内蒙古北大山新井地区热液型铀矿化特征及成因探讨

郭长林，杨昆，王刚，贺锋，刘涛，耿海军，童勤龙，车永飞，李新春

（1.核工业二○三研究所，陕西 西安 710086；
2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

新井地区位于内蒙古北大山中部，大地构造位于华北板块、塔里木板块与中祁连-柴达木微板块交汇处，受不同期次、不同性质的构造作用影响，区域构造背景较为复杂［1-3］。自20 世纪60 年代以来，先后有甘肃、内蒙古地质局、地矿局、有色局、黄金武警部队及核工业系统等多家单位在北大山开展了地质调查、航空物探测量、水文地质调查等多矿种找矿工作，发现了新井、碱井矿点及一大批铀异常点，为本次研究工作奠定了坚实的基础。由于研究区地质构造复杂，前人地质勘查工作投入有限，对新井地区铀矿矿化特征和控矿因素认识不足。笔者以在研究区开展的铀矿资源调查评价和预查项目为契机，在充分吸收前人研究成果的基础上，以野外地质勘查资料和取得的找矿成果认识为依据，总结了该区热液型铀矿化特征，对控矿因素和铀成因进行了探讨，以期对新井地区深部和外围的实际地质勘查工作有一定的指导意义和价值。

北大山地区位于华北板块阿拉善地块的西南缘［4-5］，区域地层由古元古界、石炭系、二叠系、中侏罗统、下白垩统等组成（图1）［6］，古元古界变质岩为区内主要的含铀建造。全区从志留纪到二叠纪（海西中晚期）均有岩浆活动［7］，具有多期、多旋回特征，其中石炭纪和二叠纪岩浆岩分异较完善，形成了从超基性、基性-中性-酸性、超酸性侵入岩系列。北大山地区经历了多期板块俯冲、缝合，区域性断裂构造发育，北部是鼎新-恩格尔乌苏断裂带，南部为龙首山南缘断裂带，西部为肃南-红柳园断裂带，东部为皇城-白马岗断裂带，合黎山-雅布赖断裂带从工作区中部通过，呈东西向直线延伸，该断裂在加里东初期已具规模，在海西中、晚期活动强烈，并且伴随着大规模中酸性-中基性乃至超基性岩浆岩侵入［8］，直到中新生代仍有显著活动，控制了侏罗系、白垩系沉积与分布，并控制新构造板内造山带的形成。该断裂活动时间长、多期性明显，控制了后期热液活动，沿断裂带发育大量与热液活动有关的铀、铜、镍等内生矿产，如新井、碱井、半截井等铀矿（化）点，因此北大山地区为铀-多金属热液型矿的成矿有利区。

图1 北大山中部区域地质图Fig.1 Regional geological map of central Beidashan

2.1 地层

新井地区地层出露简单，由古元古界德尔和通特组（Pt1dr）、下白垩统庙沟群（K1mg）及第四系（Q）组成（图2）。其中，古元古界德尔和通特组（Pt1dr）在区内分布最广，由中等变质的斜长角闪片岩（SN）、云母石英片岩（MQS）及黑云母斜长片麻岩（GN）等变质岩组成。斜长角闪片岩（SN）在全区都有出露，尤其在工作区中、东部分布最广，呈灰绿色、深灰色，中细粒变晶结构，片状构造；
云母石英片岩（MQS）在中、东段零星分布，呈灰色、深灰色，鳞片粒状变晶结构，片状构造；
黑云母斜长片麻岩（GN）主要出露于工作区西段和南段，深灰色、灰黑色，鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。据西蒙南（al+fm）-（c+alk）—Si 图解显示［9］，绝大多数样品位于火山岩区，少量在火山岩与泥质沉积岩过渡部位，尼格里参数al＞alk+c，属于不饱和岩石系列，30＜al-alk＜45，恢复其原岩为中基性火山岩夹细碎屑岩建造（表1，图3）。该地层平均铀含量为（6～10）×10-6，为有利的富铀建造。

图2 新井地区铀矿地质图Fig.2 Uranium geology map of Xinjing area

图3 新井地区古元古界变质岩（al+fm）-（c+alk）—Si 图解（据西蒙南，1953 简化）Fig.3 （al+fm）-（c+alk）—Si diagram of Paleoproterozoic metamorphic rocks in Xinjing area

2.2 构造

新井地区以断裂构造为主，共发育3 组断裂，分别为近东西向、北西向及北东向断裂。近东西向F1断裂为早期断裂，是合黎山-雅布赖区域深大断裂的次级断裂，贯穿工作区，长度为11 km，宽200～300 m，为倾向向南的逆断裂，倾角55°～65°，在工作区东部受晚期北西向F12断裂及伟晶状花岗岩脉活动影响，转为南东向，F1断裂带内部及其南北两侧发育大量伟晶状花岗岩脉，该断裂控制了伟晶状花岗岩脉的分布（图4），在断裂带内部常发育赤铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化等热液蚀变，断裂带附近岩石受力破碎，也可提供良好的容矿空间［10］，沿该断裂有铀矿化显示，尤其是断裂活动强度较大、伟晶状花岗岩脉密集分布的中东部铀矿化强度高、规模大，因此F1断裂为工作区的控矿断裂。

图4 新井地区构造特征（野外照片）Fig.4 Field photos of structural characteristics in Xinjing area

北西向断裂（F12、F29）为中期断裂，该组断裂斜切古元古界地层和海西中晚期岩体，并错断新井中部F1控矿断裂，断裂两侧岩石因挤压而破碎，该组断裂控制了晚期岩脉侵入及热液活动。

北东向断裂（F27）为晚期断裂，为倾向南东的正断裂，该组断裂斜切古元古界地层和加里东晚期、海西中晚期的岩体，并错断新井东部的F1控矿断裂，对早期地质体进行了破坏和改造。

2.3 岩浆岩

新井地区从志留纪到二叠纪岩浆活动频繁，志留纪侵入的片麻状斜长花岗岩呈岩株状分布于新井地区西部和南部，经后期区域性挤压应力作用产生了一系列与区域构造线基本平行的北西西向片麻状构造。石炭纪中细粒花岗岩零星分布于工作区东部，锆石U-Pb 同位素年龄为294.6 Ma，分布方向与新井F1断裂走向基本一致；
石炭纪石英闪长岩主要分布于工作区西北部，锆石U-Pb 同位素年龄为275～277 Ma，呈近东西向岩株展布。二叠纪伟晶状花岗岩属于钙碱性铝过饱和系列酸性富铀花岗岩［11］，锆石U-Pb 同位素年龄为237 Ma，在新井地区广泛分布，主要在新井地区中、东部最广，在西部有少量出露，受F1断裂构造控制，伟晶状花岗岩走向跟F1断裂和地层一致，呈岩脉状产出。工作区内伟晶状花岗岩脉自北向南发育9～15 条，长度10～1 300 m，宽度2～300 m。在伟晶状花岗岩脉外接触带的古元古界斜长角闪片岩中产出铀矿体，富铀岩体对铀矿床、矿点的定位有重要的控制作用［12］，因此二叠纪伟晶状花岗岩对铀成矿有利。

3.1 矿带规模及分布

通过地表槽探工程揭露和深部钻孔查证，新井地区初步推测了东部、中部和西部共3 条铀矿（化）带，长440～1 100 m，宽50～270 m，铀矿（化）带沿F1断裂破碎带分布，总体呈近东西向展布，在新井中东部由于受北西向断裂影响，构造发生变异，铀矿（化）带呈南东向展布，铀矿化产于F1断裂的上盘或断裂带中，赋存于古元古界德尔和通特组片岩与二叠纪伟晶状花岗岩接触带附近靠近片岩一侧，含矿岩性为深灰色斜长角闪片岩。在中东部构造变异部位构造带变宽，热液蚀变变强，铀矿化规模也变大。

3.2 矿体

新井铀矿体为地表矿和盲矿体，铀矿化类型为花岗岩外接触带热液型，铀矿化主要受近东西向F1断裂控制，产于F1构造破碎蚀变带中，矿体赋存于伟晶状花岗岩外接触带的斜长角闪片岩中，矿体总体呈近东西向—北西向展布，倾向正南—南西向，倾角42°～60°，矿体长度16.50～317.75 m，厚度0.24～4.53 m，平均厚度1.14 m，品位0.050%～0.201%，平均品位0.092%，矿体呈脉状、不规则状、透镜状，局部见膨大、缩小及尖灭再现等现象（图5，图6）。在新井地区东部350 m 以下首次发现原生铀矿体，显示深部找矿前景较好。

图5 新井地区矿体与围岩的接触关系（野外照片）Fig.5 Contact relationship between ore body and wall rocks in Xinjing area

图6 新井地区34 号勘探线剖面图Fig.6 Profile of exploration Line 34 in Xinjing area

3.3 矿石

矿石主要为深灰色、红褐色碎裂状黑云母斜长角闪片岩，具有碎裂结构，细脉状、网脉状、浸染状构造（图7 a，b）。主要矿物为钛铀矿、铀石、铀酰硅酸盐矿物等（图7 c，d，表2），金属矿物为赤铁矿、闪锌矿、黄铁矿、磁铁矿等，含铀矿物为中长石、锆石、榍石。铀以铀矿物、分散吸附及类质同象混入物形式存在。依据钻孔揭露和分析测试结果（表3），新井地区浅部矿体（0～170 m）铀矿物主要以U6+形式存在，在地表及浅部容易形成黄色粉末状次生铀矿［13］，他是地表淋滤改造作用的产物，而深部矿体（≥350 m）铀矿物主要以U4+形式存在，为原生铀矿。

表2 新井地区铀矿石电子探针分析结果一览表/%Table 2 List of electron probe analysis results of uranium ores in Xinjing area/%

表3 新井地区矿石中铀的存在价态分析一览表Table 3 List of analysis results of the existing valence of uranium in ores from Xinjing area

图7 新井地区矿石特征（显微照片）Fig.7 Microscopic features of ore in Xinjing area

3.4 矿石地球化学

3.4.1主量元素特征

本次工作取样64 件，分别为钻孔中的矿石、矿化岩石、异常岩石及正常围岩样品，核工业二○三研究所分析测试中心对样品进行了分析测试（表4）。从表4 中可以看出，受围岩蚀变作用影响，岩石的主量特征发生了相应变化，其中SiO2含量为53.95 %～56.80 %，TiO2含量为0.91%～1.23 %，Fe2O3的含量2.94 %～5.69 %，FeO 含量为3.85 %～4.42 %，CaO 含量为6.23 %～8.11 %，Na2O 含量为2.66 %～3.14 %，K2O 含量为1.35 %～1.90 %，P2O5含量为0.16 %～0.22 %，烧失量含量为3.13 %～4.35 %，K2O/ Na2O 值均小于1。从无矿围岩至矿石，随蚀变作用增强，铀含量也不断升高，Fe2O3、P2O5含量有增加趋势，与U 呈正相关性，尤其是Fe2O3含量升高幅度大，而FeO 含量降低，其他元素变化不明显。这些常量元素的变化说明在成矿热液中相对富钠贫钾，将暗色矿物中的铁氧化运移，并带走了磷灰石中的P。

表4 新井地区各矿化岩石常量元素分析结果对比表/%Table 4 Comparison of major element analysis results of various mineralized rocks in Xinjing area

3.4.2稀土元素特征

依据各矿化岩石稀土元素分析结果（表5）和稀土元素球粒陨石标准化分布型式图（图8）可以看出，分配曲线具有轻稀土右倾，重稀土分异不明显，Eu 明显亏损的特征。在围岩、异常岩石及矿化岩石中稀土元素总量（ΣREE）平均值分别为104.98×10-6、128.99×10-6和133.07×10-6，LREE/HREE 平均值分别为5.95、5.96 和4.56，LaN/YbN平均值分别为5.51、6.83 和5.39，δEu 平均值分别为0.81、0.74 和0.63。从无矿围岩至矿化岩石，随着U 含量的增加，稀土元素总量（ΣREE）逐渐增加，与U 呈正相关性，而矿石中稀土元素总量（ΣREE）增加更明显。

图8 新井地区各类矿化岩石稀土元素球粒陨石标准化分布图Fig.8 Chondrite normalized REE pattern of various mineralized rocks in Xinjing area

表5 新井地区各矿化岩石稀土元素分析结果对比表Table 5 Comparison of REE analysis results of various mineralized rocks in Xinjing area

3.5 热液蚀变

对于热液矿床来说，蚀变是矿化的先导和基础［14］，也是物质交换的过程。工作区经历了不同程度的热液蚀变作用，蚀变种类较多，见赤铁矿化、碳酸盐化、黄铁矿化、绿泥石化、高岭土化等蚀变（图9）。热液蚀变分带性明显，从矿体中心到最外部的围岩依次划分为内带、中间过渡带和外带（图10），内带为赤铁矿化＋绿泥石化＋黄铁矿化＋碳酸盐化组合，热液蚀变作用强，铀矿化富集；
中间过渡带主要为碳酸盐化＋绢云母化＋硅化组合，蚀变作用减弱，铀矿化较贫；
外带为高岭土化＋绿泥石化＋碳酸盐化组合，蚀变作用微弱或无蚀变作用，只有异常显示或无矿，可见热液蚀变与铀矿化关系密切［15］，赤铁矿化范围往往大于铀矿化范围，是一种最直观的找矿标志［16］。

图9 新井地区岩石蚀变特征Fig.9 Rock alteration characteristics in Xinjing area

图10 新井地区矿体热液蚀变分带示意图Fig.10 Schematic diagram of hydrothermal alteration zoning of ore body in Xinjing area

新井地区的主要控矿因素有构造、地层、伟晶状花岗岩脉和热液蚀变。构造：F1断裂控制早期伟晶状花岗岩的分布，也控制中、晚期的热液蚀变及铀矿化，多期次、长期活动的断裂构造为成矿热液运移及铀的聚集成矿提供了有利的空间，构造变异部位控制铀矿床定位；
地层：古元古界德尔和通特组地层为有利的富铀建造（铀含量一般大于6×10-6），赋矿岩性为斜长角闪片岩，作为铀源层和储矿层为热液型铀矿的形成发挥重要作用；
伟晶状花岗岩脉：二叠纪伟晶状花岗岩为钙碱性铝过饱和系列酸性富铀花岗岩（铀含量平均约5×10-6），呈脉状沿F1断裂展布，铀矿化产在伟晶状花岗岩脉外接触带附近，对铀矿床、矿点的定位有重要的控制作用；
热液蚀变：蚀变是矿化的先导和基础，蚀变具有明显的分带性，蚀变越强，其矿化越富集，铀矿体与富矿体一般出现在多期次热液蚀变叠加部位，热液蚀变是铀矿叠加富集的必要条件。

依据铀矿化特征研究和控矿因素分析，初步认为新井地区热液型铀矿的形成经历了含矿建造形成阶段，成矿物质活化、迁移预富集阶段，成矿物质聚集、成矿阶段及淋滤改造重新富集成矿阶段（图11）。

5.1 含矿建造形成阶段

在吕梁期，古元古界德尔和通特组沉积建造形成，原岩为富含有机质的海相细碎屑岩夹中基性-酸性火山岩在沉积过程中形成了较高的铀背景值，是北大山地区的富铀建造，也是后期所有铀矿化的初始铀源（图11 a）。

图11 新井地区热液型铀矿形成机制示意图Fig.11 Schematic diagram of formation mechanism of hydrothermal uranium deposits in Xinjing area

5.2 成矿物质活化、迁移预富集阶段

在晋宁期—海西中期，北大山地区构造-岩浆活动强烈，以志留纪、石炭纪花岗岩侵入为主，促使古元古界德尔和通特组发生变质改造作用，铀元素进一步活化迁移，在斜长角闪片岩中形成铀异常，即铀的预富集（图11 b）。

5.3 成矿物质聚集、成矿阶段

在海西晚期—印支早期，受构造活动影响，古元古界基底发生重熔上侵，在沿合黎山-雅布赖山区域性深大断裂向上运移过程中，萃取古元古界含铀建造及早期富铀岩体中的铀，形成酸性富铀的伟晶状花岗岩，并伴随有热液蚀变作用，在断裂破碎带、伟晶状花岗岩脉外接触带的斜长角闪片岩及热液蚀变带等有利构造部位形成工业铀矿体（图11 c）。

5.4 淋滤改造重新富集成矿阶段

在印支期中晚期—喜山期，区内构造活动以抬升剥蚀为主，地表淋滤改造作用强，对原有的矿体或矿化进行淋滤改造而重新富集成矿，形成高品位工业矿体（图11 d）。

1）新井地区铀矿化类型为花岗岩外接触带热液型，矿化带沿F1近东西向断裂分布，矿体呈透镜状、脉状产出，矿石中铀矿物有钛铀矿、铀石、铀酰硅酸盐矿物等，含铀矿物为榍石、锆石、中长石，铀以铀矿物、分散吸附及类质同象混入物的形式存在。

2）常量元素具有高Na 低K 的特点，矿石中Fe 元素发生氧化运移，稀土元素总量略有增加，轻、重稀土元素分馏作用减弱。

3）铀矿化受构造、斜长角闪片岩、伟晶状花岗岩脉及热液蚀变等多种要素综合控制，新井热液型铀矿的形成机制为吕梁期火山岩沉积形成富铀建造，晋宁期—海西中期岩浆侵入形成铀异常（预富集），海西晚期—印支早期岩浆及热液成矿作用形成铀矿体，印支中晚期—喜山期部分矿体、矿化体被淋滤改造而重新富集成矿。

4）长期活动的断裂构造，有利的富铀建造，酸性富铀的伟晶状花岗岩脉密集区、岩性接触面及多期次热液蚀变叠加部位可作为新井地区热液型铀矿找矿方向。

致谢：感谢核工业二○三研究所李保侠高级工程师（研究员级）审核初稿，并提出许多宝贵意见和建议。

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