粵北長江鈾礦田棉花坑斷裂、油洞斷裂特征及其與鈾成礦關(guān)系

陳柏林高 允申景輝曾廣乾

1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081;

2.自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點實驗室,北京 100081

長江鈾礦田位于廣東仁化縣,是中國華南地區(qū)最重要的硬巖型鈾礦田。20世紀(jì)50年代后期以來,對包括長江鈾礦田在內(nèi)的諸廣南部地區(qū)在勘查找礦和地質(zhì)研究方面開展了大量工作,其中在長江鈾礦田的巖石、鈾礦化蝕變、鈾成礦作用、控礦因素及找礦前景等方面均取得重要進(jìn)展(Zhang et al.,2007, 2017;馮海生等,2009;沈渭洲等,2010;郭國林等,2010;鄧平等,2011;高翔等,2011;黃國龍等,2012,2014,2015;龐雅慶等,2015,2019;傅麗雯等,2016;張闖等,2016;徐文雄等,2017;Bonnetti et al., 2018;徐浩等,2018;Zhong et al., 2018;劉佳林等,2019;劉軍港等,2019;祁家明等,2019;夏毓亮, 2019;鐘福軍等,2019a, 2019b;羅強(qiáng)等,2020)。在構(gòu)造控礦方面雖然相關(guān)學(xué)者也開展了一些研究,提出了有關(guān)認(rèn)識(郭春影等,2013;劉軍港等,2019;葉松鑫和許幼,2019),但存在很大爭議。葉松鑫和許幼(2019)認(rèn)為北東東向棉花坑斷裂與黃溪水?dāng)嗔芽赡苁菂^(qū)內(nèi)導(dǎo)礦構(gòu)造,控制了區(qū)內(nèi)礦床的分布;北西西向油洞斷裂既是導(dǎo)礦構(gòu)造也是容礦構(gòu)造。郭春影等(2013)則認(rèn)為北東向的熱水?dāng)嗔押统晒陻嗔炎鳛殚L江礦田左行剪切的邊界斷裂,在其之間形成的次級壓剪性破裂(P)、低角度剪破裂(R)、高角度剪破裂(R′)、主剪切破裂(D)、張破裂(T)、反向剪破裂(X)以及這些次級斷裂的某些組合形成的更次級裂隙構(gòu)造控制礦田內(nèi)鈾礦床、礦體的分布,并認(rèn)為礦田內(nèi)廣泛發(fā)育的北北西(近南北)向含礦構(gòu)造是北東向控礦構(gòu)造左行走滑派生的張性、張扭性構(gòu)造。上述認(rèn)識既缺少構(gòu)造控礦的直接依據(jù),也無法解釋從書樓丘礦區(qū),經(jīng)棉花坑、長排礦區(qū),到水石礦區(qū)長度超過10 km的范圍內(nèi),北北西(近南北)向含礦構(gòu)造帶及鈾礦體(帶)非常穩(wěn)定的延伸。劉軍港等(2019)研究認(rèn)為油洞斷裂具有韌性變形特征,而且起到對鈾礦床的控礦作用,雖然展示了韌性變形的宏觀、微觀依據(jù),但是,除了油洞礦床(306)的6號礦脈與油洞斷裂產(chǎn)狀相近或一致、沿油洞斷裂僅僅有局部鈾礦化外,其他礦脈很少存在與油洞斷裂一致的產(chǎn)狀和延伸;同時,該文對于深層次韌性變形促使成礦元素(鈾)活化遷移以及遷移、富集機(jī)制也值得商榷。總之,以往的研究都只是比較泛泛地認(rèn)為構(gòu)造對鈾成礦具有控制作用,除了北北西向(近南北向)含礦構(gòu)造被廣泛認(rèn)可外,對于導(dǎo)礦構(gòu)造及其控礦作用、含礦構(gòu)造的形成與演化、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場及其演化、破礦構(gòu)造和保礦構(gòu)造又是如何等眾說風(fēng)云。其中對礦田內(nèi)的北東東向棉花坑斷裂和北西西向油洞斷裂與鈾礦化的關(guān)系,特別是它們的控礦機(jī)制至今沒有一個令人信服的認(rèn)識,這也直接導(dǎo)致找礦預(yù)測方向的不同。文中通過精細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查,重點梳理棉花坑斷裂、油洞斷裂的特征,分析其與北北西向(近南北向)含礦斷裂的相互關(guān)系,結(jié)合斷裂構(gòu)造發(fā)育的特點(特別是次級斷裂配套組合關(guān)系),認(rèn)為棉花坑斷裂為成礦后壓扭性斷裂,但位移不大;油洞斷裂為含礦構(gòu)造的伴生張扭性斷裂,并被其后的基性巖脈充填,僅局部含礦,不是控礦斷裂,并據(jù)此提出不同于以往的找礦方向。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造背景

長江鈾礦田位于湘粵贛交界的諸廣南部巖體(諸廣鈾礦集中區(qū))中部,在行政區(qū)上屬于廣東省仁化縣。諸廣鈾礦集中區(qū)大地構(gòu)造位置上處于揚子板塊與和華南板塊縫合線(北東東向欽杭構(gòu)造帶)的南側(cè),華夏地塊中部 (圖1a;Hu et al., 2008);也地處南嶺緯向構(gòu)造帶與新華夏第一隆起帶的交匯部位(李四光,1973)。在中國東部中新生代陸緣弧盆系構(gòu)造圖上屬于華南弧盆系的東南沿海內(nèi)帶巖漿弧區(qū),其東側(cè)為東南沿海外帶巖漿弧區(qū),西側(cè)為江南(雪峰)基底逆推帶南段和湘東拉分盆地群。在中國大地構(gòu)造分區(qū)上屬于閩贛后加里東隆起與湘桂粵海西-印支坳陷結(jié)合部位(姚振凱,1983);在區(qū)域構(gòu)造上也屬于一級構(gòu)造單元北東向武夷-云開造山系(XIV)的二級構(gòu)造單元北東向武夷-云開弧盆系(XIV-1)內(nèi)的三級構(gòu)造單元新干-永豐弧間盆地(XIV-1-2)、西側(cè)羅霄巖漿弧(XIV-1-1)和東側(cè)武夷島弧帶(XIV-1-4)3個三級構(gòu)造單元的中段,該3個三級構(gòu)造單元的界線為遂川-德興深斷裂和南城-鷹潭斷裂帶南段。諸廣鈾礦集中區(qū)受九峰-大余東西向隆起帶、萬洋-諸廣南北向隆起帶和萬長山北東向隆起帶的三重控制。在區(qū)域成礦帶上屬于贛杭火山巖成礦帶與贛中南花崗巖成礦帶的交匯部位偏南側(cè)(圖1a)。

圖1 長江鈾礦田大地構(gòu)造與區(qū)域構(gòu)造圖Fig.1 Tectonic and regional geologic map of the Changjiang uranium ore field

1.2 區(qū)域地質(zhì)概況

長江鈾礦田產(chǎn)于諸廣山雜巖體的中心部位。由于中新生代的持續(xù)隆升,諸廣山地區(qū)出露大面積中酸性侵入巖,出露面積近4000 km2(鄧平等,2011,鐘福軍等,2019b),占基巖面積99%(圖1b)。諸廣山巖體是一個復(fù)式巖體,由燕山早期晚階段花崗巖、燕山早期早階段花崗巖、印支晚期花崗巖、印支早期花崗巖和海西期花崗閃長巖等組成,另外有少量燕山晚期花崗巖及燕山期中基性巖脈(圖1b,圖2)。局部出露寒武系淺變質(zhì)碎屑巖,山間盆地出露第四系(圖1b)。

圖2 粵北長江鈾礦田地質(zhì)圖(據(jù)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院(2021)報告編制)Fig.2 Geologic map of the Changjiang uranium ore field, northern Guangdong (adapted from Beijing Research Institute of Uranium Geology, 2021)

區(qū)域構(gòu)造線以北東向最為醒目。區(qū)域性(及二級)北東向斷裂構(gòu)造主要有熱水?dāng)嗔?主體出露長江鈾礦田北側(cè),在圖1b、圖2之外)、塘洞斷裂(區(qū)內(nèi)出露其南西段)、牛尾嶺斷裂(區(qū)內(nèi)出露其南西段)、成功坳斷裂(區(qū)內(nèi)出露其北東段),北東東向斷裂有城口斷裂、里周斷裂、棉花坑斷裂、黃溪水?dāng)嗔?北西西向斷裂有油洞斷裂。同時區(qū)內(nèi)另一特色的是作為含礦構(gòu)造的北北西向(近南北向)密集劈理帶(圖1b,圖2)。

1.3 礦田地質(zhì)概況

長江鈾礦田位于諸廣南部鈾礦聚集區(qū)中部,也是鈾礦床最為發(fā)育的區(qū)段。礦田范圍北起長江鎮(zhèn)、里周村、書樓丘、嶺背山一帶,經(jīng)石岐、棉花坑、龍?zhí)断?、油洞、和尚腦、長排、沈洞,南至水石、?？訊H及黃溪水一帶,長約10.7 km;西起石岐、龍?zhí)断?、和尚腦一線,東至橫坑水、佛垇、下學(xué)堂垇、上學(xué)堂垇、水石一帶,寬約9.5 km;礦田面積約102 km2(圖2;圖2面積約40 km2)。

長江鈾礦田范圍內(nèi)未出露沉積地層和基底淺變質(zhì)巖系,主要出露各種中酸性侵入巖,主體屬于油洞巖體和長江巖體的組成部分。油洞巖體為印支期第三階段中粒小斑狀二云母花崗巖,年齡為232±4 Ma(黃國龍等,2012);長江巖體淺部為燕山早期中粗粒黑云母花崗巖(年齡為157.2±1.7 Ma)、中部為中粒黑云母花崗巖 (年齡為159.5±1.2 Ma)、深部為細(xì)?！坏攘：谠颇富◢弾r(年齡為161.6±2.1Ma;黃國龍等,2014);同時深部鉆孔見輝長閃長巖,年齡150 Ma(鐘福軍等,2019a),另有燕山晚期細(xì)粒黑云母花崗巖(年齡為123.9±1.3Ma;周航兵等,2018)。晚期發(fā)育近東西向、北西西向輝綠巖脈(年齡為110.6±2.0 Ma;曹豪杰等,2013)、長英質(zhì)巖脈(年齡138.6±1.3 Ma;徐文雄等,2014),并發(fā)育堿交代巖(81.96±1.76 Ma;張愛等,2009)。晚期的中基性、中酸性巖脈均穿切油洞巖體和長江巖體。

長江鈾礦田構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為特征,規(guī)模較大的斷裂有北東東向棉花坑斷裂、北西西向油洞斷裂以及眾多的北北西(近南北)向延伸穩(wěn)定的含礦斷裂(密集劈理帶)(圖2)。

長江鈾礦田作為中國華南地區(qū)最重要的花崗巖型鈾礦田之一,已發(fā)現(xiàn)書樓丘(305)和棉花坑(302)兩個大型鈾礦床、水石 (308)和長排(301)2個中型鈾礦床,以及油洞(306)小型鈾礦床及多個鈾礦點,共計100余條有編號鈾礦帶和近200條無編號鈾礦帶(圖2)。

長江鈾礦田礦化蝕變特征明顯。其中硅化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、紫黑色螢石化等蝕變與鈾礦化關(guān)系密切,且具有水平分帶特征,即由構(gòu)造帶中心向外側(cè)依次為硅化(紫黑色螢石化)→赤鐵礦化→絹云母化→黏土化。其中硅化以豬肝色的微晶石英為最顯著的標(biāo)志,豬肝色的微晶石英和紫黑色螢石是高品位鈾礦石。礦石礦物主要為瀝青鈾礦,多呈脈狀、浸染狀構(gòu)造。成礦期主要形成灰色微晶石英瀝青鈾礦、豬肝色微晶石英瀝青鈾礦、螢石、黃鐵礦等。

2 棉花坑斷裂與鈾成礦關(guān)系

棉花坑斷裂西起官田村,經(jīng)棉花坑,至長江區(qū)林場一帶,長約7 km,呈北東東向延伸,走向為60°～65°(圖2)。對于棉花坑斷裂在鈾成礦中的作用,葉松鑫和許幼(2019)認(rèn)為北東東向棉花坑斷裂與黃溪水?dāng)嗔芽赡苁菂^(qū)內(nèi)導(dǎo)礦構(gòu)造,控制了區(qū)內(nèi)礦床的分布;對于如何控礦,只是簡單地推測由于棉花坑斷裂的左行壓扭性活動,派生了近南北向(北北西向)偏張性含礦斷裂的形成。但是這種推測缺少巖石力學(xué)破裂理論的基礎(chǔ),也與斷裂幾何學(xué)與運動學(xué)特征及其相關(guān)性相矛盾。

2.1 棉花坑斷裂基本特征

作為長江鈾礦田的一條重要的斷裂,棉花坑斷裂具有如下特征:

(1)在遙感影像圖上,棉花坑斷裂線性負(fù)地貌特征比較明顯(圖3)。

圖3 長江礦田棉花坑斷裂和油洞斷裂線性負(fù)地貌影像圖Fig.3 Remote image showing the liner negative landform of the Mianhuakeng fault and Youdong fault in the Changjiang ore field

(2)棉花坑斷裂旁側(cè)很少見及與主斷裂平行的次級裂隙。如礦部東側(cè)溝南(主斷裂南旁側(cè))的Z74點,只見少量與主斷裂平行的北東向次級裂隙(圖4a),更多的是發(fā)育北北西向(近南北向)裂隙(圖4b、4c);又如礦部西側(cè)溝北(主斷裂北旁側(cè))的Z29點,未見北東東向次級裂隙,只見北北西向(近南北向)裂隙(圖4d—4f)。

(3)主斷裂旁側(cè)的次級北東向裂隙沒有礦化(圖4a),而北北西向(近南北向)裂隙均有不同程度的礦化和蝕變。如礦部西側(cè)溝北(主斷裂北旁側(cè))的Z29點,北北西向(近南北向)裂隙發(fā)育豬肝色硅化(圖4d—4f)。

圖4 棉花坑斷裂旁側(cè)次級裂隙構(gòu)造特征平面照片F(xiàn)ig.4 Pictures showing the second-order fracture on the side of the Mianhuakeng fault

(4)棉花坑斷裂本身不僅沒有礦化,而且也沒有見到與鈾礦化有關(guān)的蝕變現(xiàn)象,僅有脆性破碎帶,并且以未膠結(jié)的具磨圓花崗巖角礫的構(gòu)造角礫巖和斷層泥為最主要特征(圖5)。如礦部西側(cè)溝北一突出的山嘴處(Z76點),出露了棉花坑斷裂脆性破碎帶的北側(cè)部分,其中南側(cè)部分可能被第四系覆蓋(圖5a)。該剖面自北西向南東依次出露①較完整的花崗巖(圖5b左端),②破碎硅化帶及硅化巖透鏡體(圖5b左段、圖5c左端),③ 晚期白色無礦石英脈(硅化巖) (圖5b左段、圖5c左段),④壓扭性未膠結(jié)斷層角礫巖(角礫具有明顯的磨圓) (圖5b左中段、圖5c中段、圖5d、圖5e),⑤坡積層紅色黏土夾巖石碎塊(圖5b中段、圖5c右段、圖5f),⑥含花崗巖磨圓較大角礫的構(gòu)造角礫巖(圖5b中段偏右、圖5g左端),⑦更晚期斷層面(圖5b中段偏右、圖5g左段),⑧含花崗巖磨圓較大角礫的構(gòu)造角礫巖(圖5b中右段、圖5g中部偏右、圖5h左段),⑨灰褐色含硅化巖磨圓角礫弱—未膠結(jié)斷層角礫巖(圖5b右段、圖5g右段、圖5h右段、圖5i—5l),⑩第四系坡積層(圖5b右端)。過沖溝南側(cè)為花崗巖(圖5a右段)。其中④壓扭性未膠結(jié)斷層角礫巖中角礫成分有灰色硅化巖、白色石英脈和花崗巖,角礫大小以2～3 cm為主,最大15 cm,角礫明顯呈扁平狀、長短軸比約2,扁平面產(chǎn)狀略緩于構(gòu)造帶整體產(chǎn)狀,未膠結(jié)松散斷層泥具有不太明顯的頁理構(gòu)造,頁理產(chǎn)狀為80°/SE65°～70°。

圖5 棉花坑斷裂破碎帶剖面圖(Z76點)Fig.5 Section of fracture zone of the Mianhuakeng fault in the Changjiang uranium ore field, northern Guangdong(Point Z76)

2.2 棉花坑斷裂與鈾礦脈空間關(guān)系

(1)從整個礦田內(nèi)礦床的分布來看,棉花坑斷裂南側(cè)棉花坑鈾礦床與斷裂北側(cè)書樓丘鈾礦床在空間上屬于同一鈾礦床,礦體同受北北西向或近南北向斷裂裂隙構(gòu)造控制,礦體產(chǎn)狀、礦化特征甚至礦體出露的空間都非常的一致,沒有明顯的差異(圖2)。

(2)從礦化變化與斷裂的關(guān)系來看,一方面,不論是南側(cè)的棉花坑鈾礦床,還是北側(cè)的書樓丘鈾礦床都沒有以棉花坑斷裂為最佳礦化部位,也沒有向遠(yuǎn)離棉花坑斷裂的方向礦化逐漸減弱的單向性趨勢,如棉花坑鈾礦床南段在油洞村東側(cè)一帶仍然存在很好的鈾礦體;另一方面,包括9號、10號等鈾礦化帶在礦田內(nèi)延伸數(shù)千米長,鈾礦化穩(wěn)定,與該礦化帶到棉花坑斷裂的距離遠(yuǎn)近無關(guān)(圖2)。更沒有形成以棉花坑斷裂為軸線的礦體、礦帶的斜列展布特征。

(3)從長江鈾礦田地質(zhì)圖(圖2)上可以看出,斷裂北側(cè)書樓丘礦床的9號礦帶、10號礦帶、91號礦帶等鈾礦化帶與斷裂南側(cè)的相關(guān)鈾礦化帶基本上可以一一相對應(yīng)。

(4)另據(jù)郭春影等(2013)和蔡明海等(2011)的描述,棉花坑斷裂在采礦坑道中可見明顯的斷層泥和松散的構(gòu)造角礫巖,均反映出其較新構(gòu)造活動的特征。

由于流體的特殊性,成礦流體總是由高圍限壓力環(huán)境流向低圍限壓力環(huán)境 (徐興旺等,2019);如果棉花坑斷裂是導(dǎo)礦構(gòu)造,高壓成礦流體將沿貫通主斷裂迅速向上運移,直通至近地表;不可能不向上運移而沿水平方向運移約10 km,進(jìn)入近南北向含礦構(gòu)造中。

總之,棉花坑斷裂雖然局部脆性破碎帶寬度較大,但走向延伸有限,缺少控制產(chǎn)狀穩(wěn)定、走向延伸大的北北西向(近南北向)含礦斷裂展布的高級序斷裂的條件。所以,棉花坑斷裂不是控制北北西向含礦構(gòu)造形成和展布的高級序構(gòu)造,不是長江鈾礦田的控礦構(gòu)造,其主要為晚近時期脆性斷裂破碎帶,對已經(jīng)形成的近南北向(北北西向)礦體或鈾礦帶有斷錯作用,但是位移量不大。

3 油洞斷裂與鈾成礦關(guān)系

油洞斷裂西起龍?zhí)断?經(jīng)油洞村、橋頂坑、駝背嶺,至山角塘南側(cè)一帶,呈南東東向延伸,走向為300°,長約7 km(圖2)。葉松鑫和許幼(2019)認(rèn)為北西西向油洞斷裂既是區(qū)內(nèi)的導(dǎo)礦構(gòu)造也是容礦構(gòu)造。劉軍港等(2019)研究認(rèn)為油洞斷裂具有韌性變形特征,并展示了韌性變形的宏觀、微觀依據(jù);同時發(fā)現(xiàn)了沿油洞斷裂韌性變形帶發(fā)育鈾礦化,據(jù)此認(rèn)為其對鈾礦床起控礦作用。

3.1 油洞斷裂宏觀特征

3.2 油洞斷裂與鈾成礦關(guān)系

(1)油洞斷裂北側(cè)的棉花坑鈾礦床(302)與斷裂南側(cè)的301鈾礦床(長排)雖然在空間上不屬于同一鈾礦床,但礦體、礦帶同受北北西向或近南北向斷裂裂隙構(gòu)造控制,礦體產(chǎn)狀、礦化特征甚至礦體出露的空間都比較相近,沒有明顯的差異。

(2)在鄰近油洞斷裂的Z28點(二級水電站旁),也見不到與主斷裂平行(北西西向)的次級破碎帶,而是見到近南北向裂隙帶和硅化帶(圖6),即57號鈾礦化帶。硅化帶及鈾礦化裂隙產(chǎn)狀:10°/SE80°、357°/NE85°、355°/NE85°、335°/NE80°、350°/NE82°、350°/NE78°。同樣的情況也出現(xiàn)在Z28 點之西, 出現(xiàn)含礦裂隙 330°/NE78°、347°/NE85°。

圖6 油洞村北東電站旁油洞斷裂旁側(cè)裂隙與鈾礦化特征(Z28點,57號鈾礦帶)Fig.6 Sketch showing the fracture and uranium mineralization near the Youdong fault

(3)油洞斷裂帶本身的礦化問題。306礦床被認(rèn)為是受油洞斷裂控制的鈾礦床,也是認(rèn)為油洞斷裂具有控礦作用的最主要證據(jù)。但是仔細(xì)觀察306礦床的礦化延伸并不是與油洞斷裂走向一致,礦化延伸在330°～340°。在被認(rèn)為是306礦體向南東方向與小公路交叉部位的Z67點,花崗巖整體較完整,其中發(fā)育不同方向的節(jié)理,并以北東走向為主,局部伽瑪值較高,達(dá)120 nC/(kg·h)(圖7)。相反在306礦體西側(cè)的10號鈾礦體,其與小公路交叉部位(Z23點,小水池附近),發(fā)育豬肝色、黃褐色硅化帶,顯示鈾礦化的存在,含礦裂隙為近南北向(北北西向),產(chǎn)狀為345°/NE85°、358°/NE87°和342°/SW83°;局部白色石英脈為315°/SW75°(圖8)。在油洞斷裂北側(cè)10號鈾礦體同樣呈北北西向延伸,沒有受油洞斷裂控制(圖2)。所以,306礦體很可能并不是向120°方向延伸,而是向140°～170°左右方向延伸。

圖7 油洞斷裂旁側(cè)鈾礦化地質(zhì)剖面圖(Z67點)Fig.7 Sketch showing the fracture and uranium mineralization near the Youdong fault (Point Z67)

圖8 油洞斷裂旁側(cè)鈾礦化地質(zhì)剖面圖(Z23點)Fig.8 Sketch showing the fracture and uranium mineralization near the Youdong fault (Point Z23)

(4)不論是油洞斷裂北側(cè)的棉花坑鈾礦床,還是油洞斷裂南側(cè)的301鈾礦床(長排礦床)都沒有以油洞斷裂為最佳礦化部位,向遠(yuǎn)離油洞斷裂的方向礦化逐漸減弱的單向性趨勢,如棉花坑鈾礦床南段(9號帶)在油洞村北側(cè)一帶直至棉花坑礦區(qū)都仍然存在很好的鈾礦體;301礦床最佳礦化部位在油洞斷裂南側(cè)5～10 km部位,而非鄰近油洞斷裂部位(圖2)。

(5)在油洞村—駝背嶺一帶,發(fā)現(xiàn)較多鈾異常(伽瑪異常)點(共9個)沿小河溝(也是油洞斷裂出露部位)分布的特點,這也是認(rèn)為油洞斷裂控礦的另一個證據(jù)。但是這些異常點的鈾異常有限,構(gòu)不成鈾礦化點,更重要的是沿北西西向小河溝底有較好基巖出露,鈾異常點容易被發(fā)現(xiàn),而河溝兩側(cè)為竹林和雜樹林且土壤厚度大,鈾異常不容易被發(fā)現(xiàn)。況且,在這9個異常中伽瑪異常值最高的A407點,異常處的鈾礦化裂隙也是近南北向的(走向355°;圖2)。

(6)油洞斷裂帶沿線基性巖脈與鈾礦化問題。盡管在油洞鈾礦床(306),可見鈾礦體與基性巖脈密切共生(曹豪杰等,2013),但是空間上的共生并不一定具有成因關(guān)系。在油洞村小水溝溝底(Z32點),可見斷層、基性巖脈、鈾礦化三者之間的關(guān)系(圖9)?；詭r脈穿插于油洞花崗巖中,靠近斷層處基性巖脈發(fā)生片理化,穿插在花崗巖中的分支沒有片理化(圖9a—9c)。鈾礦化發(fā)生在豬肝色赤鐵礦化花崗巖中,局部異常長軸呈北北東向,放射性γ異常輻射值最高可達(dá)800 nC/(kg·h),靠近油洞斷裂及基性巖脈,放射性γ異常趨于降低(23～29 nC/(kg·h)),顯示出鈾礦化與基性巖脈的關(guān)系不大(圖9a、9b、9d)。這與下莊鈾礦田交點型鈾礦的礦化機(jī)制是明顯不同的。

圖9 油洞村油洞斷裂及基性巖脈與鈾礦化的關(guān)系平面素描圖(Z32點)Fig.9 Picture and sketch showing the relation of the Youdong fault and basic dike to uranium mineralization

4 討論

上文已經(jīng)對棉花坑斷裂、油洞斷裂特征及其與鈾成礦的關(guān)系進(jìn)行了分析,認(rèn)為棉花坑斷裂為成礦后構(gòu)造,油洞斷裂不是控礦構(gòu)造,僅僅是局部含礦。本節(jié)將對棉花坑斷裂、油洞斷裂的歸屬、沿油洞斷裂的韌性變形、進(jìn)一步的找礦方向等開展相關(guān)討論。

4.1 棉花坑斷裂與油洞斷裂的構(gòu)造歸屬

葉松鑫和許幼(2019)強(qiáng)調(diào)了北東東向棉花坑斷裂和北西西向油洞斷裂的導(dǎo)礦構(gòu)造作用,郭春影等(2013)則強(qiáng)調(diào)礦田內(nèi)廣泛發(fā)育的北北西向(近南北向)含礦構(gòu)造是由于南北向擠壓壓力作用導(dǎo)致北東東向控礦構(gòu)造左行走滑活動而派生的次級張性、張扭性構(gòu)造,這些次級斷裂及其組合控制礦田內(nèi)鈾礦床、礦體的分布。但是上述認(rèn)識都缺少構(gòu)造控礦的直接依據(jù),特別是無法解釋從書樓丘礦區(qū),到棉花坑、長排、水石礦區(qū)長度超過10 km范圍內(nèi),北北西向(近南北向)含控構(gòu)造帶及鈾礦體(帶)非常穩(wěn)定的延伸。換句話說,如果是棉花坑斷裂控礦,北北西(近南北)向含礦斷裂是棉花坑斷裂的左行活動所派生的,那么這些派生的次級張性、張扭性斷裂的單體只能在主斷裂兩側(cè)有限范圍內(nèi),隨著離開主斷裂的位置會很快尖滅,次級斷裂組合則會沿著主斷裂方向展布。目前的狀況正好相反,含礦斷裂單體延伸很長,甚至超過主斷裂長度,含礦斷裂組合并沒有沿主斷裂展布。

所以筆者認(rèn)為,長江鈾礦田北北西向(近南北向)含礦構(gòu)造是一個獨立的構(gòu)造系統(tǒng),形成于近東西向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場條件,屬于壓扭性的密集節(jié)理帶(劈理帶)。導(dǎo)礦構(gòu)造是與該含礦的密集節(jié)理帶(劈理帶)深部相連通的高角度(近南北向)斷裂構(gòu)造(陳柏林等,2021)。礦田內(nèi)被基性巖脈充填的北東東向斷裂、近東西向斷裂和北西西向油洞斷裂為該構(gòu)造系統(tǒng)中的偏張性、張扭性伴生構(gòu)造。在成礦期,構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生變化,表現(xiàn)為最大主應(yīng)力近直立、中間主應(yīng)力近水平南北向、最小主應(yīng)力為近水平東西向,成礦流體從深部沿近南北向(導(dǎo)礦)控礦斷裂上升,主要沿近南北向斷裂交代充填成礦,而北東東向、近東西向斷裂處于相對偏壓性構(gòu)造環(huán)境,不利于成礦流體的進(jìn)入和交代充填,北西西向的油洞斷裂處于相對壓性稍小的構(gòu)造壓應(yīng)力環(huán)境,局部有成礦流體進(jìn)入,發(fā)生交代充填,但是礦體僅僅局部發(fā)育、不連續(xù)。

按照鉛鋅礦的充填集料應(yīng)用工藝落實效果分析，將其整體的充填集料應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，整個優(yōu)化設(shè)計中，將-3cm尾礦砂，冶煉水淬渣作為整個集料充填中的材料應(yīng)用，并且按照對應(yīng)的充填集料控制需求，將整體充填工藝應(yīng)用中的材料控制做出了優(yōu)化，借助這種充填材料的優(yōu)化控制，能夠?qū)⒄w礦產(chǎn)充填開采工藝實施好，對于保障該礦產(chǎn)的開采能力提升具有重要性保障意義。結(jié)合具體的礦產(chǎn)充填工藝開采現(xiàn)狀，將對應(yīng)的充填集料中的材料應(yīng)用膏體性能進(jìn)行了分析，對應(yīng)的材料性能分析如表1所示：

至于棉花坑斷裂,有可能也是張扭性伴生構(gòu)造(東段有基性巖脈充填部分可能性較大),成礦作用時處于偏壓性力學(xué)性質(zhì),成礦流體難于進(jìn)入。但是根據(jù)其脆性破碎帶和斷層泥特征(尤其是西段),更可能是成礦后的構(gòu)造。對鈾成礦不具有控礦作用,只是具有破礦作用,但斷錯位移量較小。

4.2 油洞斷裂韌性變形

劉軍港等(2019)研究認(rèn)為油洞斷裂具有韌性變形特征,而且起到對鈾礦床的控礦作用。其描述的油洞斷裂帶的韌性變形及糜棱巖,雖然采樣位置都是油洞斷裂帶及其附近,但是僅僅限于油洞二級電站門口東側(cè)水溝中(具體可參見劉軍港等(2019)一文中的圖5)和油洞村西側(cè)水溝邊(具體可參見劉軍港等(2019)一文中的圖4),其他部位比較少。筆者沿油洞斷裂詳細(xì)追索,沒有再發(fā)現(xiàn)韌性變形形跡;相反,在油洞巖體中,類似的韌性變形在多處出露,且具有規(guī)模小、分布較廣、出露零散、方向不確定等特點。

(1)在學(xué)堂垇一帶(D2100點,油洞村80°方向3.5 km處,且不在油洞斷裂出露或其延伸部位),在印支期花崗巖(油洞巖體)中的相距約50 m的2個點可見兩個方向的小型韌性變形帶,單個變形帶出露寬度均小于2 m,變形面理分別呈近南北向和近東西向走向,變形面理產(chǎn)狀為348°/SW80°和275°/SW82°(圖10a—10c)。

(2)長江1號科學(xué)深鉆巖芯68回次孔深約180 m左右(不是油洞斷裂位置,設(shè)計的油洞斷裂位置在孔深1400 m左右),發(fā)育陡傾角小型韌性變形帶,走向不確定,但傾角陡立,為70°～85°,巖芯中出露長度小于0.5 m(圖10d、10e)。

(3)長江鈾礦田9號帶南段ZK15-3鉆孔巖芯220 m附近,發(fā)育緩傾角小型韌性變形帶,走向不確定,傾角較平緩,為10°～35°,長度小于3 m,較強(qiáng)變形段小于0.2 m(圖10f)。

圖10 長江鈾礦田油洞巖體內(nèi)不同方向的局部韌性變形Fig.10 Pictures showing ductile deformations of different directions in several places of the Youdong granite body

對油洞巖體內(nèi)韌性變形的形成機(jī)制,很可能是在燕山期由于長江巖體的侵位(長江巖體穿孔狀侵位在印支期的油洞巖體內(nèi)),局部發(fā)生了烘烤、加熱、軟化,發(fā)生了零星分布的小規(guī)模、多方向韌性變形。結(jié)合區(qū)域上塘洞韌性變形帶等的變形特征和年代學(xué)數(shù)據(jù),這些韌性變形的時代為晚侏羅世末期 (約155～150 Ma;曾廣乾等,2021),相近或稍晚于長江巖體的侵位時間(155 Ma)。在早白堊世晚期(約118～108 Ma)的近東西向擠壓應(yīng)力場作用下,形成北北西向(近南北向)穿切性強(qiáng)、延伸穩(wěn)定的壓扭性含礦構(gòu)造的同時,伴生形成北西西向張扭性油洞脆性斷裂,該脆性斷裂剛好穿過了油洞巖體內(nèi)多個小規(guī)模、多方向、零散分布的其中2個小規(guī)模韌性變形點(油洞村西側(cè)水溝邊 (具體可參見劉軍港等(2019)一文中的圖4)和油洞二級電站門口東側(cè)水溝(具體可參見劉軍港等(2019)一文中的圖5)),而長約7 km的油洞斷裂沿線的其他部位就沒有韌性變形帶。

所以,在油洞巖體內(nèi),只存在分布局限的零散的小規(guī)模韌性變形,而不是具有連續(xù)性、宏觀上集中呈一定規(guī)模的構(gòu)造變形帶。同時,沿油洞斷裂帶基性巖脈也比較局限,鈾礦化也是比較局部的。這可以解釋長江1號科學(xué)深鉆在設(shè)計的穿越油洞斷裂的位置既沒有出現(xiàn)韌性變形帶,也沒有出現(xiàn)基性巖脈,更沒有出現(xiàn)與韌性變形帶共生的鈾礦化,而是出現(xiàn)與9號帶特征完全一致的鈾礦化——豬肝色微晶硅化巖型鈾礦化的情況(即長江1號科學(xué)深鉆在1550 m控制的是9號帶的深部延伸)。

4.3 礦田構(gòu)造演化

綜合含礦斷裂、棉花坑斷裂、油洞斷裂的配套關(guān)系,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造環(huán)境、基性巖脈年齡、成礦時代,可以建立長江鈾礦田構(gòu)造演化模式(陳柏林等,2021),共經(jīng)歷了含礦構(gòu)造形成期、基性巖脈侵位期、成礦作用發(fā)生期、礦后斷裂形成期4個階段(圖11)。其中含礦構(gòu)造形成和基性巖脈侵位發(fā)生在成礦之前。

成礦前由含礦構(gòu)造形成期和基性巖脈充填期組成,華南東部在136～118 Ma的北西—南東向伸展和強(qiáng)烈?guī)r漿活動之后,118～108 Ma轉(zhuǎn)化為北西西—南東東向擠壓構(gòu)造環(huán)境(李三忠等,2019;陳柏林,2020;陳柏林等,2021),本區(qū)為近東西向(北東東向)近水平擠壓(即主應(yīng)力σ1方向近水平東西向,σ2近直立,σ3水平近南北向),形成近南北向(北北西向)壓性-壓扭性構(gòu)造(壓性密集劈理帶),近東西向(北東東向)偏張性斷裂和北西西向張扭性斷裂(圖11a)。該階段的末期發(fā)生了基性巖脈沿近東西向(北東東向、北西西向)張性、張扭性斷裂的侵入(基性巖脈年齡110 Ma),此時近南北向斷裂為壓性,無基性巖脈充填(圖11b)。

圖11 長江鈾礦田構(gòu)造演化圖Fig.11 Evolution model of the structures in the Changjiang uranium ore field

成礦期(108～92 Ma)區(qū)域構(gòu)造環(huán)境為北西西—南東東向伸展,深部巖漿活動強(qiáng)烈,但大多數(shù)還沒有被剝露至地表(據(jù)李嘉等(2019)資料,在諸廣鈾礦集中區(qū)北部的鹿井鈾礦田蕉葉垅鈾礦床鉆孔深部發(fā)現(xiàn)年齡為99±1.2 Ma的細(xì)?；◢弾r,且具有富硅、高堿、高鈾的巖石地球化學(xué)特征),巖漿活動所形成的高壓成礦流體向地殼淺部運移,改變局部構(gòu)造應(yīng)力場,主應(yīng)力方向為σ1近直立,σ3水平近東西向,σ2水平近南北向(σ2>σ3),礦體主要沿近南北向(北北西向)偏張性斷裂交代充填,少量沿北北東和北西向張扭性斷裂交代充填,而近東西向斷裂偏壓性無鈾礦脈交代充填(圖11c)。

成礦后,早期受北西西—南東東向擠壓,形成北東東向棉花坑斷裂并貫通(伴少量左行位移)。一方面由于棉花坑斷裂的活動,承當(dāng)了大部分應(yīng)變,應(yīng)力得到釋放;另一方面,近南北向斷裂因礦化過程的硅化作用使鈾礦脈與圍巖間固結(jié)緊密,絕大多數(shù)完整,僅局部沿礦體邊部有活動;北西西向油洞斷裂因礦化弱,硅化交代也弱,發(fā)生的部分活動(左行走滑),導(dǎo)致基性巖脈發(fā)生偏脆性的片理化,但總體活動性不大。晚期區(qū)域上以斷塊差異隆升剝露為主,長江礦田位于合適的隆升剝露區(qū),最終形成目前的狀況(圖11d)。

4.4 找礦預(yù)測意義

含礦構(gòu)造(也稱賦礦構(gòu)造或儲礦構(gòu)造)是控制礦體最后空間定位的構(gòu)造。而含礦構(gòu)造的力學(xué)性質(zhì)和組合關(guān)系又是受較高級別的控礦構(gòu)造所控制,含礦構(gòu)造的展布是由控礦構(gòu)造決定的,所以棉花坑斷裂和油洞斷裂是不是控礦構(gòu)造事關(guān)找礦預(yù)測方向。如果按照北東東向棉花坑斷裂和北西西向油洞斷裂是導(dǎo)礦構(gòu)造、北北西向(近南北向)含礦斷裂是棉花坑斷裂和油洞斷裂派生的次級張性和張扭性斷裂的思路,進(jìn)一步找礦方向應(yīng)該是沿棉花坑斷裂和油洞斷裂的延伸方向且在兩側(cè)一定的范圍內(nèi)(不會太遠(yuǎn)),同時礦體深部延伸相對有限。然而按照文中棉花坑斷裂和油洞斷裂不是控礦構(gòu)造這一觀點,那么進(jìn)一步的找礦方向就不應(yīng)該沿棉花坑斷裂和油洞斷裂的延伸方向;事實上,長江鈾礦田數(shù)十年的找礦實踐也顯示礦帶組合并沒有沿棉花坑斷裂和油洞斷裂的延伸方向展布。按照陳柏林等(2021)的認(rèn)識,控礦構(gòu)造是北北西向(近南北向)含礦斷裂下延歸并的同方向主斷裂,該主斷裂連接北北西向(近南北向)含礦斷裂與深部巖漿熱流體庫,且起到導(dǎo)礦和運礦的作用,那么進(jìn)一步的找礦方向是現(xiàn)有鈾礦帶的走向延伸方向和傾向深部,或者現(xiàn)有地表或淺部礦帶之間的空白區(qū)的深部很可能存在隱伏鈾礦體(帶),鈾礦體(帶)南北方向的延伸和傾向的延深都會很大,東西方向上相對寬度有限。這被目前的找礦實踐所證實:礦帶走向延伸2～5 km,部分達(dá)8～10 km,控制傾向延深600～800 m,部分礦體延深達(dá)1550 m。

“含礦構(gòu)造呈穩(wěn)定的北北西向(近南北向)延伸,油洞斷裂不控礦、西段位移很小”作為項目科學(xué)驗證深鉆長江1號孔位選擇與部署的主要構(gòu)造依據(jù),并于1550 m深處控制到9號鈾礦帶,獲得巨厚工業(yè)鈾礦體,刷新國內(nèi)工業(yè)鈾礦化最深發(fā)現(xiàn)記錄。

5 結(jié)論

(1)棉花坑斷裂以脆性破碎帶、含磨圓花崗巖角礫的未膠結(jié)構(gòu)造角礫巖及斷層泥為特征,線性影像和負(fù)地貌明顯,很可能形成于成礦后,斷錯鈾礦帶,但位移不大。

(2)北西西向油洞斷裂具有明顯的線性遙感影像和負(fù)地貌溝谷特征,以偏脆性斷裂破碎帶為主,是北北西(近南北)向控礦構(gòu)造的伴生張扭性斷裂,油洞斷裂不是高級別控礦構(gòu)造,只起到部分含礦構(gòu)造作用。

(3)雖然沿油洞斷裂零星出露韌性變形,但并不是油洞斷裂本身的連續(xù)的韌性變形帶,而是油洞巖體內(nèi)呈不規(guī)則狀、產(chǎn)狀多變、零星發(fā)育的韌性變形的組成部分。

(4)進(jìn)一步的找礦方向不是沿著棉花坑斷裂或油洞斷裂的方向,而是沿著北北西(近南北)向現(xiàn)有礦化帶的走向和傾向深部,在現(xiàn)有礦帶間空白區(qū)的深部也很可能存在隱伏礦帶。