遼寧東部金絲地區(qū)富礦石成因類型及鈾礦床成因

遼寧東部金絲地區(qū)富礦石成因類型及鈾礦床成因

金家銀礦的發(fā)現(xiàn)是中國(guó)元古代地層中的一項(xiàng)重大成就。它規(guī)模大、評(píng)價(jià)高、效率高。研究表明,富礦石形成的重要條件之一是圍巖蝕變作用,其中的鈉長(zhǎng)石化和絹英巖化對(duì)富礦石的形成具有重要意義。1早元古代遼河群金家鈾礦床位于遼寧省本溪市,大地構(gòu)造位置處于華北地臺(tái)東北部,即營(yíng)口-寬甸隆起與太子河凹陷交接部位的早元古代遼東裂谷北緣。礦床的北部主要出露連山關(guān)混合花崗巖體,南部則為下元古界遼河群的一套淺變質(zhì)巖系。礦床產(chǎn)于連山關(guān)巖體南部巖體與遼河群地層的接觸帶附近(圖1)。1.1淺變質(zhì)火山巖建造遼河群主要為浪子山組及里爾峪組。里爾峪組是一套偏堿性的淺變質(zhì)火山巖建造,厚831～2009m;浪子山組是礦區(qū)出露的主要地層,厚293～1629m,它包括千枚巖、綠泥絹云片巖和石英巖等。1.2紅色混合礦產(chǎn)的鈾源體連山關(guān)混合花崗巖體成北西向展布,主要由片麻狀黑云花崗巖(占巖體中面積9%)和紅色混合花崗巖(占巖體中面積的80%以上)組成,巖體內(nèi)常出現(xiàn)太古界鞍山群殘留體。紅色混合花崗巖的平均鈾含量為8.33×10-6(55個(gè)樣品),其中的鈾多為活性鈾,這表明該巖體是華北地臺(tái)內(nèi)較好的鈾源體。片麻狀黑云母花崗巖和紅色混合花崗巖的同位素年齡分別是2417Ma和1939Ma(均為鋯石U-Pb法年齡)。1.3橫向構(gòu)造與鈾礦化構(gòu)造的作用礦區(qū)構(gòu)造以斷裂為主,褶皺簡(jiǎn)單。斷裂構(gòu)造主要有東西向和北東向兩組。東西向構(gòu)造多為陡傾斜壓性正斷層,少量為層間斷層,后者與鈾礦化再造富集作用關(guān)系密切;北東向構(gòu)造對(duì)鈾礦化起破壞作用。工業(yè)礦體受斷裂控制,主要分布于外接觸帶(郭智添,1982)。1.4鈾礦化區(qū)位按成因分類可分為沉積變質(zhì)、堿交代及熱液充填三種類型。堿交代鈾礦化品位高,一般鈾品位大于0.1%,最高可達(dá)24%,即本文所指的富礦體。圍巖蝕變類型較多,與礦化關(guān)系密切的蝕變主要有鈉長(zhǎng)石化和絹英巖化(鐘家蓉,1983)。2圍巖侵蝕特征2.1成巖年齡及礦物學(xué)特征弱鈉長(zhǎng)石化表現(xiàn)為斜長(zhǎng)石的去鈣作用,形成凈邊結(jié)構(gòu),并在其內(nèi)部散布有絹云母和鐵質(zhì)成分。強(qiáng)鈉長(zhǎng)石化巖石的石英含量減少15%～20%,并具有交代殘留結(jié)構(gòu)與交代變晶結(jié)構(gòu);糖粒狀鈉長(zhǎng)石沿著斜長(zhǎng)石的解理和裂隙進(jìn)行交代,或鈉長(zhǎng)石集合體沿著斜長(zhǎng)石的邊部以溶蝕的方式進(jìn)行交代;當(dāng)交代作用強(qiáng)烈時(shí),微斜長(zhǎng)石也被交代,形成棋盤格狀鈉長(zhǎng)石,稱鈉交代巖。(1)巖體與地層的接觸帶附近呈帶狀分布的堿交代石英巖和褪色混合花崗巖是接觸帶兩側(cè)巖石經(jīng)鈉交代作用而形成的。紅色混合花崗巖受弱鈉長(zhǎng)石化,成為褪色混合花崗巖,兩者在結(jié)構(gòu)、構(gòu)造上相差不大,化學(xué)成分變化也很小,但在顏色上,前者呈肉紅色,后者褪色呈灰白色。石英巖受鈉交代的程度強(qiáng)烈,從石英巖到堿交代石英巖,SiO2含量降低,Na2O,Al2O3含量升高,在有的樣品中Na2O含量高達(dá)10%;在礦物成分上的反映是殘留的石英巖逐漸減少,而交代鈉長(zhǎng)石(經(jīng)4個(gè)樣品的紅外光譜測(cè)定An<5,有序度近似等于1.0)的含量逐漸增加,在強(qiáng)堿交代石英巖中鈉長(zhǎng)石的含量最高可達(dá)72,在薄片中可明顯見到鈉長(zhǎng)石“蠶食”石英巖中石英顆拉的現(xiàn)象。受成礦前含鉀熱液的作用,石英巖以及堿交代石英巖中又疊加了鉀交代(絹云母化),其中K2O的含量有所升高。通過對(duì)微量元素行為的研究發(fā)現(xiàn),在堿交代巖中U,Pb,重稀土,Cu,Mn,Sn,As,Ag,Au等元素的含量明顯增加,而這組元素在礦石中的含量也明顯增加,這種正相關(guān)性顯示了鈾成礦與堿交代作用有密切聯(lián)系(杜樂天,1983)。(2)金家地區(qū)沿太古代-下元古代不整合面分布的白色混合花崗巖是紅色花崗巖體的鈉長(zhǎng)石化的產(chǎn)物。白色混合花崗巖在礦物成分、化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、稀土元素配分等方面,與紅色混合花崗巖具有廣泛的一致性(劉德正,1990),二者之間呈漸變過渡關(guān)系,都有中粗粒、細(xì)粒、微片麻狀等結(jié)構(gòu)和多種交代結(jié)構(gòu)等,它不是獨(dú)立于紅色混合花崗巖之外的另一期巖體。白色混合花崗巖與紅色混合花崗巖相比,石英和斜長(zhǎng)石含量增加,鉀長(zhǎng)石含量減少,斜長(zhǎng)石成分由以酸性斜長(zhǎng)石為主變?yōu)橐遭c長(zhǎng)石為主;同一地點(diǎn)白色混合花崗巖與紅色混合花崗巖相比,K2O含量降低,Na2O含量增高;前者與后者相比,輕稀土虧損,重稀土富集,鈾虧損度減少。鏡下白色混合花崗巖中普遍可見鈉長(zhǎng)石交代石英、鉀長(zhǎng)石的現(xiàn)象,穿插關(guān)系表明絹云母、黃鐵礦及方解石等蝕變礦物均晚于鈉長(zhǎng)石化。經(jīng)計(jì)算,白色混合花崗巖中帶入的主要陽(yáng)離子是Na+(表1),導(dǎo)致白色混合花崗巖形成的地質(zhì)作用是以鈉長(zhǎng)石化為主導(dǎo)的熱液交代蝕變作用,白色混合花崗巖應(yīng)稱為白色蝕變混合花崗巖或白色鈉長(zhǎng)石化混合花崗巖。(3)沿不整合面浪子山組分布的白色混合巖也是鈉長(zhǎng)石化巖或鈉交代巖。將各類混合巖按與云母石英巖成分的相近程度排列,并用“氧法”計(jì)算和繪制陽(yáng)離子帶出帶入圖解(圖2)可以看出,改造作用的基本特征是Na,Ca,Al的帶入和K,Si,P的帶出,以Na的帶入比例最大?；旌蠋r中Na和Na,Ca帶入離子數(shù)與Al帶入離子數(shù)相近(表2),說明混合作用的主要產(chǎn)物是鈉長(zhǎng)石,并為大量鏡下鑒定所證實(shí)。結(jié)合圍巖化學(xué)成分分析不難得出結(jié)論,混合流體是含鈣離子的鈉質(zhì)堿性熱液(270～350℃)。據(jù)白色混合巖的成巖年齡1934Ma,知其形成與早元古代遼東裂陷槽時(shí)期的鈉質(zhì)巖漿活動(dòng)有關(guān)。像白色蝕變混合花崗巖一樣,混合巖中同樣發(fā)育絹云母化、硅化、碳酸鹽化、黃鐵礦化等蝕變,但其形成時(shí)間明顯晚于鈉長(zhǎng)石化,這與鈉長(zhǎng)石化過程中K,Si的帶出有關(guān),這些混合巖應(yīng)稱為鈉長(zhǎng)石化或鈉交代變質(zhì)巖。2.2織物上天然礦物的分布巖石呈灰色、灰綠色,顯鱗片變晶結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造。絹英巖化有強(qiáng)弱之分,強(qiáng)者絹云母及白云母約占20%～45%,石英45%,少量長(zhǎng)石;弱者絹云母、白云母約占10%～20%,石英占40%,長(zhǎng)石占25%～30%。絹云母呈細(xì)小鱗片狀集合體定向排列,分布于瀝青鈾礦兩側(cè)。白云母與絹云母分布在同一空間,白云母成長(zhǎng)條狀,較新鮮,雜亂分布并穿插在絹云母及其他礦物之中,于瀝青鈾礦附近含量較高。絹英巖化局部呈脈狀沿張裂隙分布,且穿插鈉長(zhǎng)石。3圍巖侵蝕對(duì)鈾成礦的影響3.1鈾礦物與堿組合鈉長(zhǎng)石化使原巖中的鈾發(fā)生重新分配,由固定鈾轉(zhuǎn)入溶液,使堿交代巖中的鈾含量明顯增高(表3)。裂變徑跡和顯微放射性照相結(jié)果顯示,在堿交代巖中廣泛分布星點(diǎn)狀的密集放射狀徑跡,說明鈾主要在副礦物中呈鈾礦物產(chǎn)出。此外也有裂隙鈾,其徑跡呈串珠狀,鈾的這種存在形式有利于鈾的活化。3.2導(dǎo)致巖體致死于堿分配巖中由于巖石經(jīng)鈉長(zhǎng)石化作用前后晶格結(jié)構(gòu)的差異,致使晶體發(fā)生缺陷、錯(cuò)位、微孔洞,使巖石孔隙度增加、機(jī)械強(qiáng)度減少而易破碎,這些部位往往成為鈾賦存的良好場(chǎng)所,造成礦體多定位在堿交代巖中。3.3堿組合成礦系統(tǒng)鈉長(zhǎng)石化形成代表了當(dāng)時(shí)的堿性環(huán)境,而石英脈(酸性體)的出現(xiàn)則代表酸性環(huán)境。鈾在偏堿性的熱液中運(yùn)移,當(dāng)環(huán)境由堿變酸,到達(dá)轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近時(shí),鈾便迅速沉淀。在堿交代過程中,大部分SiO2轉(zhuǎn)變成硅膠進(jìn)入成礦溶液,并在適當(dāng)條件下伴隨瀝青鈾礦沉淀,形成絹云母-石英-瀝青鈾礦組合;其余部分與堿金屬離子結(jié)合成可溶性硅酸鹽被帶走,使巖石產(chǎn)生大量的微細(xì)空隙。巖石中架狀、鏈狀硅酸鹽礦物(斜長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石等)轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝罱Y(jié)構(gòu)的絹云母,造成礦物硬度較小、蝕變圍巖抗壓強(qiáng)度降低,在成礦構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中易發(fā)生密集裂隙,使巖石的有效孔隙度增加,這不但有利于礦液的運(yùn)移,而且擴(kuò)大了溶液與巖石的接觸面,利于瀝青鈾礦的沉淀。4鈾成礦成礦作用(1)該區(qū)混合巖化作用發(fā)育,連山關(guān)混合花崗巖體呈北西向展布,主要由紅色混合花崗巖、片麻狀黑云母花崗巖和白色混合花崗巖組成。紅色混合花崗巖的平均鈾含量為8.33×10-6(55個(gè)樣品),其中的鈾多為活性鈾,是較好的鈾源體。(2)堿交代石英巖和白色混合花崗巖中U,Pb,重稀土,Cu,Mn,Sn,As,Ag,Au等元素的含量明顯增加,