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相山矿田北部铀成矿地质特征和控矿因素分析

2021-10-29司志发聂江涛马永胜

世界核地质科学 2021年3期
关键词:火山岩铀矿斑岩

司志发,聂江涛,郭 建,马永胜

相山矿田北部铀成矿地质特征和控矿因素分析

司志发,聂江涛,郭 建,马永胜

(1.核工业北京地质研究院,北京 100029;2.中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京 100029)

基于对相山矿田北部大量钻孔剖面数据的二次开发、整合,利用钻孔轨迹投影,绘制了五条贯穿相山整个北部地区的NS向钻孔数据提取剖面图,直观清晰地展示出该区地质和铀矿体的分布特征。区内断裂构造发育,打鼓顶组下段较厚,且次火山岩体侵位形式多样。综合认为,相山矿田北部铀成矿主要受断裂构造、次火山岩和岩性界面控制。由南向北看,矿体的分布由组间界面控制逐渐转换为断裂构造、次火山岩体以及次火山岩体和基底变质岩接触带控制,尤其是各种控矿因素叠加及形态变异部位是极为有利的成矿空间。以绘制的钻孔数据提取剖面为依据,认为打鼓顶组下段中侵位的次火山岩、基底界面以及基底变质岩深部隐伏的次火山岩体具有较好的成矿潜力。

钻孔剖面;地质环境;控矿因素;找矿方向;相山铀矿田

相山火山盆地位于江西省抚州市乐安县和崇仁县交界处。该盆地呈椭圆形,东西长约26 km,南北宽约16 km,面积约为316 km2。现代地貌为中部高四周低的正地形。

自1957年原核工业中南三O九大队通过放射性航空伽马测量在该区发现异常以来,诸多地质工作者先后开展了普查勘探、区域地质(矿产)调查、化探、物探、遥感、地质科学研究等工作。目前在相山火山盆地内已发现矿床25个,主要产在盆地的北部和西部[1-3]。

近年来,随着相山盆地深部找矿工作的开展和加强,尤其是在其西部实施的科学深钻成效显著[4-7]。而在其北部,虽然已经实施了大量的钻探工作,但由于以往勘探深度有限,所揭示的铀矿大多距地表数百米,缺少对其深部的探索。

笔者基于相山矿田北部钻孔剖面资料,对该区地质环境和已探明铀矿的整体分布规律、富集特征及控矿地质条件等进行全面的梳理和总结,以期能由已知推未知,对下一步在相山北部地区攻深找盲提供依据。

1 区域地质概况

相山铀矿田位于扬子准地台和华南褶皱系的过渡地带,赣杭构造带西南段与遂川—德兴深断裂交汇部位[8-9]。

相山火山盆地区域地层可划分为基底和盖层两部分。基底主要出露于盆地的南部、东部和北部地区,岩性主要为中元古界浅变质岩,以及上三叠统安源组砂砾岩、下石炭统华岭组砂岩;盖层是一套沉积-火山岩建造,主要由下白垩统火山岩以及上白垩统红色碎屑岩组成。其中,下白垩统火山岩主要由酸性、中酸性火山碎屑岩和火山熔岩组成,包括两大旋回:第一旋回为打鼓顶组(K1);第二旋回为鹅湖岭组(K1),盖层总厚度大于2 000 m。

受赣杭构造带和遂川—德兴深断裂等构造体系的影响,相山矿田构造以发育EW向断褶带及NE、NW、近NS向断裂为特征。其构造格架可划分为基底构造格架和盖层构造格架两部分。基底构造格架主要由NE、NW、EW、近NS向四组构造组成;盖层构造格架主要包括NE、NW、近NS向断裂构造及火山塌陷构造和火山离张构造。

早白垩世相山盆地大规模火山活动后期,残余岩浆沿构造薄弱带侵位,呈不规则环状分布于盆地北部、东部和南部边缘,岩性主要为似斑状花岗岩和花岗斑岩。另外,相山地区还出露了少量煌斑岩、辉绿岩等基性脉岩,煌斑岩脉仅在相山盆地西部地表少量出露,而辉绿岩脉在相山盆地个别钻孔岩心中偶见。

2 相山盆地北部地区地质特征

2.1 火山岩及基底

该区出露的地层由南向北依次为下白垩统鹅湖岭组、打鼓顶组沉积-火山岩盖层及中元古界基底变质岩(图1)。鹅湖岭组包括上下两段:上段(K12)岩性为浅灰色、浅红色碎斑流纹岩,以侵出相为主,局部为溢流相,分布于该区南端大部;下段(K11)岩性主要为紫红色粉砂岩、流纹质晶屑玻屑凝灰岩、弱熔结凝灰岩、凝灰质砂岩,主要出露于凉亭—梅峰山一线,并沿火山塌陷构造呈东西向展布。打鼓顶组包括上下两段:上段(K12)岩性主要为流纹英安岩,常夹有不稳定薄层砂岩、砂砾岩[10],主要出露于徜坑—横涧—梅峰山一线,并沿火山塌陷构造呈东西向展布;下段(K11)岩性主要为紫红色粉砂岩、凝灰质砂砾岩、流纹质玻屑-晶屑凝灰岩夹凝灰质粉砂岩等,主要沿横涧—沅头—梅峰山一线呈东西向展布,不整合覆于基底变质岩之上,另外,在变质岩区如何家、巴泉、沙洲西南等地均可见到K11出露。中元古界基底变质岩为相山北部地区出露的主要地层,该区为相山盆地变质作用较强的地区,并且越往北基底变质程度越强,岩石类型为板状千枚岩-片状千枚岩-微晶片岩-片岩-石榴黑云母片岩-十字石石榴黑云母片岩,即由低绿片岩相-高绿片岩相-低角闪岩相,它们之间呈渐变过渡关系。

1―鹅湖岭组上段碎斑流纹岩;2―鹅湖岭组下段砂岩、凝灰岩;3―打鼓顶组上段流纹英安岩;4―打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩;5―基底变质岩;6―似斑状花岗岩;7―花岗斑岩;8―铀矿床位置;9―断裂构造;10―火山塌陷构造;11―层间离张构造; 12―勘探线及钻孔数据提取剖面位置。

2.2 构造

相山火山盆地北部地区构造发育,除NE、近EW向断裂构造外,还发育火山构造。NE向断裂构造主要受切过盆地北西缘的遂川—德兴深断裂的控制和影响,为该区主要的构造形迹,其活动具有明显的阶段性,加里东期—燕山期主要以左行走滑为主,燕山晚期表现为伸展拉张作用,喜山期则主要体现为区域挤压作用[11-12]。近EW向断裂构造规模较大,为基底构造的主构造线,可划分为南北两带,北带分布于裴家—沙洲一线,南带分布于徜坑东—沅头—横排山—梅峰山一线,为一系列产状较陡的逆断层,且南带EW向断裂构造以横排山为界,西侧构造北倾,东侧构造南倾。相山盆地北部地区近EW向断裂构造形成时间早,且具有多期活动的特征。可能形成于加里东期或更早,后受NE向区域断裂走滑拉分作用的影响再次活化,控制相山盆地早期的形成。燕山期,受火山喷发作用和侵位作用的挤压影响而发生逆冲活动。

区内火山构造包括火山塌陷构造和层间离张构造,其中火山塌陷构造呈环形展布于徜坑东—横涧—横排山—梅峰山,而层间离张构造主要见于横排山—湖田—游坊—苗峰山一线,即游坊似斑状花岗岩体中。

2.3 次火山岩

相山北部地区出露的次火山岩包括似斑状花岗岩和花岗斑岩两类。似斑状花岗岩主要有北部的裴家-沙洲岩体和南部的游坊岩体,花岗斑岩零星出露于裴家、横涧—岗上英、沅头、红卫、湖田等地区,呈东西向展布。两种次火山岩物质成分相近,具有相变过渡关系,深部相互连通[13]。

3 铀成矿地质特征和控矿因素

通过系统收集北部各个矿床钻探资料进行二次开发、整合,基于钻孔揭示的矿化信息,对相山北部地区的控矿因素进行了全面分析、总结。并利用钻孔轨迹投影,绘制了P1—P5五条NS向剖面图,贯穿相山整个北部地区(图1)。

通过这些剖面图,可以清晰直观地展现该区地质和矿体展布特征。旨在由点(北部矿床点)到面(北部地区)建立相山盆地北部铀成矿地质特征和控矿因素整体框架。

3.1 成矿地质特征及矿体分布

基于北部地区钻孔提取剖面图(P1~P5),系统展示该区地质和成矿特征,以便由已知推未知,寻找深部盲矿体。因篇幅所限,仅以P5剖面为例进行说明(图2)。

剖面上来看,区内火山岩盖层整体呈层状,并向盆地中心倾斜,倾角较缓,一般为25°~35°。其中,鹅湖岭组上段碎斑流纹岩由北向南厚度逐渐增加,下段砂岩、凝灰岩较薄,最厚不超50 m,且在剖面上断续分布;打鼓顶组上段流纹英安岩厚度介于100~200 m,值得一提的是该区打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩,为相山盆地较厚的地区,其厚度普遍超过200 m。

相山盆地北部次火山岩体的空间分布可清晰地划分为三部分:受层间离张构造控制的游坊似斑状花岗岩呈岩床形式侵位于鹅湖岭组上段碎斑流纹岩中,产状与火山岩盖层一致[14];侵位于打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩中的次火山岩,以花岗斑岩为主,在剖面上呈平缓板状延伸,产状与打鼓顶组下段一致,由盆地中心向北延伸侵入到基底变质岩中,并将上覆岩层拱起,整体呈岩盖形式产出,另外,受不同方向构造的复合控制,其形态局部发生较大变化,除岩盖外,还以岩枝、岩脉等形式产出;最北端似斑状花岗岩受NE、近EW向断裂构造控制,侵位于基底变质岩中,整体呈岩墙、岩枝形式产出,产状较陡,但由于目前施工的钻探较浅,对其深部延伸情况尚未控制。

该区矿体的展布在剖面上亦呈现出一定的规律,矿体主要位于-200 m以浅,该现象可能是受限于勘探深度。由南向北来看,剖面最南端的游坊岩体内部及其与鹅湖岭组碎斑流纹岩接触带附近有少量矿体揭露;游坊岩体北侧为鹅湖岭组和打鼓顶组的接触带,该区地层界面较多且产状变化大,另有火山塌陷构造的加持,矿体揭露较丰富,主要分布于鹅湖岭组下段和打鼓顶组上段之间,矿体的整体走向与地层产状基本一致,值得一提的是在组间界面下方的花岗斑岩中也有矿化现象的揭露;由剖面中部向北,基底变质岩和花岗斑岩出露,铀矿体的分布由组间界面控矿逐渐转换为断裂构造和花岗斑岩控矿以及花岗斑岩和基底变质岩接触带控矿,尤其是在花岗斑岩形态变异部位,矿体密集分布。

3.2 控矿因素分析

控制相山盆地北部地区铀成矿的关键因素为断裂构造、次火山岩和岩性界面。并且,当不同控矿因素相互叠加耦合时,成矿条件最有利[15]。

3.2.1 断裂构造

由相山盆地北部地质图可以清晰看到已探明的13个铀矿床的空间分布情况,其定位均受断裂构造控制。研究认为,早期压性-压扭性构造叠加后期张性-张扭性变形的构造破碎带非常利于成矿流体的运移[16-17]。区内主要断裂构造均经受过早期压扭性变形叠加后期张扭性变形的过程,是最重要的控矿因素。

5条NE向断裂构造近似平行展布,并与近EW向断裂构造、火山构造相互叠加贯通,并且在其交汇部位,岩石破碎程度变强,破碎带变宽,从而创造有利成矿的“导、运、储”空间环境[18]。其中何家、巴泉、红卫、沙洲、沙洲西南5个矿床,定位于NE向断裂构造和近EW向裴家—沙洲断裂构造的复合部位;横涧、岗上英、沅头、石马山、横排山、凉亭、湖田等矿床则受NE向断裂构造、近EW向断裂构造和环形火山塌陷构造的控制;荷上矿床的定位主要受邹家山—石洞断裂构造控制。

1―鹅湖岭组上段碎斑流纹岩;2―鹅湖岭组下段砂岩、凝灰岩;3―打鼓顶组上段流纹英安岩;4―打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩;5―基底变质岩;6―似斑状花岗岩;7―花岗斑岩;8―铀矿床位置;9―铀矿体;10―实测或推测断裂构造;11―火山塌陷构造;12―层间离张构造; 13―钻孔数据提取剖面位置。

1―打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩;2―基底变质岩;3―花岗斑岩;4―构造破碎带;5―铀矿体。

在这些主构造两侧有大量裂隙构造形成,这些裂隙构造产状稳定,与主构造平行分布,靠近主构造破碎带时,裂隙相对发育,延续性好,常呈密集裂隙带产出,为铀成矿提供了容矿空间(图3、4)。

3.2.2 次火山岩

区内次火山岩的侵入与构造及地层薄弱带(打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩及基底变质岩界面附近)关系密切。早白垩世,相山大规模火山岩浆喷溢后,岩浆房空虚导致火口塌陷,残余岩浆沿早期形成的断裂构造、火山构造及地层薄弱带侵位,形成形态多样的次火山岩体。

研究表明,该区次火山岩主要为晚期侵入的似斑状花岗岩和花岗斑岩,其与铀成矿关系密切[19-21]。相山盆地北部很多矿床直接产于次火山岩体中,或其附近隐伏有次火山岩体。次火山岩体的侵入不仅增加了岩层界面,而且随着岩体的侵入,在其顶部和接触带附近往往产生大量张性和张扭性裂隙,进一步加强了周围构造的发育。另外,次火山岩体的侵入本身就是空间或构造薄弱带存在的体现。

1―似斑状花岗岩;2―构造破碎带;3―铀矿体。

1―打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩;2―基底变质岩;3―花岗斑岩;4―构造破碎带;5―铀矿体。

次火山岩体内及其与火山岩和基底变质岩接触带处发育的破碎带一般破碎程度高、延伸长、连通性好,破碎带宽而且成群平行呈带状出现,因而其含矿性较好[22]。铀矿体常呈脉状、透镜状产于次火山岩内及其内外接触带(以内接触带为主),尤其是次火山岩体形态变异部位、膨胀部位裂隙构造极其发育,是铀矿化十分有利的赋存空间[23](图5)。

3.2.3 岩性界面

不同地质体的接触面,如不整合面、侵入接触面等,表现为地质体连续性的突然中断,并且伴有物质成分及其物化属性的改变[24]。该部位不仅是有利的热液运移通道,也是矿化元素沉淀、富集的重要所在。

在相山矿田,不同岩性的接触带对成矿有明显的控制作用,是富大铀矿体集中产出的部位。除上文提到的次火山岩内外接触带控矿外,相山铀矿田的界面控矿主要指两期沉积-火山岩盖层(鹅湖岭组和打鼓顶组)的组间界面控矿以及基底变质岩界面控矿。

组间界面上方为鹅湖岭组上段碎斑流纹岩,下方为打鼓顶组上段流纹英安岩,中间夹有薄层的砂岩、凝灰岩。相山盆地北部地区火山塌陷构造以及层间离张构造的发育暗示在大规模火山作用晚期,尚未完全固结的厚层碎斑流纹岩在重力作用下沿层间界面发生塑性流动,导致界面上下两侧火山岩发生滑脱,具体表现为界面附近火山岩形态的强烈变异及大量次级裂隙构造的产生,为后期成矿热液的涌入提供了条件,并且控制了铀矿体的空间分布。

与组间界面类似,基底界面附近也是较有利的成矿空间。由于基底变质岩与上覆火山岩物性上的差异,基底不整合接触面也是构造薄弱带[25]。从以往钻孔揭露情况来看,该区大量次火山岩的侵位都在基底界面附近,结合次火山岩控矿作用,可以认为基底界面附近也具有很大的成矿潜力(图6)。

1―鹅湖岭组上段碎斑流纹岩;2―打鼓顶组上段流纹英安岩;3―打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩;4―基底变质岩;5―花岗斑岩;6―铀矿体。

4 找矿方向

相山盆地北部铀矿体的赋存位置主要在主断裂构造旁侧次级构造、次火山岩体内和不同岩性界面附近,尤其是形态变异部位控制了大量矿体的定位,这些部位裂隙较发育,有利于热液流体的运移及成矿元素的沉淀、富集。

结合P5钻孔提取剖面来看,北部铀矿化与断裂构造和次火山岩关系密切,铀矿体主要位于次火山岩体内及其接触带附近,往南控矿因素则发生了变化,主要受组间界面的控制,矿体主要位于打鼓顶组和鹅湖岭组界面附近,并且以打鼓顶组上段流纹英安岩为主要的赋矿岩性,该部位也是相山地区的第一找矿空间。

至于打鼓顶组下段侵位的次火山岩、基底界面附近以及深部基底变质岩中可能隐伏的次火山岩体同样具有较好的控矿条件,可视为攻深找盲的第二找矿空间,多种控矿因素相互叠加耦合时,其成矿环境最有利,是首选的找矿方向。

基于上述分析,认为相山矿田北部湖田地区具有较好的成矿潜力,该区不仅发育断裂构造、火山构造以及多种岩性界面,其浅部和深部均有大量次火山岩体的揭露,并且在侵入打鼓顶组下段的次火山岩体中已揭露少量铀矿体。但受限于该区当前钻探深度,第二找矿空间尚未有较大的突破,需要继续深入开展研究工作。

5 结论

1)北部打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩地层厚度普遍超过200 m,为相山盆地较厚的地区。

2)北部次火山岩体的空间分布可大致划分为三部分:呈岩床形式侵位于鹅湖岭组上段碎斑流纹岩中的次火山岩体;呈平缓板状侵位于打鼓顶组下段砂岩、凝灰岩中的次火山岩体;呈岩墙、岩枝形式侵位于基底变质岩中,且整体产状较陡的次火山岩体。

3)北部地区铀成矿主要受断裂构造、次火山岩及岩性的界面控制,由南向北看,矿体的分布由组间界面控制逐渐转换为断裂构造、斑岩体以及斑岩体和基底变质岩接触带控制,尤其是各种控矿因素叠加及形态变异部位是极为有利的成矿空间。

4)相山矿田北部地区的第二找矿空间可重点关注打鼓顶组下段中侵位的次火山岩、基底界面以及基底变质岩深部隐伏的次火山岩体。

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Analysis on geological features and ore controlling factors of uranium mineralization in northern Xiangshan ore field

SI Zhifa, NIE Jiangtao, GUO Jian, MA Yongsheng

(1. Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China; 2. Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology, CNNC, Beijing 100029, China)

Five N-S-trending borehole extraction profiles through the whole northern area of Xiangshan ore field were drawn by using the borehole trajectory projections, which directly and clearly show the geological features and spatial distribution characteristics of uranium ore bodies. In this area, the fault structure is well-developed, the lower part of Daguding Formation is thick, and the intrusive forms of sub-volcanic rock are various. Through the comprehensive analysis and summary of the ore controlling factors in this area, it was considered that uranium mineralization was mainly controlled by fault structure, sub-volcanic rock and lithological interface in the north of Xiangshan. From the south to the north, the distribution of ore bodies was gradually controlled by intergroup interface to fault structure, sub-volcanic rock and the contact zone between sub-volcanic rock and basement metamorphic rock, especially the composite of ore controlling factors and the position of morphological variation, are extremely favorable metallogenic space. Based on the borehole extraction profiles, it was considered that the sub-volcanic rock emplaced in the lower part of Daguding Formation, the basement interface and the sub-volcanic rock concealed in the basement metamorphic rock have good metallogenic potential.

borehole profile; geological environment; ore-controlling factors; prospecting direction; Xiangshan uranium ore field

P619.14

A

1672-0636 (2021) 03-0328-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2021.03.005

国防科工局核能开发项目(编号:地D1403-1)资助。

2021-04-15

司志发(1992— ),男,河南周口人,硕士,主要从事构造地质学与铀矿勘查方向的研究。E-mail: sizhifa110@163.com。

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