张闯，郝瑞祥

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

澳大利亚鳄鱼河谷铀矿集区主要铀矿床地质特征及成因

张闯，郝瑞祥

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

澳大利亚北部Kombolgie盆地西侧鳄鱼河谷地区，产出多个世界级不整合面型铀矿床。Jabiluka、Nabarlek和Ranger铀矿床多受构造控制，矿体产于断裂之中或其两侧，赋矿围岩为古元古界角闪岩相高级变质岩。铀矿物以晶质铀矿、沥青铀矿为主，伴生绿泥石化、绢云母化和赤铁矿化蚀变。Jabiluka、Nabarlek和Ranger铀矿床主成矿作用发生于1 680～1 640 Ma，叠加3次后期矿化，时间分别为1 360Ma、1 100Ma和900Ma。矿床成矿流体为氧逸度较高的盆地流体，成矿物质可能来源于盆地中含铀碎屑或是盆地基底中含铀矿物。

Kombolgie盆地；鳄鱼河谷铀矿集区；不整合面型铀矿床；Jabiluka铀矿床；Nabarlek铀矿床；Ranger铀矿床

不整合面型铀矿床主要受沉积盆地控制，目前国际上超过1/3的铀产量来自于该类型铀矿床［1］。鉴于此，笔者重点对澳大利亚北部Kombolgie盆地西侧Jabiluka、Nabarlek和Ranger不整合面型铀矿床进行地质特征及成因描述，以说明盆地对于不整合面型铀矿床的重要性。

1 成矿地质背景

Kombolgie盆地位于澳大利亚北部，其西侧产出多个世界级不整合面型铀矿床，如Jabiluka、Nabarlek和Ranger等（图1）。铀矿床集中产于鳄鱼河谷地区，所以被称为鳄鱼河谷铀矿集区［1］。

图1 Kombolgie盆地西侧鳄鱼河谷铀矿集区地质简图（修改自Cuney&Kyser，2008）Fig.1 Geological schematicmap of A lligator River uranium district in west of Kombolgie basin（Modified from Cuney&Kyser，2008）

Kombolgie盆地具有明显的二元结构，即盆地基底与沉积盖层。盆地基底为古太古-古元古界变质沉积岩，地层倾角较陡，且变形强烈，与上覆地层呈角度不整合。矿集区内，最古老地层为古太古界白云母-石英-黑云母变质片岩，其间夹杂角闪黑云母片岩，厚度约为200 m。其中发育变质成因石英脉，石英脉产状大致平行于地层片理。该组地层之上为古元古界角闪岩相高级变质岩，主要由角闪石、辉石、斜长石、钾长石和黑云母等矿物组成，并含有少量磷灰石，最上部为古元古界斜长角闪片岩［2-3］。该变质岩是矿集区内主要赋矿围岩。

沉积盖层为Kombolgie盆地中缓倾、未变质砂岩、砾岩和火山喷出岩。其构成Kombolgie亚群，厚度约为1～3 km。Kombolgie亚群可分为3部分，下部地层又可分为上、下两段，下段（Mamadawere）为粗粒碎屑沉积岩，形成于盆地初始阶段；上段（Gumarrimbang）为粗粒碎屑砂岩或砾岩，代表高能河流环境。中部地层（Marlgowa）为中粒石英砂岩，形成于盆地初始阶段之后的低能河流环境。上部地层（Mckay组）为细粒泥质砂岩或泥岩，其中夹杂石膏、石盐等矿物，形成于浅海环境，部分情况为强蒸发泄湖环境［4-7］。

矿集区内脉岩比较发育，主要有伟晶岩和辉绿岩两种。伟晶岩只在盆地基底中可见，而辉绿岩在基底与盖层中均发育。伟晶岩出露厚度在100 m左右，矿物主要为长石、石英和云母。辉绿岩规模较大，厚度在220～250m左右，侵入盆地基底和盖层中。岩脉与围岩侵入接触部位呈斑状-伟晶结构，中心部位呈稀疏斑状结构，斑晶为斜长石。伟晶岩成岩年龄在1 840 Ma左右［8］，而辉绿岩脉大致形成于1 723～1 690 Ma［9］。

矿集区内断裂构造比较发育，按其走向可分为4组：近EW、近SN、NW和NE向，其中近SN和NW向是主要含矿与控矿构造［10-11］。高品位矿石主要产于以上断裂中。在含矿断裂两侧发育宽度大于100 m的蚀变带，根据其蚀变强度可分为蚀变外带和内带。蚀变内带发育强细粒绿泥石化、绢云母化等；蚀变外带主要为绿泥石化，并伴有少量赤铁矿化。蚀变原矿物为变质成因黑云母、石榴子石、角闪石、斜长石和夕线石等。矿石品位较低，一般不超过0.5%，矿石矿物为晶质铀矿、沥青铀矿和少量次生铀矿物。晶质铀矿、沥青铀矿一般与自型石英、绢云母一起呈脉状、网脉状产出［12］。

2 矿集区主要矿床地质特征

鳄鱼河谷铀矿集区中铀矿床均位于不整合面附近，多受断裂控制，赋矿围岩为古元古界变质岩。下面对矿集区中Jabiluka、Nabarlek和Ranger铀矿床地质特征进行重点描述。

2.1 Jabiluka铀矿床

Jabiluka矿床（世界级不整合面型铀矿床）是该矿集区内铀矿床典型代表，位于澳大利亚达尔文市以东225 km处，发现于1971年。Jabiluka矿床主要由2个矿段组成（图2），即：1和2矿段。1矿段已探明可采铀矿石130万t，平均品位0.2%；2矿段已探明可开采铀矿石3 110万t，平均品位为0.45%。在2矿段，还含有15～18 t可开采Au，矿石平均品位3.07 g/t。Jabiluka矿床受构造控制，矿体产于盆地基底次级断裂带中，赋矿围岩为古元古界含碳质绿泥石-黑云母-白云母片岩［13］。

图2 鳄鱼河谷铀矿集区Jabiluka铀矿床地质简图（据Polito，等，2005）Fig.2 The geological schematicmap of Jabiluka uranium deposit in A lligator River uranium district（After Polito，etal.，2005）

在矿床附近，发育宽度至少200 m的蚀变带，可分为蚀变外带和蚀变内带。蚀变内带紧挨矿体，蚀变强烈，其中变质成因黑云母、石榴子石、角闪石、斜长石和夕线石等矿物蚀变为细粒绿泥石，伴有绢云母化，少量赤铁矿化。外带蚀变较弱，主要为绿泥石化和少量细粒赤铁矿化。蚀变带中变质成因锆石、白云母和石英等矿物变化较弱。

矿石矿物为晶质铀矿、少量沥青铀矿和钛铀矿，与绿泥石、绢云母和赤铁矿相伴生。晶质铀矿主要与绢云母和自型石英呈脉状或网脉状产出。矿脉附近，碳质成分基本消失，而微细浸染型矿化附近，部分碳质成分保存下来，与绿泥石、绢云母伴生。矿床发育多期次铀成矿作用，并对变质时期矿物与构造进行强烈改造。

蚀变矿物主要为绿泥石和伊利石，表明成矿温度在（200±20）℃；铀矿脉中流体包裹体研究表明成矿流体温度在200～300℃，盐度为9.3%～16.8%NaCl equ，其log氧逸度大于-20，且晚期流体中含有CH4等有机物。以上流体特征结合H-O同位素研究，得出成矿流体为盆地流体。氧化性盆地流体与基底断裂相结合形成Jabiluka铀矿床。当氧化性盆地流体沿断裂进入盆地基底时，与其中还原物质发生反应，使流体氧逸度降低导致成矿，并伴随富Mg绿泥石沉淀［10］。

晶质铀矿U-Pb法定年和伊利石40Ar/39Ar法定年得出矿床形成年龄为1 680 Ma，与Kombolgie盆地形成时间大致相同。矿床中可见后期石英＋金属硫化物＋方解石脉切穿晶质铀矿脉，该期热液流体活动发生于1 450～550 Ma，与铀矿化并无关系。

2.2 Nabarlek铀矿床

相比Jabiluka矿床，Nabarlek矿床规模较小，但矿石品位较高，可见长达数米的铀矿脉，预计可开采铀1 000 t左右。赋矿围岩为古元古界角闪岩相变质沉积岩或角闪片岩，围岩中不含有机碳物质。矿化受NNW向Nabarlek断裂控制（图3），断裂两侧发育绢云母与绿泥石化，蚀变宽度可达1 km，且广泛发育赤铁矿化，表明Fe2＋为主要还原剂［14］。

矿区热液活动频繁，早期开始于1 830Ma，以生成石英脉为特征。该期热液来源于盆地基底，与Nabarlek花岗岩同时，为造山作用的产物。第2期热液活动发生于1 760～1 640 Ma，以在断裂两侧变质岩中发育细粒绢云母化和绿泥石化为特征。蚀变发生于1 700 Ma，铀矿化发生于1 640 Ma，同时伴生大量伊利石化和赤铁矿化。流体来源于Kombolgie亚群，是盆地形成过程中产生的流体。期间1 720Ma，Oempelli辉绿岩侵入，使岩脉附近发生硅化、少量黄铁矿化、碳酸盐化等。晚期热液活动持续时间较长，介于1 380和750Ma之间，在Nabarlek断裂中形成少量晶质铀矿脉［14］。

图3 鳄鱼河谷铀矿集区Nabarlek矿床典型剖面图（据Polito，等，2004）Fig.3 Typical profile of Nabarlek uranium deposit in A lligator River uranium district（After Polito，et al.，2004）

Nabarlek矿床由4期铀成矿作用叠加而成，时间分别为1 640、1 360、1 100和900Ma（晶质铀矿U-Pb法和Pb-Pb法定年）。以上成矿时间分别对应1 783～1 600 Ma Kombolgie盆地生成，1 324～1 316 Ma之间大规模岩浆侵入，1 140 Ma开始的Grenville造山作用以及发生于1 000～750 Ma的Rodinia大陆裂解。以第1期成矿作用为主，4期均发育绿泥石化。50 Ma以后，以风化和剥蚀作用为主，蚀变为高岭土化和次生铀矿化。

流体包裹体研究表明，主矿化期（第1期）成矿温度在200℃左右，流体富含Ca2＋，Na/Ca比值小于0.1。Na-Ca-K 3种离子浓度投图结果表明成矿流体为盆地流体。流体氧逸度较高，暗示其可能来源于地表。矿区石英-沥青铀矿脉和蚀变矿物H-O同位素结果表明，成矿热液流体δD值在-15‰与-48‰之间，δ18O值则介于-2.9‰与12.1‰之间。结合流体成分得出，Nabarlek矿床成矿热液为盆地流体［14］。成矿模拟实验验证了上述结论，当氧化性盆地流体与角闪岩相盆地基底或碎屑砂岩发生水岩反应时，流体可从碎屑沉积物或变质岩含铀矿物中萃取出铀，反应过程中，流体氧逸度降低，当反应log氧逸度低至-25时，流体中铀大量沉淀成矿。

2.3 Ranger铀矿床

Ranger矿床发现于1969年，自1980年开始露天开采，现为世界第二大独立铀矿床。由两个主矿段组成：Ranger 1和Ranger 3，Ranger 1矿段于1995年结束开采，自1997年开始开采Ranger 3矿段，2009年在其下部又发现新矿体。2009年，该矿床产铀5 240 t。Ranger 1矿段开采矿石2 143万t，平均品位0.1%，Ranger 3矿段预计可采矿石319万t，平均品位0.24%，共计可开采34 000 tUO2［15］。

矿床位于矿集区南部，具有明显二元结构，盖层为Kombolgie亚群砂砾岩、火山岩等；基底为古太古-古元古界片岩或片麻岩，年龄为（2 470±50）Ma。矿区侵入岩发育，主要有近EW向辉绿岩脉（1 690 Ma）、伟晶岩脉和花岗岩等，多沿断裂侵入，倾向N或NE（图4）。

矿体赋矿围岩为古元古界绿片岩相-角闪岩相变质火山岩、沉积岩等。矿体产于NE向次级断裂中，断裂两侧蚀变强烈，宽度可达几百米，以伊利石和绿泥石化为主，伴有少量绢云母化和赤铁矿化。矿石矿物为沥青铀矿、晶质铀矿等。

矿区内构造活动强烈，盆地基底被后期构造作用强烈改造，褶皱、断裂、剪切构造形迹发育。矿区主要经历了4期构造作用［15］。1）第1期与区域变质作用密切相关，生成与沉积地层近平行构造面理；2）第2期以韧脆性为主，产生枢纽为NNE-SSW向和NNW-SSE向褶皱，以及走向与之平行的逆断裂和韧性剪切带。花岗岩、伟晶岩脉（1 870～1 860Ma）于该时期侵入；3）第3期以韧脆性变形为主，形成轴向NW褶皱，以及走向NW构造面理，并使已有构造和剪切带展现出左行剪切性质。2、3期构造作用发生于1 870～1 780Ma，与造山作用关系密切；4）第4期以脆性形变为主，主要为近EW向拉张，使已有断裂表现为正断层性质。铀成矿作用即发生于该时期，成矿年龄约为1 640 Ma。成矿流体与成矿物质来源与矿集区内其他矿床相一致，流体为盆地流体，成矿物质来源于盆地内含铀碎屑物质或基底地层中含铀矿物。

图4 鳄鱼河谷铀矿集区Ranger矿床典型剖面图（据Hein，2002）Fig.4 Typical profile of Ranger uranium deposit in A lligator River uranium district（After Hein，2002）

3 铀矿床成因探讨

鳄鱼河谷铀矿集区成矿作用与Kombolgie盆地沉积成岩过程关系密切。Kombolgie盆地初始形成时间为1 793Ma［16-19］，在盆地形成之前区域上经历了一期强烈的造山作用，发生时间为1 890～1 847 Ma。在造山作用过程中，矿集区附近沉积岩和岩浆岩变质为角闪岩相或麻粒岩相高级变质岩，并且在矿集区内发生大规模岩浆侵入事件，侵入岩年龄1 884Ma。高级变质岩与侵入岩构成Kombolgie盆地基底，并为盆地提供沉积物质来源。

图5 鳄鱼河谷铀矿集区矿物生成序列（据Cuney&Kyser，2008）Fig.5 Paragenesis ofm inerals in Alligator River uranium district（After Cuney&Kyser，2008）

盆地沉积成岩过程可分为4个阶段［20-21］（图5）。1）沉积阶段，矿物主要有石英、长石，少量赤铁矿、锆石、磷灰石和岩石碎屑等。这些矿物构成了Kombolgie亚群主体，并为后期铀成矿作用提供物质来源。2）早期成岩阶段，主要生成早期石英（Q1）与赤铁矿（H1），充填于碎屑颗粒之间，同时部分长石碎屑蚀变为黏土矿物。此阶段是主要胶结成岩阶段，形成于浅海蒸发环境。此阶段盆地流体以低温为特征，未对砂岩中含铀矿物（锆石、磷灰石碎屑）形成较大影响，与铀成矿作用无关，但是构建盆地中隔水层，使后期成矿流体可以汇聚至孔隙度较高的断裂或层位中，为铀成矿创造了前提。3）晚期成岩阶段，以生成石英（Q2），伊利石和绿泥石为主，伴有少量赤铁矿（H2）和碳酸盐矿物。新生矿物充填于碎屑颗粒之间。此阶段为主要成岩阶段，发生于（1 650±80）Ma，温度大于200°C。晚期成岩阶段与铀矿化关系密切，成岩过程中，盆地流体与含铀碎屑矿物发生水岩反应，从中萃取出铀，并在压力作用下汇聚至孔隙度较高的断裂或层位中成矿。成矿作用所形成的矿物主要有石英，晶质铀矿，沥青铀矿及少量赤铁矿（H3）等。4）地表风化阶段（＜50 Ma），以形成黏土矿物为主，伴生少量次生铀矿物，与铀成矿关系并不密切。

鳄鱼河谷铀矿集区矿化作用有4期，分别发生于1 680～1 640 Ma（Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb法）、1 360 Ma（U-Pb法）、1 100 Ma（U-Pb法）和900 Ma（U-Pb法），以1 680～1 640 Ma为主［2-3，6］。矿化时间对应重大构造事件，表明构造事件可能是导致铀矿化的原因之一，例如：1 324～1 316 Ma，发生大规模岩浆侵入；1 140 Ma开始Grenville造山作用；1 000～750 Ma Rodinia大陆裂解等，3期矿化均形成绿泥石与晶质铀矿。

鳄鱼河谷铀矿集区成矿流体温度在200～300°C左右，中低盐度，高氧逸度，为大气降水演化而来的盆地流体（H-O同位素）［1，22-23］。铀主要来源于沉积盆地中含铀碎屑矿物（锆石、磷灰石碎屑），少量来源于盆地基底中含铀矿物［24-25］。盆地流体来源于沉积地层的压实成岩作用，是形成铀矿的关键性因素。铀矿床与盆地的形成基本同步。现有研究表明澳大利亚北部与Kombolgie同时代盆地为寻找铀矿的有利区域。

4 结论

澳大利亚北部Kombolgie盆地附近鳄鱼河谷地区，产出多个世界级不整合面型铀矿床，多受构造控制，产于不整合面附近断裂或其两侧。赋矿围岩为古元古界，发育绿泥石化、伊利石化、绢云母化和赤铁矿化，矿石矿物以晶质铀矿、沥青铀矿为主。

Jabiluka矿床主矿化期发生于1 680 Ma，矿化温度在（200±20）℃左右，成矿流体温度为200～300℃，盐度为9.3%～16.8%NaCl equ，log氧逸度大于-20，且晚期含有CH4等有机物，为盆地流体。

Nabarlek矿床由4期矿化作用叠加而成，时间分别为1 640 Ma（主矿化期）、1 360 Ma、1 100 Ma和900 Ma（晶质铀矿U-Pb法和Pb-Pb法定年），分别对应区域重大地质事件。成矿流体富含Ca2＋，Na/Ca比值小于0.1，氧逸度较高，为盆地流体。

Ranger矿床构造活动强烈，主要经历了4期构造作用。前3期构造作用以韧-脆性为主，第4期以脆性为主，表现为近EW向拉张，与矿化关系密切。第4期构造作用使已有断裂表现为正断层性质。铀成矿作用即发生于该时期，成矿年龄约为1 640 Ma。

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Geological characteristics and genesis ofmain uranium deposits in A lligator River uranium district，Australia

ZHANG Chuang，HAO Ruixiang
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

In Alligator River uranium district，western of Kombolgie basin，there are several worldclass unconformity-type uranium deposits.Jabiluka，Nabarlek and Ranger uranium deposits were controlled by faults，mainly hosted by Paleoproterozoic amphibolites-faciesmetamorphic rocks.The uranium minerals are mainly uraninite，pitchblende and associated with chlorite，sericite and hematite.Themain mineralization of Jabiluka，Nabarlek and Ranger uranium deposits occurred in 1 680～1 640Ma，and superimposed by three latermineralization stageswhich occurred in 1 360Ma，1 100 Ma，900 Ma，respectively.The ore-forming fluid ismainly basinal fluid，and themetallogenic material is probably from uranium-bearing basinal clastics orminerals inmetamorphic basement.

Kombolgie basin；Alligator River uranium district；unconformity-type uranium deposit；Jabiluka uranium deposit；Nabarlek uranium deposit；Ranger uranium deposit

P619.14;P61

A

1672-0636（2015）02-0068-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.02.002

2015-01-23；

2015-02-10

张闯（1985—），男，河北石家庄人，工程师，现从事铀矿地质工作。

E-mail：zhangc198506@126.com