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納米比亞達(dá)馬拉造山帶地質(zhì)、構(gòu)造演化特征與鈾成礦作用

2023-10-11 12:11:50孫宏偉任軍平唐文龍許康康吳興源曾威王佳營(yíng)賀福清
西北地質(zhì) 2023年5期
關(guān)鍵詞:鈾礦床造山馬拉

孫宏偉,任軍平,唐文龍,許康康,吳興源,曾威,王佳營(yíng),賀福清

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心,天津 300170;3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南部非洲礦業(yè)研究所,天津 300170)

鈾礦作為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源,廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、核電及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域(Cuney et al.,2008;蔡煜琦等,2015;吳濤濤等,2018;耿濤等,2023)。全球鈾礦資源分布不均,供需失衡較為嚴(yán)重,特別是中國(guó)鈾礦資源稟賦較差。盡管中國(guó)鈾礦的找礦潛力巨大,但短期內(nèi)難以滿足快速增長(zhǎng)的工業(yè)需求,也使得中國(guó)鈾礦對(duì)外依存度不斷攀升(張金帶等,2012;蔡煜琦等,2015;唐超等,2017;陳軍強(qiáng)等,2021)。

非洲鈾礦資源豐富,儲(chǔ)量約占世界鈾礦總儲(chǔ)量的20%,其中納米比亞是非洲最大的鈾資源生產(chǎn)國(guó),約占全球天然鈾產(chǎn)量的10%(宋繼葉等,2022;張曉等,2023;朱清等,2023)。與此同時(shí),納米比亞也是中國(guó)最大的海外鈾資源來源地之一。近年來,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者從礦床類型(Nex et al.,2001;Kinnaird et al.,2007;高陽等,2012;陳金勇等,2013,2017;顧大釗等,2016)、成礦時(shí)代(Nex,1997;Longridge et al.,2008;Freemantle,2010;王生云,2013;陳金勇等,2014)、鈾礦物質(zhì)來源(Nex et al.,2002;陳金勇等,2014;范洪海等,2015;黃冉笑等,2021,2022)等不同角度對(duì)納米比亞鈾礦進(jìn)行研究,提出地層、構(gòu)造及巖體控礦等多種成礦模式及找礦模型,在成礦規(guī)律和礦產(chǎn)分布方面取得諸多進(jìn)展。然而,達(dá)馬拉(Damara Belt)造山帶演化過程與鈾成礦作用尚未被系統(tǒng)分析,其區(qū)域鈾成礦作用研究仍顯不足。筆者通過對(duì)達(dá)馬拉造山帶的物質(zhì)組成、巖漿作用、變質(zhì)-變形、區(qū)域構(gòu)造演化及典型礦床等方面內(nèi)容進(jìn)行梳理總結(jié),進(jìn)一步總結(jié)歸納達(dá)馬拉造山帶構(gòu)造演化與鈾成礦作用的關(guān)系,以期為中國(guó)地勘單位開展鈾礦勘查提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料與技術(shù)支持,服務(wù)于國(guó)際礦業(yè)產(chǎn)能合作及“一帶一路”倡議。

1 達(dá)馬拉帶的物質(zhì)組成及內(nèi)部構(gòu)造單元

泛非造山作用(820~500 Ma)是地球演化史中的重要構(gòu)造事件,大量板塊和地體經(jīng)聚合及增生作用形成了一系列大陸造山帶(Coward,1983;Unrug,1992;Chakraborty et al.,2023),是岡瓦納(Gondwana)大陸重要的組成部分之一。泛非(Pan-African)造山帶橫貫非洲大陸,自東向西主要包括莫桑比克帶(Mozambique Belt)、贊比西帶(Zambezi Belt)、盧弗里安弧形構(gòu)造帶(Lufilian Belt)和達(dá)馬拉帶等(Grantham et al.,2003,2019;Oriolo et al.,2017;孫宏偉等,2019,2021;Sun et al.,2021;許康康等,2021)。達(dá)馬拉造山帶位于非洲西南端,形成于新元古代—早古生代(650~460 Ma),是北部剛果(Congo)克拉通與南部喀拉哈里(Kalahari)克拉通碰撞的產(chǎn)物(圖1a)(Coward,1983;寧福俊等,2018;Goscombe et al.,2018)。達(dá)馬拉造山帶主要是由陸內(nèi)分支、Gariep 帶和Kaoko 帶3 部分組成,其中Kaoko 帶向北延伸至安哥拉境內(nèi)(Prave,1996;Poli et al.,2001)。在納米比亞境內(nèi),達(dá)馬拉造山帶主要有2 個(gè)分支,正北方向的海岸線分支和北東向的陸內(nèi)分支(Kinnaird et al.,2007;Fan et al.,2017),文中主要介紹其陸內(nèi)分支部分。

達(dá)馬拉造山帶(陸內(nèi)分支)南北寬約為400 km。依據(jù)地層、斷裂及主要線性構(gòu)造、變質(zhì)程度、巖漿活動(dòng)、地質(zhì)年代和航磁異常等特征的不同,該造山帶自北向南劃分為北部地體、北帶邊緣、北部帶、中央帶、南部帶、南帶邊緣及南部前陸7 個(gè)部分(圖1b)(Martin et al.,1977;Corner,1983;Goscombe et al.,2005)。中央帶以O(shè)maruru 斷裂為界又分為北中央帶和南中央帶2 部分,位于Omaruru 斷裂和Okahandja 斷裂之間的南中央帶是納米比亞鈾礦床的主要分布區(qū),包括Husab 鈾礦、R?ssing 鈾礦及Valencia 鈾礦等大型鈾礦床均處于該構(gòu)造區(qū)塊(寧??〉?,2018;Shanyengana et al.,2020;黃冉笑等,2022)。

2 區(qū)域地層

區(qū)域內(nèi)地層主要由早期的Nosib 群和晚期Swakop 群組成,Nosib 群不整合于Abbabis 基底雜巖體之上(Nash et al.,1971;Coward,1983;Longridge et al.,2008;高陽等,2012)。Nosib 群為裂谷-填充序列,由下部的Etusis 組和上部的Khan 組構(gòu)成,Etusis 組主要巖性為石英巖、長(zhǎng)石砂巖及少量礫巖;Khan 組主要由泥巖、鈣質(zhì)泥巖及碳酸鹽巖組成。Swakop 群主要為一套深水沉積序列,底部為R?ssing 組,巖性變化較大,包括大理巖、砂礫巖、石英巖、泥質(zhì)片巖和董青片麻巖等均有出現(xiàn)(Coward,1983;Longridge et al.,2008);其上為Chuos 組,由Sturtian 期冰磧巖和條帶狀鐵質(zhì)建造共同組成(Hoffmann et al.,1996);Chuos 組之上為Karibib 組,由大理巖、鈣質(zhì)泥巖及少量泥質(zhì)片巖組成;頂部為Kuiseb 組,巖性以泥巖、泥質(zhì)片巖為主(Hoffmann et al.,2004)。

3 達(dá)馬拉帶的巖漿作用

達(dá)馬拉造山帶內(nèi)巖漿活動(dòng)十分發(fā)育,整體出露面積約為75 000 km2,主要以發(fā)育大量中酸性侵入巖及少量基性巖脈為特征,其中90%以上為花崗巖,其余為花崗閃長(zhǎng)巖類、鈣堿性輝長(zhǎng)巖及少量基性巖脈(Haack et al.,1982;Miller,1983a;Kisters et al.,2004)。

根據(jù)成巖時(shí)代及巖體特征,前人將達(dá)馬拉造山帶內(nèi)巖體劃分為5 個(gè)侵入序列(趙希剛等,2015;劉晨陽,2016)。①Trakkopje 序列(601±79 Ma),由花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖、石英二長(zhǎng)巖等組成的巖套,花崗巖體常以巖基形式產(chǎn)出,巖石多呈斑狀結(jié)構(gòu),片麻理十分發(fā)育。②Hakskeen 序列(516±23 Ma),主要由紅色花崗巖組成,多分布在R?ssing 穹隆北部,以小巖體、巖脈和層狀侵入體產(chǎn)出,巖石以等粒結(jié)構(gòu)和紅色為特征。③Gawib 序列(500~490 Ma),主要由花崗巖、淺色花崗巖和偉晶巖組成,分布在R?ssing 穹隆以東地區(qū),巖石多具斑狀結(jié)構(gòu)且黑云母含量較多,葉理構(gòu)造較為發(fā)育。④Donkerhuk 序列(458±25 Ma),主要分布在R?ssing 穹隆以東地區(qū),巖性包括灰白色中粒黑云二長(zhǎng)花崗巖和棕褐色含斑鉀長(zhǎng)花崗巖,常以大型巖基形式出現(xiàn)。⑤R?ssing 序列(542~468 Ma),主要以花崗巖、淡色花崗巖及花崗偉晶巖為主,巖石多具中粗粒結(jié)構(gòu)或偉晶狀花崗結(jié)構(gòu),地球化學(xué)特征顯示其堿含量高,淡色花崗巖主要產(chǎn)出于背斜及穹隆構(gòu)造附近,脈狀侵入體則主要分布于R?ssing 穹隆區(qū)。

由于區(qū)內(nèi)淡色花崗巖(又稱白崗巖)中賦存大量鈾礦資源,前人對(duì)其開展了大量研究,根據(jù)成巖時(shí)代、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分和礦化特征劃分為至少6 類(Nex,1997;Longridge et al.,2008;Freemantle,2010;王生云,2013;陳金勇,2014)。

A 型:淺灰白色、淡粉色,細(xì)-中粒結(jié)構(gòu),以白色長(zhǎng)石為主,副礦物很少,主要侵入于Khan 組,LA-ICPMS 鋯石U-Pb 數(shù)據(jù)顯示其成巖年齡為(547.4±3.6)Ma(王生云,2013)。

B 型:白色,中粗粒結(jié)構(gòu)或偉晶結(jié)構(gòu),含有石榴子石、電氣石,以石榴子石為標(biāo)志礦物,主要產(chǎn)出于Chuos組和Karibib 組,LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 數(shù)據(jù)顯示其成巖年齡為(537.8±4.3)Ma(王生云,2013)。

大豆,購(gòu)買于中百超市(湖北武漢),利用全自動(dòng)家用榨油機(jī)進(jìn)行榨油。收集得到的大豆毛油,在4500 r/min下離心5 min,取上清油液備用。采集芝麻、油菜、茶籽、花生和亞麻籽,采用實(shí)驗(yàn)室自榨方式分別得到 100%純芝麻油、菜籽油、茶籽油、花生油和亞麻籽油,所選食用植物油樣品具有廣泛的代表性。餐廚廢棄油脂,收集來自不同地方的餐廚廢棄油脂 15個(gè),經(jīng)過簡(jiǎn)單的吸附脫色處理。

C 型:白色、淺紅色,中粗粒結(jié)構(gòu)或偉晶結(jié)構(gòu),以含電氣石和磁鐵礦為標(biāo)志,主要產(chǎn)出于Khan 組和Etusis 組,LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 數(shù)據(jù)顯示其成巖年齡為(525.4±2.6)Ma(王生云,2013)。

D 型:白色,中粗粒結(jié)構(gòu)或偉晶結(jié)構(gòu),煙灰色石英十分發(fā)育,富鈾礦物大量出現(xiàn),分布最為廣泛,主要侵入于R?ssing 組、Khan 組、Karibib 組和Kuiseb 組,成巖年齡為(508±2)Ma(SHRIMP 鋯石U-Pb)(Briqueu et al.,1980;Longridge et al.,2008)~(497±5.5)Ma(LAICP-MS 鋯石U-Pb)(王生云,2013)。

E 型:淡紅色,細(xì)粒至偉晶狀結(jié)構(gòu),可見煙灰色石英,以發(fā)育氧化暈圈為標(biāo)志,圈外為粉紅色,圈內(nèi)為灰白色,主要產(chǎn)出于Khan 組和R?ssing 組,其成巖年齡為(500±10)~(494±8)Ma(SHRIMP 鋯石U-Pb)(Jacob et al.,2000)。

F 型:紅色,粗粒至偉晶狀結(jié)構(gòu),以發(fā)育紅色巨晶鉀長(zhǎng)石、乳白色石英為主要特征,副礦物為磁鐵礦,主要侵入于Etusis 組和Khan 組。對(duì)于其成巖時(shí)代存在不同認(rèn)識(shí),Jacob 等(2000)認(rèn)為其與E 型花崗巖成巖時(shí)代基本一致,但陳金勇等(2014)獲得的LA-ICPMS 鋯石U-Pb 數(shù)據(jù)顯示其成巖年齡為(511.4±4.3)Ma,早于D 型花崗巖。

達(dá)馬拉期后巖漿侵入活動(dòng)較弱,僅見一些粗玄巖和細(xì)晶巖沿?cái)嗔逊植肌4送?,中生代岡瓦納大陸的裂解和地幔柱活動(dòng)期間達(dá)馬拉帶內(nèi)發(fā)育少量基性巖脈,多切穿早期形成的白崗巖體,成巖時(shí)代與D 型白崗巖受到后期熱液改造作用的時(shí)間相近(陳金勇等,2014),加之基性巖漿在部分偉晶質(zhì)巖漿演化過程中對(duì)鈾礦化的富集作用(黃冉笑等,2022)。因此,認(rèn)為基性巖漿的活動(dòng)與D 型白崗巖鈾礦化富集有著密切的關(guān)系(范洪海等,2015;陳金勇等,2017;黃冉笑等,2022)。

4 達(dá)馬拉帶的變質(zhì)-變形過程

達(dá)馬拉造山帶內(nèi)巖石經(jīng)歷的變質(zhì)作用程度不同,主要以高溫-低壓變質(zhì)活動(dòng)為主,變質(zhì)作用從西向東呈逐漸變低的趨勢(shì),一般為角閃巖相,在靠近大西洋沿岸的地區(qū)可以達(dá)到麻粒巖相(Hartmann et al.,1983;Masberg et al.,1992;Goscombe et al.,2004;Miller et al.,2008)。

達(dá)馬拉造山帶內(nèi)發(fā)育多期次的褶皺、斷裂、韌性剪切帶以及穹窿構(gòu)造,并且這些構(gòu)造作用相互疊加,共同組成了現(xiàn)今較為復(fù)雜的構(gòu)造面貌。對(duì)于區(qū)內(nèi)的構(gòu)造期次,目前爭(zhēng)論較多,包括2 期、3 期和4 期等不同劃分(Jacob et al.,1974;Coward,1983;Miller,1983b;Oliver et al.,1994;Anderson et al.,1997;Poli et al.,2001;Kisters et al.,2004;Johnson et al.,2005;Ward,2009)。綜合前人研究,筆者認(rèn)為主要包括3 期(D1、D2、D3)變形過程,并伴隨大量的巖漿侵入活動(dòng)(D2 和 D3 構(gòu)造變形事件對(duì)白崗巖的侵位機(jī)制具有重要的影響)。D1 期主要集中于580~560 Ma,以發(fā)育平行于層理的葉理和斷裂構(gòu)造、層內(nèi)南東向的平臥褶皺及低角度逆斷層為主要特征,部分黑云母和石英呈定向排列,石榴石和堇青石等礦物出現(xiàn)(Kasch,1983a,1983b;Miller,1983b,2008;Steven,1993;Poli et al.,2001;Kisters et al.,2004);D2 期主要集中于550~540 Ma,以發(fā)育北北東向的直立緊閉褶皺、平臥褶皺及低角度逆斷層為主要特征,矽線石和堇青石出現(xiàn),花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)十分發(fā)育(Steven,1993;Poli et al.,2001;Miller,2008);D3 期主要集中于535~500 Ma,以發(fā)育大規(guī)模開闊褶皺和大型南東向直立褶皺、北東走向穹隆、高角度逆斷層和逆沖斷層為主要特征,尖晶石和堇青石出現(xiàn),并伴隨大量花崗質(zhì)偉晶巖的形成(Kasch,1983a,1983b;Kisters et al.,2004)。

由于區(qū)內(nèi)覆蓋嚴(yán)重且構(gòu)造疊加活動(dòng)強(qiáng)烈,很難在地表觀測(cè)到線性構(gòu)造斷裂現(xiàn)象(主要依靠航空物探資料解譯識(shí)別),但穹窿構(gòu)造十分發(fā)育,也是達(dá)馬拉造山帶內(nèi)的典型構(gòu)造特征。關(guān)于穹窿構(gòu)造的形成機(jī)制,存在多種解釋,包括褶皺作用(Smith et al.,1961;Smith,1965;Coward,1983)、花崗質(zhì)基底的底劈作用(Ramsberg,1972)及塑性地層的滑脫作用(Oliver,1994)等多種說法。盡管對(duì)于穹隆構(gòu)造的形成機(jī)制認(rèn)識(shí)不同,但均認(rèn)為穹窿構(gòu)造在富鈾巖漿的運(yùn)移和就位過程中發(fā)揮了重要作用(Jacob,1974;Coward,1983;Kasch,1983a,1983b;Miller,1983a;Oliver,1994;Anderson et al.,1997;Poli et al.,2001;Kisters et al.,2004;Johnson,2005;Ward,2009)。

5 達(dá)馬拉帶的區(qū)域構(gòu)造演化史

達(dá)馬拉造山帶整個(gè)過程形成時(shí)代約為 750~460 Ma(Miller,2008),經(jīng)歷前造山期(以陸內(nèi)裂谷和擴(kuò)張作用為主)、造山期(以俯沖和陸陸碰撞作用為主)及造山后期,以喀拉哈里克拉通和剛果克拉通的碰撞而告終。前人對(duì)其演化過程進(jìn)行研究(Martin et al.,1977;Martin,1983;Miller,2008;Anthonissen,2009),認(rèn)為其主要經(jīng)歷了以下5 個(gè)階段(圖2)。①早期(840~750 Ma)由于地幔柱活動(dòng)導(dǎo)致板塊處于伸展環(huán)境,逐漸形成多個(gè)裂谷系統(tǒng)(圖2a),同期形成早期的裂谷火山-沉積巖系,包括碎屑沉積巖、雙峰式火山巖及堿性侵入巖等。②隨著拉張作用的進(jìn)行(730~600 Ma),軟流圈物質(zhì)上涌,地殼底部發(fā)生部分熔融作用,上地殼大規(guī)模拗陷,接受巨厚的碎屑沉積,并伴有拉斑玄武巖的形成(圖2b)。③580~560 Ma,巖石圈破裂后由于重力影響,洋殼下沉,開始發(fā)生由南向北的A 型俯沖作用(圖2c),下地殼發(fā)生部分熔融,并伴隨早期的花崗質(zhì)巖漿侵入活動(dòng)(D1)。④隨著俯沖作用的不斷進(jìn)行(550~540 Ma),喀拉哈里克拉通與剛果克拉通發(fā)生陸陸碰撞(圖2d),在地表形成大量褶皺、斷裂及逆沖推覆構(gòu)造,導(dǎo)致早期巖石發(fā)生變質(zhì)作用,同時(shí)有新的花崗質(zhì)巖漿侵入(D2)。⑤530~460 Ma(圖2e),進(jìn)一步的擠壓作用導(dǎo)致地殼加厚,達(dá)馬拉構(gòu)造帶開始隆升,熱效應(yīng)增強(qiáng),變質(zhì)變形活動(dòng)再次覆蓋早期巖石并發(fā)育大量花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)(D3)。與此同時(shí),在結(jié)晶分異和同化混染作用的共同影響下,淡色花崗巖及花崗偉晶巖中發(fā)育大量富U 礦物,并在有利部位形成了多處鈾礦床。

圖2 達(dá)馬拉造山帶形成過程示意圖(據(jù)Miller,2008;Anthonissen,2009 修改)Fig.2 The formation process of Damara orogenic belt

6 達(dá)馬拉帶內(nèi)部鈾礦化特征

達(dá)馬拉造山帶內(nèi)主要有白崗巖型和鈣結(jié)巖型2種類型的鈾礦床,前者是達(dá)馬拉造山期后的富U 巖漿和熱液在有利的部位疊加富集成礦,以R?ssing 鈾礦、Husab 鈾礦等為代表(高陽等,2012;左立波等,2017;Shanyengana et al.,2020);后者是富鈾巖石在長(zhǎng)期的干旱氣候條件下,經(jīng)過風(fēng)化剝蝕所形成,其分布也與白崗巖型鈾礦密切相關(guān),以Langer Heinrich 鈾礦、Trekkopje 鈾礦為代表(顧大釗等,2016;陳秀法等,2021)。區(qū)內(nèi)鈾礦床以規(guī)模大、品位低、露天開采聞名于世。達(dá)馬拉造山帶內(nèi)白崗巖型鈾礦的控礦因素較多且特征十分明顯,其中構(gòu)造、巖漿巖和地層為主要的控礦要素,后期熱液活動(dòng)導(dǎo)致的熱液疊加作用,對(duì)其成礦作用影響也十分顯著(高陽等,2012;王生云,2013;陳金勇等,2014;范洪海等,2015;左立波等,2017;Shanyengana et al.,2020;黃冉笑等,2021)。

6.1 控礦要素

達(dá)馬拉造山帶內(nèi)的鈾礦床主要分布于穹窿構(gòu)造邊緣及北東-南西斷裂的兩側(cè),構(gòu)造活動(dòng)與鈾礦化分布密切相關(guān)。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的斷裂破碎帶、構(gòu)造轉(zhuǎn)向處、剪切拖曳帶、地層薄弱處、脆性-韌性剪切帶及穹窿構(gòu)造等區(qū)域?yàn)閹r漿遷移和花崗巖侵位提供了重要通道,尤其是晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中,對(duì)早期構(gòu)造變質(zhì)變形進(jìn)行疊加,是最為有利的控礦構(gòu)造(Miller,1983a;Oliver,1994;Anderson et al.,1997;Poli et al.,2001;Kisters et al.,2004;Ward,2009)。

達(dá)馬拉造山帶內(nèi)的鈾礦化與白崗巖密切相關(guān),成礦期主要集中在造山運(yùn)動(dòng)晚期及后期。因此,碰撞造山期后(D3)產(chǎn)生的D、E 型白崗巖對(duì)鈾礦化具有直接指示意義,而其他白崗巖,尤其是俯沖碰撞期以前的花崗巖則未發(fā)生鈾礦化,可見鈾礦化巖體具有一定專屬性(表1)(陳金勇,2014)。

表1 達(dá)馬拉造山帶內(nèi)主要鈾礦產(chǎn)出層位特征表Tab.1 Characteristics of main uranium mineralization horizons in Damara orogenic belt

達(dá)馬拉造山帶內(nèi)的鈾礦床中賦礦白崗巖主要侵入于Khan 組與R?ssing 組或Khan 組與Chuos 組的接觸帶(表1)(Nex,1997;Freemantle,2010;陳金勇等,2014,2017;黃冉笑等,2021),鈾礦化受到地層控制特征明顯。這主要是由于地層接觸部位為構(gòu)造薄弱處,利于巖體侵位及就位,同時(shí)富碳酸鹽巖及大理巖地層可能在巖漿烘烤下發(fā)生脫碳效應(yīng),促進(jìn)U 元素的富集沉淀(陳金勇等,2017)并最終成礦。

6.2 流體特征

流體包裹體研究顯示,達(dá)馬拉造山帶內(nèi)白崗巖中主要存在2 期成礦流體,早期為高溫低鹽度熱液,溫度大多為470~530 ℃,鹽度ω 為3.55~9.60 wt%NaCl(均值為6.14 wt%NaCl),屬巖漿晚期(主成礦期)熱液。晚期為中-低溫低鹽度熱液,溫度集中于150~220 ℃,鹽度ω 為4.65~19.05 wt%NaCl(均值為11.5 wt%Na-Cl),為后期(疊加改造期)的熱液(陳金勇,2014;范洪海等,2015)。

6.3 成礦物質(zhì)來源

對(duì)于達(dá)馬拉造山帶內(nèi)鈾礦化的成礦物質(zhì)來源存在較大爭(zhēng)議,早期認(rèn)為其成礦源巖為變沉積巖,即富U 沉積巖在變質(zhì)改造過程中導(dǎo)致U 富集沉淀成礦(Smith,1965;Barnes et al.,1978)。后期隨著研究的深入,對(duì)白崗巖為成礦源巖逐步達(dá)成共識(shí)(Marlow,1981;Brynard et al.,1988;Nex et al.,2001),但對(duì)于白崗巖的成因仍存在一定爭(zhēng)議。Brynard 等(1988)認(rèn)為礦化白崗巖是紅色花崗巖熔融的產(chǎn)物,是早期未發(fā)生熔體抽離的富U 基底在深部重熔而形成的。Nex 等(2001)和陳金勇等(2014)則認(rèn)為富U 的前達(dá)馬拉基底是白崗巖型鈾礦主成礦期的成礦物質(zhì)來源。黃冉笑等(2021)通過對(duì)E 型偉晶巖礦物組成和化學(xué)性質(zhì)演化規(guī)律的研究認(rèn)為成礦花崗偉晶巖是同化混染與分離結(jié)晶共同作用的結(jié)果,并推測(cè)巖漿演化過程中基性組分(FeO、MgO、TiO2)的混入直接影響到相關(guān)U 元素的沉淀富集。陳金勇等(2017)初步判斷后期熱液中U 主要來源于原生鈾礦物的再分配。

6.4 成礦模式

基于對(duì)R?ssing 鈾礦、Husab 鈾礦及Valencia 鈾礦等典型鈾礦床的研究,前人依據(jù)控礦因素的不同提出多種達(dá)馬拉造山帶鈾礦的成礦模式,早期主要包括3 種。①地層成因說,依據(jù)鈾礦化主要分布在R?ssing組與Khan 組或Khan 組與Chuos 組接觸界線附近(Jacob,1974;Marlow,1981)。②構(gòu)造成因說,依據(jù)鈾礦化主要產(chǎn)于斷裂構(gòu)造兩側(cè)、穹隆構(gòu)造邊緣或穹隆的轉(zhuǎn)折部位等(Kinnaird et al.,2007;高陽等,2012;陳金勇等,2013)。③巖漿成因說,依據(jù)鈾礦主要產(chǎn)出于白崗巖體附近或白崗巖體即為礦體(Berning et al.,1976;Nex et al.,2001;陳金勇,2013)。由于不同礦床所體現(xiàn)出的主要控礦特征不盡相同,其成因模式亦存在較大差異,但綜合來看達(dá)馬拉造山帶內(nèi)鈾礦的形成更可能是巖漿-構(gòu)造-地層等多重因素共同耦合的結(jié)果(高陽等,2012;陳金勇等,2013;Corvino et al.,2013;黃冉笑等,2022),前達(dá)馬拉變質(zhì)基底提供鈾物質(zhì)來源;地層與構(gòu)造多因素控礦,多期次構(gòu)造事件形成的斷裂和穹窿分別為含U 巖漿的運(yùn)移和結(jié)晶沉淀創(chuàng)造了通道和空間,變沉積層內(nèi)不同地層間氧化/還原屬性的轉(zhuǎn)變?yōu)閹r漿內(nèi)U 元素的結(jié)晶沉淀和富集提供有利條件;后期熱液作用導(dǎo)致早期鈾礦體發(fā)生活化運(yùn)移,在斷裂破碎帶重新富集成礦(圖3)。

圖3 達(dá)馬拉造山帶鈾礦成因模式圖(據(jù)Corvino et al.,2013 修改)Fig.3 Genetic model of uranium deposits in the Damara orogenic belt

基于以上認(rèn)識(shí),前人進(jìn)一步細(xì)化其成因模式(Corvino et al.,2013;陳金勇等,2014;范洪海等,2015;孫宏偉等,2020;黃冉笑等,2022),即在達(dá)馬拉碰撞造山過程中由前達(dá)馬拉基底和達(dá)馬拉變沉積巖發(fā)生部分熔融首先形成斑狀花崗巖、黑云母花崗巖和A、B、C、F 型白崗巖(550~540 Ma)。隨著軟流圈的上涌(510~500 Ma),由前達(dá)馬拉富U 基底重熔形成的巖漿(也受分離結(jié)晶作用影響),沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移,侵入并就位于R?ssing 組與Khan 組或Khan 組與Chuos 組接觸部位(D、E 型富U 白崗巖),這些富含還原物質(zhì)和大理巖的地層形成有效的氧化/還原障,導(dǎo)致U 元素的富集沉淀,也是區(qū)內(nèi)鈾礦化的主要時(shí)期。約150 Ma,由于熱液活動(dòng)導(dǎo)致部分U 發(fā)生活化運(yùn)移,在斷裂破碎帶等有利部位富集形成瀝青鈾礦、脈狀鈾石等鈾礦物。對(duì)于鈣結(jié)巖型鈾礦,則主要是由于新生代以來地殼抬升,富U 地層和白崗巖體遭受風(fēng)化剝蝕,并受地表水淋濾,沉淀固結(jié)形成硅鈣鈾礦、釩鉀鈾礦等次生鈾礦物。

7 典型礦床

7.1 Huseb 鈾礦

Husab 鈾礦位于納米比亞共和國(guó)中西部Erongo 行政區(qū)Swakopmund 市東約50 km 處,為中廣核集團(tuán)控股的海外大型鈾礦床,鈾資源量可達(dá)30 萬t(以U3O8計(jì))(榮建鋒等,2016;張懷峰等,2018)。

礦區(qū)內(nèi)地層主要為Nosib 群Khan 組,Swakop 群R?ssing 組、Chuos 組、Karibib 組和Kuiseb 組(圖4)。礦區(qū)內(nèi)侵入巖主要以白崗巖為主,主要發(fā)育B、C、D、E 和F 型白崗巖(Nex,1997)。礦化巖體主要侵入Khan 組與R?ssing 組不整合接觸帶及其上部的R?ssing 組內(nèi),少量侵入Chuos 組內(nèi)。礦體主要產(chǎn)出于D 和E 型白崗巖內(nèi)部,鋯石U-Pb 數(shù)據(jù)顯示其成巖成礦時(shí)代為(496±4.1)Ma(Cross et al.,2009)。

圖4 Husab 鈾礦Ⅰ號(hào)礦體剖面示意圖(據(jù)榮建鋒等,2016 修改)Fig.4 Geological section of Zone 1 in Huseb uranium deposit

礦體主要賦存于背斜轉(zhuǎn)折端,呈似層狀、脈狀或透鏡狀,延伸方向大致與地層的走向或?qū)永砥叫校瑳]有明顯的變形特征(榮建鋒等,2016;張懷峰等,2018)。礦化蝕變主要包括高嶺土化、蛇紋石化、絹云母化和綠泥石化等(劉晨陽,2016)。

Husab 鈾礦中鈾主要呈獨(dú)立鈾礦物形式存在,鈾礦物形式為鈾的氧化物、鈾鈦氧化物及鈾硅酸鹽等,少量以類質(zhì)同象的形式存在于釷礦物內(nèi)。礦區(qū)內(nèi)主要原生礦石礦物為晶質(zhì)鈾礦,其次為少量的釷鈾礦、鈦鈾礦和鈮鈦鈾礦,后期熱液作用形成的礦石礦物主要為鈾石,其次為硅鈣鈾礦和黃硅鉀鈾礦(Freemantle,2010;黃冉笑等,2021,2022)。

Husab 鈾礦為典型的白崗巖型鈾礦床,后期遭受不同程度的熱液疊加成礦和熱液蝕變,是達(dá)馬拉造山期內(nèi)花崗質(zhì)巖漿同化混染與分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物(Freemantle,2010;黃冉笑等,2021,2022)。

7.2 R?ssing 鈾礦

R?ssing 鈾礦是世界上規(guī)模最大、開采時(shí)間最長(zhǎng)(自1975 年至今)的露天鈾礦床之一,礦床位于納米布沙漠中,在Swakopmund 市北東約60 km 處(韓軍等,2021)。R?ssing 鈾礦床具有儲(chǔ)量大(2.81 萬t)、品位低(平均品位為0.03%)、可露采等特征(Berning et al.,1976;張曉康等,2015)。

R?ssing 鈾礦床位于R?ssing 穹窿南部,礦區(qū)出露地層主要為R?ssing 組、Khan 組、Etusis 組(圖5)。礦區(qū)內(nèi)侵入巖主要以白崗巖為主,主要發(fā)育A~F 型白崗巖。原生鈾礦化和大部分次生礦化都集中產(chǎn)于D型白崗巖中,其成巖成礦年齡為(510±3)Ma(Basson et al.,2004)。白崗巖脈(礦體)寬度由幾厘米到90 m 不等,呈脈狀或不規(guī)則的透鏡狀。礦化蝕變主要包括硅化、絹云母化、黃鐵礦化、綠泥石化、伊利石化和高嶺土化等(韓軍等,2021)

圖5 R?ssing 鈾礦地質(zhì)圖(據(jù)Berning et al.,1976 修改)Fig.5 The geological map of R?ssing mine

礦區(qū)內(nèi)鈾的賦存形式以獨(dú)立鈾礦物為主,其中晶質(zhì)鈾礦、釷鈾礦和鈦鈾礦等原生鈾礦物約占69%,多為全自形或半自行晶粒狀結(jié)構(gòu),浸染狀構(gòu)造;反應(yīng)邊狀鈾石、鈾釷石、瀝青鈾礦、釩鉀鈾礦和硅鈣鈾礦等次生鈾礦物約占31%,多呈隱晶結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu),脈狀構(gòu)造(Abrahams,2009)。

R?ssing 鈾礦為白崗巖型鈾礦床的典型代表,是在達(dá)馬拉造山期巖漿形成演化階段,由結(jié)晶分異作用形成鈾預(yù)富集,而后在造山期后韌性變形作用下白崗巖再次重熔富集成礦(Corvino et al.,2013;韓軍等,2021)。

8 結(jié)論

(1)達(dá)馬拉造山帶形成于750~460 Ma,主要經(jīng)歷板內(nèi)裂谷期(750 Ma)、持續(xù)擴(kuò)張期(730~600 Ma)、洋陸俯沖期(580~560 Ma)、俯沖碰撞期(550~540 Ma)及碰撞晚期(530~460 Ma)5 個(gè)階段。

(2)達(dá)馬拉造山帶內(nèi)的鈾礦化與白崗巖密切相關(guān),且成礦專屬性特征明顯。俯沖碰撞期以前的白崗巖則未發(fā)生鈾礦化,而碰撞造山期后(D3)產(chǎn)生的D、E型白崗巖對(duì)鈾礦化具有直接指示意義。

(3)達(dá)馬拉造山帶內(nèi)原生鈾礦化主要形成于510~490 Ma,富U 的前達(dá)馬拉基底是白崗巖型鈾礦主成礦期的成礦物質(zhì)來源,成礦母巖漿是同化混染與分離結(jié)晶共同作用的結(jié)果,并適當(dāng)混入中基性組分,在構(gòu)造薄弱處富集沉淀成礦。

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