湘西南地區成巖型鈾礦成礦機制研究

熊建忠

文章編號：1672-5603（2018）02-043-4

摘 要 成巖型鈾礦床，在國外被稱為“頁巖鈾”，是一種被認為有可能改變當今世界鈾礦格局的鈾礦類型，是由沉積作用在沉積成巖過程中直接形成的礦床。湘西南地區是我國成巖型鈾礦唯一的集中分布區。通過對成巖、成礦的研究，初步認為湘西南地區成巖型鈾礦是在伸展構造環境條件下，中基性巖漿活動產生的多期的、間歇性海底噴流將地殼深部的鈾等成礦物質帶到沉積海盆，在粘土吸附作用下形成的礦床，海底熱水噴流成礦作用是主要成因。

關鍵詞 湘西南；鈾礦；成礦機制研究

中圖分類號：P611 文獻標識碼：A

Metallogenic Mechanism of Diagenetic Uranium Deposits

in Southwestern Hunan

Xiong Jian zhong

（301 Brigade of Hunan Provincial Nuclear Industry Geological Bureau， Changsha Hunan 410114）

Abstract： The diagenetic uranium deposit， known as “shale uranium” abroad， is a type of uranium mine considered to be possible to change the current pattern of uranium deposits in the world，formed directly by deposition in the process of sedimentary diagenesis. The southwestern Hunan is the only concentrated distribution area in Chinas diagenetic uranium deposits. Study on diagenesis and metallogenesis shows that the frequent and spasmodic submarine cascade that were produced by the intermediate and basic magmatic activity took uranium and orther minerals to the depositional marine basin from deep earth crust and formed mine bed under the adsorption action of clay in the situation of extend structural environment. The diagenetic uranium deposit is of submarine exhalative origin.

Keywords： Southwestern Hunan； uranium ore； research on metallogenic mechanism

0 引言

半個多世紀以來，國內外學者對黑色頁巖系鈾礦進行了深入研究，取得了眾多成果，瑞典“明礬石頁巖型”鈾礦床即為此類型典型礦床。該類型鈾礦床相當于國內碳硅泥巖型鈾礦床分類中的成巖型鈾礦床，由沉積作用在沉積成巖過程中直接成礦，碳硅泥巖型鈾礦其它三大亞類即風化殼型、淋積型和熱液疊加改造型鈾礦床，是經沉積成巖作用形成富鈾層位后，在后期內力或外力作用下改造形成的鈾礦床。目前我國成巖型鈾礦主要分布于湖南省湘西南地區。

目前國內成巖型鈾礦床研究主要集中于沉積環境的研究，研究的重點層位巖性為含寒武系底部炭質泥巖、炭硅質泥巖。成巖型鈾礦成因的傳統觀點認為，鈾是陸源成因的，鈾來自陸地而非海底，生物及生物地球化學作用對成礦起著主導作用，寒武系底部因此被認為是主要富鈾層位，但目前國內在該層位尚未發現具有工業意義的成巖型鈾礦床或礦點。

震旦系硅質巖由于不是直接賦礦圍巖，沒有引起足夠重視，但是，湘西南地區成巖型鈾礦主要產于以硅質巖為主的震旦系留茶坡組中，說明鈾礦成礦與硅質巖關系密切。硅質巖中富含Ba、V、P、Mo、U、Th、Au、Se 等20 多種元素，這些元素的集中分布正是熱水噴流沉積的重要標志。硅質巖還與某些礦產如鈾、鐵、錳、磷、重晶石等具有十分密切的時空成因關系。

海底火山熱液噴流成礦作用理論認為：震旦紀末期，湘西南地區巖漿作用強烈，海底火山熱液噴流作用帶來的高硅質流體經化學沉積作用形成硅質巖，礦物質則溶解于海水中，巖漿活動強烈時期中間存在較長的相對穩定時期，金屬礦物在這一時期能夠被粘土礦物吸附成礦。湖南省核工業地質局301大隊根據這一成礦理論，在永順縣朗溪釩礦詳查實施過程中，第一次在湖南省震旦系上統留茶坡組以硅質巖為主要巖性的層位中找到釩礦層，實現了對震旦系上統留茶坡組含礦性認識的又一次重大突破。運用海底熱水沉積成礦理論指導鈾礦找礦工作，有望在鈾礦成礦理論和找礦實踐上實現新的突破。

1 區域地質背景

研究區位于揚子準地臺向華南褶皺系的過度部位，江南地軸冷家溪隆起、沅麻盆地、沅辰凹陷、湘黔桂隆起及軸緣褶皺帶結合部。以板溪群，震旦系及中生界地層分布最廣，約占本區總面積的四分之三。冷家溪群、板溪群為地槽型復理石、類復理石建造和沉積火山碎屑巖建造，震旦系下統主要是冰川—冰海相碎屑巖建造，震旦系上統—志留系為淺海泥質、砂質、粉砂質沉積和少量碳酸鹽沉積，上古生界為標準地臺型碳酸鹽建造，并含海陸交互相或海相含煤建造，中—新界為陸相河湖或山麓堆積。

區內留茶坡組（Zbl）巖性穩定，單一厚度變化大，厚0.84—167米。下部為黑色、灰黑色厚層狀硅質巖，上部為灰色、灰白色薄層硅質巖，具黑白相間的條帶構造，懷化、溆浦一帶在硅泥質夾層中有鈾礦化，并分布中小型鈾礦床。

2 湘西南地區成巖型鈾礦成礦機制探討

2.1 硅質巖成因

湘西南地區在震旦-寒武之交存在大規模火山活動和海底噴流作用，為硅質巖的沉積提供了熱源條件。根據巖礦鑒定結果，硅質巖以微-隱晶結構、微層狀構造為主，少數（3%）呈生物碎屑（放射蟲屑、海綿骨針屑）構造。巖石普遍具有條紋、條帶狀構造，符合熱水沉積巖石特征。硅質巖化學成分主要為Si02、A1203和TFe，且以高MgO、CaO、K20和P205為特征，接近于古代熱水沉積巖的化學成分；微量元素Ba含量普遍較高，反映熱水沉積巖的特點；Cu、Co、Ni含量高，可以判斷鈾等多金屬礦物應為噴流沉積產物[1]；n（Si02）/n（A1203）遠高于3.6，說明了硅質巖為非陸源成因[2]。因此，本區硅質巖應該是因沉積海盆中的海底熱液活動帶來大量硅質，在化學沉積為主的的作用下形成的。

2.2 鈾的來源

在20世紀80～90年代，在一些實驗室進行了噴流模擬，并在太平洋、大西洋、印度洋的洋中脊的若干地方都觀測到了海底成礦作用。A.Maucher在20世紀30年代提出了層控礦床理論，Hutchinson、Sawkins、Solomon、芮宗瑤等從不同角度對海底熱水噴流沉積礦床進行了分類，總結了海底熱水噴流沉積礦床的典型特征，海底熱水噴流成礦理論于20世紀后期成為一個普遍接受的成礦思想，是對層控理論的充實和深化。

現代海底成礦作用的成礦理論認為鈾最終來源于海底而非陸地。湘西南地區富鈾層位除含有鈾外，還有鉛、鋅、鉬、鎳、鉑、銀、釩等有用元素，這種多元素礦化，反映其物質來源具巖漿成因。胡瑞忠等學者認為，產于碳硅泥巖中的鈾礦化，主要形成于反映本區地殼拉張的中基性巖漿活動時期，鈾礦化與幔源火成巖——煌班巖、玄武巖有關[3]。黃崇柯（2006）通過對揚子陸塊鉛鋅礦成礦研究認為，廣泛分布于該陸塊上的震旦系陡山沱組、燈影組（留茶坡組），寒武系牛碲塘組、耙榔組、清虛洞組鉛鋅礦床的形成與該區長期處于伸展裂陷構造環境有成因關系。因此，這一時期應該是揚子陸塊的一個重要成礦時期，而且鈾等元素的成礦與伸展構造環境及中基性巖漿活動有關。

2.3 湘西南成巖型鈾X礦床特征

2.3.1 含礦巖性特征

湘西南成巖型鈾礦床震旦-寒武時期位于揚子陸塊東南緣裂陷帶中，裂陷帶中由于長期的海底火山噴溢和熱水沉積作用，形成大規模分布的富鈾建造[4]。目前已在懷化縣黃央、新建、銅灣及辰溪、溆浦 、安化等地共發現數十個成巖型的礦床、礦點、礦化點，其中麻池寨礦床礦床達中型規模。以麻池寨礦床為例，該地區震旦系依巖性可分為如下三段：

上段：分六層

⑥ 黑色薄層硅質巖夾薄層或微層含炭泥巖，以硅質巖為主，厚9-12米。

⑤ 黑色中層硅質巖，厚3-4米。

④ 黑色薄層硅質巖，上部夾有薄層含炭含硅泥巖，厚5米左右。

③ 黑色中層硅質巖及中薄層硅質巖，風化后灰白色，厚68.5 米。

② 灰色中薄層含泥硅質巖，中部見有象形印模，頂部有0.5米厚的黑色硅質巖單層，厚6.5-10米。

① 上部黑色中層硅質巖，下部灰色中薄層含泥硅質巖，厚2-4米。

中段

灰色中層狀含硅質泥巖，風化后呈葉片狀，含黃鐵礦多，為湘西南鈾礦主要含礦層位，厚0.5-2米。

下段

黑色或灰黑色中層狀硅質巖，致密堅硬，性脆、層理不發育，可見黑白細密條紋。厚40-60米。

2.3.2 鈾礦化特征

礦體呈整合層狀透鏡體，厚0.8～2米，品位較低，為0.06%～0.08%。含礦的硅質泥巖呈灰色、深灰色，具條帶狀構造或塊狀構造。主要礦物成分為水云母、非晶質石英、微晶石英、黃鐵礦以及極少量有機質。鈾主要以吸附態較均勻散布于礦石在中，鈾主要吸附劑為粘土礦物，不規則黃鐵礦富含鈾，部分有機質吸附鈾較多。這充分反映了鈾元素是沉積成巖階段，在富含粘土礦物、硫化物的還原環境中聚集的。

2.4 湘西南成巖型鈾礦床成因探討

自新元古代以來，中國南方曾經多次出現大地構造拉張狀態，熱水沉積碳質硅質巖分布廣，層數多，閉塞還原及穩定的沉積不補償環境十分發育，是尋找海底熱水噴流成因礦床極有遠景的區域。目前在廣東、廣西等地已發現屬于海底熱水噴流成因硅質巖型金礦[5]。

震旦紀末期，湘西南地區構造運動和巖漿活動強烈，海底火山熱液噴流作用帶來的高硅質流體經化學沉積作用形成硅質巖，熱水噴流作用帶來的鈾等礦物質使海水中鈾濃度很高，當出現短暫的以陸源碎源碎屑沉積為主的沉積時期時，鈾能被粘土礦物及有機質吸附成礦，而寒武紀早期是一個相對穩定的陸源碎屑沉積環境，由于陸源碎屑沉積時間長，鈾雖然被粘土、有機質吸附形成含鈾層位，但由于鈾處在一個較低的濃度環境，難以形成一定規模的鈾礦體。

以往關于成巖型鈾礦床成因的結論是值得商榷的。傳統的成礦理論認為，鈾是陸源成因的，鈾來自陸地而非海底。《中國鈾礦找礦指南》[6]將成巖型鈾礦成礦模式總結為：鈾源區源巖隆起剝蝕→鈾在水體中遷移進入海水中→鈾在水動力相對平靜環境和生物細菌作用產生的吸附、還原環境下富集成礦。湘西南震旦系硅質巖中鈾礦床產出的特殊巖性條件表明，相對于炭質頁巖，鈾與硅質巖的關系更為密切。傳統成礦理論解釋不了鈾成礦與硅質巖的關系，解釋不了為什么寒武紀早期水動力條件更為平靜，生物細菌作用更為強烈的環境下不能成礦而在構造運動相對強烈的震旦紀末期成礦。成巖型鈾礦床與硅質巖的形成密切相關，與其它金屬礦產的沉積成礦密切相關，海底熱水噴流成礦理論解釋成巖型鈾礦床的成因無疑是成功的。

現代鈾礦床學理論越來越重視鈾的深部來源，產于華南加里東褶皺帶中的花崗巖型鈾礦床主要是在印支、燕山期拉張伸展環境下形成的，來自地殼深部的鈾源是主要的鈾源之一[7]。上個世紀九十年代興起的深大斷裂控礦理論，較為系統地闡述了在拉張伸展環境下深部鈾源的成礦作用，但目前運用海底熱水噴流成礦理論解釋鈾成礦的理論專著甚少，因此，運用海底熱水噴流成礦理論在指導鈾礦找礦方面可作為我們今后的一個的研究課題和研究方向。

3 找礦方向

湘西南地區，主要是懷化地區，是我國碳硅泥巖型鈾礦的重要產區，碳硅泥巖型鈾礦四大亞類，風化殼型、淋積型、成巖型和熱液疊加改造型鈾礦床均有代表性礦床礦點，但產于震旦系留茶坡組中的成巖型鈾礦床是懷化地區的鈾礦主要類型，而且也是我國成巖型鈾礦唯一的集中分布區。上個世紀六、七十年代已在懷化縣黃央、新建、銅灣及辰溪、溆浦 、安化等地共發現數十個成巖型的礦床、礦點，占該地區碳硅泥巖型鈾礦礦床、礦點數量90%以上，其中麻池寨礦床達中型規模。湘西及湘西南地區以往鈾礦找礦工作以工作區是否具有酸性巖體作為判斷成礦地質條件是否優越的主要條件，以尋找寒武系底部炭質頁巖中的熱液疊加改造型鈾礦床為主要目標，但由于該地區遠離酸性巖體，這些成巖型礦床、礦點沒有引起足夠重視。近年來，湘西及湘西南地區運用海底熱水噴流成礦理論指導找礦在鉛、鋅、釩、鎳、鉬等多金屬找礦取得了重大突破，為該地區成巖型鈾礦找礦提供新的思路，即在缺少晚期酸性巖漿活動、沒有后期熱液疊加改造的條件下，只要具備一定的沉積環境和構造條件，海底熱水噴流作用也能直接形成一定工業意義的鈾礦體。因此，對懷化地區這些礦床、礦點進行重新評價、尋找該類型礦床新的成礦遠景區十分有必要。

懷化地區成巖型鈾礦賦存于震旦系上統留茶坡組上段和下段過渡巖性層位中，震旦系是下一步工作的主攻目的層。

4 結論

海底火山熱液噴流作用帶來高硅質流體，也帶來鈾等深部成礦物質。鈾主要是在海底熱水噴流作用形成的鈾含量高的海水中依靠粘土的吸附作用沉積富集成礦的。鈾礦床是由于海底熱水沉積和微生物成礦雙重作用的結果，但海底熱水噴流成礦作用是湘西南地區鈾礦成礦的主要成因。

湘西南地區具有成巖型鈾礦成礦的有利地質條件，是我國成巖型鈾礦的主要集中區。成巖型鈾礦雖然品位較低，但有利成礦層位分布廣，成礦不依賴酸性巖體，而且含礦層位穩定，因此找礦潛力巨大，有必要對這些礦床、礦點進行重新評價。

參考文獻/References

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[7]張成江，陳友良. 510-1 鈾礦床垂直分帶規律的發現及其成因意義[J]. 地質與勘探，2010，46（ 3） ： 434-441.