为达马拉构造层结晶基底。该阶段构造层内线性褶皱构造不明显，规模也小。阿巴比斯变质杂岩厚度不详，但其铀含量较高，达11.9×10-6，w（U）/w（Th）=0.14，为成矿区内最早铀预富集的岩层。含铀的变质杂岩被看成是后期铀成矿的铀源层之一。

5.2 达马拉褶皱造山阶段

前地槽阶段之后，成矿区地壳下沉，接受了新元古代诺西布群和斯瓦科布群沉积，其总厚度近7 000 m。此后，达马拉造山运动发生于新元古代至早古生代，形成达马拉褶皱造山带。此大地构造阶段的构造-岩浆活动和变质作用强烈，成矿区形成一套有白岗岩系列侵入的高温低压变质岩系。该变质岩系线性褶皱明显，规模也大，呈一系列NE 向延伸的背斜和向斜构造展布。产于背斜内的无矿化白岗岩成岩年龄介于563～530 Ma 之间。变质岩和早期白岗岩的铀含量增至（12～14）×10-6，w（U）/w（Th）值增至0.48～1.0，成为达马拉褶皱基底的铀预富集，属成矿区铀的再次预富集，但是尚未形成工业铀矿床。

5.3 达马拉褶皱造山阶段后期千岁兰韧性剪切带活动期

达马拉褶皱造山后期，成矿区形成大型区域性NNE 向千岁兰韧性剪切带，并改造先形成的无矿白岗岩，形成铀矿化白岗岩和白岗岩铀矿床。因而白岗岩按其与铀成矿关系分为早、晚两期，晚期的为矿化白岗岩，铀含量增至（200～400）×10-6，w（U）/w（Th）＞2。白岗岩型铀矿化产于晚期白岗岩内或在其与变质围岩的接触带中，铀成矿年龄介于520～502 Ma之间，属千岁兰韧性剪切带成矿产物。据分析，矿化白岗岩属变质沉积岩深熔和花岗岩化的壳源成因，矿床为以白岗岩岩浆分异作用为主形成的原生铀矿床，同时受区域性千岁兰大断裂改造作用制约，矿床内形成有厚大的矿化白岗岩铀矿体。

5.4 地壳抬升活化阶段

在中生代晚期-新生代地壳抬升活化，成矿区地壳再次长时期处于隆升剥蚀状态，不断准平原化，并在准平原化的基础上发育系列古河道，形成大面积含铀的花岗岩和变质岩蚀源区，为区域内钙结岩型铀成矿提供铀源。铀被季节性地表水淋滤，呈碳酸盐铀酰络合物被搬运到古河道、湖盆等低洼地带，在适宜的条件下，引起碳酸盐铀酰络合物的解体，活化转移，由于气候炎热，随着水分蒸发而富集于胶结物中，后期的地表氧化作用最终导致钾钒铀矿沉淀在古河道的新近系和第四系钙结岩中，形成钙结岩型铀矿化。钙结岩型铀矿化层位时代为新近纪，推测铀成矿年龄介于5～0.5 Ma 之间，属表生后成叠加于钙结岩内的铀矿床［23］。此外，千岁兰大断裂在活化阶段是否有再次活动，有无热流体铀成矿叠加有待进一步查明，从尼日尔阿加德兹铀成矿区内的阿尔利特SN向区域性大断裂成矿来看值得探索［24］。

罗辛矿床矿体长时期直接裸露地表，湖山矿床矿体产于第四纪沙漠砂层下50 m 深处，无其他岩层覆盖，也说明矿体曾长期裸露地表，遭受风化剥蚀，形成大量次生铀矿物叠加于先成原生白岗岩铀矿体之上。次生铀矿化形成时间的跨度，可能远比钙结岩内铀成矿延续时间长。矿体内有大量硅钙铀矿、钾钒铀矿等次生铀矿物，充填于原生白岗岩铀矿体裂隙及其接触的变质岩片理、片麻理及构造空隙内，与原生铀矿物伴生产出，共同组成矿石平均铀品位介于0.03%～0.06%之间的铀矿床。白岗岩型铀矿床周边有大批钙结岩型铀矿床分布，也说明白岗岩型铀矿床为钙结岩铀成矿提供了铀源。由此推出，罗辛等白岗岩铀矿床是以内生成矿作用为主，后有表生成矿作用叠加所成的复成因铀矿床。钙结岩铀矿床广泛分布，以及白岗岩内的次生铀矿化发育，都表明活化阶段表生铀成矿作用强烈发育。

因此，成矿区大地构造与铀成矿演化，经历了前地槽阶段变质杂岩内的铀预富集、褶皱造山阶段变质岩和白岗岩中的铀再次预富集，在达马拉褶皱造山阶段后期经千岁兰韧性剪切带改造先形成无矿白岗岩后形成铀矿化白岗岩，以及活化阶段矿化白岗岩内的次生铀矿化叠加富集，和钙结岩内表生后铀成矿，构成3个大地构造阶段4 次铀成矿的演化模式（图4）。

图4 纳米布成矿区3 个大地构造阶段4 次铀成矿演化图Fig.4 Diagram of three tectonic stages and four uranium mineralization evolutions of Namib uranium metallogenic area

6 结 语

1）纳米比亚纳米布铀矿区拥有白岗岩型铀矿床11 处，钙结岩型铀矿床15 处，矽卡岩铀矿床1 处，总铀资源量超65 万tU，是世界著名的大型铀成矿区。

2）成矿区内发育有不同大地构造阶段形成4 种不同的含铀岩石建造类型，即古元古代前地槽阶段形成的含铀变质杂岩建造，新元古代-早古生代达马拉褶皱基底形成的含铀变质岩建造，造山后期区域性韧性剪切带对含铀建造的改造形成的矿化白岗岩建造，以及中新生代活化阶段形成的含铀钙结岩沉积建造。

3）成矿区内不同铀矿床类型的大地构造控矿表现有所不同。白岗岩型和矽卡岩型铀矿床除受新元古代NE 向达马拉造山带南部中央带制约外，主要受NNE 向的千岁兰断裂控制。该断裂带具区域性长期多次活动的韧性剪切带性质，有大量白岗岩侵入，并改造早期无矿化的白岗岩，形成矿化白岗岩及白岗岩铀矿床。当白岗岩侵入于大理岩时，形成矽卡岩型铀矿床。千岁兰断裂属主要控矿的大地构造。钙结岩型铀矿床则受控于中新生代活化阶段NE 向次级断裂及其形成的古河谷钙结岩带。

4）运用活化构造理论及大地构造与区域铀成矿演化分析方法，探索成矿区不同大地构造阶段的成矿特征。早期的变质杂岩内，只形成初始预富集，原始铀含量约11.9×10-6，w（U）/w（Th）=0.26。达马拉褶皱造山阶段形成的变质岩和白岗岩内，铀含量有所增加，达12×10-6～14×10-6，w（U）/w（Th）=0.48～1.0，属成矿区铀的再次富集。造山阶段后期的千岁兰韧性剪切带，改造含铀的变质岩和白岗岩，经深熔作用形成矿化白岗岩，铀含量高达356×10-6，w（U）/w（Th）=4.9［25］。中新生代活化阶段次生铀成矿叠加于先成铀矿化白岗岩之上，形成白岗岩型铀矿体，品位增至0.04%～0.06%，以及白岗岩矿床周边发育大批表生后成的中新生代钙结岩型铀矿床。由此得出成矿区铀成矿具多阶段大地构造、多种铀矿成因、多种成矿铀源、前后累积叠增的大地构造成矿演化模式。