湘西南地區(qū)成巖型鈾礦成礦機(jī)制研究

熊建忠

文章編號(hào)：1672-5603（2018）02-043-4

摘 要 成巖型鈾礦床，在國(guó)外被稱為“頁(yè)巖鈾”，是一種被認(rèn)為有可能改變當(dāng)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(qū)是我國(guó)成巖型鈾礦唯一的集中分布區(qū)。通過對(duì)成巖、成礦的研究，初步認(rèn)為湘西南地區(qū)成巖型鈾礦是在伸展構(gòu)造環(huán)境條件下，中基性巖漿活動(dòng)產(chǎn)生的多期的、間歇性海底噴流將地殼深部的鈾等成礦物質(zhì)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(guān)鍵詞 湘西南；鈾礦；成礦機(jī)制研究

中圖分類號(hào)：P611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(gè)多世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)黑色頁(yè)巖系鈾礦進(jìn)行了深入研究，取得了眾多成果，瑞典“明礬石頁(yè)巖型”鈾礦床即為此類型典型礦床。該類型鈾礦床相當(dāng)于國(guó)內(nèi)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(fēng)化殼型、淋積型和熱液疊加改造型鈾礦床，是經(jīng)沉積成巖作用形成富鈾層位后，在后期內(nèi)力或外力作用下改造形成的鈾礦床。目前我國(guó)成巖型鈾礦主要分布于湖南省湘西南地區(qū)。

目前國(guó)內(nèi)成巖型鈾礦床研究主要集中于沉積環(huán)境的研究，研究的重點(diǎn)層位巖性為含寒武系底部炭質(zhì)泥巖、炭硅質(zhì)泥巖。成巖型鈾礦成因的傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，鈾是陸源成因的，鈾來(lái)自陸地而非海底，生物及生物地球化學(xué)作用對(duì)成礦起著主導(dǎo)作用，寒武系底部因此被認(rèn)為是主要富鈾層位，但目前國(guó)內(nèi)在該層位尚未發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)意義的成巖型鈾礦床或礦點(diǎn)。

震旦系硅質(zhì)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(qū)成巖型鈾礦主要產(chǎn)于以硅質(zhì)巖為主的震旦系留茶坡組中，說(shuō)明鈾礦成礦與硅質(zhì)巖關(guān)系密切。硅質(zhì)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(biāo)志。硅質(zhì)巖還與某些礦產(chǎn)如鈾、鐵、錳、磷、重晶石等具有十分密切的時(shí)空成因關(guān)系。

海底火山熱液噴流成礦作用理論認(rèn)為：震旦紀(jì)末期，湘西南地區(qū)巖漿作用強(qiáng)烈，海底火山熱液噴流作用帶來(lái)的高硅質(zhì)流體經(jīng)化學(xué)沉積作用形成硅質(zhì)巖，礦物質(zhì)則溶解于海水中，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)期中間存在較長(zhǎng)的相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期，金屬礦物在這一時(shí)期能夠被粘土礦物吸附成礦。湖南省核工業(yè)地質(zhì)局301大隊(duì)根據(jù)這一成礦理論，在永順縣朗溪釩礦詳查實(shí)施過程中，第一次在湖南省震旦系上統(tǒng)留茶坡組以硅質(zhì)巖為主要巖性的層位中找到釩礦層，實(shí)現(xiàn)了對(duì)震旦系上統(tǒng)留茶坡組含礦性認(rèn)識(shí)的又一次重大突破。運(yùn)用海底熱水沉積成礦理論指導(dǎo)鈾礦找礦工作，有望在鈾礦成礦理論和找礦實(shí)踐上實(shí)現(xiàn)新的突破。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)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(jié)合部。以板溪群，震旦系及中生界地層分布最廣，約占本區(qū)總面積的四分之三。冷家溪群、板溪群為地槽型復(fù)理石、類復(fù)理石建造和沉積火山碎屑巖建造，震旦系下統(tǒng)主要是冰川—冰海相碎屑巖建造，震旦系上統(tǒng)—志留系為淺海泥質(zhì)、砂質(zhì)、粉砂質(zhì)沉積和少量碳酸鹽沉積，上古生界為標(biāo)準(zhǔn)地臺(tái)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(qū)內(nèi)留茶坡組（Zbl）巖性穩(wěn)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(zhì)巖，上部為灰色、灰白色薄層硅質(zhì)巖，具黑白相間的條帶構(gòu)造，懷化、溆浦一帶在硅泥質(zhì)夾層中有鈾礦化，并分布中小型鈾礦床。

2 湘西南地區(qū)成巖型鈾礦成礦機(jī)制探討

2.1 硅質(zhì)巖成因

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

2.2 鈾的來(lái)源

在20世紀(jì)80～90年代，在一些實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(cè)到了海底成礦作用。A.Maucher在20世紀(jì)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(duì)海底熱水噴流沉積礦床進(jìn)行了分類，總結(jié)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(jì)后期成為一個(gè)普遍接受的成礦思想，是對(duì)層控理論的充實(shí)和深化。

現(xiàn)代海底成礦作用的成礦理論認(rèn)為鈾最終來(lái)源于海底而非陸地。湘西南地區(qū)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(zhì)來(lái)源具巖漿成因。胡瑞忠等學(xué)者認(rèn)為，產(chǎn)于碳硅泥巖中的鈾礦化，主要形成于反映本區(qū)地殼拉張的中基性巖漿活動(dòng)時(shí)期，鈾礦化與幔源火成巖——煌班巖、玄武巖有關(guān)[3]。黃崇柯（2006）通過對(duì)揚(yáng)子陸塊鉛鋅礦成礦研究認(rèn)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(qū)長(zhǎng)期處于伸展裂陷構(gòu)造環(huán)境有成因關(guān)系。因此，這一時(shí)期應(yīng)該是揚(yáng)子陸塊的一個(gè)重要成礦時(shí)期，而且鈾等元素的成礦與伸展構(gòu)造環(huán)境及中基性巖漿活動(dòng)有關(guān)。

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(shí)期位于揚(yáng)子陸塊東南緣裂陷帶中，裂陷帶中由于長(zhǎng)期的海底火山噴溢和熱水沉積作用，形成大規(guī)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(fā)現(xiàn)數(shù)十個(gè)成巖型的礦床、礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)，其中麻池寨礦床礦床達(dá)中型規(guī)模。以麻池寨礦床為例，該地區(qū)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(zhì)巖夾薄層或微層含炭泥巖，以硅質(zhì)巖為主，厚9-12米。

⑤ 黑色中層硅質(zhì)巖，厚3-4米。

④ 黑色薄層硅質(zhì)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(zhì)巖及中薄層硅質(zhì)巖，風(fēng)化后灰白色，厚68.5 米。

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

① 上部黑色中層硅質(zhì)巖，下部灰色中薄層含泥硅質(zhì)巖，厚2-4米。

中段

灰色中層狀含硅質(zhì)泥巖，風(fēng)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(zhì)巖，致密堅(jiān)硬，性脆、層理不發(fā)育，可見黑白細(xì)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(zhì)泥巖呈灰色、深灰色，具條帶狀構(gòu)造或塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為水云母、非晶質(zhì)石英、微晶石英、黃鐵礦以及極少量有機(jī)質(zhì)。鈾主要以吸附態(tài)較均勻散布于礦石在中，鈾主要吸附劑為粘土礦物，不規(guī)則黃鐵礦富含鈾，部分有機(jī)質(zhì)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(huán)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(lái)，中國(guó)南方曾經(jīng)多次出現(xiàn)大地構(gòu)造拉張狀態(tài)，熱水沉積碳質(zhì)硅質(zhì)巖分布廣，層數(shù)多，閉塞還原及穩(wěn)定的沉積不補(bǔ)償環(huán)境十分發(fā)育，是尋找海底熱水噴流成因礦床極有遠(yuǎn)景的區(qū)域。目前在廣東、廣西等地已發(fā)現(xiàn)屬于海底熱水噴流成因硅質(zhì)巖型金礦[5]。

震旦紀(jì)末期，湘西南地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，海底火山熱液噴流作用帶來(lái)的高硅質(zhì)流體經(jīng)化學(xué)沉積作用形成硅質(zhì)巖，熱水噴流作用帶來(lái)的鈾等礦物質(zhì)使海水中鈾濃度很高，當(dāng)出現(xiàn)短暫的以陸源碎源碎屑沉積為主的沉積時(shí)期時(shí)，鈾能被粘土礦物及有機(jī)質(zhì)吸附成礦，而寒武紀(jì)早期是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的陸源碎屑沉積環(huán)境，由于陸源碎屑沉積時(shí)間長(zhǎng)，鈾雖然被粘土、有機(jī)質(zhì)吸附形成含鈾層位，但由于鈾處在一個(gè)較低的濃度環(huán)境，難以形成一定規(guī)模的鈾礦體。

以往關(guān)于成巖型鈾礦床成因的結(jié)論是值得商榷的。傳統(tǒng)的成礦理論認(rèn)為，鈾是陸源成因的，鈾來(lái)自陸地而非海底。《中國(guó)鈾礦找礦指南》[6]將成巖型鈾礦成礦模式總結(jié)為：鈾源區(qū)源巖隆起剝蝕→鈾在水體中遷移進(jìn)入海水中→鈾在水動(dòng)力相對(duì)平靜環(huán)境和生物細(xì)菌作用產(chǎn)生的吸附、還原環(huán)境下富集成礦。湘西南震旦系硅質(zhì)巖中鈾礦床產(chǎn)出的特殊巖性條件表明，相對(duì)于炭質(zhì)頁(yè)巖，鈾與硅質(zhì)巖的關(guān)系更為密切。傳統(tǒng)成礦理論解釋不了鈾成礦與硅質(zhì)巖的關(guān)系，解釋不了為什么寒武紀(jì)早期水動(dòng)力條件更為平靜，生物細(xì)菌作用更為強(qiáng)烈的環(huán)境下不能成礦而在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈的震旦紀(jì)末期成礦。成巖型鈾礦床與硅質(zhì)巖的形成密切相關(guān)，與其它金屬礦產(chǎn)的沉積成礦密切相關(guān)，海底熱水噴流成礦理論解釋成巖型鈾礦床的成因無(wú)疑是成功的。

現(xiàn)代鈾礦床學(xué)理論越來(lái)越重視鈾的深部來(lái)源，產(chǎn)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(huán)境下形成的，來(lái)自地殼深部的鈾源是主要的鈾源之一[7]。上個(gè)世紀(jì)九十年代興起的深大斷裂控礦理論，較為系統(tǒng)地闡述了在拉張伸展環(huán)境下深部鈾源的成礦作用，但目前運(yùn)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(yùn)用海底熱水噴流成礦理論在指導(dǎo)鈾礦找礦方面可作為我們今后的一個(gè)的研究課題和研究方向。

3 找礦方向

湘西南地區(qū)，主要是懷化地區(qū)，是我國(guó)碳硅泥巖型鈾礦的重要產(chǎn)區(qū)，碳硅泥巖型鈾礦四大亞類，風(fēng)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(diǎn)，但產(chǎn)于震旦系留茶坡組中的成巖型鈾礦床是懷化地區(qū)的鈾礦主要類型，而且也是我國(guó)成巖型鈾礦唯一的集中分布區(qū)。上個(gè)世紀(jì)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(fā)現(xiàn)數(shù)十個(gè)成巖型的礦床、礦點(diǎn)，占該地區(qū)碳硅泥巖型鈾礦礦床、礦點(diǎn)數(shù)量90%以上，其中麻池寨礦床達(dá)中型規(guī)模。湘西及湘西南地區(qū)以往鈾礦找礦工作以工作區(qū)是否具有酸性巖體作為判斷成礦地質(zhì)條件是否優(yōu)越的主要條件，以尋找寒武系底部炭質(zhì)頁(yè)巖中的熱液疊加改造型鈾礦床為主要目標(biāo)，但由于該地區(qū)遠(yuǎn)離酸性巖體，這些成巖型礦床、礦點(diǎn)沒有引起足夠重視。近年來(lái)，湘西及湘西南地區(qū)運(yùn)用海底熱水噴流成礦理論指導(dǎo)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(qū)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(dòng)、沒有后期熱液疊加改造的條件下，只要具備一定的沉積環(huán)境和構(gòu)造條件，海底熱水噴流作用也能直接形成一定工業(yè)意義的鈾礦體。因此，對(duì)懷化地區(qū)這些礦床、礦點(diǎn)進(jìn)行重新評(píng)價(jià)、尋找該類型礦床新的成礦遠(yuǎn)景區(qū)十分有必要。

懷化地區(qū)成巖型鈾礦賦存于震旦系上統(tǒng)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(jié)論

海底火山熱液噴流作用帶來(lái)高硅質(zhì)流體，也帶來(lái)鈾等深部成礦物質(zhì)。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(jié)果，但海底熱水噴流成礦作用是湘西南地區(qū)鈾礦成礦的主要成因。

湘西南地區(qū)具有成巖型鈾礦成礦的有利地質(zhì)條件，是我國(guó)成巖型鈾礦的主要集中區(qū)。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(wěn)定，因此找礦潛力巨大，有必要對(duì)這些礦床、礦點(diǎn)進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。

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