黔北碳酸盐型铀矿床成因分析与指示意义

王琼，吴林锋，刘开坤，彭松，范云飞，卢平

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局核资源地质调查院，贵州 贵阳 550005）

黔中-湘西北铀成矿带是我国碳硅泥岩型铀矿的主要成矿带之一，属华南大面积低温成矿域的组成部分[1-3]。碳硅泥岩型铀矿在贵州分布广泛，已发现产于海相碳酸盐岩和泥岩的两类铀矿床，其中，产于泥岩的铀矿床为海相沉积成因，品位低、规模大（如黔东南龙湾铀矿床）；产于碳酸盐岩中的铀矿床规模较小，品位高、分布广，具有一定经济开发价值（如黔中白马洞铀矿床）。前人将产于海相碳酸盐岩和泥岩中的铀矿床统称为“碳硅泥岩型”铀矿床，对产于碳酸盐岩的铀矿成因没有深入研究，这类矿床被简单归类为“碳硅泥岩型”铀矿而缺乏关注。贵州曾经发现一批具有一定规模、产在碳酸盐岩中的铀矿床（点），包括白马洞铀矿床（中型）、大鱼塘铀矿床（小型）、大际山铀-多金属矿床（小型）及大量的铀矿点，但前人对该类矿床的勘查与研究工作主要集中于白马洞铀矿床，该矿床也是贵州境内迄今唯一进行过工业开采的铀矿床。针对贵州其他地区的碳酸盐型铀矿，特别是处于有利铀成矿区带上的黔北地区铀矿床（点），前人仅进行了少量勘查与研究工作[4-6]，整体上缺乏系统研究。本文在野外地质调查基础上，以黔北地区大鱼塘典型铀矿床和沙坪典型铀矿点为研究对象，开展了显微岩相学、扫描电镜-能谱分析、微量-稀土元素、有机质激光拉曼光谱及碳氧同位素等方面研究，探讨了黔北地区铀矿床的成因，提出了下一步找矿建议。

1 区域地质背景

研究区位于贵州省北部（图1a），大地构造位置处于“羌塘-扬子-华南板块”之扬子陆块南部被动边缘褶冲带凤冈南北向褶断区[7-8]。区域内经历多期构造演化，主要受加里东期及燕山期两大构造旋回的影响，区域构造格架定型于燕山期。区域上广泛发育寒武系-三叠系海相碳酸盐岩夹碎屑岩；褶皱变形发育，主要表现为轴向为南北向的宽缓背斜和紧闭向斜所形成的“侏罗山式”褶皱，琊川复向斜为主体构造；断裂构造形迹呈南北向和北东向展布，其中南北向断裂为一组走向南北、断面东倾的单冲叠瓦状逆冲断层和规模较小的正断层组成，北东向断裂多为切穿或限制南北向断裂构造（图1b）。

贵州位于滨太平洋铀成矿域扬子陆块铀成矿省的黔中-湘西北铀成矿带上[9]，碳酸盐型铀矿床（点）分布广泛，主要集中分布于湄潭-凤冈、开阳-息烽、兴义雄武、桐梓-绥阳、水城-关岭以及福泉-三都一带。铀矿床（点）受区域性大断裂控制，主要沿羊磴-遵义-卫城、木黄-贵阳-普安、玉屏-施洞-三都、纳雍-开阳、水城-望谟-八茂、泥凼等深大断裂呈带状分布（图1a）。

图1 贵州碳酸盐型铀矿分布图（a）和黔北铀矿区域地质简图（b）及大鱼塘铀矿床矿体剖面示意图（c）（据参考文献［6，10］修改）Fig 1.Distribution of major carbonate-type uranium deposits in Guizhou Province（a），Geological sketch map of the carbonate type uranium deposit，north of Guizhou（b），a schematic cross-section showing the spatial positions of the uranium ore bodies in Dayutang deposit（c）（Modified after references［6，10］）

2 矿区地质特征

黔北碳酸盐型铀矿床（点）主要分布于湄潭-凤冈地区，该区位于羊磴-遵义-卫城断层以东、木黄-贵阳-普安断层西侧。区内出露地层有寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、白垩系及第四系，缺失泥盆系、石炭系及侏罗系。区内构造以南北向褶皱断裂为主，伴生有东西走向的张性断裂和走向北东-南西、北西-南东的两组扭性断裂。区内铀矿床（点）主要分布于琊川复向斜（永兴向斜和琊川倒转向斜）内，铀矿床（点）的分布受南北向构造控制明显，主要沿水河坝-邪川断裂带整体呈南北向的带状分布。区内主要铀矿床（点）：大鱼塘矿床（102）、沙坪矿点（8610）、何坝矿点（405、406）、钎子坝矿点（103）、永兴矿点（211）等（图1b），典型铀矿床为大鱼塘（102）铀矿床。铀矿体赋存于层间破碎带和断裂破碎带内，呈似层状、透镜状、扁豆状产出，赋矿层位主要为寒武-奥陶系娄山关组（Є3-4O1l）、奥陶系桐梓-红花园组（O1t-h）、二叠系栖霞-茅口组（P2q-m），围岩主要白云岩、灰岩。矿化蚀变类型主要为“黑色蚀变”，即有机质+黄铁矿化，在黑色蚀变外围往往呈现出“红色蚀变”假象，主要是由于黄铁矿在表生淋滤、氧化作用下形成褐铁矿所致。以大鱼塘铀矿床为例，铀矿体主要赋存于南北向进化逆冲断层及与其沟通的次级构造破碎带中，矿体产状与断层基本一致，矿体倾向东，倾角变化较大，一般为20°～30°，最缓8°，最陡52°，矿体呈透镜状、豆荚状产出，具有膨大收缩、分支复合现象（图1c）。矿体一般长30～90 m，最长可达150 m；矿体厚度一般2～3 m，最厚11 m，平均厚2.5 m；品位一般为0.05%～0.10%，最高0.20%，平均品位0.07%。

3 样品特征与分析方法

3.1 铀矿石宏观产出特征

宏观上，铀矿体明显受构造控制，含矿有机质呈脉状、细脉状充填于碳酸盐岩的密集微裂隙中（图2a），部分呈浸染状、不规则状沿碳酸盐岩角砾边缘分布（图2b）。铀矿脉中心部位因富含有机质而呈黑色、深灰色，有机质呈脉状、细脉状、浸染状穿插于灰岩微裂隙中，且基本与铀矿脉的展布方向一致，两侧围岩强烈破碎（图2a、b、c）。铀矿石手标本因含有机质局部呈现灰色、深灰色，角砾状铀矿石受晚期多期次方解石所胶结（图2b、d）。

图2 大鱼塘铀矿床（102）及沙坪铀矿点（8610）铀矿脉宏观产出特征Fig.2 The Photos of uranous veins in Dayutang uranium deposit（102）and Shaping uranium ore occurrence（8610），northern Guizhou

依据铀矿石的宏观产出特征，共采集了5件富含有机质的铀矿石、矿化围岩开展了显微岩相学、扫描电镜-能谱分析、微量-稀土元素、有机质激光拉曼及碳氧同位素等研究，并在黔东地区采集了2件寒武系牛蹄塘组富铀泥岩，开展了微量-稀土元素和有机质碳同位素的对比研究。

3.2 测试方法与流程

岩相学观察使用徕卡研究级透反射偏光显微镜和蔡司研究级荧光显微镜完成。扫描电镜观察仪器为TESCAN VEGA3型扫描电子显微镜，加速电压为20 kV，工作距离为12～13 mm，采用EDAX能谱仪进行能谱分析，单点分析时间不低于200 s。激光拉曼分析使用HORIBA公司生产的LabRAM Evolution型激光拉曼光谱仪，扫描范围为100～2 000 cm-1，激光器波长为532 nm。碳酸盐C-O同位素分析采用全岩法，使用热电公司生产的MAT253稳定同位素质谱仪，采用国际标准碳酸盐物质进行参考与校正，测试精度优于0.1‰。有机C同位素分析采用热电公司生产的Delta v Plus型气体同位素质谱——Flash 2000元素分析联用仪完成。在挑选铀矿石中的黑色有机质后，将有机物干燥，用锡杯包裹，通过自动进样器进入元素分析仪生成CO2后进行分析，标准物质选用GBW04407、GBW04408及IAEA-600，分析精度优于0.2‰。以上测试均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。

4 测试结果

4.1 铀矿石微观特征

微观上，有机质呈细脉状充填于灰岩的裂缝和溶孔中，具流动结构（图3a、b、g），显示出高热演化程度的特点。透射光下，有机质呈黑色、黑褐色（图3a、b、g），UV激发荧光下，有机质显示暗褐色的荧光或无荧光显示，有机质脉边缘可见少量显示浅蓝色荧光的中轻质油（图3c）。还可见铀矿脉两侧的灰岩方解石中微裂隙里极为发育显示强浅蓝色荧光的轻质油包裹体，指示存在轻质油的充注事件（图3d、e）。扫描电镜分析显示，铀矿物与有机质、黄铁矿紧密共生、充填于灰岩的次生微裂隙中（图3f、g、h、i），表明铀矿体的形成严格受构造裂隙控制，成矿流体应该为富有机质、富铁、富硫的有机流体。

图3 大鱼塘铀矿床（102）及沙坪铀矿点（8610）铀矿石显微特征Fig.3 Microscopic characteristics of uranium ore in Dayutang deposit and Shaping occurence，northern Guizhou

4.2 有机质激光拉曼

激光拉曼分析显示，铀矿石中与铀石、黄铁矿紧密共生的黑色有机质具有1 350 cm-1和1 590 cm-1附近的两个明显峰值（图4），其微观上呈现流动状结构的特征，结合其荧光和产出状态，认为有机质应为高热演化程度的焦沥青。

图4 大鱼塘铀矿床（102）及沙坪铀矿点（8610）铀矿石中有机质的拉曼光谱特征Fig.4 Laser raman spectra characteristics of organic matter in uranium ore from Dayutang deposit and Shaping ore occurence，northern Guizhou

4.3 微量-稀土元素特征

4.3.1微量元素

对黔北地区3件铀矿石、2件矿化围岩样品和黔东地区2件牛蹄塘组富铀泥岩样品进行了26种 微 量 元 素(Li、Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Y、Mo、Cd、In、Sb、Cs、Ba、W、Re、Tl、Pb、Bi、Th、U)分析，挑选了其中的11个与矿化有关的特征元素（V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Cd、Re、Tl、U）展开研究，测试结果如表1所示。铀矿石中U、Re、Tl的含量普遍较高，通常可达球粒陨石的100倍以上，U元素的含量最高可达100 000倍以上，Mo、Zn、Cu也相对富集。牛蹄塘组泥岩中特征元素U、Re、Tl、Mo含量趋势与铀矿石一致，富集程度最高的铀元素也可达球粒陨石的1 000倍以上。总体而言，牛蹄塘组泥岩与铀矿石中特征元素的分布曲线呈现出一致的趋势特点（图5），铀矿化越强烈，U、Re、Tl的富集程度越高。

图5 大鱼塘铀矿床（102）及沙坪矿点（8610）和牛蹄塘组泥岩微量元素变化曲线Fig.5 The trace elements variation curves of samples in Dayutang deposit，Shaping occurrence and mudstone from Niutitang Formation

表1 大鱼塘铀矿床（102）及沙坪铀矿点（8610）铀矿石、矿化围岩及牛蹄塘组泥岩特征微量元素分析结果（wB/10-6）Table 1 Analysis results of trace elements,uranium ores,and alteration rock samples from Dayutang deposit,Shaping occurrence and mudstone from Niutitang Formation(wB/10-6）

4.3.2稀土元素

对2件大鱼塘矿床、3件沙坪矿点的矿石和矿化围岩样品及2件牛蹄塘组泥岩样品进行稀土元素对比研究，测试结果列于表2。铀矿中稀土元素含量普遍较高，通常达到球粒陨石的5倍以上，部分元素可达数十倍，矿化围岩样品中的稀土元素含量总体上低于铀矿石样品。牛蹄塘组泥岩中稀土元素的含量极高，最高可达球粒陨石的近100倍。总体而言，铀矿石、矿化围岩和牛蹄塘组泥岩的稀土元素配分曲线呈现出一致的趋势（图6），它们都呈“右倾型”，显示出相似的LR/HR比和La/Yb比，并都表现出明显的负δEu异常（表2），指示铀矿石和矿化围岩的稀土元素与牛蹄塘组泥岩具有亲缘性。

图6 大鱼塘铀矿床（102）及沙坪铀矿点（8610）铀矿石、矿化围岩及牛蹄塘组泥岩稀土元素配分曲线Fig.6 REE pattern of ore and hosting rock samples in Dayutang deposit，Shaping occurrence，and mudstone from Niutitang Formation

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4.4 碳氧同位素

对3件铀矿石和2件矿化围岩开展了碳酸盐无机C-O同位素，并对其中3件样品开展了有机质δ13C同位素分析，结果列于表3。铀矿石和矿化围岩的碳酸盐δ13C值为-0.7‰～3.8‰，δ18OV-SMOW值为16.0‰～23.3‰，具有典型海相沉积碳酸盐的碳氧同位素特征[11]。铀矿石和矿化围岩中的有机质δ13C值为-28.6‰～-27.2‰，落 在 海 相 有 机 质δ13C值 范 围 内（δ13Corg=-10‰～-35‰[12]），与赋矿碳酸盐岩的碳同位素差距较大。

表3 大鱼塘矿床（102）及沙坪铀矿点（8610）铀矿石及矿化围岩碳酸盐C-O同位素及其有机质δ13C同位素组成Table 3 The C-O isotope of carbonate and the δ13C isotope of organic matter in Dayutang deposit and Shaping occurrence

5 讨论

5.1 有机质的性质与来源

上述研究表明，黔北碳酸盐型铀矿可能与有机质具有密切的成因联系，因此，界定有机质的性质和来源对于阐明矿床成因具有重要意义。一般来说，沉积岩中的有机质来源主要有两种：一种是在沉积成岩过程中保存下来的有机质，如植物碎屑、泥炭等；另一种是异地迁移来的有机质，即通过流体运移带入，如石油和有机酸等[13]。野外地质调查表明，大鱼塘铀矿中的有机质以脉状或细脉状为主，充填于灰岩微裂隙中，具有流动结构的特点，具有明显的异地迁移的特征。

显微观察表明，黑色有机质的外围呈现强烈的淡蓝色荧光，而且方解石/白云石的微裂隙中极为发育轻质油包裹体。激光拉曼分析表明，黑色有机质显示1 350 cm-1和1 590 cm-1附近的两个特征峰，具有典型碳物质的特点。碳同位素研究表明，铀矿中有机质的δ13C值为-28.6‰～-27.2‰（平均值为-27.8‰），与海相碳酸盐中的有机质和腐泥型干酪根的δ13C值非常接近，与腐殖质干酪根的δ13C同位素值（-26‰～-22.5‰）差异较大[12,14]。上述表明，黔北碳酸盐型铀矿中的有机质很可能是古油藏裂解分异形成，具有明显的异地迁移特征。

前人的研究表明，在贵州已发现许多古油藏。前人对寒武系牛蹄塘组泥岩和古油藏开展过大量的有机地球化学和C同位素对比研究，普遍认为贵州古油藏的形成与下寒武统牛蹄塘组烃源岩有关[15-17]。根据铀矿石中的有机质赋存形态、显微特征、C同位素值，结合前人的研究，本文认为黔北碳酸盐型铀矿中黑色有机质主要来源于古油藏，烃源岩可能主要来自下寒武统牛蹄塘组泥岩。

5.2 成矿物质来源

沉积建造上，区内盖层主要为铀含量极低的碳酸盐岩建造（小于3×10-6），难以为铀多金属成矿提供充足的铀源，而且研究区的碳酸盐岩盖层基本未发生明显的蚀变作用，因此碳酸盐岩盖层难以为成矿物质做出贡献，成矿物质来源应该主要来源于含矿层下部的某个地层。究竟哪一套地层可以为研究区的铀矿化提供丰富的铀源？这是黔北碳酸盐型铀矿床成因研究的核心问题。

前人曾对贵州省内出露的主要地层开展过系统的含铀性研究。研究表明，整个湘-黔-桂地区，三叠系下部的地层中，上震旦统-下寒武统含铀沉积建造的铀含量集中在14×10-6～41×10-6左右[9]。其中，仅仅只有牛蹄塘组（Є1-2n）黑色碳质泥(页)岩（32.8×10-6～104.2×10-6）和石炭系大塘组（C1d）杂色铁铝质岩、黏土岩（12.4×10-6～20.2×10-6）达到了富铀地层的标准（＞10×10-6）[18-19]。本次微量-稀土元素研究表明，铀矿化过程中，U、Re、Tl及稀土元素明显富集，铀矿石中特征元素的变化曲线及稀土元素的配分曲线与下寒武统牛蹄塘组有一致性。而同位素研究显示铀矿中有机质的13C同位素具有腐泥型干酪根的特点，暗示铀矿中的有机质应该来源于深部海相沉积地层。综合上述研究发现，湘-黔-桂地区寒武系黑色岩系中的铀含量明显高于上覆盖层中的铀含量，可以为铀成矿提供充足的铀源供给，而石炭系大塘组黏土岩的含量仅仅达到了富铀地层的最低标准，难以为铀矿化做出重大的贡献，但不排除成矿流体经过该套地层时，也可能为铀成矿做出了一定的贡献，但铀成矿物质可能主要来源于下寒武统牛蹄塘组泥岩。

5.3 矿床成因分析

根据上述研究，对大鱼塘铀矿床的主要控制因素进行总结，具有以下的特征：

1）矿床受一组东西向推覆的南北向逆冲断裂控制，铀矿体主要赋存于水河坝-邪川断裂带及其次级裂隙中，铀矿体呈透镜状和扁豆状产出；

2）含矿主岩为富含有机质的碎裂灰岩、碎裂白云质灰岩，铀矿石为块状构造、角砾状构造、细分散粒状结构，矿石中的有机质具有流动结构的特点；

3）宏观上，矿体中心部位具有明显的“黑色蚀变”使矿石呈黑色、深灰色，矿体两侧基本没有明显的蚀变现象，后期见多期次碳酸盐化、局部见有萤石化；

4）微观上，矿石中极为发育黑色呈细脉状、细分散状的有机质，有机质边缘显示较强浅蓝色荧光，且灰岩方解石的微裂隙中发育大量显示强浅蓝色荧光的中轻质油包裹体；

5）铀矿石的微量-稀土元素特征与下寒武统牛蹄塘组泥岩具有可比性，铀矿石中的有机质碳同位素具有腐泥型干酪根的特征。

基于上述特点，笔者认为黔北碳酸盐型铀矿具有典型热液型铀矿的特征，但成矿流体并不同于人们所普遍认为的产于“火山岩”和“花岗岩”的铀矿床，这种成矿流体是一种富铀富烃的流体。

根据《中国铀矿找矿指南》的定义，“碳硅泥岩型铀矿”是指产在一定地质时期的未变质或弱变质的海相碳酸盐岩、硅质岩、泥岩及其过渡型岩类中的铀矿床，是我国铀矿地质工作者依据赋矿围岩而建立的一种铀矿类型。定义上，广义的碳硅泥岩与黑色岩系近乎相同，狭义的碳硅泥岩仅指黑色页岩[20]。前人普遍将西南地区产于碳酸盐岩中的铀矿床归为“碳硅泥岩型”矿床的范畴，这样很容易使学者误认为这是一种沉积作用形成的矿床。尽管国际原子能机构（IAEA）已将碳酸盐型铀矿床列为重要的工业类型[21]，但时至今日，我国尚未将碳酸盐型铀矿床作为独立的工业分类。事实上，一般的“碳硅泥岩型”铀矿床的品位普遍小于500×10-6，但我国南方一些典型“碳硅泥岩型”铀矿床的品位可达1 000×10-6以上，表明这些铀矿床并非传统定义的“碳硅泥岩”型铀矿床[1,22]，而是与热液活动有关。

中国“碳硅泥岩型铀矿”按成因可划分为3种亚类：沉积-成岩亚型、外生渗入亚型和热液亚型[23]。已有研究认为，大鱼塘铀矿床的成因属于沉积成岩叠加后生热液改造型[6,24]。本文研究认为，黔北碳酸盐型铀矿床是受构造和古油藏联合控制的热液型铀矿床。

6 结论

1）黔北碳酸盐型铀矿体明显受构造控制，铀矿脉中心部位因富含有机质而呈黑色、深灰色，铀矿物主要为铀石，与黄铁矿、有机质紧密共生。

2）铀矿石的微量-稀土元素特征与下寒武统牛蹄塘组泥岩具有可比性，碳同位素指示铀矿中有机质具有腐泥型干酪根的特点，暗示铀矿中的有机质应该来源于深部海相沉积地层，铀成矿物质可能主要来源于牛蹄塘组。

3）黔北碳酸盐型铀矿床并非沉积成岩叠加后生热液改造型，而是受构造和古油藏联合控制的热液型铀矿床。

4）针对区域内下一步找矿建议聚焦南北向断裂构造及其次级断裂，厘定主要控矿构造，重点探测地表放射性异常、化探异常密集区两侧的深断裂破碎带和层间破碎带，开展深部钻探验证。

致谢：本文得到了“贵州省重要类型铀矿成矿规律与找矿预测研究”项目的支持，室内测试工作中得到了核工业北京地质研究院的帮助，匿名审稿专家为本文提供了宝贵的修改意见。作者在此一并感谢！