第16卷 第3期铀 矿 地 质Vol.16 No.3
2000年 5月Uranium G eology May 2000
加拿大萨斯喀彻温(Saskatche w an)省北部铀成矿作用的主要特点与启示①
李子颖 李胜祥
(核工业北京地质研究院 北京 100029)
本文扼要介绍了加拿大萨斯喀彻温省北部比弗洛支地区脉型(vein t ype)和阿萨巴斯卡盆地中 与不整合面有关的(Unconformity2associated)铀资源概况；比较系统地阐述了两类铀矿化成矿作用 的共同特征，指出控矿的核心因素是热点活动与构造作用的叠加。这从本质上与我国华南铀矿富 集区的控矿因素是相似的。因此，通过两个铀矿富集区的对比，认识铀成矿作用的本质，拓宽矿
思路，对于探索寻新成矿区和新类型铀矿具有一定的启发意义。
关键词 萨斯喀彻温 铀矿富集区 热点活动 控矿因素
文章编号 100020658(2000)0320129208 中图分类号 P612 文献标识码 A
1 加拿大萨斯喀彻温省北部铀资源概况
众所周知，加拿大萨斯喀彻温省北部不仅是加拿大主要富大铀矿床的密集区和铀产地(图1)，也是世界重要的铀成矿区之一。按照国际原子能机构的分类方案，产在该区的铀矿化可分作两种类型。 (1)产在比弗洛支(Beaverlodge)地区的脉型铀矿床：是受构造控制的热液型铀矿[1]。该矿区是通过E.Laram和P.St.Louis(1946)发现的一条出露于地表长3m的铀矿化脉体而到的。经过大量的勘查工作，在该区共发现了36个铀矿床，其中16个已进行开采，具代表性并已开采的矿床有加纳(Gunnar)、哈勃(Hab)、维纳(Verna)、爱斯2菲(Ace2Fay)、罗雷多(Lorado)、杜拜拿(Dubyna)等，估计该区铀资源量为5万t U3O8。在1953-1982年间，主要通过坑采(开采深度达1700m)在该区共生产了约3万t U3O8，矿石平均品位是0119%U3O8[2-4]。
(2)产在阿萨巴斯卡(Athabasca)盆地区、与不整合面有关的铀矿床：主要集中分布在阿萨
①本文是作者在国际原子能机构资助下考察加拿大铀矿床后写成的，谨表感谢!
李子颖 男,35岁，高级工程师,1996年获柏林工业大学博士学位，导师G ermann和Matheis教授。
胶圈电熔双密封聚乙烯复合管
圆钢矫直机 收稿日期1999年6月9日
图1 加拿大萨斯喀彻温省北部前寒武纪地盾主要岩性构造单元
及主要脉型、不整合面型铀矿床分布图(据Thomas 等修改,1998)
Fig.1 Map showing main lithologic 2tectonic units of the Canadian
Precambrian shield ,and the distribution of main vein 2type and
unconformity 2associated uranium deposits in northern Saskatchewan ,Canada
1———加纳(Gunnar )矿床;2———哈勃(Hab )矿床;3———维纳(Verna )矿床;
4———爱斯2菲(Ace 2Fay )矿床;5———罗雷多(Lorado )矿床。
巴斯卡盆地的东部和中部(图1)，至今已发现的主要矿床共17个，如克拉夫湖(Cluff Lake )、凯湖(K ey Lake )、麦克阿瑟河(Mc Arthur River )、雪茄湖(Cigar Lake )、麦克克林(McClean )、中西湖(Midwest Lake )、拉比特湖(Rabbit Lake )、科林斯湾(Collins Bay )和鹰点(Eagle Point )矿床等，总资源量估计50-60万t U 3O 8，矿石品位因矿床而异，变化在014%-15%U 3O 8之间[5]。该类型矿化最早是通过航空放射性测量发现放射性异常的冰川漂砾，然后追踪该漂砾而发现的(如拉比特湖、凯湖矿床)。随后通过进一步总结已发现矿床的成矿模式，结合地球物理勘查，又到一系列矿床(如雪茄湖、麦克阿瑟河
矿床等)。该类型有些矿床的品位是如此之高，以至在进水冶厂之前由于辐射选矿设计标准的限制而不得不将其与贫(或无)矿化岩石混合以降低品位(如凯湖矿山)，或者研制专门的采矿方法(如麦克阿瑟河矿山的升钻(Raise bore )方
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法)进行开采。由于该类矿床既富又大，经济效益非常好，即使坑采深度达到700m 也是如此(麦克阿瑟河矿山)。该类型的铀矿是目前加拿大唯一的开采类型。近几年来，加拿大年产金属铀约11000t 左右，占世界铀产量的30%左右。
筋膜仪2 萨斯卡彻温北部铀成矿作用的主要特点
比弗洛支地区和阿萨巴斯卡盆地区的铀矿化尽管类型归属不同，但它们的成矿作用特点有许多共性，是相似的。
(1)铀矿区一般产在古穹隆构造的边缘，这样的古穹隆或古隆起也是变质杂岩的核心。比弗洛支地区的铀矿主要是分布在太古代基底隆起的边缘，该太古代基底主要由中至细粒的长英质片麻岩(Foot Bay 片麻岩)和片理化的花岗闪长质岩石(斯提劳湖侵入体杂岩)组成。这些太古代岩石具有角闪岩相以上的变质程度，且处于长期隆起剥蚀状态。铀矿化主要产于变质程度较高的Tazin 中及其与基本未变质的M
artin 之间的构造接触带中，其间缺失了早元古代低变质Theuicho 。阿萨巴斯卡盆地区与不整合面有关的铀矿正是产在隆起带的边缘。盆地东部的铀矿床主要在太古代隆起的边缘，是在太古代隆起的沃拉斯顿构造域花岗质岩石的边部。这些岩石一直隆起被准平原化和发育古风化壳，到115G a 时阿萨巴斯卡盆地形成并开始接受沉积。阿萨巴斯卡盆地的形成意味着地壳伸展构造作用的开始。盆地中部的克拉夫湖铀矿区也与隆起构造有关，该区所有6个矿床都产在阿菲比亚(Aphebian )变质核的南部
。
图2 比弗洛支地区沥青铀矿体受圣・路易斯断裂控制图解(据Ward ,1996)
Fig.2 Map showing the control of pitchblende ore 2body by St.Louis Fault in
Beaverlodge area (After Ward ,1996)
1———马丁组;2———交代石英长石花岗岩;3———云母片岩、泥质岩;4———绿泥石、绿帘石角闪石岩;
5———硅质超糜棱岩;6———唐纳德森湖片麻岩及后期交代花岗岩;7———沥青铀矿矿体。
(2)铀矿无一例外地受构造控制，但并不是所有的断裂构造都有铀矿。构造是铀成矿的必要条件，铀矿在区域上特别与张性的深切的区域性大断裂有关。然而，赋存铀矿的断裂多是次一级的连通性较好的构造带。比弗洛支地区的主要铀矿床产在区域性断裂的15m 范围之内，如圣・路易斯(St.Louis )断裂带上的维纳、爱斯2菲、杜拜拿矿床(图2)，矿体呈脉状。阿萨巴斯
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卡盆地区的大多数铀矿床则主要是受阿萨巴斯卡砂岩和基底不整合面构造与切穿不整合面的断裂构造双重控制(图3)，但并不是所有铀矿都产在不整合面上。少数矿床直接受基底中的断裂构造控制，如Eagle Point 矿床(图4)而与不整合面无关[4]，与比弗洛支地区铀矿化的断裂构造控制非常相似。因此，严格说来，断裂构造比不整合面构造对阿萨巴斯卡盆地区的铀矿化的控制更重要
。
图3 加拿大阿萨巴斯卡盆地区与不整合面有关的铀矿床综合模式图(据Ruzicka 修改,1996)
Fig.3 Comprehensive model for unconformity 2
associated uranium deposits in Athabasca
basin ,Canada (Modified after Ruzicka ,1996)
1———第四系覆盖层;2———海利克砂岩;3———阿菲比亚风化层;4———变泥质岩;5———变质岩;6———太古界花岗
岩类;7———矿体;8———矿石类型;9———碎屑搬运;10———
流体运移方向;11———铀离子类型;12———蚀变范围;
13———断层;①———在不整合面下部中等品位的单金属矿
化;②———在不整合面处高品位多金属矿化;③———在不整
合面上部沉积盖层岩石中低品位单金属矿化。
图4 阿萨巴斯卡盆地Eagle point 矿床基底
断裂构造控制铀矿体示意图
(据Thomas 等,1996)
Fig.4 Schematic map showing the control of
uranium ore bodies by fault
structure (at Eagle Point deposit )in Athabasca
basin (After Thomas et al.,1996)
1———第四系覆盖层;2———阿菲比亚变沉积岩;
3———阿萨巴斯卡;4———花岗片麻岩;5———蚀变晕;6———矿体;7———逆冲断层。
・231・铀 矿 地 质 第16卷马凳筋
(3)铀矿化与“红化”地质现象密切相关。这里的“红化现象”是指红沉积建造，由碱交代成赤铁矿化产生的红化现象。在比弗洛支地区，铀矿化区和红沉积建造分布区相吻合，在区域上没有红沉积建造的地方就没有铀矿化。此外，铀矿化的近矿围岩主要呈红的钠交代花岗质岩石。在阿萨巴斯卡盆地中与不整合面型铀矿化有关的不整合面发育一层015-50m 厚的红古风化壳，铀矿化亦与红的赤铁矿化密切相关(图3)。
(4)铀矿化区是富碱区。主要是指两个方面：一方面是指稍早于铀成矿作用，有偏碱性、碱性岩浆活动，其成分可由基性变化到酸性，如比弗洛支地区的变碱性玄武岩，在这类岩石中，铀的含量较相同SiO 2含量的其它钙碱性岩石要高；另一方面是指铀矿化作用常与强烈的碱交代作用有关。比弗洛支地区阿萨巴斯卡盆地区铀矿化主要受基底断裂控制的铀矿床，如拉比特湖铀矿床都与强烈的钠交代作用有关。
(5)在时空上，铀矿化还经常与基性岩浆活动密切相关。比弗洛支地区铀矿区有大量的基性岩浆活动；在阿萨巴斯卡盆地区则是NW 向的岩脉活动，这些岩脉侵入基底和盖层中。在有些矿床中(如中西湖铀矿床)，矿体产于辉绿岩脉周围(图5)[5]。这些深源的基性岩浆活动不仅为铀的活化迁移提供了热源，并且指示深部地质构造作用和铀的来源，还代表着地壳张性
构造动力学特征。这些因素对铀的成矿都是有利的。
轮胎脱模剂图5 阿萨巴斯卡盆地中西湖矿床矿体与不整合面、辉绿岩脉空间关系图
(据Wray 等,1985)
Fig.5 Map showing the spatial relationship of ore bodies at Midwest Lake deposit with
unconformity 2surface and diabase dyke (After Wray et al.,1985)
1———产于砂岩中的矿化;2———产在不整合面上的矿化;3———产于基底的矿化;
4———辉绿岩;5———底部砾岩;6———断裂;7———不整合面。
(6)与铀矿化有关的包裹体研究表明，铀矿化具明显的热液铀成矿作用特征。比弗洛支地区的铀成矿温度的变化范围在80-400℃，有时甚至更宽，而阿萨巴斯卡盆地中不整合面型铀矿的成矿温度变化在100-300℃。
(7)与铀矿化伴随的常见蚀变有绿泥石化、钾钠长石化、伊利石化、高岭石化、硅化和赤铁矿化。不同蚀变现象在不同地区表现主次不同，主要取决于构造条件、热流体的性质和循环的优劣、围岩的性质以及交代作用的完全程度等。
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(8)成矿年龄相近。比弗洛支地区的最初成矿年龄比阿萨巴斯卡盆地区的铀矿化要早，但两地区的主成矿年龄是相近的(1350-1000Ma )，且受到后期成矿作用的改造是相同的。这说明它们形成于相类似的区域地质背景，亦即受某种地质构造作用的统一控制。
(9)铀成矿的深源特征。矿石的地球化学数据表明，在比弗洛支地区和阿萨巴斯卡盆地区的许多铀矿床都不同程度地富集深源元素。根据矿石物质成分特点，两地区均可划分为简单型和复杂型铀矿化。比弗洛支地区的简单型铀矿化的矿物组成主要是沥青铀矿+黄铁矿±铜(铅)硫化物；复杂型铀矿化的矿物组成是沥青铀矿、黄铁矿、钴2镍砷化物、铜2镍2铅硒化物、自然铂、金、银和铜。阿萨巴斯卡盆地区的简单型铀矿化主要是沥青铀矿、钍石；复杂型铀矿化除了沥青铀矿外，还有钛铀矿、钍石、镍2钴的硒化物、砷化物和铜、铅、锌的硫化物及自然金、银、硒和铂族元素。表1列出了阿萨巴斯卡中西湖铀矿床和我国华南某些铀矿床高、低品位矿石铀及伴生元素含量对比。中西湖矿床铀矿石除了铀的含量很高外(最高达28179%)，镍(最高达16151%)、钴(最高0139%)、砷(最高18161%)的含量也很高，并总体上与铀含量呈正相关。华南铀矿床也具有与其相类似的微量元素含量特征，即富铀矿石的铀含量高，镍、钴和砷含量也高，所不同的仅是富集程度不同而已(表1)。需特别指出的是阿萨巴斯卡Manitou Falls 建造砂岩中的本底铀含量只有(1-2)×10-6，镍的含量(10-14)×10-6，作为含矿主岩的砂岩，不大可能为矿化提供铀和镍源。况且，铀和镍的地球化学性质也不相同，通过外生作用过程很难使它们富集在一起并达到如此高的含量。因此，铀、镍等元素显然具有深源特征，铀矿化成因上与深部地质作用有关。
表1 加拿大中西湖铀矿床和华南一些铀矿床伴生元素含量对比
T able 1 Comp arison of associated elements at Midw est Lake deposit ,C anad a and some uraniu
m deposits in southern China 元素U (%)
Ni (%)Co (%)As (%)元素U (%)Ni (×10-6)Co (×10-6)As (×10-6)中西湖铀矿床高品位低品
位18184
161340131718223159
1615101251816128179
101550113111880134
1163013931070108013301070153华南铀矿床高品位低品位
>013136901002>0135246866>01373152185<013<5<517<01313<576 注：数据引自参考文献6,7。
3 对我国矿的启发意义
加拿大萨斯喀彻温省北部的铀矿化尽管划分为不同的矿化类型(事实上，矿化类型的划分是人为的，以不整合面型铀矿为例，它实际上主要受切穿不整合面的断裂构造控制，并不是不整合面上都有铀矿化，从这个意义上讲，也可将其视为脉型)，但它们的许多共同特征表明，它们受某种共同的控矿因素
自动扶梯装饰
所制约。这种控矿因素主要是深源成矿作用，即热流体和矿源主要是来自深部。控矿的核心因素是热点活动与构造作用的叠加。换言之，萨斯喀彻温省的北部在元古代存在地幔柱构造活动，是不同级别地幔柱构造及其多期次的活动制约并决定了地质构造作用、火山岩浆活动、沉积变质作用和成矿作用的特征。上述特征与我国华南地区铀矿化特征，尤其是热液型(花岗岩型、火山岩型)铀成矿作用特征是相似的、可以对比的。尽管华南地区的铀矿化时代属中、新生代[8]，矿化围岩与加拿大萨斯喀彻温省北部岩石也有很大不同。因此，通过对比认识铀成矿作用的本质规律，在我国寻新的铀成矿区和新类型具有重要的现・431・铀 矿 地 质 第16卷
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