甘肅龍首山成礦帶芨嶺鈾礦床地質特征及找礦潛力分析

何佳軍 ，邵東，王剛，強利剛

（1.核工業二〇三研究所，陜西 咸陽 712000；2.東華理工大學地球科學學院，江西 南昌 330013）

0 引言

甘肅省龍首山成礦帶是我國西北地區重要的鈾成礦帶（白云來等，2005），自二十世紀五十年代至今，在區內發現了紅石泉花崗偉晶巖型鈾礦床、芨嶺和新水井鈉交代熱液型鈾礦床、革命溝硅質角礫巖型熱液鈾礦床以及金邊寺淋積型鈾礦床等5個鈾礦床，其中芨嶺鈾礦床是我國北方最為典型的鈉交代熱液型鈾礦床（杜樂天，2001）。前人針對區內芨嶺鈉交代熱液型鈾礦床做了大量研究工作，金才坤和熊福清（1986）①最早對龍首山地區的構造開展系統研究工作，初步分析了芨嶺地區構造與鈾成礦關系；賀建國等（2013）通過磁場、重力場和遙感影像分析，識別出了芨嶺地區北東向的斷裂構造；陳云杰等（2014，2015）對芨嶺礦床的圍巖蝕變進行了總結，通過碳酸鹽樣品C、O同位素測定，認為成礦熱液是巖漿熱液和大氣降水的混合產物；趙如意等（2015，2020）總結了鈉交代巖的地質特征及其與鈾礦化關系，并對礦床成因進行了探討，建立了成礦模式；趙亞云等（2016）通過研究芨嶺花崗巖體Sr-Nd-Pb同位素特征，明確了鈾成礦作用主要與早古生代花崗巖有關；劉正義等（2018）認為芨嶺礦床的含礦主巖是祁連洋向北俯沖及陸內俯沖的產物；邵東等（2019）在芨嶺地區識別出4期構造變形，并建立了芨嶺地區的斷裂構造變形序列。上述研究成果主要側重于巖石學、構造地質學和地球化學方面，較少涉及系統化的鈾礦化地質特征、控礦要素總結和找礦預測工作。

隨著近幾年找礦工作的不斷進行和認識的不斷提高，筆者在總結了芨嶺礦床的地質特征、控礦因素的基礎上，結合區域地質調查成果，就礦床深部和外圍的找礦潛力進行了系統探討，以期為下一步地質找礦和科研工作提供依據。

1 區域地質背景

研究區位于甘肅省龍首山成礦帶（圖1），大地構造位置位于阿拉善地塊西南緣，北鄰潮水盆地，南以龍首山南緣深大斷裂為界與河西走廊相接，西部止于金塔—鼎新斷裂與塔里木板塊毗連，呈長條狀北西向展布，是祁連—秦嶺鈾成礦省的重要組成部分（湯中立，2002）。研究區內經歷了多旋回、漫長的地質構造演化，表現出復雜的物質組成和多期次構造活動的特征。

圖1 龍首山成礦帶大地構造位置（a）及地質簡圖（b）（據杜樂天，2001修改）

區域地層以古元古界龍首山巖群為主，前人研究發現龍首山巖群內部支離破碎，層序不清，是一套經角閃巖相變質作用改造的強烈變質變形地體，具古陸核性質（宮江華等，2013），龍首山巖群自下而上劃為麒麟溝組、白家咀子組、塌馬子溝組。麒麟溝組以黑云片麻巖和斜長角閃巖為主，夾有少量變粒巖、大理巖和二云石英片巖；白家咀子組以各種石英片巖和云母片巖為主，夾多層石英巖、長石石英巖和薄層狀大理巖；塌馬子溝組巖組以各種云母片巖和石英片巖為主，夾斜長角閃巖和大理巖。中元古界墩子溝群陸源碎屑沉積不整合于龍首山巖群之上，新元古界韓母山群平行不整合、局部微角度不整合于墩子溝群之上，其顯著特征是發育一套相當于揚子板塊南沱期的冰磧巖，且廣泛發育含磷巖石（校培喜等，2011）。研究區早古生代為隆起剝蝕區，除少量分布以含磷建造為特點的寒武紀碎屑巖和碳酸鹽巖外，早古生界缺失；晚古生代地層也僅有泥盆系紫紅色磨拉石和安山質凝灰巖、玄武巖和石炭系—二疊系碎屑巖沿斷陷盆地零星分布；中新生代地層主要以河湖相及磨拉石建造為特點。

區域構造主要呈北西向帶狀分布，斷裂構造極為發育，按走向可以分為北西向、近東西向、近南北向三組，從斷裂構造發育的規模和數量來看，北西向最為發育，這組斷裂控制了龍首山成礦帶的現今構造格局，次為近東西向，近南北向斷裂延伸較差，各級斷裂構造對相應的構造單元及地質體起到控制作用。芨嶺地區最主要的斷裂構造為馬路溝斷裂，它是龍首山地區一條重要的控礦斷裂，斷裂構造自東向西走向發生微轉變，呈多個“S”型首尾相接，東西跨度超過30 km。區內褶皺以早古生代—中生代淺表構造層次的褶皺為主，構造線總體呈北西向展布，與區域構造線方向一致，基底和蓋層產出的褶皺都為緊閉褶皺，并常見有倒轉現象。

區域巖漿活動強烈，侵入巖種類較多且分布廣泛，巖體明顯受北西向構造控制，與構造帶展布方向一致。巖漿活動自元古代到中生代均有發育，其中以早古生代巖漿活動最為強烈且演化較為完整，發育由陸殼重熔巖漿經結晶分異形成的中性—酸性—堿性侵入巖系列（趙如意等，2015），局部發育少量輝綠巖脈。

2 礦床地質特征

芨嶺礦床位于龍首山成礦帶中段南帶（圖2），沿北西向馬路溝斷裂構造展布，區內前寒武系結晶基底發育，出露地層以龍首山巖群塌馬子溝組為主，巖石組合以云母片巖和石英片巖為主，夾斜長角閃片巖和大理巖；侵入巖以芨嶺復式巖體為主（聶利等，2016），包括灰黑色細粒閃長巖、肉紅色似斑狀花崗巖、肉紅色中粗粒花崗巖和鈉交代巖，演化后期出現的鈉交代巖是最重要的控礦巖體。

圖2 芨嶺礦床地質簡圖（據邵東等，2019修改）

礦體主要產于馬路溝斷裂構造（F101）下盤鈉交代巖組成的構造蝕變帶內，蝕變帶沿馬路溝斷裂下盤呈北西—南東向展布，蝕變帶走向290°～310°，傾向南西，傾角68°～72°。單個礦體走向近東西與構造蝕變帶成20°～30°相交，礦體傾向南，傾角60°～80°，空間上呈雁列式排列，整個礦帶向北西側伏，側伏角30°，礦體埋藏從南東到北西逐漸加深（圖3）。礦體規模大小懸殊，呈筒狀、透鏡狀、似透鏡狀、扁豆狀和不規則狀，礦體中僅最東邊的Ⅰ號礦體出露地表，其余均為盲礦體。

圖3 芨嶺礦床13-29號勘探線剖面圖（據趙如意等，2020修改）

含礦巖石主要為碎裂蝕變花崗巖、蝕變閃長巖和鈉交代巖（圖4a～b），常具微細粒狀結構、似斑狀結構、碎裂斑狀、破碎角礫狀和微粒膠結結構等，礦石蝕變以鈉長石化、赤鐵礦化、綠泥石化和碳酸鹽化為主（圖4c～d）。礦石的構造比較簡單，大致可分為3種：①浸染狀：鈾礦物，含鈾礦物呈星點狀不均勻地散布于礦石中；②微細脈狀：瀝青鈾礦、含鈾礦物與含鈾綠泥石、赤鐵礦沿礦石的裂隙沉淀成微細脈（圖4e～f）；③網脈狀：鈾礦物、含鈾礦物與赤鐵礦、綠泥石充填于礦石不同方向的細小裂隙而形成網脈狀。根據鏡下鑒定，鈾礦石礦物在礦石中含量小于2%，主要為瀝青鈾礦和鈾石，少量為晶質鈾礦。瀝青鈾礦呈浸染狀或不規則狀、脈狀、似脈狀產于蝕變花崗巖礦石中；鈾石呈單顆粒和脈狀產于蝕變花崗巖礦石中，且均存在晶質鈾礦的殘留核邊結構；晶質鈾礦呈單個立方體狀或集合體分布在蝕變花崗巖礦石中，其次為鈣釷鈾石、鈾釷石和鈾方釷石等含鈾礦物，其它金屬礦物常見有黃鐵礦、銳鈦礦、赤鐵礦、方鉛礦、輝鉬礦和黃銅礦等礦物。

圖4 礦石宏觀和顯微鏡下特征

3 控礦因素

3.1 構造

研究區內沿馬路溝斷裂構造一帶均有成礦期熱液活動的標志，沿斷裂帶附近有礦床、礦點或較好的鈾礦化分布，表明馬路溝斷裂及其次級斷裂構造是芨嶺礦床的控礦構造。斷裂走向北西-南東，傾向南西，傾角65°～70°，斷層面波狀起伏，斷層角礫巖呈透鏡狀，屬壓扭性。近幾年鉆探施工，發現較好的鈾礦化均賦存在馬路溝斷裂構造的下盤及其與次級斷裂的夾持部位，表明馬路溝斷裂構造是區內成礦期熱液的運移通道，是重要的導礦構造，同時次級斷裂構造內部保存有鈾礦體表明其還是賦礦構造。最新研究表明，馬路溝斷裂早期為逆沖性質，形成了大量的易于破碎的構造薄弱面，為后期熱液鈾成礦提供了空間；晚期發生構造活化，可能將斷裂帶上盤和帶內的鈾礦化破壞，在整個地質過程中馬路溝斷裂構造先后起到了運移通道、賦礦構造和后期破礦的作用。

3.2 巖體

芨嶺復式巖體是一套典型的早古生代閃長巖-花崗巖-堿性侵入巖系列（U含量3.5×10-6～7.5×10-6），尤其是晚期的鈉交代巖為成礦提供了主要鈾源（U含量18.5×10-6）。由于中酸性巖體的能干性較差，易于形成大量裂隙和節理，導致鈉交代巖與花崗巖和閃長巖的巖性界面成為了鈾礦賦礦的主要位置。礦體的形成和分布均受鈉交代巖所控制，主要賦存在碎裂蝕變帶中，鈉交代巖與圍巖呈漸變過渡接觸關系，但過渡帶范圍很窄，大型鈉交代體主要產于糜棱巖帶一側，另一側則很少分布。鈉交代體具有明顯的水平分帶，一般可分出兩個帶，即強鈉長石化帶和弱鈉長石化帶，分帶多具不對稱性，一側強鈉長石化帶直接與糜棱巖接觸，中間缺失弱鈉長石化帶，另一側顯示漸變過渡關系；兩帶蝕變組合基本一致，只是蝕變強弱不同，在垂直方向上分帶現象不明顯。

3.3 熱液蝕變

芨嶺礦床的熱液蝕變與鈾礦化關系密切，主要蝕變以鈉長石化、綠泥石化、赤鐵礦化和碳酸鹽化蝕變組合為主，蝕變帶的范圍大于礦體分布范圍，蝕變帶外圍和斷裂構造邊部還常常發育硅化、高嶺土化和褐鐵礦化。

鈉長石化是鈉交代階段最典型的蝕變類型，也是與鈾礦化密切相關的蝕變類型之一，鈉長石化是鈾成礦的必要條件，在此基礎上，經歷了后期熱液蝕變才能在鈉交代巖中富集形成鈾礦石；綠泥石化以脈狀、網脈狀和膠結物形式產出，以鱗片狀、粒狀綠泥石為主，常與赤鐵礦共生；赤鐵礦化以脈狀赤鐵礦化和浸染狀赤鐵礦化為主，赤鐵礦化的產生是圍巖或熱液中鐵鎂礦物中的鐵組分分解、氧化為微小的赤鐵礦晶體的過程，這一氧化過程與鈾沉淀的還原過程同時進行；粉紅色碳酸鹽化結晶較差，為不規則狀集合體或以膠結狀、脈狀等形式產出，是一種重要的找礦標志。研究表明，含礦熱液中含有大量的碳酸鈾酰絡合物UO2(CO3)22-和UO2(CO3)34-且同時還含有豐富的其他元素等組分，成礦流體提供了大量的鈾源并在熱液上升的過程中與圍巖反應，形成以鈉長石化、碳酸鹽化為主的蝕變帶，同時赤鐵礦化和綠泥石化導致了成礦物質的卸載（趙如意等，2020）。以上4種主要蝕變是鈉交代熱液型鈾礦化的典型蝕變組合，它們相伴出現，同為鈉交代作用的產物，與礦化均有一定關系，尤其是脈狀綠泥石化、粉紅色碳酸鹽化、浸染狀赤鐵礦化和鈉長石化同時發育時，往往指示工業礦體所在。

4 找礦潛力分析

鈉交代熱液型鈾礦床是一種非常重要的熱液型鈾礦床，在烏克蘭、澳大利亞、捷克、美國、加拿大、中國等地皆有產出（徐浩等，2018；羅強等，2020）。以往研究表明，鈉交代熱液型鈾礦的成礦熱液來自于下部地殼甚至更深的地幔，成礦熱液是自下而上運移，因此在不同深度的成礦有利部位均可卸載成礦，礦體垂幅大，最大可達2000 m以上（Cuney et al.,2012）。前人對芨嶺礦床勘查深度一般為400 m左右，位于2150 m高程以上。近幾年針對芨嶺礦床深部勘查取得突破，在37號勘探線施工的鉆孔600 m以下新發現了工業礦體，將礦床的見礦深度由2100 m推之1900 m高程以下，通過進一步的鉆探控制，發現礦體向深部延伸較穩定。結合龍首山地區抬升較晚（晚白堊世之后），剝蝕程度淺，已知鈉交代熱液型鈾礦體絕大多數是盲礦體，礦體厚度較大，且存在主礦體。對比研究認為，芨嶺礦床深部600～1000 m沿馬路溝斷裂構造下盤的成礦有利部位均可能卸載成礦，深部有較好的找礦潛力。

此外，芨嶺礦床外圍西部沿馬路溝斷裂帶出露大面積的肉紅色花崗巖，其本身鈾含量較高，侵位于早期閃長巖之中，在二者接觸帶附近常發育有蝕變花崗巖和閃長巖，該巖性及巖性界面是鈾成礦有利部位。在地表調查過程中，在該區域發現了2條受構造和巖性接觸帶控制的蝕變帶，均為馬路溝斷裂構造的次級構造，寬約2～5 m，長度可達200 m，沿馬路溝斷裂帶附近產生了大量的構造碎裂巖，形成的成礦構造面為后期成礦提供了充足的容礦空間；與鈾礦化有關的蝕變較發育，說明晚期巖漿熱液活動較強，而且連續性較好，具備形成厚大礦體的條件；此外，航放和活性炭測氡在該地段也顯示存在異常場。針對區內蝕變和異常較為發育的地段，進行取樣分析，部分樣品可達工業級別（U含量600×10-6）。綜合研究認為，礦床外圍西部具備“構造+巖體+熱液蝕變”的成礦有利條件，且有較好的鈾礦找礦線索，有望通過進一步工作，發現并圈定新的找礦靶區。

5 結論

（1）芨嶺礦床鈾礦化受馬路溝斷裂構造、鈉交代巖和熱液蝕變共同控制，其中鈉交代巖提供主要鈾源，馬路溝斷裂構造既是導礦構造，也是賦礦構造，熱液蝕變以鈉長石化、綠泥石化、赤鐵礦化和碳酸鹽化蝕變組合為主，其與鈾礦化關系最為密切。

（2）礦床深部和外圍西部沿馬路溝斷裂一帶具備較好的成礦條件，且發現多處鈾礦化線索，是今后找礦的重點地段，有望通過進一步鈾礦勘查工作實現找礦突破。

注 釋

①金才坤,熊福清.1986.龍首山成礦帶構造與成礦關系研究[R].咸陽:核工業二〇三研究所.