龙首山成矿带位于华北地台西南缘,目前已发现4种不同类型铀矿床(点)多处,其中矿床5个、矿点或矿化点40个、异常点2 000多个,是我国西北地区重要的成矿带。经过前人工作,本区地表和浅部矿体多已被揭露,并且从不同角度对矿床和区域性铀成矿条件、矿化特征、成矿规律、构造环境、岩浆岩特征进行了较为深入的研究^{[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]},对龙首山地区铀矿资源评价工作具有积极的意义。

笔者通过介绍综合物探方法在龙首山成矿带芨岭地区不同类型铀矿的应用效果,分析总结了芨岭地区铀矿地质及地球物理特征,确定了新的找矿标志,为进一步铀矿找矿工作提供理论指导。

芨岭地区位于龙首山拱断带中段,阿拉善台隆的西南缘,其南北两侧被深大断裂所夹持,出露面积为150 km²,呈北西西走向。该岩体是以加里东中、晚期花岗岩为主的复式岩体,岩浆活动经历了比较彻底的分异过程,从早期至晚期,碱度逐渐增加,晚期热液中相对富钠,稀有元素钍、铀明显增加,为后期铀矿化形成提供了铀源,岩浆分异导致铀元素向岩体边缘部位富集。铀矿化类型主要有碱交代型、硅质脉型和碱性杂岩型。

断裂构造是龙首山成矿带铀矿化最主要的控矿要素。芨岭岩体处于芨岭穹状背斜的轴部,属应力最集中的地段,早古生代以来,断裂构造活动强烈,形成了一系列以北西西向为主的区域性断裂,如马路沟断裂、革命沟断裂等,断裂常表现为数米至数十米的片理化带或破碎带,走向上呈舒缓波状,为压扭型断裂;与北西西向断裂配套构造为近东西向压扭型断裂,如绿草沟断裂。沿成矿断裂断续分布含铀碱交代岩,其长度可达数十千米,构成了铀矿床以及大量铀矿化点均沿断裂分布的特点(图1)。

由表1可知,龙首山地区板岩表现为低阻、弱磁性;千枚岩为低阻、中弱磁性;完整大理岩、硅质大理岩、硅质角砾岩为高阻、弱磁性。混合岩为高阻、中等磁性;加里东晚期中粗粒花岗岩、中细粒花岗岩、碱性正长岩为中高阻、弱磁性;闪长岩、花岗闪长岩为高阻、中等偏强磁性;肉红色中粗粒斑状花岗岩高阻、强磁性。

硅质脉型铀矿是龙首山地区重要的矿化类型,其含矿主岩有蚀变角闪岩、硅质大理岩、硅质角砾岩及花岗岩。围岩蚀变广泛发育,以硅化、碳酸岩化、高岭土化、绢云母化、赤铁矿化及萤石化为主。矿体往往成群出现,数量较多,均沿革命沟断裂及其北西向的次级断裂分布,形态较为复杂,走向290°~310°,倾向南西,倾角约60°,绝大部分为盲矿体。典型矿床有革命沟矿床、尖山沟等矿化点。

革命沟矿床位于龙首山断隆带东段芨岭岩体北部革命沟断裂的中段(图1),出露的地层主要为中元古界墩子沟群(Pt₂dz)、新元古界震旦系韩母山群(Z₂hm)。中元古界墩子沟群分布于区内北部革命沟断裂(F₁)与北部断裂(F₂)的夹持部位,岩性主要为硅质条带大理岩、硅质角砾岩与千枚岩,其中硅质角砾岩沿革命沟断裂发育,紧靠断裂的下盘^[1];新元古界韩母山群主要分布于区内的北部与东部,岩性为灰色千枚岩、紫红色浅变质砂岩、砂砾岩;第四系主要为冲积物。侵入岩主要为加里东早期侵入的中细粒闪长岩( δ31⁃2)以及晚期肉红色中粗粒斑状花岗岩( γ33⁃2)。

区内断裂构造发育,但与成矿相关的构造主要为革命沟断裂。该断裂走向北西向,倾向南西向,倾角70°~80°,长25 km,为革命沟地段的主干构造,对成矿起主导作用,具多次活动特点,主活动期为加里东期,形成宽数米至几十米的硅质角砾岩、糜棱岩、碎裂岩等构造岩带。

革命沟矿床位于芨岭花岗岩体北部革命沟断裂的东段,是由中元古界墩子沟群大理岩构成的一个不完整倒转背斜,背斜南翼被芨岭花岗岩体破坏,北翼被北部断裂切割。矿区受革命沟断裂和北部断裂所夹持的狭长构造带控制,该带15 km,地表出露宽度170~230 m,呈上窄下宽的楔形。

革命沟矿床(图2)的矿化类型属于硅质脉型,含矿主要岩石类型为硅质角砾岩、碎裂大理岩、蚀变斜长变角闪岩和碎裂蚀变花岗岩。矿体直接被革命沟断裂所控制,次级构造(特别是革命沟断裂下盘的)则控制着中小矿体群的展布,革命沟断裂上盘的花岗岩中,只存在零星矿体。铀元素的主要存在形式为铀矿物、次生铀矿物及分散吸附态,其中铀矿物以沥青铀矿为主,与胶黄铁矿细脉和黑色硅质细脉关系密切。矿床围岩蚀变较为发育,种类多样,各种蚀变强度和分布范围有一定的差异性,主要有硅化、碳酸盐化、绢云母化、高岭土化、绿泥石化、赤铁矿化、萤石化和重晶石化等,蚀变带均沿革命沟断裂呈北西向展布。

2.2.1 革命沟矿床电阻率特征

由图3a可知,革命沟矿区视电阻率整体呈东北部低、南部平缓、中部北西向条带状高阻的特征。东北部低电阻异常区是由墩子沟组千枚岩的反映,岩石较为破碎;南部平缓异常区是由加里东晚期碱性正长岩( γ33⁃4)和斑状花岗岩( γ33⁃2)的反映;中部北西向条带状高阻体是硅质脉的反映,可以看出硅质脉整体呈北西向条带状,东部规模较小,中部最大。

革命沟矿床位于北西向条带状高阻体与南部平缓电场的分界线上,该分界线即为革命沟断裂的产出位置。矿床北侧硅质角砾岩与硅质大理岩电阻率较高,一般均大于600 Ω·m;南侧的加里东期侵入岩电性特征较为平缓,一般为200~400 Ω·m。

2.2.2 革命沟矿床磁场特征

由革命沟地区ΔT磁异常等值线图(图3b)可知,区内磁场总体呈北西向带状展布。按照磁场特征,从北向南依次可分为北部平缓正磁场带、中北部平缓负磁场带、中部椭圆状负磁场区及南部正磁异常带。

北部平缓正磁场带,磁场强度0~50 nT,异常向南部逐渐降低,其范围对应于韩母山群千枚岩,磁异常梯度较缓,反映该套地层磁性弱、变化均匀;中北部平缓负磁场带为硅质大理岩和硅质角砾岩的反映,磁场强度-50~-150 nT;中部平缓椭圆状负磁场区对应加里东期碱性正长岩,磁场强度为-50~-100 nT,磁异常等值线成椭圆状,由于西侧受革命沟断裂影响,磁场强度降至-150 nT以下;南部正磁场带为区内最为醒目的强磁异常区,磁场强度大于100 nT,而且磁场梯度较陡,呈南东宽北西窄的北西向带状横穿研究区的南部,与其他磁场区形成明显的反差,对应加里东期中粗粒斑状花岗岩。

革命沟矿床位于负磁场区,磁场强度一般在-100 nT 以下,具体位置为平缓变化弱负磁场与强负磁场的分界线富集。

陈云杰等对芨岭矿床成矿模式进行了深入研究^[1],提出了铀成矿类型为隐爆角砾岩型,该类型矿体多赋存在隐爆角砾杂岩当中,矿化与钠交代体密切相关,钠交代体的规模及破碎程度决定了矿体的产出,矿体一般为盲矿体,呈板状、透镜状,构造错动小,形态较为简单,多个矿体常呈平行雁列式排列分布。

芨岭矿床位于芨岭复背斜南翼,芨岭岩体南带与前震旦系大理岩接触带北侧,加里东期中粗粒斑状花岗岩( γ31⁃2)与中细粒闪长岩( δ31⁃2)的混染带内,构造位置处于马路沟断裂(F₁₀₁)的转弯处与变异部位的下盘,直接受马路沟断裂次级断裂(F₁₀₂)控制(图4)。

矿区出露岩石主要有前震旦系变质岩—大理岩,加里东早期石英闪长岩,加里东晚期肉红色斑状斜长花岗岩、肉红色细粒花岗岩,以及细粒花岗岩脉和辉绿岩脉。含矿主要岩性为肉红色碎裂蚀变斑状花岗岩,其次是蚀变闪长岩。

矿化类型为隐爆角砾岩型^[1,14](图4),是由于含矿高压富气、富钠热液运移至物理化学突变环境时,富气高压热液产生爆腾,碳酸铀酰络合物发生分解并卸载成矿。矿体以盲矿体为主,位于次级断裂下盘钠交代中粗粒(似斑状)二长花岗岩中,矿体与次级断裂走向一致,倾伏西南向,倾角60°~80°,单个矿体一般呈筒状、透镜状和不规则状。矿石主要为暗红色胶状结构,碎裂状、角砾状、网脉状、侵染状构造。铀元素主要以铀矿物形式和吸附状态存在,含铀矿物有沥青铀矿、富钍铀矿和少量晶质铀矿。

马路沟断裂为区域性大断裂带,总体走向310°,东西延伸超过20 km,是芨岭岩体南带碱交代型铀矿化的主要控矿断裂。在研究区范围内,马路沟断裂带由4条断裂组成:主断裂(F₁₀₁)和南部断裂、次级断裂F₁₀₂和F₁₀₁₁。

马路沟断裂控制了区内铀成矿作用,断裂上盘为钠交代角砾岩体,呈不规则小岩筒状,是含矿的主要岩性。马路沟断裂与次级断裂夹持区,岩石破碎严重,热液运移过程中形成减压区域,是铀成矿的有利构造部位;广泛发育的钠交代具有热液成矿承前启后的重要作用,铀成矿作用延续时间长,多期多阶段,并且晚期普遍叠加早期成矿作用,因此多期次热液叠加部位是形成富铀矿体的关键部位。

3.2.1 芨岭地区电阻率特征

由芨岭地区视电阻率等值线图(图5a)可以看出,该区电性异常整体呈北西向,东北部北西向条带状高阻体对应加里东晚期中细粒闪长岩( δ31⁃2),并被北东向断裂错断;中部大范围低阻区对应肉红色中粗粒花岗岩( γ33⁃1);西侧南部高阻体为古元古界龙首山群塌马子沟组(P t12t)大理岩、角闪片岩的反映。

芨岭矿床位于北西向条带状高阻体与中部平缓低阻区交接偏低阻区一侧,该分界线即为马路沟断裂的位置。断裂北东侧条带状高阻体为中细粒闪长岩( δ31⁃2),岩石较为完整;南西侧为塌马子沟组大理岩(P t12t),由于受到马路沟断裂(F₁₀₁)及其次级断裂(F₁₀₁₁)的影响,岩石破碎程度较强,整体呈低阻特征。

3.2.2 芨岭地区磁场特征

由芨岭地区ΔT磁异常等值线图(图5b)可知,磁异常呈北西走向,其强度与展布方向具明显的分区性:东北部正负磁场区,梯度较大;中部是北西向平缓变化的负磁场区;中南部为北西向条带状负磁场带及西南部强磁场区。

东北部正磁场区位于马路沟断裂北东侧,呈北西向展布,约占工作区面积的三分之一,为区内醒目的磁正异常区,磁场强度0~150 nT,基本上与加里东晚期中细粒闪长岩( δ31⁃2)、肉红色中粗粒斑状花岗岩( γ33⁃2)相对应,局部呈北西向展布的团块状负磁异常分布范围,基本上与肉红色中粗粒花岗岩相对应( γ33⁃1)。中部北西向平缓变化的负磁场区,位于马路沟断裂的西南侧,整体呈北西向展布,反映为平缓变化的负磁场区,磁异常强度0~-100 nT,对应于龙首山群塌马子沟组板岩、大理岩以及肉红色中粗粒花岗岩( γ33⁃1)。中南部北西向负磁异常带是加里东晚期肉红色中粗粒花岗岩( γ33⁃1)磁性受到马路沟断裂次级断裂F₁₀₂的影响结果,磁性最低。西南部强磁场区是加里东晚期中细粒闪长岩( δ31⁃2)的反映。

芨岭矿床位于平缓变化正负磁场区,磁场强度一般在50~-50 nT,具体位置为正、负磁异常过渡地段偏负磁异常一侧,磁场强度在0~-20 nT之间。

主要指产于芨岭岩体北带南缘碱性杂岩体及岩体接触带的一系列矿化,根据含矿主岩可分为碱性正长岩中的纯钍型矿化、碱性正长岩铀钍混合型矿化、外接触带暗灰色镁质矽卡岩纯钍型矿化、片岩层间破碎带和辉绿岩挤压破碎带中的纯铀型矿化、构造热液蚀变带纯铀型矿化、裂隙氧化带型铀矿化和叠加矿化,铀钍矿物的赋存形态有矿物、类质同象和吸附态。矿化主要是受绿草沟断裂及其次级断裂控制,数量众多,但规模较小,连续性较差,代表矿化点有汪尔井、404、607-1和607-2等。

607-2矿点位于芨岭岩体北带南缘(图1)加里东晚期碱性正长岩与下元古界接触带,主要受绿草沟断裂(F₃)控制(图6)。

碱性正长岩呈北西西向狭长带状展布,主要岩性为细粒斑状正长岩,系加里东晚期岩浆分异演化的结果,岩带南界与龙首山群变质岩呈侵入接触关系,接触面倾向北,倾角约75°。下元古界龙首山群变质岩岩性主要有蛇纹石化大理岩、二云石英片岩和斜长角闪片岩,其中片岩中含有大量黄铁矿等硫化矿物,但分布极不均匀。

研究区内断裂构造比较发育,以北西西向为主,次为近东西向和北西向。外接触带中断裂多数为层间挤压破碎带,岩石破碎,热液蚀变不发育;内接触带中断裂多为压性、压扭性断裂,宽度数米至十余米,破碎带由片理化糜棱岩、构造角砾岩、碎裂岩组成,角砾和胶结物主要是原岩破碎的产物,少数断裂带内有中低温热液蚀变现象。

绿草沟断裂(F₃)发育于碱性正长岩与龙首山群变质岩接触带附近,走向北东,局部地段转变为近东西向,具有规模较大、延伸长等特征,控制花岗岩内接触带型铀矿化的产出及分布,如沿线分布的117、607-1、607-2、603及611等矿点带均属于该类型。

由图7可知,绿草沟地区电性异常整体呈北西西走向,南部高阻体为龙首山群大理岩的反映,构造活动弱,岩石完整、构造裂隙不发育;北部中阻区为碱性正长岩的反映,内接触带中断裂构造较为发育,岩石破碎强烈;中部北西西向椭圆形低阻区为绿草沟断裂及其次级断裂影响所致。

607-1矿点位于高阻与中阻过渡区,由于该处断裂的影响,形成一个向高阻区内“凹”的中阻区,视电阻一般约为400 Ω·m;607-2矿点附近电阻率较低,一般均小于300 Ω·m,位于中阻与中低电阻率过渡区偏低阻一侧。

1) 通过对龙首山成矿带芨岭岩体硅质脉型、隐爆角砾岩型和碱性杂岩型铀矿化的矿床地质及地球物理特征对比分析,可以看出本地区铀矿化所处的地球物理场具有相似性:在电性特征上铀矿化一般出现在中、低阻区过度带及低阻区,而在磁场中铀矿化一般位于正、负磁异常过渡区或偏弱磁异常区一侧。

2) 地质找矿方法应重视综合物探方法的应用,加强地质—地球物理综合找矿模式的研究,多种物探方法优势互补,可以更好地解决深部找矿的相关地质问题,为新一轮铀矿勘查提供地球物理资料。