王健，漆富成，王文全，王振云，张文东

（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）

我国南方地区从早古生代初期继承了震旦纪时被动大陆边缘的构造演化方向，经历了从边缘盆地到大陆裂谷再到被动大陆边缘的构造演化过程。早寒武世，扬子板块和华夏板块之间由于强烈的拉张作用，形成了初始的洋壳，两个板块的碳酸盐台地之上沉积形成了一套黑色岩系［1］，其分布范围涉及我国南方湖南、贵州、安徽、云南等多个省区。这套黑色岩系中富含有用元素种类多达30 种以上，是我国重要的稀有元素、铂族元素等的矿源层［2-3］。我国对于这套黑色岩系及其中产出的矿产资源的研究起始于20 世纪60 年代，主要研究对象是湖南西北部大庸地区的镍钼矿化，而后通过持续的勘探和研究直到80 年代后期，在湘西北这套地层中又发现了钒、铀、稀土元素等有用的矿物成分。随着近些年实验测试手段的提高，漆富成等人利用扫描电镜、透射电镜等手段在湘西北地区的这套黑色岩系中发现纳米级钛铀矿，并对成矿特征提出了一定的看法［4-6］；王健等人利用铀-铅同位素测年探讨了黑色岩系中铀矿化的年龄［7］。虽然湘西北地区的这套黑色岩系在矿物学和成矿年代学等方面的研究取得了较好的成果，但对于这套元素种类极其丰富的黑色岩系，理清矿化元素组合类型，基本查明不同元素组合类型的矿化特征，是深入研究湘西北地区铀多金属矿化物质来源、成矿作用等工作的基础着力点。所以本文以近些年最新的野外调查为依据，对湘西北地区的矿化元素组合划分提出一些看法和认识。

1 区域地质背景

湘西北地区的含铀多金属黑色岩系主要发育在早寒武世的地层中。在寒武纪时期，我国南方由扬子陆块和华夏陆块两个大的一级构造单元组成，华夏陆块从北往南被依次划分为3 个二级构造单元，分别为华夏西北大陆边缘、华夏克拉通、华南盆地。扬子陆块由北往南也可划分为3 个二级构造单元，分别为扬子北部大陆边缘、扬子克拉通、扬子东南大陆边缘。本文研究的湘西北地区就位于扬子东南大陆边缘构成的陆缘裂陷、深断裂带成矿体系中［8］（图1）。刘宝珺等人认为湘西北地区在早古生代初期继承了震旦纪时被动大陆边缘的构造演化方向，在早寒武世时期，拉张作用最为强烈，并沉积了一套黑色岩系，这套黑色岩系层位稳定赋存多金属矿化［9］，主要岩石类型有粉砂质板岩、页岩、碳质板岩、硅质页岩、磷块岩。区域构造以北东向断裂和褶皱构造为主，北西向构造不发育［10］。研究区岩浆活动不强烈，仅在古丈县龙鼻咀附近发现有基性-超基性的浅成侵入岩，且规模较小［11］。

图1 中国南方寒武纪古构造图（据蒲心纯等［8］，1993）Fig.1 Paleotectonic map during Cambria in Southern China

2 含铀多金属黑色岩系元素组合划分

湘西北地区的含铀多金属黑色岩系蕴含有钡、钼、钒、镍、铀、铜、钴、银等众多有用元素，通过详细的区域地质调查，结合野外现场X 荧光仪和室内等离子体质谱仪对地层岩石主、微量元素的测定，可以将湘西北地区的矿化元素组合划分为3种主要类型，分别为：U-V-Ni-Mo 型、U-V-Cu型和U-V 型（图2）。通过系统的地质调查发现，湘西北地区与铀多金属矿化密切相关的黑色岩系主要是晚震旦世-早寒武世的地层。矿化主要发育在下寒武统牛蹄塘组中，除钒元素从北东向南西一直贯穿整个研究区外，其余主要矿化元素的发育具有较为明显的区块组合特征。

图2 湘西北含铀多金属黑色岩系矿化元素组合类型分布图（底图据鲍振襄，1990［12］，有修改）Fig.2 Distribution map of uranium-polymetallic-element association type in black-rock series in northwestern Hunan

在3 种类型的矿化元素组合中，U-V-Ni-Mo 型矿化主要发育在扬子陆块东南缘的晓平坳陷和慈利断陷盆地中，沿花垣-慈利深大断裂和四都坪-龙潭河断裂带所夹持的区域沿北东方向带状延伸。这种组合类型的铀多金属矿化主要赋存于下寒武统牛蹄塘组底部的含磷黑色岩系中。该套含铀地层发育在上震旦统灯影组白云岩之上，所以矿化地层的产状、形态、分布及规模均受这套灯影组的古风化剥蚀面控制。铀多金属矿化主要呈不等厚层状、似层状连续发育，矿化明显受层位控制，平均厚度为2.1 m，最大厚度为4.5 m，向北东方向延伸约50 km。选取具有代表性的U-V-Ni-Mo 型矿化剖面，经系统采样分析可以发现，U 含量为（1.51～210）×10-6、V 含量为（26.3～17 812）×10-6、Ni 含量为（18.3～6 634）×10-6、Mo 含量为（2.74～12 406）×10-6。与上地壳相比，Mo 的浓集系数达到了1 539.74，其次为Cd、Sb 两种元素浓集均超过百倍，另外浓集系数达到几十的元素有V、Ni、Ba、Tl、U，其中矿化元素U 的浓集系数为40.54、V 为51.94、Ni 为24.47、Mo 为1 539.74、Cu 为6.46（表1），另有Sc、Co、Sr、Th、Hf 等元素则呈现亏损（图3）。

图3 U-V-Ni-Mo 型矿化微量元素蛛网图（底图据McDonough，1992）Fig.3 Spider diagram of trace elements in U-V-Ni-Mo type mineralization

表1 湘西北含铀多金属黑色岩系主要矿化元素浓集系数表Table 1 Concentration coefficients of the main elements of uranium-polymetallic mineralization in black-rock series in northwestern Hunan

U-V-Cu 型元素组合的矿化主要发育在扬子陆块东南缘的凤凰坳陷北东侧，成矿作用与沉积成岩作用和热水沉积作用有关，成矿作用同时受吉首-凤凰深大断裂的次级裂隙带影响。矿化地层呈北东东向展布，赋矿岩石主要为碳质页岩、硅质碳质页岩，岩石富含磷质和重晶石，含矿地层为下寒武统牛蹄塘组，呈层状、似层状不等厚连续展布，平均厚度约3.2 m，向北东方向延伸约35 km。所选取的U-V-Cu 型元素组合的代表性剖面，其U 含量为（26.4～100）×10-6、V 含量为（346～16 937）×10-6、Cu 含量为（210～10 822）×10-6。其他微量元素与上地壳相比，Mo 和Sb 两种元素浓集超过百倍，V、Cr、Ni、Cu、Cd、Ba、U 六种元素浓集为十倍至百倍之间，矿化元素U 的浓集系数为34.22、V 为67.31、Cu 为90.56，Ni 为10.11、Mo 为204.02，虽然Mo 的浓集系数看起来很高，但相比U-V-Ni-Mo 型组合中Mo 的1 539.74 倍的浓集，U-V-Cu 型中的Mo 明显降低近一个数量级，亏损元素有Rb、Sr、Re 等（图4）。

图4 U-V-Cu 型矿化微量元素蛛网图Fig.4 Spider diagram of trace elements in U-V-Cu type mineralization

U-V 型元素组合的矿化在研究区发育范围相对较小，主要位于凤凰坳陷南部，与U-V-Cu 型相邻，其赋矿岩石主要为碳质页岩、硅质岩、磷块岩和含重晶石硅质碳质页岩。含矿地层同样是下寒武统牛蹄塘组，矿化地层展布与区域内的构造线方向相同，都是沿北东方向展布，含矿层平均厚约3.8 m，延伸长约20 km。U-V 型元素组合的矿化U 含量介于（26～529）×10-6、V 含量为（150～7 605）×10-6，其他微量元素与上地壳相比，Mo 和U 两种元素浓集超过百倍，V、Cr、Cd、Sb 四种元素浓集十倍至百倍之间，矿化元素U 的浓集系数为111.26、V 为31.80、Cu 为9.94、Ni 为0.95、Mo 为117.56。可以看出与前两种矿化类型相比，Ni 在U-V 型组合中，含量大幅降低，基本与上地壳平均含量一样，U-V 型矿化中亏损元素种类与前面两种矿化类型基本一致，但亏损程度有所加剧（图5）。

图5 U-V 型矿化微量元素蛛网图Fig.5 Spider diagram of trace elements in U-V type mineralization

从所划分的元素组合分区特征可以看出，湘西北地区的含铀多金属黑色岩系中，主要的矿化元素U 具有北低南高的特征，V 在整个成矿带上含量较为稳定，Ni、Mo 矿化由北向南含量明显降低，Cu 则主要发育在中部地区，南北两端含量较低。

3 铀多金属矿物赋存特征

湘西北地区U-V-Ni-Mo 型元素组合的矿化的赋矿岩石主要为碳质页岩、磷块岩。通过岩矿分析、扫描电镜配合能谱测量等手段，在U-V-Ni-Mo 型矿化中发现的铀矿物以晶质铀矿和沥青铀矿为主，铀石也较为常见。根据所发现的晶质铀矿结晶形态和矿物成分可以判断，至少有两期晶质铀矿，一期形成温度相对较高，呈立方体状，内部常见Y（图6）；另一期形成温度相对较低，晶型主要呈柱状、不规则状，矿物成分中仅可见Ca、P 等杂质元素，未发现因类质同象所带入的稀土元素。根据前人的认识，研究区Mo 主要以胶状集合体的形式存在，Jr Convet 等研究认为这种集合体是胶硫钼矿［13］，潘家永等通过研究将这种集合体命名为碳硫钼矿，更加突出了集合体中碳元素的存在［14］。本次研究发现这种胶状集合体中，除了钼、硫两种主要元素外，同时含有Fe、Ni、As 等杂质元素（图7），为了强调其胶状集合体的形式，本文将其称为胶硫钼矿。研究同时发现另有少部分Mo 分散在泥碳质基质和其他金属矿物中。Ni 主要以独立的矿物形式存在，如赋存在含镍黄铁矿、辉砷镍矿等硫化物和硫砷化物中。非金属矿物主要有方解石、白云石、重晶石、石英、磷灰石等。

图6 晶质铀矿背散射图像及能谱分析图Fig.6 Back scattering image and energy spectrum of uraninite

图7 钼矿物背散射图像及能谱分析图Fig.7 Back scattering image and energy spectrum of molybdenum mineral

U-V-Cu 型元素组合的矿化的赋矿岩石主要为碳质页岩、磷块岩和硅质碳质页岩。相比前一种元素组合类型的矿化，U-V-Cu 型矿化赋矿围岩中重晶石透镜体的数量明显降低，其中发现的铀矿物以钛铀矿和晶质铀矿为主，并见少量沥青铀矿。钛铀矿跟晶质铀矿通常在高温（300～450 ℃）、弱碱性（pH 值为7～9）还原环境下生成，且沉淀形成钛铀矿和晶质铀矿所需的压力和氧化-还原条件基本一样［15］，所以在U-V-Cu 型矿化中可以见到这两种矿物共生在一起（图8）。该类型矿化中发现的多金属矿物有闪锌矿、立方体状方铅矿、金红石、砷黝铜矿等，可以见到结晶较好的板条状钛铀矿与闪锌矿共生在一起（图9）；非金属矿物主要有方解石、叶腊石、磷灰石、白云石、重晶石、石英、绢云母等。U-V-Cu 型元素组合的矿化整体以中高温的矿物组合为主。

图8 钛铀矿充填晶质铀矿裂隙背散射图像及钛铀矿能谱分析图Fig.8 Back scattering image and energy spectrum of brannerite filled in uraninite fissure

图9 钛铀矿包裹闪锌矿背散射图像及闪锌矿能谱分析图Fig.9 Back scattering image and energy spectrum of blende enclosed in brannerite

U-V 型元素组合的矿化的赋矿岩石主要为碳质页岩、硅质岩、磷块岩。岩石中硅质含量较前面两种元素组合的矿化明显增高。U-V型矿化中发现的铀矿物有沥青铀矿、铀石、晶质铀矿、钛铀矿，其中以沥青铀矿最为常见。沥青铀矿主要赋存在岩石破碎—溶蚀—重结晶时形成的孔洞内，形态以皮壳状和粒状为主（图10），粒径主要介于4～10 µm，溶蚀孔壁和孔洞周围通常结晶有石英颗粒和云母类矿物，有时也充填有重晶石，云母类矿物中常含有V。U-V 型矿化中发现的多金属矿物种类较少，仅可见方铅矿、黄铁矿、闪锌矿，非金属矿物主要有石英、重晶石、金云母、磷灰石、黑云母、叶腊石等。整个湘西北地区V 的赋存状态都基本一致，主要是以黏土吸附和类质同象两种方式赋存在矿化岩石中，没有发现钒的独立矿物。

图10 沥青铀矿背散射图像及能谱分析图Fig.10 Back scattering image and energy spectrum of pitchblende

4 结论

1）将湘西北地区的含铀多金属黑色岩系划分为了3 种类型的矿化元素组合：U-V-Ni-Mo 型矿化主要发育在晓平坳陷和慈利断陷盆地中；UV-Cu 型矿化主要发育在凤凰坳陷北东侧；U-V 型矿化主要发育在凤凰坳陷南部。

2）按所划分的元素组合分区，湘西北地区的含铀多金属黑色岩系中，主要的矿化元素U 具有北低南高的特征，V 在整个成矿带上含量较为稳定，Ni、Mo 矿化由北向南含量明显降低，Cu 则主要发育在中部地区，南北两端含量较低。

3）U-V-Ni-Mo 型矿化中发现的铀矿物以晶质铀矿和沥青铀矿为主，Mo 主要以胶硫钼矿的形式存在，Ni 主要以含镍黄铁矿、辉砷镍矿等独立的矿物形式存在；U-V-Cu 型矿化中铀矿物以钛铀矿和晶质铀矿为主，多金属矿物有闪锌矿、金红石、砷黝铜矿等；U-V 型矿化中铀矿物以沥青铀矿为主，多金属矿物种类较少。整个湘西北地区V 均主要以黏土吸附和类质同象形式存在，未发现钒的独立矿物。