Question

德国施列玛（Schlema）矿床

Answer 1

1.矿床位置及发现研究小史

该矿床位于中欧波西米亚地块西北部（图5-15），德国Chimnitz市西南约30km处，距德捷边界20多公里。矿床发现于1945年，铀矿石开采活动于1991年初结束。矿区探明铀储量大于10万吨，已采出8万吨U₃O₈，矿石平均品位为0.4%，为一超大型铀多金属矿床。

公开发表的文献对该矿床介绍不多，俄罗斯地质学家В.И.维利奇金著有专文介绍该矿床的地质和矿化特征，俄罗斯专家С.Ф.维诺库洛夫1993年在华工作期间口头介绍了该矿床。我国学者胡绍康、赵凤民、黄志章、郑大瑜、刘翔等人曾于1993年实地考察了该矿床，并提交了考察报告。刘翔（1996）应用地洼学说历史－动力学演化的观点，分析了该区成矿的历史－动力学大地构造背景，认为其成矿大地构造背景应为地洼区。为此，将该矿床的大地构造位置归之为欧洲壳体波西米亚地洼区（图5-15）Saxonthuringian地穹系Erzge－birge地穹。

2.矿床地质特征及其多因复成依据

1）矿区地层及含矿主岩

矿区内出露的地层有新元古界至寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系及石炭系至二叠系（图5-16）。新元古界至寒武系主要为黑云母片岩、含石墨石英岩、变质杂砂岩、变辉绿岩，局部为含石墨片麻岩，区域上总厚度大于4000m。奥陶统为泥砂质岩，上奥陶统至志留系为一套富含有机质、黄铁矿，岩性变化较大的黑色岩系，是本区的主要含矿岩性和层位。泥盆系主要为变火山岩。这套岩系遭受了区域绿片岩相变质和岩体接触带附近的热变质作用，形成的热变质带宽度可达1000～1400m。中、下奥陶统主要为千枚岩，厚约800m；上奥陶统为含碳云母片岩，厚100～150m；志留系为碳质硅质和碳质钙质片岩夹白云岩，遭受不同程度的大理岩化和夕卡岩化，其中碳质岩石含有机碳达12%，志留系厚约50～80m。

上奥陶统至志留系厚约150～230m，为一套富铀、富含还原剂（碳质页岩、黄铁矿）的化学－机械物理性质反差极大的岩石互层而构成的黑色岩系，既可作为矿床成矿的铀源层，铀的原始富集达13g/t，又可为叠加富集成矿提供良好的富集条件，为后生叠加成矿富集提供了最有利的围岩条件。

图5-15　波西米亚地洼区铀矿床分布图

1.地洼构造层；2.前地槽构造层；3.深断裂带；4.地洼期花岗岩类；5.大型铀矿床；6.超大型铀矿床

2）矿床构造形态及成矿构造

矿床所在的Erzgebirge地区，经历了多期、多阶段的构造－岩浆活动，形成复杂的北东向构造变质带（图5-17）。在地质构造上矿床处于相对脆性的隆起块体和相对柔性的下降块体的结合部位，以及区域性NE向深断裂和NW向深断裂的交汇部位（图5-15、17）。

区内褶皱构造十分发育，有海西期形成的矿石山—皮赫妥沃格尔斯复背斜，其轴向呈北东向，且被北西向深断裂带分割为3个次一级的构造地块（东部、中部和西部地块，图5-17）。西部地块构造运动最为发育，在奥陶纪经历了一次中等的坳陷作用，海西期花岗岩和火山岩广泛发育，Schlema矿床即位于西部地块与中部地块结合处中一向北东倾伏的紧闭向斜的转折端，向斜端部构造复杂，它由两个次级向斜和夹在其中的背斜组成（图5-18）。向斜两翼近于平行，构成向斜的O₃—D岩系被强烈透镜体化和塑性变形，透镜体与片理化岩石相间产出，产状与轴面基本一致。这套岩石呈楔形产出，上大下小，往东变大加深。

矿区断裂构造十分发育，主要有以下5组：①70°～90°/NW∠45°～50°；②310°～320°/SW∠50°～70°；③20°/290°∠90°；④330°～340°/SW∠60°～80°；⑤40°～60°NW∠50°～80°。其中以北东向纵向断裂最为发育，造成赋矿岩层广泛透镜体化和片理化，其总断距达数百米。北东向断裂活动主要发生在花岗岩体侵入之前，后有复活。北西向断裂也极为发育，控制了矿区内各矿床的产出，其中北西向诺依金柯—克里米亚深断裂带（F₁）具有特殊意义（图5-17）。它跟踪横切矿石山—皮赫妥沃格尔斯复背斜，断裂带宽2～5km，由主断裂及与之斜交的大大小小断裂所组成。Schlema矿床受北北西向与北东向列斯尼兹—兹韦尼兹柯断裂（F₂）所构成的构造结控制。北西向诺依金柯—克里米亚深断裂具长期活动的特点，特别是在铀成矿之前多次开启，形成大量开启空洞和随后多次启闭，为铀溶液在其中循环和沉淀创造了有利的空间场所。

图5-16　Erzgebirge地区地质略图

1.元古宇—寒武系；2.脉状铀床；3.Schlema矿床；4.地洼期花岗岩类；5.断裂；6.捷克与德国边界

铀矿脉发育的规模和密度，主要取决于走向280°～340°裂隙出现的强度。全部铀矿脉的固定产状是NW走向，这种北西向的裂隙与相近不同方向的裂隙相互交叉，在角岩片岩带中形成强裂隙化的岩柱。该种岩柱延深很大，在水平截面上呈椭圆形，故矿化向深部延伸可大于2000m。

3）矿区岩浆岩

波西米亚地洼大规模的海西期花岗岩侵入和随后的中—酸性火山岩喷发，是该区晚古生代以来最重要的构造事件，区内主要的稀有金属矿床和铀矿床均与该期花岗岩有着极为密切的关系。

波西米亚地洼西北部德国境内的Erzgebirge地区海西期花岗岩十分发育（图5-17），岩体多沿北西向深大断裂带展布（图5-15），主要有Eibenstock岩体和Kirchberg岩体，著名的Schlema铀多金属矿床即位于Eibenstock岩体外接触带奥陶—志留纪变质沉积岩中。

图5-17　矿石山—皮赫妥沃格尔斯背斜地块结构示意图

1.流纹岩建造根部的石英斑岩和花岗斑岩；2.流纹岩建造岩石（C₂—P₁）；3.地台阶段志留纪页岩、碳质碳酸盐、碳质硅质页岩和泥盆纪变火山岩；4.地台阶段奥陶纪千枚岩－页岩－石英岩层；5～6.下里菲—寒武纪地槽构造层：5.寒武纪片岩层；6.里菲期片麻岩和结晶片岩；7.地洼阶段造山运动晚期（P₁）淡色花岗岩；8.地洼阶段造山运动早期（C₂）黑云母花岗岩；9.地块之间的深断裂带；10.大型（a）中型（b）和小型（c）脉状铀矿床：①施列玛；②楚别斯；③伊奥岗格奥尔岗施塔特；④雅希莫夫；⑤捷列尔赫依泽尔；⑥施聂肯施塔；⑦娃依谢尔—希尔斯；⑧扎依费巴赫；⑨施聂耶别尔格；⑩别尔干；（11）高捷兹别尔格；（12）尼捷尔施位格—贝林施塔；（13）阿那别尔格；（14）玛里安别尔格：

Ⅰ—Ⅲ.二级构造地块：Ⅰ.东部；Ⅱ.中部；Ⅲ.西部

Erzgebirge地区海西期花岗岩岩石成分与湖南地槽型和湖南地洼型花岗岩的平均成分对比（表5-4）表明，Erzgebirge地区海西期花岗岩类具以下特点：酸度高，SiO₂平均大于73%；偏碱性，K₂O+Na₂O大于8%，而Al₂O₃、CaO、MgO、Fe₂O₃+FeO、TiO₂等组分含量偏低，低于世界平均花岗岩，也少于湖南地槽型花岗岩。波西米亚地洼海西期花岗岩的上述特征与湖南地洼型花岗岩的特点极为吻合（表5-4），应属地洼阶段的产物。Erzgebirge地区海西期花岗岩类微量元素含量与湖南地槽型和地洼型花岗岩的平均含量对比表明（表5-5），以低Co、Cr、Ni、V等和高U、Sn、Li、Rb、Cs等成矿元素为其特点，也与湖南地洼期花岗岩的特点极为相似（表5-5），从而进一步支持了其归属地洼阶段产物的论断。

Eibenstock岩体形成过程中，接触变质作用对围岩的坚固性有明显的改变。在岩体接触带附近，形成宽达1000～1400m的热变质带，岩石从千枚岩和千枚状页岩过渡为极脆性的接触带角岩。与正常O—S地层相比，热变质带角岩岩石成分上的最大特点是CO₂含量从8%～12%降到0.1%～1%。矿区内铀矿化绝大部分产于花岗岩侵入体的外接触带和极少部分的内接触带（图5-18），在接触变质岩范围以外，不存在铀矿床。

图5-18　矿床平面和剖面示意图

（据B.И.维利奇金，1994）

1.造山前期（C2）黑云母花岗岩；2.石英云母片岩夹石英岩（O1～2）;3.碳质硅质片岩，含碳酸盐石英云母片岩和变辉绿岩互层（03—D）;4.大、中、小断裂（从右到左）；5.铀矿脉

表5-4　Erzgebirge地区海西期花岗岩岩石化学成分（wB/%）

①1.为Kirchberg岩体4个样品的平均值；2.为Eibenstock岩体6个样品的平均值，引自G.Tischendorf,1989;3.为世界平均花岗岩，据戴里，1993;4.为湖南地槽型花岗岩；5.为湖南地洼型花岗岩，引自“地洼学说讲义”，陈国达等著，1985。

表5-5　Erzgebirge地区海西期花岗岩微量元素含量（wB/10-6）

注：资料来源同表5-4。

4）矿体形态和近矿围岩蚀变

矿体主要呈脉状、不规则的透镜状。矿区中有数千条矿脉，其中沿走向和倾向长几百米到几千米，厚度大于0.2m的大脉有50条。矿脉走向为NW和NWW方向，当它们通过和靠近纵向断裂时常发生枝状分叉时，规模增大。矿脉在空间上分布不均匀，西部密，埋深浅；东部疏，埋深大。大矿和富矿脉主要集中于东部，矿体最大延深可达2000m。实际上铀矿体全部集中在靠近花岗岩1km的范围内，矿化富集的好坏主要取决于有利岩性、断裂构造和热变质带的3因素复合控制。

矿床近矿围岩蚀变作用发育，主要有碳酸盐化、绿泥石化、赤铁矿化、硅化、萤石化和水云母化等。

5）成矿脉体及矿石成分

矿床的热液活动具有阶段性。矿前期有3次矿化脉体活动，形成石英－电气石脉，石英－黑钨矿和石英白钨矿脉，石英－硫化物脉。前两种脉体主要充填在NE向断裂中，后一种脉体主要充填在NW和NWW向断裂中。

控矿的北西向深断裂具多次活动的特点，与铀矿化有关的热液脉体活动可划分为3大期：第一期为梳状石英－方解石－沥青铀矿（U/Pb法280Ma）组合，石英中见冰长石，伴生的金属矿物有针铁矿、纤铁矿、硫铜铅铋矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿等；第二期为镁质碳酸盐－沥青铀矿（U/Pb法155Ma）－紫色萤石组合，常以白云质细脉或透镜体出现或叠加在第一期脉体内，是最重要的成矿阶段，伴生矿物有Pb、Cu和Ag的硒化物、黄铜矿、方铅矿、斑铜矿、砷黝铜矿等；第三期热液脉体活动为5元素建造，为Bi-Co-Ni-Ag-U组合，是中生代及其后成矿热液活动的结果。据矿石U/Pb法测定的结果，又可进一步分为110～90Ma和16～7Ma两个亚期。第三期脉体极少单独出现，常叠加在老的脉体之中，铀矿物主要为沥青铀矿和铀石，其他金属矿物有自然银、自然铋和Co、Ni、Fe的砷化物，脉石矿物有重晶石、菱铁矿、白云石或铁白云石，铀矿物在这种脉体中具残留和再沉淀特征。

3.矿床形成条件

矿区和区域内奥陶系至志留系为一套富含有机质、黄铁矿的黑色岩系，厚度较大，一般为150～300m。该套岩系铀含量较高，平均在13g/t以上，能为成矿提供丰富的铀源，同时，这套岩系中的碳质岩石有机碳含量达12%，具较强的还原性，有利于铀的还原沉淀。

从围岩蚀变和各期脉体的矿物共生组合来看，铁镁质碳酸盐化发育，铀与一些深源成矿元素共生，表明成矿铀源主要来自深部的成矿流体，与海西期和中生代的岩浆作用有关。

据Б.Л.弗拉索夫（1993）等人研究，该矿床碳酸盐矿物的形成温度范围为100～200℃，主要集中在150～180℃。成矿溶液成分除水外，主要是CO₂，阴离子最典型的是Cl^-,S^2-的含量不超过0.011g/L，比

少得多。成矿溶液的组成决定了矿床中砷化物和自然元素的广泛发育，而硫化物较少。结合成矿期脉体的矿物组合，推测成矿流体是一种具有Mg²⁺-Fe²⁺和

专门成分的深源流体。

Schlema矿床内各矿体的赋存、展布和矿化强弱，取决于有利岩性、构造、岩体和多期次、多阶段的热液活动的有机结合。富含有机碳、黄铁矿、岩石矿物化学成分和机械物理性质反差较大的“产矿型”下奥陶统—志留系岩石，既提供了铀源，又为成矿提供了有利的环境。长期活动的北西向深断裂及其配套的派生断裂与北东向深断裂交汇而成的构造结，形成复杂的、从深层至浅层的构造网络系统。深断裂活动的不同阶段、不同部位、不同级别的构造，可分别起导矿和储矿的作用，为来自地层、岩体和深部的成矿物质的运移和岩体热能的释放，提供必要的通道。而岩体不仅提供了成矿物质，也提供了成矿的热能，特别是岩体侵入过程中形成的宽大的接触变质带。当断裂再次活动时，该带极易破碎，形成密集的裂隙带，为成矿提供了良好的储存空间。矿区构造形变长期活动，导致NW向断裂的多次复活，多期次、多阶段成矿热液活动的叠加，是矿化规模加大，品位增高的关键。可见该超大型铀多金属矿床的形成有其独特的地质条件，即有利岩性、构造、岩体和多期次热液活动等因素的最佳组合。

4.铀成矿作用的演化

1）大地构造演化

波西米亚地洼区是铀、多金属成矿域，其内铀资源总储量大于76万吨，分布有4个超大型和10个大型铀矿床，是世界上开发最早和著名的铀成矿域。波西米亚地洼区的地质研究历史悠久，传统的观点认为，该区主要经历了元古宙—古生代地槽演化和中—新生代地台演化两大阶段。这种传统的大地构造理论一直影响着当地的地质工作者，但却很难合理地解答该区的一些成矿地质问题，特别是大型、超大型铀矿床和钨、锡等多金属矿床为什么集中在晚古生代—中新生代形成。作者1993年10～11月对波西米亚地块4个超大型铀矿床和两个大型铀矿床进行了实地考察，结合收集的资料，应用地洼学说的观点，对其大地构造演化的历史重新作了分析。为此，先简述该区的地质概况。

波西米亚地洼区宏观上表现为受一系列北西向和北东向深断裂控制的菱形块体（图515），它向北平缓地延伸到德国北部大平原之下，向西向南主要以深断裂为界，在东南面以一系列深断裂与喀尔巴阡山分界。

波西米亚地洼区内最老的部分，是布拉格南面延入奥地利和德国的大片地区，即著名的摩尔达努比地区，为一套新太古代和古元古代的杂岩系，由厚6000m以上的片麻岩、变粒岩、角闪岩和摩尔达努比期花岗杂岩组成。原始沉积是巨厚的类似前地槽活动型沉积，伴有广泛基性火山喷发的断裂活动，能分出两个独特的层序，一个包含碳酸盐岩，另一个几乎全是页岩。古元古代这里发生了强烈的褶皱、变质和混合岩化作用（即“摩尔达努比”运动）。这次造山运动使布拉格南面的广大地区褶皱回返，发生了强烈的区域变质作用，并伴有强烈的岩浆活动，形成基性火山岩及同源的花岗岩类，使该区成为整个地区的刚性内核。新元古代该区处于隆起受剥蚀，其北部形成一些坳陷带，如德国东南部的Erzgebirge地区，在这些活动海槽内，新元古代沉积很厚，主要是砂质和泥质复理石沉积，夹基性火山岩，前寒武纪末的“阿森特”运动使之变质成云母片岩和片麻岩，伴有强烈的岩浆活动。

早古生代，波西米亚地洼大部分区域继续处于隆起状态，在隆起附近的局部凹陷之中。寒武系底部的砾岩和砂岩以明显的角度不整合，覆盖在已经褶皱的前寒武纪基底之上，向上过渡为富含完好三叶虫化石的页岩。奥陶纪以含碳质黑色笔石页岩和砂岩为主，志留纪—泥盆纪（S—D1）沉积了一套黑色岩系，由含碳的泥质和硅质岩及白云石化碳酸盐岩组成（厚200～600m），夹少量基性火山岩。以上就是矿区的地台沉积阶段。地洼内部加里东期运动的迹象不明显。仅在地洼的西北缘Erzgebirge地区和地洼东北缘，受邻区的影响，志留纪末发生过强烈的褶皱、逆冲断裂和区域变质作用。

晚泥盆世的海西运动，使地块内凹陷块体中的早—中古生代沉积物被挤压成褶皱。与此同时，在刚性地块中，发生了大规模的花岗岩侵位，主要可分为两大期，第一期为黑云母花岗岩（310～330Ma），第二期为钾长花岗岩（290～305Ma）。每一期侵入岩组合，都伴随一系列独立的基性和酸性岩墙。两次大规模的花岗岩浆侵入后，均伴有火山活动，形成大量的酸性、中酸性火山岩，花岗岩与火山岩一起形成了构造岩浆活化阶段的火山－深成杂岩。钾长花岗岩中U、Li、Rb、Cs、Sn等元素含量较高，与区内钾、锡、钨、铅、锌等重要的矿化作用关系密切。由于大量花岗岩的侵位，隆起块体继续抬升，沿其边缘，早期的断裂带发生了活化，并且形成新的断裂带。由于深断裂带的活动，形成了构造盆地。在盆地中堆积了石炭纪—二叠纪的含煤、杂色（砾岩、砂岩、粉砂岩、页岩）类磨拉石建造和流纹岩建造，早二叠世在洼地中充填有陆源－火山成因的红层。上述表明，矿区地壳自晚泥盆世至今为地洼阶段。

晚二叠世、三叠纪和侏罗纪，波西米亚地块的大部分地区是隆起的陆地，早白垩纪开始深断裂重新活动，在布拉格以北大部分地区形成了一个平行刚性地块核部边缘，呈北西向延伸的海槽，白垩纪的陆相、海相沉积，超覆于前寒武纪角闪片麻岩和花岗岩类之上，形成了数百米厚的砾岩、砂岩和泥岩建造。

新生代地洼大隆起，仅在东南部和南部始新世构造凹陷中，沉积了砂质、粘土和泥岩。早中新世，深断裂又一次活动，地块北部沉陷地区发生了火山活动，火山岩以安山岩、粗面岩为主，局部为玄武岩。在主断裂交汇处见基性岩。整个上新世和更新世该区都有间歇性火山活动，表现为在波西米亚地洼西北部地区温泉较为发育，特别是世界著名的马利因斯克和卡罗维发利温泉。

作者应用地洼学说历史－动力学演化的观点，对上述波西米亚地块的地质演变概况重新作出了综合分析。认为波西米亚地洼绝大部分地区地壳演化可明显地分为4个大的发展阶段：第一阶段为地块结晶基底形成时期（太古宙至古元古代）；第二阶段为中新元古代至早古生代寒武纪，为地槽阶段；第三阶段为残留大陆地块的稳定发展的地台阶段（早古生代），在地块内的一些坳陷中沉积了富铀的黑色岩系；第四阶段根据沉积建造、岩浆建造、地壳变迁及构造活动等特点的分析，可明显地分为两大时期，晚泥盆世至早二叠世的地洼初动—激烈期，以大规模的花岗岩侵入、中酸性火山岩喷发和红色类磨拉石建造的出现为标志；晚二叠世至第四纪为地洼阶段的余动期，在余动期内，又可划分出次一级的相对活动期（以第三纪玄武质脉岩侵入为代表）。总的看来，波西米亚地块经历了长期的、复杂的、激烈的多次构造作用，为该区提供了多阶段多因复成成矿演化的有利成矿构造背景因素。

2）铀成矿作用的演化

Schlema多金属矿床的形成，与波西米亚地洼区大地构造息息相关。地台阶段残留稳定大陆地块发展阶段沉积－成岩期铀的原始富集作用，集中形成于奥陶—志留纪，形成了一套富铀、富有机质和黄铁矿的黑色岩系。地洼阶段与梳状石英、方解石有关的接触变质热液成矿作用，形成于地洼阶段激烈期大规模的富铀、富稀有元素花岗岩类（190～305Ma）侵入之后，与岩浆晚期热液活动有关，矿石年龄为280Ma士5Ma。地洼阶段与白云石－萤石化有关的热液再次叠加的主成矿作用，形成于晚侏罗世矿区地壳强烈拉张的构造环境，矿石年龄为155Ma±5Ma，这期铀矿化可能与深部幔源的基性－碱性岩浆源有联系。地洼阶段与5元素建造有关的铀矿化，其形成与地洼阶段余动期内地壳产生的再次拉张作用有关。

综上所述，Schlema矿床是多成矿物质来源的铀多金属矿床，它的形成经历了残留稳定大陆的地台阶段和地壳活动的地洼阶段，它是两个大地构造发展地壳物质运动的总和，且以后一发展阶段为主导因素所形成的多金属矿床，应属典型的多因复成铀矿床，属沉积＋接触交代＋热液叠加富化型多因复成铀矿床。