埃及西奈阿布澤尼瑪地區鈾礦成礦地質特征及控制因素分析

張運濤, 裴榮富, 張小平, 曾文樂, 王浩琳, 黃符楨, 邵長亮

(1.中國地質科學院礦產資源研究所,北京 100037;2.江西省核工業地質局二六四大隊,江西贛州 341000;3.江西省核工業地質局,江西南昌 330046;4.天津華北地質勘探局,天津 300171)

埃及西奈阿布澤尼瑪地區鈾礦成礦地質特征及控制因素分析

張運濤1,2, 裴榮富1, 張小平2, 曾文樂3, 王浩琳1, 黃符楨2, 邵長亮4

(1.中國地質科學院礦產資源研究所,北京 100037;2.江西省核工業地質局二六四大隊,江西贛州 341000;3.江西省核工業地質局,江西南昌 330046;4.天津華北地質勘探局,天津 300171)

埃及西奈半島盛產鐵錳礦、銅礦、鈾礦、高嶺石、石英砂等礦產,鈾與銅、鐵錳礦有一定的空間聯系。筆者通過在阿布澤尼瑪成礦區多年的工作實踐和研究,對該區鈾成礦地質特征進行了分析,圈定了 7個鈾礦賦礦層位,總結了該區鈾礦化分布規律,獲得了同生沉積、后生疊加改造的成因認識。

阿布澤尼瑪地區;鈾礦化;分布規律;賦礦層位

埃及西奈半島阿布澤尼瑪地區為長期隆起帶,經歷了多期次構造巖漿活動。組成前寒武紀基底的巖石極為復雜,除花崗巖外,還有地槽相變質火山巖、變質沉積巖等。古生代盆地上覆于準平原化的基底雜巖之上,基底雜巖由結晶火成巖和變質巖組成,其中花崗巖鈾豐度值較高。古生代沉積地層下部為不含化石的灰巖,中部為石炭系烏姆鮑格瑪組白云巖、砂巖、頁巖,上部為阿布合組砂巖①陳然志,謝松林,曾文樂,等.“埃及西奈半島阿布扎尼瑪地區鈾礦評價”總報告 (內部)[R].存放地:江西省核工業地質局,1998-2002.。鈾成礦于石炭系砂巖中,砂巖中鈾含量達到 4.0×10-5。在第四系河道充填礫巖中也發現了鈾礦化,鈾含量3.5×10-3(El-Aassy et al.,1989)。鈾礦化類型與美國海岸平原西部及得克薩州南部河流-淺?；旌舷嗌皫r型鈾礦床 (吳柏林,2006)有相似之處。我國也有大量發現,如 501鈾礦床、江西信豐下圍鐵鈾礦床等。501鈾礦床成礦主巖為棲霞盆地河湖相象山群砂巖,下圍鐵鈾礦床賦礦圍巖為石炭系灰巖、二迭系砂頁巖②江西省核工業地質局二六四大隊.江西省信豐縣小江下圍鐵帽鈾礦床調查報告.1970.。古河道砂巖型鈾礦床鈾礦以美國科羅拉多高原和懷俄明地區著稱,俄羅斯的希阿格達鈾礦田和馬林諾史斯基、達爾馬達托夫鈾礦床,蒙古的哈拉特鈾礦床、蘇民河鈾礦床也屬古河道砂巖型。我國內蒙古二連盆地、黑龍江牡丹江盆地、云南龍川江盆地也相繼發現了古河道砂巖型鈾礦床 (黃世杰,1997)。

1 地質概況

1.1 地層

阿布澤尼瑪地區位于埃及蘇伊士灣東岸阿布澤尼瑪鎮以東 40 km。該區基底為前寒武系火成巖及變質巖組成,蓋層為 370 m厚的古生代地層,由淺海相、瀉湖相及過渡相紅色、雜色砂巖組成。此外還可見中生代三疊系瀉湖相至海相系列,侏羅系碳酸鹽及碎屑巖系列,部分地區可見白堊系地層,及第三系頁巖、灰巖、泥灰巖、砂巖組成的海相沉積物,第四系巖石主要為濱海沉積物及干谷沉積物。礦區東部及中部古生代地層發育,西部及西南地區中生代—三疊系較常見(圖 1)。區內顯生宙及下覆的火成巖、變質巖類常被諸多不同走向的走滑斷層及正斷層切割(Agami,1996)。

古生代沉積巖地層產狀平緩,在區內厚度變化較大。寒武紀沉積物由老到新依次為撒拉比特哈迪姆組、哈馬塔組和阿迪迪亞組 (圖 2)。撒拉比特哈迪姆組由砂礫巖至砂巖組成,含少量的泥及極少量的碳酸鹽,砂、泥及碳酸鹽的含量分別為 85.43%,12.53%及 2.26%,平均卵石含量 16.98%,卵石中包括 15%～55%的礫石相,反映了沿 NE-S W向古海岸線遠離或靠近辮狀沖積平原,伴隨微弱海侵過程的不同沉積相。哈馬塔組主要有粉砂巖、細粒砂巖、黑云母頁巖夾含礫砂巖,砂巖具許多種類沉積構造,諸如紋理、泥波層理、板狀交錯層理及羽狀交錯層理,反映了當時的沉積環境為潮下相、潮汐相及潮浦相,代表了近源、周期性的推進濱線。阿迪迪亞組由粗—細粒堅硬砂巖組成,還可見薄層頁巖、含鐵粉砂巖,夾薄層含礫砂巖及礫巖,常見交錯層理、旋巻層理及倒轉交錯層理,下部主要形成于季節性溪流側向遷移,上部反映了潮濱過程中遠距離河流沉積。

圖 1 西奈中西部地質圖Fig.1 Geologicalmap ofW est central Sinai

石炭系烏姆鮑格瑪組主要為灰色、粉紅色堅硬白云巖層,夾黃赭色頁巖、粉砂巖及泥質白云巖。該組分上、中、下三段。下段為含鐵錳礦、鐵錳粉砂巖、粉砂質頁巖、砂質白云巖、雜色頁巖、粉砂巖,中段為頁巖、粉砂巖、泥質白云巖,上段為砂質白云巖。中、下段間為不整合接觸 (圖 2)。鈾主要賦存于紅紫色鐵錳粉砂巖、粉砂頁巖中。該組在區內厚度變化較大,最厚見于西北地區,達 50 m,往南往東厚度均逐漸變小。烏姆鮑格瑪組的沉積與下石炭系海侵海退密切相關,下段為海侵過程中濱海-淺海沉積的產物,中段時期深部開放海陸架局部發生海退,上段海退露出淺灘及沙灘。

圖 2 烏姆鮑格瑪組中、下段不整合接觸面綜合示意圖Fig.2 Comprehensive sketch map of unconformable contact between lower and m iddle members ofUm Bogma Fm.

石炭系阿布合組為淺黃色、淺紅色砂巖夾雜色粉砂巖及泥巖,局部地區可見碳質頁巖互層及煤層。阿布合組沉積巖具四種沉積環境,即推進三角洲平原、淺海至近海陸架、濱?！逼窒嗉帮L積環境。

1.2 構造

阿布澤尼瑪地區的構造受蘇伊士裂谷及阿奎巴裂谷控制,導致巖石圈板塊離散。兩大裂谷在演化過程中對該區的構造體系產生了極其重要的影響,導致了區內蘇伊土灣漸新世—中新世的裂谷作用以及阿奎巴灣中新世至近代的走滑變形。區內線性構造 (斷層、節理)發育,褶皺次之。受斷裂影響,本區諸多巖石中斷距垂幅幾米至 100 m不等。大斷裂帶常制約著本區峽谷型深溝的位置,深溝相對高程300～400 m。

斷裂構造主要有北東向組、南北向 (包括北北西及北北東向)組、北西向組及近東西向組。斷裂性質主要有正斷層、逆斷層及走滑斷層?；讛鄬幼呦蛑饕獮槟媳毕?、北北東向、北東向,次為北西向及北西西向。沉積巖中斷裂構造走向為北西向、南北向(北北西向)、北東向及東西向。切穿基底及沉積巖的大斷裂具有復雜構造史,形成之后大多數不止一次遭受再復活,斷層的復活表現在沿斷層面中不同類型的擦痕方向不同。

1.3 巖漿作用

區內巖漿作用僅見三種巖漿作用,即早生代后堿性,包括基底及下古生代巖類的 A型花崗巖體;三疊—早侏羅玄武巖席和巖床;后中新世玄武巖及粒玄巖脈。顯生宙巖石大量出現熔巖流、巖床、巖脈?；鹕綆r主要有兩期,第一期火山巖出現在侏羅系 (年齡為 (182±7)Ma),由玄武巖床及巖席組成,覆蓋在古生代地層上部。另一期為玄武巖脈,與漸新世—中新世時代一致(21Ma),與紅海裂谷張開有關。

2 鈾礦化特征及控礦因素

研究區共發現 7個層位具放射性異常,即寒武系撒拉比特哈迪姆組與基底花崗巖、片巖不整合面上礫巖層;阿迪迪亞組頂部砂巖及砂礫巖層;烏姆鮑格瑪組下段底部鐵錳礦層;烏姆鮑格瑪組下段頂部雜色黑色頁巖層;烏姆鮑格瑪組中段底部泥灰巖、頁巖及粉砂巖層;阿布合組粉砂巖層;第四系沖積物層。據初步研究,有些層位中鈾潛力較大,諸如烏姆鮑格瑪組下段底部鐵錳礦層,烏姆鮑格瑪組中段底部雜色及黑色頁巖層 (體)及相應的泥灰巖、頁巖、粉砂巖層,阿迪迪亞組頂部砂巖、砂礫巖層。

2.1 烏姆鮑格瑪組下段底部鐵錳礦層中的鈾礦化

烏姆鮑格瑪組下段底部的鐵錳礦層主要由陸源碎屑物 (粉砂巖、砂巖及頁巖)和鐵錳礦體所組成,還含有少量砂質白云巖。該層為富含鐵、錳、鈾或鐵錳礦體的沉積巖層,主要位于早期海侵所形成的不整合面上。鐵錳礦層層位較穩定,沿延伸方向巖性及巖相變化較小,碎屑巖與鐵錳礦體呈互層產出,鐵錳礦體沿剖面方向 (厚度方向)常與碎屑巖疊加在一起,接觸界面清晰,產狀基本一致,傾角緩,一般 0～15°。

(1)鈾礦化及富鈾層空間分布與鐵錳礦體基本一致,均賦存于水動力條件相對平靜的封閉、半封閉古淺海地區。野外已經證實,比較好的鈾礦化分布于含鐵粉砂巖及鐵錳礦體中。

(2)烏姆鮑格瑪組下段底部的鈾礦化與鐵錳礦體幾乎處在同一含礦層位,其產狀均與地層產狀相似。

(3)鈾主要分布在鐵錳礦體邊部,其含量往中心呈帶狀降低趨勢。U與 Fe關系極為密切,均產于鐵錳礦體邊緣部位,但 U與Mn在鐵錳礦體中卻呈負相關關系,因而在錳含量高地區,鈾礦化不會富,富鈾礦化往往在錳含量較低的含鐵粉砂巖中。

(4)鈾礦化的富集與 Fe的氧化程度有關。氧化程度較高的鐵錳礦體邊緣,鈾礦化也較高,如在大量出現櫻桃紅及紫紅色氧化鐵表面時,可見品位較高的工業礦體。

(5)在鐵錳礦體中極難發現原生鈾礦物,大多數為超顯微粒狀及吸附狀次生鈾礦物,主要被鐵氧化物,如褐鐵礦等吸附。

(6)含鈾礦化的鐵錳礦體及含礦層中的伴生元素與貧鈾礦化鐵錳礦體及非鈾含礦層基本一致,Cu 18×10-6～198×10-6,Pb 140×10-6～403×10-6,Zn 51×10-6～199×10-6,Y 69×10-6～719×10-6及 Sr 49×10-6～604×10-6含量均較高,說明均來自同一母巖。

(7)含鐵粉砂巖中鈾礦化往往見于層間構造發育部位,沿層面可見黃鉀鐵礬及釩鉀鈾礦。

(8)鐵錳層中鈾礦體形態主要為層狀、似層狀及透鏡狀,次為不規則狀,如蛋殼狀、樹枝狀等。不規則狀鈾礦體與部分氧化—還原有關。

2.2 烏姆鮑格瑪組中段底部雜色 (黑色)頁巖中的

鈾礦化

雜色、黑色頁巖顏色較復雜,礦物成份主要有石英、高嶺土、蒙脫石、石膏、石鹽、鐵氧化物、銅氧化物及碳酸鹽等。根據對比,地表雜色頁巖及近地表黑色頁巖均為同一巖層同一巖性不同氧化—還原條件下產物。

烏姆鮑格瑪組中段底部雜色、黑色頁巖中可見兩種鈾礦化類型,一種賦存于氧化—還原帶中,這在地表裸露的雜色頁巖中常見。另一種賦存于次生氧化物夾層中。

第一種鈾礦化顏色艷麗,層間裂隙發育。此種鈾礦化中U,Cu,V,Fe,Pb及 Zn等次生礦物含量較高,諸如氯銅礦、孔雀石、黃鉀鐵礬、自然硫、褐鐵礦、水針鐵礦、銅鈾云母及鈣鈾云母等。鈾礦體與地層產狀基本一致,呈似層狀及透鏡狀,傾角較緩,為 0～15°。在鈾礦化較好地區,諸如阿若加地區,鈾礦體長80～100 m,厚 1.5～4 m,品位 1 200 ×10-6。

第二種鈾礦化見于烏姆鮑格瑪組下段頂部黑色頁巖與沿層間裂隙帶滲濾的地下水及氧形成的褐色氧化帶界面上。局部地段在紅色氧化帶的前緣及黑色頁巖交界面上可見鐵鈾云母與石膏及自然硫。鈾含量為 100×10-6～400×10-6。

上述兩種鈾礦化類型均含有許多伴生元素,如阿若加地區 As 212×10-6,Ba 2 620×10-6,Cu 2 150×10-6,Pb 320×10-6,Zn 97×10-6,Mn 1 200×10-6,Ni 42×10-6,Ti 3 000×10-6,V 503×10-6,Y 195×10-6。有些伴生元素含量較高,但原巖(黑色頁巖)中這些元素的含量也較高,如阿若加貧鈾黑色頁巖中 Co nd—17×10-6,Ni 13×10-6～24×10-6,Zn 199×10-6～305×10-6,Pb 301×10-6～810×10-6,Cu 415×10-6～519×10-6,Ba 37×10-6～158×10-6,Sr 44×10-6～61×10-6,Rb 44×10-6～61×10-6,Sc 2×10-6,V 2×10-6～26×10-6,Y 27×10-6～30×10-6,說明鈾礦化伴生元素來源于原巖。

2.3 撒拉比特哈迪姆組與基底花崗巖不整合面上的鈾礦化

含礦巖性為鐵質礫巖層,厚 60 cm左右,往上變為含鐵細粒砂巖。具鈾礦化異常地區可見弱紅化現象。它們均來自含鈾釷重礦物,諸如鋯石、獨居石、光彩石、硅鈦鈰礦等。鈾礦化沿不整合面呈不均勻分布,常呈團塊狀或不連續狀產出,礦化范圍不大(礫巖中鈾礦化長為 0.5～16 m),但釷礦化面積較大,強度較高,有時可達 697×10-6～1377×10-6,有些地區 eTh/eU比為 42～2 754。此種礦化類型屬鈾-釷混合型以釷為主的礦化。

2.4 寒武系阿迪迪亞組頂部 (靠近不整合面)中的鈾礦化

含礦巖性為含鐵砂巖及含礫砂巖,層理發育,紋理厚約 1～5 cm。鈾礦化與褐鐵礦化有關。礦石中可見諸多伴生礦物,如磷釔礦、水磷釔礦、光彩石、及纖磷鈣鋁石等,有些地區沿層面還可見及黃鉀鐵礬。此種類型的鈾礦化為 100×10-6～1 000×10-6不等,呈透鏡狀及似層狀產出。

2.5 烏姆鮑格瑪組中段的鈾礦化

含礦巖性為泥灰巖、頁巖及粉砂巖。礦體呈似層狀及透鏡狀,在有些地區與下伏雜色頁巖中鈾礦化連為一體。礦體產狀與地層產狀一致。鈾含量為200×10-6～800×10-6。根據對烏姆鮑格瑪組中段具鈾礦化及貧鈾礦化泥灰巖及其夾層頁巖分別取樣進行化學分析,發現伴生元素種類相似,且這些元素含量有比例地下降或上升。如 Cu,Pb,Zn,Ba,Sr等元素在原巖中含量較高,在具鈾礦化的巖性中對應元素含量成比例地增高或降低。但原巖中含量較低的 Sc,Co,Cr及V等元素,在具鈾礦化及貧鈾礦化的巖性中無明顯的增高或減少的跡象。

2.6 阿布合組粉砂巖中的鈾礦化

阿布合組粉砂巖中的鈾礦化屬于三水鋁石型鈾礦化類型。鈾礦化與層間構造帶中白色三水鋁石有關,延伸較小,與層面產狀一致。鈾礦化長度幾米至十余米不等,寬度 15～40 cm,品位較低,為 100×10-6～200×10-6,有時可達 400×10-6。此種鈾礦化類型規模小,品位低,分布零散,不具工業價值。

2.7 古河道型鈾礦化(第四系沉積物中的鈾礦化)

含礦巖性及礦石主要來自烏姆鮑格瑪組中段及下段的富鈾層 (鈾礦體),寬 3～7 m,深 3～5 m,具明顯的“V”型剖面。除礦化卵石外,還可見及非礦化卵石,如阿布合組的粉砂巖及砂巖等,其表面常具鐵錳膜及次生銅礦物,卵石分選性差,粒度大小不一,由近源細粒巖屑及粘土松散膠結。鈾含量 100×10-6～1 500 ×10-6不等。

3 鈾成礦規律

阿布澤尼瑪地區鈾礦化的主要層位為阿迪迪亞組上部,烏姆鮑格瑪組下段及烏姆鮑格瑪組上段的黑色頁巖。鈾的含礦巖性主要為三水鋁石層、含鐵-錳粉砂巖及雜色頁巖、黑色頁巖。黑色頁巖中含有U-Fe磷酸鹽礦物鐵鈾云母。不同礦化類型中鈾礦體中的微量元素的分布具有一定的意義。微量元素Ni,Y及Ba等在鐵錳粉砂巖型鈾礦體中的含量比其他類型中的要高;V,U及 Cr通常在雜色、黑色頁巖型鈾礦體中更為富集;Zn,Pb,Cu在三水鋁石型鈾礦體中含量更高;鐵錳粉砂巖中 Y的含量較高,是由于其中所含的磷釔礦所致,同時磷釔礦中還含有鈾及重稀土。

該區鈾礦成礦規律如下:

(1)富鈾層位于古陸邊緣水動力條件相對平靜的封閉、半封閉海盆中,與鐵錳礦物形成環境相似。

(2)主要鈾礦體形成于地殼抬升剝蝕期。礦巖時差較大。

(3)富鈾層形成于下石炭系濕熱—干熱古氣候條件下,主要鈾礦體形成于干熱的古氣候條件。

(4)主要控礦因素為沉積成巖成礦,構造控制及氧化—還原成礦。

(5)鈾礦體位于富鈾層中,品位較低,但若有疊加時,品位會變高,厚度會變大,礦體可能會延伸至不同層位。

(6)鈾源主要來自蝕源區,即鈾礦主要來自附近,成礦過程中呈“塔式”堆積。

(7)礦床成因。同生沉積、后生疊加 (復成因),成礦模式見圖 3。

圖 3 阿布澤尼瑪地區鈾成礦模式Fig.3 Metallogenetic model for uranium in Abu Zen ima Area

黃世杰.1997.古河道砂巖型鈾礦成礦若干問題探討[J].鈾礦地質,13(4):193-201.

吳柏林.2006.世界砂巖型鈾礦特征、產鈾盆地模式及其演化[J].西北大學學報:自然科學版,36(6):940-947.

曾文樂,張運濤.2009.埃及西奈半島西南部 UmBogma地區三水鋁石體與鈾礦化關系[J].礦物學報,29(4):502-506.

AgamiN L.Geology and radioactivity studies on the Paleozoic rock units in the Sinai Peninsula Egypt[D].Mansooura:Mansooura Univ.E-gypt,1996:302.

E1-Aassy I E,E1RakaibyM L,BotrosN H.1989.Geology and radioactivity of eastAbu Zeneima area,Sinai,Egypt[J].Ann Geol Surv E-gypt,XVI,285-288.El-Kammar A M,El-Assay I E,Abram F B.1996.Rare Earth Elements and Crystal Chemistry of Xenotime Bearing Sediments of Um Bogma Area,Southwestern Sinai,Egypt[J].Geochemistry.Egypt,91-101.

Uranium Metallogeny and Ore Controll ing Factor i n Abu Zen ima D istrict,S inai,Egypt

ZHANG Yun-tao1,2, PEIRong-fu1, ZHANG Xiao-ping2, ZHENGWen-le3,WANG Hao-lin1, HUANG Fu-zhen2, SHAO Chang-liang4
(1.Institute ofMineral Resources,CAGS,Beijing 100037,China;2.Geologic PartyNo.264,JiangxiNuclear Industrial Geological Bureau,Ganzhou,JX 341000,China;3.Jiangxi Nuclear Industrial Geological Bureau,Nanchang,JX 330046,China;4.North China Geological Exploration Bureau,Tianjin 300171,China)

The Sinai Peninsula is well-known with ferromanganese,copper,uranium,kaolinite and quartz sands and etc.in Egypt.Among them,uranium mineralization is closely related with copper and ferromanganese in space.Based on detailed field investigation and study inmetallogenetic region inAbu Zen ima district,uranium metallogeny has been analyzed,7 uranium host strata are delineated and uranium distribution regularity has been summarized.Syngenetic sed imentation but epigenetic superimposed and transfor med metallogeneses are concluded.

Abu Zenima district;uranium mineralization;distribution regularity;host strata

P619.14

:A

:1674-3504(2010)04-339-06

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.04.006

2010-10-26

張運濤 (1967—),男,地質高級工程師,博士生,主要從事礦床學研究。E-mail:zhangyuntao264@163.com