河北青龍縣四三三鈾礦田圍巖蝕變巖石學(xué)特征研究

李澤明， 李占春， 張振強(qiáng)， 于明旭， 牛子良

(1.核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.核工業(yè)二四○研究所，遼寧 沈陽 110032； 3.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110004)

四三三礦田位于河北省青龍縣。礦田近東西向展布，長(zhǎng)約 30 km，寬 15 km，主要包括嶺頭(433)中型和干溝(434)大型鈾礦床及蓋子、邵杖子2個(gè)鈾礦點(diǎn)。學(xué)者們對(duì)該礦田先后開展了礦床成因、成礦模式和找礦方向研究(張景訓(xùn)，1992；范玉杰，1997；彭志東，2006；于寶山等，2007；商亞軍，2010)，提出了火山巖型、火山沉積-火山碎屑巖型等成礦模式和 “沉積改造、同生沉積多階段改造成因”(1)核工業(yè)東北地勘局.1984.433鈾礦田成礦模式和地質(zhì)找礦判據(jù)研究(內(nèi)部報(bào)告).；指出下一步找礦方向應(yīng)重點(diǎn)在基底和蓋層之間不整合面附近、斷裂構(gòu)造發(fā)育處和大青山火山機(jī)構(gòu)周邊。

筆者通過野外觀察、室內(nèi)巖礦鑒定和分析測(cè)試等手段進(jìn)一步查明了鈾礦田圍巖蝕變的類型及分帶性特征。本研究所得結(jié)果對(duì)厘定找礦判據(jù)、指導(dǎo)下步找礦具有重要理論指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

礦田處于華北地臺(tái)山海關(guān)古隆起與燕遼沉降帶接壤部位的建昌盆地南部干溝地塹的南緣(圖1)，屬于華北陸塊北緣青龍—興城鈾成礦帶(黃凈白等，2015)。

礦田所在盆地基底巖石，東側(cè)為中元古界長(zhǎng)城系(Ch)碎屑沉積巖、鞍山期混合花崗巖(Mr1)、花崗片麻巖；西側(cè)為中元古界南口系(Zn)化學(xué)沉積巖夾細(xì)碎屑沉積巖、太古界單塔子群(Ar)黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖；南部主要為呂梁期似斑狀黑云母花崗巖、次之為鞍山期混合花崗巖、花崗片麻巖；北部為中元古界南口系化學(xué)沉積巖和絹云母片巖或黑云母角閃片巖。

盆地蓋層為一套中生代侏羅紀(jì)陸相中基性—中酸性—強(qiáng)酸性火山巖、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖、沉積碎屑巖。按其巖性和沉積—噴溢旋回韻律特征，由老至新劃分為6個(gè)組，即海房溝組(J2h)、蘭旗組(J2l)、土城子組(J2t)、義縣組(J3y)、金剛山組(J3j)、建昌組(J3jn)。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造比較復(fù)雜，以斷裂為主。按其展布方向可分為東西向、南北向和北西向。東西向構(gòu)造規(guī)模最大、形成時(shí)間最早、活動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)，控制著盆地演化和礦床分布。北東向構(gòu)造發(fā)育較好，斷裂構(gòu)造與東西向構(gòu)造相交時(shí)往往產(chǎn)生歸并。南北向構(gòu)造不發(fā)育，只在干溝見有一條傾向南西260°，傾角78°的斷裂。北西向構(gòu)造較發(fā)育，形成時(shí)間較晚，多數(shù)被酸性和中基性脈巖充填。

火山活動(dòng)從早侏羅世延續(xù)到晚侏羅世。白堊世還有源巖漿的侵入，呈次火山巖體產(chǎn)出?；鹕絿姲l(fā)以裂隙式噴發(fā)為主，間有中心式噴發(fā)。

1.2 礦床地質(zhì)

青龍鈾礦田受響水—雹神廟東西向構(gòu)造(噴發(fā))帶的控制，礦體主要分布在其與北東東向分支次級(jí)構(gòu)造的夾持部位。礦體受層位控制明顯，均賦存于靠近盆地基底不整合面之上的海房溝組。

海房溝組是一套正常碎屑沉積和火山碎屑沉積，按其巖性分為三個(gè)巖段：上部巖性段(安山質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r、凝灰角礫巖)，中部巖性段(凝灰質(zhì)砂巖及凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖)，下部巖段(花崗質(zhì)礫巖夾砂巖)。各巖段均有工業(yè)鈾礦體存在。

鈾礦化主要受巖性(淺色花崗質(zhì)礫巖、復(fù)成分礫巖、凝灰質(zhì)砂巖)的控制。大而富的工業(yè)礦體均賦存于紫色花崗質(zhì)礫巖和淺色花崗質(zhì)礫巖交接部位的淺色礫巖一側(cè)。礦化部位發(fā)育大量的黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)(張景訓(xùn)，1992；商亞軍等，2013；孫祥等，2013)。鈾礦石多呈黑色，灰黑色、褐灰色、淺紅色。一般肉眼難以見到鈾礦物，僅在局部地段的鈾礦石中見少量微細(xì)瀝青鈾礦脈存在于巖石膠結(jié)物中。

鈾礦石的物質(zhì)成分較為簡(jiǎn)單。與瀝青鈾礦共生的金屬礦物主要為黃鐵礦，其次為少量的褐鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、砷黝銅礦、針白鐵礦、赤鐵礦等；非金屬礦物主要為石英、方解石等(圖2)。

2 圍巖蝕變特征

2.1 蝕變類型

(1)粘土化。粘土化是該礦田的主要圍巖蝕變，普遍發(fā)育于淺色和紫褐色花崗質(zhì)礫巖、有機(jī)質(zhì)砂礫巖及復(fù)成分礫巖。粘土礦物主要為迪開石、鈣蒙脫石、水云母和少量的高嶺石。

迪開石顏色為白色至淡黃色，呈碎屑狀和脈狀，鏡下為片狀微晶，一組解理發(fā)育，電鏡下呈較厚的假六方形片狀(圖3A)。蒙脫石主要為鈣蒙脫石，呈絮狀、卷曲狀，周圍輪廓模糊不清(圖3B)。水云母在鏡下晶形很特別，呈具有彎曲輪廓的片狀，并帶有垂直于葉片狀長(zhǎng)邊的橫紋理(圖3C)。在電鏡下，根據(jù)外形可分為碎片狀和長(zhǎng)板狀兩種。前者呈次棱角狀，少數(shù)為尖角狀的碎片，邊界模糊不清，厚薄不均，向蒙脫石轉(zhuǎn)化現(xiàn)象明顯；后者晶形較好，形態(tài)清楚，邊界清晰，多呈長(zhǎng)板狀(圖3D)。高嶺石呈完好的假六方形片狀，其晶形類似迪開石，但較薄。高嶺石呈似撕裂的樹皮狀，多水高嶺石呈空管狀，水鋁英石呈細(xì)小的圓球狀和串珠狀集合體。

為了進(jìn)一步查明不同巖性和不同品級(jí)礦石中粘土礦物的種類及特征，對(duì)四三三礦田54個(gè)樣品經(jīng)粘土提純后進(jìn)行了掃描電鏡觀察和照相、粉晶X射線衍射等分析，其粘土礦物種類及特征詳見表1。從中可以看出：

表1 四三三礦田粘土礦物種類特征

①不同巖石的粘土含量不同。以復(fù)成分礫巖最高(15%～22%)，其次為淺色花崗質(zhì)礫巖(12%～15%)，紫色花崗質(zhì)礫巖最低(8%)。

②不同巖石或同一種巖石的不同顏色和不同品級(jí)礦石中，具有不同的粘土礦物種類。灰色復(fù)成分礫巖以鈣蒙脫石為主，紫色復(fù)成分礫巖以長(zhǎng)板狀水云母為主，淺色花崗質(zhì)礫巖以鈣蒙脫石、碎片狀水云母為主；其中富礦石發(fā)育鈣蒙脫石和碎片狀水云母，貧礦石以蒙脫石化水云母，碎片狀水云母和鈣蒙脫石為主，無礦巖石以碎片狀水云母為主。紫色花崗質(zhì)礫巖則以長(zhǎng)板狀水云母 (可達(dá)20%左右)和碎片狀水云母為主。說明鈾礦化與鈣蒙脫石，蒙脫石化水云母和碎片狀水云母密切相關(guān)。

③淺色花崗質(zhì)礫巖，尤其在蒙脫石發(fā)育的個(gè)別富礦石樣品中，均含有極少量的無水芒硝。該礦物結(jié)晶較好，呈長(zhǎng)板狀，纖維放射狀產(chǎn)出。X射線粉晶分析結(jié)果(表2)與無水芒硝或鈣芒硝的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值基本相符。在紫色花崗質(zhì)礫巖中沒有發(fā)現(xiàn)無水芒硝的存在，但有較多的細(xì)菌，大小不等，形態(tài)各異，多數(shù)呈紡錘形，少數(shù)為圓形。

表2 四三三礦田粘土礦物X 射線粉晶分析結(jié)果

粘土礦物為熱液成因。本區(qū)的粘土礦物中存在較多的迪開石、粘土化常與黃鐵礦物、碳酸鹽化、絹云母化、赤鐵礦化、硅化等圍巖蝕變相伴生以及粘土礦物中含有較高的P、Cu、Pb、Fe、Ni、Y、Be、Zn、Se等伴生元素的特點(diǎn)，說明了大量的粘土礦物是由于后期地下熱水對(duì)花崗質(zhì)礫巖進(jìn)行長(zhǎng)期改造即粘土化作用結(jié)果的產(chǎn)物。礦床花崗質(zhì)礫巖粘土分析結(jié)果(表3)表明，成分相同的花崗質(zhì)礫巖經(jīng)過熱液改造后，粘土含量增加近一倍(88.8%)，說明本區(qū)熱液蝕變發(fā)生一次強(qiáng)烈粘土化。

表3 四三三礦田花崗質(zhì)礫巖中粘土含量

(2)碳酸鹽化。該蝕變類型分布最普遍，影響范圍最廣。上自蓋層安山玢巖、含礦層復(fù)成分礫巖、花崗質(zhì)礫巖和砂巖，下至基底花崗片麻巖中均很發(fā)育。產(chǎn)出形態(tài)在礦石中主要表現(xiàn)為兩種：一種呈質(zhì)地不純的浸染狀、微粒狀、團(tuán)塊狀，常分布于鈾礦物及含鈾有機(jī)質(zhì)碎片的兩側(cè)，有時(shí)包圍有機(jī)質(zhì)角礫，這種泥化碳酸鹽多與鈾礦化有關(guān)(圖3E)。另一種多由純凈的方解石組成，常呈網(wǎng)脈狀、樹枝狀、細(xì)脈狀穿插切割巖石和所有的蝕變及礦化，為礦床最晚的蝕變產(chǎn)物(圖3F)，這種碳酸鹽與礦化無關(guān)。

(3)絹云母化。該蝕變類型多呈細(xì)小鱗片狀、葉片狀，集合體呈團(tuán)塊狀，充填于碎屑礦物的粒間空隙，常與粘土礦物和綠泥石密切伴生，多呈似脈狀充填于巖石裂隙中。在淺色花崗質(zhì)礫巖的礦化部位絹云母化強(qiáng)烈，而在紫色花崗質(zhì)礫巖中偶爾見到，呈星點(diǎn)狀交代長(zhǎng)石和暗色礦物。

(4)綠泥石化。該蝕變?yōu)榈V床的中等蝕變產(chǎn)物，主要發(fā)育于淺色花崗質(zhì)礫巖中。多呈無色，淺綠色的葉片狀和不規(guī)則狀。早期主要分布于礦物粒間膠結(jié)物中。常與粘土礦物和絹云母密切相關(guān)(圖3G)，與鈾礦化關(guān)系密切。晚期則呈似脈狀充填于巖石裂隙中。在紫色花崗質(zhì)礫巖中極其微弱，呈黃綠色，淺綠色的葉片狀、碎片狀，多為黑云母蝕變的產(chǎn)物。

(5)褐鐵礦化。主要發(fā)育于紫褐色巖石中，尤其是紫褐色花崗質(zhì)礫巖中，是巖石的主要染色劑。多呈分散浸染狀，網(wǎng)脈狀，樹枝狀產(chǎn)出(圖3H)，為富含黃鐵礦的巖石遭受風(fēng)化或氧化作用的產(chǎn)物。淺色花崗質(zhì)礫巖礦石中的褐鐵礦常呈微粒狀、短柱狀、長(zhǎng)條狀、不規(guī)則狀，多與微粒狀黃鐵礦共生，常是各種形態(tài)的黃鐵礦氧化而成。

(6)硅化。常與赤鐵礦化密切共生(圖3I)，主要表現(xiàn)為隱晶質(zhì)狀，靠礦脈處硅化愈強(qiáng)烈，巖石愈致密堅(jiān)硬，反映在化學(xué)成分上礦化凝灰?guī)r中SiO2含量可達(dá)83%。

(7)赤鐵礦化(紅化)。由針鐵礦—水針鐵礦及赤鐵礦所引起(王劍鋒，1998；張成江等，2007)，呈粉末狀較均勻地分散于凝灰質(zhì)或膠結(jié)物中，將巖石染成紅色，常與硅化密切相關(guān)。從圍巖到礦體，紅化和硅化逐漸增強(qiáng)，靠近礦脈處紅化愈強(qiáng)烈，巖石的顏色也愈紅，可視為直接的找礦標(biāo)志。紅化的分布范圍大體與富礦體一致，同樣具有穿層跨相的現(xiàn)象。

2.2 蝕變的分帶性

從顏色上可區(qū)分為紫色帶、過渡帶和淺色層帶。其對(duì)應(yīng)的蝕變礦物有明顯不同，與我國相山地區(qū)(周肖化等，2012；董保平等，2013；李滿根等，2013；姚宏鑫等，2013；黃振等，2014；邵飛等，2015；黃羅昱，2018)、遼東黃溝地區(qū)(趙忠華等，2013；吳迪等，2017)、粵北地區(qū)(祁家明等，2014；張龍等，2018；賈偉，2018)、桂林地區(qū)(唐斌，2017；秦蕾勝，2018)鈾礦田相似。

各帶特征為：①紫色帶。富含褐鐵礦和長(zhǎng)板狀、碎片狀水云母，網(wǎng)脈狀碳酸鹽發(fā)育，不含有機(jī)質(zhì)。②過渡帶。含顯微粒狀、球粒狀、莓粒狀黃鐵礦、赤鐵礦，鈣蒙脫石、蒙脫石化水云母、富含碎片狀有機(jī)質(zhì)。碳酸鹽為微粒狀泥化。③淺色層帶。含顯微粒狀、不規(guī)則狀黃鐵礦，含碎片狀水云母和鈣蒙脫石，富含條帶狀水云母(表4)。

表4 四三三礦田蝕變分帶表

通過對(duì)四三三鈾礦床花崗質(zhì)礫巖淺色層厚度與紫色厚層加淺色層厚度的百分比值研究，發(fā)現(xiàn)絕大部分礦體落于>20%線區(qū)域中，0～20%線內(nèi)幾乎無礦體存在。據(jù)巖石硅酸鹽全分析研究，花崗質(zhì)礫巖呈紫色的含F(xiàn)e3+高，F(xiàn)e2+低，F(xiàn)e3+>Fe2+，呈淺色的則相反。這是由氧化與還原分帶造成。20%這條線是氧化帶與氧化還原帶的一條界線，氧化還原帶控制著鈾的生成與存在。

另外，根據(jù)大量的硅酸鹽分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在礦化地段Fe3+/Fe2+為0.4～1.2，瀝青鈾礦經(jīng)電子探針成分分析得到其U4+/U6+為0.82～0.94。這些說明鈾礦化地段是處在氧化還原過渡帶中。

3 結(jié)論

四三三鈾礦田蝕變較為發(fā)育，粘土化、碳酸鹽化、綠泥石化、紅化、硅化等蝕變類型與成礦關(guān)系密切。富礦石中粘土礦物為鈣蒙脫石和碎片狀水云母；與鈾礦化有關(guān)的為早期浸染狀、微粒狀、團(tuán)塊狀泥化碳酸鹽，紅化、硅化密切伴生，其分布范圍大體與富礦體一致，可視為直接的找礦標(biāo)志。

蝕變具有一定的顏色分帶性，可分為紫色帶、過渡帶和淺色層帶。過渡層具有氧化還原過渡帶特點(diǎn)，是鈾礦化發(fā)育和賦存地段。