诸广岩体中部塘湾地区铀成矿地质条件及找矿潜力

刘文泉 赖 静 吴德海 江卫兵

(1.核工业二九〇研究所,广东 韶关 512029;2.江西应用技术职业学院资源环境与珠宝学院,江西 赣州 341000)

南岭中段诸广岩体是华南地区重要的产铀岩体,产出长江、百顺、城口等系列铀矿田,铀资源量极其丰富,已有矿床的边深部找矿潜力大。塘湾矿床位于诸广岩体中部城口矿田内,是该矿田内唯一的中型铀矿床,具有相当重要的研究意义[1]。自20世纪90年代以来,塘湾矿床的勘查和科研工作几乎停滞,直至近些年在中国核工业地质局的支持下先后开展了地质、物探和化探工作,显著提升了该地区的铀矿找矿工作程度。已有的成果资料显示,塘湾矿床边深部仍具有很好的找矿潜力。本研究在前人工作的基础上,结合近些年在塘湾矿床开展的系列工作,综合分析区内铀成矿地质条件和铀矿化特征,为今后的找矿勘查工作提供必要的思路和依据。

1 区域地质背景

1.1 大地构造位置

塘湾位于南岭中段诸广岩体中部,大地构造位置处于闽赣后加里东隆起南缘与湘桂粤北海西—印支坳陷的刚柔地块结合部位附近(图1(a)),区域上受SN向万洋—诸广、EW向九峰—大余和NE向万长山3条构造岩浆活动带联合控制[2-4]。从壳幔圈层角度来看,研究区位于多个深层构造单元(幔凸与幔凹)的相互交接过渡地带(图1(b)),为塘湾地区构造岩浆活动及铀成矿作用提供了有利的大地构造条件。

图1 研究区大地构造位置示意Fig.1 Schematic of tectonic position of the study area

1.2 地 层

塘湾位于诸广岩体中部,外围地层出露较齐全,从震旦纪至第四纪各时代的地层仅缺失志留系、下泥盆统与中三叠统(图2)。其中,前震旦系为一套中—深变质为主体的变质岩,岩石含铀量为(2.3～5.3)×10-6;新元古界为一套区域浅变质为主的海相沉积岩;下古生界分布于岩体外侧接触带附近,包含寒武系以及奥陶系的龙头寨群和下黄坑群,总体上是一套遭受浅变质程度(低绿片岩相)的区域变质岩,铀含量一般较高,为(5.0～7.0)×10-6,最高可达10.0×10-6。 上古生界缺失下泥盆统,石炭系和二叠系夹少量煤层,含煤层部分铀含量高,局部富集;中生界包含三叠系、侏罗系与白垩系,三叠系主要为一套浅海相碳酸盐岩及细碎屑岩类沉积岩和山间盆地类磨拉石碎屑岩沉积,侏罗系则为一套浅海相、海相—内陆山间盆地相碎屑岩,白垩系以陆相碎屑沉积为主(图2)。

图2 诸广山岩体地质特征[1-3]Fig.2 Geological characteristics of the Zhuguangshan pluton

1.3 岩浆岩

诸广岩体位于南岭地区3条大型平行花岗岩带的北带,是一个多期多次活动的巨型复式岩体,出露面积大于4 000 km2。其中加里东期出露面积75 km2,海西期144 km2,印支期937 km2,燕山早期为1 576 km2,岩体形成于加里东期、印支—燕山早期,构成岩体的主体。

印支期岩体沿万洋—诸广呈SN向分布,燕山早期岩体则呈NEE向和NWW向展布,构成五峰—大余岩体。诸广山岩体从早到晚以中酸性岩浆活动为主,同时也存在中基性岩浆活动,从加里东期的二长辉长岩—印支期的云辉二长岩—燕山晚期的辉长岩、辉绿岩、煌斑岩、玄武岩、安山岩等均有出现。加里东期、印支期铀含量为(7.0～11.0)×10-6,印支、燕山期铀含量高达(16.0～19.8)×10-6,是花岗岩类岩石铀克拉克值的4～5倍。在塘湾地区主要出露的是燕山期各阶段花岗岩,主体为三江口岩体,小岩体为塘湾岩体。

1.4 断裂构造

诸广地区的主要断裂构造有SN向、NWW向和NEE(NE)向3组(图2)。SN向构造带大致沿东经114°延伸,长大于85 km,宽8～12 km,是加里东以来形成的控岩构造,控制了印支期第3阶段中粒斑状二云母花岗岩和燕山晚期的中粒二云母花岗岩,呈SN向分布,北部控制鹿井矿田,南部控制了长江、百顺矿田。NWW向构造带主要有塘湾—全安带,长约60 km,宽10～20 km,是一形迹比较宽、散的构造带。NEE(NE)向构造带是岩体主要断裂,它既是控矿断裂,部分又是含矿断裂,如城口断裂。

城口矿田内区域性深大断裂为NE向热水断裂,走向 30°～48°,倾向 SE、NW,倾角 50°～85°,局部(城口镇附近)呈成反“S”型,规模较大,宽数米至十数米不等,长约20 km。带内物质成分复杂,以硅质填充物和石英为主,热液活动强烈,多期多次活动特征显著,为区域性导矿、控矿构造,局部含矿,沿走向断续分布有矿化点、异常点。

2 塘湾矿床地质特征

2.1 岩体特征

塘湾矿床位于NNW向塘湾断裂和NEE向城口断裂的交汇地段(图3),广泛出露燕山期花岗岩,主要岩性有中粗粒斑状黑云母花岗岩(三江口岩体),中(细)粒斑状二云母花岗岩和中细粒斑状黑云母花岗岩(塘湾岩体)以及燕山晚期细(中)粒二云母花岗岩、细粒黑云母花岗岩,另见有少量碱交代岩和辉绿岩脉。不同岩性之间以侵入接触为主,在接触部位常见有伟晶岩化、硅化、冷凝边和烘烤边等现象。其中,中粗粒斑状黑云母花岗岩(三江口岩体)、中(细)粒斑状二云母花岗岩和中细粒斑状黑云母花岗岩(塘湾岩体)是区内的主要赋矿围岩。前人对区内花岗岩的研究结果表明:中粗粒斑状黑云母花岗岩、中细粒斑状二云母花岗岩、细粒二云母花岗岩均为过铝—强过铝质花岗岩S型花岗岩[5-7],它们均主要由区内的富铀底层基底部分熔融形成,岩石铀含量高。

2.2 构造特征

区内断裂构造发育,按走向可分为NEE、NE、NW和近 SN(NNW)向4组(图3)。NEE向城口断裂、NW向塘湾断裂为区内主要的控矿构造,在二者持续的构造应力作用下,派生一系列次级构造,其中NEE向城口断裂是区内最主要的含矿构造,其上盘发育一系列走向基本一致、倾向深部相交汇的次级构造,亦多为含矿构造。另外,在NW向塘湾断裂带内局部见有铀矿化现象,地表出露系列矿点和矿化点;在近SN向的多条近平行的断裂带中同样见有系列的铀矿化现象,尤其在与NE、NEE向构造交汇处较发育。这些矿化点、异常点是否具有工业价值,尚待进一步核查。

图3 塘湾地区铀矿地质特征Fig.3 Geological characteristics of uranium deposit in Tangwan area

总体而言,区内构造格局较明朗,断裂构造发育具有多方向性、发育密集、力学性质多变、形态复杂、继承性强等诸多特征,整体构造格局有利于铀成矿,但是对于各构造的成矿有利性及具体有利部位的分析研究有待进一步加强。

2.3 围岩蚀变特征

区内热液蚀变发育强烈而广泛,见有白云母化、云英岩化、碱性长石化、水云母化、硅化、赤铁矿化、褐铁矿化、黄铁矿化、萤石化、绿泥石化、高岭土化等一系列蚀变,以断裂带为活动中心在其上、下盘两侧围岩中均有发育。其中,硅化、赤铁矿化、黄铁矿化、萤石化、绿泥石化在空间上和铀矿化关系最为密切。

一方面,不同断裂构造以及同一断裂构造的不同地段的蚀变类型、蚀变强度和范围具有一定的差异,这对于铀矿找矿勘查时相对有利,可充分利用蚀变发育的差异性和铀矿化的关系,找寻有利的含矿断裂构造和有利地段。另一方面,研究区围岩蚀变在空间上具有普遍性规律:在垂向上,各蚀变矿物以及同一蚀变矿物具有明显的叠加发育现象,反映了热液活动的多期、多阶段特征;在水平方向上,自断裂带中心部位往两侧,蚀变强度整体呈现逐渐减弱的趋势。目前区内热液蚀变整体研究程度相对较低,缺乏系统的研究,区内的蚀变期次和蚀变分带也尚未明确划分。

2.4 矿体特征

目前,塘湾矿床已发现铀矿体40余条,以盲矿体、小矿体居多,呈舒缓波状、透镜状;赋存标高350～-210 m,主矿体揭露最新标高至近-300 m,走向长度一般为20～40 m,少数达100 m,最长640 m,延深一般为20～50 m,最深达500 m。2019年至今所揭露的矿体最大厚度近15 m,品位约0.3%,显示其往深部显著变优;在矿床外围也接连发现了新矿体,矿体厚度、品位均较好。矿体产状随断裂构造的变化而变化,总体上呈NEE走向,近地表倾角较缓,100 m标高以深近直立。矿体品位、厚度不均匀。区内最大矿体为I号主矿体,规模较大(长640 m,延深500 m),品位、厚度中等,产于城口断裂(F1)硅化破碎带中,受F1与F10断裂的复合部位控制。

3 塘湾矿床铀成矿条件

3.1 岩体与铀成矿的关系

3.1.1 铀 源

铀源作为铀矿床形成的必要条件和铀矿床成因研究的最主要内容之一,前人就华南花岗岩型铀矿床的铀源这一科学问题,进行了大量研究工作,基本达成共识——铀源主要来自于产铀花岗岩,部分可能来自于变质结晶基底[8-10]。而对于花岗岩型铀矿床,具有偏铝质高钾钙碱性和过铝质等典型特征的浅色花岗岩是良好的铀源岩[11],岩石中的晶质铀矿以及铀钍石、锆石、独居石等铀矿物或者含铀副矿物在特定的氧化环境下可以且容易被浸取出来[12-16],为铀矿床的形成提供铀源。

塘湾岩体的中细粒斑状二云母花岗岩、细粒二云母花岗岩和三江口岩体中粒—中粗粒斑状黑云母花岗岩铀含量分别为(10.50～27.18)×10-6(平均为16.48×10-6)、38.10×10-6、(12.50～24.90)×10-6[5-7],显著高于华南产铀花岗岩的平均值(3×10-6)[17],并且三者均为高钾钙碱性的过铝—强过铝质花岗岩,具有较典型的产铀花岗岩系列特征[5-7],反映其均为富铀、产铀花岗岩,表明塘湾岩体和三江口岩体具有为矿床提供丰富铀源的潜力。另外,地质特征显示区内热液蚀变发育广泛且强烈,蚀变范围最宽达上百米、多种类型多期蚀变叠加发育,指示区内花岗岩经历了较强烈的水—岩反应,铀元素得以活化、淋滤萃取,即区内铀成矿具有较好的铀源条件。

3.1.2 岩性与铀成矿

塘湾矿床铀矿化类型以硅化带型为主,蚀变碎裂(花岗)岩型次之,前者产于硅化断裂带中,分布广,后者产于小裂隙发育的碎裂花岗岩内。从目前的铀矿化分布特征来看,二者均与岩体存在明确的空间联系。

根据地表调查和钻孔揭露的地质事实,区内的铀矿化主要赋存于中粗粒斑状黑云母花岗岩和中粒斑状二云母花岗岩中。分析发现中粗粒、中粒花岗岩与细粒花岗岩在化学成分[4-6]上基本一致,而在物理性质上的差异明显,当断裂构造通过时,在中粗粒、中粒花岗岩中通常影响范围更大,更有利于热液流体的迁移和交代。另外,见有部分异常和矿化赋存受晚期小岩体(细粒黑云母花岗岩、碱交代岩)控制,产出于小岩体的接触部位或者小岩体内部。

3.2 构造条件

区内构造较发育,但是铀矿化全部产出于NEE向城口断裂带及与之相交的次级派生构造中。因此本研究重点分析城口断裂带的有利构造条件。NEE向城口断裂是塘湾矿床主要的控矿、含矿构造,构造长度大于70 km,宽2～5m,最大达8 m。构造带产状变化大、总体产状(70°～82°)∠(62°～90°),沿走向及倾向均呈膨胀收缩、分支复合、尖灭再现和波状弯曲的特点,其在构造活动力学性质和构造形态上均存在有利的铀成矿条件。

3.2.1 力学性质条件

城口断裂带内物质成分较复杂,本研究分析认为其活动具有多期、多阶段的特征:

(1)早期特征。断裂构造的延伸规模和延深规模均较大,构造带及其两侧的花岗岩呈现出矿物细粒化、矿物重结晶以及片理化构造岩(糜棱岩和糜棱岩化碎裂岩)等现象(图4(a))。构造带形成后未经后期活动改造,带内透镜体指示了城口断裂的压扭性特征。

(2)中期特征。构造带张开,充填形成辉绿岩脉和系列的灰白色等浅色硅质脉(图4(b)),这一阶段也为区内铀成矿的早期,可见构造带走向由小角度变为大角度时脉壁平直且粗糙、宽度变化较大,倾向上厚度不均匀,张性特征明显。

图4 城口断裂野外照片Fig.4 Field photo of Chengkou fracture

(3)晚期特征。构造整体表现为张扭性质,局部弯曲位置表现为压扭性质,见早中期的构造角砾岩和辉绿岩破碎,该阶段对应于区内铀成矿的主成矿阶段,带内主要见有系列微晶石英、梳状石英、萤石、黄铁矿等岩浆期后热液形成矿物,并且大量旁侧次生发育的含矿裂隙表现为张性、张扭性特征(图5(a)、图4(b)),早期扭性裂隙之间也可见发育成组的张性裂隙(图5(b))以及成组的张扭性弧形裂隙(图5(c)、图4(b))。

图5 含矿裂隙的主要形态特征Fig.5 Main morphological features of ore-bearing fissures

综合以上地质现象,本研究认为城口断裂最有利的成矿部位可能为左行的扭折变异相对张开地段,与晚期张扭性构造活动有关。城口断裂这种多期、多阶段、多性质的构造活动对成矿流体的上升、迁移、交代和沉淀成矿提供了空间和动力学上的有利条件。

3.2.2 构造形态条件

塘湾矿床作为较典型的花岗岩型铀矿床,其本质是热液型铀矿床,最主要的控矿因素即断裂构造。根据上述力学性质以及区内已知矿体的赋存特征,城口断裂带有利于铀成矿的部位非常发育。

通过详细的野外调查和前人大量的钻孔揭露资料分析,本研究认为城口断裂(F1)有利于铀成矿的部位主要有以下几种情况:

(1)城口断裂走向上角度变小的部位,主要是断裂构造呈“S”型弯曲的中部和呈反向“S”型弯曲的两侧部位(图6),如塘湾矿床就产出于城口断裂“S”型弯曲的中部位置。

图6 城口断裂带含矿有利部位平面示意Fig.6 Schematic of favorable ore-bearing position of Chengkou fault

(2)城口断裂带与其派生的次级断裂带的交汇部位,一种情况是在城口断裂分支复合的夹持部位见有铀矿产出于其派生的NE向次级断裂带内,另一种情形则是城口断裂及其与大角度的次级派生断裂带中相交的部位(图7)。

图7 城口断裂次级带含矿有利部位平面示意Fig.7 Schematic of favorable ore-bearing position of secondary fault of Chengkou fault

(3)城口断裂带倾向上膨大、收缩及产状陡缓变化的部位是铀矿体赋存的有利部位;城口断裂与其近平行断裂和次级派生断裂倾向相向时,两断裂构造的靠近、交汇部位是铀矿体赋存的有利部位(图8)。

图8 塘湾矿床断裂带含矿有利部位剖面示意Fig.8 Schematic of the profile of favorable ore-bearing position of fault structure in Tangwan area

3.3 热液蚀变

由上述围岩蚀变特征可知,塘湾矿床的热液活动强烈、频繁且范围广,蚀变围岩范围最宽可连续上百米,形成的蚀变具有多类型、多期次、多阶段叠加发育的特征。区内铀矿化往往产于蚀变强烈的硅化破碎带及其两侧的蚀变碎裂岩中。

基于前人成果及野外地表调查、钻孔揭露等信息,初步对区内的热液蚀变进行了水平分带划分(图9):①断裂带中心“硅质骨架”硅化和赤铁矿化蚀变带,通常赤铁矿化范围大于硅化范围,在见矿部位叠加发育黄铁矿化、萤石化,部分地段发育少量碳酸盐化,见方解石呈细脉状或呈片状、粉末状充填在孔洞内;②水云母化蚀变带,近地表主要发育浅黄绿色面状水云母化,并与硅化和赤铁矿化带多呈截然接触;在中深部则见有绿泥石和白色、粉红色方解石呈脉状、网脉状穿插,与中心硅化带常呈渐变关系;③高岭土化蚀变带,主要发育高岭土化,近地表常见褐铁矿化叠加发育,中深部见钾化和碳酸盐化;④碱性长石蚀变带,主要发育钾化,常见有钾长石发育环带和石英含量显著减少特征,该带是最不发育的,仅在个别钻孔中可见,往外继续远离断裂带正常花岗岩;⑤正常花岗岩带。

图9 塘湾矿床断裂构造蚀变分带示意Fig.9 Schematic of alteration zones of fault structure in Tangwan area

塘湾矿床的热液蚀变类型多样,与铀矿化关系密切的蚀变主要为硅化、赤铁矿化、黄铁矿化、萤石化、绿泥石化、水云母化、碳酸盐化等,铀矿找矿最有利的蚀变标志为硅化、赤铁矿化、黄铁矿化和萤石化。根据塘区内的铀矿化和蚀变矿物的共伴生关系和蚀变矿物间的包裹、穿插、交代改造、次生增生等关系,结合前人对城口矿田和邻近长江矿田蚀变的认识,本研究将塘湾矿床与铀矿化关系密切的主要热液蚀变划分为成矿前期、成矿期和成矿后期3期6个阶段热液活动,具体如表1所示。

表1 塘湾矿床主要蚀变分期Table 1 Main alteration stages in Tangwan area

热液作用能使副矿物的晶体结构和成分发生改变,甚至形成新的矿物,同时使富铀副矿物释放大量的铀进入热液流体,而且富铀副矿物受热液作用越强,铀含量降低越明显,释放的铀就越多[18],因此区内大面积的围岩蚀变指示热液流体与围岩经历的水—岩反应更充分,岩体中的铀更能被活化萃取,为区内的铀成矿提供丰富的铀源。同时,区内多种热液蚀变的多期、多阶段特征则代表了相应的氧化还原物理化学条件环境的转变,更有利于铀的迁移和沉淀成矿。如早期黑云母蚀变形成的绿泥石可能代表了相对更高温和高氧逸度的氧化环境[19-20],而高氧逸度流体对花岗岩中铀的浸取作用,是花岗岩型热液铀矿床形成的关键过程[21]。另外,已有研究表明相邻长江矿区棉花坑矿床自远矿碱交代蚀变带、近矿绿泥石化蚀变带、矿旁水云母化蚀变带至矿化中心赤铁矿化蚀变带的SiO2的带入率整体上与U的带入率成正比[20,22],塘湾矿床的蚀变分带与其具有相当高的相似性,指示其可能同样具有较好的铀成矿指示作用。

4 找矿潜力

4.1 地表矿化信息丰富

塘湾矿床外围地表发现有一系列的矿点、矿化点和异常点(带),累计50余个(图10),这些铀矿化线索主要受城口断裂及其次级断裂带和城口断裂与其他方向断裂带的交汇部位控制,矿化岩性、围岩蚀变均与区内的工业矿体的含矿岩性有很高的一致性,说明其具有较强的找矿指示意义。通过槽探工程对部分异常点进行了揭露查证,发现了多处工业铀矿化(图11),证明地表这些异常点(带)具有较大的找矿潜力。总体上,区内矿床外围这些矿点多未进行更详细的扩大揭露,矿化点和异常点(带)多数也未进行进一步的工程验证,但对比已揭露情况认为区内尚有较大的找矿空间和潜力。

图10 塘湾地区地表矿化信息及物化探异常特征Fig.10 Surface mineralization information and geophysical and geochemical anomalies characteristics in Tangwan area

图11 塘湾地区矿化点查证素描图Fig.11 Sketch of verification of mineralization points in Tangwan area

4.2 物化探异常显著且有效

前文(“塘湾矿床铀成矿条件”部分)已述塘湾矿床具有形成花岗岩型铀矿的良好基础地质条件,总体成矿条件较优越,但塘湾矿床范围较大、面积广,故需进一步结合地球物理和地球化学等找矿信息进行综合分析。自2014年以来,核工业二九〇研究所、核工业北京地质研究院等单位在区内多个地段完成了音频大地电磁测深测量(AMT)、地面伽玛能谱、土壤氡气测量、铀分量化探等系列物化探测量。其中AMT测量结果显示城口断裂往深部延伸稳定,局部存在产状扭住变化,中深部“低阻凹陷区”多且位于产状变化或岩性界面附近,推测其深部可能存在隐伏铀矿体,具有较好的找矿潜力。

同时,区内存在有多处较好的铀分量异常、土壤氡异常和地面能谱铀异常等物化探异常叠合晕圈,多分布于断裂构造附近,受NEE向断裂构造的控制较明显,且具有明显的浓集趋势和浓集中心(图10),显示较好的找矿潜力。2019—2021年,通过钻探工程对以上部分物化探异常叠合浓集中心地段进行了揭露验证,发现了隐伏工业铀矿体(图12),证明了地面伽玛能谱、土壤氡、分量铀异常叠合浓集中心在该区的有效性[23-24],同时证明了区内存在较好的铀矿找矿潜力。

图12 塘湾地区矿化点查证钻孔剖面Fig.12 Borehole profile of the verification of mineralization points in Tangwan area

4.3 矿体特征显示深部矿空间较大

通过近几年工作,塘湾矿床I号主矿体规模进一步扩大,矿体具有规模大、走向和倾向上连续性好、延伸稳定的特征,2019—2021年往深部继续进行了扩大揭露,发现其往深部延伸具有厚度变大、品位变富的趋势。目前虽然矿体揭露控制程度较高,但是全部集中于-210 m标高以浅,而且诸多勘探线剖面上显示主矿体走向和倾向上尚未封闭,往深部矿化线索延伸明显,指示其往深部具有较好的铀矿找矿潜力(图13)。同时,矿床内其他矿体以往局限于工作程度、钻探技术、工作条件等诸多因素,多数矿体尚未完全控制,走向和倾向上多未圈闭,部分矿体仅由单工程或少数工程(小于5)控制,显示矿化线索较好,具有进一步开展工作的价值。

图13 塘湾地区X勘探线地质剖面Fig.13 Geological profile of No.X exploration line in Tangwan area

此外,近几年在矿床外围完成了不等工程间距的探索工作,在数条勘探线均发现了较好的工业铀矿体,矿床外围矿体数量显著增加,矿体品位、厚度、形态、产状等特征和矿石、矿物特征与矿床内主矿体相似,而且整体具有埋藏浅、揭露程度低的特征(图12、图14),对比分析认为其沿倾向和走向仍具有较好的找矿空间和潜力。

5 结论与建议

(1)塘湾地区大地构造位置条件优越,区内广泛发育燕山期各阶段富铀、产铀花岗岩,整体构造格局、含矿断裂构造形态及多期多阶段的力学性质均有利于铀成矿,围岩热液蚀变作用广泛而强烈,具有良好的铀成矿地质条件。

(2)区内热液蚀变分为成矿前期,成矿期和成矿后期3期6个阶段,其中硅化、赤铁矿化、黄铁矿化和萤石化等蚀变叠加发育是很好的找矿直接标志。初次划分的构造蚀变水平分带自构造带中心硅化带向外依次为水云母化蚀变带、高岭土化蚀变带、碱交代蚀变带和正常花岗岩带。

(3)主含矿构造城口断裂成矿期具有显著的张扭性特征,有利于成矿作用发生。找矿有利部位主要有:①平面上走向角度变小部位、与派生次级断裂的交汇或分支复合部位及与大角度次级派生断裂相交部位;②(剖面上)倾向上膨大、收缩及产状陡缓变化部位、与其近平行断裂和次级派生断裂靠近或者交汇部位。

(4)区内已知矿体多未封闭并且显示往深边部延伸较稳定,可进一步开展工作。建议下一步应加强对矿床外围矿化和异常点(带)以及地质条件优越且综合物化探异常吻合好地段的系统评估工作,以期揭露新的矿体,进一步扩大找矿前景。