Question

成矿地质特征与时空结构

Answer 1

江西相山铀矿田是我国目前最大最富的火山岩型铀矿田，在300余平方千米的矿田范围内共发现铀矿床20余个(见图1.1)。这些矿床虽然成矿特征和成矿类型各不相同，但它们相互联系，具有统一的时空演化系列。

3.4.1 成矿地质特征

3.4.1.1 含矿岩性

碎斑熔岩、花岗斑岩、流纹英安斑岩是相山火山-侵入杂岩的主体，分布面积261km²，占杂岩体面积的82%，其中碎斑熔岩的厚度最大，大于2000m。其他岩层或岩石，或分布在杂岩体外缘，或规模小，总面积仅为杂岩体的18%。

含矿岩石与火山-侵入杂岩体各岩层(体)规模大小有一定关系，主要含矿岩石有碎斑熔岩、花岗斑岩、流纹英安斑岩、基底变质岩、火山碎屑岩、砂岩、隐爆角砾岩等，碎斑熔岩中的铀矿储量约为相山矿田铀矿总储量的41%，其他各含矿岩石的含矿量所占百分比见表3.3。各矿床往往具有多种含矿岩性，因此认为相山矿田铀矿化对岩性的选择性不大。

表3.3 不同岩性含矿量统计表

3.4.1.2 矿体形态、规模

矿田内绝大多数矿体受断裂或裂隙控制，矿体多呈脉状或群脉状，产状较陡;产于隐爆角砾岩中的矿体受隐爆角砾岩筒的形态控制，矿体呈似柱状。

矿脉一般平行排列，或侧列。单脉规模较小，通常长20～50m，宽度与长度相近，厚度一般1m左右，呈薄板状。单裂隙控制的矿脉经常因厚度太薄而不能构成工业矿体，但当裂隙密集发育构成裂隙带或破碎带时，则可控制富大矿体，如邹家山矿床4号带C-502号矿体。近年来在邹家山矿床深部发现的缓产状富大矿体就是受裂隙密集带控制的。

受断裂破碎带控制的矿体规模较大，如赋存在邹石断裂带中的邹家山矿床3号带内的C2-302号矿体，走向长359m，倾向延伸145m，平均厚度2.61m，平均品位0.305%。

3.4.1.3 矿石特征

矿石矿物有含钍沥青铀矿、沥青铀矿、钛铀矿、铀钍矿、铀石、钍石、磷钍矿、含U胶磷矿、含U锐钛矿、赤铁矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、黄铜矿等，脉石矿物有钠长石、磷灰石、绿泥石、方解石、白云石、萤石、水云母、微晶石英等。

铀主要以独立矿物形式存在，也有以类质同像形式，或含于铀钍石等矿物中，或吸附于水云母、萤石、绿泥石等矿物的表面或空隙中。

矿石化学成分表现在，与围岩相比，SiO₂含量大大减少，CaO、P₂O₅含量有较大的增高。这与矿石强烈磷灰石化、碳酸盐化、萤石化相关。但不同的矿石类型，其化学成分的变化也不相同。

3.4.2 围岩蚀变特征

相山矿田热液蚀变主要有钠长石化、磷灰石化、绿泥石化、碳酸盐化、萤石化、水云母化、硅化。

钠长石化为矿前蚀变类型，主要交代岩石中的斜长石、石英、黑云母等矿物，斜长石脱Ca转变为钠长石的化学反应式可表示为

相山铀矿田多源地学信息示范应用

石英被钠长石取代的化学反应式为

相山铀矿田多源地学信息示范应用

黑云母蚀变为钠长石分两步进行:

相山铀矿田多源地学信息示范应用

钠长石化的重要意义除导致成矿溶液的组分和性质发生变化外，还导致遭受钠长石化的岩石的有效孔隙度大幅度增加，从而为其后的成矿热液的运移准备了大量相互可沟通的孔隙空间(张学权等，1980)。

磷灰石化主要分布在钠长石化岩石的核部，磷灰石交代、充填于钠长石化岩石的裂隙中，或呈角砾岩的胶结物的形式产出。早期的磷灰石晶体较细小，甚至呈胶状，粒径为0.0015～0.005mm;晚期磷灰石多为六方柱状的粗大晶体，柱长一般0.15～0.5mm，直径0.02～0.4mm，伴生方解石、绿泥石等蚀变矿物。

碳酸盐化主要形成脉状、浸染状、不规则状的方解石，局部见白云石、含锰方解石。从早至晚，方解石颜色由红变白，粒度由细到粗，质底由不纯到纯，并见方解脉穿插磷灰石脉的现象。

绿泥石化的绿泥石成分变化较大，有鲕绿泥石、淡斜绿泥石、蠕绿泥石、鳞绿泥石等，产出形态为浸染状或脉状，其中鳞绿泥石多为鳞片状集合体和致密块状;脉状绿泥石多为稍晚热液作用的产物。

早期萤石化表现为长石、黑云母、绿泥石、方解石等矿物被萤石交代而呈浸染状、团块状;晚期萤石化为充填型萤石脉体，常与水云母伴生并含少量磷灰石。

水云母化主要交代斜长石斑晶。水云母化强烈时，岩石中的钾长石、黑云母、绿泥石、石英均被水云母化。水云母的结晶形态有碎片状、长板条状和过渡型。水云母和萤石常伴生，晚期的水云母往往呈黄色脉体。

硅化基本上为矿后期较低温热液活动的产物，主要表现是脉状或梳状石英的充填，见微晶石英脉切断晚期矿脉的现象。在矿田西北缘形成了具一定规模的NE向硅化带，硅化带两侧岩石蚀变弱，矿物成分简单，硅化岩石未形成工业矿体，仅发现一些规模不大的放射性异常。

3.4.3 成矿类型

相山矿田属脉型铀矿(核工业270研究所等，1988)，矿化对围岩选择性不大，矿体主要受断裂、裂隙控制，与矿化有关的热液蚀变明显，蚀变矿物组合具有重要的成矿作用示踪意义。因此，笔者主要根据热液活动和热液蚀变矿物组合特点进行成矿类型的划分。

按蚀变矿物的组成特点，可划分以下矿石类型，即U-磷灰石型、U-绿泥石型、U-碳酸盐型、U-萤石型和U-水云母型。各类型矿石的矿物组成特点见表3.4。

U-磷灰石型、U-绿泥石型和U-碳酸盐型一般认为是碱性热液作用的产物，统称碱交代类型，而U-萤石型和U-水云母型是酸性热液作用的产物，称萤石-水云母型。

表3.4 相山铀矿田矿石类型一览表

单纯的碱交代型铀矿并不多，只有云际628矿床比较典型，许多矿床既有碱交代型的铀矿，也有萤石-水云母型的铀矿。因此，本书所指的萤石-水云母型铀矿类型实际上是复合类型的铀矿或以萤石-水云母型铀矿为主的铀矿类型。

3.4.4 成矿流体系统及其演化

成矿流体性质及其演化前人已做了较多的研究工作，据苏守田等(1980)、张学权等(1980)研究成果，碱交代型铀矿形成之前的钠长石化的形成温度为300～330℃，萤石-水云母型铀矿化最晚阶段的浅紫、浅绿色萤石形成温度为122～86℃，矿后硅化期的形成温度可能更低些。

反映成矿流体组分的矿物气液包裹体研究也积累了一些分析测试数据(表3.5)，从表3.5可知，钠长石化的热液呈碱性，pH=9.36～9.55，而方解石化、萤石化阶段的热液的碱度已具降低趋势，估计矿后硅化期的热液的碱度更低、酸度更高。

通过表3.5而计算的包裹体中各组分所占全部组分的百分含量显示，从矿前的钠长石化阶段到成矿期的方解石化、萤石化阶段，溶液中阳离子均是以Ca²⁺为主，阴离子以HCO^-₃或SO^2-₄为主，Na⁺含量明显降低，Ca²⁺含量到萤石化阶段降低明显，K⁺、Mg²⁺含量变化规律性不大，F^-含量呈增高趋势，Cl^-、HCO^-₃呈降低趋势，而SO^2-₄含量到萤石化阶段明显增高。遗憾的是，包裹体分析数据有限，且缺乏成矿期最晚阶段萤石和矿后期硅化形成的微晶石英的包裹体分析数据。因此，下面对成矿热液演化的分析，除根据包裹体成分或性质之外，还结合了矿石物质组分特点，因此带有较多推断的成分。

表3.5 相山矿田蚀变矿物气液包裹体主要成分

源于较深部的高化学能量的热流体，初始性质呈碱性，温度大于300℃，阳离子主要是Ca²⁺、Na⁺，而阴离子则包括CO₃^2-、PO^3-₄、SO^2-₄、SiO^4-₄、F^-等，当其与围岩发生反应时，围岩中碱性较弱的阳离子如Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺以及部分K⁺被置换出来进入流体，造成岩石的强钠长石化和溶液组分的不断变化;随着Na⁺的大量消耗，溶液的pH降低了，并逐渐向弱碱性至中性演化，U不断富集并开始沉淀，Ca²⁺与溶液中的PO^3-₄结合生成磷灰石，当PO^3-₄消耗完之后，多余的Ca²⁺又与溶液中的CO₃^2-化合生成方解石，Mg²⁺、Fe²⁺与溶液中的SiO^4-₄结合生成绿泥石。随着溶液中的SiO^4-₄、CO₃^2-、PO^3-₄的不断消耗，溶液向弱酸性至酸性演化，溶液中的强酸性组分SO^2-₄、F^-等逐渐增多，其中S^2-增多到一定程度时，则与溶液中的Fe²⁺及其他金属离子结合生成黄铁矿等金属硫化物，这种偏酸性的溶液或沿裂隙充填交代早先形成的碱交代岩或矿体，或沿裂隙继续运移，并与围岩发生化学反应，如长石的分解，生成大量水云母或萤石，并与少量磷结合形成磷灰石。此时，溶液中除Si之外的阴离子或阳离子逐渐消耗殆尽，溶液向富Si的酸性溶液转化，最后形成矿后期的硅化带。

3.4.5 成矿的时空结构

3.4.5.1 成矿时代

相山铀矿的形成年龄，早在1976年核工业北京地质研究院就开始进行了研究，结果是，碱交代型铀矿化年龄为128～115Ma，铀铅等时线年龄为119Ma，萤石-水云母型铀矿化年龄为104～98Ma，铀铅等时线年龄为99Ma，结合相山矿田的两大铀矿类型特点，把相山铀矿的形成时代划分为两期，即早期约120Ma，晚期约100Ma。这种划分方案一直沿用至今(杜乐天，2001;邱爱金等，2002)。

但是，我们知道，相山铀矿的两大铀矿类型是根据矿石组成及热液活动特点而划分的，两者是相互过渡的，一个矿床内两大类型铀矿往往同时存在，实际上两大铀矿类型是一期热液作用的结果，只不过成矿热液经历了一个长期而相对连续的演化过程，从成矿开始到结束，有数十百万年的时差。从历年发表的测年数据表(表3.6)我们可以看到，进一步划分成矿期次难度较大。因此笔者主张，相山铀成矿是一个相对连续的过程，下限143Ma，上限89Ma。

表3.6 相山矿田部分矿床矿石同位素年龄表

3.4.5.2 空间分布

在平面上:

(1)矿床密集分布在矿田北部和西部，东部只有1个矿床，而相山中部和南部至今尚未落实矿床，仅稀疏分布一些小矿点。

(2)矿田东部、南部花岗斑岩规模或露头面积较大，而北部花岗斑岩规模次之，西部岩体露头规模最小，只有零星的花岗斑岩出露。这种地表岩体规模变小而矿床密度渐大具有对应关系。

(3)碱交代型铀矿主要分布在相山矿田的东部或北部东段，云际628矿床是典型的碱交代类型铀矿，矿石类型以U-磷灰石型为主，U-碳酸盐型和U-绿泥石型为次;萤石-水云母型矿化则在矿田西部和北部西段较发育。

(4)矿田东部或北部东段，往往是单铀型铀矿，矿石中Th/U值一般为0.01～0.08，矿田西部或北部西段则大多为铀钍复合型矿化，Th/U值均大于0.2，大体以邹家山6122矿床为中心，钍的富集程度最高，向北、向西、向南，含钍量都有降低的趋势(陈肇博等，1980)。

在垂向上:

(1)碱交代型铀矿常位于萤石-水云母型铀矿之下，邹家山6122矿床具有典型的矿化蚀变分带规律，从上至下，Fe₂O₃、FeO、MgO、P₂O₅含量明显增加，磷灰石化、绿泥石、方解石化逐渐增强(范洪海，2001)。

(2)矿化垂幅一般在200～300m，有时达1000多米，以火山岩为主要含矿围岩的矿床的矿化垂幅大于以浅成-超浅成侵入岩为主要含矿围岩的矿化垂幅。各个矿床在地表均有一定程度的矿化显示，全盲矿床很少。

(3)储量在垂向上大致呈正态分布，每个矿床在垂向上都有一个矿化中心，自中心向上或向下矿化逐渐减弱，各矿床的矿化富集中心标高不尽相同。

(4)矿田西部矿床存在两种侧伏现象，一种是铀矿的富集部位沿主断裂走向向深部侧伏，另一种是次级构造控制的矿化向主断裂方向侧伏。

3.4.5.3 时空演化

相山矿田铀矿化在时间上由早到晚在空间上由东到西或由下往上具有完整统一的演化序列或成矿流体演化系统。其演化序列见表3.7。

表3.7 相山矿田成矿时空演化序列