龙首山成矿带钠交代型铀矿床关键控矿因素研究
——以芨岭铀矿床为例

顾大钊，王生云，范洪海，钟军，陈金勇，朱泉龙，邵东，宋振涛

（1.中国核工业集团有限公司，北京 100045；2.核工业北京地质研究院，北京 100029；3.核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000；4.核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002）

钠交代型铀矿床是一种非常重要的热液铀矿床类型，在全球范围内广泛发育，该类矿床在乌克兰［1-2］、加拿大［3］、澳大利亚［4-5］、喀麦隆［6］、巴西［3，7-8］、马达加斯加［9-10］、圭亚那［11］、美国［12］、捷克［13］等国家皆有产出。钠交代型铀矿是指产于强钠长石化碎裂岩带中的铀矿化类型，围岩蚀变以钠长石化为主，并伴随有碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化、赤铁矿化等［14］，其特点是钠交代蚀变作用受断裂控制。钠交代型铀矿化可以发育于花岗岩、火山岩、沉积岩以及变质岩之中，不受围岩类型限制［1，15］。虽然钠交代型铀矿床的铀平均品位相较其他类型铀矿床较低，但其蕴含的铀资源量可以与全球知名的不整合面型铀矿床相媲美［3］，且构成大规模的铀成矿区带，具有较好的找矿前景。

龙首山铀成矿带是祁连-秦岭铀成矿省的组成部分［16-17］，是我国西北一条重要的铀成矿带。目前，在龙首山成矿带已发现4 种不同类型的5 个铀矿床，40 多个矿点、矿化点和2 000多个放射性异常点带，形成一条以钠交代型和伟晶状白（花）岗岩型铀矿化为特色的铀成矿带［18-19］。其中，钠交代型热液铀矿床是甘肃龙首山成矿带中重要的工业铀矿类型，以芨岭和新水井两个矿床为代表。芨岭铀矿床位于龙首山成矿带中段，是我国北方钠交代型铀矿床的典型代表［15］。芨岭铀矿床自20 世纪60 年代发现以来，其矿床地质特征及成因研究一直是研究的热点［15，20-35］，取得了大量的成果，为芨岭矿床成矿规律的总结与矿床成因研究提供了重要的约束。随着找矿工作的推进，隐伏矿和深部肓矿的找寻已经成为龙首山铀成矿带的主要找矿方向。本文基于野外工作实践及矿床最新勘查和研究成果，重点对芨岭矿床关键控矿因素进行系统梳理和分析，以期为该矿区深部和外围的进一步勘查以及在龙首山成矿带找寻同类型矿床提供依据。

1 区域地质背景

龙首山成矿带为早古生代早期祁连板块与华北板块碰撞造山形成的缘隆起带［36］（图1a），属于秦祁昆成矿域，祁连-秦岭成矿省，龙首-祁连成矿带的龙首山成矿亚带［16-17］。龙首山成矿带在大地构造上位于华北板块西南缘之阿拉善地块的南缘，北依潮水盆地、南接河西走廊［37］，全长约180 km，宽约20 km（图1b）。龙首山地区出露的地层有古元古界龙首山岩群、中元古界墩子沟群、新元古界韩母山群及少量古生界砂岩、含砾砂岩，中生界主要分布于成矿带西段，新生界覆盖于两侧或山间盆地［38］。区内侵入岩分布广泛，主要发育有古元古代石英闪长岩、白岗岩［39］，新元古代镁铁-超镁铁岩［40］，加里东期闪长岩［41］、似斑状花岗岩［35］、中粗粒花岗岩［42］、碱性岩、钠长岩脉［30］及少量基性岩脉［43］；龙首山地区经历了长期的复杂演化过程，形成了我国内陆一条重要的铀多金属（Th、Cu、Ni、PGE、Pb、Zn、Au、Ag、Fe 等）成矿带。

2 矿床地质特征

图1 龙首山成矿带构造位置（a）及地质略图（b）（据宫江华等［44］和钟军等［34］）Fig.1 Tectonic location（a）and geologic sketch（b）of the Longshoushan metallogenic belt

芨岭钠交代型铀矿床位于甘肃省龙首山成矿带中段，定位于马蹄形芨岭复式岩体南带的中段（图1b）。矿区出露的地层主要为古元古界龙首山岩群和新元古界韩母山群，龙首山岩群主要分在芨岭矿区及外围，韩母山群主要出露在芨岭矿区外围北侧。芨岭岩体是由加里东早期灰色-深灰色闪长岩（540 Ma）［41］、中粗粒似斑状花岗岩（458.3 Ma）［36］、白色中粗粒石英二长岩（447 Ma）［41］、钠长岩脉（442.9 Ma）［30］和基性岩脉（485 Ma）［43］等组成 的复式 岩体［44］（图2）。芨岭矿床所有矿体均赋存于钠交代岩（主要为蚀变似斑状花岗岩、蚀变闪长岩和钠长岩脉）之中，钠交代岩由于经历了强烈的赤铁矿化而呈紫红色-暗紫红色，岩石常具有碎裂结构、微细粒状结构、碎裂斑状、破碎角砾状和微粒胶结结构等；矿体呈透镜状、似透镜状、扁豆状和不规则状，芨岭矿床的整体产状向北西侧伏，侧伏角为30°。矿区内赤铁矿化、钠长石化、碳酸盐化、绿泥石化、高岭石化等蚀变发育［45-48］。芨岭矿床具有“钠长石化-绿泥石化-赤铁矿化-碳酸盐化”四位一体的典型蚀变矿物组合［31-32，47］。芨岭铀矿床的矿石品位为0.03%～0.1%，资源量为500～1 500 t［49］。近年的铀矿地质研究与勘查成果表明，芨岭铀矿床的深部及外围具有较大的找矿潜力。

3 关键控矿因素

芨岭铀矿床是国内仅有的几个典型钠交代型铀矿床之一，位于芨岭岩体南带，马路沟断裂中部的芨岭地段。芨岭矿床与国外典型钠交代型铀矿床具有相似的特点，主要受断裂、岩性界面和钠交代岩“三位一体”联合控制。

3.1 构造对铀成矿的控制作用

芨岭地区断裂构造极为发育，按产状主要划分为4 组：北西西向、近东西向、北东向和近南北向断裂（图3），其中以北西西向断裂最为发育，近东西向断裂次之。

通过资料的整理、分析，结合野外构造变形特征与相互穿插关系，初步将芨岭地区断裂构造活动划分为5 组。第1 组为北西西向断裂，该组断裂规模较大，包含马路沟断裂以及与其平行的次级断裂，是区内最早活动的一期构造；芨岭地区断层总体延伸方向为310°左右，倾向南西，倾角70°左右，主要为一系列以挤压为主的高角度逆冲断层，具有长期活动的特点；该组北西西向断裂整体控制了芨岭地区（或龙首山中段）钠交代型矿体、矿（化）点产出与分布，为控矿构造。第2 组为近东西向断裂，在龙首山成矿带该组断裂在芨岭地区较为发育，其主要为一系列近东西走向，南倾，倾角约80°的左旋走滑逆冲断层，该组断层带规模中等；近东西向断裂与北西西向断裂形成较多的构造夹持区，在构造夹持区及沿该组断裂常有较好的铀矿化（体），而且主要矿体走向主要为275°～290°；近东西向构造与成矿最为密切，为赋矿构造。第3 组为北东向断裂，该组断裂构造以高角度的右行走滑剪切为特征，错断矿体，对矿体有破坏作用，北东走向的走滑断层面上发育两组擦痕，表明断层经历过两期构造运动。第4 组为近南北向断裂，芨岭地区发育多条近南北向断裂，断裂倾向不一，但主体倾向西，倾角较陡，主要集中在72°～85°，常沿该组断裂形成沟谷，一般东盘南移，水平断距几米到几十米，部分可达近百米。该组断裂切断矿区内前三期断裂，为张扭性平移断层。第5 组为伸展正断，龙首山成矿带新生代期间处于伸展应力状态，容易沿早期断层发生伸展活化形成正断层。

图2 芨岭矿床地质图（据赵如意，2016［41］）Fig.2 Geologic map of the Jiling deposit

图3 芨岭地区断裂构造示意图Fig.3 Schematic diagram of faults in Jiling area

从龙首山中段钠交代型热液铀矿化空间展布的特点来看，北西西向的马路沟断裂带整体控制了钠交代型矿床、矿（化）点产出与分布，为控矿构造；单个矿体呈东西向产出，它严格的受东西向的压扭性构造所控制（图3）。区内钠交代型铀矿床产于马路沟断裂与旁侧次级断裂夹持部位，剖面上呈“Y”字型，芨岭和新水井矿床均产于马路沟断裂一侧的夹持部位（图4）。控制蚀变带及矿体的因应力集中所造成的构造变异部位还有：①构造交叉部位：在剖面上出现的“漏斗区”，如芨岭矿床北西西向断裂带（F101、F102等）与东西向压扭性断裂带（F131、F133等）构成的三角地带；②构造在剖面上的产状变化部位：如芨岭矿床F101产状由陡变缓的地段（近下方）、新水井矿床3 号剖面F121产状由陡变缓的地方；③不同构造型式的复合部位：如新水井矿床地表二号坑道口附近见有小型旋转构造与近东西向构造复合部位；④构造的膨胀部位：如新水井矿床2 号剖面F121断裂显著膨大处。

以上构造变异部位明显控制构造蚀变带及矿体的发育。芨岭和新水井钠交代型铀矿床的构造控制因素可以概括为以下几点：矿化、矿床、成矿带在空间上的展布分别受不同级别的构造控制；多构造体系复合部位是成矿的有利地段，不同级的构造复合分别控制成矿带、矿床、矿体空间产出特点；应力集中造成的构造变异部位是矿化赋存的有利场所。

3.2 岩性界面对铀成矿的控制作用

岩性界面是不同类型岩石（相）的接触面（带），为构造薄弱面，有利于后期构造的发育及成矿热液的运移，是矿体赋存的有利场所。此外，当含铀成矿热液流体运移至岩性接触面或沿岩性界面运移时，由于岩性接触面两侧岩石的地球物理、地球化学性质的差异性，成为有利的成矿界面，有利于钠交代成矿热液中铀的沉淀与富集。

图4 断裂构造与钠交代体、铀矿化的关系示意图（据胡俊祯，1987［21］修改）Fig.4 Schematic diagram showing the relationship between fracture，sodium metasomatic rock and mineralization

芨岭岩体是一加里东期复式岩体，加里东早期闪长岩在芨岭岩体南带的中部和西部较为发育（图2）。芨岭钠交代型铀矿床中闪长岩与似斑状花岗岩的岩性接触面对于铀的富集和沉淀起着起着十分重要的作用。首先，岩性接触面两侧不同化学成分的岩石（花岗岩与闪长岩）由于氧化-还原度等的差异形成地球化学障，有利于钠交代成矿热液中铀的沉淀与富集。与花岗岩相接触的闪长岩中含有较多的镁铁矿物（角闪石和黑云母），具有相对较强的还原能力，当后期的含铀热液经过时平衡被破坏，铀容易被还原成沥青铀矿沉淀下来，低价铁被氧化形成赤铁矿，故可观察到岩（矿）石中“红化”发育；其次，（强）蚀变闪长岩中的角闪石和黑云母（均）已转变为铁绿泥石，铁绿泥石含有大量的二价铁和镁，且更富含水和挥发分，有利于将含矿热液中的U6+还原为U4+沉淀；同时铁绿泥石的大量存在可使周围保持较还原的环境，同样有利于铀的保存；再者，蚀变似斑状花岗岩及蚀变闪长岩中钠长石化、赤铁矿化、绿泥石化、碳酸岩化等发育，导致其能干性降低，有利于断裂、裂隙和解理等后期构造的发育，为后期成矿热液的运移提供通道；此外，不同能干性岩石接触界面为构造薄弱面，有利于后期构造的发育及成矿热液的运移。当钠交代成矿热液运移至岩性界面时，由于压力骤然降低有利于成矿热液中铀的沉淀与富集。

通过统计发现，芨岭钠交代型铀矿床中28个工业孔共控制了74 个矿体，其中57 个铀矿体产出于闪长岩和蚀变似斑状花岗岩岩性界面附近（图5），占矿体总数的77%。因此，岩性界面是芨岭钠交代型铀矿床矿体定位的重要因素。

3.3 钠交代岩对铀成矿的控制作用

龙首山成矿带中段钠交代型铀矿化均产出于钠交代岩之中（图6）。钠交代型铀矿的形成和分布完全受钠交代蚀变岩所控制，钠交代岩是主要控矿因素，又是重要的找矿标志。

图5 芨岭钠交代型铀矿床矿体与岩性界面关系图Fig.5 Relationship between ore body and lithologic interface in Jiling sodium metasomatic uranium deposit

芨岭地区钠交代岩集中分布在芨岭岩体的内外接触带上，严格受断裂控制，交代岩多以盲交代体形式产出，形成于加里东期大规模酸性岩浆活动之后。钠交代蚀变体的形态复杂多变，规模相差很大，在平面上基本可分为两类，即“面型”钠交代岩和“线型”钠交代岩。前者主要产于主断裂和次级断裂的夹持部位或两者组成的“入”字型构造区域。主要特点是大小混杂、成群出现，膨胀特征明显，总体规模较大；后者主要受压扭性断裂控制，多呈单条产出，总体规模较小。

钠交代岩的形成对原岩没有明显的选择性，芨岭铀矿床内钠交代岩的原岩主要有两种岩石类型，分别是中粗粒闪长岩（包括混染闪长岩、石英闪长岩）和肉红色中粗粒似斑状花岗岩。尽管钠交代岩的两类原岩矿物组成差别大，但经过强烈钠交代作用形成的钠交代岩矿物组成具有相似的特征，蚀变矿物几乎完全替代了原岩中的原生矿物。原生石英消失而被雪花状方解石所取代，石英含量的低与高基本代表钠长石化的强弱程度；与原岩相比钠长石含量显著增加，在强钠交代岩中，钠长石含量可达90%以上，构成一种单矿物岩（野外通常称为钠交代岩或碱交代岩）；钠交代岩基本上不保留被交代原岩矿物的结构构造特点，均呈碎裂结构。钠交代作用的过程主要是一个钠长石交代钾长石、钾离子被钠离子交代置换的过程。由于钾、钠离子二者半径半径相差较大，交代过程中必然伴随着孔隙的产生。如黑云母花岗岩经钠交代岩作用之后其有效孔隙度从0.96%增加到1.15%［51］。不同原岩经钠交代以后，由于原生石英等被溶蚀而留下来的空间未被完全充填，又由于钠、钾离子半径的差异，因此，钠交代岩和原岩相比，其一有效孔隙度明显提高，形成海绵筛结构；其二能干性大大下降，易产生构造破碎。这种构造效应无疑有利于矿期热液聚结成矿。

不同原岩经钠交代作用以后，其化学成分与原岩相比发生了明显的变化。其中Na2O、CaO、Al2O3、Fe2O3和烧失量均明显增加，SiO2、FeO、K2O 有所减少，尤以Na2O、Fe2O3的增加和SiO2、K2O 的降低最为显著，所以岩石产生了强钠长石化、粉末状赤铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化等蚀变。矿化钠交代岩与非矿化钠交代岩相 比，Na2O、K2O 及Al2O3的变化不明显，而CaO、Fe2O3、P2O5、烧失量及铀显著增加，这说明主成矿期热液活动中钠交代作用已不占主要地位，铀的富集主要发生在CO2及CaO 为主的活动阶段。然而在整个交代蚀变过程中铁总量基本保持不变，Fe2O3的增加总是伴随FeO 的减少，只是一种价态的变化。因此，从上述化学组分变化特点中可得出一个结论，钠交代的过程是一个“增钠、钙、去硅钾、铁氧化”的过程。同时伴随着铀的活化、迁移与富集。此外，原岩经钠交代作用以后稀土总量明显增加，这是由于钠交代过程中钠的增量而促使阳粒子群价结构产生歧化作用引起［52］。其中，矿化钠交代岩中以重稀土增加为主，非矿化钠交代岩中则以轻稀土增加为主。因此，重稀土在钠交代岩中的富集亦可作为铀矿化的指示剂之一。

图6 芨岭矿床矿体层位对比图（据二〇七工程指挥部第二综合研究组［50］）Fig.6 Ore bodies in different horizons of Jiling uranium deposit

虽然龙首山成矿带中段的钠交代型铀矿化全都产出在钠交代岩中，但并不是所有的钠交代岩均成矿（图6）。矿化钠交代岩相对于非成矿钠交代岩，其红化程度更强，多呈猪肝色；岩石中雪花状方解石和假像绿泥石有大幅度减少，而肉红色方解石、灰绿色绿泥石、深红色赤铁矿、胶黄铁矿脉体则相对增加，脉体的集中程度往往也反映了矿化的强度；岩石基本上不再保留原岩的结构构造特点，均为碎裂结构、块状构造，其碎裂程度往往指示矿化程度；碎裂结构越强，矿化程度越高。从而，在野外工作中借助岩（矿）石的颜色、矿物组成、脉体发育程度、碎裂程度等地质特征，在野外能够较容易地将非矿化钠交代岩与矿化钠交代岩加以区分开来，可做为一种找矿标志。

4 结论

1）龙首山成矿带中段芨岭钠交代型矿床中矿体的产出与定位主要受断裂、钠交代岩和岩性界面“三位一体”联合控制。

2）从龙首山中段钠交代型热液铀矿化空间展布的特点来看，北西西向的马路沟断裂带整体控制了钠交代型矿床、矿（化）点产出与分布，为控矿构造；近东西向构造与成矿最为密切，为赋矿构造。

3）岩性界面是不同类型岩石（相）的接触面（带），为构造薄弱面，有利于后期构造的发育及成矿热液的运移，是矿体赋存的有利场所，是芨岭钠交代型铀矿床矿体定位的重要因素。

4）龙首山成矿带中段的钠交代型铀矿化均产出于钠交代岩之中。钠交代型铀矿的形成和分布均受钠交代岩所控制，钠交代岩是主要控矿因素，又是重要的找矿标志。