胡凱礦床位於阿薩巴斯卡盆地東南部,在薩斯喀徹溫省北部拉朗格鎮以北約200km處,地理坐標為N57°2″,w 105° 40″。它是壹個鈾鎳礦床,完全被阿薩巴斯卡群或第四紀冰礦床所覆蓋。礦床的大地構造位置被加拿大地質學家歸於加拿大地盾,根據地窪學說,可歸於北美地殼阿薩巴斯卡地窪區的沃拉斯頓穹丘。該礦床中鈾(八氧化三鈾)的平均品位為2%,儲量為7.39萬噸。
胡凱礦床是由德國公司Uranerz於1975發現的。該礦床的發現和擴大應用了壹系列綜合方法,主要包括放射性巨礫來源追蹤、地表冰川地質、地球化學、地球物理和巖心鉆探。來自加、美、德等國的地質學家如volz Di、Kocher、Dahlkamp、Rusika等都對胡凱礦床進行了深入的研究。不同的學者將其分為不同的類型,有的是沈積礦床,有的是變質礦床或熱液礦床,只有少數數學家認為是多期成因礦床。本書作者之壹、高級工程師劉翔於1995年在阿薩巴斯卡盆地考察了該礦床及其他重要的不整合鈾礦床,收集了壹些最新的地質資料,並應用地窪學說及其多因復成成礦理論對該礦床進行了重新認識。筆者認為礦床成因復雜,所以有的專家強調壹個方面,有的專家強調另壹個方面,導致對礦床成因的認識差距很大。實際上,該礦床是壹個典型的多因復成礦床。
2.礦床地質特征及其多因基礎。
1)開采地層及含礦圍巖
胡凱地區的地層由太古代、元古代和中元古代組成。胡凱地區最古老的地層是太古宙花崗片麻巖和混合巖,構成穹狀雜巖。元古界Wollaston群不整合覆蓋在太古宙地層之上,呈東北穹狀延伸,分布於太古宙凸起周圍,地層強烈褶皺(圖5-38)。
渥拉斯頓群是壹套變質沈積巖,屬於結晶基底的壹部分。區域變質作用發生在Hudson造山運動期間(1735Ma),受中元古代阿薩巴斯卡群沈積前強烈古風化作用的影響。渥拉斯頓群主要由黑雲母-斜長石-堇青石片麻巖、石榴石-應時-長石-堇青石片麻巖、石墨片巖、石墨片巖、富黑雲母片巖、角閃石、粗粒深熔混合巖和花崗巖偉晶巖組成。中元古代阿薩巴斯卡群沈積在結晶基底上,與大陸碎屑沈積物不整合。該組由基底礫巖、扇礫巖和應時砂巖組成。底部巖層為基巖碎塊,部分強風化,表明基巖風化發生在阿薩巴斯卡群砂巖沈積之前。應時砂巖粒度向上逐漸變細。該地層組在礦區的總厚度為60m。
鈾礦化直接發生在中元古代阿薩巴斯卡組和下伏的元古代渥拉斯頓群之間的不整合中(圖5-39)。主要礦體賦存於不整合面下基底的沃拉斯頓群石墨化變質沈積泥質巖(片麻巖)中,但礦化僅延伸至不整合面下約150m處(圖5-39)。部分礦體產於不整合面上方阿薩巴斯卡群的礫石砂巖和粗砂巖中。
圖5-38胡凱礦床地質圖
1.阿薩巴斯卡集團;2.元古代片麻巖和片巖;3.太古代混合巖和片麻巖;4.構造破碎帶:a .基於地球物理資料;6.測量;5.石墨導電區;6.假定的復雜邊界;7.沈積床;g .蓋特納礦體;德爾曼礦體
2)構造形態與成礦構造
礦床的區域結構具有多構造層的特點。太古宙塔津群花崗片麻巖和花崗巖是本區最古老的構造層。構造層最終形成於基諾蘭造山運動(2480Ma),代表前地槽階段的產物。古元古代阿非比安期的沃拉斯頓群、特盧伊喬湖群和多島群由從次陸架到地槽的變質沈積巖組成,構成該區的第二構造層,成為該區結晶基底的壹部分。該構造層的形成最終到達哈德遜造山運動(1735Ma),代表地槽階段的產物。中元古代海利基期的曼廷組(1630Ma)和阿薩巴斯卡群(1350ma)的陸相碎屑巖、泥盆系和白堊系構成了本區最年輕的構造層,代表地窪階段的產物。此外,在晚元古代(1735 ~ 1630м a)可能存在壹個短地臺階段。
胡凱地區的主要構造特征是以太古宙花崗巖和花崗片麻巖為核心,其上覆蓋著渥拉斯頓群的褶皺變質沈積巖(圖5-40)。片理和層理的區域走向為東北-西南。礦區內斷裂構造發育,規模最大,分布最廣,呈NE-SW向。在礦區內,該組斷層傾向北西向,傾角為50° ~ 70°。近南北向的後阿薩巴斯卡斷層也很發育,它橫穿先前形成的東北向斷層。兩個斷層系統都有垂直斷層距離。在Geithner礦體中,東南斷塊下降40m(圖5-41)。在東北部分(Delman礦體),斷裂帶比其西南延伸部分(Geithner礦體)更復雜(圖5-42)。在礦區剖面上,古元古代不整合構造廣泛發育,已成為重要的控礦因素之壹。
礦區斷裂構造的形成明顯分為兩期。第壹期是在古元古代阿非比安地槽的返回階段,形成NE向褶皺、片巖和壹系列NE向剪切斷裂帶。該剪切斷裂帶的構造巖主要是具有韌性剪切性質的糜棱巖,含鐵綠泥石化和高嶺石是鈾礦化最直接的圍巖,分布著高品位的鈾、鎳礦化。第二階段為中元古代及以後阿薩巴斯卡群形成後的斷裂構造。主要表現為切割阿薩巴斯卡群的北東向斷裂和近南北向斷裂,並多次活化先存斷裂,進而使部分先存斷裂切穿沈積於中元古代地窪盆地的地層(圖5-42),疊加於先存基底韌性剪切帶上,具有脆性斷裂的特征。
圖5-39德爾曼和蓋納礦體橫截面示意圖
1.冰川沈積;2.阿薩巴斯卡砂巖;3.阿非比亞基地;4.砂巖鈾礦;5.基底鈾礦石;6.故障
胡凱鈾鎳礦床的成礦構造主要是古元古代的不整合構造和疊加在NE向片巖上的NE-SW向剪切斷裂帶,少數小規模礦體與近N-S向斷裂帶有關。
3)礦區巖漿巖
礦區巖漿巖不發育,但阿薩巴斯卡盆地侵入了具有地窪階段和階段的輝綠巖脈。第壹個輝綠巖脈侵位發現於毗鄰胡凱地區的克裏湖地區阿薩巴斯卡群砂巖中,K-Ar法年齡為1230ma (Burwash,1962)。第二個輝綠巖脈侵位是在盆地西部的Carswell地區發現的,K-Ar年齡分別為938Ma和33Ma(根據加拿大地質調查局的Trewblay,未發表)。這兩個輝綠巖脈侵入體非常接近阿薩巴斯卡盆地胡凱礦床或其他鈾礦床的主要成礦時代。因此,筆者認為阿薩巴斯卡盆地的鈾礦床可能並不像大多數學者認為的那樣與巖漿作用關系密切,而可能與以地窪期多期輝綠巖脈侵入為代表的與深部巖漿作用有關的熱液活動關系密切,值得進壹步勘探。
圖5-40加拿大齊默湖-凱湖基底的地質解釋
1.太古宙古巖心;2.阿菲比亞沈積變質巖;3.阿薩巴斯卡組南部的大致邊界;4.故障;5.凍結隆起的巨石;6.礦化;7.基巖露頭;8、主電磁波導體帶磁傾角和字母顯示;9.用數字
所顯示的次級電磁波導體或條帶;10.Afibia向斜軸;11.背斜軸;12.向斜軸
圖5-41中央蓋納礦體地質剖面圖
1.砂和細礫石層;2.孤石礦體;3.冰川沈積物;4.塊狀和浸染狀礦體;5.物理和化學領域;6.阿薩巴斯卡砂巖建築;7.偉晶巖;8.石墨片麻巖;9.含黑雲母片麻巖
圖5-42德曼礦體剖面圖
(據F.J .達爾坎普1978)
1.冰水沈積沙子和礫石;2.礦體;3.剪切帶;4.建於阿薩巴斯卡;5.石墨化片麻巖;6.黑雲母片麻巖
4)礦山附近的礦體形態和圍巖蝕變
胡凱礦床由兩個主要礦體組成,即蓋納礦體和德爾曼礦體,這兩個礦體都是隱伏礦體。兩個礦體產於同壹條北東向剪切斷裂帶中。斷裂帶長度大於6km,鈾礦化總長度大於5km,已部分被冰川侵蝕。礦體沿剪切斷裂帶延伸至不整合面下120米以內,呈簡單透鏡狀。蓋特納礦體全長1500米,寬10 ~ 90米,可分為兩部分。北部礦體長800米,寬10 ~ 50米,礦化通常發生在地表以下50 ~ 80米。在長度超過0.3m的堆芯中,U3O8和Ni的品位高達45%。南部礦體長600米,平均寬15米,德爾曼礦體長約1400米,寬10-200米,最大向下延伸160米,產於地表以下60-140米,巖芯0.3米以上有最高品位為59%U308的礦化。大多數礦體賦存於沃拉斯頓群石墨變質泥質巖中的鐵綠泥石化和高嶺石糜棱巖中,少數賦存於阿薩巴斯卡群砂巖中。
礦區蝕變有兩種類型,第壹種與礦化有關,第二種由風化引起。風化蝕變包括絹雲母化和鐵鎂綠泥石化。這種蝕變也存在於糜棱巖中,但它很快變成片麻巖,只有微弱的剪切作用。其化學和礦物成分與遠離礦帶的非碎塊狀風化片麻巖基本相同,通常不含礦石。
與礦化密切相關的蝕變可分為鐵綠泥石化和高嶺石化兩種類型。鐵綠泥石化是產於糜棱巖中的富鐵綠泥石,主要由深綠色富鐵(無鎂)綠泥石和少量高嶺石組成。高嶺石化產於以高嶺石為主的灰白色糜棱巖中,在某些情況下,它完全由高嶺石組成,局部發育方解石和菱鐵礦細脈並穿過礦體。狄認為,在與成礦有關的鐵綠泥石化和高嶺石形成過程中,直接含礦的容礦巖石中的原生陽離子幾乎全部遷移,高嶺石和鐵綠泥石被認為是強烈構造變形帶的產物。然後發生水化蝕變,使高嶺石和鐵綠泥石重結晶。高嶺土化和鐵綠泥石化明顯發生在區域風化之後,與鈾礦化密切相關(圖5-43)。
圖5-43胡凱礦床垂直剖面圖
(據F.J .達爾坎普1978)
1.冰川沈積;2.阿薩巴斯卡砂巖;3.襯底;4.礦體;g .蓋特納礦體;d .德爾曼礦體;冰川作用形成了地下室的天窗。
5)礦物成分
礦石中的主要成礦元素為鈾和鎳。鈾以氧化物和矽酸鹽的形式存在,鎳以硫化物和硫代砷化物的形式存在,副礦物中有銅、鉛和鋅,還有鉬。根據礦物的生成順序,Dahlkamp劃分為五個礦化階段,礦石礦物的賦存順序如圖5-44所示。狄等認為,礦石礦物可分為基底糜棱巖和石墨化片麻巖中的早期礦物組和上覆阿薩巴斯卡巖群中的晚期礦物組。
基底糜棱巖中的礦石礦物有α-U3O7(稱為“方形”結晶鈾礦)、鈾石和煙化瀝青鈾礦、砷鎳礦、鎳鎳礦、針鐵礦、砷鎳礦、正交砷鎳礦、方鉛礦、方鉛礦、黃鐵礦和白鐵礦,以及少量黃銅礦、天青石和閃鋅礦。α-U3O7和鎳的砷化物、鎳鎳礦、亞砷酸鹽和正交亞砷酸鹽不存在於砂巖中。
相鄰的石墨片巖不含鈾礦物,但局部可能含有少量鎳砷、鎳鐵礦或針鐵礦。這種礦化可能是由(初始)變質作用引起的(Tilsley,1979)。
阿薩巴斯卡群中的鈾礦床主要產於砂巖的粒間空隙中,在應時粒間空隙的某些地方也有發現,這些粒間空隙具有良好的原始圓度和次生(較新的)應時邊緣。在某些地方,後期礦化(尤其是針鐵礦)局限於斷裂面。
圖5-44 * *礦物的生成和生成順序圖
基巖中最重要的鈾礦石是a-U3O7(“方形結晶鈾礦”),它以塊狀充填裂隙,或沿層狀矽酸鹽解理面呈薄膜狀分布,或產生膠狀團塊和發育良好的自形晶體,然後沿α-U3O7的表面和收縮裂隙氧化形成煤煙狀瀝青鈾礦。
鎳砷酸鹽與α-U3O7同時形成,自形,有時呈帶狀,與鈾、其他鎳礦物和脈石礦物呈帶狀共生。晚期鎳砷取代了除針鐵礦以外的其他鎳礦物。
方鉛礦-鐵-鎳礦也形成於成礦的第壹階段。與α-U3O7壹起,它作為包裹體出現在自生鎳亞砷酸鹽中。斜方晶砷鎳礦床也可能形成於早期成礦階段,並沿斷裂被鎳鎳礦取代。
鎳以球形顆粒存在,這可以用Ni3As2來解釋。鎳礦與灰色瀝青鈾礦密切相關,並已成為其他鎳礦的原因。
鈾石和煤瀝青鈾礦屬於壹個相對年輕的成因階段,在阿非比亞的變質沈積巖中或在其他礦物之間的空隙中被發現為同心共生體。
少量但局部富集的礦石成分有黃鐵礦、白鐵礦、黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦。變質沈積巖中的礦體被許多方解石和菱鐵礦脈局部切割。除上述礦物外,基本沒有其他礦物,尤其是脈石礦物。
6)礦床的成礦時代
胡凱礦床主要礦石的鈾鉛同位素分析資料表明,該礦床有4個主要成礦年齡,即1228 ~ 160ma(結晶α-U3O7)、960 ~ 918ma和370Ma(基底巖石中的灰狀瀝青鈾礦)和250 ~ 60ma。
3.礦床形成條件
元古宙渥拉斯頓群變質巖系中的石墨化片麻巖是主要的含礦巖石,該區未蝕變石墨和石榴石泥質片麻巖的鈾含量為12 ~ 17g/t,加拿大學者認為該巖系的原巖是壹套泥質巖。杜樂天(1996)認為其原巖是壹套富含鈾並含有碳(石墨)、碳酸鹽、燧石和硫化物的地層,在我國鈾礦地質中稱為富鈾碳矽泥巖系。我們同意杜樂天的論斷,中國的這個巖系往往富含U、Ni、as、Co、Cu、Mo、Au等元素。這可以較好地解釋胡凱礦床中大量U、Ni、As、Cu、Mo的* * *富集現象。據此,作者認為鈾源主要來自盆地基底的富鈾碳矽質泥巖系。此外,區內太古宙花崗片麻巖和花崗巖鈾含量高,阿薩巴斯卡組砂巖鈾含量高,滲透性好,可提供部分鈾源。因此,該礦床的鈾源應該是多源的。
主要礦化的成礦溫度可由礦物溫度計推斷。礦石中有輝石巖-鎳礦,其穩定溫度上限為137℃±6℃,四方系α-U3O7穩定溫度下限為135℃。據此可以準確確定主成礦期的成礦溶液溫度為135 ~ 137℃。根據F. Dahlkamp (1978)的數據,礦石中硫化鎳的δ34S/32S比值範圍為+1.0‰~+10‰,表明形成胡凱礦床的成礦溶液具有硫的多源性特征。
4.鈾礦化演化
通過對胡凱地區地層和構造特征的分析,結合對阿薩巴斯卡盆地構造演化的認識(詳見加拿大中央湖和西湖沈積剖面),作者認為胡凱地區也經歷了太古代前地槽階段、元古代地槽階段、中元古代短臺地階段和中、新元古代地窪階段。其構造演化的突出特點是地臺階段短,地窪階段持續約654.38+0.6億年。鈾礦化與構造演化密切相關。此外,在討論胡凱礦床鈾礦化演化之前,總結了胡凱礦床的主要控礦特征:
(1)礦化直接產於阿薩巴斯卡群與下伏結晶基底之間的中元古界不整合接觸帶,礦化僅延伸至不整合下約150m處,主要礦化壹般在不整合下20m以內。
(2)礦體主要產於NE-SW向剪切斷裂帶中。
(3)礦化前主要蝕變為絹雲母化和綠泥石化,局限於古風化殼內,由古風化作用產生;與鈾鎳礦化密切相關的鐵綠泥石化和高嶺石明顯是由含礦熱流體形成的。
(4)礦床主要有兩種礦化類型。古老的(1228Ma)氧化鈾和硫化鎳僅局限於結晶基底中。含U-Ni的年輕(< 300Ma)礦物組合產於阿薩巴斯卡群的上覆砂巖中,可能由基底巖石中的礦化和再活化作用形成。
上述特征表明,胡凱鈾鎳礦床的形成主要經歷了以下成礦演化過程:
(1)沈積成礦
主要是古元古代地槽階段石炭-矽質泥巖系列的形成,具有較高的U、Ni、As、Cu、Pb、Zn、Mo和有機碳等組分,導致沈積物中U、Ni等元素的初步富集,鈾平均含量達到50g/t,為改造和再礦化奠定了基礎。
②變質成礦作用
地槽返回階段的哈德遜造山運動導致富含鈾、鎳、砷、碳的沈積巖系變質,導致鈾活化遷移,在局部富碳段再次沈澱,形成鈾的預富集。這時,立方晶系的鈾形成了。
(3)構造-巖漿活化成礦
胡凱礦床明顯受中元古代不整合面和北東向剪切斷裂帶控制,因為構造活化不僅為鈾活化和遷移提供動力,而且是含鈾溶液和還原性氣體的運移通道和鈾的沈澱場所。巖漿活化還能為鈾的遷移提供能量和豐富的礦化劑,驅動成礦物質的活化和遷移。胡凱礦床的主要工業成礦期(1228Ma)與克裏湖地窪階段形成的輝綠巖墻侵入時代基本壹致,這是壹個有力的證據。
(4)淋濾礦化
在胡凱地區,中元古界不整合面下通常有幾米至幾十米厚的古風化殼,表明鈾在地窪期地層沈積之前,經過壹個短暫的地臺階段,在氧化作用下遷移並在不整合面附近富集。
(5)後期改造成礦。
在地窪階段晚期,向下流經蓋層阿薩巴斯卡群的含鈾含氧水溶液,也能改造先存鈾礦體,使疊加的礦體更加富集。礦床中礦石極其豐富,部分礦石的成礦年齡遠晚於沈積蓋層,礦石的δ34S/32S比值變化較大,為這壹論點提供了依據。
綜上所述,不同演化階段的各種成礦作用對胡凱礦床的形成起了重要作用,具有多成礦階段、多物質來源、多控礦因素和多成因類型的明顯特征,是典型的多因復成鈾鎳礦床。