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  地质通报  2017, Vol. 36 Issue (4): 541-546  
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周恳恳, 伍皓, 陈小炜, 张建军, 夏彧. 滇西腾冲地块构造-盆地演化与砂岩型铀矿成矿条件[J]. 地质通报, 2017, 36(4): 541-546.
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ZHOU Kenken, WU Hao, CHEN Xiaowei, ZHANG Jianjun, XIA Yu. Tectonic-basin evolution in Tengchong block, western Yunnan Province, and minerogenetic conditions of sandstone type uranium deposits[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(4): 541-546.
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基金项目

中国地质调查局项目《西南地区铀矿调查选区及含煤岩系放射性地质环境调查》(编号:DD20160201)

作者简介

周恳恳 (1981-), 男, 博士, 高级工程师, 从事沉积学研究及沉积能源矿产勘探。E-mail:zhouken_53@126.com

文章历史

收稿日期: 2016-10-18
修订日期: 2017-02-22
滇西腾冲地块构造-盆地演化与砂岩型铀矿成矿条件
周恳恳, 伍皓, 陈小炜, 张建军, 夏彧    
中国地质调查局成都地质调查中心, 四川 成都 610082
摘要: 以“煤铀兼探”新思路带动的中国西南地区新一轮砂岩型铀矿勘查,首选滇西腾冲地块新近纪盆地群为突破口。从容矿主岩沉积建造、铀源地质体配置、成矿作用驱动3个方面,总结了腾冲地块构造-盆地演化对铀成矿的影响。在大陆汇聚构造体制下,地块内发育一系列受断裂制约的狭长状断陷盆地和冲积扇、扇三角洲、辫状河、湖泊的复合沉积体系,扇中辫状河道、三角洲前缘席状砂、水下分流河道等是赋铀砂体发育的有利沉积微相。中特提斯洋俯冲碰撞形成的燕山期中酸性花岗岩和经历多期构造变质的高黎贡山群花岗片麻岩、混合花岗岩为区内铀成矿提供了充足的物质来源。而赋矿层同沉积期的新近纪构造运动,以及第四纪以来的地壳差异升降,驱动了产铀盆地内部的潜水氧化和后期叠加的层间氧化成矿过程。基于上述认识,提出当前区内的铀矿勘查应加强沉积微相和岩相古地理研究,建立赋矿有利相带的空间分布模式;同时加强不同蚀源区地质体的铀源能力分析和成矿作用类型的甄别,更准确地锁定潜在铀矿体的定位规律。
关键词: 腾冲地块    砂岩型铀矿    成矿条件    构造盆地演化    
Tectonic-basin evolution in Tengchong block, western Yunnan Province, and minerogenetic conditions of sandstone type uranium deposits
ZHOU Kenken, WU Hao, CHEN Xiaowei, ZHANG Jianjun, XIA Yu     
Chengdu Center, China Geological Survey, Chengdu 610082, Sichuan, China
Abstract: A new round exploration for sandstone type uranium deposits led by China Geological Survey focuses on the Tengchong block in western Yunnan Province at present. This paper mainly analyzes the relationship between tectonic-basin evolution and uranium mineralization in Tengchong block in three aspects, i.e., the sedimentology of host rocks, the uranium source and the oreforming process. A compound sedimentary system consisting of alluvial fan, fan delta, braided river, fluvial delta and lacustrine facies was formed in the small graben basins on Tengchong block during Pliocene epoch. The host rocks of uranium deposits were generally developed in special microfacies such as braided channel, delta front sheet sand and distributary channel. The acidic granites from Yanshanian orogeny and the metamorphic rocks in Gaoligongshan Group provided main uranium source for mineralization. Moreover, the neotectonic movements, either in host rocks depositional stage or in the post-depositional stage, drove the multiperiodic ore-forming processes, including phreatic oxidation and interlayer oxidation. Based on the above results, the authors hold that the study of microfacies, large-scale lithofacies paleogeography, uranium source capacity in different geological bodies and the analysis of mineralization types constitute the keys to present exploration in Tengchong block.
Key words: Tengchong block    sandstone type uranium deposit    minerogenetic condition    tectonic-basin evolution    

以腾冲地块新生代盆地群为主体的滇西地区,是目前中国南方最重要的砂岩型铀矿富集区,也是中国最早实现找矿突破和地浸开采利用的铀资源基地之一。区内铀矿勘查集中于20世纪50—90年代,随后因投入锐减而基本停滞,勘查、研究程度总体偏低。目前探明矿床及资源量多为20世纪90年代之前提交的成果,且集中于龙川江、梁河等少数盆地,区域铀资源分布和成矿规律尚不明确。

当前,由中国地质调查局主导、以“煤铀兼探”为核心思路的全国新一轮铀矿勘查,带动西南地区铀矿勘查进入新局面,腾冲地块被确定为西南首个铀矿勘查重点工作区。对于以后生成因为主的砂岩型铀矿而言,区域构造-盆地演化是最基本的成矿条件[1],容矿主岩建造、铀源地质体、U元素迁移与富集过程,都是构造-盆地演化的物质表现和结果。因此,分析腾冲地块构造-盆地演化对铀成矿的控制作用成为铀矿勘查的首要工作,可为指导勘查方向、提炼成矿规律奠定基础。

1 腾冲地块基本地质背景

腾冲地块及其所属的滇西构造带位于冈瓦纳(印度)和欧亚(扬子)大陆的碰撞带[2],是东特提斯构造带的重要组成部分[3]。在古、中、新特提斯洋开闭作用的主导下经历多旋回构造演化,成为中国特提斯研究的天然实验室。构造作用导致了复杂的地质变形变质,也为锡、钼、铀、铅锌多金属矿化提供了绝佳条件[4],使其成为中国最重要的金属成矿带之一。

腾冲地块东以怒江-瑞丽断裂为界与保山地块相邻,西沿葡萄-密支那蛇绿岩带与东缅地块相接(图 1)。一般认为,腾冲地块是二叠纪末从冈瓦纳大陆分离形成的,也是现今拉萨地体东延至中国境内的部分[5]。地块基底主要为高黎贡群深变质岩系,其原岩可能为中元古代花岗闪长岩-花岗岩,代表中元古代与岛弧相关的岩浆作用[2]。沉积盖层包括上古生界具被动大陆边缘性质的碎屑岩、碳酸盐岩,被中、新生代的火山-岩浆活动侵入破坏。中生界以三叠系和中侏罗统为主,缺失上中生界。古近系、新近系为陆相地层,因构造抬升而普遍缺失中新统上部和上新统下部。区内广泛发育燕山期—喜马拉雅期花岗岩和新生代火山活动,反映新特提斯洋俯冲碰撞及后期的地壳调整[6]

图 1 腾冲地块构造位置和地质简图 Fig.1 Tectonic setting and geological sketch map of Tengchong block
2 新生代构造-盆地和容矿主岩建造

作为层控型矿床,砂岩型铀矿的容矿主岩既是成矿作用发生的主要场所,也是铀矿勘查的直接对象。笔者曾根据沉积与油气地质研究经验提出“构造控盆、盆地控相、相控油气基本地质条件”的思路[7],而对于沉积-层控矿床而言,也存在“构造-相-容矿建造”三位一体的宏观规律[8]。腾冲地块目前已知的砂岩型铀矿床均来自新近系,尤其是上新统碎屑岩,这与其特殊的“构造-盆地-沉积相”条件密切相关。

2.1 新近纪断陷盆地群的形成

新生代以来印度大陆与欧亚大陆的碰撞汇聚驱动了2种大规模的陆内地质过程,一是青藏地区地壳增厚、高原隆升,二是高原周缘块体的挤逸和旋转。渐新世—中新世,腾冲地块受东西两侧断裂的右旋走滑控制,地块内形成一系列北东向的走滑拉分盆地[9]。中新世末期—上新世早期(8~5Ma)持续的大陆汇聚导致腾冲地块岩石圈结构的重要变化:地块向南挤出并顺时针旋转,区域构造应力场发生转变,以左旋运动为主,先前与右旋走滑相关的盆地相继折返[9],伴随岩石圈拆沉作用,形成南北向断陷盆地群和火山岩区(图 1)。盆地数量多、规模小,单个盆地面积仅数百平方千米。

2.2 盆地沉积环境与有利赋矿砂体

砂岩型铀矿的赋矿砂体必须具备良好的渗透性、连通性和成层性,因此多发育于辨状河流、滨湖(海)三角洲、扇三角洲等沉积体系,前陆盆地、近缘内克拉通盆地和板块间活动带内的断陷、裂陷盆地都是有利的盆地类型[10]。腾冲地块新近纪断陷盆地在各阶段发育不同的沉积体系与相组合类型,直接制约其铀成矿条件。

盆地雏形阶段为构造活动强烈的断陷期,形成受边界断层控制的箕状盆地。近断层的一侧有充足的可容纳空间并接受快速物源供给,初始沉积以冲积扇为主,充填于盆地基底的高黎贡山群变质岩或燕山期花岗岩之上。扇根、扇中发育碎屑流、颗粒流性质的砂砾岩,以上新统芒棒组下段最为典型(图 2),夹有砾质辫状河道和漫流沉积物,水动力机制为急流、快速、无主流线。碎屑分选性、磨圆度差,粉砂和泥质含量高,有机质含量低。除少数辫状河道外,难以发育适宜的储铀砂体。

在盆地发展的全盛期和萎缩期,古地形趋于平缓,水域面积扩大,发育具规模的盆内湖泊或发展为汇水盆地,形成冲积扇、扇三角洲、辫状河流、辫状河三角洲、湖泊的复合沉积体系。间歇性的构造活动造成盆地沉降速率与沉积速率总体相当,形成以上新统芒棒组中上段为代表的巨厚砂泥岩层(图 2)。中国地质调查局2015年在户撒盆地实施的最新钻探揭露显示,铀矿化集中于盆缘陡坡带扇中辫状河道和扇三角洲前缘水下分流河道砂体[11],其次为辨状河三角洲前缘席状砂体。这与前人在龙川江等产铀盆地发现的赋矿沉积微相组合[12]基本一致,对引导本区铀矿勘查有重要启示。

图 2 腾冲地块户撒盆地上新统芒棒组综合柱状图 Fig.2 Comprehensive column of Pliocene Mangbang Formation in Husa basin

研究区有利赋矿砂体多由岩屑砂岩或岩屑长石砂岩组成,岩屑成分主要为花岗岩、变质岩和火山碎屑岩,与盆缘基底岩石一致。岩石分选性、磨圆度变化较大,但粒间孔隙发育,粉砂和泥质填隙物含量适中(一般在10%左右,未明显阻塞孔隙[12]),砂体平面上为泛连通的层状展布,这些均有利于富铀富氧流体的运移和存储。岩层产状平缓,且赋矿砂体常与浅湖相、分流间湾相泥岩形成底板或顶底板封闭的垂向岩性结构[11],构成有效的蓄水和滞水构造,有利于含矿流体与赋矿砂岩的充分反应。

在古气候方面,新近纪滇西地区总体为持续的温暖湿润气候,形成弱氧化-还原性沉积环境,造成芒棒组内褐煤层大量发育,砂岩普遍含炭质、黄铁矿等,为U元素的还原沉淀提供了充足的化学障。

3 蚀源区与铀源地质体配置

铀源是铀矿形成的物质基础和必要前提,砂岩型铀矿的成矿物质主要来自产铀盆地蚀源区的富铀岩石或含铀建造[13]。区内盆地蚀源区主要由燕山期中酸性花岗岩和高黎贡山群变质岩系构成,分布大面积的放射性异常,在盆地演化过程中可长期提供富铀、富氧水补给。

燕山期中酸性花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄、同位素组成和微量元素特征与拉萨地块东缘火成岩相似,表明其为中特提斯洋壳向拉萨-腾冲地块俯冲碰撞的产物[14]。岩体U含量高,易于浸出,是区内已知的最主要铀源地质体。前人测得蚀源区花岗岩U含量为7.0×10-6~20×10-6,活性U含量达2.6×10-6~4.8×10-6,U浸出率高达45%~56%[15]。部分地区花岗岩因构造抬升形成数米至数十米厚的风化壳,进一步增强了铀淋滤浸出的能力,部分风化壳中还产有铀矿化[16]

高黎贡山群变质岩系也具备较大的铀源潜力。高黎贡山群原岩为中元古代花岗闪长岩-花岗岩,锆石年龄显示其遭受过早古生代、晚中生代、古近纪等多期强烈变质作用(包括混合岩化)[2, 17-18],通过碱交代等作用使铀进一步改造、富集[19]。前人在陇川盆地测得高黎贡山群花岗片麻岩、混合花岗岩U含量为6×10-6~12.6×10-6,U浸出率可达25.7%~ 46. 7%,Th/U值为5.7~11.0[20],指示蚀源区发生了活性铀的析出和转移。已知部分铀矿床(如腾冲铀矿、盈江铀矿[19]、龙川江盆地团田506矿床等)位于高黎贡山群基底附近。因此,与高黎贡山群蚀源区相关的潜在铀矿床值得进一步勘查、探索。

4 构造-盆地演化与铀矿化作用类型

砂岩型铀矿主要有潜水氧化和层间氧化2种成矿作用,分别形成不同类型的矿床。构造-盆地性质及其演化过程制约着铀矿化作用和矿床的类型,也直接决定了勘查方向。

4.1 受盆地形态和沉积相控制的潜水氧化成矿

受构造断裂系统控制,区内断陷盆地均为北东向、南北向狭长展布,缺乏沉积分异作用充分发育的空间,无法形成具有“泥-砂-泥”顶底封闭结构的巨大砂体,因此不发育中国北方大型产铀盆地(如鄂尔多斯、松辽、伊犁盆地等)的层间氧化带型砂岩铀矿。区内已知铀矿床的分布受盆地基底形态控制,多数紧靠盆缘产出,集中于平缓部位的河道砂体内(包括主河道和分支河道);单个矿体规模较小,呈似层状、透镜状产出,各层矿体呈叠瓦式排列,产状与岩层基本一致[16]。这些均符合古河道型铀矿床的某些特征,指示潜水氧化作用在区内普遍存在。

潜水氧化作用在芒棒组内各期河道沉积充填后即开始。来自盆缘花岗岩、变质岩区的富铀富氧地表水或地下水沿透水砂岩层运移,将透水层中的还原组分如有机质、黄铁矿等逐渐氧化。随着水中氧不断消耗和Eh值降低,深处岩石不再被氧化,铀遂在氧化还原界面附近富集成矿(水中U6+还原为U4+而沉淀)。这种成矿作用至砂体被不透水层(如泥岩、褐煤层)覆盖后结束,矿体分布深度受古潜水面控制(图 3-a)。芒棒组中与含煤岩系伴生的砂岩具有较高的有机质含量和高效卸铀能力,也是潜水氧化成矿的有利条件。

图 3 砂岩型铀矿主要成矿作用类型和矿体定位(c据参考文献[21]修改) Fig.3 Different ore-forming processes and distribution of sandstone type uranium deposits a—潜水氧化成矿;b—层间氧化成矿;c—潜水层间氧化成矿
4.2 层间氧化作用与后期叠加成矿

腾冲地块在上新统芒棒组沉积期至少有5.0~ 3.5Ma和2.9~2.3Ma两期构造活动,导致区内盆地伸展扩张、地层掀斜变形;第四纪以来则为地块整体抬升、地壳差异升降[22]。从水文地质条件看,构造运动促进了盆内“补-径-排”体系的形成,造成渗入型地下水活跃,为后期叠加层间氧化成矿作用提供了驱动力。

在透水砂岩层的封闭盖层形成、潜水氧化作用结束后,构造抬升导致透水层在靠近盆缘一侧局部重新出露,再次接受富铀富氧水的渗入。第四纪以来的差异升降作用不断增大盆缘,与当地侵蚀基准面的高差,使透水砂岩层被切割出露,形成排泄条件[18]。从蚀源区淋滤出来的活性铀在透水层内径流过程中持续沉淀于氧化-还原界面附近,是区内原生潜水氧化矿化再次叠加致富的主要原因。这种成矿作用实质为一种发育不充分的层间氧化作用,通常形成层间氧化特有的舌状氧化还原前锋带(图 3-b)及其上、下翼的氧化还原界面(图 3-c[21],从而制约矿体的空间分布。此类矿床可被视为潜水氧化与层间氧化带砂岩型铀矿之间的过渡,也是本区独具特色的矿床类型,前人称之为潜水层间氧化带砂岩型铀矿[21]或潜水顺层氧化带型铀矿[16]

此外,后期构造活化导致潜水面与侵蚀基准面的高差和水力坡度增大,加大了深部地下水的径流速度和范围[15],可促进深部矿化作用和拓展赋矿空间。例如在盈江盆地综合区调预测远景区开展的深部钻探验证,发现在富铀富氧地下水的后期改造下,在距盆缘1.5~2km之外,仍发育宽达2~3km的潜水层间氧化带,并在阻水断裂上方的氧化带前锋形成铀矿化[15];又如龙川江盆地多数已知铀矿床,因后期构造升降使矿床处于现代主河流侵蚀基准面之上,导致现代水系形成后仍在接受后生成矿作用的叠加,促使矿床规模增大、品位变富[16]

4.3 新近纪火山活动促进铀成矿

区内广泛发育的新生代火山活动主要带来幔源基性火山岩浆,含铀量很低,不能直接作为铀源,但可成为铀成矿的催化剂和媒介[16]。同沉积期的火山活动导致了区域地热异常,地表含氧水经加热后淋滤能力显著提高,流经蚀源区时可带出更多的铀,间接提高了蚀源区的铀源能力。而在成矿阶段,赋矿层之下的深部火山活动可提供大量H2S、CH4等强还原性气体,并以切穿赋矿层的次级断裂为上升通道,成为促进赋矿层内铀沉淀的高效还原剂。在户撒盆地最新钻孔中,发现多套热液成因的石英脉与铀矿化层关系密切,表明深部气体、热液作用对铀成矿的贡献值得重视。

5 结论

(1)在大陆汇聚构造体制下,新近纪的腾冲地块内形成了一系列受断裂制约的狭长型断陷盆地和由冲积扇、扇三角洲、辫状河、湖泊组成的沉积体系,扇中辫状河道、三角洲前缘席状砂、水下分流河道等是赋铀砂体发育的有利沉积微相。因此,在当前以“煤铀兼探”为思路、以钻孔验证为主要方法的铀矿勘查中,应加强产铀盆地沉积微相研究和高精度、大比例尺的岩相古地理编图,建立赋矿优势相带的空间分布模式,可对验证钻探工程的部署提供重要参考。

(2)在特提斯洋与地块间俯冲碰撞中形成的多期花岗岩和经历构造变质的高黎贡山群岩系均具备良好的铀供给能力。在勘查中应加强不同蚀源区多种地质体的铀源能力分析,充分挖掘产铀盆地不同部位的成矿潜力,或成为在新区、低工作程度区实现勘查新突破的关键。

(3)赋矿层同沉积期的新近纪构造运动及第四纪以来的地壳差异升降,驱动了腾冲地块盆地群以古河道潜水氧化作用为基础、以后期层间氧化作用叠加致富的成矿过程。因此,腾冲地块产铀盆地规模虽小,但数量多、品位富,其成矿模式、矿床类型独具特色,与中国北方最主要的层间氧化带型砂岩铀矿有显著区别。继续深化腾冲地块铀矿勘查工作,不仅可为国家拓展和建立新的铀资源基地,也有望取得新的地质认识并丰富铀矿地质理论。

致谢: 资料收集过程中得到云南省核工业二〇九地质大队的大力协助,还得到二〇九地质大队王学武总工程师、熊树银所长、陈兵所长、四川省核工业地质调查院朱西养院长、核工业二八〇研究所孙泽轩总工程师的指导和帮助,在此一并表示诚挚的谢意。

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