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四川若爾蓋鈾礦田成礦地質(zhì)條件

2015-01-04 10:16:26黃昌華張成江
關(guān)鍵詞:成礦

黃昌華,張成江

(1.成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動化工程學(xué)院,成都610059;2.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院,成都610061)

四川若爾蓋鈾礦田自20世紀(jì)60年代以來,通過近30年的勘查工作,已探明數(shù)十個碳硅泥巖型鈾礦床(點(diǎn))。20世紀(jì)90年代以來,中國的鈾礦地質(zhì)工作以尋找北方地區(qū)可地浸砂巖型鈾礦為主,南方地區(qū)的鈾礦勘查工作處于停滯不前狀態(tài),若爾蓋地區(qū)鈾礦勘查也一直未有所突破。近幾年來,隨著中國核電事業(yè)的高速發(fā)展,對鈾資源的需求愈加緊迫,若爾蓋地區(qū)被列入中國十大鈾礦資源基地之一。為此,四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院根據(jù)核工業(yè)地質(zhì)總局的要求,在該區(qū)開展鈾礦勘查工作,并取得了較好的成果。經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)礦體向深部延伸變富變厚,原空白勘查區(qū)也相繼發(fā)現(xiàn)了鈾礦體,說明該區(qū)仍存在尋找隱伏鈾礦床的巨大潛力。

若爾蓋鈾礦田自發(fā)現(xiàn)以來,不同單位或部門以礦床為中心,重點(diǎn)研究了鈾礦床的成因、成礦規(guī)律及成礦預(yù)測,對鈾的成礦地質(zhì)條件僅僅在其研究文章中進(jìn)行簡要敘述,未對鈾成礦地質(zhì)條件進(jìn)行系統(tǒng)的專題研究。本文通過對若爾蓋地區(qū)鈾礦床詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和系統(tǒng)總結(jié)以往鈾礦地質(zhì)找礦、科學(xué)研究成果,研究了該區(qū)鈾的成礦地質(zhì)條件,認(rèn)為該區(qū)富鈾礦的形成與富鈾古陸塊、富鈾沉積建造、多期次的巖漿活動和富鈾巖體、區(qū)域性深大斷裂帶、中生代陸相紅色砂礫巖盆地、有利的巖石組合及其物理力學(xué)性質(zhì)等區(qū)域地質(zhì)背景和條件有著十分密切的關(guān)系。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

若爾蓋鈾礦田位于南秦嶺印支褶皺帶,分布于主要由古生代地層所構(gòu)成的白依背斜西段北翼。該褶皺帶北部為華北板塊,南部為華南板塊,地處二大構(gòu)造單元過渡帶之活動構(gòu)造單元內(nèi)(圖1)。該區(qū)地殼演化經(jīng)歷了前加里東期、加里東期、華力西-印支早期、印支晚期、燕山期和喜馬拉雅期等6個階段[1-3]。區(qū)內(nèi)地層出露較完整,震旦系至第四系均有出露,其中震旦系、古生界及三疊系分布廣泛,其他地層呈零星分布(圖2、表1)。

圖1 西秦嶺地區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖Fig.1 The geotectonic location sketch of the West Qinling region(據(jù)程裕淇等修改,1994)

該區(qū)巖漿活動強(qiáng)烈,主要受區(qū)域斷裂構(gòu)造控制。加里東晚期巖漿巖分布在白依背斜核部及其北翼,呈巖床或巖脈順層侵位于下震旦統(tǒng)、奧陶系及下志留統(tǒng)中,巖石類型為輝綠巖。印支晚期-燕山期是區(qū)內(nèi)重要的巖漿活動時期,其類型有火山巖和侵入巖。其中侵入巖呈近東西向帶狀分布,巖石類型主要有二長巖、閃長(玢)巖、安山玢巖、花崗(斑)巖、煌斑巖等;噴出巖主要分布于郎木寺一帶,巖石類型主要有玄武巖類、粗安巖-安山巖類、英安巖-流紋巖類及火山碎屑巖類等。區(qū)內(nèi)巖漿活動具有多期、多階段特點(diǎn),并以與殼幔相互作用有關(guān)的巖漿活動為主。

本區(qū)經(jīng)歷多次地殼運(yùn)動,褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造以白依背斜為中心,北側(cè)有斑周向斜和帕熱溝背斜,南側(cè)有迭部背斜和當(dāng)額向斜,這些褶皺構(gòu)造被后期斷裂活動破壞而顯得不完整。白依背斜軸部呈近東西向延伸,其核部為震旦系白依溝群,兩翼有古生界-三疊系分布,北翼巖層傾角60°~80°,南翼巖層傾角50°~70°,總體為不對稱背斜。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要有近東西向、北西向、北東向及南北向等4組,其中近東西向斷裂構(gòu)造形成較早,北東向次之,最晚為南北向斷裂。該區(qū)斷裂構(gòu)造具有多期次活動特征,并控制了中生代的巖漿活動、中生代盆地的形成與發(fā)展,以及鈾礦的形成[4-6]。

圖2 若爾蓋地區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig.2 The regional geological-structural sketch of the Ruoergai region(據(jù)楊恒書等修改,1992)

2 鈾成礦地質(zhì)條件

若爾蓋鈾礦田呈近東西向展布,西起拉爾瑪,東止迭部,東西長50km,南北寬6km,面積約300km2,區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)10個鈾礦床,20余個鈾礦(化)點(diǎn)。該鈾礦田以羅軍-普通斷裂為界,分為東部礦帶和西部礦帶。其中西部礦帶面積約30 km2,鈾礦床規(guī)模較大,分布較集中,礦石品位較高,鈾儲量占整個鈾礦田總儲量70%,已發(fā)現(xiàn)7個規(guī)模不等的礦床,510、512兩個中型礦床都產(chǎn)于此。東部礦帶面積約270km2,礦床規(guī)模較小,分布分散,礦石品位較低,鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值<1‰,鈾儲量占整個鈾礦田總儲量30%[7]。

2.1 存在富鈾古陸塊

鈾礦田位于若爾蓋古陸塊北緣,該古陸塊屬于華南板塊西緣巴顏喀拉冒地槽褶皺帶中相對穩(wěn)定的構(gòu)造單元,其內(nèi)部無任何巖漿活動,被三疊紀(jì)地層覆蓋,巨大斷裂延伸到邊界即消匿。古陸塊內(nèi)部為航磁正異常區(qū)及較高的重力值區(qū),說明地塊內(nèi)有埋藏較淺的磁性體,基底埋藏深度較淺。在該古陸塊北緣出露震旦紀(jì)至第四紀(jì)地層,其他地區(qū)僅出露三疊紀(jì)地層。其中震旦系白依溝群為厚度達(dá)2 097m以上的山前粗陸源碎屑堆積,即明確顯示了若爾蓋古陸前緣存在一個內(nèi)陸斜坡斷陷盆地。白依溝群的粗陸源碎屑組分中的花崗質(zhì)礫石及火山巖、斜長花崗巖和花斑巖礫石的全巖銣鍶法測定年齡為1 004~1 400Ma,白依溝群細(xì)碎屑巖中的全巖銣鍶法測定結(jié)果與其基本一致,大體上代表了若爾蓋古陸塊的形成年齡。該區(qū)地殼厚度57km,蓋層厚度約37km,可以推測若爾蓋古陸塊厚度達(dá)20km。

表1 若爾蓋地區(qū)區(qū)域地層簡表Table 1 The summary graph of strata in the Ruoergai region

根據(jù)若爾蓋古陸塊北緣分布的震旦系白依溝群的沉積建造及其巖性特征,可以初步認(rèn)為該古陸塊可能由花崗巖、斜長花崗巖等組成。該古陸塊是鈾的蝕源區(qū),為其北緣沉積的震旦系至下古生界沉積物提供鈾源。這可以從加里東構(gòu)造層的含鈾量得到證實(shí)。據(jù)研究,加里東構(gòu)造層鈾含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為11.5×10-6,局部達(dá)13.5×10-6,是地殼中鈾克拉克值(2.7×10-6)的4倍多。同時,區(qū)內(nèi)殼幔成因的中生代花崗巖鈾含量較高,鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá)47.1×10-6,是一般花崗巖中鈾克拉克值(3.5×10-6)的10多倍[8],說明若爾蓋古陸塊為中生代花崗巖類的形成貢獻(xiàn)了部分鈾元素。

綜上所述,若爾蓋古陸塊由花崗巖、斜長花崗巖等組成,是鈾的蝕源區(qū),為古陸塊北緣震旦紀(jì)至早古生代地層提供鈾源,以及為殼幔成因的印支-燕山期花崗巖類提供部分鈾源。若爾蓋鈾礦田的分布與古陸塊關(guān)系密切。

2.2 存在富鈾沉積建造

若爾蓋地區(qū)在前震旦紀(jì)西秦嶺裂陷槽發(fā)育初期,處于富鈾的若爾蓋古陸塊北緣,加之特殊的障壁海灣沉積環(huán)境,形成了寒武系至志留系巨厚的富鈾碳硅泥巖建造,地層厚度達(dá)到7 200m,僅志留系下統(tǒng)的3個主要產(chǎn)鈾層位總厚就達(dá)1 680m。其中富鈾硅灰?guī)r體規(guī)模大,既是豐富的鈾源體,又是形成富、大鈾礦的儲礦層。該碳硅泥巖建造與國內(nèi)其他碳硅泥巖型鈾礦床產(chǎn)出區(qū)相比,屬高鈾豐度地層(表2)。富鈾地層中鈾主要呈吸附形式存在,常溫常壓下鈾的浸出率高(表3)。

據(jù)此可見,分布于若爾蓋古陸塊北緣的早古生代巨厚的碳硅泥巖建造,是若爾蓋鈾礦田的礦源層之一。尤其是富鈾的硅灰?guī)r體含活性鈾多,易浸出,說明硅灰?guī)r中的鈾易被后期熱水溶液浸出,形成含礦熱液,遷移至適當(dāng)部位沉淀。早古生代含鈾的碳硅泥巖建造為區(qū)內(nèi)的鈾源層,為區(qū)內(nèi)鈾礦化的形成提供了物質(zhì)來源。

表2 中國碳硅泥型鈾礦床(部分)含礦地層鈾含量Table 2 The uranium content in the ore-bearing strata of the carbonatite-silicalite-argillite type uranium deposits in China(in part)

表3 若爾蓋地區(qū)下志留統(tǒng)含鈾巖石鈾浸出率Table 3 The uranium leaching rate of the Lower Silurian containing uranium rocks in the Ruoergai region

2.3 存在多期次的巖漿活動和富鈾巖體

若爾蓋地區(qū)的巖漿活動按時代劃分為晚加里東期和印支晚期-燕山期2個大階段。晚加里東期巖漿巖主要分布在白依溝背斜核部及其北翼,其巖性主要為輝綠巖,呈巖床、巖株或巖脈侵位于震旦系至下志留統(tǒng),屬于白龍江加里東裂陷槽拉張階段的產(chǎn)物,其巖石化學(xué)特征反映為幔源型非造山帶拉斑系列巖漿。

印支晚期-燕山期是區(qū)內(nèi)主要的巖漿活動時期,其巖石類型主要為火山巖、次火山巖及侵入巖3類。火山巖主要分布于郎木寺-財(cái)寶山一帶,瑪曲-略陽斷裂帶北側(cè),其巖性主要有玄武巖類、粗安巖-安山巖類、英安巖-流紋巖類及火山碎屑巖類等;次火山巖和侵入巖由南而北分為郎木寺-安子、拉爾瑪-尕固及扎爾蓋山-迭山3個巖帶(圖2),巖相上可劃分為中-淺成相和超淺成相兩類,巖石類型主要有二長巖、閃長(玢)巖、安山玢巖、花崗(斑)巖、煌斑巖等。火山巖成巖時間序列為:211.1Ma B.P.、176.6Ma B.P.、122.1Ma B.P.,侵入巖成巖時間序列為:210.7 Ma B.P.、174.8Ma B.P.、119.8Ma B.P.,火山巖和侵入巖的成巖時代相近,表明火山活動與侵入活動是同時進(jìn)行的,二者屬于同源、同期、異相的產(chǎn)物,具有十分密切的時間關(guān)系。其巖石化學(xué)特征屬于殼?;旌闲外}堿系列巖漿。

若爾蓋鈾礦床的分布與印支晚期-燕山期中、酸性巖帶的分布在空間上基本一致,但不重合,礦體距巖體有一定的距離。根據(jù)同位素測定,區(qū)內(nèi)中、酸性侵入巖的成巖年齡為174.8~119.8 Ma,鈾的成礦年齡一般為90.0~60.0Ma,成礦與成巖時差至少達(dá)29.8Ma。區(qū)內(nèi)中、酸性巖鈾含量較高,其中酸性巖鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為58.0×10-6,中性巖(閃長巖類)鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為20.0×10-6,中、酸性巖鈾含量高于華南產(chǎn)鈾花崗巖鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值(15.1×10-6)。區(qū)內(nèi)中、酸性巖蝕變以后,鈾發(fā)生了明顯貧化,鈾含量大幅度降低,貧化了的中、酸性巖,鈾的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到7.4×10-6,最低降到5.7×10-6(表4),說明鈾已被大量帶出,發(fā)生了顯著的活化轉(zhuǎn)移。

上述資料表明,若爾蓋地區(qū)礦、巖形成的時差大,鈾礦化不可能由巖漿期后殘余熱液形成,可能屬于后期熱液(地幔流體)溶濾、浸出巖體中鈾礦物,遷移至適當(dāng)位置沉淀形成;區(qū)內(nèi)中、酸性侵入巖具有較高的鈾含量,易于活化、浸出,說明中、酸性侵入巖是區(qū)內(nèi)另一個重要的鈾礦層(體),為區(qū)內(nèi)鈾礦化的形成提供物質(zhì)。

2.4 存在多期次活動的區(qū)域性深大斷裂帶

區(qū)內(nèi)由瑪曲-略陽斷裂、溫泉斷裂、扎爾蓋山斷裂和扎尕納斷裂組成近東西向展布的白龍江斷裂帶(圖2),屬于東昆侖-阿尼瑪卿深大斷裂帶的組成部分,位于昆阿斷裂帶弧形彎曲向東折轉(zhuǎn)部位,處于構(gòu)造拉張與擠壓過渡帶(圖3)。其中,瑪曲-略陽斷裂是華南板塊與西秦嶺南亞帶分界的超殼斷裂,是西秦嶺南亞帶推覆構(gòu)造體系的前峰構(gòu)造,為區(qū)內(nèi)殼幔巖混合巖漿形成奠定了基礎(chǔ);靠北側(cè)的溫泉斷裂、蘇里木塘斷裂和扎尕納斷裂是區(qū)內(nèi)巖漿上升至地表的主要通道之一(圖4)。

表4 若爾蓋鈾礦田巖漿巖鈾含量Table 4 The uranium content of the magmatic rocks in the Ruoergai uranium ore field

圖3 區(qū)域深大斷裂帶示意圖Fig.3 Discordogenic faults in the regional geologic map(據(jù)金景福等修改,1994)

區(qū)內(nèi)除發(fā)育與區(qū)域構(gòu)造線相一致的近東西向的白龍江斷裂帶外,還發(fā)育斜切區(qū)域主體構(gòu)造線的北東向和北西向及近南北走向的斷裂。近東西向斷裂與北東向斷裂構(gòu)成了本區(qū)菱形斷塊構(gòu)造的主體,具有多期次活動特征,它們屬于控巖、控盆斷裂構(gòu)造,控制了區(qū)內(nèi)自南而北的郎木寺-安子巖、拉爾瑪-尕固及扎爾蓋山-迭山3個巖漿巖帶的分布,同時也控制了燕山期拉張作用形成的近東西方向展布的斷陷盆地的分布。

圖4 印支晚期-燕山期巖漿活動模式Fig.4 Magmatic activity model in the late Indo-Chinese stage-Yenshan stage(據(jù)楊恒書等修改,1992)

若爾蓋鈾礦田總體上沿白依背斜北翼呈弧形帶狀分布,礦床或礦體都產(chǎn)于北東向斷裂切割近東西向斷裂帶的交叉部位,礦體賦存在交叉部位及其上盤順層斷裂帶的有限范圍內(nèi)(圖5),或賦存于構(gòu)造拐彎和收斂部位并有北東向斷裂交叉的部位(圖6)。

圖5 受層間破碎帶控制的礦體Fig.5 Orebodies controlled by intrelayer fault belts(據(jù)金景福等修改,1994)

圖6 受兩組斷裂控制的礦體Fig.6 Orebodies controlled by two groups of fault belts(據(jù)金景福等修改,1994)

若爾蓋鈾礦田鈾的成礦作用具有深源特點(diǎn),地幔流體對鈾成礦具有十分重要的作用。根據(jù)若爾蓋鈾礦田內(nèi)與瀝青鈾礦密切共生的含礦方解石脈(δ13C值為-3.44‰~-5.05‰)、礦區(qū)非含礦方解石脈(δ13C值為-0.78‰~-6.21‰)中碳同位素組成均具有高度的同源性,且與地幔的碳同位素組成相似,表明與鈾成礦關(guān)系密切的礦化劑[CO2]主要來源于地幔[9-11];礦田內(nèi)加里東期輝綠巖δEu=1,無虧損,印支-燕山期的石英二長巖、閃長玢巖及煌斑巖的Eu虧損不大,反映這些巖脈屬殼?;烊郛a(chǎn)物[12]。

以上事實(shí)說明,白龍江斷裂帶的多次活動,特別是在多次拉張階段,溝通了深部與淺部的聯(lián)系,為巖漿活動提供了良好的通道,也為地幔流體上侵提供了通道。尤其是瑪曲-略陽斷裂,它既是區(qū)內(nèi)的控巖斷裂,也是區(qū)內(nèi)的控礦斷裂,地幔流體沿該斷裂上升、運(yùn)移過程中,其中的礦化劑[CO2]浸出下古生界或中酸巖體中的鈾形成鈾酰碳酸鉻離子,形成含鈾熱液,遷移至構(gòu)造的擴(kuò)容地段或適宜的巖性部位(硅灰?guī)r體等)沉淀而形成鈾礦化。

2.5 存在中生代—新生代陸相紅色砂礫巖盆地

燕山晚期至喜馬拉雅早期,本區(qū)由于受拉張構(gòu)造運(yùn)動的影響,廣泛發(fā)育大小不等的走滑構(gòu)造盆地,這些走滑構(gòu)造盆地主要是在斷裂構(gòu)造活動所造成的“槽地”上發(fā)展起來的(圖7)。在走滑構(gòu)造盆地內(nèi)堆積了較厚的陸相紅色礫巖、砂巖、粉砂巖及泥巖等沉積物,它們大多屬于河流相、湖泊相及河湖三角洲等沉積物。走滑構(gòu)造盆地的形成說明當(dāng)時盆地下部的上地幔往上拱,使深部殼幔巖漿沿構(gòu)造斷裂上侵,形成構(gòu)造-巖漿巖帶。

圖7 晚白堊世斷陷盆地沉積分布示意圖Fig.7 Downfaulted basin distribution during the Late Cretaceous(據(jù)毛裕年修改,1989)

根據(jù)若爾蓋鈾礦田510、512礦床中瀝青鈾礦鈾-鉛法提供的同位素年齡數(shù)據(jù)為90.0~60.0 Ma,說明鈾礦床的形成一般與晚白堊世-第三紀(jì)紅色構(gòu)造斷陷盆地的形成和發(fā)展演化相對應(yīng),與當(dāng)時頻繁的構(gòu)造活動及伴隨的地?zé)岙惓S忻芮械年P(guān)系。鈾礦床在空間上和時間上往往與晚白堊世-第三紀(jì)紅色盆地伴生在一起,這并不是偶然的,兩者之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系。鈾礦化及中生代—新生代紅盆的形成,其內(nèi)在因素主要是受上地幔的上拱(上侵)、地殼拉張變薄的控制,同時也控制了白龍江斷裂帶的多期次活動。

2.6 有利的巖石組合及物理力學(xué)性質(zhì)

若爾蓋鈾礦田有利于鈾沉淀富集的巖性組合,主要為灰?guī)r與硅巖、碳質(zhì)板巖與灰?guī)r的組合,其次為硅巖與碳質(zhì)板巖組合?;?guī)r與硅巖的巖性較復(fù)雜,一般表現(xiàn)為結(jié)晶灰?guī)r、硅化灰?guī)r、團(tuán)粒灰?guī)r、白云石化灰?guī)r、糜棱巖化灰?guī)r、硅化角礫巖化灰?guī)r、砂狀灰?guī)r、白云石化硅巖、糜棱巖化硅巖及泥晶硅巖。由此可見,灰?guī)r與硅巖的組合既是硅質(zhì)與鈣質(zhì)過渡的產(chǎn)物,又是經(jīng)過后期動力作用和熱水作用疊加改造的產(chǎn)物,對鈾的沉淀富集極為有利。

灰?guī)r與硅巖這兩種巖石的化學(xué)成分及物理機(jī)械性能的差別都較大。硅巖化學(xué)性質(zhì)不活潑,不易被溶蝕和風(fēng)化,具有堅(jiān)硬而脆性的特點(diǎn),因而易被破碎,形成角礫巖,這為后來含礦熱液活動和鈾礦化提供了較好空間場所。灰?guī)r化學(xué)性質(zhì)較活潑,易被溶蝕而產(chǎn)生溶洞或孔隙,有利于提高原巖的有效孔隙度及滲透性,而作為良好的賦礦圍巖?;?guī)r中能否賦存鈾礦床(體),主要取決于灰?guī)r與硅巖之間的構(gòu)造情況。假如在灰?guī)r與硅巖的過渡地帶或接觸地帶,存在構(gòu)造應(yīng)力作用產(chǎn)生強(qiáng)烈的層間破碎帶和層間片理化帶,那么在這些部位就有利于含鈾熱液的運(yùn)移和沉淀富集。

3 結(jié)論

若爾蓋地區(qū)是中國西部重要的碳硅泥巖型鈾礦聚集區(qū),區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)鈾礦床的形成與富鈾的若爾蓋古陸有關(guān),古陸提供了部分鈾源。下志留統(tǒng)發(fā)育灰?guī)r-硅巖-板巖組合,利于鈾的沉淀富集,存在3個富鈾層位,其中的富鈾硅灰?guī)r體既是鈾源體,又是儲礦層。鈾礦床的成礦年齡與印支晚期-燕山期巖漿活動相吻合,反映了印支晚期-燕山期構(gòu)造巖漿活動、殼幔物質(zhì)與熱能的遷移、礦床定位之間存在內(nèi)在的必然聯(lián)系。若爾蓋地區(qū)印支晚期-燕山期花崗巖發(fā)育,并與深部地殼拉張作用有關(guān),是本區(qū)鈾成礦的主要動力條件。同時若爾蓋地區(qū)存在富鈾的基底巖石或早古生代地層,花崗巖的鈾含量普遍較高,為鈾成礦作用奠定了豐富的鈾源。大規(guī)模成礦的實(shí)質(zhì)就是巨量成礦物質(zhì)的匯聚過程,鈾礦在若爾蓋地區(qū)西部礦段的集中分布和一系列有利于鈾成礦的良好地質(zhì)背景,表明該區(qū)乃至整個西秦嶺南亞帶范圍地質(zhì)背景相似的地區(qū)是鈾成礦的有利地區(qū),存在尋找富大鈾礦的巨大潛力。

本文在編寫過程中參考了四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局川西北地質(zhì)大隊(duì)、四川省核工業(yè)地質(zhì)局、成都理工大學(xué)等地勘及科研單位近30年來的科研成果,作者在此表示衷心的感謝。

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