吳昆明,申錫坤,譚雙,高爽,萬建軍
(1.核工業(yè)二三〇研究所,湖南 長沙 410007;2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖南總隊,湖南 株洲 412001;3.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國家重點實驗室,江西 南昌 330013)
桂北苗兒山巖體屬多期多階段復(fù)式巖體,從加里東期—印支期—燕山期,巖漿活動時間長且演化程度較高,是華南地區(qū)重要的花崗巖型鈾礦富集地段。前人在苗兒山地區(qū)的勘查及研究工作主要集中在豆乍山和張家?guī)r體,截至目前,已發(fā)現(xiàn)了1 個大型礦床、2 個中型礦床和5 個小型礦床。并針對豆乍山和張家?guī)r體開展了大量工作,比如巖相學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)研究等[1-12]。而紅橋礦床位于張家?guī)r體東南部,定位于加里東期護(hù)衛(wèi)巖體、印支期張家?guī)r體與燕山期石坪巖體侵入接觸帶附近。紅橋礦床礦體主要產(chǎn)于NW 向斷裂帶中,與區(qū)內(nèi)張家礦床、乍古田礦床(控礦構(gòu)造為NE 向)大為不同,并且前人在勘查過程中遺留下來了幾個地質(zhì)問題尚未解決[13]:其中之一便是巖體的侵入時代問題,即前人根據(jù)野外巖性對比,初步認(rèn)為紅橋礦床的圍巖與張家礦床有較多相似,推測其形成年齡介于200~219 Ma 之間;其二,紅橋礦床瀝青鈾礦氧化較強而未做同位素年齡測試,成礦時代有待重新厘定;其三,2022 年本項目在紅橋礦床深邊部發(fā)現(xiàn)了較好的礦化線索,共完工鉆孔3 個,均為工業(yè)礦孔,揭露到多個工業(yè)礦體,顯示了較好的找礦前景。因此,本文在前人工作基礎(chǔ)上,通過地質(zhì)調(diào)查和資料綜合研究,結(jié)合鉆探成果,總結(jié)礦化富集規(guī)律和控礦因素,以期更好地為找礦服務(wù)。
研究區(qū)地處揚子地塊與湘桂褶皺系過渡帶的桂北臺隆南緣(圖1a),武陵山—苗兒山和南嶺重力異常梯度帶的交匯部位。NE 向的安化-城步深斷裂帶、新—資深成韌性剪切帶與NW 向的新寧-藍(lán)山深斷裂帶交匯夾持區(qū)即苗兒山-越城嶺花崗巖穹隆構(gòu)造區(qū)。該區(qū)經(jīng)歷了自元古代以來復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造與成礦作用演化,為熱液型鈾、多金屬及非金屬礦集區(qū)[14-16]。
圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖、苗兒山復(fù)式巖體略圖和苗兒山中段紅橋地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1 Geotectonic location map,geological sketch of the middle of Miao'ershan complex and Hongqiao area
區(qū)域地層(巖體)特別是中新生代地層展布以苗兒山—越城嶺巖漿-變質(zhì)雜巖核為中心,向外成半環(huán)狀展布,基底由前泥盆系地層和加里東期花崗巖組成。地層出露較全,由老至新為上元古界板溪群、震旦系,下古生界寒武系、奧陶系和志留系,上古生界泥盆系、石炭系和二疊系,中生界三疊系、侏羅系和白堊系等(圖1b 和c)。區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁,從加里東期、印支期一直活躍到燕山期,演化程度較高。
區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈,主要出露護(hù)衛(wèi)巖體中粗粒黑云母花崗巖、張家?guī)r體中粒黑云母花崗巖以及石坪巖體細(xì)粒二云母花崗巖。
2.1.1 中粗粒黑云母花崗巖
中粗粒黑云母花崗巖:主要呈粗粒-中粗粒結(jié)構(gòu)(4~10 mm),花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要由石英、長石(鉀長石和斜長石)、黑云母和少量暗色礦物組成。其中石英(±32 %),半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu),一級亮白干涉色,波狀消光。鉀長石(±32 %),呈粗粒結(jié)構(gòu),自形-半自形結(jié)構(gòu),卡式雙晶,一級灰白干涉色。斜長石(±29 %),自形-半自形結(jié)構(gòu),聚片雙晶、卡鈉復(fù)合雙晶,一級灰白干涉色。黑云母(±6 %),呈鱗片狀結(jié)構(gòu),部分晶體發(fā)生中等綠泥石化或白云母化,此外還含少量黃鐵礦、磁鐵礦。
2.1.2 中粒黑云母花崗巖
中粒黑云母花崗巖:巖石主要呈粗中粒結(jié)構(gòu)(2.5~8 mm),塊狀構(gòu)造。主要由石英、長石(鉀長石和斜長石)、黑云母和少量暗色礦物組成。其中石英(±35 %),呈半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu),一級亮白干涉色,波狀消光。鉀長石(±28 %),自形-半自形結(jié)構(gòu),卡式雙晶,一級灰白干涉色。斜長石(±30 %),自形-半自形結(jié)構(gòu),聚片雙晶、卡鈉復(fù)合雙晶,一級灰白干涉色。黑云母(±6 %),呈鱗片狀結(jié)構(gòu),部分晶體發(fā)育中等的綠泥石化,此外還含少量黃鐵礦、磁鐵礦。
2.1.3 細(xì)粒二云母花崗巖
細(xì)粒二云母花崗巖:巖石主要呈細(xì)?;◢徑Y(jié)構(gòu)(1~3 mm),塊狀構(gòu)造。主要由石英、長石(鉀長石和斜長石)、黑云母、白云母和少量暗色礦物組成。其中石英含量介于32 %~35 %之間,條紋長石含量介于26 %~39 %之間,斜長石含量介于20 %~24 %之間,黑云母含量介于3 %~5 %之間,白云母含量介于2 %~5 %之間,偶見鋯石、磷灰石。
紅橋礦床中粗粒黑云母花崗巖的形成年齡為430.28 ±1.06 Ma,中粒黑云母花崗巖的形成年齡為426.23±1.14 Ma,細(xì)粒二云母花崗巖的形成年齡為429.19±1.17 Ma,它們均屬中志留世巖漿活動的產(chǎn)物。
紅橋礦床賦礦圍巖屬于過鋁質(zhì)、SiO2過飽和的花崗巖類,呈現(xiàn)出高鉀鈣堿性。稀土元素配分型式圖特征基本一致,均表現(xiàn)為向右緩傾斜曲線,相對富集Rb、K、Th 和U,明顯虧損Ba、Sr、P 和Ti 等元素,Eu 具有明顯的虧損,顯示出殼源花崗巖的特征(圖2、3)。另外將紅橋礦床花崗巖與區(qū)內(nèi)豆乍山和香草坪巖體進(jìn)行對比分析,發(fā)現(xiàn)紅橋花崗巖源于變質(zhì)沉積巖部分熔融,且紅橋礦床中粗粒-中?;◢弾r與苗兒山地區(qū)的豆乍山產(chǎn)鈾巖體具有較強的親緣性,而細(xì)粒花崗巖與其他巖體差異較大,這些巖體均可以提供鈾源。值得注意的是,中粗粒和中?;◢弾r的源區(qū)主要以變雜砂巖為主,而細(xì)?;◢弾r的源區(qū)則主要以變長英質(zhì)泥巖為主,并且具有更高的Al2O3/(FeO+MgO+TiO2)值。紅橋地區(qū)中粗?;◢弾r有部分樣品落入華南產(chǎn)U-W-Sn 的花崗巖區(qū)域,與產(chǎn)鈾的豆乍山花崗巖較為相似;中粒黑云母花崗巖樣品和部分中粗粒黑云母花崗巖樣品主要落于無礦花崗巖中;而細(xì)?;◢弾r樣品主要落于華南產(chǎn)U-W-Sn 的花崗巖和富含Ta-Cs-Li-Nb-Be-Sn 稀有金屬的花崗巖交界區(qū)域,總體上顯示細(xì)?;◢弾r具有更高的演化程度,可能表明紅橋地區(qū)細(xì)粒花崗巖較中粗粒和中?;◢弾r更具產(chǎn)鈾能力,對鈾成礦更有利。
圖2 紅橋地區(qū)花崗巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖(據(jù)Taylor and Mclennan,1995)Fig.2 Diagrams of chondrite REE patterns for Hongqiao granites(standardized value after Taylor and Mclennan,1995)
圖3 紅橋花崗巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(據(jù)Sun and McDonough,1989)Fig.3 Diagrams of primitive mantle normalized trace element spider for Hongqiao granites(standardized value after Sun and McDonough,1989)
礦區(qū)斷裂發(fā)育,由近EW、NE 以及NW 向3組硅化斷裂帶組成礦區(qū)基本構(gòu)造格架(圖4),均為印支—燕山期巖體形成之后多次構(gòu)造變動的產(chǎn)物,形成了及其復(fù)雜的構(gòu)造輪廓。其中NW 向斷裂是最主要的控(含)礦斷裂。
圖4 紅橋礦床地質(zhì)簡圖Fig.4 Geological sketch of Hongqiao deposit
近EW 向斷裂帶:主要為白竹硅化斷裂帶(F1)及其次級構(gòu)造,屬礦區(qū)產(chǎn)生最早、規(guī)模最大的成礦前構(gòu)造,長4 km,寬介于0.3~18.6 m之間,產(chǎn)狀330°~355°∠40°~55°。斷裂帶巖性以硅化碎裂花崗巖、碎裂巖以及白色塊狀石英為主,充填雜色玉髓、紫色螢石、赤鐵礦脈、黃鐵礦脈和方解石脈。該構(gòu)造帶次級斷裂較為發(fā)育,且局部發(fā)育鈾礦化,屬張扭性斷裂。
NE 向斷裂帶:該組斷裂帶是在兩組X 裂隙和先張后壓的近EW 向構(gòu)造帶的基礎(chǔ)上,由南北對扭作用的結(jié)果,多期次活動。區(qū)內(nèi)有7 條規(guī)模較大,如F115、F117和F151等,產(chǎn)狀285°~343°∠29°~74°,長介于180~550 m 之間,寬介于0.1~10 m 之間。沿走向厚度變化大,有分支復(fù)合現(xiàn)象,主要為硅化、赤鐵礦化花崗碎裂巖、碎裂花崗巖,局部為角礫巖,見少量紅色玉髓、紫色螢石及鈾次生礦物。有放射性伽馬異常顯示,局部形成礦化。主要為壓扭性斷裂。
NW 向斷裂帶:該組斷裂為礦床主要含礦斷裂,屬燕山期構(gòu)造的配套構(gòu)造。其中有7 條規(guī)模較大,如F130、F134和F136等,產(chǎn)狀20°~55°∠30°~80°,長介于80~440 m 之間,寬介于0.1~7.5 m 之間。巖性以硅化碎裂花崗巖及碎裂巖為主,局部為硅化角礫糜棱巖,沿走向、傾向厚度變化大,見工業(yè)鈾礦化,屬張扭性斷裂。根據(jù)脈體間的相互穿插關(guān)系,與NE 向3 次構(gòu)造扭動的同時,相應(yīng)產(chǎn)生了3 次強度不同的張裂,屬張性構(gòu)造。
紅橋礦床巖熱液活動和圍巖蝕變極為發(fā)育,且各種蝕變相互疊加,較為復(fù)雜。常見的熱液蝕變有赤鐵礦化、硅化、鉀長石化、黃鐵礦化、螢石化、水云母化、綠泥石化和方解石化等。其中,與鈾礦化關(guān)系最為緊密的圍巖蝕變?yōu)樽虾谏炇⒊噼F礦化、黃鐵礦化以及硅化,并且紫黑色螢石化可作為直接找礦標(biāo)志,當(dāng)紫黑色螢石化與以上蝕變有兩種或兩種以上疊加時,鈾礦體品位更富。
熱液蝕變垂向上具有分帶現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)淺部(標(biāo)高介于230~400 m 之間及以上,埋深200 m 以內(nèi))鈾礦化主要賦存在赤鐵礦化、黃鐵礦化、紫黑色螢石化碎裂巖、碎裂花崗巖或構(gòu)造角礫巖中,礦物組合是紫黑色螢石-赤鐵礦-黃鐵礦-瀝青鈾礦組合;中部(標(biāo)高介于100~230 m 之間)鈾礦化主要賦存在紅色硅化碎裂巖、紅色硅化碎裂花崗巖中,礦物組合是赤鐵礦-微晶石英脈-黃鐵礦-瀝青鈾礦組合;礦床深部(標(biāo)高100 m 以下),鈾礦化不發(fā)育,僅局部有異常,賦存于玉髓脈、硅質(zhì)脈、強硅化碎裂巖或碎裂花崗巖中。熱液活動生成順序為:
礦前期:1)規(guī)模較大的灰白色塊狀粗晶石英脈,大部分充填于控(導(dǎo))礦等斷裂帶中,伴隨強硅化蝕變;2)微晶石英脈,伴隨有硅化、綠泥石化、白云母化、水云母化和黃鐵礦化等圍巖蝕變(圖5)。
圖5 紅橋礦床熱液脈體Fig.5 Hydrothermal veins of Hongqiao deposit
成礦期:3)雜色玉髓脈,一般充填于次級構(gòu)造帶中,由玉髓、黃鐵礦和赤鐵礦組成,往往與瀝青鈾礦細(xì)脈共生,為成礦早期脈體,伴隨弱硅化、黃鐵礦化和赤鐵礦化;4)紫黑色螢石-瀝青鈾礦脈階段,瀝青鈾礦常呈浸染狀、交代狀、微細(xì)脈狀或同心環(huán)狀分布于紫黑色螢石脈旁,且粉末狀、結(jié)晶差的螢石中,礦化更好;5)淺肉紅色方解石化-瀝青鈾礦脈階段,伴隨方解石化、赤鐵礦化和水云母化等圍巖蝕變。
礦后期:6)梳狀石英脈;7)白色方解石脈;8)沸石脈。
鈾礦體嚴(yán)格受斷裂控制,即主要受NW 向F136和F134等斷裂控制,并賦存于斷裂構(gòu)造交匯、膨脹收縮、尖滅側(cè)(再)現(xiàn)及巖體接觸帶部位。礦體形態(tài)較簡單,多呈脈狀,扁平透鏡體狀或小透鏡體狀產(chǎn)出。礦床共圈定礦體84個,主礦體產(chǎn)狀與NW向斷裂產(chǎn)狀基本一致,多為40o~70o∠60o~75o,少數(shù)與NE 向斷裂產(chǎn)狀一致。主礦體長介于63~320 m 之間,傾向延深介于40~250 m 之間,一般走向延長大于傾向延深。
礦體厚度介于0.5~3 m 之間,厚度平均變化系數(shù)為90 %,平均品位介于0.050 %~0.150 %之間,品位平均變化系數(shù)為69 %。礦體平均品位為0.081 %(圖6)。
圖6 紅橋礦床H0 號勘探線地質(zhì)剖面圖Fig.6 Geological profile of exploration line H0 in Hongqiao deposit
礦體賦存標(biāo)高介于110~490 m 之間,主要介于230~400 m 之間,垂幅380 m。礦體埋深介于0~340 m 之間,多為隱伏礦體。
3.2.1 鈾的存在形式
鈾的存在形式主要有兩種,一種是呈獨立鈾礦物;另一種是呈吸附狀存在于各種有利的礦物巖石中。獨立鈾礦物主要為各種鈾的原生礦物和次生礦物。其中原生鈾礦物為瀝青鈾礦和鈾黑,次生鈾礦物為銅鈾云母、鈣鈾云母和硅鈣鈾礦。呈吸附狀態(tài)的鈾主要存在于含鈾螢石、含鈾黃鐵礦、含鈾玉髓、含鈾赤鐵礦、含鈾綠泥石以及由硅質(zhì)、螢石、黃鐵礦、赤鐵礦和方解石等膠體膠結(jié)而成的構(gòu)造角礫巖中。
3.2.2 礦石成分
礦石礦物為瀝青鈾礦、黃鐵礦、赤鐵礦及少量多金屬硫化物。脈石礦物為石英、螢石、玉髓、鉀長石、絹云母、綠泥石、高嶺土、輝沸石及少量方解石、綠簾石等。表生礦物為褐鐵礦及鈾的次生礦物。
3.2.3 礦石類型
礦石類型主要為浸染狀、脈狀及角礫狀三類:浸染狀礦石,鈾呈微粒、微脈浸染狀存在于礦石中;脈狀礦石,瀝青鈾礦呈細(xì)脈狀產(chǎn)出;角礫狀礦石,瀝青鈾礦以膠結(jié)物形式膠結(jié)巖石角礫,品位較富。
3.2.4 礦物組合形式
主要為鈾-螢石型、鈾-螢石-黃鐵礦型和鈾-赤鐵礦型,以前兩者最重要(圖7)。
圖7 紅橋礦床鈾礦物組合關(guān)系圖Fig.7 Diagrams of uranium mineral assemblages in Hongqiao deposit
1)鈾-螢石型:呈浸染狀和網(wǎng)脈狀及細(xì)脈狀分布于硅化帶內(nèi)及其兩側(cè)的碎裂花崗巖中,前者更常見,鈾常與紫黑色螢石相伴生,為區(qū)內(nèi)最主要的礦化類型。
2)鈾-螢石-黃鐵礦型:主要呈浸染狀、細(xì)脈狀分布于蝕變花崗碎裂巖及碎裂花崗巖中,鈾與黃鐵礦共生,并常與紫黑色螢石形成疊加型礦化,礦石品位較富,也是區(qū)內(nèi)最重要的礦化類型。
3)鈾-赤鐵礦型:主要呈細(xì)脈狀或浸染狀分布于硅化帶內(nèi)及其兩側(cè)的蝕變碎裂花崗巖中,前者更常見,常見赤鐵礦細(xì)脈沿著長石解理或石英、長石碎裂帶充填,使巖石染成紅褐色或暗紅色,鈾與赤鐵礦密切共生。該類型礦石品位不高。
3.2.5 成礦年齡
本次實驗共測試27 個點,具體測試結(jié)果見圖8 和表1。由表1 可見,瀝青鈾礦中的w(UO2)變化范圍介于81.69 %~85.81 %之間,均值為83.64 %;w(PbO)變化范圍介于0.43 %~0.59 %之間,均值為0.51 %。
表1 紅橋礦床礦石電子探針數(shù)據(jù)表/%Table 1 The electron probe data sheet for ores in Hongqiao deposit
圖8 紅橋礦床電子探針測年年齡諧和圖Fig.8 Concordant age diagrams of electron probe dating in Hongqiao deposit
根據(jù)電子探針分析所測得的w(UO2)、w(ThO2)和w(PbO),計算出瀝青鈾礦的表觀年齡,27 個分析點的加權(quán)平均年齡為(45.30±0.87)Ma(MSWD=2.8),置信度95 %。因此初步推測紅橋礦床成礦年齡可能為45.30±0.87 Ma。
鈾礦化控制因素主要包括以下幾點:
1)鈾礦化主要受斷裂、裂隙構(gòu)造所控制。鈾礦體均賦存于斷裂帶中,礦體的產(chǎn)狀、形態(tài)及變化特征嚴(yán)格受構(gòu)造帶制約。礦體的規(guī)模往往與構(gòu)造的大小和巖性有關(guān)。礦體多分布于構(gòu)造分枝交匯部位及其上、下盤的密集裂隙帶中,構(gòu)造寬度越大,裂隙越密集,礦體數(shù)量也較多,規(guī)模也越大。
2)礦化與巖體分異有關(guān)。紅橋礦床花崗巖侵入期次多,分異作用較徹底,鈾的活化轉(zhuǎn)移富集明顯,巖石鈾含量普遍較高,w(Th)/w(U)很低,鈾源較豐富,為成礦提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
3)接觸界面控礦。礦體多賦存于不同時代或同時代不同序次巖體接觸界面附近;晚期巖脈與巖體接觸部位附近(如中粗粒黑云母花崗巖與細(xì)粒二云母花崗巖)。
4)蝕變控礦。鈾礦化與圍巖蝕變關(guān)系密切,鈾礦化發(fā)育的地段通常是中等硅化、赤鐵礦化、紫黑色螢石化以及黃鐵礦化疊加的部位,多種圍巖蝕變疊加部位,礦化較好。其中,紫黑色螢石化是最為直接的找礦標(biāo)志。
根據(jù)含礦斷裂帶熱液蝕變與鈾成礦的密切關(guān)系判斷,鈾主要來自巖漿熱液。部分鈾可能來自鈾含量高且易于浸出的圍巖,特別在蝕變圍巖中分散狀態(tài)的鈾更易被地下水溶解,攜帶進(jìn)入斷裂、裂隙等有利成礦空間富集疊加于巖漿熱液形成的礦體之上,形成富礦體。根據(jù)礦物共生組合及圍巖蝕變種類,礦床屬于以鈾-螢石型、鈾-螢石-黃鐵礦型以及鈾-赤鐵礦型為主的中低溫?zé)嵋盒偷V床,歸屬花崗巖型碎裂蝕變巖亞型。
前人揭露紅橋礦床取得了較好的找礦成果,但由于歷史原因,也存在一些問題,主要有以下幾點:
1)前人工作思路為就礦找礦,主要集中在礦床周邊,對外圍異常點帶缺少探索。
2)前人鉆探揭露孔深一般在300 m 以淺,對于深部缺乏探索,根據(jù)前期調(diào)查評價項目成果顯示斷裂構(gòu)造延伸穩(wěn)定,物化探異常暈圈場級發(fā)育完整,深部可能具有較好的找礦潛力。
3)2022 年度在紅橋揭露取得了較好的找礦成果,主要含礦的NW 向斷裂往深部延伸穩(wěn)定,且熱液脈體和圍巖蝕變較強烈,尚需進(jìn)一步揭露。
綜上所述,初步研究認(rèn)為:紅橋礦床外圍具有較好的成礦地質(zhì)條件,下一步可繼續(xù)在紅橋礦床邊部對NW 向斷裂帶進(jìn)行揭露,同時適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行深部探索,擴大找礦空間。
1)紅橋礦床產(chǎn)鈾巖體為護(hù)衛(wèi)巖體粗粒-中粗粒黑云母花崗巖、張家?guī)r體中粒黑云母花崗巖以及石坪巖體細(xì)粒二云母花崗巖,能為鈾成礦提供豐富的鈾源,并且細(xì)?;◢弾r較中粗粒和中?;◢弾r更具產(chǎn)鈾能力。產(chǎn)鈾花崗巖均表現(xiàn)高硅、強過鋁質(zhì)和高鉀鈣堿性的特征,相對富集Rb、Th 和U,明顯虧損Nb、Sr、P 和Ti等元素,具有明顯的Eu負(fù)異常。
2)NW向斷裂為紅橋礦床最主要的含礦斷裂,礦體形態(tài)較簡單,多呈脈狀或扁平透鏡體狀產(chǎn)出,礦體的產(chǎn)狀、形態(tài)及變化特征嚴(yán)格受構(gòu)造帶制約。礦體多分布于構(gòu)造分枝交匯部位及其上、下盤的密集裂隙帶中,構(gòu)造寬度越大,裂隙越密集,則礦體規(guī)模越大,礦體也較多。
3)區(qū)內(nèi)圍巖蝕變強烈,與礦化密切相關(guān)的蝕變主要為紫黑色螢石化、赤鐵礦化、硅化和黃鐵礦化,其中尤以紫黑色螢石化最為重要,是直接的找礦標(biāo)志。礦床屬于以鈾-螢石型、鈾-螢石-黃鐵礦型以及鈾-赤鐵礦型為主的中低溫?zé)嵋盒偷V床,歸屬花崗巖型碎裂蝕變巖亞型。初步認(rèn)為:紅橋礦床礦石瀝青鈾礦年齡為45.30±0.87 Ma。
4)下一步工作應(yīng)繼續(xù)在紅橋礦床外圍對NW向含礦斷裂進(jìn)行揭露,同時選擇有利部位適當(dāng)進(jìn)行深部探索。