地球物理学报  2012, Vol. 55 Issue (7): 2371-2384   PDF    
江西相山铀矿田地貌剥蚀特征及其控矿意义——磷灰石裂变径迹证据
陈正乐1 , 韩凤彬1 , 杨农1 , 王平安2 , 宫红良1 , 邵飞3 , 唐湘生3 , 徐金山3 , 周永贵1 , 王永1     
1. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081;
2. 北京建龙国基投资有限公司, 北京 100060;
3. 核工业270研究所, 江西南昌县 330200
摘要: 本文以数字高程(DEM)地貌特征分析为基础,采用磷灰石裂变径迹测试和温度-时间反演模拟研究,分析江西相山铀矿田铀成矿后剥蚀程度的差异性,结合已知矿床的成矿特征,探讨地貌剥蚀程度与矿体保存之间的关系,为区域找矿提供指导.通过DEM合成图像和水系分布特征,表明相山铀矿田是一个遭受中等侵蚀的地貌区,相山主峰南北和东西侧地貌侵蚀差异特征明显.统计分析表明,已经发现的铀矿床、点的分布与次级火山机构关系密切,相山南部的次火山机构剥蚀较深,西部次火山机构剥蚀相对弱,而北部和西北部则处于中等剥蚀程度.磷灰石裂变径迹测试结果表明,相山铀矿田的南部和东部开始剥蚀的时间早于西部,但晚于相山主峰的剥蚀.利用磷灰石的裂变径迹长度和温度参数,进一步开展了温度-时间的反演模拟研究,结果显示相山西部快速隆升发生于40~60 Ma之间,相山南部和东部的快速隆升发生于60~75 Ma之间,相山主峰的快速隆升发生于75~100 Ma之间,表明相山主峰、相山东部及南部较西部经历了较长时间的剥蚀.结合现今区域地质体出露特征及铀矿化蚀变类型的空间展布规律、成矿深度的估算等,推测相山铀矿田东部和南部剥蚀程度较深,早期可能形成的中低温铀矿体被剥蚀殆尽;北部剥蚀程度中等,地表出露了形成深度稍深的碱交代蚀变矿床;而西部剥蚀程度较低,地表发育浅部低温成矿的酸交代蚀变铀矿床.据此推断,相山铀矿田的西部深部具有很好的找矿潜力.
关键词: 相山铀矿      地貌剥蚀      矿产保存      磷灰石裂变径迹     
Topographic erosive diversities of the Xiangshan uranium ore-field, Jiangxi province and its implications for ore-preservation: evidences from fission track dating of apatite
CHEN Zheng1, HAN Feng1, YANG Nong1, WANG Ping2, GONG Hong1, SHAO Fei3, TANG Xiang3, XU Jin3, ZHOU Yong1, WANG Yong1     
1. Institute of Geomechinacs, Chinese Academy of Geological Sciences, 100081 Beijing, China;
2. Beijing Jianlong Investment Company, Beijing 100060, China;
3. Research Institute No.270, CNNC, Nanchang, Jiangxi 330200, China
Abstract: This paper mainly presents analyses results of fission track dating of apatite and Digital Elevation Modeling (DEM) of the Xiangshan landscape, to discuss the relationship of the topographic erosion after uranium mineralization with the ore-preservation. DEM synthetic image and runoff system distribution suggested that the Xiangshan ore-field was a kind of medium erosive landform, with apparently erosive diversities in south-north and east-west side of the Xiangshan main peak. The distribution of uranium deposits was highly related to sub-volcanic apparatus, with most sub-volcanic apparatus heavy eroded in southern ore-field, weakly eroded in western, and medium eroded in northern and northwestern. Apatite in volcanic rocks both from the peak of Xiangshan mountain and around the Xiangshan ore-field was chosen out and applied to fission track dating. It was yielded that rocks from southern and northern ore-field were earlier exposed at the surface than those from western areas, but later than those from the peak of Xiangshan mountain. Temperature-time modeling by the length and age of the fission track of apatite showed that the rapid exhumation of western Xiangshan areas took placed during 60~40Ma, in southern and eastern parts during 75~60 Ma, and in the peak of Xiangshan Mountain during 100~75 Ma, indicating that the peak and southern and eastern Xiangshan ore-fields had experienced much longer time erosion than western ore-fields. Our results are fairly consistent with the nowadays regional exposed characteristics of volcanic rocks, with distribution patterns of mineralization-related alternation, and with the temperature and depth of uranium mineralization, suggesting that southern and eastern parts of the Xiangshan ore-field should be relatively heavy eroded, leading to the depletion of those medium-epithermal ore-bodies probably earlier formed. Northern and northwestern parts be moderately eroded, leading alkaline-altered-related uranium ore-bodies relatively deeply formed under relative high temperature exposed at the surface. While with weak erosion in western, most uranium ore-bodies probably still preserved and acid-alteration-related uranium ore-bodies under lower temperature exposed at the surface. As a result, it was proposed that western deep areas were of favorable for further ore-prospecting..
Key words: Xiangshan uranium ore-field      Topographic erosive diversities      Ore-preservation      Fission track dating of apatite     
1 引言

矿床是特定地质作用的产物,都有一定的原始形成深度(图 1),并往往都经历了多期次的改造叠加.一些矿体,由于其形成之后经历强烈的构造隆升而被剥蚀殆尽(图 1 中的矿体3),或者由于其形成深度太深、后期剥露程度不够而暂时不易为人类所探知(图 1中的矿体1,|H1-H|往往大于2000m)、 或不能为人类所利用(|H1-H|往往大于1000m),而另一些含矿地质体则处于合适的剥蚀程度而出露于地表或保存于地表以下一定的深度(|H2-H|一般小于1000m),能为人类所探知、利用而成为矿床(图 1中的矿体2)[1].因此,矿床学研究应兼顾矿床的形成过程和矿床的改造-保存过程两个方面.然而,由于各种条件的限制,前人多只关注矿床的形成过程,而少有研究涉及成矿后变化与保存[1-2].

图 1 矿体形成后地质体剥蚀程度与矿体保存之间关系示意图 图中:H为成矿期后区域地质体剥蚀深度,H1,H2H3分别代表矿体1、矿体2和矿体3的形成深度,|H1-H|和|H2-H|代表现今矿体的就位深度(埋深),矿体1为隐伏的矿体,或由于埋藏太深(|H1-H| 往往大于1000 m)而目前无法为人类所利用;矿体3代表剥蚀掉的矿体;只有矿体2,其埋深|H2-H|目前-般小于1000 m,而能为人类所探知、利用. Fig. 1 Relationship of erosive degree of ore-bodies after its formation with ore-preservation In this figure, H represents the erosive depth after the ore-formation. H1H2 and H3 represent the ore-formation depth of ore-body 1,2 and 3 respectively.|H1 - H| and |H2 - H| represent the depth of ore-bodies at present time.Ore-body 1 is deeply buried,generally deeper than 1000m,which probably can not be used or explored at present time.Ore-body 3 has been already eroded.Only ore-body 2 is buried at right place and can be explored,whose depth usually ts less than 1000 m.

江西相山铀矿田是我国最大的火山岩型铀矿床,属于中、低温热液型矿床[3-5].对于该矿床的岩石学、矿化蚀变特征及其成矿模式、控矿条件及其成矿机理等方面,前人已有大量深入的分析和研究[5-15],也已有不少的研究涉及了相山矿田不同矿区的成矿深度[2, 16-17],但关于相山火山盆地的构造剥蚀程度研究相对较低,仅张万良等[2, 16-17]利用ETM 数据及其盆地和周缘地貌特征,分析了相山火山盆地的剥蚀程度差异性特征[2, 16],并结合邹家山矿区的流体包裹体测试结果,估算了相山邹家山矿区的侵蚀深度[2, 17].

磷灰石的裂变径迹测试及其温度-时间反演模拟技术已广泛地被用于限定山脉隆升-剥露过程、断层的活动历史及其盆地的构造热模拟反演等[18-34],但较少用于矿床学研究.由于磷灰石记录的热演化历史,可以定性-半定量推测山体的隆升-剥露程度,因而结合成矿温度分析,也可以定性地限定矿床的现今就位深度(图 1).本文就是利用DEM 数据合成图像,分析了相山矿田地貌特征,采用了磷灰石裂变径迹测试分析及其温度-时间模拟反演,分析相山矿田不同区域构造隆升- 剥蚀的差异性,结合现今区域地质和矿床空间展布特征,探讨构造隆升-剥蚀程度与矿体保存之间的关系,进而指出区域找矿方向.

2 相山铀矿田区域地质背景与地貌特征 2.1 区域地质背景

相山铀矿田位于扬子准地台与华南褶皱系过渡部位,处在NE 向赣杭火山岩成矿带与NNE 向大王山-于山花岗岩成矿带交汇部位的相山大型塌陷式火山盆地内(图 1)[11, 35-37].该盆地为两层结构[7, 9, 14](图 1),基底为震旦系浅变质岩,其内有加里东期花岗岩侵位,下石炭统、上三叠统碎屑岩系,仅在火山盆地的东侧出露,盖层为一套上侏罗统火山岩系及出露于火山盆地西侧的白垩纪红层.上侏罗统火山岩系由酸性、中酸性火山熔岩、火山碎屑岩及少量正常沉积夹层构成.大规模火山活动期后次火山岩侵入,以不规则的弧形和半环形围绕盆缘的北、东、南部出露,岩性主要为花岗斑岩和似斑状花岗岩.

区域地质研究表明[5, 8, 11, 35-37],相山地区前寒武纪为强烈的凹陷沉降区,自扬子运动之后,进入板内构造发展阶段.加里东期运动期间,发生区域性变质作用.在中生代末期东亚大陆的岩石圈由大增厚转为大减薄,导致了区域剧烈的构造岩浆喷发和侵入活动,同时伴随有大规模成矿作用[35-37].在晚侏罗世,相山地区在浅变质岩基底基础上发生沉降,形成断陷盆地,并伴随有小规模的火山喷发活动.侏罗纪晚期-早白垩世,火山喷发活动加强.在火山喷发晚期,发生持续性的火山塌陷作用,形成相山破火山口,伴随了次火山岩的侵位.燕山晚期,相山地区西部沉积了一套红色的陆源碎屑沉积,不整合覆盖于相山火山盆地之上[11, 35-37].喜山期,相山地区为持续性的区域性隆升-剥蚀阶段,相山破火山口经长时间的剥蚀而出露于地表,但仍保留了一个完整的破火山口的形态[2, 5, 35-37].

燕山晚期,多期次活动的南北向断裂与基底EW 向的褶皱-断裂、NE 向断裂构造及其火山构造的复合、叠加改造,形成了相山地区各种断裂控矿构造和储矿裂隙构造体系,并伴随有多期次、大规模的热液活动.热液与围岩发生物质和能量的交换,产生蚀变作用,导致了热液所携带的大量成矿物质在合适的构造部位卸载而富集成矿[5, 8-15, 35-37].相山铀矿田已经发现有20多个铀矿床和矿化点,规模较大的矿床主要分布于盆地的西部和北部[5, 8-15](图 2),如西部的邹家山、居隆庵,西北部的横涧、岗上英和北部的沙洲、巴泉、红卫和东北部的云际矿床等,东部和南部仅在上谙、浯漳等有限的几个点发现矿化迹象.

图 2 相山铀矿田地质构造简图及其大地构造位置图(据文献[15]修改) 1-第四系;-上白垩统;-上侏罗统鹅湖岭组;-上侏罗统打鼓顶组;-三叠系;-石炭系;-震旦系;-似斑状花岗岩;-花岗斑岩;10 -加里东期花岗岩;1 -正断层和走滑断层;2 -火山塌陷构造;3 -逆断层;14 -火山岩性界线;5 -推测性质未明断层;16 -铀矿床;17-磷灰石测试样品采样位置. Fig. 2 Simplified geological map of the Xiangshan uranium ore-field and its tectonic location 1-Quaternary; 2 - Upper Cretaceous; 3 - Ehuling formation,Upper Jurassic; 4-Daguding formation,Upper Jurassic; 5 - Trassic; 6 - Caberniferous ; 7-Sinian ; 8 - Porphyritic-like granite; 9-granite-porphyry; 10-Caledonian granite; 11-normal and strike-slip fault; 12 - volcono-collapse-related extensional structure; 13 - thrust fault; 14-boundary line of volcanic rocks; 15 - inferred fault; 16 - uranium deposits,17 - location of samples J^or fission track dating of apatite.
2.2 相山矿田火山-矿床地貌特征

DEM 合成图像显示出,相山破火山是分别以相山(1290 m)和芙蓉山(1060 m)两个中心构成的典型火山盆地地貌(图 3),具有明显的双环状地貌特征,放射状、树枝状水系发育(图 4),相山主峰的四周地貌差异明显(图 3(B,C)),东侧和南侧坡度大,残余侵蚀面虽然存在但不甚清晰,高度较北侧和西侧相对较低;北侧和西侧则明显的存在500~600m 的残余侵蚀面,残余侵蚀面以上沟谷稀疏.上述特征表明相山地区属于低山、中等侵蚀的地貌区,仍处于地表侵蚀阶段.

图 3 相山铀矿田及周缘地区DEM图像 图中的次火山机构来自于ETM遥感图像的解译. Fig. 3 DEM image of the Xiangshan ore-field and its adjacent areas In this figure,sub-volcanic apparatus are cited from interpretation of ETM images.
图 4 相山地区水系与主要矿点分布简图 图中的次火山机构来自于ETM遥感图像的解译. Fig. 4 Surface runoff system and distribution of uranium deposits in the Xiangshan area In this figure,sub-volcancc apparatus are cited from interpretation of ETM images.

结合遥感图像解译分析,发现已有的相山铀矿床、点的分布与火山盆地的次级火山机构关系密切(图 34),如湖港、河元背、牛头岭和牛头山等矿点受控于河元背次火山口(破火山),湖港、河元背处于次火山口内环侵蚀区,牛头岭和牛头山处于外环侵蚀区,牛头山还处于放射状断裂之上;梅峰山南、湖田、梅峰山、游坊东和游坊西矿点受控于湖田-梅峰山次火山口;居隆庵、书塘和李家岭矿点则受控于居隆庵次火山口;横涧、岗上英和石马山矿床受控于横涧次火山口.根据各矿床、矿化点的地表高程及区域地貌剥蚀特征,可以将各次级火山机构剥蚀程度划分为强、较强、中等和较弱等4个等级.在此基础上,对各次火山口的火山机构类型、出露高程及其剥蚀程度作进一步的统计分析(表 12).结果表明,总体上火山盆地的西侧和北侧的次级火山机构均处于残余侵蚀面以下的侵蚀地貌区,侵蚀强度相对较弱或中等,而南部的一些次火山机构则处于强剥蚀状态; 已发现的矿床、点主要分布的高程范围在100~500m 之间,均处于残余侵蚀面以下的侵蚀区范围内,规模相对较大的铀矿床,如西部的邹家山、居隆庵,西北部的横涧、岗上英等位于侵蚀程度相对较低或中等的次火山机构内,仅北部的沙洲和云际铀矿床处于相对较强剥蚀的次火山机构内.

表 1 相山铀矿田中次火山机构地貌特征表 Table 1 Topographic characteristics of sub-volcanic apparatus in Xiangshan uranium ore-field
表 2 相山铀矿田部分铀矿床(点)、火山机构地貌特征表 Table 2 Topographic characteristics of some uranium deposits in Xiangshan ore-field
3 裂变径迹测试分析 3.1 样品的采集

本次所测样品采样平面位置见图 2表 3,分别采集了围绕相山火山盆地周缘的次火山岩(似斑状花岗岩和花岗斑岩)和相山主峰剖面的碎斑熔岩等样品.样品的高程是根据轻便型GPS结合1∶5万地形图确定的.根据笔者前期相山火山-杂岩体的SHRIMP锆石测年结果,相山火山-侵入杂岩体的侵位时代为142~133 Ma 之间,鹅湖岭组碎斑熔岩、似斑状花岗岩和花岗斑岩的侵位时代都在135~ 133Ma之间(未发表的数据,陈正乐).

表 3 江西相山铀矿田火山岩中磷灰石裂变径迹测试结果表 Table 3 Analyses results of fission track dating of apatite in volcanic rocks from the Xiangshan uranium ore-field
3.2 磷灰石裂变径迹测试分析

我们挑选了碎斑熔岩、似斑状花岗岩和花岗斑岩中的磷灰石,开展了裂变径迹测年分析.所有磷灰石的裂变径迹测试分析是在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室完成,流程采用外探测器法,年龄计算经Zeta校正,标准样为Durango磷灰石,铀标准玻璃为美国国家标准局SRM612,年龄计算公式见公式(1) [39-41].测试结果见表 3图 567.

(1)

式中的ζ 由下式求得:

其中:tUNK未知矿物年龄,tSTD 标准矿物裂变径迹年龄,ρs/ρi标准矿物裂变径迹自发与诱发径迹密度比,ρd铀标准玻璃的诱发径迹密度,λD238U 的衰变常数,λD=1.55125×10-10a-1.

图 5 相山主峰样品磷灰石裂变径迹温度-时间反演模拟结果图 Fig. 5 Temperature-Time modeling results of the fission track of apatite in volcanic rocks from the peak of Xiangshan mountain
图 6 相山西部碎斑熔岩中磷灰石裂变径迹温度-时间反演模拟结果图 Fig. 6 Temperature-Time modeling results of the fission track of apatite in volcanic rocks from western parts of Xiangshan ore-field
图 7 相山东部、南部和北部似斑状花岗岩中磷灰石裂变径迹温度-时间反演模拟结果图 Fig. 7 Temperature-Time modeling results of the fission track of apatite in volcanic rocks from southern,eastern and northern parts of Xiangshan ore-field

测试结果显示:

(1) 从总体上分析,所有样品的磷灰石裂变径迹表观年龄远远小于其原岩碎斑熔岩、花岗斑岩和似斑状花岗岩的形成时代,表明其年龄值代表了样品后期的构造隆升- 剥蚀的热冷却年龄,而非岩浆冷却年龄;

(2) 相山主峰至山脚的样品(X07-70、73~76),裂变径迹表观年龄集中在67~91 Ma之间,总体上显示出与高程的负相关关系,但有波动,进一步指示了磷灰石的裂变径迹记录了山体隆升-剥露的热演化历史,但其过程可能较为复杂.样品一般具有较多的长径迹,一般位于14至16μm 之间,平均径迹长度较长,普遍大于12.5μm,表明样品后期仅经历了一期次的部分退火作用,其长度配分曲线都为单峰式,基本上不受后期的热扰动影响;

(3) 采自相山东部云际的X07-10,南部浯漳的X07-11及其北部巴泉的X07-05三个样品,原岩为似斑状花岗岩和花岗斑岩,裂变径迹表观年龄值介于47~55Ma之间,其平均径迹长度介于11.5~ 12.3之间,表明样品中磷灰石的裂变径迹经历了后期较强的部分愈合,长度配分曲线普遍呈现双峰式,推测样品可能经受了多期次复杂的热作用;

(4) 采自于相山西部(X07-19-4)和西北部的三个样品(石马山的XG44-1、横涧ZK19-4钻孔-200m 深处的XG41-1)皆为碎斑熔岩,磷灰石裂变径迹表观年龄介于38~44 Ma 之间,平均径迹长度介于11.5~12.4之间,表明样品中磷灰石的裂变径迹经历了后期较强的部分愈合,长度配分曲线普遍呈现双峰式,也表明了受到了后期的热干扰;

(5) 表观年龄分布特征显示,相山西部和西北部样品的径迹年龄小于南部、东部和北部的年龄,也远小于相山主峰的年龄,推测西部和西北部晚于南部和东部抬升剥露,更晚于相山主峰的隆升-剥露.

3.3 磷灰石的温度-时间反演模拟

近年来研究表明[18-20],依据磷灰石裂变径迹单颗粒年龄、封闭径迹长度及配分,综合考虑磷灰石Cl、F 的含量对抗退火能力的影响,选择一定的退火模式,进行热历史的反演模拟,可以揭露出样品表观年龄下定量的、更详尽的热演化信息,为区域构造热演化历史分析提供更多的依据[18-20].根据实测的裂变径迹数据和径迹长度的参数,笔者利用AFTSolve软件,开展了磷灰石的温度- 时间反演模拟研究.磷灰石径迹愈合模式采用Ketcham 等Multi-Kinetic模式,根据磷灰石的池年龄(Pooled age),选用Monte Carlo模拟方法进行模拟.在模拟过程中,根据区域地质资料分析,结合磷灰石裂变径迹封闭温度(大约120℃)和磷灰石裂变径迹愈合区间(120~60 ℃),笔者设定了一些约束条件,样品的模拟结果如图 567所示.每个样品模拟时,模拟结果的长度拟合度(K-F Test)和年龄配分拟合度(Age GOF)一般都远大于0.5,模拟的径迹长度(Model TL)与实测的径迹长度(Data TL)配分曲线基本吻合,表明模拟结果是可靠和可信的.所有样品的最佳拟合曲线如图 9所示.显然,与单纯的裂变径迹表观年龄相比,模拟结果更好地方映出了样品的退火历程.

图 8 相山铀矿田磷灰石裂变径迹温度-时间反演模拟最佳拟合曲线图 Fig. 8 Best-fit lines of Temperature-Time modeling of apatite in volcanic rocks from Xiangshan ore-field

模拟结果显示,相山主峰样品在白垩纪中晚期(75~100 Ma期间),都经历了一期次快速的抬升- 冷却过程(图 5);相山西部的样品,快速冷却通过裂变径迹愈合区间的时间集中在40~60Ma之间(图 6),而相山东部、南部和东北部的样品,快速通过冷却带的时间集中在60~75 Ma之间(图 7).

此外,除相山主峰样品外,相山周缘的样品都经受了后期的热改造(图 678),其时代集中在5~10 Ma之间,推测应为新生代相山地区断裂活动的热干扰;但是长度配分曲线和模拟结果都显示,后期的热干扰对总体的径迹长度影响不大,仅导致少部分裂变径迹发生愈合.

4 讨论

区域地质历史分析表明[31135],相山早白垩世结束火山活动之后,火山地貌大致应该定型.因此,推断区域地貌轮廓形成于早白垩世以来,定型于新近纪,各个地质体之中赋存的矿床应经历类似的剥蚀过程.

邵飞等(2008) 统计了相山铀矿田不同矿床的铀矿石的U-Pb同位素测年资料[42],发现铀-赤铁矿型矿石同位素年龄主要介于120~140 Ma之间,铀- 绿泥石型矿石同位素年龄集中于105~125 Ma,铀- 萤石型矿石的成矿年龄为90~110 Ma.因此,相山铀矿床的成矿年龄普遍大于本文所测的磷灰石裂变径迹年龄,因此磷灰石裂变径迹年龄反映的是成矿期后的区域构造-热演化历史.

磷灰石裂变径迹测试结果显示出相山铀矿田的南部和东部开始剥蚀的时间早于西部,但晚于相山主峰的剥蚀,温度时间模拟结果显示出相山西部快速隆升开发生于40~60 Ma之间,相山南部和东部的快速隆升发生于60~75 Ma之间,相山主峰的快速隆升发生于75~100 Ma之间.测试和模拟结果表明,相山主峰和相山东部及南部较西部经历了较长时间的剥蚀.这与张万良等(2009) 根据区域构造演化推测的结果一致,认为相山铀矿田地表总体侵蚀严重,相山峰顶侵蚀深度最大,邹家山一带侵蚀深度较浅,从矿田西北部到东南部,地表侵蚀深度逐渐加大[2].

如前所述,相山火山盆地主要由表壳的沉积岩、 流纹岩、流纹英安岩等浅成喷出的火山岩和更晚期侵位的似斑状花岗岩和花岗斑岩等次火山岩组成[37].相对而言,次火山岩的形成深度应大于火山岩,为火山口根部相的产物.根据现今的相山区域地质图展布可见(图 2),次火山岩在相山盆地的南部的浯漳、东部凤岗镇一带大面积出露;在盆地的北部湖田-沙洲-云际一带,也随处可见到似斑状花岗岩和花岗斑岩侵位于中元古界和侏罗纪的火山岩之中;然而在相山的西部,地表很少可见花岗斑岩或似斑状花岗岩出露,仅在北端的横涧矿区,可见小面积的花岗斑岩出露于横涧- 岗上英次火山口之中,在西部的中段邹家山往南西延伸,地表仅零星少量出露,大面积出露的是火山岩.如果相山火山盆地的原始火山喷发具有对称性特征,这一事实表明相山南部和东部较相山西部剥蚀程度较深,大面积的根部相花岗斑岩、次火山岩出露地表,上部的次火山被剥蚀殆尽.根据张万良等(2007) 的研究,出露于相山东部河口排一带的花岗斑岩中的斑晶比相山西部的花岗斑岩中的斑晶要大,斑状结构更为明显,暗色矿物增多;其次,东南部碎斑熔岩的密度小于西北部,认为东南部岩石风化较强烈,进而推测了相山东南部比西北部经历了较长时间的抬升剥蚀[17],与本次研究结果完全吻合.

目前,勘探工作已经在相山找到了20多个矿床或矿化点.已有的研究表明,相山铀矿田的北部铀矿主要为发育于次火山岩中,以碱性矿化蚀变为主,以云际和沙洲矿床为代表[3];西部矿床主要发育于火山岩中,以酸性矿化蚀变为主,代表性的矿床有邹家山铀矿[10];横涧-岗上英铀矿区则正好位于西部和北部铀矿带的交接部位,碱性矿化蚀变和酸性矿化蚀变都有发育[13];其次,在时间上,矿化蚀变研究表明[6, 15],碱性蚀变早于酸性蚀变的发生,区域上分布上具有“东碱西酸"“下碱上酸"的特征.流体包裹测温表明[15, 43],相山铀矿床的成矿温度较低(表 4),大都位于150 ℃~250 ℃之间,为中低温矿床.但是相山西部、西北部和北部矿床的成矿温度有差别,北部的沙洲矿区成矿深度大于横涧矿区,横涧矿区则大于邹家山矿区(表 4).此外岩石薄片镜下鉴定统计表明,在沙洲矿区,含矿岩石中普遍可以见到磁铁矿等高温的副矿物;而在邹家山矿区,含矿岩石的副矿物中从很少见到磁铁矿,仅见到黄铁矿等,推测沙洲矿区的成矿深度大于邹家山矿区.因此,已有矿床展布特征和样品中副矿物观测分析结果都表明,目前地表已知的铀矿床,北部的成矿深度大于西部(表 4),反映出相山北部比西部侵蚀深度更深.

表 4 相山铀矿田包裹体测试[15, 34]、成矿深度计算结果表 Table 4 Temperature and depth of uranium mineralization in Xiangshan ore-field

综上所述,相山铀矿田东部和南部剥蚀程度较深,大面积的火山口根部相似斑状花岗岩、次火山岩出露地表,浅部可能形成的低温铀矿体有可能被剥蚀殆尽;北部剥蚀程度中等,地表出露形成温度较高的次火山岩型以碱蚀变交代矿化为主的铀矿体,而浅部温度较低的火山岩型铀酸性蚀变为主的铀矿体保留不多;而西部则剥蚀程度较低,次火山岩可能仍在深部,在地表出露很少,火山岩型酸性蚀变为主的低温铀矿体保留完好.如果该结论成立,则意味着在相山西部具有较大的找矿空间,其深部应具有稍高温的、碱性蚀变矿化的矿体;相反,相山南部,由于较强的剥蚀,在中低温成矿区间成矿的铀矿体,可能已经被剥蚀殆尽,找矿前景不容乐观.

5 结论

(1) DEM 合成图像分析,结合次级火山机构出露高程及其剥蚀程度的统计表明,相山地区总体上属于低山、中等侵蚀的地貌区,发现已知的铀矿床、 点与次火山机构关系密切,并均处于残余侵蚀面以下的侵蚀区范围内;进一步统计分析表明,西部的次火山机构剥蚀程度相对弱或中等,北部和西北部剥蚀程度中等或较强,而南部的次火山机构则剥蚀强.

(2) 磷灰石裂变径迹测试结果显示出相山铀矿田的南部和东部开始剥蚀的时间早于西部,但晚于相山主峰的剥蚀;温度时间模拟结果显示出相山西部快速隆升开发生于40~60 Ma之间,相山南部和东部的快速隆升发生于60~75 Ma之间,相山主峰的快速隆升发生于75~100 Ma之间.

(3) 磷灰石裂变径迹反演模拟分析结果与现今的地质体出露特征、已知铀矿床的成矿温度具有一致性,都表明相山铀矿田东部和南部剥蚀程度较深,早期可能形成的中低温铀矿体被剥蚀殆尽;北部剥蚀程度中等,地表出露温度稍高的、碱蚀变为主的次火山岩铀矿体;西部则剥蚀程度较低,以酸性蚀变为主的低温铀矿体保留完好.

(4) 相山西部的深部具有较大的找矿空间,而相山南部找矿前景不容乐观.

致谢

十分感谢两名匿名审稿人对本文初稿提出的审稿意见,使本文作者受益颇多.

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