古元古界变质细碧角斑岩-沉积岩系铀成矿作用 古-中元古代结晶基底和褶皱基底地层中铀的预富集事件

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古元古代变质细碧角斑岩-沉积岩系是大红山式铁(铜)矿和拉拉厂式铜铁矿的赋矿围岩,伴生有铀矿化,赋存在铜铁矿矿体中或上下的围岩构造裂隙中。元江岔河变质岩系中的铜矿化中亦伴生有铀矿化。

3.3.1.1 铀成矿特点

这类铀矿化是热液改造铀成矿作用,其特点是:

1)与钠质火山岩活动有关,特别是其中角斑质岩石和部分碎屑岩,浅变质作用而成的绢云母钠长片岩、绢云母石英片岩、石榴子石黑云角闪片岩为主要围岩。古元古代钠质火山-沉积岩系铀背景值偏高,一般为(3.6~4.1)×10-6,局部16×10-6(核工业281队,1983,内部资料)。在会理拉拉铜矿中落凼矿区的变质钠质火山岩中有很高的铀含量。铀矿化源来自钠质火山岩-沉积岩岩系,在变质过程中有初始富集作用。

2)铀成矿时代晚于钠质火山岩-辉绿岩等基性岩脉,也晚于铜铁矿化,是热液叠加成矿作用。在会理拉拉厂的落凼矿区采矿场中,晚期断裂构造带中有铀、铜、金、氟、钾的原生晕异常分布,说明铜金铀的富集与晚期断裂构造-热液活动有关,铀矿化可能与拉拉铜矿改造主要铜成矿期年龄(800Ma左右)一致。在大红山铁铜矿中,铀产在富铁矿的上、下0~5m范围的部位,在空间上有所分离,铀矿化的年龄在828Ma,应晚于铁矿的形成,成矿温度也低于铁矿化。

3)热液活动明显,铀矿化是构造-热液事件改造叠加-富集作用的结果。在会理拉拉厂的落凼矿区采矿场中,我们见到了紫色萤石化有关的铀矿化,矿化产出在含铜矿的石英云母片岩中,铀矿化岩石K2O>Na2O,比围岩特别富微量元素REE、Co、Ni、Zr和Au。在大红山铁铜矿中与铀相关的发育绢云母化、绿泥石化和赤铁矿化,少量硅化等中低温热液蚀变。铀矿化一般呈透镜状、点状或小的脉状。

4)元素组合一般是铜、铁、金、铀和REE、Co、Zr等。铀矿物为铈铀钛铁矿、晶质铀矿和沥青铀矿。前者说明铀在高温时呈类质同象产出,经热液改造形成温度较低的晶质铀矿和沥青铀矿,铀成矿元素组合具有一定的继承性。

元江岔河变质岩系中铜矿化伴生组分有U、Au和Ag。据报道,其中铜矿石中铀平均含量可达0.015%,金含量0.18×10-6,铜精矿中含金1.6×10-6。铀矿地质工作做得较少。

3.3.1.2 大红山铜铁矿中的铀矿化

大红山铜铁矿赋存围岩为大红山群变质火山熔岩-火山碎屑岩-沉积岩建造。铜铁矿主要含矿层位为曼岗河组和红山组中有铀矿化(核工业云南第九地质队,1979,内部资料)。铀矿化可分为四个矿化带:

第一铀矿化带位于Ⅰ号铁铜矿带底部,曼岗河组第二第三岩性段的接触带,围岩为石榴子石黑云角闪片岩。铀矿化主要沿黑色含碳硅质板岩顶底板断续分布,延长710m(图3.5)。含少量的黑色铈铀钛铁矿,板状、不规则板状晶形,铁黑色,矿物晶体从微粒到粗粒;其成分为:UO23.47%~5.12%,Th 0.029%~0.048%,Ti、La、Ce、Y、Yb等元素含量偏高。矿化最佳处在曼岗河处,地表矿化厚0.64m,U3O80.089%,一般U3O8﹤0.01%;矿化不均一。矿化蚀变有绿泥石化。在深部,钻孔中见到了类似的矿化,矿化特征大体相同,但均为孤立的点状矿化。矿化露头处地下水中U 2.6×10-6,比河水高出3~4倍。

图3.5 大红山铁矿第一铀矿化带地质剖面图

(据核工业云南第九地质队,1979)

第二铀矿化带位于红山组第一岩性段上部,赋矿围岩为变质碱质中心火山岩,即绢云母化钠质熔岩及绢云母片岩。铀矿化位于Ⅱ1铁铜矿体顶部,0~5m范围;矿化带长约300m,厚0.1~0.5~1m,品位变化较大,U3O8最高0.27%,一般0.01%~0.03%,矿化呈透镜状,产状与铁铜矿体一致(图3.6)。可见赤铁矿化、绢云母化和钠长石化等蚀变。铀矿为晶质铀矿,呈立方体聚晶,分散状产出。这类矿化具有一定层位和规模,是该区主要的矿化带。

第三铀矿化带出现在Ⅲ1铁矿体底板的绢云母片岩中(图3.7)。异常约300m,厚度变化较大,最厚4m,一般0.2~0.5m,矿化连续性差,矿化较弱,U3O80.01%~0.02%,可见钠长石化、绢云母化、硅化等蚀变。铀矿物为晶质铀矿。

第四铀矿化带位于红山组顶部铁矿体底板0~5m范围内的变质钠质火山岩中,铀矿化呈不规则状、不连续的透镜体,一般铀含量 U3O80.0%~0.02%。矿化带面积 150m×140m,矿化厚度0.5~2m。

大红山铁铜矿的铁矿为富铁矿,成因上为受变质火山气液(热液)交代(充填)型富铁矿,其中伴生的铀矿化的主要围岩为变钠质火山岩,其成分相当于角斑岩质(核工业云南第九地质队,1979)。铀以晶质铀矿或类质同象的铈铀钛铁矿,铀矿化产出在铁矿层的上、下部位,两者产状大体一致。含铀矿物铈铀钛铁矿年龄828Ma(核工业209队,1979),这比围岩的年龄小很多,大体与晋宁期活动有关。因此,该区铀的源岩可能是钠质火山岩,少量的绢云母片岩、硅质板岩、碳质板岩等也可能提供铀源,铀矿化与晋宁期热液改造作用有关。

图3.6 大红山铁矿第二铀矿化带地质剖面图

(据核工业云南第九地质队,1979)

图3.7 大红山铁矿第三铀矿化带钻孔岩心地质柱状图

(据核工业云南第九地质队,1979)

3.3.1.3 拉拉厂铜铁矿中伴生铀矿化

拉拉铜矿石产于河口群变钠质火山岩-沉积岩系中铜铁矿床。据前人工作资料,该区河口群中铀含量普遍增高,钠质火山岩铀含量8.2×10-6,局部16×10-6

在其中落凼矿区铜矿采场,发现铜矿床中有多处点状铀矿异常包括铀的水化学异常,如B107水化异常等。放射性地球化学异常主要分布在Ⅱ号勘探线附近,该部位地表出露铜矿体,广泛发育与矿区主要构造线方向一致的北西向和北东向断裂构造,铀矿化产出在河口群石英云母片岩(含铜)和钠长云母片岩中。该区变质火山岩-沉积岩系中铀钍含量很高,尤其是石英-方解石脉铜矿石和萤石脉中铀含量高(表3.4)。

表3.4 拉拉厂落凼矿区变质火山岩-沉积岩U、Th含量表 单位:10-6

(据李巨初等,1994)

231Pa(或称254An,athenium)晕勘查法、石英古计量勘查法和F(氟)晕勘查法在落凼矿区进行过剖面测量,发现在II号勘探剖面F5断裂带铜矿上方有铀、铜、金、氟和钾的原生分散晕,在基性岩脉(煌斑岩)穿插的钠长岩,有萤石脉的含铜云母片岩上方也有铜、金、氟的强异常(图3.8)。两个剖面测定的元素含量初步统计(表3.5),变质岩云母片岩中铜矿中铀钍含量有所增高,煌斑岩活动时没有明显的富集,而晚期构造活动使大多数测定的元素都发生富集,相对于变质岩而言,晚期构造改造使铀富集了6倍,钍富集2倍,铜富集29倍,金富集38倍,氟富集1.7倍。这表明,晚期构造活动区是拉拉铜矿铜金铀共生的有利地段,晚期构造-热液成矿作用,有F、CO2等的参与,是拉拉铜矿铜、金、铀共生富集的可能成矿机理。

表3.5 拉拉铜矿三期铜成矿作用中铀等元素含量统计表

(据李巨初等,1994)



中元古界裂谷沉积岩系中铀成矿作用~

中元古代古陆边缘伸展-裂陷环境下形成了两套含铀的岩系——玄武质-英安(流纹)质火山岩-细碎屑岩-碳酸盐岩岩系和黑色页岩系,在这两个岩系中的铀矿化可以归于碳硅泥岩型铀矿化类型。考虑到我国现已知的碳硅泥岩型铀矿化产于古生代地层中,我们暂把它称为古老碳硅泥型铀矿化。碳硅泥岩热液改造叠加铀矿化受地层和构造两种因素控制,主要分布在构造-热液活动区,发育在因民-落雪组地层和相关断裂构造带之中,次为碳质板岩的构造破碎带中;成矿时代明显晚于铜铁矿化,是改造、叠加在铜铁矿化之上;成矿蚀变类型和成矿元素组合具有继承性特点,属于层控性中低温热液成矿作用。

图3.8 拉拉落凼矿区Ⅱ、Ⅲ号勘探线剖面铀、钍、铜、金、氟、钾地球化学异常

3.3.2.1 成矿时代
综合大量研究康滇地轴前寒武纪矿床的文献数据,铜铁钴矿成矿作用时限集中在810~700Ma之间。如,铜矿成矿东川式层状铜矿流体包裹体40Ar/39Ar等时线年龄810~770Ma,脉状铜矿780~700Ma;汤丹脉状铜矿石英包裹体40Ar/39Ar等时线年龄(712±33)Ma、(778±31)Ma;落雪稀矿山角砾状铜矿硅质角砾富钾矿物反等时线年龄(696±57)Ma,落雪层状铜矿石英包裹体40Ar/39Ar等时线年龄(807±25)Ma~(782±5)Ma~(776±18)Ma(邱华宁等,2002a,b;2000;1998;1997),易门铜矿Pb-Pb法年龄(897±6)Ma,东川铜矿Pb-Pb法年龄(794±73)Ma、Ar-Ar法年龄(778±63)Ma、(773±17)Ma。
武定迤腊厂铜矿成矿时代颇有异议。对武定迤腊厂铜矿成矿期石英进行了40Ar/39Ar同位素年龄测定(叶霖等,2004),得到坪年龄为(784.25±0.95)Ma,等时线年龄为(783.93±8.59)Ma。成矿期萤石Sm-Nd同位素等时线年龄为(1539±40)Ma,εNd(t)=-4.6;矿石Sm-Nd同位素等时线年龄为(1617±100)Ma,εNd(t)值为-3.2(杨耀民等,2005)。
易门-元江为叠加钴矿化带,与铜矿体赋存空间不一致,铜矿体的上下盘或构造发育地段是富钴的地段。含钴黄铜矿(As-Co组合,Co/Ni比值高),强烈硅化、钠化、脉状云英岩化、黑云母化、绿泥石化、黄铁矿化等,属于与构造运动相伴随,与深部热源-中酸性岩浆相联系的叠加矿化作用(薛步高,1995)。
铀矿化成矿多形成在700Ma左右(表3.6),属于澄江期古陆裂解时期。

表3.6 康滇地轴中南段中-新元古代岩系和岩浆岩中铀矿化同位素年代表

(据《西南铀矿地质志》,1999;280所,2008等资料综合)
3.3.2.2 区域地球化学特征
昆阳群和会理群浅变质火山岩-细碎屑岩-碳质硅质板岩岩系是主要的含铀建造。尤其是其中的细碎屑岩-碳酸盐岩系,岩性以碳质泥质-砂泥质板岩(含黄铁矿)或砂质白云岩夹变质中基性火山岩为主,它们产出在沉积旋回的下部,氧化环境之后的局部还原环境沉积产物。由于风化剥蚀,氧化环境,铀进入水体,遇到还原剂或吸附剂而沉淀,形成含铀量较高的含铀层位和岩性。碳质板岩一般铀含量5×10-6,碳硅质板岩局部(10~20)×10-6,最高可达40×10-6。
根据大量能谱资料的分析研究,认为康滇地轴中南段基底岩石存在钍区和铀区(陈有良,1990)。铀区主要分布在东川汤丹、会理小关河-河口地区、武定罗茨-迤腊厂、易门万宝山一带的会理群和昆阳群浅变质岩系分布区,Th/U 比值小于2.4(1.83~2.4)。由此表明易门-武定-东川-会东成矿区在铀源背景上是有利的。钍区主要分布在石屏-建水一带的美党组粉砂质板岩,Th/U比值大于9(9.43~21.5)。
易门-武定-东川-会东成矿区放射性元素主要显示铀性,这个区域的主要成矿元素Fe、Cu、Au、Pb-Zn,伴生Co、Mo、As、REE 等(表3.3),为中-新元古代活动带沉积-变质和构造-热液改造、叠加产物。这个区域昆阳群上亚群的碳硅泥岩组合和其中的火山活动,以及晋宁-澄江期,乃至喜马拉雅期构造-热液活动强烈。这种铀矿化的元素组合较为多样,一方面继承铜铁矿化的元素组合,有的有中低温热液元素加入。区内较大型独立金矿主要集中发现在会东小街地区和东川的拖布卡地区;也存在铜矿化伴生金,个别铜-金矿中有铀矿化显示,一般来讲铀矿化与金矿化是分离的。
3.3.2.3 碱质交代作用
含铜的建造岩石中钠长石化、绿泥石化和黑云母化等蚀变普遍发育,尤其在武定—易门地区、东川地区等改造、叠加型铜(铁)矿化(易门式,稀矿山式)和鹅头厂式铁矿中也广泛发育。钾长石化在禄丰鹅头厂铁铜矿,因民组上段灰紫色板岩和下段角砾岩特别发育,K2O含量达7.12%~12.62%,其原岩为粗面质层凝灰岩和钾质粉砂质白云岩,遭受晋宁期碱质热液蚀变交代,形成各种蚀变交代岩——黑云母岩、绿泥石岩和钾长石岩;区域性不稳定,多沿构造带产出;亦见于东川蓑衣坡铜矿的热液蚀变(薛步高,1999)。
与铀矿化有关的钠质交代一般发育在断裂构造破碎带但其强度和规模上有限。如在易门万宝厂2801矿化点,发育钠长石化、绿泥石化、碳酸盐化、绢云母化。前人研究认为与铀矿化有关的钠长石呈细粒状,不同于改造-叠加型铜矿化的蚀变,但认为铀矿化是在改造-叠加型铜矿化的基础上进一步改造形成的。因此,矿化蚀变也有继承性。
3.3.2.4 铀矿化分布
含铀层位主要分布在会东-东川地区和罗茨-易门地区。这些区域也是重要的晋宁-澄江期褶皱-断裂构造活动改造区。在滇中地区的这些地层和岩性含铀性和构造活动方面就不及上述地区。但晚期NW向弧形断裂构造活动区,有铀的异常显示。这可能显示构造活动的预富集作用。
在昆阳群和会理群中含铜建造中有一定规模的铀矿化与铜铁矿化,它们空间上和时间上比较接近,但铀矿化是形成在层状铜矿和改造叠加铜钴矿之后。铀矿化时代晚于铜铁矿化的时代,如易门万宝厂2801、东川汤丹的面山坑,沥青铀矿中含有铜,但铜矿物一般不含铀。

西南地区发现的最早的铀成矿年龄,是在康滇地轴的变质岩系地层中。在云南元谋1101矿点混合岩中,晶质铀矿的铀-铅同位素年龄分别为960Ma、1006Ma(罗一月等,1998)。另外在攀枝花大田505矿点混合岩中,也发现钛铀矿的铀-铅同位素年龄为1030Ma(中国核工业地质局,2004)。这几个同位素年龄,是西南地区晋宁期已知最早的铀成矿年龄。因此,有人提出晋宁期是康滇地轴第一次铀成矿期(罗一月等,1998),认为在康滇地轴的褶皱基底(1700~850Ma)上,有了第一次铀矿化。但是,也有人认为,西南地区晋宁运动前没有铀成矿作用。理由是康滇地轴早、中元古代地槽演化发展过程中,早期的沉积作用及优地槽中火山作用使铀得到一定程度的预富集。例如牟定秀水河苴林群普登组的铀丰度可高达17.5×10-6,Th/U比值为3.5。从下部的康定杂岩到上部的中元古界,铀从0.n×10-6增加到(4~5)×10-6。部分碳硅泥质岩地层可高达(10~30)×10-6。晚期的构造运动及变质作用,地层中铀活化迁移,在变质岩(混合岩)中局部聚集形成晶质铀矿(例如,1101矿化点晶质铀矿年龄为1006Ma),但是没有进一步富集形成矿床。康滇地区发生在1700~1800Ma之间的重要地质构造运动(小关河运动、会理运动、龙川运动),造成了东西向复式背向斜为主的元古代结晶基底构造。康滇地区发生在850Ma左右的重要地质构造运动(晋宁运动),造成了南北向构造为主干的中元古代褶皱基底构造。在这些地质事件形成的结晶基底构造和褶皱基底构造中,仅仅使铀发生预富集,为以后铀成矿创造了一定条件(胥德恩,1992)。迄今为止,我们还没有在西南地区发现晋宁期和更古老的地质事件形成的铀矿床,目前发现的铀矿点也非常少。因此,本书暂时不将古-中元古代发生的重大地质事件列入西南地区铀成矿事件,而只暂将其列为铀的预富集事件。
康滇地轴中南段出露的古元古代变钠质火山岩-沉积岩系地层,为一套富钠质的细碧角斑岩-碎屑岩-碳酸盐岩沉积建造,变质成各种片岩、板岩和大理岩等组成的变钠质火山岩-沉积岩系。这一套岩系在空间分布上主要分布在康滇杂岩带和安宁河深断裂带的东侧,少数在西侧。这一海底火山溢流-喷发-沉积事件,给扬子西缘地区带来了重要的、丰富的铜铁等成矿物质,形成矿源层,也带来相对较高的铀,在康滇地轴中南段形成了相对高含量的铀源层。虽然在晋宁期混合岩中也发现了少量成矿时代相对较早的铀矿点(例如元谋1101矿点),但是迄今为止,在这一套富钠质的细碧角斑岩-碎屑岩-碳酸盐岩沉积建造中发现的铀矿主要成矿年龄还是落在澄江期(例如大红山铀矿铀的成矿时代晚于铜矿和铁矿,铈铀钛铁矿的U-Pb同位素年龄为828Ma,拉拉铀矿铀的成矿时代也晚于铜矿和铁矿)。发生在变钠质火山岩系地层中的铀成矿作用,其时代大都晚于铜矿和铁矿的成矿时代,与后期重大地质作用的关系更为相关。古元古代变钠质火山-沉积岩系地层铀的背景值为(3.6~4.1)×10-6,局部可达16×10-6(281队,1983)。在会理拉拉铜矿中落凼矿区的河口群变钠质火山岩中有很高的铀含量,为(14.1~93.2)×10-6,Th/U比值从钠长岩的1.05变化到钠长片岩的0.03。说明变质作用使铀得到初步富集,钍铀分离进一步加强。
中元古代古陆边缘伸展-裂陷环境下形成的昆阳群和会理群浅变质火山岩-细碎屑岩-碳质硅质板岩岩系是主要的含铀建造。在昆阳群和会理群中含铜建造中有一定规模的铀矿化。铀矿化与铜、铁矿化在空间上和时间上比较接近,但铀矿化时代晚于铜铁矿化的时代,铀矿化是在层状铜矿和改造叠加铜钴矿之后形成的。如易门万宝厂2801、东川汤丹的面山坑,沥青铀矿中含有铜,但铜矿物一般不含铀。昆阳群和会理群浅变质火山岩-细碎屑岩-碳质硅质板岩岩系铀含量较高。在这一含铀量较高的含铀地层中。碳质板岩一般铀含量5×10-6,碳硅质板岩局部10×10-6~20×10-6,最高可达40×10-6。康滇地轴中南段褶皱基底岩石钍铀分离情况有些差别。在东川汤丹、会理小关河-河口地区、武定罗茨-迤腊厂、易门万宝山一带的会理群和昆阳群浅变质岩系分布区,Th/U比值为1.83~2.4;石屏-建水一带的美党组粉砂质板岩,Th/U比值较高,一般为9.43~21.5。
古元古代钠质火山岩-沉积岩岩系,以及中元古代古陆边缘伸展-裂陷环境下形成的浅变质火山岩-细碎屑岩-碳质硅质板岩岩系,是该区可能的铀的初始富集地层。小关河运动、会理运动、龙川运动,以及后期的晋宁运动,造就古元古代结晶基底和中元古代褶皱基底的变质作用过程,有利于铀元素在地层岩石中的初始富集,并有利于钍铀分离。所以,古元古代—中元古代重要地质事件对西南地区铀成矿的贡献,主要是该地区第一次较大规模铀的预富集作用。

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