沽源-红山矿区铀矿床近矿围岩蚀变特征及岩石地球化学研究

沽源-红山矿区铀矿床近矿围岩蚀变特征及岩石地球化学研究

沽源-凤山子地区是中国重要的七度金属带之一。过去，对该矿带矿床围岩的性质进行了研究，认为该带对采矿具有明显的指示作用。但是,已有研究资料中尚缺乏各矿床围岩蚀变特征的对比,以及矿化过程中化学组分(或元素)的迁移变化规律研究。因此,本文根据野外剖面系统取样和室内分析鉴定,通过矿床围岩蚀变特征、蚀变期次、蚀变带岩石地球化学特征对比,试图进一步深化该地区的铀矿地质研究工作。1成矿构造及构造沽源-红山子铀多金属成矿区地跨两个大地构造单元,成矿区南段位于华北陆块北缘色尔腾山-太仆寺旗岩浆弧(Ar3)Ⅲ级构造单元区;北段位于天山-兴蒙造山系包尔汉图-温都尔庙弧盆系(Pz2)的温都尔庙俯冲增生杂岩带Ⅲ级构造单元区(潘桂堂等,2009)。成矿区南段基底地层主要为上太古界红旗营子群变质岩系,岩性主要为黑云母变粒岩、麻粒岩、黑云母角闪片麻岩、钾质混合岩和大理岩等。盖层主要由侏罗纪、白垩纪和新近纪火山岩系构成,上侏罗统张家口组三段流纹岩是主要赋矿层。成矿区北段基底地层主要由中、上志留统和二叠系组成,岩性主要为凝灰质粉砂岩夹流纹质角砾凝灰岩、英安质角砾凝灰岩、灰绿色安山岩、玄武岩、火山角砾岩、凝灰岩夹砂岩、板岩、沉凝灰岩等。盖层主要由侏罗纪、白垩纪和新近纪火山岩系构成,赋矿层为上侏罗统满克头鄂博组流纹岩和粗面岩。研究区的成矿构造可划分为EW向岩石圈断裂、NNE向地壳断裂和NE、NW、SN向基底断裂等3个层次。近EW向岩石圈断裂和NNE向地壳断裂是控制区域火山岩浆活动带、铀多金属成矿带的断裂构造;NE、SN、NW向基底断裂是控制区域火山岩浆活动亚带和铀多金属成矿亚带的断裂构造(图1)。在上述断裂交汇的构造结部位通常是中生代岩浆活动中心和矿田、矿床定位的有利部位。2围岩侵蚀特征2.1红砂岩井围岩雕刻2.1.1变晶结构出现红山子铀矿床矿前期钠长石化广泛发育,在粗面岩、安山岩、流纹岩中,钠长石主要呈它形粒状,以变晶结构形式出现(图2a、b),为交代岩基质中的主要矿物。成矿期随着交代作用的加强,岩石褪色、气孔充填物增加,岩石结构和化学成分也发生改变。其特征是钠质增加而钾质减少,出现朵状、糖粒状、细板状微晶钠长石。在碎裂岩、碎斑岩或构造角砾岩中呈胶结物形式出现,与铀矿化关系密切。2.1.2退色钠长石化蚀变带的形成和发育赤铁矿化可分为两期:早期赤铁矿化分布范围较广,赤铁矿主要呈粉末状、浸染状分布于长石中,系由蚀变矿物析出的Fe2+转变为Fe3+而形成,使退色钠长石化蚀变带略显浅红色。其在时间上常伴随前期钠长石化出现,并随钠交代作用的增强而增强。晚期赤铁矿化蚀变仅局限于矿化地段内,赤铁矿在岩石或矿物破碎裂隙处呈细脉状产出,或呈尘点浸染状和不规则状散染于含矿碎裂岩胶结物中,与成矿期钠长石、绿泥石或碳酸盐矿物密切共生。2.1.3b赤铁矿、碳酸钙矿物绿泥石化主要呈暗色矿物假象,或斑点状、不规则状与赤铁矿、碳酸盐矿物存在于碎裂岩、构造角砾岩之胶结物中(图2c~e)。后期绿泥石化在不同地段发育强弱不一,一般呈脉状、网脉状充填在构造裂隙、破碎带中。2.1.4碳酸盐化成矿期碳酸盐化矿物(方解石)呈细粒浸染状、隐晶状,常与钠长石、赤铁矿、绿泥石等矿物胶结破碎矿物或岩石角砾。2.1.5钠长石、斜长石、钾长石等对工质及矿物组成的作用水云母化发育期次较多,经常见到的多为矿前期蚀变产物。由于钠化过程中,钠长石交代钾长石、斜长石析出K、Al、Si等成分,并随热液向构造两侧运移、渗透,作用于其它长石类矿物而形成水云母。其往往分布于钠长石化带外侧,水云母多呈毛毡状分布在长石类矿物之中(图2f)。2.1.6萤火虫化萤石化主要呈两种形式:一是萤石呈集合体分布在岩石中;二是呈脉状产出(图2g)。萤石为紫色,多为成矿期蚀变产物。2.1.7硅化岩石中的石英被碱性溶液溶解交代后,一部分参与组成钠长石,剩余部分沉淀,并以次生石英或玉髓出现,呈细脉状。2.2蚀变的风险特征上马架子、张麻井和大官厂铀钼矿床具有相似的围岩蚀变特征,各矿区内蚀变种类十分复杂,具有多类型、多期次的特点,主要有高岭石化、水云母化、硅化、萤石化、胶黄铁矿化、赤铁矿化、胶硫钼矿化等。水云母化最为强烈,赤铁矿化与铀关系最密切,胶硫钼矿化强烈,为钼成矿期的产物。2.2.1纹岩中的长石斑晶和基质高岭石化分为两期:早期呈粉尘状交代流纹岩中的长石斑晶和基质,往往使岩石变成灰白色或白色;晚期(铀成矿期)高岭石与赤铁矿共生,岩石的放射性强度增高。2.2.2成矿热液运移规律水云母化可分为两期:矿前期水云母主要呈鳞片状交代流纹岩中的长石斑晶,使岩石形成多孔疏松、类似海绵状的结构,比表面积增大,抗压和抗剪强度降低,易破碎,为成矿热液运移和矿质沉淀提供了极为有利的空间场所;与矿前期水云母相比,成矿期水云母结晶细小,表面污浊。该期水云母化伴有弱的铀矿化。2.2.3红字石英质成矿期硅化与赤铁矿化、水云母化共生,硅质呈现为微晶石英,粒度在0.1~0.01mm,颜色为红色。矿后期硅化表现为梳状或细脉状石英充填,石英无色透明,结晶较好。2.2.4基性岩石组景萤石化发育比较强烈,可分为3期:矿前期萤石呈不规则粒状,晶形较好,与水云母、黄铁矿共生;成矿期萤石为紫色,结晶差,一般呈浸染状、团块状、条带状集合体分布在流纹岩基质与石英主晶接触部位(图2g);矿后期萤石为浅色或无色,呈脉状、网脉状充填于岩石微节理、裂隙中。2.2.5黄铁矿化成矿期黄铁矿与胶状萤石、胶硫钼矿共生(图2h),与铀矿化关系密切。矿后期则为胶状黄铁矿,呈浸染状或浸染脉状分布,与胶硫钼矿共生。2.2.6铀矿石与胶状黄铁矿共生伴随强烈的构造运动,胶硫钼矿主要以胶结物形式与胶状黄铁矿共生,胶结早期铀矿石或单独呈浸染状、细脉浸染状分布。如果叠加在早期铀矿化之上,则构成富钼铀矿体。2.2.7铀矿化的土壤、酱神剑色赤铁矿化主要表现为细小粉尘状赤铁矿交代流纹岩中的长英质矿物,并将其染成红色、酱赭色,伴随有较弱的铀矿化。张麻井和大官厂矿床的赤铁矿化呈尘点状和浸染状赤铁矿分布在次流纹斑岩体内外接触带,在细脉角砾状铀矿化期出现,集中于脉状-网脉状铀矿脉两侧,明显受隐爆岩和构造裂隙控制,属细脉角砾状铀矿化成矿期蚀变。2.2.8方解石细粒中间体离散形式碳酸盐化主要发育在大官厂矿床下部,表现形式为两种:一是方解石呈细粒集合体零散分布在岩石中;另一种是方解石呈它形与石英、方铅矿共生,与方铅矿化关系密切。3铀鳌矿床垂向分布规律通过各个矿床围岩蚀变的对比研究发现,张麻井和大官厂铀钼矿床蚀变在垂向上存在上酸下碱的分布规律,其他矿床的垂向分布规律不明显,但在水平方向上有一定的分带性特征。3.1张麻井铀鳌矿床张麻井和大官厂矿床二者具有相似的围岩蚀变特征,在垂向上存在着上酸下碱的分带规律。以张麻井铀钼矿床为例(图3),矿床下部围岩含有大量的钾长石和黑云母,组成钾长石化带;矿床中上部围岩以蒙脱石、水云母、绿泥石等黏土矿物为主,组成黏土-赤铁矿化带和黏土-萤石-沸石化带;在矿床顶部则发育有褐铁矿化带(铁帽)和硅化带(硅帽)。3.2子铀矿床近矿蚀变带特征由于各个矿床的赋矿围岩不同,矿化成因也不尽相同,因此矿床围岩的水平蚀变分带特征不完全相同。以红山子铀矿床为例,矿化中心蚀变带为赤铁矿化+强烈钠长石化+绿泥石化+少量萤石化+少量碳酸盐化,以赤铁矿化与钠长石化强烈发育为特征;近矿蚀变带为钠长石化+绿泥石化+碳酸盐化+水云母化+萤石化,钠长石化较中心蚀变带减弱,水云母化呈残余相;远矿蚀变带为钠长石化+水云母化+硅化,硅化多为晚期蚀变叠加。4成矿期围岩蚀变根据镜下观察并结合前人的研究成果,按照交代矿物的生成顺序,将成矿带内各矿床赋矿岩石蚀变作用期次划分如下(表1):矿前期围岩蚀变呈面型发育,范围较广,如红山子铀矿床中广泛发育钠长石化,交代了原粗面岩中的钾长石基质。上马架子、张麻井和大官厂铀钼矿床广泛发育的水云母化,交代流纹岩的长石斑晶和基质的长石微晶,使岩石变得疏松多孔,为成矿提供了有利条件。成矿期围岩蚀变主要发育在构造中心或裂隙附近。红山子矿床发育绿泥石化,绿泥石呈脉状、网脉状沿构造裂隙、破碎带充填或叠加在微晶钠长石-绿泥石-碳酸盐化矿物之上,呈脉状及网脉状分布。成矿期钠长石化叠加在早期钠交代体再次发生构造破碎的部位,形成由微晶钠长石组成的具有变晶结构的强钠长石化碎裂岩,形成赤铁矿化集中的矿化部位。上马架子、张麻井和大官厂矿床中赤铁矿化呈尘点浸染状分布在赋矿岩石中,水云母化呈细脉状或网脉状分布,矿化与紫黑色萤石和深色石英关系密切。矿后期由于成矿流体的化学成分发生变化,交代能力减弱,区内4个主要矿床形成一些浅色或白色石英脉、无色或绿色萤石脉和碳酸盐脉。5cu与pb、zn、mo及利用不同来源矿物的地球化学特征为了研究蚀变、矿化过程中元素的迁移变化规律,笔者对区内典型铀矿床进行了剖面取样分析,结果显示蚀变带岩石具有以下地球化学特征:(1)红山子铀矿床赋矿蚀变岩Na2O含量有明显增加,K2O含量减少;其它铀钼矿床的赋矿蚀变岩则有不同程度的Na2O减少,K2O含量增加。红山子赋矿粗面岩Fe2O3含量有明显增加,而FeO变化较为复杂,随机性也较大,这与成矿过程中的赤铁矿化有明显关系。同时,绿泥石在矿化过程中部分或全部消失,也导致Fe2+的减少。(2)在铀钼矿床中,U与Pb、Zn、Mo呈明显的正相关关系,与Cu的相关程度较低,主要表现在铀矿物与闪锌矿、方铅矿、辉钼矿和胶硫钼矿的密切共生。(3)红山子铀矿床和张麻井铀钼矿床中出现了Cd异常,Cd含量分别从正常围岩中的1.19×10-6升高到矿石中的69.4×10-6和0.194×10-6升高到14.7×10-6,明显高于Cd在自然界的克拉克值(0.2×10-6)(刘英俊,1984)。这可能是由于Cd的性质与Zn较为相似,随着成矿作用过程中Zn含量的增加,Cd含量也相应增加。在张麻井铀钼矿床中已发现有硫镉矿(CdS)存在。(4)红山子矿床中Sn含量从正常围岩中的42.2×10-6到矿石的88.2×10-6,高于其在地壳中的丰度值(1.5×10-6)(赵英俊,1984)。镜下观察发现,大量锡石与铀矿物共生。研究显示,锡的异常与黑云母中的锡释放有关。在碱质交代过程中,稀有元素(包括锡)的载体矿物:黑云母、角闪石、斜长石等被杂质容量小的“清洁矿物”(如钾长石、钠长石、石英等)取代,导致稀有元素浸出或发生活化转移。红山子铀矿床在成矿作用过程中发生广泛的钠长石化,岩石的碱交代应是导致锡异常的主因。6围岩蚀变特征综上所述,沽源-红山子地区火山岩型铀矿床赋矿岩石具有以下蚀变特征:(1)矿化蚀变受构造、热液作用控制,蚀变种类较多,同一蚀变具有多期次的特点。(2)红山子铀矿床与矿化关系密切的围岩蚀变主要是碱交代蚀变,包括钠长石化、赤铁矿化