伟晶状或混合交代片麻状花岗岩型铀矿床成矿特征

王木清，涂江汉

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

伟晶状或混合交代片麻状花岗岩型铀矿床的特点与我国华南地台活化区花岗岩中热液脉型铀矿床是完全不同的，它属于与地槽褶皱晚期岩浆作用有关的伟晶状或混合交代片麻状花岗岩中的（类似于全岩体型）铀矿床。非洲纳米比亚的罗辛铀矿床发现以后，就是此类矿床的典型代表，曾冠以 “斑岩型”铀矿床的美称，在二十世纪七十年代中期轰动世界，引起各国铀矿地质工作者对此类型矿床的普遍关注，已有专著阐述此类铀矿床的地质矿化特征［1］。国内也相继找到了此类矿床，如辽东连山关地区的玄岭后、3075矿床；北秦岭的陈家庄矿床［2-4］和阿拉善西南缘的红石泉矿床［5-8］等，其产出地质背景、含矿岩性、矿化特征与罗辛铀矿床可以类比，具有某些相似的地质特征。此外，在我国的新疆塔里木地台北缘，青海西北部阿尔金地区，粤东北至闽西南的武夷山，河北燕山地区及广西十万大山等地，还有一些与上述矿化相类似的异常（矿化）点带。如粤闽桂地区伴随加里东地槽褶皱带的混合岩，混合花岗岩及混合花岗片麻岩中的铀矿化，在黑云母聚集的伟晶岩、伟晶状花岗岩发育地段，及条带状混合岩，混合花岗岩中见有大量铀异常。铀以浸染散点状的晶质铀矿产出。粤东某一矿化点，经人工重砂样测定，铀含量可高达400×10-6［9］。 因此， 上述矿化类型在我国分布较广，有的地区业已突破确定其工业价值，是一种有较大成矿潜力的新类型。正确地总结其地质构造特征，成矿规律和找矿标志，既有重要的理论意义，也对当前寻找此类铀矿具有现实指导意义。本文即是在我们工作和所内及有关地质队资料基础上，对此类矿化类型予以概述。

1 成矿构造背景

从大地构造背景来说，目前已发现的伟晶状或混合交代片麻状花岗岩型铀矿床，主要产于不同时代的褶皱带内。从前寒武纪至古生代都有分布。按地槽的发生发展角度看，古生代以来，中国地槽明显分为两大类：原生地槽与再生地槽。前者是指从元古宙以来继承发展的地槽，后者是从古生代以来在地台基础上再生的地槽［10］。古中国地台的逐步形成主要发生在1 700 Ma前后的中条期和700 Ma前后的扬子期。原生地槽即位于古中国地台的边缘。北部的中亚—蒙古地槽，西南的古滇藏地槽，东南的华南地槽都属原生地槽；余者古中国地台内部的地槽，大部分为古生代以来的再生地槽［10］。从目前我国已知此类矿化的空间分布特点来看，位于古地台边缘上的原生地槽中的矿化更值得重视。

按照中国地槽一般都经历了多旋回发展过程的特点，因此，有利于此类矿化的岩体有可能重复出现。如北秦岭地区有前寒武纪岩体中的铀矿化，加里东期岩体中的铀矿化；在辽东地区和阿拉善南缘也有类似的特点。但是，在多旋回的一个褶皱系内，从纵向上看，不同时期的褶皱强度是有差异的，而铀成矿却与最强一次褶皱期关系密切。如北秦岭地区构造演化历史，以加里东期最强，是该地槽褶皱系发展史中最重要的一个时期，时限在570～405 Ma。例如，陈家庄矿床位于北秦岭加里东褶皱带，其中早前寒武纪的变质岩系（秦岭群）广泛出露，受加里东期强烈的构造运动影响，形成混合交代伟晶状、片麻状花岗岩体，铀矿化以晶质铀矿形式产出，其成矿期为408 Ma即可说明。从横向上看，铀矿化一般产出在靠近最先隆起的古断块或古陆块附近。如陈家庄矿床即在 “古秦岭地轴”的边缘。连山关地区和红石泉矿床，这种与古陆相伴的关系亦是明显的（图1）。

图1 中国花岗伟晶岩铀矿化分布示意图Fig.1 Distribution sketch of the granite-pegmatite type uranium mineralization in China

虽然已有的这类矿床或矿化地区的地质发展历史，可能已演化到地台甚至地台活化或地洼阶段，而这些伟晶状花岗岩或混合交代片麻状花岗岩却是地槽褶皱带晚期的产物。如红石泉矿床产于阿拉善南缘，按不同的学术观点可以属阿拉善台隆，走廊地洼系的龙首山地穹，然而，在早元古代该区地质建造发育具有地槽特征，形成变质碎屑岩—碳酸盐岩—基性火山岩建造。含矿的伟晶状白岗质花岗岩，是在中条期使该地槽建造褶皱回返时形成，时代为1740±61 Ma。陈家庄矿床和连山关地区的矿床，含铀伟晶状、混合交代片麻状白岗质花岗岩，也各自属于该区地质发展历史上地槽褶皱阶段的产物，连山关铀矿床可能是河西地槽—红石泉—北秦岭东延部分。陈家庄的含矿伟晶状钾质花岗岩是加里东运动末期，与区域混合岩化花岗岩化及重熔-结晶变化有关。连山关地区的铀矿床（即3075和玄岭后等）则与下元古代冒地槽沉积有关，是在中条运动褶皱期，经变质、交代、混合岩化直至花岗岩化及重熔作用形成的含矿岩体（有白岗岩，白色混合岩，伟晶状花岗岩等），其铀矿化是产在绿帘角闪岩相石英岩的层位中，该层位沉积成岩年龄在2 210 Ma，含矿混合花岗岩形成时代主要在1 900 Ma的混合岩化和伴随褶皱造山的活化侵位作用形成的。此外，在连山关地区东北的赛马碱性岩体中的矿床，可看作是 “似岩体型”的铀矿化。含矿岩石与霓霞正长岩，闪石化霞石正长岩，亦属印支期（也许含海西晚期）褶皱造山期活化侵位的产物，或经受临近地槽回返褶皱造山影响，引起反射式构造—岩浆活化的产物。

2 矿化岩体的含矿岩石特征

铀矿化岩体主要产于中等区域变质区，相当于绿片岩相-角闪岩相，经常与其伴生的变质岩为黑云母片岩、角闪片岩、片麻岩、花岗质片麻岩，因为区域内通常混合岩化相当发育，也形成一些花岗质混合岩或混合花岗岩等。

铀矿化岩体的岩石矿物成分是高长英质组分，外貌呈浅色，故常有白岗质岩石之称。一般黑云母是唯一的铁镁矿物，其含量一般不超过全岩的5%，但它往往成团块或密集带分布。正因如此，铀富集带与黑云母关系十分密切。矿化岩石组分几乎都是由石英-微斜长石-钠质斜长石组成。矿化岩石结构变化很大，通常为粗粒结构，局部为伟晶状。矿化岩石同变质围岩或混合岩相互交错夹杂，致使岩石外貌有混合状或片麻状的形象。矿化岩体的大小形态变化很大，往往难以确定它们，其中节理，裂隙不很发育，与矿化无明显的关系。矿化岩体内及其边部常见到围岩捕掳体，可观察到一些残留层迹或是变质围岩的残影体，以及混合交代过渡现象。它们的走向和倾向不仅同围岩一致，而且也与矿化岩体中的捕掳体一致。矿化岩体与围岩的接触关系可以是穿插侵入关系，亦可是混合岩状的混合交代逐渐过渡的接触关系。接触界线清楚，呈明显侵入关系，交代过渡接触时，多形成条带状混合岩。根据以上可以推断，矿化岩体（不论何种岩性），其形成应为非剧烈的交代混合侵位，岩石形成的侵位不是很高的，属于原地-半原地的产物，其发育的时间属于褶皱造山晚期。随着地槽褶皱造山，区域变质作用形成变质岩系的同时，伴随有混合交代，部分重熔作用，形成了一些富Si，Al质的流体和混合岩，在其稍晚时期即有钾质伟晶状或混合交代片麻状花岗岩的形成。

3 岩石地球化学特征

据含矿岩石矿物学特征来看，具有下列特点：少量斜长石组成，其次是少量黑云母、白云母。发育有共结结构，亦发育交代结构，矿物成分和结构很不均匀，有时还见有前花岗岩的残余砂岩组分。经常含有多时代附生锆石，表明岩体形成过程中地层曾起过重要作用。黑云母中能见到流线型排列的包裹体，反映了流体在花岗岩形成过程中起过一定作用。而陈家庄岩体特征是花岗结构更普遍一些，斜长石含量及斜长石牌号更高一些，斜长石含量可达25%，An为18-22。

表1是含矿岩体岩石化学特征参量，图2是相应岩石化学ACF图。可以看出其组分和参量的变化。红石泉岩体大部分分析值落在ACF图的斜长石-堇青石-黑云母区内，但也有一部分点落在斜长石-黑云母-角闪石内，这直接反映出岩石化学成分的不均匀性。其Al*值有的大于0，有的小于0，变化范围可以由0.04变化到-0.04。其Na2O/K2O比值为0.10～0.70。

连山关岩体在ACF图上主要落在斜长石-堇青石-黑云母区内。陈家庄岩体与红石泉岩体相似，其投影点也是有的落在斜长石-堇青石-黑云母区内，有的落在斜长石-堇青石-角闪石内。但后者的比例明显比红石泉岩体高。

表2及图3显示花岗岩的稀土元素分布特征参数及分布型式。可以看出，红石泉伟晶状花岗岩稀土分布参数特征是总量较大，δEu为中等负异常。LREE/HREE为4～6，属于改造型花岗岩。且数值上更接近原地-半原地花岗岩。陈家庄岩体中含矿伟晶岩与非含矿伟晶状花岗岩数值特征相差较大，前者∑REE大， LREE/HREE＜5，δEu小（即铕负异常大），为重熔再生型花岗岩，而不含矿伟晶花岗岩∑REE较小，LREE/HREE大（达6.7），δEu为0.61，为中等负铕异常，具有原地-半原地与同熔型的过渡特征。

表1 岩体岩石主量元素化学特征Table 1 Major element chemical characteristics of puton

图2 岩体ACF图解Fig.2 ACF graphs of plutons

表2 岩体稀土元素特征参量Table 2 Rare earth element chemical characteristics of plutons

图3 岩体稀土元素分量配分模式Fig.3 REE distribution pattern of granite plutons

连山关岩体分布参数特征是稀土总量大，δEu小，特别是除红色不含矿花岗岩外。具有LREE/HREE值小的特点，因此接近重熔再生花岗岩的富铀型。

从稀土元素分布曲线特征来看，伟晶状花岗岩与龙首山群十分相似，可能反映龙首山群即伟晶状花岗岩的原岩。不过伟晶状花岗岩有中等负铕异常。这与花岗岩的形成过程中的重熔-交代及混合岩化过程有关。

陈家庄伟晶状花岗岩稀土分布型式及稀土总量与区域片麻岩相似，亦可能反映出它们有一定成因联系（片麻岩为伟晶状花岗岩原岩）。

连山关岩体红色花岗岩，白色花岗岩，含矿与不含矿的都具有相似的分配型式，反映其成因上有共同的物质来源。但含矿花岗岩稀土总量更高，铕的负异常更大。

Rb-Sr同位素测定表明，红石泉岩体和陈家庄岩体以及连山关岩体初始Sr同位素比都比较高，是比较典型的陆壳特征，如陈家庄岩体平均 ISr＝0.713， 红石泉岩体 ISr＞0.74，而连山关岩体ISr为0.743。陈家庄岩体ISr比红石泉岩体，连山关岩体明显低很多，表明岩源含较多中基性岩物质。

陈家庄岩体氧同位素分析，其δ18O大于10‰，相当于改造型花岗岩的范畴。

综合岩石地球化学、Rb-Sr比、稀土元素特征，不难看出，红石泉和连山关岩体属于壳源改造型花岗岩体。陈家庄岩体也属于改造型岩体，不过由其初始Rb/Sr比较低及岩石化学的同熔型特征来看，其物质来源中有较多中基性火山岩成分。这种差别与其重熔组分原岩物质成分有关。

龙首山群塔马子沟组属于冒地槽沉积物，含基性火山物质组分少，而秦岭群为中基性火山岩、碎屑岩、碳酸盐岩的沉积建造，属于优地槽的产物。另外，红石泉岩体形成温度较低，陈家庄岩体形成温度较高，因而后者重熔组分中含中基性成分较多。

从稀土组分特征来看，红石泉岩体特征接近原地-半原地型，而连山关、陈家庄岩体属重熔再生型，且连山关岩体是富钇型特征，此特征与区域上铀矿化分布广泛的现象是一致的。

4 铀矿化特征

该类型矿床或矿化，一个重要特点是铀主要呈晶质铀矿产出，这是与一般热液矿床所不同的。对于伟晶状花岗岩类型的矿床，晶质铀矿在含矿岩石中以分散状分布在造岩矿物斜长石、钾长石、石英中，而较密集状晶质铀矿往往与绿泥石化黑云母关系密切。晶质铀矿的形成有可能延续一个较长的时期，可以粗略地划分三个阶段。

第一阶段分散于造岩矿物的晶质铀矿包裹体是成岩较早阶段，特别是斜长石中的晶质铀矿是最早阶段的产物，而与钾长石交代斜长石有关的晶质铀矿可能是成岩较晚阶段的产物。

第二阶段 较密集的晶质铀矿与黑云母关系密切，则可能是成岩晚期甚至期后气液阶段产物，这时石英岩中也产出有含晶质铀矿绿泥石化黑云母脉体。这种阶段性在红石泉矿床显示比较明显，而在陈家庄矿床主要是以分散状晶质铀矿产出，仅少量富矿石与黑云母关系密切，但从晶质铀矿产出在造岩矿物内部占40%，而在矿物粒间占60%的分布特点来看，晶质铀矿的形成时间也是比较长时期的。

第三阶段产在混合花岗岩或白岗岩中的玄岭后矿床和3075矿床，晶质铀矿明显与混合岩化后期的热液成矿作用有关，多呈脉状产出，常在构造破碎带形成角砾状矿石，晶质铀矿呈胶结状存在。

有关混合花岗片麻岩中的铀矿化虽发现线索较多，分布较广，但尚未突破，勘查工作较少，铀主要以分散状晶质铀矿存在，一般品位较低。从我国秦岭已发现矿化较为集中，个别规模较大前景大，与加拿大东部比维洛支伟晶岩矿化带相比较，最有前景。

从全国来看，也有多处发现，如武夷山—云开大山的前泥盆纪混合岩可能夹有更老的变质-混合岩的块体。以八尺矿众多异常为代表，康滇地轴有海塔和大田矿化区，在狼山、宝鸡一带也有相应的矿化点（带）发现。总观全国铀矿的分布，该类型铀矿应有较好成矿远景。

该类型铀矿床与罗辛铀矿床相似，往往有不同程度的后期改造。罗辛矿床中有40%的铀以次生铀矿物存在，可见其后期表生改造相当明显。然而，我国这种类型的矿床与罗辛矿床也有明显的不同，如红石泉矿床改造的多阶段性更明显，矿床中除残余铀黑外，明显发育沥青铀矿细脉，其与绿泥石化黑云母-绿泥石化细脉关系密切，晚期还有含铀碳酸盐-赤铁矿脉发育。此外，还有更晚的氧化阶段的再生铀黑，次生铀矿物发育。3075矿床中也见有晚期沥青铀矿。不过，有的矿床后期改造不明显，如陈家庄矿床。

铀的物质来源与地层关系密切。龙首山地区龙首山群成熟度高，含铀性好，特别是红石泉区除大理岩含铀性稍低外，龙首山群含铀性都较高，平均高达5×10-6～13×10-6。伟晶状花岗岩含铀性好，如果按含铀0.01%计算，本区伟晶状花岗岩见矿率达60%，有全岩型矿化之称，而由花岗岩和龙首山群稀土元素特别相似的特点来看，反映了龙首山群是伟晶状花岗岩或伟晶岩的原岩［5］。可见，铀来源于龙首山群，由重熔-交代过程中逐渐富集，而在成岩及热液交代过程中成矿［11-12］。连山关地区，鞍山群、辽河群，特别是浪子山组含铀性高，是区域上的含铀层。成矿与中条期混合岩化关系密切，铀主要赋存于混合石英岩和白色混合岩中，其次于混合片岩和混合花岗岩中，可见其铀亦主要来源于地层。陈家庄矿床赋矿岩体的围岩秦岭群属下元古界，其含铀性亦相当高，平均铀含量大于8.1×10-6，亦为一个铀源层，正是在这个基础上形成重熔，岩浆中铀有较大程度的富集，才导致陈家庄矿床的形成。也正是由于该类型矿床与铀源层关系密切，因而有人按层控矿床的观点将它们归类于重熔岩浆-热液或混合岩化-热液再造矿床［13］。

关于该类型矿化时代分布特征有三个方面的问题：一个是铀源层时代问题，以及矿床的形成和改造时代。就目前已有的资料而论，早元古代是最重要的铀源层形成时代。龙首山群塔马子沟组、辽东的浪子山组、秦岭地区的秦岭群都属于下元古界。对于其他时代的矿源层，也不排斥形成该类矿床的可能，不过目前有关这方面的信息不太多，研究也较少，某些地区虽有发现，还只是一些矿化点带而已。对于成矿的主要时代，与岩体或混合岩化的时代接近，亦与区域背景上主造山期（旋回）吻合。如陈家庄矿床成矿年龄为407 Ma，岩体为加里东中期的产物，而加里东旋回是该区地槽发育阶段的最主要的构造旋回。龙首山地区红石泉矿床主要成矿期为1 830 Ma；辽东3075矿床主成矿期为1 930 Ma，与地槽褶皱晚期的中条期造山运动吻合。至于矿床所受到的改造，亦与大地构造背景的演化历史有关，如龙首山地区经受了奥陶纪-泥盆纪和晚石炭世-三叠纪的活化，其改造年龄为375 Ma和300 Ma，前者与绿泥石化有关，后者可能与碳酸盐类组成细脉活动相关联；而3075矿床的改造年龄为222 Ma，与海西-印支活化有关。

综上所述，该类型的矿床属于矿源层，经混合岩化-热液或重熔岩浆-热液再造类型的多阶段矿床。虽然有其经历不同，矿床特点可以有些差别，但成矿过程属于同一系列，其成矿模式可以示意如图4。

综合成矿过程和稀土特征可以看出，这套岩体基本上都属于壳源改造型，其地层沉积物质组分对成矿有一定影响。富含Si、K、Al的组分对成矿有利。红石泉岩体是原地—半原地型花岗岩，只有中等铕负异常即已含矿。而一些不含矿岩体由含较多中基性岩物质改造而成。含矿岩体与对应的不含矿岩体相比，稀土元素具下列特征：①稀土总量高；②LREE/HREE变小；③δEu减少，即有较大的铕负异常。这反应了成矿过程的一个特点，而对应于重熔-再生花岗岩而言，铀的富集可能与岩浆分异有一定关系，发育在岩浆作用晚期的花岗岩、碱性花岗岩及其以后的伟晶作用、气成-热液作用中同时富集Y族稀土的地球化学过程，有利于铀富集。陈家庄岩体铀富集主要发生在花岗岩成岩阶段，而连山关铀富集主要发生在热液阶段。

海塔和大田矿化都处于康滇地轴隆起带的东西两边，相距几十千米，成矿与晋宁期构造运动及变质-混合岩化及花岗岩化作用有关。以分散晶质铀矿粒为特征，并受后期构造运动及构造岩浆脉体改造。海塔混合岩脉体的锆石U-Pb年龄为801±38 Ma，晶质铀矿 701.8 Ma，辉钼矿年龄 754±10.7 Ma，三者年龄相近。区内发育热液叠加成矿作用，铀矿化年龄228.6、225.9、210.5 Ma，属印支期矿化。

大田地区铀矿的形成与导致辉绿岩脉和花岗岩脉形成的岩浆活动有着密切的关系，提供了热能和流体的来源。混合岩的形成早于780 Ma，此次运动使酸性岩浆萃取混合岩中的铀元素，并在构造断裂蚀变处富集成矿。从康滇地轴北边，至宝鸡—陇县一带，直至贺兰山（狼山）也发育此类矿化（异常带）分布，它们都处在大地构造分界区。全国而论，可划出龙首山—秦岭带、康滇—狼山带以及华东南的八尺等异常矿化分布，在变质-混合岩化、花岗岩化分布区找铀是有潜力的。

图4 褶皱期伟晶状或混合交代片麻状花岗岩型铀矿床形成过程示意图Fig.4 Schematic diagram showing the formation process of pegmatoid or migmatization-metasomatosis gneissose granite type uranium deposits in the folding period

5 结论

1）凡地壳经受强烈改造的地区，特别是花岗岩化、混合岩化发育地区是引起铀的活化和富集最有利的地质环境。这种类型矿化多沿不同时代褶皱带（包括前寒武纪褶皱带）中的硅铝质混合岩化、花岗岩化地区发育。在其中的富钾伟晶状或混合交代状花岗岩、片麻状花岗岩是最主要的矿化岩石。

2）我国北方古老地块及其边缘，以及南方闽粤赣和粤桂交界的前泥盆纪混合岩带分布区值得注意探索。红石泉地区有进一步扩大远景的潜力外，在龙首山中东段的革命沟及白家咀一带，北秦岭华阳川地区具有形成该类型铀矿床的近似地质环境，值得进一步探索。

3）东秦岭加里东褶皱带，特别是又与前寒武纪褶皱变质岩系出露靠近地区，一些与含矿伟晶状花岗岩类似的小岩体、岩枝、岩脉、岩瘤是值得加以重视的找矿对象，这类伟晶状花岗岩可能多产在区域加里东期片麻状花岗岩体的外接触带或岩体之外，以不规则、分布无规律、不分带、不具片麻状构造为特征。

4）连山关地区的这类矿化，应更多地注意有辽河群浪子山组出露或隐伏地区去寻找，特别是在混合花岗岩或白色混合（花岗）岩带发育地段更应注意，在这些地段沿岩体成岩期后形成的断裂破碎构造，往往是矿化赋存部位。

此外，由于存在有类似于形成该类矿化的地质背景条件，沿华北断块区，特别在其北部、东部地区也应注意寻找此类矿化。

致谢：承核工业北京地质研究院地质矿产研究所聂江涛副所长详细审阅全文，提出许多宝贵意见，特此表示感谢！