湘中沩山矿集区黄材铀矿床地质特征及成因探讨

覃金宁，陈旭，蔡富成，何友宇，南小龙，姜必广，覃楚然，朱成生，祝兵

（湖南省地质院三〇六大队，湖南 衡阳 421000）

沩山岩体是雪峰山多金属成矿带的重要组成部分，同时也位于华南雪峰山-摩天岭铀成矿带。自20 世纪50 年代起至今，前人通过数十年矿产勘查工作，已在沩山岩体内部及其周边发现众多铀矿床（点）［1］。按赋矿围岩划分，铀矿化类型主要有碳硅泥岩型、花岗岩型、碱交代岩型等。黄材铀矿床位于沩山岩体北侧外带，铀矿化明显受多重因素的控制，成因较为复杂。前人对黄材铀矿床成因存在不同认识，主要有古淋积、沉积成岩和热液改造等［2-7］。前人既未建立该矿床成矿模式，也未统一矿床成因认识。本文在前人工作基础上，介绍了黄材铀矿床成矿地质背景，地层、岩浆岩、控矿构造等成矿地质条件，通过分析热液蚀变、岩浆岩脉、成矿年龄和物源等，阐述了其成矿地质规律，重点探讨矿床成因，以期丰富碳硅泥岩型铀矿床的成矿理论。

1 地质背景

沩山矿集区位于华南陆块中部的沩山岩体及岩体北部地区，区内矿床主要产于沩山岩体及其周边。沩山岩体位于扬子准地台江南台隆湘西-湘东北断隆带东部，为印支期-燕山期复式岩体，出露面积约1 423 km2。岩体外接触带发育700～1 700 m 的角岩和斑点板岩带，北缘西段发育混合岩带和硅线石片麻岩带。岩体区域上出露地层为新元古界板溪群、震旦系和古生界，中部和东南部被中-新生代盆地不整合覆盖。沩山岩体的产出受区域北东向宁乡-资源深大断裂和北西向常德-安仁隐伏深大断裂共同控制。沩山岩体中东部及周边发育诸多白垩纪断陷红盆，这些红盆的形成受到北东向系列断裂活动的控制和影响。岩体内构造主要发育东西、北北东、北东东向三组，岩体外构造主要发育北东和北西向两组。区内铀矿化主要与燕山中晚期花岗岩、不同方向构造复合部位有关，矿床点多产于岩体北部及其周边（图1）。

图1 沩山铀矿集区大地构造位置图［8］（a）和铀矿地质略图（b）Fig.1 Tectonic location［8］（a）and uranium geology sketch（b）of Weishan uranium mineralization cluster

2 铀矿床地质特征

黄材铀矿床位于沩山岩体北侧，沩山矿集区中部，出露地层主要有南华系、震旦系、寒武系、泥盆系、古近系等。区内构造发育，黄材铀矿床产于云雾山-韶山复背斜北翼与宁乡向斜南翼交接部位，褶皱强烈，地层常有倒转。宁乡-新宁深断裂通过矿床东部，矿床内断裂十分发育。沩山复式花岗岩体分布于矿床南部，呈北西向侵入于云韶复背斜核部，矿床常见酸性及中基性岩脉。

2.1 地层

矿床内出露地层主要有上南华统、震旦系、中下寒武统、中泥盆统、古新统和少量第四系（图2）。震旦系为一套富铀的浅海-远浅海沉积，铀含量为（20～30）×10-6。该系可划分为下统和上统，下统出露金家洞组（Z1j），岩性为灰-灰绿色冰碛砾岩、冰碛含砾砂质板岩，厚0～180 m；上统出露留茶坡组（Z2l），岩性主要为灰黑色、灰黄色板状或条带状的硅质岩、泥岩、白云岩、灰岩等，厚95.1～155 m。寒武系主要为浅海相沉积，该系仅出露中下统牛蹄塘组（Є1-2n），岩性主要为黑色碳质泥岩，夹中薄层硅质岩、灰岩透镜体、泥岩、白云岩等，厚约18～156 m。泥盆系为陆源碎屑沉积，局部见工业矿化，该系仅出露中泥盆统跳马涧组（D2t），岩性为灰白、土黄、灰绿色泥岩、泥灰岩、含砾泥板岩，局部见砾岩透镜体，底部含砾泥板岩和白云岩，厚约100 m，局部见有工业矿体。第四系为零星出露松散堆积物，不整合于上述地层之上。

2.2 岩浆岩

矿床内岩浆活动较强烈，脉岩较为发育，主要为辉绿岩脉与花岗斑岩脉，呈北北西、北东向展布，常见花岗斑岩脉切穿辉绿岩脉（图2b）。岩脉两侧围岩见有褪色现象。

2.3 构造

区内褶皱主要为莲花倒转向斜，轴向北西西，轴面倾向北东，倾角为25°～45°，北翼倒转，为一平卧倒转向斜，核部为牛蹄塘组，北翼为留茶坡组，南翼未出露。北翼呈波状起伏与挠曲，形成一些小型船形向斜和洼盆，常被跳马涧组覆盖（图2a）。

区内断裂构造以北西西向为主，次为北西向。其中F1沩水大断裂为逆冲断层，地表被第四系覆盖，地质工程揭露显示主要物质组成为灰色断层角砾岩、紫红色断层泥及挤压片理，角砾为硅质泥板岩，泥铁质胶结，产状为195°∠70 °～80°，宽2～4 m。F2断裂为正断层，F3断裂为逆断层，地表出露宽1～2 m，角砾为燧石、硅板岩，铁质胶结，局部见辉绿岩脉充填，产状为200°∠60°～78°，上缓下陡（图2）。此外，矿床南部还出露少量北西西走向的小型断裂，局部充填辉绿岩脉。

图2 黄材铀矿床地质略图（a）及49 勘探线剖面示意图（b）（据文献［2］修改）Fig.2 Geological sketch of Huangcai uranium deposit（a）and profile of exploration line 49（b）（modified after reference［2］）

2.4 铀矿体

矿床共分10 个矿带。Ⅰ号矿带分布在留茶坡组中段的中间夹层上、下，为主要矿化带，矿床东段的矿体主要集中分布在Ⅰ号矿带中，在莲花地段矿化较好；Ⅱ～Ⅶ号矿带分布在牛蹄塘组下段，为重要矿化带；其余产于跳马涧组、辉绿岩脉中的矿带矿化规模较小（图2b）。地表矿化明显，东段矿体集中在标高80～195 m，80 m 以下矿化变弱、变贫。莲花地段及西区矿体赋存标高为－115～120 m，矿体多呈似层状、透镜状、团块状，矿体产状与地层产状基本一致，局部有切层现象。矿体规模一般长15～80 m，最长达300 m，宽10～50 m，最宽为200 m，厚1.5～4.5 m，品位为0.05%～0.625%［2］。

2.5 铀矿石

矿石岩性主要为碳硅泥质板岩、泥质白云岩、白云岩和辉绿岩等。矿石一般以层状、角砾状、裂隙状、浸染状产出，铀矿化与胶黄铁矿、云雾状黏土矿物、有机质等关系密切。矿石中金属矿物主要有黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、钛磁铁矿，非金属矿物主要有伊利石、微晶石英、白云石、方解石、玉髓、绿泥石等。辉绿岩矿石一般由残余长石、黑云母、绢云母等组成。铀矿物一般为沥青铀矿、铀黑、变钙铀云母、铜铀云母、水铀矾矿，除铀矿物外，大部分铀以吸附形式存在。不同岩性矿石的主要化学成分有较大不同，但主要矿物成分大多为伊利石等黏土矿物，相比碳硅质岩性岩石，泥质岩石与矿化关系更密切（表1）

表1 黄材铀矿床矿石主要化学成分分析结果w(B)/%Table 1 Main chemical composition (%)of ores in Huangcai uranium deposit

3 矿床成因探讨

3.1 控矿因素分析

3.1.1地层

矿床铀矿化具有多层性，主矿化层位为下寒武统牛蹄塘组下段，次为上震旦统留茶坡组中段，中泥盆统跳马涧组底部亦见少量矿化。

3.1.2岩性

矿床含矿层属浅海海湾沉积，矿石岩性为泥板岩、含硅（硅质）泥板岩、白云质泥板岩、泥质白云岩含砾泥板岩等，在走向和倾向呈过渡关系，厚度上呈互层关系。含矿层岩性通常软硬相间，这套含矿岩石在留茶坡组中较稳定，而在牛蹄塘组中厚度变化大，多以透镜体产出。含铀岩石微层理发育，顺层发育胶黄铁矿及少量碳质，岩石铀含量较高，一般为（20～40）×10-6。

3.1.3构造

地层形态对铀矿化有重要控制作用，如铀矿体主要赋存在地层由陡变缓和或低洼部位，主铀矿体赋存于莲花向斜倒转翼的次级倒置“船形向斜”。铀矿化常富集于岩石破碎、裂隙发育地段。由F1、F2、F3组成的阶梯状断陷区，特别是F1、F2夹持区控制了主要铀矿化。

3.1.4控矿地质体

矿化与脉岩密切相关。莲花地段主铀矿体产于花岗斑岩墙两侧，特别是上盘矿体厚且富。辉绿岩脉通过含铀层位，两侧也常有脉状矿体分布。氧化还原带对铀矿化有一定控制作用。铀矿化常富集于构造成因的不连续层间氧化还原破碎带中，矿化有明显的后生淋积富集作用。

3.2 矿床成因分析

关于黄材铀矿床成因前人有较细致的研究，且存在不同观点，主要有古淋积（外生渗入）、沉积成岩和热液改造成因［3-7］。原中南地勘局二三〇研究所工作者认为，矿床部分铀矿体上部已被剥蚀，铀矿化不均匀，一些高品位矿石分布于矿体侧边，矿石有显著的后期氧化痕迹，因此是古淋积成因；原中南三〇九队九分队工作者提出，矿层形成于特定的海湾-泻湖环境，矿体在泥岩中呈似层状、透镜状产出，主矿层中铀矿化明显受泥岩控制，矿床为沉积成矿；原中南地质局、核工业二三〇研究所部分专家指出，矿床内花岗斑岩、辉绿岩墙发育，辉绿岩中见有铀矿化，沥青铀矿晶胞参数大（0.541 3 nm），矿石矿物组分中常见富铁钠闪石、绿帘石、透闪石、榍石等热液成因矿物组合，矿床是热液（改造）成因。

笔者以位于诸广山铀成矿带中段鹿井矿田的沙坝子铀矿床为例，从赋矿地层、赋矿构造、相关岩浆岩活动、围岩蚀变、矿体形态及产状、成矿温度及年龄等要素与黄材铀矿床进行对比（表2），认为两者成矿特征较相似，明显具热液成矿特征，原先将黄材矿床类型不划属花岗岩外带型而划归薄层碳硅泥岩型［9］，显然不够准确和客观。

表2 黄材和沙坝子铀矿床成矿要素的对比分析Table 2 Comparison of metallogenic factors between Huangcai and Shabazi uranium deposits

图3 黄材铀矿床部分代表性岩矿Fig.3 Outcrops and microscopic feature of representative rocks and ores in Huangcai uranium deposit

综合分析，笔者有以下几点认识：1）虽然上震旦统-下寒武统含矿层在沉积期有铀的富集，但只达到异常值，远未达到工业矿化标准，即不存在沉积成岩型矿化。2）淋积、沉积和热液等成因在黄材铀矿床皆有之，但热液改造作用明显，原因在于与铀成矿有关中低温热液蚀变发育，主要有硅化、赤铁矿化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化、方解石化、萤石化等，尤其是矿石中大量发育富铁钠闪石、绿帘石、透闪石等热液成因矿物。本区还产出基性岩脉控制的铀矿体，基性岩脉为矿床提供了部分铀源、热源和储矿空间［12］。3）全岩样测定的成矿年龄为50.2 Ma、42 Ma、27 Ma、24.8 Ma、3.4 Ma［2］，核工业北京地质研究院牛林等将成矿划分为3个时期：50.2 Ma±、20 Ma±、n Ma±，认为该矿床为多期成矿。曾天柱［13］认为这类矿床主要在中生代红盆之后形成。此外，该矿床为古近纪以来形成，成矿期有大量大气降水和地下水等加入成矿流体，矿后期的后期热液改造作用突出。4）从硫同位素组成来看［14］，地层中黄铁矿δ34S 值为－6.2‰～10.7‰，矿石中黄铁矿δ34S值为－0.3‰～43.6‰［9］，表明沉积成岩阶段的硫源为海水硫（20‰）和少量生物硫（－40‰～50‰），但成矿期硫源主要为海水硫、混合岩浆硫；含矿辉绿岩中黄铁矿的δ34S值为10.3‰～11.0‰，属于稳定的岩浆硫，表明部分成矿与岩浆岩有关。矿石硫源的复杂性表明成矿物质具深源、地层多重来源特征。5）铀矿体受断裂控制，铀矿体与花岗斑岩脉、辉绿岩脉时空关系密切。6）矿床形成过程中明显有沉积成岩成矿主导，后期有热液改造和矿体浅部淋积等多种成矿地质作用。因此，矿床类型原归属碳硅泥岩型薄层碳硅泥岩亚型，应划归为碳硅泥岩型复成因亚类铀矿床。

3.3 矿床成矿模式

依据矿床成矿地质背景、控矿因素、成矿物理化学特征和成矿年龄，以及主导成矿过程中有关地质作用，黄材铀矿床成矿过程大致经历3 个阶段，矿床成矿模式如图4 所示。

图4 黄材铀矿床成矿模式示意图（据文献［12，15］修改）Fig.4 Metallogenic model of Huangcai uranium deposit（modified after reference［12，15］）

第1 阶段：加里东期运动后，伴随着花岗岩化和岩浆侵入，震旦系-寒武系褶皱隆起形成了后加里东期隆起和广泛的海西-印支期坳陷区。坳陷区接受隆起区剥蚀沉积碎屑物，继承了老蚀源区的富集铀。区内深断裂带发育，形成与沉积成岩作用和热水沉积作用有关的浅海碎屑-碳酸盐岩沉积建造（碳硅质板岩、白云质板岩等），构成区内碳硅泥岩型的赋矿层和铀源层（图4a）。

第2 阶段：在中新生代（主要是燕山期）构造岩浆作用及其提供热源的影响下，铀源层形成复式褶皱，发育走向断层和层间构造破碎带。以大气降水、浅滨海水为主要成因的含铀含氧地下水，自上而下主要沿层间构造破碎带下渗并对铀源层进行淋积改造；以岩体变质水和深循环水为主要成因的岩浆热液水，自下而上主要沿深断层运移，萃取花岗岩岩体铀和铀源层中深部铀，对铀源层进行热液叠加再富集并成矿（图4b）。

第3 阶段：在后期地表水和大气降水、岩浆水等双向流体长期改造下，铀源层在氧化-还原过渡带富集成矿，逐渐形成了浅部以沉积淋积改造为主，中深部以沉积热液改造为主的复合成因铀矿床（图4c）。

4 结论

黄材铀矿床位于雪峰山铀多金属成矿带沩山铀矿集区。矿床的形成与定位受地层、褶皱、断裂、岩体、岩脉和地形地貌等多种地质要素的控制或影响。矿床的形成经历了地质体剥蚀过程中的铀预富集、构造地质活动过程中的铀迁移富集、大气降水等浅部流体和岩浆水等中深部循环流体的多种改造重富集。该矿床为华南典型的碳硅泥岩型复成因铀矿床。

致谢：感谢核工业京地质研究院赵凤民研究员提供矿床成因方面的资料，感谢原湖南省核工业地质局刘翔总工程师、包云河处长为本文成文过程给予的指导，以及参与编纂《中国矿产地质志·湖南卷铀矿》的同事所提出的宝贵意见。