1、第 卷 第 期 年 月地 质 通 报 .,.,收稿日期:;修订日期:资助项目:中国地质调查局项目河北省小河子矿集区深部找矿预测(编号:)和天津华北地质勘查局 类科研项目地质信息三维可视化数据库建设(编号:)作者简介:王建青(),男,工程师,从事铀及多金属矿产地质勘查工作。:.通信作者:刘高杰(),男,高级工程师,从事区域地质矿产调查和矿产勘查工作。:.:.河北省沽源县张麻井铀钼矿“三位一体”找矿预测地质模型 王建青,刘高杰,董帅,刘洋,刘建权,王鹏飞,王纪昆,刘战鹏,洪文武,李松彬,徐如磊,刘钧沅,赵鹏,孙培周,.天津华北地质勘查总院,天津;.天津华北地质勘查局核工业 大队,天津.,;.,摘要
2、:河北张麻井铀钼矿是沽源红山子铀成矿带上典型的次火山热液型矿床。通过对矿床成矿地质体、成矿构造与成矿结构面及蚀变特征、流体包裹体和同位素特征等成矿作用特征标志的总结研究,构建出矿区“三位一体”找矿预测模型。模型指出,早白垩世在断裂活动条件下,地幔源成矿热流体混合大气降水上升,活化基底老岩体和中生代酸性岩中的、等元素,交代沉淀形成浸染状低品位矿化;喜马拉雅期,成矿热液沿岩体上下盘的构造裂隙带运移沉淀,形成脉状铀钼矿化;脉状矿化与浸染状矿化叠加,最终形成张麻井富铀矿体。模型的建立为成矿带取得找矿突破奠定了坚实基础。关键词:铀钼矿;成矿地质体;三位一体;找矿预测模型;矿产勘查工程;河北中图分类号:.
3、;.文献标志码:文章编号:(),“”,():,.,“”.,.,.:;河北张麻井矿床是中国目前发现的最大的铀钼伴生矿床,品位高,矿量集中,选冶性能好,潜在经济价值大(沈光银,;陈东欢等,)。近年来,学者们对张麻井矿床的研究较广泛。罗毅()从矿床构造矿化垂向分带性研究出发,总结了矿床 期铀预富集和 期铀矿化形成的成矿模式;孟艳宁等()以矿床的铀钼矿物学特征研究为切入点,查明了矿床中铀的存在形式以独立的铀矿物形式存在,包括沥青铀矿和铀石,以类质同相的形式存在于胶硫钼矿中,以吸附状态存在于基质、裂隙及铀钼矿物的边缘;巫建华等()从矿床围岩 锆石 定年角度出发,证实了矿床赋矿流纹岩、流纹斑岩和石英斑岩是
4、同期岩浆活动的产物,铀矿体赋存在流纹斑岩、石英斑岩与流纹岩的接触带附近,暗示同期次火山岩与火山岩的接触带附近是有利的赋矿空间;朱斌等()对矿床 同位素开展研究,揭示了矿床成矿流体具有幔源和壳源混合的特点。但是对于区内的找矿预测模型,目前研究较少,且区内找矿方法,尤其是针对深部找矿,仍然侧重于“就矿找矿”,未建立基于找矿预测为目的成矿地质体、成矿构造与成矿结构面、成矿作用特征标志的“三位一体”找矿预测地质模型。本文在前人研究的基础上测试了矿石硫化物的硫铅同位素,进一步研究矿床的成矿物质来源,结合近两年的野外调查工作,系统总结了张麻井矿床“三位一体”成矿特征,构建张麻井铀钼矿找矿预测地质模型,并进
5、行示范应用,取得了一定的找矿突破。模型的成功建立,为进一步指导矿山外围找矿提供了重要支撑,为破解成矿带长期无法取得新的突破提供了重要借鉴。区域地质背景张麻井铀钼矿地处华北板块北缘、内蒙地轴中段,大地构造单元属张家口火山盆地,成矿区带归属于沽源红山子铀成矿带(图)。该成矿带西起沽源县,东至克什克腾旗,呈北东向带状展布,带内火山活动较频繁,构造作用强烈(薛伟等,)。区域地层具有典型的二元结构,基底为新太古界古元古界变质岩和华力西期花岗岩,盖层为中新生代火山岩系盖层。红旗营子群原岩属火山沉积建造类型,是铜铅锌金银矿的有利围岩(许洪才等,)。华力西期岩体零星分布,岩性主要为石英闪长岩、花岗闪长岩、花岗
6、岩、斑状花岗岩、石英正长岩等。中新生代张家口组火山岩直接覆盖于古老基底或晚古生代花岗岩之上,主体为一套酸性、中酸性火山碎屑岩。矿床类型主要为火山热液型铀钼矿、岩浆热液型铅锌银矿(杜俐等,;许洪才等,)。矿区地质特征矿区出露地层以张家口组三段岩为主,张家口组二段岩次之(图)。其中,张家口组二段岩性为粗面岩,与上覆地层呈断层接触,主要分布在矿区北部;张家口组三段以流纹岩和流纹质角砾凝灰岩为主,呈带状分布,为矿区主要含矿地层,含矿层厚度可达 。张家口组三段岩共分为 层 个喷发韵律,每个韵律从喷发凝灰岩、角砾凝灰岩、熔结凝灰岩到溢流相流纹岩结束(陈国能等,)。岩石富硅(含量 )、富钾(含量)、富 和(
7、含量.,含量.),贫钙、铁、镁、钠。区内断裂构造发育,分为北东(北北东)向和北西向 组。矿区次流纹斑岩体发育于北东向 断裂与北西向 断裂交会部位的火山通道中,呈弯曲的透镜状侵入于张家口组三段。岩石具斑状结构,块状构造;斑晶成分主要为钾长石、斜长石、石英,副矿物有钛铁矿、鳞铁矿等;基质为隐晶结构。次流纹斑岩体呈向南西突出的弧状产出,北东 倾向,顶部发育隐爆角砾岩,角砾状构造。铀钼矿化主要受次流纹斑岩体控制,钼矿化范围大于铀矿化(图),并在隐爆角砾岩发育部位形成富矿体(方茂龙等,)。张麻井铀钼矿矿体产状上与次流纹斑岩体产状一致,另有部分矿体受次流纹斑岩体及火山窿起边部地层双重控制,其产状在层位中发
8、生变化,与岩层产状近乎一致,呈现出侧伏特征。矿体形态多地 质 通 报 年图 张麻井铀钼矿区成矿区带划分图()、矿区地质略图()及 号勘探线剖面图()(据王建青等,修改).(),().()安山岩;流纹质角砾熔岩及熔岩角砾岩;流纹质角砾凝灰岩夹沉凝灰岩;细纹状流纹岩及流纹质熔结凝灰岩;流纹质弱熔结角砾凝灰岩夹沉凝灰岩;蚀变钾质流纹岩局部角砾熔岩;细纹流纹岩及部分流纹质晶屑凝灰岩;流纹质熔结凝灰岩及晶屑凝灰岩;风化粗面岩;粗面质沉凝灰岩;蚀变粗面岩;次流纹斑岩;石英斑岩;构造破碎带;硅化角砾岩带、硅化带;钻孔位置及编号样,主要为柱状、筒状、脉状、镰刀状、透镜状等(图)。岩体的变异部位不同,岩石物理机
9、械性能、化学条件存在差异,导致矿化富集程度不同,矿体沿走向及倾向表现出陡、缓、厚、薄等差异,个别矿体出现尖灭、再现、分支复合等特征。矿石类型分为黑色浸染状矿石和红色脉状矿石。矿石矿物主要为沥青铀矿、胶硫钼矿、辉钼矿、黄铁矿,其次为闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、“铀矿物”(铀石、铀黑、硅钙铀矿等)(图版)。脉石矿物以萤石、水云母、石英、绿泥石为主。矿石结构为球粒结构、胶状结构及交代残余结构;构造以浸染状构造、脉状构造、网脉状构造为主。样品采集与分析用于本次硫铅同位素研究的样品全部采自张麻井矿区正在开采的矿体。硫同位素测试矿物为黄铁矿(表),铅同位素测试矿物为黄铁矿与闪锌矿(表)。样品制备在河北省区域地
10、质矿产调查研究所实验室完成,将岩石新鲜矿样品放在玛瑙研钵中手工逐级破碎,过筛至 目,清洗烘干后在双目镜下多次重复挑选出黄铁矿、闪锌矿等单矿物,纯度大于,重量 以上。样品分析在北京锆年领航科技有限公司完成,硫同位素分析仪器为美国热电公司的 元素分析仪,采用,和 三种国际标准物质,分析精度优于.。铅同位素组成的测定,仪器为耶拿 激光剥蚀系统,全部采用静态方式。在测试样品之前,使用 标准溶液对 进行参数优化,包括等离子体部分和离子透镜参数,以达到最大灵敏度。化学分离后的第 卷 第 期 王建青等:河北省沽源县张麻井铀钼矿“三位一体”找矿预测地质模型图版.绢英岩化和黄铁矿化与辉钼矿共生(反射光);.钾化
11、区域含有硅钙铀矿(电子探针背散射照像);.晶质铀矿存在于萤石颗粒中(电子探针背散射照像);.黄铁矿与水云母细脉伴生,沿细脉分布(正交偏光);.硅化脉与萤石脉切割关系;.方解石脉切割硅化脉样品用 溶液引入质谱,使得的信号强度为 左右,使用自由雾化器进样方式。样品测试完成后,使用 溶液清洗进样系统,然后开始下一个样品的测量。铅同位素比值采用.进行指数归一化校正。矿床“三位一体”成矿特征.成矿地质体张麻井铀钼矿矿体空间分布严格受控矿因素制约,主要分布于张家口组三段岩和次流纹斑岩中,产状大致与次流纹斑岩体产状一致。次流纹斑岩体和外接触带张家口组三段流纹岩是矿体分布的主要载体,远离次火山岩体,矿化很快变
12、差或消失,进一步说明次流纹斑岩与铀钼矿化在空间上密切关联。矿区次流纹斑岩岩石化学特征是高硅富钾,平均含量较高,而流纹岩较低,次流纹斑岩的 含量较高,是有利的铀源层(体)。次流纹斑岩较高的、含量表明,该区成矿物质铀主要来源于次流纹斑岩。次流纹斑岩既是成矿母岩,又为矿床的形成提供了热源和流体,为矿区成矿地质体。李耀菘()通过传统 同位素测年,获得黑色浸染状矿石 同位素等时线模式年龄.;红色脉状矿石 同位素等时线模式年龄.。夏毓亮等()利用矿石水云母 法测定同位素年龄为;个沥青铀矿 法测定结果显示,个表观年龄平均为.,个样品表观年龄平均为.,与李耀菘()获得的浸染状铀矿石、脉状矿化矿石形成时代相当。
13、罗毅()获得含矿次流纹斑岩体全岩 同位素年龄为.,初始比值为.,具有壳源重熔成因特点;次流纹斑岩体中存在 种锆石,同位素年龄测定结果表明,岩浆成因长柱状无色透明锆石的年龄为.,为早白垩世的产物,浑圆状棕色残留锆石的年龄为.,与基底变质岩系的年龄相当。巫建华等()获得赋矿流纹岩、流纹斑岩和石英斑岩的 锆石 年龄为.、.和.,指示三者应为同期岩浆活动的产物;芮国桢()获得含矿火山岩地层张家口组三段流纹岩、钾长流纹岩、碎斑流纹岩和二段粗面岩的 同位素年龄为.,指示火山喷发和次火山岩就位发生在早白垩世,是同期岩浆活动的产物。进一步验证了矿区成矿地质体为次流纹斑岩。.成矿构造与成矿结构面区域性大断裂 在
14、区域上控制了张家口组三段地层的展布。断裂及其次级 等断裂构造交会控制了该区火山岩体及次火山岩体的侵入,同时也控制了矿体的产出部位及产状,为矿区成矿构地 质 通 报 年表 张麻井矿区矿石硫同位素组成 样品编号测试对象 数据来源浸染状矿石脉状矿石黄铁矿.黄铁矿黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.方铅矿.黄铁矿.黄铁矿.沈光银,浸染状矿石黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.刘学武等,脉状矿石黄铁矿.黄铁矿.方铅矿.黄铁矿.刘学武等,浸染状矿石黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.本文造。含矿次流纹斑岩体沿两级断裂的交会部位侵入于
15、流纹岩中时,由于压力、温度骤变,在次火山岩体的顶部形成隐爆角砾岩,同时也为成矿物质的沉淀营造了空间(郭鸿军等,)。矿床成矿结构面有构造破碎带和侵入体接触面 种,是矿体赋存的主要部位。次火山岩体与围岩的侵入接触带是该类矿床的原生成矿结构面。构造破碎带为次生成矿结构面,包括次流纹斑岩体后期地质作用形成的断裂构造及其次级断裂带。次火山岩多铀钼多金属矿化的控制最明显,铀钼矿体赋存于次流纹斑岩体的膨胀、分支部位、顶部隐爆角砾岩及岩体内外接触带,次岩体内部构造裂隙群也是主要的铀钼矿体产出部位。.成矿作用特征标志.围岩蚀变特征矿床围岩蚀变主要为水云母化、绿泥石化、蒙脱石化、紫黑色萤石化、硅化、钾长石化、高岭
16、土化等。水云母化现象较普遍,多为面状蚀变,且伴随有黄铁矿化和赤铁矿化现象(图版);硅化往往与萤石伴生(图版);方解石化往往发育最晚,多在硅化、萤石化之后形成,常见方解石脉充填裂隙、切割早期形成的萤石脉、硅化脉(图版)。总体来说,矿区铀矿化发育在火山岩蚀变作用强烈部位,并以构造角砾岩、隐爆角砾岩、强蚀变火山岩形式产出,角砾之间的裂隙是蚀变流体赋存的场所,并沿着裂隙交代原岩,带入成矿物质。矿床围岩蚀变类型早期以绢云母化钾化褐铁矿化粘土化为主,成矿期以硅化黄铁矿化萤石化水云母化为主,后期发育方解石化,蚀变流体具有多期次特征(陈东欢等,)(图)。.流体包裹体特征矿体中萤石、石英流体包裹体的研究表明(王
17、建青等,),流体均一温度变化不大,范围为.,主要集中在 ,平均温度为.。流体盐度范围为.,主要集中在.,平均盐度为.。流体密度范围 为.,主 要 集 中 在.,平均密度为.。流体包裹体特征显示,成矿流体以中低温、中低盐度流体为主,成矿热液以大气降水或主要由大气降水补给的地下水热液所形成(王建青等,)。.氢氧同位素特征矿体石英 值为.,平均值为.,值为.,平均值为.,与基底红旗营子群及张家口组三段流纹岩、凝灰岩中氢氧同位素组成相近(张振强,;刘学武等,),矿石中 部分样品值比原岩次第 卷 第 期 王建青等:河北省沽源县张麻井铀钼矿“三位一体”找矿预测地质模型表 张麻井矿区矿石铅同位素组成及特征参
18、数 样品编号测试对象年龄 数据来源基底围岩黑云角闪斜长变粒岩.黑云角闪斜长变粒岩.黑云角闪斜长变粒岩.黑云角闪斜长变粒岩.黑云角闪斜长变粒岩.硅线石斜长变粒岩.黑云角闪斜长变粒岩.熔结凝灰岩.角砾凝灰岩.流纹质凝灰岩.角砾凝灰岩.角砾凝灰岩.次流纹斑岩.李耀菘,矿体黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.黄铁矿.闪锌矿.本文流纹斑岩大,部分样品值比原岩小,说明成矿热液有岩浆热液成分(王宝德等,);计算得出的成矿 流 体 值 为.,平 均 值 为.,投影图显示成矿流体主要来自大气降水,成矿热液主要为大气降水热液并伴随岩浆热液混合而成(王建青等,)。.硫铅同位素特征()硫同位素特征
19、结合前人资料,本次对矿区的 件硫同位素进行统计研究。总体 范围为.,平均值.,主要集中在(表;图)。依据分析结果,矿区硫同位素组成可分为 组,一部分与细脉角砾状矿石有关,范围为.,基本为负值,极少数为正值,主 要 集 中 在.,平 均 值 为.,认为硫主要为地层硫中生物成因(细菌还原海水硫酸盐,)硫化物(图);另一部分范围为.,正负值参半,平均值为.,与浸染状矿石有关,部分硫化物的 集中在 值附近,与陨石硫相似,表现出矿床中部分硫为岩浆来源(沈光银,)。刘学武等()认为,在氧逸度不高的情况下,单纯从原始岩浆硫形成 值变化这样大、富集 这样多的硫化物实际不可能。因此矿床的主要硫源为地层硫,成矿物
20、质主要来源于基底岩石和火山岩围岩。()铅同位素特征根据前人研究成果,基底红旗营子岩群的 范 围 为.,平 均 值 为.;范围为.,平均值为.;范围为.,平均值为.。围岩张家口组火山岩及次流纹斑岩地 质 通 报 年图 张麻井矿床流体多期次蚀变分带示意图(据陈东欢等,修改).脉状矿体蚀变分带;浸染状矿体蚀变分带;流纹质角砾凝灰岩夹沉凝灰岩;细纹状流纹岩及流纹质熔结凝灰岩;流纹质弱熔结角砾凝灰岩夹沉凝灰岩;硅化带;蒙脱石化带;赤铁矿绿泥石化带;水云母化带;萤石化带;钾长石化带;地质界线图 张麻井矿床硫同位素组成直方图.的 范围为.,平均值为.;范围为.,平均值为.;范围为.,平均值为.(表)。本次测
21、试矿体铅同位素样品 件,利用 软件(路远发,)计算获得样品中铅同位素参数(表)。结果表明 范围为.,平均值为.,极差为.;范围为.,平均值为.,极差为.;范围为.,平均值为.,极差为.。种介质的铅同位素组成十分相似,说明它们具有相似的演化特点。在铅构造环境判别图解中,矿石铅主要投影在上地壳铅区、造山带铅区和地幔铅区内(图),绝大多数矿石铅投影点落在造山带与地幔之间,显示出向地幔方向集中的趋势(图),表明矿床的铅具有多源特点,成矿物质主要来源于地幔或上地壳,落在造山带线附近的样品代表了深源与浅源的混合(沈阳等,)。铅同位素 值的变化同样能反映铅的来源,高 值(大于.)的铅一般来自、相对富集的上部
22、地壳,对 值而言,来自上地壳的 值为.,来自地幔的 值为.(.,;吴开兴等,)。张麻井矿床矿石铅同位素 值普遍较小,集中变化于.之间(单个样品 值为.),平均值为.;值介于.之间,平均值为.。低 值、低 值表明矿床铅同位素主要来自地幔源。“三位一体”找矿预测地质模型通过上述研究,结合野外调查,总结了张麻井铀钼矿成矿模式,即找矿预测地质模型(图)。矿区基底为古元古界红旗营子群变质岩系,经历了长期地质构造演化史,形成了富钾质混合岩化中心,使 等成矿元素活化转移,并初次富集,含量由.增至,构成第 卷 第 期 王建青等:河北省沽源县张麻井铀钼矿“三位一体”找矿预测地质模型图 张麻井矿床硫同位素组成分布
23、.了富 基底矿源层,为成矿火山岩盖层的形成和铀成矿提供了物质来源。中生代太平洋欧亚大陆俯冲作用造成强烈的板块运动,导致基底岩系的钾质混合岩层发生壳源重熔作用,酸性火山岩浆沿 断裂构造上升,形成张家口期酸性火山岩盖层,过程中,等成矿元素再次活化富集,含量增至,构成了铀矿化的直接矿源层(张明林等,;薛伟,)。早白垩世张家口期酸性火山岩浆喷发活动期后,在 断裂带及其衍生的 等次级断裂交会部位,产生成矿地质体次流纹斑岩体的侵位,并在岩体顶部发生隐爆作用,形成隐爆角砾岩(张明林等,;王建青等,)。与此同时,幔源成矿热流体伴随岩浆活动沿构造带不断上移,混合大气降图 张麻井矿床中矿石铅同位素构造环境判别图解
24、.图解;图解;地幔;造山带;上地壳;下地壳水,活化基底岩体和中生代盖层中的、等成矿元素,在斑岩体上部成矿有利空间交代沉淀,形成浸染状低品位矿化(沈光银,)。喜马拉雅期,受强烈的拉张伸展及区域广泛的幔源玄武岩浆活动的双重影响,成矿构造表现出继承性张性复活特征,在断层上盘形成层间密集裂隙带,又连通深部玄武岩浆室,促使深源热流体沿断裂带上升与地下水混合,形成富含、等成矿元素的热水溶液,沿成矿结构面运移和沉淀,形成脉状高品位矿化。脉状矿化与早期浸染状矿化叠加部位最终形成张麻井富铀矿体(姜山等,;张明林等,;王瑞军等,;王建青等,)。结 论()河北省沽源县张麻井铀钼矿区成矿地质体为次流纹斑岩,成矿构造为
25、 断裂及其次级 等断裂构造,成矿结构面主要为侵入体接触界面、构造破碎带,成矿作用特征标志为水云母化、硅化、紫黑色萤石化、钾长石化等。()硫铅同位素研究表明,矿区主要硫源为地层硫,硫同位素来源于基底岩石和火山岩围岩,铅同位素主要来自地幔源。()找矿预测地质模型显示,早白垩世,成矿地质体沿成矿构造侵位,并伴随地幔源成矿热流地 质 通 报 年图 张麻井铀钼矿床“三位一体”成矿模式图(据黄志新等,;王建青等,修改).“”义县组安山岩;张家口组三段角砾凝灰岩、流纹岩;张家口组二段粗面岩;张家口组一段角砾凝灰岩;汉诺坝玄武岩;次流纹斑岩;钾质混合岩;浸染状铀矿化;脉状铀矿体;流体运移方向体和大气降水上升活
26、化基底及盖层中的、等元素,在斑岩体上部有利空间交代析出,形成浸染状低品位矿化;喜马拉雅期,成矿构造作用致使深源热流体沿断裂构造上升与地下水混合,沿成矿结构面运移沉淀,形成脉状铀钼矿化。脉状矿化与浸染状矿化叠加部位最终形成张麻井富铀矿体。致谢:衷心感谢项目组全体成员在野外工作和室内整理过程中的大力支持,课题实施过程中得到了中国地质调查局发展研究中心庞振山、程志中、颜廷杰及中国地质科学院叶会寿和河北省地质调查院肖文暹等专家、教授的指导,论文撰写得到吉林大学地球科学学院田楠博士的支持,课题二级项目团队及审稿专家对本文提出了宝贵意见,在此一并致以衷心的感谢。注释王建青,于达,张翔君,等.河北省小河子矿
27、集区深部找矿预测课题成果报告.天津华北地质勘查总院,.参考文献 ,.,:.陈东欢,范洪海,王风岗,等.沽源红山子铀多金属成矿带多元同位素示踪 中国核学会 年学术年会论文集第 册(铀矿地质分卷).中国核学会,:.陈东欢,范洪海,王凤岗,等.沽源红山子地区火山岩型铀矿床蚀变特征.铀矿地质,():.陈国能,邱惟,卢映新,等.陆壳多次重熔与火山岩型铀多金属矿田的形成.地学前缘,():.杜俐,沈光银,林银山.华北地台北缘火山岩型铀钼矿床找矿模型研究.地质找矿论丛,():.方茂龙,薛伟,张玉双,等.河北沽源 铀矿床主矿段矿体空间定位机制.矿床地质,():.郭鸿军,马申坤.河北省沽源县张麻井铀钼矿控矿因素分
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