沽源-紅山礦區(qū)鈾礦床近礦圍巖蝕變特征及巖石地球化學(xué)研究

沽源-紅山礦區(qū)鈾礦床近礦圍巖蝕變特征及巖石地球化學(xué)研究

沽源-鳳山子地區(qū)是中國重要的七度金屬帶之一。過去，對該礦帶礦床圍巖的性質(zhì)進(jìn)行了研究，認(rèn)為該帶對采礦具有明顯的指示作用。但是,已有研究資料中尚缺乏各礦床圍巖蝕變特征的對比,以及礦化過程中化學(xué)組分(或元素)的遷移變化規(guī)律研究。因此,本文根據(jù)野外剖面系統(tǒng)取樣和室內(nèi)分析鑒定,通過礦床圍巖蝕變特征、蝕變期次、蝕變帶巖石地球化學(xué)特征對比,試圖進(jìn)一步深化該地區(qū)的鈾礦地質(zhì)研究工作。1成礦構(gòu)造及構(gòu)造沽源-紅山子鈾多金屬成礦區(qū)地跨兩個大地構(gòu)造單元,成礦區(qū)南段位于華北陸塊北緣色爾騰山-太仆寺旗巖漿弧(Ar3)Ⅲ級構(gòu)造單元區(qū);北段位于天山-興蒙造山系包爾漢圖-溫都爾廟弧盆系(Pz2)的溫都爾廟俯沖增生雜巖帶Ⅲ級構(gòu)造單元區(qū)(潘桂堂等,2009)。成礦區(qū)南段基底地層主要為上太古界紅旗營子群變質(zhì)巖系,巖性主要為黑云母變粒巖、麻粒巖、黑云母角閃片麻巖、鉀質(zhì)混合巖和大理巖等。蓋層主要由侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和新近紀(jì)火山巖系構(gòu)成,上侏羅統(tǒng)張家口組三段流紋巖是主要賦礦層。成礦區(qū)北段基底地層主要由中、上志留統(tǒng)和二疊系組成,巖性主要為凝灰質(zhì)粉砂巖夾流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r、灰綠色安山巖、玄武巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r夾砂巖、板巖、沉凝灰?guī)r等。蓋層主要由侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和新近紀(jì)火山巖系構(gòu)成,賦礦層為上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組流紋巖和粗面巖。研究區(qū)的成礦構(gòu)造可劃分為EW向巖石圈斷裂、NNE向地殼斷裂和NE、NW、SN向基底斷裂等3個層次。近EW向巖石圈斷裂和NNE向地殼斷裂是控制區(qū)域火山巖漿活動帶、鈾多金屬成礦帶的斷裂構(gòu)造;NE、SN、NW向基底斷裂是控制區(qū)域火山巖漿活動亞帶和鈾多金屬成礦亞帶的斷裂構(gòu)造(圖1)。在上述斷裂交匯的構(gòu)造結(jié)部位通常是中生代巖漿活動中心和礦田、礦床定位的有利部位。2圍巖侵蝕特征2.1紅砂巖井圍巖雕刻2.1.1變晶結(jié)構(gòu)出現(xiàn)紅山子鈾礦床礦前期鈉長石化廣泛發(fā)育,在粗面巖、安山巖、流紋巖中,鈉長石主要呈它形粒狀,以變晶結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)(圖2a、b),為交代巖基質(zhì)中的主要礦物。成礦期隨著交代作用的加強(qiáng),巖石褪色、氣孔充填物增加,巖石結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分也發(fā)生改變。其特征是鈉質(zhì)增加而鉀質(zhì)減少,出現(xiàn)朵狀、糖粒狀、細(xì)板狀微晶鈉長石。在碎裂巖、碎斑巖或構(gòu)造角礫巖中呈膠結(jié)物形式出現(xiàn),與鈾礦化關(guān)系密切。2.1.2退色鈉長石化蝕變帶的形成和發(fā)育赤鐵礦化可分為兩期:早期赤鐵礦化分布范圍較廣,赤鐵礦主要呈粉末狀、浸染狀分布于長石中,系由蝕變礦物析出的Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+而形成,使退色鈉長石化蝕變帶略顯淺紅色。其在時間上常伴隨前期鈉長石化出現(xiàn),并隨鈉交代作用的增強(qiáng)而增強(qiáng)。晚期赤鐵礦化蝕變僅局限于礦化地段內(nèi),赤鐵礦在巖石或礦物破碎裂隙處呈細(xì)脈狀產(chǎn)出,或呈塵點浸染狀和不規(guī)則狀散染于含礦碎裂巖膠結(jié)物中,與成礦期鈉長石、綠泥石或碳酸鹽礦物密切共生。2.1.3b赤鐵礦、碳酸鈣礦物綠泥石化主要呈暗色礦物假象,或斑點狀、不規(guī)則狀與赤鐵礦、碳酸鹽礦物存在于碎裂巖、構(gòu)造角礫巖之膠結(jié)物中(圖2c~e)。后期綠泥石化在不同地段發(fā)育強(qiáng)弱不一,一般呈脈狀、網(wǎng)脈狀充填在構(gòu)造裂隙、破碎帶中。2.1.4碳酸鹽化成礦期碳酸鹽化礦物(方解石)呈細(xì)粒浸染狀、隱晶狀,常與鈉長石、赤鐵礦、綠泥石等礦物膠結(jié)破碎礦物或巖石角礫。2.1.5鈉長石、斜長石、鉀長石等對工質(zhì)及礦物組成的作用水云母化發(fā)育期次較多,經(jīng)常見到的多為礦前期蝕變產(chǎn)物。由于鈉化過程中,鈉長石交代鉀長石、斜長石析出K、Al、Si等成分,并隨熱液向構(gòu)造兩側(cè)運移、滲透,作用于其它長石類礦物而形成水云母。其往往分布于鈉長石化帶外側(cè),水云母多呈毛氈狀分布在長石類礦物之中(圖2f)。2.1.6螢火蟲化螢石化主要呈兩種形式:一是螢石呈集合體分布在巖石中;二是呈脈狀產(chǎn)出(圖2g)。螢石為紫色,多為成礦期蝕變產(chǎn)物。2.1.7硅化巖石中的石英被堿性溶液溶解交代后,一部分參與組成鈉長石,剩余部分沉淀,并以次生石英或玉髓出現(xiàn),呈細(xì)脈狀。2.2蝕變的風(fēng)險特征上馬架子、張麻井和大官廠鈾鉬礦床具有相似的圍巖蝕變特征,各礦區(qū)內(nèi)蝕變種類十分復(fù)雜,具有多類型、多期次的特點,主要有高嶺石化、水云母化、硅化、螢石化、膠黃鐵礦化、赤鐵礦化、膠硫鉬礦化等。水云母化最為強(qiáng)烈,赤鐵礦化與鈾關(guān)系最密切,膠硫鉬礦化強(qiáng)烈,為鉬成礦期的產(chǎn)物。2.2.1紋巖中的長石斑晶和基質(zhì)高嶺石化分為兩期:早期呈粉塵狀交代流紋巖中的長石斑晶和基質(zhì),往往使巖石變成灰白色或白色;晚期(鈾成礦期)高嶺石與赤鐵礦共生,巖石的放射性強(qiáng)度增高。2.2.2成礦熱液運移規(guī)律水云母化可分為兩期:礦前期水云母主要呈鱗片狀交代流紋巖中的長石斑晶,使巖石形成多孔疏松、類似海綿狀的結(jié)構(gòu),比表面積增大,抗壓和抗剪強(qiáng)度降低,易破碎,為成礦熱液運移和礦質(zhì)沉淀提供了極為有利的空間場所;與礦前期水云母相比,成礦期水云母結(jié)晶細(xì)小,表面污濁。該期水云母化伴有弱的鈾礦化。2.2.3紅字石英質(zhì)成礦期硅化與赤鐵礦化、水云母化共生,硅質(zhì)呈現(xiàn)為微晶石英,粒度在0.1~0.01mm,顏色為紅色。礦后期硅化表現(xiàn)為梳狀或細(xì)脈狀石英充填,石英無色透明,結(jié)晶較好。2.2.4基性巖石組景螢石化發(fā)育比較強(qiáng)烈,可分為3期:礦前期螢石呈不規(guī)則粒狀,晶形較好,與水云母、黃鐵礦共生;成礦期螢石為紫色,結(jié)晶差,一般呈浸染狀、團(tuán)塊狀、條帶狀集合體分布在流紋巖基質(zhì)與石英主晶接觸部位(圖2g);礦后期螢石為淺色或無色,呈脈狀、網(wǎng)脈狀充填于巖石微節(jié)理、裂隙中。2.2.5黃鐵礦化成礦期黃鐵礦與膠狀螢石、膠硫鉬礦共生(圖2h),與鈾礦化關(guān)系密切。礦后期則為膠狀黃鐵礦,呈浸染狀或浸染脈狀分布,與膠硫鉬礦共生。2.2.6鈾礦石與膠狀黃鐵礦共生伴隨強(qiáng)烈的構(gòu)造運動,膠硫鉬礦主要以膠結(jié)物形式與膠狀黃鐵礦共生,膠結(jié)早期鈾礦石或單獨呈浸染狀、細(xì)脈浸染狀分布。如果疊加在早期鈾礦化之上,則構(gòu)成富鉬鈾礦體。2.2.7鈾礦化的土壤、醬神劍色赤鐵礦化主要表現(xiàn)為細(xì)小粉塵狀赤鐵礦交代流紋巖中的長英質(zhì)礦物,并將其染成紅色、醬赭色,伴隨有較弱的鈾礦化。張麻井和大官廠礦床的赤鐵礦化呈塵點狀和浸染狀赤鐵礦分布在次流紋斑巖體內(nèi)外接觸帶,在細(xì)脈角礫狀鈾礦化期出現(xiàn),集中于脈狀-網(wǎng)脈狀鈾礦脈兩側(cè),明顯受隱爆巖和構(gòu)造裂隙控制,屬細(xì)脈角礫狀鈾礦化成礦期蝕變。2.2.8方解石細(xì)粒中間體離散形式碳酸鹽化主要發(fā)育在大官廠礦床下部,表現(xiàn)形式為兩種:一是方解石呈細(xì)粒集合體零散分布在巖石中;另一種是方解石呈它形與石英、方鉛礦共生,與方鉛礦化關(guān)系密切。3鈾鰲礦床垂向分布規(guī)律通過各個礦床圍巖蝕變的對比研究發(fā)現(xiàn),張麻井和大官廠鈾鉬礦床蝕變在垂向上存在上酸下堿的分布規(guī)律,其他礦床的垂向分布規(guī)律不明顯,但在水平方向上有一定的分帶性特征。3.1張麻井鈾鰲礦床張麻井和大官廠礦床二者具有相似的圍巖蝕變特征,在垂向上存在著上酸下堿的分帶規(guī)律。以張麻井鈾鉬礦床為例(圖3),礦床下部圍巖含有大量的鉀長石和黑云母,組成鉀長石化帶;礦床中上部圍巖以蒙脫石、水云母、綠泥石等黏土礦物為主,組成黏土-赤鐵礦化帶和黏土-螢石-沸石化帶;在礦床頂部則發(fā)育有褐鐵礦化帶(鐵帽)和硅化帶(硅帽)。3.2子鈾礦床近礦蝕變帶特征由于各個礦床的賦礦圍巖不同,礦化成因也不盡相同,因此礦床圍巖的水平蝕變分帶特征不完全相同。以紅山子鈾礦床為例,礦化中心蝕變帶為赤鐵礦化+強(qiáng)烈鈉長石化+綠泥石化+少量螢石化+少量碳酸鹽化,以赤鐵礦化與鈉長石化強(qiáng)烈發(fā)育為特征;近礦蝕變帶為鈉長石化+綠泥石化+碳酸鹽化+水云母化+螢石化,鈉長石化較中心蝕變帶減弱,水云母化呈殘余相;遠(yuǎn)礦蝕變帶為鈉長石化+水云母化+硅化,硅化多為晚期蝕變疊加。4成礦期圍巖蝕變根據(jù)鏡下觀察并結(jié)合前人的研究成果,按照交代礦物的生成順序,將成礦帶內(nèi)各礦床賦礦巖石蝕變作用期次劃分如下(表1):礦前期圍巖蝕變呈面型發(fā)育,范圍較廣,如紅山子鈾礦床中廣泛發(fā)育鈉長石化,交代了原粗面巖中的鉀長石基質(zhì)。上馬架子、張麻井和大官廠鈾鉬礦床廣泛發(fā)育的水云母化,交代流紋巖的長石斑晶和基質(zhì)的長石微晶,使巖石變得疏松多孔,為成礦提供了有利條件。成礦期圍巖蝕變主要發(fā)育在構(gòu)造中心或裂隙附近。紅山子礦床發(fā)育綠泥石化,綠泥石呈脈狀、網(wǎng)脈狀沿構(gòu)造裂隙、破碎帶充填或疊加在微晶鈉長石-綠泥石-碳酸鹽化礦物之上,呈脈狀及網(wǎng)脈狀分布。成礦期鈉長石化疊加在早期鈉交代體再次發(fā)生構(gòu)造破碎的部位,形成由微晶鈉長石組成的具有變晶結(jié)構(gòu)的強(qiáng)鈉長石化碎裂巖,形成赤鐵礦化集中的礦化部位。上馬架子、張麻井和大官廠礦床中赤鐵礦化呈塵點浸染狀分布在賦礦巖石中,水云母化呈細(xì)脈狀或網(wǎng)脈狀分布,礦化與紫黑色螢石和深色石英關(guān)系密切。礦后期由于成礦流體的化學(xué)成分發(fā)生變化,交代能力減弱,區(qū)內(nèi)4個主要礦床形成一些淺色或白色石英脈、無色或綠色螢石脈和碳酸鹽脈。5cu與pb、zn、mo及利用不同來源礦物的地球化學(xué)特征為了研究蝕變、礦化過程中元素的遷移變化規(guī)律,筆者對區(qū)內(nèi)典型鈾礦床進(jìn)行了剖面取樣分析,結(jié)果顯示蝕變帶巖石具有以下地球化學(xué)特征:(1)紅山子鈾礦床賦礦蝕變巖Na2O含量有明顯增加,K2O含量減少;其它鈾鉬礦床的賦礦蝕變巖則有不同程度的Na2O減少,K2O含量增加。紅山子賦礦粗面巖Fe2O3含量有明顯增加,而FeO變化較為復(fù)雜,隨機(jī)性也較大,這與成礦過程中的赤鐵礦化有明顯關(guān)系。同時,綠泥石在礦化過程中部分或全部消失,也導(dǎo)致Fe2+的減少。(2)在鈾鉬礦床中,U與Pb、Zn、Mo呈明顯的正相關(guān)關(guān)系,與Cu的相關(guān)程度較低,主要表現(xiàn)在鈾礦物與閃鋅礦、方鉛礦、輝鉬礦和膠硫鉬礦的密切共生。(3)紅山子鈾礦床和張麻井鈾鉬礦床中出現(xiàn)了Cd異常,Cd含量分別從正常圍巖中的1.19×10-6升高到礦石中的69.4×10-6和0.194×10-6升高到14.7×10-6,明顯高于Cd在自然界的克拉克值(0.2×10-6)(劉英俊,1984)。這可能是由于Cd的性質(zhì)與Zn較為相似,隨著成礦作用過程中Zn含量的增加,Cd含量也相應(yīng)增加。在張麻井鈾鉬礦床中已發(fā)現(xiàn)有硫鎘礦(CdS)存在。(4)紅山子礦床中Sn含量從正常圍巖中的42.2×10-6到礦石的88.2×10-6,高于其在地殼中的豐度值(1.5×10-6)(趙英俊,1984)。鏡下觀察發(fā)現(xiàn),大量錫石與鈾礦物共生。研究顯示,錫的異常與黑云母中的錫釋放有關(guān)。在堿質(zhì)交代過程中,稀有元素(包括錫)的載體礦物:黑云母、角閃石、斜長石等被雜質(zhì)容量小的“清潔礦物”(如鉀長石、鈉長石、石英等)取代,導(dǎo)致稀有元素浸出或發(fā)生活化轉(zhuǎn)移。紅山子鈾礦床在成礦作用過程中發(fā)生廣泛的鈉長石化,巖石的堿交代應(yīng)是導(dǎo)致錫異常的主因。6圍巖蝕變特征綜上所述,沽源-紅山子地區(qū)火山巖型鈾礦床賦礦巖石具有以下蝕變特征:(1)礦化蝕變受構(gòu)造、熱液作用控制,蝕變種類較多,同一蝕變具有多期次的特點。(2)紅山子鈾礦床與礦化關(guān)系密切的圍巖蝕變主要是堿交代蝕變,包括鈉長石化、赤鐵礦化