馬達(dá)加斯加南部Tranomaro地區(qū)釷礦床成礦特征及其礦化成因探討

王鳳崗，范洪海，范存琨

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029；2.福州東鑫礦業(yè)技術(shù)有限公司，福州350000）

馬達(dá)加斯加南部Tranomaro地區(qū)釷礦床成礦特征及其礦化成因探討

王鳳崗1，范洪海1，范存琨2

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029；2.福州東鑫礦業(yè)技術(shù)有限公司，福州350000）

受泛非地質(zhì)事件（約550 Ma）影響，馬達(dá)加斯加南部Tranomaro地區(qū)加里東期紫蘇花崗巖侵位于古元古界富含碳酸鹽的Tranomaro群變沉積巖中，釷礦化主要產(chǎn)在二者接觸部位及附近的透輝石巖中，少量產(chǎn)在大理巖和方柱石巖中。釷礦物主要為方釷石及鈾方釷石，多為自型粒狀，浸染狀分布，多包裹于透輝石、方柱石、橄欖石等礦物內(nèi)部，部分分布在粒間。釷礦石具有富CaO、MgO、REE、Zr、W、Sn、Bi、Pb及與氣-液流體有關(guān)的Cl、F、SO3、CO2等，貧SiO2、K2O、Na2O等特征，富Mg的礦石中還富含B。釷礦床具有夕卡巖型礦床成礦特征，釷成礦年齡與侵入巖體年齡及賦礦透輝石巖的年齡相近。釷主要來源于含F(xiàn)、CO2等組分的超臨界氣-液流體，且礦化形成于溫度t≥850℃，壓力P≈0.3～0.5GPa的地質(zhì)環(huán)境中。

釷礦床特征；釷礦化成因；Tranomaro地區(qū)；馬達(dá)加斯加

與鈾相比，釷作為核燃料具有資源量豐富、環(huán)境友好、利用率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，釷被看作是第二核能資源，具有良好的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。

馬達(dá)加斯加Tranomaro地區(qū)因產(chǎn)出世界上獨(dú)一無二的釷礦床而聞名，不僅其成因特殊，而且具有工業(yè)意義，因此倍受關(guān)注。但因受政治、文化等因素影響，該地區(qū)與釷成礦有關(guān)的地質(zhì)資料很少或很難利用。鑒于此，筆者開展了該地區(qū)釷礦床巖石學(xué)、礦物學(xué)、成礦年齡及成礦環(huán)境等方面的研究，并在此基礎(chǔ)上探討了釷礦床的成因。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

馬達(dá)加斯加南部Tranomaro地區(qū)主要由古元古界的變沉積巖和變火山巖組成［1］，并在泛非期（約550 Ma）造山作用期間的麻粒巖相變質(zhì)環(huán)境中進(jìn)一步變形、變質(zhì)［2］。

該地區(qū)地層主要為古元古界Tranomaro群片麻巖，年齡為1.71 Ga［3］，原巖為變沉積巖。Tranomaro群片麻巖中含石墨，并夾有大量鈣質(zhì)、硅質(zhì)巖石和大理巖。其中大理巖呈層狀產(chǎn)出，厚數(shù)米到數(shù)百米，鈣質(zhì)、硅質(zhì)巖石通常與大理巖共同產(chǎn)出，局部與大理巖互層。在泛非期，Tranomaro群內(nèi)有花崗巖體或與花崗巖活動(dòng)有關(guān)的熱液侵入，并在與鈣質(zhì)、硅質(zhì)及大理巖接觸部位形成了透輝石巖等夕卡巖，釷礦即產(chǎn)在夕卡巖中。

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NEE向構(gòu)造，表現(xiàn)為Ampanihy（ASZ）剪切帶和Vorokafotra（VSZ）剪切帶。

區(qū)內(nèi)侵入巖主要為加里東期花崗巖，分布在Tranomaro以東的丘陵地帶，巖性以中細(xì)粒斑狀黑云紫蘇花崗巖為主。花崗巖鋯石U-Pb同位素年齡為（536±13）Ma和（554±20）Ma；全巖Sm-Nd同位素年齡為（551±24）Ma［3］。

圖1 Tranomaro地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)Cuney等修編，2014）Fig.1Geological sketch map of Tranomaro region（Modified after Cuney et al.，2014）

2 Tranomaro地區(qū)釷礦成礦特征

2.1 釷礦床分布

釷礦床主要分布于Anosyan山西側(cè)的一個(gè)長度約為70km的狹長部位，總體呈近SN向展布（圖1）。

絕大多數(shù)釷礦體產(chǎn)于Anosyan紫蘇花崗巖巖體與Tranomaro群接觸部位所形成的透輝石巖等夕卡巖中（圖1），夕卡巖多呈團(tuán)塊狀或帶狀分布，厚數(shù)米到數(shù)十米，分帶性較好，由巖體向外依次為以下幾個(gè)帶:

1）黑云紫蘇花崗巖:花崗巖侵入體，暗色礦物主要為黑磷云母、紫蘇輝石。

2）透輝正長巖帶:巖體中黑磷云母等暗色礦物分解，分解后形成的硅向圍巖遷移，而圍巖中的鈣向花崗巖體遷移，并與紫蘇輝石等形成了透輝石。

3）方柱石巖帶:主要為鈣柱石，少量透輝石、橄欖石，具典型夕卡巖內(nèi)帶特征。

4）透輝石巖帶:主要為富鈣、鎂透輝石，少量鈣柱石、橄欖石及富F的金云母，具典型夕卡巖外帶特征。

5）大理巖帶:主要為粒狀方解石，少量透輝石、金云母、尖晶石等。

上述分帶不是截然的，而是連續(xù)過渡的。鈾主要產(chǎn)在透輝石巖帶中，少量產(chǎn)于方柱石巖帶及大理巖帶，此外，在金云母脈中也可見有厘米級(jí)的釷礦物產(chǎn)出。研究樣品主要采于透輝石巖帶，少量采于方柱石帶及大理巖帶，地理坐標(biāo)為:24°15′00″S-24°40′00″S；46°30′00″E-46°40′00″E。

2.2 釷礦石

釷礦石主要為透輝石巖，少數(shù)為大理巖、橄欖石巖及方柱石巖等。

透輝石巖釷礦石通常具粒狀變晶結(jié)構(gòu)（圖2）、放射狀變晶結(jié)構(gòu)（圖3），由透輝石，少量方柱石（主要為鈣柱石）和橄欖石組成，個(gè)別礦石中見少量的金云母、韭閃石、硅灰石、硅鎂石及鈣長石等。在相對(duì)富鎂的釷礦石中還可見較多的尖晶石，而相對(duì)富鈣的釷礦石中可見較多的石榴子石。釷礦石中透輝石、方柱石、橄欖石等礦物的粒徑一般為2～5 mm，個(gè)別可達(dá)10 mm左右。

圖2 透輝石巖結(jié)構(gòu)Fig.2Structure of diopsidite

圖3 方釷石位于放射狀透輝石變晶的中心Fig.3Thorianite located in the center of diopsite with radial blastic texture

此外，還有方柱石巖、橄欖石巖、大理巖等釷礦石，上述釷礦石與透輝石巖釷礦石具有相同的成因，僅因處于夕卡巖不同分帶中而形成了不同的釷礦石類型。

釷礦石受后期熱液改造作用不明顯，除個(gè)別橄欖石蝕變?yōu)樯呒y石外，其他礦物均保持完好，未發(fā)現(xiàn)明顯蝕變現(xiàn)象。

釷礦石主量元素及Cl、F含量分析結(jié)果見表1。

目前，僅有少數(shù)類型的釷礦床具有工業(yè)意義并形成了最低工業(yè)要求，其中獨(dú)居石型釷礦床最低工業(yè)要求有2個(gè):一是獨(dú)居石礦粉中100～300 g·m-3的礦物中ThO2含量達(dá)4%；二是釷礦石中ThO2含量達(dá)0.07%［4-5］。而以方釷石及釷石為主要釷礦物的釷礦床，其工業(yè)要求一般為0.10%［5］，通常，將該類型中ThO2含量≥1.00%的釷礦石看做是富礦石。從表1可以看出，除樣品sam9、sam10及sam11為釷礦化樣品外，其他樣品均達(dá)到工業(yè)要求，釷礦石中ThO2含量最高可達(dá)1.65%（樣品sam7），ThO2平均含量為0.45%，遠(yuǎn)高于0.10%的工業(yè)要求，可見該地區(qū)釷礦石為較富的釷礦石。釷礦石還具有富CaO、MgO，貧SiO2、K2O、Na2O等特征。而Al2O3、Fe2O3（FeO）、TiO2等因巖性和礦物組合的不同其含量變化較大。此外，釷礦石中還富含有其他元素（個(gè)別元素的分析結(jié)果在表1中未列出），根據(jù)元素組合可歸為以下5個(gè)系列:

reOmoriuthin/%，F(xiàn) wB l C dantsenelemajormofltsresualysisn A1leabT hO2 T O8 U3 F l CbOPO3 WrO2 Z O3 Y2 SrOSO3 O5 P2 O K2 O a2 NaOCgOMnO2 M O3 e2 F O3 l2 AiO2 TSiO2性巖品樣0.19 0.15 0.30 0.58 0.10 1.22 1.65 0.42 0.001 0.003 0.002 0.82 1.16 0.48 0.47 0.10 0.15 0.37 0.45 0.10 0.12 0.18 0.23 0.10 0.37 0.81 0.22 0.002 0.006 0.004 0.48 0.09 0.45 0.14 0.06 0.07 0.19 0.20 ------------0.33--1.44 1.17 1.76 0.26 --0.04 0.03 0.03 0.02 0.02-0.04 0.03 0.03 0.02-0.03 0.05 0.12 0.09 0.10 0.04 0.02 0.02 0.03 0.05 0.01 0.06 0.01 0.03---0.06 0.02 0.04 0.03 0.02 0.01 0.03 0.02 0.10-0.04-0.02 0.06--0.07--0.02-0.04-0.01 0.04-0.02 0.17 0.01 0.13 0.02 0.07 0.26 0.19 0.11 0.01--0.09 0.10 0.06 0.07 0.06 0.03 0.05 0.08 0.01 0.01-0.01-0.01 0.02 0.01---0.01-0.01 0.04 0.01 0.20 0.01 0.02 0.04 0.25 0.19 0.19 0.04 0.04 0.05 0.01 0.02 0.02-0.02 0.08 0.02 0.09 0.11 0.11 0.05 0.07 0.02 0.02 0.01 0.01 0.02 0.03-0.03 0.05 0.03 0.04 0.02 0.02 0.03 0.06 0.02 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.03 0.03-0.07 0.02 0.01 0.01-0.01-0.01 0.03 0.16--0.02 --0.05-0.13 0.08 0.16-0.25 0.12-0.05 0.15 0.04 0.10 2.54 1.51 2.23 0.41 0.08-0.39-0.78 0.51 0.41----0.30 0.30 0.36 0.64 1.13 0.97 1.25 0.40 31.76 61.73 25.01 59.16 24.65 24.91 26.12 24.68 7.90 8.51 1.50 26.49 23.58 24.39 24.01 15.53 17.81 14.58 24.57 9.80 1.76 7.18 4.61 10.90 9.40 6.62 18.37 32.70 27.67 35.77 13.86 6.32 12.80 4.07 18.11 18.23 19.19 14.30 --0.04 0.06 0.06 0.07 0.04 0.08 0.19 0.16 0.20 0.06 0.05 0.09 0.06 0.05 0.07 0.10 0.08 5.35 1.30 4.24 1.75 4.02 4.77 3.91 2.82 5.87 4.01 6.25 2.13 2.03 3.13 2.74 3.68 2.46 3.24 3.54 13.91 1.19 18.53 1.96 10.04 10.54 16.93 9.10 4.05 1.77 20.30 5.59 23.41 7.60 22.6 14.3 11.82 14.58 11.57 0.81 0.22 0.84 0.29 0.45 0.82 0.76 0.47 0.04-0.15 0.50 0.48 0.46 0.68 15.53 0.42 0.45 1.37 34.04 34.22 41.79 13.04 47.58 45.18 38.15 39.57 31.71 30.18 25.45 48.00 40.81 48.95 42.11 41.18 43.98 40.56 38.14巖巖巖巖巖巖巖石巖石巖巖巖巖巖巖巖理石理巖石石輝石欖巖石石石石巖石石石大輝大石輝輝透欖橄石輝輝輝輝石輝輝輝石透石輝透透欖橄化欖透透透透輝透透透解柱解透柱柱橄晶石橄柱柱柱柱透柱柱均方方方方方晶尖紋方方方方方方平尖蛇1sam 2sam 3sam 4sam 5sam 6sam 7sam 8sam 9sam 10sam 11sam 12sam 13sam 14sam 15sam 16sam 17sam 18sam。儀譜光光熒線射X2404W P浦利飛為號(hào)型器儀，定測(cè)心中試測(cè)析分院究研質(zhì)地京北業(yè)工核由據(jù)數(shù)品樣:注

1）W-Sn-Mo-Bi等高溫元素系列:通常與區(qū)域巖漿-氣液作用有關(guān)；

2）La-Ce-Y-Nd等稀土系列:主要與成巖作用過程中形成的稀土礦物有關(guān)；

3）F-Cl-SO3-CO2系列:與氣-液流體有關(guān)，成巖后多以附加陰離子的形式出現(xiàn)在透輝石、方柱石、硅鎂石、韭閃石等礦物內(nèi)；

4）Ba-Sr-Zr系列:與類質(zhì)同像及副礦物有關(guān)，主要呈類質(zhì)同像替換礦物中的其他元素；

5）Pb等:主要與鈾、釷等放射性礦物衰變有關(guān)，僅在礦石中存在。

在含鎂較高的釷礦石中B含量也較高。透輝石巖礦石中鋯石U-Pb同位素年齡為（523±5）Ma［3］和（516±20）Ma（Andriamarofahatra和La Boisse，1986），方柱石-鋯石的Sm-Nd同位素年齡為（514±5）Ma［3］，上述年齡結(jié)果較一致，可代表本區(qū)透輝石巖釷礦石的年齡。

釷以獨(dú)立釷礦物的形式存在，主要為鈾方釷石和方釷石［6］。釷礦物以半自形-自形粒狀為主，少量為晶形較好的立方體，個(gè)別呈長方體狀，釷礦物晶體較大，粒度通常0.2～0.5 mm，大者可達(dá)3～4 mm，呈浸染狀分布于釷礦石中。

釷礦物與其他礦物間有兩種空間關(guān)系:一種是釷礦物被粒狀透輝石、方柱石等礦物包裹，或釷礦物位于放射狀透輝石的中心部位（圖3），這種空間位置關(guān)系推斷，釷礦物主要形成于成巖初期，稍早于透輝石、方柱石等包裹礦物形成；另一種為粒間的釷礦物，由此推斷，粒間釷礦物與相鄰的礦物同時(shí)或較相鄰礦物稍晚形成。

2.3 釷成礦年齡和成礦環(huán)境

因國內(nèi)外關(guān)于釷成礦總體研究程度偏低，目前還沒有形成釷礦物精確定年方法。運(yùn)用電子探針測(cè)定釷礦物中的U、Th、Pb含量，并運(yùn)用全鉛法（又稱粗鉛法）計(jì)算了釷礦物的形成的大致年齡，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 釷成礦年齡（U-Pb）Table 2Age（U-Pb）of thorium mineralization

從表2中可以看出，釷成礦年齡變化范圍為594～495 Ma之間，平均為535 Ma，鈾成礦年齡總體與泛非事件（約550 Ma）較接近，顯示二者之間具有密切的成因聯(lián)系。

Rakotondrazafy等（1996）在該地區(qū)識(shí)別出2個(gè)主要變質(zhì)階段［7］，相應(yīng)地形成2個(gè)階段的釷成礦作用:第1階段約為565 Ma，與釷礦物共同產(chǎn)出的礦物組合為透輝石-鈣柱石-尖晶石-榍石-硅灰石-剛玉，形成于溫度為850℃，壓力為0.5 GPa的環(huán)境中［8］，是釷成礦的主要階段；第2階段約為545 Ma，與釷礦物共同產(chǎn)出的礦物組合為金云母-韭閃石-稀土礦物，形成于溫度為800℃，壓力為0.3 GPa的環(huán)境中［3］，是釷成礦的次要階段。

2.4 Th/U值

釷礦石中Th/U值介于1.58～3.39之間，平均為2.24［6］，與地殼中的平均比值接近，說明該地區(qū)在變質(zhì)作用過程中及釷礦形成過程中并未發(fā)生明顯的U、Th分離。

3 釷礦化成因探討

由于Th、U均屬大分子不相容元素，趨向于在巖漿演化晚期富集，因此，酸性巖和堿性巖中有相對(duì)高的含量［9-12］。Tranomaro地區(qū)巖石中U、Th含量均很低，很難直接提供釷成礦所需的物源，此外，在該地區(qū)與Th、U共同出現(xiàn)的還有REE、Zr等遷移能力較弱的元素。

該地區(qū)主要釷成礦階段（第1階段）的時(shí)代及溫壓等地質(zhì)條件與該地區(qū)麻粒巖相變質(zhì)作用（第1變質(zhì)階段）的時(shí)代和溫壓等地質(zhì)條件相吻合，因此，釷礦化與變質(zhì)作用產(chǎn)生的流體有關(guān)，且該流體是一種富含CO2的流體［7，13］。流體中除CO2外，在金云母、韭閃石、磷灰石、硅鎂石、鈣柱石等礦物中都存在F［14-16］，說明在流體中也存在F。B Moine（1998）研究發(fā)現(xiàn)，在該地區(qū)富F地段可形成釷礦床，而無F地段則無釷礦床［15］，由此可見，流體中F、CO2等組分，對(duì)該地區(qū)的釷礦床形成起重要作用，F(xiàn)、CO2等主要來源于黑云母等礦物的分解。Th在富含F(xiàn)、CO2等組分的超臨界氣-液流體中有極大的溶解度，并隨流體遷移［9］。根據(jù)釷礦化形成的地質(zhì)條件推斷，富含CO2、F的流體為超臨界的流體，且為氣-水熱液［16-17］。

由此推斷，釷礦床中的釷主要來源于富含F(xiàn)、CO2等氣-液流體。

2011年，經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)（OECD/NEA）和國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）將釷礦床分為碳酸鹽型、砂礦、脈型、堿性巖及其他類型等5類［18］，該分類方案中將馬達(dá)加斯加Tranomaro地區(qū)釷礦歸屬為“其他”成因類型中。近年來的研究認(rèn)為，該地區(qū)釷礦具有夕卡巖型成因特征［6-7，13-16，19］。

在空間分布上，釷礦化主要產(chǎn)于加里東期Anosyan紫蘇花崗巖侵入體與Tranomaro群巖石接觸部位及附近的透輝石巖及大理巖等巖石中，具有較典型接觸變質(zhì)成礦特征。

釷礦物的成礦年齡范圍為594～495 Ma（平均535 Ma），Anosyan紫蘇花崗巖的侵位時(shí)間為554～536 Ma，賦礦的透輝石巖形成時(shí)間為523～514 Ma，三者非常接近。

釷礦石特征顯示，方釷石和鈾方釷石等釷礦物形成于成巖初期或與釷礦石同期形成，具有同期成礦特征，礦物組合具有典型夕卡巖的礦物組合特征。

釷礦體主要呈團(tuán)塊狀、脈狀、透鏡狀，與一般區(qū)域變質(zhì)作用形成的礦體不同。

綜上所述，Tranomaro地區(qū)釷礦床具有典型夕卡巖型成礦特征。

含有CO2、F等組分的氣-液在浸滲運(yùn)移過程中不斷溶解所經(jīng)巖石中的Th、U等，并與F、CO2等組分形成穩(wěn)定絡(luò)合物。在夕卡巖化作用過程中，因物化條件改變及不同元素間的地球化學(xué)性質(zhì)差異，Th析出形成方釷石和鈾方釷石，而流體中的CO2、F等組分則進(jìn)入到方柱石、角閃石等礦物中［16］。

4 結(jié)論

在馬達(dá)加斯加南部Tranomaro地區(qū)，泛非地質(zhì)作用中導(dǎo)致Anosyan紫蘇花崗巖等巖體的形成和侵位，并在巖體與Tranomaro群接觸部位的夕卡巖中形成了釷礦化。

夕卡巖具有明顯的分帶性，由花崗巖體向外依次為黑云母紫蘇輝石花崗巖體、透輝石正長巖帶、方柱石帶、透輝石帶及大理巖帶，釷礦化主要產(chǎn)在透輝石巖帶中，少量產(chǎn)于方柱石巖帶及大理石巖帶中。

釷礦石在化學(xué)成分上具有富CaO、MgO，貧SiO2、K2O、Na2O等特征。此外W、Sn、Mo、Bi、Ce、Y、Nd、Sr、Zr等含量也較高。

釷礦物主要為方釷石及鈾方釷石，在形成時(shí)間上，釷礦物的形成時(shí)間、釷礦石的形成時(shí)間與花崗巖體的形成時(shí)間是一致的，而且在空間位置上，釷礦化主要產(chǎn)在花崗巖體與大理巖接觸部位及其附近。上述成礦要素在時(shí)空上具有統(tǒng)一性。釷礦石具有典型夕卡巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦物組合特征。該地區(qū)釷礦床具有明顯的夕卡巖成因特征，為夕卡巖型釷礦床。

Tranomaro地區(qū)釷成礦環(huán)境為高溫（t≥850℃）、高壓（p≈0.3-0.5 Gpa）的環(huán)境中，與釷成礦有關(guān)的流體為含F(xiàn)、CO2等組分的超臨界氣-液流體，Th、U等在該流體中具有很高的溶解度，并提供了該地區(qū)成礦物質(zhì)來源，流體中的F、CO2等對(duì)該地區(qū)釷礦床的形成起重要作用。

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Discussion on metallogenic characteristics and genesis of thorium deposit in the region of Tranomaro，Southern Madagascar

WANG Fenggang1，F(xiàn)AN Honghai1，F(xiàn)AN Cunkun2
（1.CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology Beijing 100029，China；2.Fuzhou Dongxin Mining Technology Co.Ltd，F(xiàn)uzhou 350000，China）

With the effect of Pan-African event（about 550 Ma），in the region of Tranomaro，Southern MadagascarcaledoniancharnockiteintrudedintothePaleoproterozoicTranomarogroupof metasediment which is rich in carbonate.Thorium mineralization is predominantly occured in the diopsidite located at the contact zone，minority in the marble and werneritite.The main ore minerals are uranothorianite and thorianite，which occurs as disseminated euhedral crystals.Thorianite and uranothorianite are mostly wrapped in diopside，scapolite and olivine，partly distributed in intergranular regions.Thoruim ores are rich in CaO，MgO，REE，Zr，W，Sn，Bi，Pb and Cl，F(xiàn)，SO3，CO2which are related to pneumato-hydatogenetic fluid，and poor in SiO2，K2O，Na2O et al.，magnesium rich ore is also rich in B.The genesis of thorium deposits is related to skarnization，andthe thorium mineralization age is similar to that of intrusion rock and diopsidite.A possible source of Th could be the supercritical fulid which was rich in F，CO2.The temperature of thorium mineralization was equal or over 850℃and the pressure was 0.3～0.5GPa.

characteristics of thorium deposit；genisis of thorium mineralization;Tranomaro region; Madagascar

P61；P619.13

A

1672-0636（2016）01-0001-07

10．3969/j．issn．1672-0636．2016．01．001

2014-06-20；

2015-10-10

王鳳崗（1977—），男，河北張家口人，高級(jí)工程師，主要從事鈾礦地質(zhì)及巖礦研究。E-mail：wfg9818@163.com