李 伟， 宋 昊，2， 陈友良，2， 聂 睿， 李巨初， 李 圻

(1.成都理工大学 地球科学学院， 成都 610059； 2.地学核技术四川省重点实验室， 成都 610059)

钠交代型铀矿床是一种产于花岗岩体内部、花岗岩和变质岩接触过渡带、裂陷槽边缘变质岩带中，经碱交代作用(钠交代作用)形成的矿床。该类型铀矿在中国、俄罗斯、瑞典、巴西、印度等国都有分布，但以乌克兰的钠交代型具有规模大、分布最为广泛。乌克兰是目前世界上拥有铀资源最丰富的国家之一，铀矿类型主要包括钠交代型铀矿和砂岩型铀矿两大类，目前已探明的总储量约为36万吨(RAR+IR)，约占其总资源量的75%[1]。已发现的钠交代型铀矿床主要分布在乌克兰结晶地盾的基洛夫格勒—克里沃罗格地区。前人是在钻探中发现了前寒武纪地盾钠交代岩中有铀矿化作用，此后相继发现了一批重要铀矿床，如米丘林矿床、谢维林矿床和瓦杜金矿床等[2]。米丘林矿床是1964年在基洛沃格勒矿区以南发现的第一个交代岩型铀矿床，矿体主要赋存在沿断裂活动的流体交代片麻岩、花岗岩、混合岩等形成的钠长岩中[1-6]，由于成矿相关的蚀变多由成矿流体在钠长岩体内发生进一步交代而形成，因此，矿体赋存于钠长岩内是该类型铀矿床的典型特征。

笔者主要是通过总结归纳前人对乌克兰米丘林铀矿床的研究资料，分析该矿床的铀矿化特征、围岩蚀变与分带特征，总结米丘林矿床的成矿规律和模式，为国内钠交代型铀矿床的研究提供一定的理论依据。

1 区域地质概况

基洛沃格勒铀矿区位于乌克兰中部的第聂伯和布格河地区，因古尔断块中部，出露太古代- 早元古代基底角闪岩相结晶岩石，其成因与乌克兰地盾造山末期构造- 岩浆活化区内叠加于花岗岩- 片麻岩基底上的碱交代作用有关，地盾由多个韧性剪切带组成(图1a)。在因古尔断块中，基洛沃格勒—新乌克兰岩体和科尔松—新和平城岩体侵入以片麻岩、片岩和混合岩为主的古元古代因古尔—因古列茨地层中。矿区发现的交代岩型铀矿床主要分布于近南北向的韧性剪切带和近东西向断裂带交汇部位，围绕在基洛沃格勒- 新乌克兰岩体的构造带中，伴随着叠加在花岗岩类、混合岩和片麻岩之上的绿片岩相碎裂变质作用[2,3]。

基洛沃格勒—新乌克兰岩体面积约3 500 km2，年龄2.06～2.02 Ga[4]，主要由钾长花岗岩、闪长岩、二长岩和混合岩组成，由因古尔- 因古列茨岩层部分熔融形成的。经历了角闪岩相的变质作用的古尔- 因古列茨岩层与花岗岩类岩石一并形成区内侵入- 超变质基底(图1b中的NK)。

科尔松—新和平城岩体的面积约5 000 km2，是在非造山运动中古元古代晚期(1.75～1.72 Ga)侵入到早期形成的超变质基底。奥长环斑花岗岩约占该岩体80%，斜长岩、辉长岩和橄榄岩占近地表的剩余部分，正长岩和钠长岩在岩体内外均有发现(图1b中的KN)。该岩体与基洛沃格勒—新乌克兰岩体的源岩有所差异，属于地幔来源，且不影响因古尔—因古列茨系列变质岩，也不存在韧性变形作用和叠加变质作用[5]。

基洛沃格勒铀矿区主要被以N-S、NW-SE、NE-SW和E-W向为主的构造带所切割，其中，E-W向的苏博京—马舒林构造带，长约80 km，宽约30～35 km，横跨了基洛沃格勒—新乌克兰地块的北部，容纳了矿区内大部分的钠交代型铀矿床，矿床主要受N-S向构造控制，部分受NW-SE和NE-SW向的区域断裂带控制，并被这些断裂带与其它构造的交汇部位所控制，近N-S向的基洛沃格勒断裂带成为矿区的主要控矿构造(图1b)。

图a：1—剪切带：① NK：剪切带；② GT：剪切带；③ KK：剪切带；④ OP：剪切带；2—奥长环斑深成花岗岩(KN：科尔松- 新和平城岩体，Kr：克罗斯廷岩体)；3—花岗深成岩(NK：新乌克兰岩体)； 图b：4—块间(断块)断裂；5—主断层/背斜；6—断裂基性岩脉；7—交代型铀矿床；8—米丘林铀矿床；9—沉积岩型铀矿床；10—环斑花岗岩(KN)；11—镁铁质- 超镁铁质岩；12—微斜长石花岗岩(NK)；13—康克斯克- 维克霍夫采夫单元岩石(角闪岩、富铁岩石)；14—克里沃罗格单元(含镁铁岩)；15—第聂伯-萨克萨甘单元(斜长花岗岩、混合岩等)；16—因古尔- 因古列茨单元变质岩(片麻岩等)。断裂：F1：布格—米罗诺夫块间断裂；F2：克里沃罗格—克列门丘格块间断裂；f1：安诺夫—兹韦尼哥罗德断层；f2：基洛沃格勒断层；f3：苏博京—马舒林断层。图1 乌克兰地盾地质构造图(a)[6]和铀矿床分布图(b)(据参考文献[7]修改)Fig.1 Geological structure map of the Ukrainian shield (a)[6] and distribution map of uranium deposits (b) (Modified after reference [7])

2 铀矿化特征

2.1 矿床地质特征

米丘林矿床位于因古尔断块中部，米丘林断层的下盘，产于基洛沃格勒—新乌克兰岩体的东接触带上，矿床的形成主要与乌克兰地盾岩体中的碱性交代作用和破碎带有关，是典型的受构造岩石特征和相关分带控制的钠交代岩型矿床[8]，属于钠交代岩铀矿床亚类中交代花岗岩铀矿床类型。主岩由黑云角闪片麻岩、混合岩、花岗岩和伟晶岩交替组成，被许多由绿帘石- 绿泥石糜棱岩和碎裂岩充填的构造带所切割。米丘林矿床铀资源量约为27 000 t (RAR+EAR-Ⅰ)，U平均品位为0.08%，边界品位为0.03%，矿石贫化率约为30%[9]。

2.2 矿体形态及控矿构造

矿体形态为不规则透镜状和板状，矿体长数百米，宽数十米，最大的矿体规模可达数十米厚，由于矿床的上部被大量的交代岩和矿体所侵蚀，铀矿体在地表和150～550 m采坑中见被氧化。矿体主要受交代片麻岩、混合岩和花岗岩的层理控制，而铀矿化主要受深大断裂带和剪切构造带的控制。由矿床的产出特征发现，矿床显示为一个由N-S走向，东倾约70°的米丘林主断层和北东倾向约55°～60°的NW-SE向分支断裂- 碎裂构造组合形成的半开式扇形[10]，这些结构形成了一个由收敛断层控制的破碎楔形区段(图2)。一般来说，构造交汇部位往往是成岩成矿的最有利的部位，构造交汇部位岩石破碎程度较高，而在矿床的断裂中可见强烈的劈理化现象，因此认为构造与成矿的关系较密切[7]。

1—片麻岩；2—花岗岩；3—伟晶岩；4—变余糜棱岩；5—钠交代岩；6—铀矿体；7—断层。图2 断层下盘中钠交代岩和铀矿体的分布特征(据参考文献[8]修改)Fig.2 Distribution characteristics of sodium metasomatic rocks and uranium ore bodies in footwall of the fault (Modified after reference [8])

此外，形成钠交代蚀变的热液一般沿着构造破碎带发育于碎裂岩带中，而碎裂岩却发育在一些韧性剪切带中。这些剪切断裂开始是在高温条件下活动，在钠长岩中产生糜棱岩和花岗碎裂岩，随后，构造带在低温条件下以脆性构造活动，在裂隙中形成钠长石、沥青铀矿和碳酸盐矿物，在围岩中产生绿泥石- 绿帘石蚀变，使矿床集中分布于近南北向的韧性剪切带和近东西向断裂带交汇部位。

2.3 矿物组合

铀矿物呈浸染状或似脉状产出在钠长石霓石化花岗岩、钠长石- 钠铁闪石- 霓石化花岗岩和钠长岩中的节理、剪切裂隙和破碎带中。铀矿物包括晶质铀矿、钛铀矿、铀石等，伴随着稀土矿物、磷灰石和萤石，赤铁矿和碳酸盐矿物等在局部非常丰富。大约60%的铀以钛铀矿的形式存在，其余的大多数为铀氧化物[8-9]。六价铀矿物在各个层面都有发现。铀矿化产出在高度碎裂和角砾化的钠长岩体中，钠长岩中几乎没有钍，它主要由UO2(38%～50%)和TiO2(29%～38%)组成，因此它在组成和性质上不同于钍稀土铀品种，是典型的伟晶岩和片麻岩。

晶质铀矿和钛铀矿石主要由钠长石(60%～68%)、钠闪石、钠铁闪石(10%～18%)、霓石(约15%)和榍石及少量的磷灰石、锆石、赤铁矿和铀矿物等组成，碳酸盐、绿泥石和金云母的含量较少。研究区发现了两种亚类型的晶质铀矿- 钛铀矿，分别为钛铀矿和铀石- 沥青铀矿(晶质铀矿)- 钛铀矿。主要的钛铀矿石局限于钠闪石- 钠铁闪石- 霓石钠长岩中，而铀石- 沥青铀矿(晶质铀矿)- 钛铀矿位于碳酸盐- 金云母- 绿泥石钠长岩中。图3显示钛铀矿石和铀石- 沥青铀矿(晶质铀矿)- 钛铀矿石的分布及其与不同钠长岩相的关系，近地表部分矿体被明显氧化。

1—片麻岩、花岗岩和混合岩；2—霓石- 角闪石钠长岩；3—碳酸盐- 金云母- 绿泥石钠长岩；4—断层；5—钛铀矿；6—铀石- 沥青铀矿(晶质铀矿)- 钛铀矿。图3 米丘林矿床矿体分布(据参考文献[11]修改)Fig.3 Orebody distribution of Michurinsk deposit (Modified after reference [11])

3 蚀变作用及分带特征

3.1 围岩蚀变

矿床的围岩蚀变发育，经常形成由几个蚀变体组成的蚀变带。早期表现为岩石广泛的退变质作用，斜长石的绢云母化、微斜长石化、黑云母化、绿泥石化，属动力变质作用；随后，沿断裂出现大规模的钠交代作用，属热流体交代作用。成矿期赤铁矿化、绿泥石化较强，碳酸盐化较弱。矿区钠交代强烈，钠长石化岩体分布较多，矿石含相当数量的暗色矿物(钠闪石、霓石、金云母)，含绿泥石多时矿化较好，含钠闪石多时矿化不好，方解石含量仅占3%～5%。钠交代岩在断裂构造交汇处厚度增大[5]。

钠交代岩仅限于米丘林断层的下盘，而断层的上盘没有交代岩和铀矿化。前人认为不论是在平面上还是在剖面上，结晶岩和叠加构造带的楔形排列都控制着钠交代岩和铀矿体的位置、延伸和形态。导致铀矿化和钠交代岩的蚀变主要发生在两个主要阶段，首先是钠交代作用，然后是热液作用。在保留原岩结构的前提下，第1阶段通过钠交代作用取代了所有的包括绿帘石- 绿泥石糜棱岩在内的原岩。这些交代岩的内部由不同成分的霓石、钠闪石、钠铁闪石、绿帘石和绿泥石组成。外带以脱硅化为特征，残余钾长石和石英被钠长石取代，黑云母被绿泥石或钠闪石取代。由母岩到钠长岩的过渡通过3个交代分区来反映[12](表1)：

表1 米丘林矿床矿物相分带Table 1 Mineral facies zonation of Michurinsk deposit

第1分区，钠闪石- 霓石带表现为脱硅化带中，黑云母被钠闪石所取代，并且在钠长岩中发现存在霓石的现象；

第2分区，绿帘石- 钠长岩带反映的是外带中黑云母被绿泥石取代，绿帘石和绿泥石在钠长岩中的稳定性现象；

第3个分区结合了前面的两种类型，它以绿帘石、绿泥石在脱硅化中的稳定性和钠闪石、霓石在钠长岩中的稳定性为特征。

从围岩蚀变的分析来看，钠交代作用涉及Na的输入(Na2O达10%～12%)以及K和SiO2的损失。

第2阶段的蚀变作用是通过晚期形成的钠长石、绿泥石、金云母、碳酸盐(方解石、白云石)和赤铁矿取代先前形成的交代矿物。

3.2 钠交代岩的形成

钠交代岩主要由沿断裂活动的流体交代片麻岩、花岗岩、混合岩、糜棱岩和碎裂岩而形成(图3)，被交代的岩石结构特征仍保留。交代岩中的常见矿物组合为绿泥石- 绿帘石，钠闪石- 霓石、霓石、金云母和碳酸盐- 赤铁矿- 绿泥石[1]。钠长石化在花岗岩中最发育，主要是因为碎裂花岗岩具有很好的渗透性。钠长石交代体中依顺序交代分别为：斜长石、石英、黑云母，常形成钠长石、钠闪石、霓石、绿帘石和绿泥石等矿物。但在这些断裂带中还没有发现环斑花岗岩。

由被交代的原岩可知，钠交代岩主要分为花岗钠长岩、片麻钠长岩、伟晶钠长岩和混合钠长岩等，钠交代岩中的钠长石一般占60%～90%，含钠长石>70%者为钠长岩。花岗岩中的钠交代岩，钠长石占90%，绿泥石、钠闪石、霓石占7%～9%。片麻岩中的钠交代岩，钠长石占60%～70%，暗色矿物(含碱质交代矿物)20%～30%。石英被钠长石交代溶蚀，逐渐迁移；微斜长石被钠长石取代；黑云母等暗色矿物被霓石、钠闪石交代，同时伴有碳酸盐化。铀矿化与钠交代作用十分密切，铀矿石中钠长石牌号1-3矿化最好(偏酸)，牌号近于10则矿化减弱[13]。

3.3 钠长岩与铀矿化的关系

在米丘林铀矿床中，矿床的钠交代岩和矿体的空间位置决定于碎裂岩带和糜棱岩带的发育以及黑云母花岗岩中的挠曲褶皱[14]，钠交代岩的矿化受控于花岗岩与片麻岩接触带的断裂带。由于基洛沃格勒带中的含矿交代岩为钠长岩，而钠长岩是米丘林矿床的主要控矿因素，没有钠长岩就没有铀矿化，但不是所有的钠长岩中都有铀矿体[15]。因此，铀矿化与钠长岩的关系主要表现为：1)钠长岩严格控制着铀矿化，铀矿体均产于钠长岩中，尤其是钠交代作用强烈的部位；2)钠长岩的大小与铀矿体的大小有很好的正相关关系。钠长岩的分布特征决定着铀矿体的规模大小，规模较大的钠长岩体形成一些较大的铀矿体；3)铀矿化经常在钠长岩体内带的强烈交代部位富集，钠交代作用越强烈，铀矿化就越强烈，铀矿体也越富集。

3.4 蚀变分带特征

钠交代岩有很好的水平分带性，从围岩向蚀变中心可分为6个岩石带(图4)。1)片麻岩带(围岩蚀变带)：黑云母片麻岩、堇青石片麻岩、石榴子石黑云母片麻岩；2)细脉状钠交代带(钠交代岩外带)：出现少量细脉状、网脉状钠交代脉体，伴随有石英脉、混合岩脉；钠交代不强烈，高牌号斜长石、微斜长石、石英均有残留，铀矿化比较微弱；3)云雾状钠交代带(钠交代岩外带)：钠交代岩在岩石中呈云雾状、团块状，与围岩界线不清，部分石英出现钠长石化或钾长石化，斜长石去硅、脱钙，牌号明显降低，有时有绿泥石化，沿黑云母边缘出现钠闪石化或绿泥石化，铀矿化较弱；4)团块状、斑点状钠交代带(钠交代岩过渡带)：钠交代岩在变质岩中呈团块状、斑点状产出，石英大部分被钠长石取代，交代岩由钠长石、钾长石、钠闪石(或绿泥石、绿帘石)组成，铀矿化较弱；5)均一交代岩带(钠交代岩内带)：钠交代作用强烈，钠交代岩均一分布在岩石中，石英部分消失，被钠长石取代，铀矿化增强；6)块状钠交代岩带(钠交代岩内带)：处于交代体的中心，钠交代作用强烈，石英、斜长石等全部被钠长石化，有的钠闪石被霓石化，有时见有绿泥石，富铀矿段见于此带中。

1—新生代覆盖物；2—片麻岩；3—花岗岩；4—变正长岩；5—钠长岩；6—蚀变分带；7—糜棱岩；8—断层； 9—矿体。蚀变区域：a—围岩蚀变带；b—钠交代岩外带；c—钠交代岩过渡带；d—钠交代岩内带。图4 米丘林矿床钠交代蚀变分带图(据参考文献[7]修改)Fig.4 Map of sodium metasomatic alteration zone in Michurinsk deposit (Modified after reference [7])

钠交代岩也有垂向分带现象，下部为钠长石- 霓石- 钠闪石组合，上部为钠长石- 绿泥石- 绿帘石组合，顶部为硅化带，或似脉状石英。有时可见绿泥石、绿帘石- 霓石、钠闪石- 钠闪石的大致分带现象。

钠交代作用垂直幅度最大达2 000 m[13]。蚀变带在垂向上部(顶部)常见到硅质帽、硅壳、硅质脉和石英脉，下部可见碱质交代体，即所谓的“上硅下碱”现象；在水平分带上，可出现内带为碱质交代体，外带为酸性交代体的现象，这是明显的热液体系演化所致。

4 成矿机理讨论

研究发现，由于花岗岩中的铀含量变化较大，导致前人对铀的来源有些分歧，一些学者认为铀成矿与岩体中的含铀量无关，铀来自深源；另一些学者认为铀来自矿体的围岩，而热液来自深源，因为铀矿体主要分布在岩体的边部，边部铀高钍低，是成矿的有利部位[13]。随着对矿区的深入研究，越来越多的学者认为基洛沃格勒铀矿区的铀源可能是来自深成岩，即片麻岩、花岗岩和砾岩，太古宙或早元古代石英砾岩含有碎屑状晶质铀矿，片麻岩的含铀量比克拉克值高2倍，而花岗岩含铀量比克拉克值高3～5倍甚至更多，因此目前共同的认识是岩石花岗岩化程度越高，其含铀量也越高，深成花岗岩化作用是形成钠交代型铀矿床的重要条件，虽然铀源不一定来自花岗岩体，但是铀和与花岗岩化既有时间演化上的成生联系(铀矿化比岩体形成晚约0.10～0.15 Ga)，又有空间展布上的紧密依存关系。或者，铀成矿时代与该区晚期煌斑岩活动时间接近，流体是由晚期的岩浆提供。但也有人提出或者流体有地表成因。

乌克兰基洛沃格勒矿区的成矿演化模式主要发育在3种不同的地球动力学背景下。1)在2.06～2.02 Ga，矿区先形成了基洛沃格勒—新乌克兰岩体，因古尔—因古列茨岩层经历了一定的变质作用，与花岗岩、混合岩、闪长岩和二长岩相结合构成该区的侵入- 超变质基底(图5a)。2)在1.80 Ga，矿区广泛发育着大规模的深大断裂带，严格控制着区内的成矿作用，强烈的构造活动(包括褶皱、断裂)导致基底构造发生活化，蚀变作用的普遍发育导致区内沿断裂出现强烈的碱交代作用，而后，随着热液流体的迁移转变，在地盾剪切活化带中形成与碱质流体交代有关的铀矿床[16]，如米丘林铀矿床，首先是富钠的岩浆沿着基洛沃格勒断裂带侵入由花岗岩和片麻岩构成的构造岩浆活化带，形成一系列的花岗伟晶岩脉和基性岩脉等(图5b)；然后是深部岩浆源残留的富钠岩浆热液沿着NS向的米丘林主断层、NW-SE向的分支断裂和钠交代岩运移，在萃取吸收流经围岩中的U之后，形成了钠交代型铀矿床的成矿热液(图5c)；最后是在花岗岩和片麻岩接触带上形成的钠交代岩，当富含挥发分的含铀热液运移至压力降低部位时，流体突然沸腾，大量CO2气体瞬间逸出，热液中的碳酸铀酰络合物分解沉淀成矿[17-18]，一部分U6+被还原为U4+从热液中沉淀出来，同时围岩产生钠长石化、绿泥石化和赤铁矿化(图5d)。3)古元古代时期(1.75～1.72 Ga)，在非造山作用中，由于幔源岩浆的上涌和奥长环斑花岗岩的侵位，形成了科尔松—新和平城岩体[19]。

1—岩浆房；2—花岗岩；3—片麻岩；4—铀矿体；5—钠长岩；6—碳酸铀酰络合物；7—断层；8—热液流体；9—伟晶岩脉；10—基性岩脉；11—地幔；12—地壳；13—基性岩浆岩。图5 米丘林铀矿床的成矿模式Fig.5 Metallogenic model of Michurinsk uranium deposit

5 结 论

1)在乌克兰基洛沃格勒矿区，米丘林矿床的形成主要与花岗岩- 片麻岩杂岩体中的碱交代作用和破碎带有关，矿化一般受控于花岗岩与片麻岩接触带的断裂带，由于钠长石化在花岗岩中最发育，且花岗岩具有很好的渗透性，因此，矿化主要产于花岗钠长岩中。

2)矿床主要受构造蚀变带和钠交代岩的控制，构造蚀变带控制着矿床的位置，而钠交代岩严格控制着铀矿体的形成，并将岩体从围岩向蚀变中心分为6个岩石蚀变带：片麻岩带、细脉状钠交代岩带、云雾状钠交代岩带、团块状和斑点状钠交代岩带、均一交代岩带和块状钠交代岩带。

3)通过总结分析认为，导致铀矿化和钠交代岩的蚀变主要发生两个阶段，一是钠交代作用，二是热液作用。第一阶段通过钠交代作用取代了所有的原岩，第二阶段的热液蚀变作用是通过晚期形成的钠长石、绿泥石、碳酸盐等矿物取代先前形成的交代矿物。