华南花岗岩地区铀矿成矿规律探讨

华南花岗岩地区铀矿成矿规律探讨

众所周知，几十年来，最常见、最著名的七度岩性质地壳类型为硅质脉型（矿体由含锆的红棕色微石英和更薄的玉髓状暗晶石英脉组成，侧围岩的侵蚀是利水母化）。它们的成矿年龄大体为60～90Ma,成矿温度<250℃。但在众多的铀矿床中,也曾发现一些特殊的类型,它们和硅质脉型存在以下诸多不同特征:(1)矿体不是宽数十厘米到几米的含铀硅质脉,而是肉眼不见脉体充填的强烈破碎的蚀变花岗岩。此类型也不同于黄蜂岭的蚀变花岗岩型矿化,后者的蚀变是低温水云母化;(2)蚀变岩由大量高温绢云母组成;(3)成矿构造不是最多见的优势走向——北北东向,而是近东西向(或北西西、北东东向);(4)形成时间较早,成矿年龄全部是>100Ma的老矿化;(5)成矿温度高(>250℃),属于高温热液型;(6)矿石或矿化岩石中的铀矿物并不是常见的沥青铀矿,而是以四价铀为主的晶质铀矿和铀石(有时有钨矿物共生);(7)在同一铀矿田之内,此类矿床的产出位置也往往高于硅质脉型矿床,其剥露高度多在海拔600～800m(在中国西部更高);(8)铀矿体的平均品位较富(U>0.3%)。具有上述特征的特殊矿床实例有:下庄矿田的石土岭(337)矿床、竹山下矿床(333)的一部分、诸广岩体的澜河(201)矿床、东坑(361)主体矿床等。这些矿床往往被晚于100Ma的后期硅质脉型或萤石型铀矿化所叠加和掩盖。多年来,虽然在其中也发现有>100Ma的铀矿化年龄值,但大多数测龄数据都<100Ma,故被归为晚期硅质脉型成矿。不过,这类铀矿床成矿的特殊性早已被众多研究者注意到。谭正中、梁天锡、巩志根、李田港、童航寿、冯明月、程旭初、李月湘、王玉生、黄伟良、刘汝洲、高德统、张彦春、邓平、朱捌、黄国龙、吴烈勤、徐达忠、胡宝群等(1989～2006)先后经过深入研究,发现这实际上是另外一种成因和成矿时代较早的铀矿化。近两年,笔者在前人研究成果的基础上,对这类成矿年龄较老的铀矿化进一步加以剖析,认为这些矿床应视为一种新的类型,并且是重要的找矿新对象,暂定名为绢英岩化铀矿类型(对竹山下矿床老矿化暂不讨论)。下面以石土岭铀矿床为例加以阐述。石土岭铀矿床(337矿床)产于粤北贵东复式花岗岩岩基东部,在岩基接触带之内约400m处,该矿床再向东几千米就是大吉山钨矿(两者位于同一条东西向的密集裂隙带之上)。337矿床的围岩是帽峰小岩体(γ2(3)b552(3)b)东南缘的细粒二云母花岗岩及主体中粒斑状黑云母花岗岩(γ2(1)552(1)),矿床产于两者的接触带附近(图1)。矿床浅部是数百条近东西向、宽只有几厘米、长几十米的含钨云英岩化陡立裂隙群(裂隙间隔3～5m)。矿床的铀平均品位为0.31%。矿床内部所有期次的花岗岩都先受到钾钠长石化碱交代(例如微斜长石交代斜长石、石英),岩石强烈碎裂,裂隙纵横交错,但无位移。此时尚未成矿,而后热液再次进入,钾钠交代花岗岩进一步产生绢英岩化,形成高温热液铀矿(图2,3)。根据岩石结构、产状、成分变化,可以区分出两期热液活动的产物:(1)第1期为块状绢英岩化蚀变岩:原岩花岗岩结构完全消失,所有蚀变矿物颗粒极为细微(μm粒级)是其突出特征。碎粉岩的主要组成矿物是绢云母(约占40%)和细微石英(占50%),另外有约5%原花岗岩造岩矿物石英的角砾、碎屑。花岗岩原造岩矿物钾长石和斜长石已全部被改造为极细的绢云母石英集合体。原岩花岗岩造岩矿物黑云母由原来斑点状镁绿泥石化假像蚀变为铁绿泥石,高度浸染分散于绢云母石英集合体之中。虽然绿泥石只占n%,但染色效应强,使绢英岩化岩石外貌多为暗灰绿色,在绿泥石少的地方则为鲜草绿色。绢云母和晚期铀矿化的特征性水云母化明显不同,氧化钾含量高(大体上为9%),细磷片状,含H2O较少(4%～6%),形成温度较高(300～500℃),而水云母化岩石为土状,氧化钾含量低(6%),含H2O多(6%～8%),形成温度低(<250℃),呈浅白绿色,不见丝绢光泽。(2)第2期为剪切脉状绢英岩化碎粉岩:绢云母减少到20%而石英增加到70%。在此绢云母石英脉中出现微细颗粒晶质铀矿(有的晶质铀矿集合体呈0.03～1.2mm宽的细脉)及铀石(图3,4),这是主要的铀成矿期。在此期脉体活动之后还有不构成铀矿但可形成低等矿化或异常的石英脉(绢云母已很少,只占n%)和少量方解石脉。和晶质铀矿共生者除铀石外,还有少量铌钛铀矿、黑稀金矿、铀钍石(这些矿物在晚期铀矿化的硅质脉型中从未见及)。晶质铀矿有以下特点:(1)多为分散颗粒,极为细小(0.n～20μm,大多<10μm)(图4)。这又和硅质脉型铀矿石英脉中的沥青铀矿(往往形成mm粒级球状、肾状团块)大不一样,也不见脱水收缩裂纹。此类晶质铀矿多为等轴状它形,有的是半自形到全自形(正方形、四边形、菱形、六边形,视切面不同方向而异)(图5)。(2)稀土元素含量较高(表1),La2O3和Ce2O3含量为0.12%～0.54%,ThO2含量高于一般沥青铀矿ThO2的含量(0～0.7%),为0.23%～2.53%(意味着高温下形成),其中还往往含WO3(0.07%～0.87%)。晶质铀矿晶胞参数a=5.46,含氧系数为2.1。(3)对石英气液包裹体进行测温,结果表明其形成温度为293～200℃。铀石的主要特点:微区能谱分析SiO2含量均>20%,矿物反射率明显低于晶质铀矿,形态为它形微粒集合体细脉,小部分显长条柱状晶形。铀石的总体含量不多。矿床所在的中粒斑状黑云母花岗岩是印支期形成的。此中的钾钠长石化碱交代年龄为167.0±8.8Ma(微斜长石、微斜条纹长石及蚀变白云母、绢云母Rb-Sr一致线年龄)。本次研究新测晶质铀矿铀铅同位素年龄是126.6Ma(与众多前人所测得的数据近似)。在绢英岩化矿石中未发现硅质脉型铀矿中常见的微晶石英及伊利水云母。值得强调,在绢云母样品中还发现有钠云母。绢云母+石英集合体中的石英不是外来的硅质加入形成的,而是长石(不论是钾长石还是斜长石)被绢云母交代,晶体分解析出的SiO2,故颗粒极其细小(0.n～nμm粒级),这大大不同于硅质脉型铀矿的微晶隐晶石英(n×102μm粒级)。绢云母是低硅富铝矿物(KAl2[AlSi3]O10[OH]2),其中SiO2含量低,只有45%～54%;而钾长石中SiO2≈65%,斜长石中SiO2≈60%。长石一旦被绢云母交代,必然析出大量富余的SiO2而成为新生石英集合体。斜长石的绢云母化反应如下式:6NaAlSi3O8+3CaAl2Si2O8+2K2CO3+4H2O+4CO2→4KAl3Si3O10[OH]2+3CaCO3+12SiO2+3Na2CO3从反应产物来看,除生成KAl3Si3O10[OH]2(绢云母)+CaCO3(方解石)+SiO2(大量新生超微细石英集合体)外还有Na2CO3,也可以解释为什么在绢云母中往往会出现钠云母。顺便提及,前人发现澜河(201)铀矿床中的绢云母全是钠云母(Na2O≈3.5%～6.9%)。近期笔者对澜河、东坑的铀矿石再次进行剖析,发现这两个矿床和石土岭的绢英岩化类型有一系列的相似性。绢云母是含水矿物(H2O+≈5%～6%),而长石、石英均为不含水的矿物。早期的长石化是无水高温蚀变,即蚀变过程没有水溶液参与,而是由超临界态的地幔流体(或简称为幔汁)(>374℃)进行蚀变作用。当温度降低到亚临界态时开始出现真正的热液,产生含水的绢云母化。此时热液水量还不够多,水/岩比很低,这就保证了热液中的铀浓度相对较高,易于形成富矿。再加上紧接长石化之后的高温绢英岩化反应是发生在此前已经大量排硅的长石化缺硅花岗岩介质之中,因而热液中Si/U比很低。Si/U比低再加上水/岩比也低,减少了热液中水和硅质对铀浓度的稀释效应,故而多形成富矿。这正是硅质脉型铀矿成矿所欠缺的致富条件。综上所述,今后在华南花岗岩地区寻找绢英岩型铀矿需要在找矿方向、找矿标志、揭露方式、评价标准上进行一系列的更新(当然昔日的硅质脉型铀矿仍然有重要的找矿远景):(1)要改变只注意找硅化带、硅质脉的习惯。核工业290研究所的同行们早已指出“要跳出硅化带找矿”。视域要扩大,要注意到绢英岩化(与硅质脉无关)的碎裂蚀变岩发育区找矿,在野外大体有以下识别特征:①在风化露头上可见白云母以及大量更细小的绢云母鳞片闪闪发光;②原花岗岩结构已不存在,蚀变为鲜草绿色或灰绿色破碎岩;③用手捻之,风化岩石中几乎全是泥质矿物,石英颗粒很少,是简单有效的判别方法;④粗淘重砂,黄铁矿较多。岩石风化后出现不均匀褐铁矿红化或铁染;⑤仪器放射性强度测量也许只有低异常显示。由于花岗岩先经强烈长石化,后又叠加上绢英岩化,岩石已全部疏松多孔,再加上又易于发生构造剪切作用,故地表露头极易风化淋失,使铀含量变贫,放射性高强度变为低强度。因此放射性强度测量即使γ值不高也不应放弃注意,需剥开后再测;⑥此类型铀矿采用水化学(水铀、水氡)、普通物探(电、磁、重)等方法找矿都是有效的。(2)绢英岩化所在位置实为钨锡石英脉型矿床已被剥蚀掉而剩下的矿根相(成矿温度高和近东西向云英岩化密集裂隙群产状都是它的证明)。这方面笔者过去有专门论述。今后在钨矿(特别是小型钨矿)分布区要特别注意花岗岩和外带沉积变质绢英岩化的发育。在华南钨矿石英脉所在的花岗岩体都是富铀花岗岩(U≈30×10-6),比产铀花岗岩岩基的铀含量[U≈(10～25)×10-6]还高。(3)华南钨锡石英脉矿床和铀矿床虽然同属花岗岩型矿床,但由于成矿时代不同(钨矿早于铀矿),在地形上钨矿总是显著高于铀矿,钨矿多位于同一个地区的高山之上,在湘、粤、赣大体大于海拔600m,在西部如黔、桂则更高些。今后要在高山区开拓找矿范围,打小坑道或水平钻是初步揭露简便易行的方法。(4)要更加注意找近东西向构造(如近东西向的云母线裂隙密集带)。槽探、坑探的揭露线和勘探线方向布置不宜再套用过去专门垂直于北北东向硅化带、硅质脉的老思路。(5)要注意暗色岩分布区(辉绿岩、煌斑岩等)。最近发现一个重要的规律:碱交代热液总是尾随其后在其附近几百米范围内活动。每一期暗色岩墙之后总有一期碱交代热液活动,在暗色岩墙及其附近的花岗岩形成碱交代岩,有利于铀矿化发育。特别是暗色岩墙经过构造破碎和热液蚀变就更值得注意。暗色岩墙一经蚀变、风化后颜色变红(其