核桃壩地區火山巖型鈾礦成礦過程及成礦條件分析研究

王強　薛偉

摘要：通過對核桃壩地區鈾礦化體、賦礦圍巖進行微量元素和稀土元素分析測試。結果表明成礦物質來源與圍巖無直接關系，而與次火山巖有關的熱液密切關系；通過對鉆孔垂向上蝕變及鈾礦石特征分析表明后期熱液疊加改造是該類型鈾礦化成因主要因素；結合鈾礦石U-Pb同位素測年分析，說明鈾礦初步富集最終形成高品位鈾礦體是經過長時間的后期熱液疊加改造形成的；Th/U值含量變化也表明后期表生熱液改造在鈾成礦過程中也扮演重要角色。

關鍵詞：核桃壩鈾礦化；熱液蝕變；成礦來源；地球化學；U-Pb同位素；Th/U值

1. 引言

核桃壩地區位于多倫火山盆地的西北部，斷裂構造較發育，主要有NNE、NE、NNW和EW向構造。據白志達、顧德林和田明中等研究，上述斷層形成時代，大部分為中生代，部分為新生代，多具有多期次活動的特點[1]。區內構造、熱液蝕變和礦化作用十分發育[2]，多年來核工業二〇八大隊對核桃壩地區進行鉆探驗證，取得了較好的找礦成果，引起了許多地學工作者的興趣。

圖1 工作區地質——構造簡圖

2. 區域地質背景

研究區位于華北板塊北緣，區域斷裂構造發育，巖漿活動強烈，深大斷裂對本區的地質構造和礦化活動有著深遠的影響（圖1）。中、新生代，頗有特色的燕山陸內造山和深部地質作用，使得區內巖漿活動最為強烈，與金屬成礦的關系密切，往往形成重要的構造巖漿成礦帶。中生代晚侏羅世——白堊世早期是該區的火山活動主要發生期。產鈾地層主要為上侏羅統滿克頭鄂博組和白音高老期次火山巖體。

3. 地球化學特征

3.1 微量元素特征分析

從圖2可知，次火山巖體內部或與圍巖接觸部位相對虧損Cs、Rb、Ba、Sr親石元素，強烈虧損Sb、Mo、V元素，基本無虧損Ta、Nb、Zr、Hf、Th高場強元素，顯示殼源的化學特征，整體上不同于典型的火山弧火山巖特征[4]，與洋中脊玄武巖地球化學特征迥異，類似殼源過鋁質堿性花崗巖類。圖3可知，近火口相與次火山巖體的微量元素特征相似，這表明該區鈾礦化是由于同一巖漿房、同一類型的巖漿熱液成礦所致。

華北板塊直接基底鈾含量較低（鈾含量均小于5×10-6），供給鈾源能力不足，因此熱液從基底中萃取鈾元素富集成礦的可能性較小，鈾源應來自地殼深部。殼源深部S型花崗質巖漿可為鈾礦化提供足夠的鈾源，巖漿熔體沿火山機構構造薄弱地帶侵位形成次火山巖體，同時發生鈾礦化。

由于釷活動性遠不如鈾，故巖石與礦石的ω（Th）/ω（U）有明顯的不同。圍巖中ω（Th）/ω（U）比值在0.75～9.69之間，而礦石的ω（Th）/ω（U）比值在0.01～0.02之間（表1），遠低于圍巖，清楚地顯示了U、Th活動性能的差異。且空間上無U與Th的分帶現象，常共生富集形成鈾——釷混合型礦石。由于U、Th趨于分離的，表明它們受后期表生熱液改造[5]。

3.2稀土元素的特征分析

稀土元素屬于不活潑元素，稀土元素的地球化學特點可以十分有效地示蹤成礦物質來源。從圖4可知鈾礦石和圍巖中次火山巖體的稀土元素地球化學特征十分相似，呈現“右傾”平滑型，稀土元素總量在254.47×10-6～499.99×10-6之間，輕、重稀土元素發生較明顯的分餾作用，Eu呈強烈負異常。侵入相花崗斑巖稀土元素總量在376.44×10-6～418.35×10-6之間，為富LREE的右傾曲線，輕、重稀土元素發生較明顯的分餾作用，中等虧損Eu（圖5），推斷鈾礦體的成礦物質來源與次火山巖體和花崗斑巖體形成成因相關。

4. 斷裂體系對鈾成礦的影響

由于近東西基底斷裂的長期活動，形成了以北東向斷裂為主、近東西向斷裂為輔的深斷裂系統，成為深部巖漿向上運動的通道；次級斷裂以北東向、北北東向為主，控制火山盆地、破火山邊界；與火山機構有關的斷裂構造，主要發育于火山機構的邊部，呈放射狀和受火山機構塌陷作用所致的環狀斷裂。鈾礦化受基底構造、蓋層構造和火山構造聯合控制，主要分布在環狀構造以及不同火山巖相交接的次級構造部位。

核桃壩所處火山機構演化歷史與大地構造背景由島弧構造環境向板內伸展構造環境轉變過程相對應，這說明大地構造背景轉變與過渡過程利于火山巖漿的多次侵位或噴發[6]。構造與鈾礦化的關系主要表現在其控制了本區局部斷裂和火山機構的形成和火山期的熱液活動。

5. 鈾礦體特征分析

礦石礦物以瀝青鈾礦（隱晶結構、交代殘余結構以及脈狀構造）為主，另有少量鈾的次生礦物。呈團塊狀、脈狀細?；蛭⒓毩＜象w產出。與瀝青鈾礦伴生礦物主要是赤鐵礦，其次為少量黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、輝鉬礦等；伴生的脈石礦物主要有螢石、微晶石英和少量綠泥石、高嶺石等。

通過鉆孔巖心顯示，與鈾礦化有關的蝕變主要為酸性蝕變，以赤鐵礦化、黑色含硫化物硅質細脈（以輝鉬礦為主）、紫色粉末狀螢石化和黃鐵礦化，由礦體向兩側，圍巖蝕變的分布依次為硅化——高嶺石化——螢石化——水云母化——綠泥石化，垂向上蝕變具有由深部向淺部酸性增強，鉬礦化增高的趨勢。

通過U-Pb同位素方法對核桃壩7-5礦點瀝青鈾礦的形成年齡進行獲取，其形成時間應在80Ma～85Ma，屬于晚白堊世[7]。瀝青鈾礦和次生鈾礦物則是巖漿期后的熱液疊加、改造作用所形成；以方鉛礦、閃鋅礦為主的中低溫礦物表明成礦熱液系統為中低溫成礦熱液系統[8]。

鈾礦化主要受火山機構形成的斷裂和次火山巖體聯合控制，次火山巖（潛流紋巖）形成時間為134.65Ma，其原始巖漿與鈾礦初步富集密切相關，至瀝青鈾礦形成的時間差可達54Ma，又因為鈾元素是強不兼容元素，其始終更易于液相，對比鈾礦石和次火山巖體的微量元素地球化學十分相似。說明次火山巖淺成侵位后經過較長時間的后期熱液疊加改造，最終形成高品位鈾礦體。

6. 結論

（1）微量元素、稀土元素特征表明，核桃壩鈾礦化的成礦物質來源與圍巖無直接關系，與次火山巖有關的巖漿期后熱液關系密切，微量元素特征指示次火山巖體為殼源的化學特征，稀土元素特征推斷鈾礦體的成礦物質來源與次火山巖體和花崗斑巖體形成成因相關。同時Th /U值含量變化也表明成礦期熱液在運移過程中受后期表生熱液改造。

（2）通過瀝青鈾礦的U-Pb同位素分析方法確定核桃壩7-5礦點瀝青鈾礦形成確切時間應在80Ma～85Ma，與次火山巖形成時間為134.65Ma對比，鈾礦初步富集至高品位鈾礦體形成的時間差可達54Ma，結合鈾礦石巖石學和鉆孔蝕變特征，說明鈾礦體是在次火山巖體侵位后經過較長時間的后期熱液疊加改造形成的。

參考文獻：

[1] 杜樂天著.中國熱液鈾礦基本成礦規律和一般熱液成礦學[M].原子能出版社，2001.

[2] 白志達.徐德斌，顧德林等.區域地質調查報告1∶5000[R].中國地質調查局，2000.

[3] 杜樂天.中國熱液鈾礦成礦理論體系[J].鈾礦地質，2011（02）.

[4] 韓吟文，馬振東，張宏飛等.地球化學[M].北京地質出版社，181-212. 2003.

[5] 姚宏鑫.江西相山鈾礦田鄒家山鈾礦床蝕變特征及熱液來源[J].礦物學報，2013（02），27

[6] 薛偉.多倫火山盆地核桃壩地區大地構造背景識別與鈾成礦關系研究[J].吉林大學學報（地球科學版），2015（03）.

[7] 薛偉，韓軍.多倫火山盆地核桃壩地區7-5鈾礦點瀝青鈾礦定年及其地質意義[J].礦物學報，2013（S2）.

[8] 費紅彩，肖榮閣.成礦流體演化與成礦物理化學[J].礦物巖石地球化學通報.21（2）.139—144，2002.

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