Question

不整合型铀矿床

Answer 1

一、内容概述

不整合型铀矿床是指与不整合面密切相关的铀矿，常指由晶质铀矿和沥青铀矿的块状扇体、脉和（或）浸染状体构成，在空间上与元古宙碎屑盆地和变质基底之间的不整合面伴生的一类矿床。根据矿物和金属组合，该类矿床可细分为单金属型和多金属型两种亚类。前者指产出晶质铀矿的U，后者则包含不同数量的Ni、Co、As和痕量Au、Pt、Cu以及其他元素。有些矿床包括这两种矿床的亚类和过渡类型，其单金属矿化多赋存在基底内，多金属亚类一般赋存于不整合面上的底部硅质碎屑地层和基底古风化壳内。从蚀变矿物和地球化学特征上看，上述两种亚类又分别对应于“内敛型”和“外溢型”两种蚀变类型。

据统计，不整合型铀矿床是当今最重要的铀矿床类型之一，其资源量约占全球资源量的33%，主要产在加拿大和澳大利亚（Jefferson et al.，2007）。不整合型铀矿床通常产在大型克拉通内部，发育在准平原化构造变质杂岩之上的冲积层底部，冲积层的厚度不大，一般不足5km。该类矿床的最大特点就是受特定的区域不整合面控制。澳大利亚和加拿大的该类矿床都具有这一明显特点，矿化多产于中、古元古界的不整合面附近。在阿萨巴斯卡盆地和多隆盆地，不整合面之下还保存有古风化带，上部为赤铁矿-高岭石，下部为铁、镁绿泥石，反映了形成不整合面时的热带气候与氧化环境，后来的近矿热液蚀变影响了这些古风化带的矿物组合。不整合面型铀矿床的形成时期，囊括了古元古代的结束和新元古代（里菲纪）的开始。它在澳大利亚、非洲、东欧和北美古老地台之上均有显示。除了不整合面型铀矿床外，还有许多其他类型铀矿化的形成与该时期有关，可以把这一时期看作是全球性的产铀时期。上述时期古地理条件决定于3个主要因素的组合：元古宙偏强的太阳辐射、控制含不整合面型成矿省分布的地壳断块构造体制特点以及古元古代末期—新元古代初期大气圈中氧作用的增强（朱吉才等，2009）。

该类矿床的控制地质要素主要包括局部性断层、底部不整合面的不规则起伏和含石墨的基底岩石单元。局部性断层与铀矿聚集部位之间的关系密切。大多数矿体均赋存于顺层或切层的断层角砾岩和破碎带中，只有少数情况下可见断层穿过不整合面。这一特征自20世纪70年代起就被应用于勘查实践。该类型矿体的形态可概括为近水平的雪茄状到拉长的歪斜“T”形，但不同矿床的矿体形态和产状的细节变化很大，主要与赋矿地层有关，通常介于两种端元之间：①块状矿体沿基底与硅质碎屑岩之间的不整合面发育或刚好位于不整合面上方，被黏土岩包围（图1A）；②矿体主要产在基底内，受断裂控制（图1C）；③有些矿床同时拥有产在基底内的矿体和不整合面上的矿体（图1B）。

不整合型铀矿床的主要矿物有晶质铀矿、沥青铀矿等，在矿石中呈块状、浸染状、细脉状产出。根据金属伴生关系，该类型矿床又可分为两类：单金属型、多金属型。从蚀变矿物和地球化学角度看，多金属和单金属两种矿床类型分别对应于外溢型和内敛型两种蚀变类型。根据外溢型矿床上面的硅质碎屑岩地层内发育的蚀变晕可进一步分为两种单元：①溶蚀石英＋伊利石；②硅化＋高岭石＋电气石。与外溢型矿床不同，内敛型矿床上方只是有限的蚀变，从勘查标志上看基本上为“盲”矿，只能用物探方法探测。许多内敛型矿床是完全赋存在基底内的单金属矿床，沿基底构造旁侧发育有非常狭窄的方向性蚀变晕。从内侧的伊利石±铝电气石，向外经铝电气石±伊利石，到外侧的Fe-Mg绿泥石＋黑云母＋铝电气石再向外侧是未蚀变的基底岩石。有些矿床同时具有内敛型和外溢型两种特征。

图1 不整合型铀矿床3种主要亚类示例

（据Jefferson et al.，2007）

A—雪茄湖矿床，主要为不整合面矿体，伴有次要的基底容矿透镜体和产在上覆马尼图福尔斯组中心“悬空”的矿体；B—基湖矿区的代曼矿床，包括基底容矿和不整合面容矿的矿体；C—伊格尔波因特矿床，完全赋存在基底内（该矿床本体已采空，但其外延部分正在开采）

关于不整合铀矿的形成，研究者提出多种成因模式，包括卤水模式、成岩模式、表生模式、深成模式和成岩-热液成矿模式等，其中热液成矿模式目前为多数人普遍接受。在该模式中，搬运U的氧化性盆地流体在地温梯度的加热下最终在不整合面达到200℃（5～6km处），并且与基底内的石墨发生反应而生成甲烷，还原性流体与氧化性流体的混合促成了U的沉淀。沉淀作用主要集中在构造和物理化学圈闭内，这些圈闭在发生混合的部位长期作用，持续数亿年之久。流体混合带以蚀变晕的发育为特征，其中含有伊利石、高岭石、镁电气石、绿泥石、自形石英，局部含有Ni-Co-As-Cu硫化物。加拿大阿萨巴斯卡和澳大利亚的派恩克里克矿区的铀矿均可用此种模式来解释（图2）。

图2 不整合矿床的成岩-热液成因模式

（据Hunt et al.，2005）

二、应用范围及应用实例

加拿大阿萨巴斯卡不整合型铀矿位于加拿大地盾丘吉尔地质省，由太古宙和阿斯比亚期的结晶基底和较年轻的赫利基亚盖层组成。结晶基底的构造形式主要表现为北东走向的地质单元，其中多数以剪切带或主断层为界。在阿萨巴斯卡群沉积作用之后形成的基性侵入岩充填于某些北西和南北向的断层带中。多呈环状构造产于阿萨巴斯卡盆地西部，被解释为潜火山形迹。

阿萨巴斯卡矿床的形成至少经历2个主要成矿期：①矿化作用与大约1740Ma的赫德森造山运动有关；②矿化作用与大约1240Ma的构造事件有关。与第一期有关的矿化活动在结晶基底岩石内，而第二期矿化作用主要与阿萨巴斯卡底部不整合面有关。第一期的铀矿床产于阿萨巴斯卡盆地北部比佛罗支地区；第二期矿床产于不整合面之下的已蚀变结晶基底岩石中和不整合面之上的已蚀变沉积岩内，而更常见的是在结晶基底岩石和上覆的碎屑沉积岩之间的蚀变分界面内，即沿阿萨巴斯卡群底部不整合面存在。伴随着矿化作用产生了主岩的退化变质作用（如泥化、石墨的亏损）、镁交代作用和铁、硅、铝氧化物的再分布。伊利石或绿泥石通常产在矿化周围形成晕圈，而高岭石则产于离矿化较远的地方。矿化附近主岩赤铁矿化，在砂岩中心较高的部位褐铁矿化。直接在矿化下方泥岩中的石墨通常是亏损的。在褐铁矿化带之上的砂岩通常发育硅化（图3）（北京铀矿地质研究所情报室，1986）。

在阿萨巴斯卡盆地东部，北面矿床以溶蚀石英为特征，体积损失可达90%，而麦克阿瑟河地区的矿化则主要显示硅化单元，只有非常局部的溶蚀石英，体积损失不明显。与矿床有关的伊利石化蚀变，表现为砂岩中的伊利石比例异常高和由此而产生的K₂O/Al₂O₃比值异常。铝绿泥石在两种蚀变类型中均可见到。在某些较大的脱硅化蚀变系统内发育有局部的硅化前锋（图3A）。与矿床有关的硅化蚀变，在基底石英岩脊的上方和近旁最为强烈（图3B）。伊利石-高岭石-绿泥石蚀变晕在砂岩底部宽达400m，走向数千米，在矿床上部的垂向范围达数百米。这种蚀变通常包围着主要控矿构造，构成羽状或扁长钟状的晕，从砂岩底部向上逐渐狭缩。

图3 加拿大阿萨巴斯卡盆地东部外溢型矿床的两种单元砂岩蚀变模式

（据Jefferson et al.，2007）

A—溶蚀石英外溢型；B—硅化外溢型Reg—从红色赤铁矿残余土向下递变为绿色绿泥石化蚀变最终到未蚀变基底片麻岩的风化层剖面；Up-G—底板蚀变带内保存石墨的上限；Gap—作为矿体顶盖的次生黑红色土状赤铁矿；Fresh—未蚀变基底岩石

该矿床主要特点是：①矿床产于不规则起伏的不整合面上部及其附近；②盆地基底杂岩发生强烈的变形变质作用，受断层和盆地层序底部滑脱构造影响，基底杂岩与元古宙地台沉积组合呈构造薄层交替产出；③蚀变作用以硅化、绢云母化、绿泥石化、高岭土化、赤铁矿化为主，从矿体向外延伸呈带状分布；④铀矿化主要集中在断层构造和脆性构造内部，这种蚀变通常包围着主要控矿构造，构成羽状或扁长钟状的晕，从砂岩底部向上逐渐缩小。

三、资料来源

北京铀矿地质研究所情报室编译.1986.元古宙不整合型和层控铀矿床.国外铀矿地质编辑部.106～148

毛景文，张作衡，王义天等.2012.国外主要矿床类型、特点及找矿勘查.北京：地质出版社

施俊法，唐金荣，周平等.2010.世界找矿模型与矿产勘查.北京：地质出版社

朱吉才，丛卫克.2009.不整合面型铀矿床的多阶段形成过程——以俄罗斯卡尔库矿床为例.世界核地质科学，26（3）：154～158

Hunt J A，Abbott J G，Thorkelson D J.2006.Unconformity⁃related uranium potential：Clues from Wernecke Breccia，Yukon.In：Emond D S，Bradshaw G D，Lewis L L，eds.Yukon Exploration and Geology，2005.Yukon Geological Survey，127～137

Jefferson C W，Thomas D J，Gandhi S S et al.2007.Unconformity associated uranium deposits of the Athabasca Basin，Saskatchewan and Alberta.In：Goodfellow W D ed.Mineral Deposits of Canada：A Synthesis of Major Deposit⁃Types，District Metallogeny，the Evolution of Geological Provinces，and Exploration Methods.Geological Association of Canada，Mineral Deposits Division，Special Publication，（5）：273～305