澳大利亚铀矿大揭秘——成矿区划

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-10-13 矿业澳洲


【矿业澳洲点评】澳大利亚蕴藏了丰富的铀矿资源,目前铀矿储量位居世界第二。在大地构造上,澳大利亚可划分为中西部前寒武纪克拉通和东部显生宙造山带。我们在区域地质构造背景和成矿条件研究的基础上,总结了铀矿在北澳、南澳、西澳、中澳和东澳五大成矿区带中的分布情况,勾勒了北澳的派恩克里克、南澳的奥林匹克坝、西澳的伊利列等15个矿集区中的34个类型迥异的矿区的总体地质环境与矿床特征。


根据成矿地质作用、成因类型、矿物特征等因素,结合澳洲铀矿床的具体情况,专家们归纳出8种典型的矿床类型。选取代表性铀矿进行地质环境、矿床地质的分析与总结,认为澳大利亚铀矿的成矿地质条件优越,矿床类型丰富,资源潜力巨大,并指出这些类型可作为今后找铀的靶向类型。


《澳大利亚铀矿大揭秘——成矿区划》


澳大利亚铀矿蕴藏量丰富,是世界最主要的铀矿资源国之一,是继加拿大之后世界第二的产铀大国。澳大利亚的铀矿工作开展较早。1906年在南澳大利亚州首次发现铀矿,著名的物理学家居里夫人从事镭的研究时所用的铀矿石就是在南澳大利亚州首府阿德莱德(Adelaide)以北467km的镭山(Radium Hill)采得的。


从1944年起,澳大利亚开始大规模开展铀矿勘查。澳大利亚联邦政府对铀矿的勘查采取了一系列的奖励措施,如1947年曾拨出20多万澳元作为奖励发现铀的免税奖金,35名找矿人员因此获奖。后来,又采用豁免课税、放宽出口鼓励采矿公司开发铀矿的政策等。


目前已知几个老的铀矿床都是在那段时期发现的,例如昆士兰州的玛丽凯瑟琳Mary Kathleen)铀矿床等。自1961年,由于世界铀矿市场情况不佳,铀的需求量下降,澳大利亚也同许多国家一样中断了铀矿的地质勘探。从20世纪60年代后期开始,由于国际市场上对铀的需求量增加,价格上涨,各公司又恢复了铀矿普查勘探。美国、法国、加拿大、西德等国的私人公司也蜂拥而至。由于澳大利亚政府采取奖励政策,采矿加工技术不断改进,使铀矿勘探取得了重大突破。


澳大利亚现今铀矿储量的85%是在1969—1975年期间发现的。据澳大利亚铀矿地质学家估计,澳大利亚铀矿的远景资源量是已知储量的许多倍。预计在不远的将来,澳大利亚将成为世界铀矿储量第一大国、产量第一大国和出口量第一大国。澳大利亚国内没有核电厂,其生产的铀矿(核燃料)主要向日本、韩国、美国、法国、英国、芬兰、瑞典、比利时、西班牙等20多个国家出口。


进入21世纪以来,澳大利亚每年的铀平均出口量达8071.7吨,累计为国家创造收入40.44亿澳元。核能作为一种新型清洁能源,能有效地解决传统火力发电带来的有毒气体排放。根据国际原子能机构(IAEA)2008年6月的统计数据,截至2007年底,全世界在运核电机组共有439台,总装机容量超过387GW,其中法国核电占其国内总电力的74.6%,比利时56.8%、瑞典39%、曰本33.8%、德国30.6%、英国22%、美国20%、俄罗斯16%等。随着全球气候的变化,人们对低碳经济越发重视。


2009年,哥本哈根世界气候大会更是成为人们关注的焦点。核能作为清洁能源成为替代其它能源的主要形式,各国对核能的开发和利用越发重视,核能的发展必将带动铀矿资源的需求。近10年来,中国的核能利用迅速发展,是世界核能利用增长最快的国家之一,但中国铀矿山的铀产量始终没有大幅度增加,近年来甚至出现下降现象,与核能消费的快速增长存在着明显的反差,供需缺口逐年扩大,表明中国单靠自己的力量似乎难以满足快速增长的核能消费需求。中国核原料缺口到哪里解决,出路只有国际市场,澳大利亚不失为一个优选国家。因此,加强对澳大利亚铀矿地质研究,加速融入该国铀业开发将是一条捷径。


【成矿区带划分及其特征】澳大利亚铀矿分布广泛,类型繁多,储量巨大。据不完全统计,澳大利亚铀矿矿床近百处,可划分为5个成矿带、15个矿集区和34个矿田(图1,表1)。



图1 澳大利亚主要铀矿床及各级成矿单元分布


表1澳大利亚铀矿成矿带的规模、下辖单元和主要特征



【北澳大利亚成矿带】北澳大利亚成矿带的范围西起西澳大利亚州金伯利(Kimberley)地区,东到昆士兰州西北部,南自麦克唐奈山脉以北,北濒帝汶海和阿拉弗拉海(Timor and Arafura seas),为一条辽阔的向北突出的EW向弧形地带(图1)。该成矿带是澳大利亚铀矿资源最丰富、大型一超大型矿床最多、目前地质勘查程度较详细、开采条件优越的成矿带,已被划分出4个矿集区、14个矿田和36个矿床。其主要铀矿床及其U3O8的储量(截至2009年)详见表2。


表2北澳大利亚成矿带主要铀矿床类型、储量和品位



北澳大利亚成矿带的派恩克里克矿集区(Pine Creek)是由太古宙变质杂岩构成的结晶基底,古元古代变质岩、混合岩和花岗岩构成褶皱基底,中新元古代地层组成其下部沉积盖层,中生代和新生代地层组成其上部沉积盖层。铀矿化主要发育于褶皱基底与结晶基底的不整合面附近(图2)。该矿集区结晶基底的原岩可能为太古宙表壳岩系,西部出露于利希菲尔德(Litchfield)、拉姆•章格尔Rum Jungle)、沃特蒙斯(Waterhouse)等地区,东部见于纳纳姆布(Nanambu)、尼姆布瓦(Niniuwah)等地,产出灰色片麻岩、混合岩、花岗岩等杂岩体。褶皱基底由古元古代地层组成。



图2北澳大利亚铀矿成矿带派恩克里克矿集区地质略图


古元古代地层可分为3个部分:下部在西段称为巴切勒群,由白云岩、长石砂岩、砂岩和砾岩互层组成;在中段称为马森群和芒特•帕里奇群,由富含化学沉积的泥质岩、硬砂岩、砂岩和砾岩互层构成;在东段该群以混合岩为代表。中部为戈尔登•戴克群和库尔平群,变质程度较高。上部为伯勒尔•克里克群和诺尔蒂纽斯群,以碎屑沉积岩和粉砂岩为主,缺失富含化学沉积的岩层。古元古代岩层的变质程度在南阿利盖特河以西为较低的绿片岩相,在东部逐渐递增为角闪岩相,局部达到麻粒岩相,下部有花岗岩化的现象。古元古代地层的褶皱作用在西部_般为中等程度,向东北多呈紧闭褶皱,局部呈倒转褶皱。


下部沉积盖层由中新元古代地层(科姆波尔吉群)组成,不整合覆盖于古元古代岩层之上,是一个遭受断层作用的缓倾斜砂岩层,含少量基性一中性火山岩夹层。在南阿利盖特河谷有河谷堆积型的酸性火山岩和粗粒碎屑沉积岩。


上部沉积盖层由中生界白垩系和新生界组成。海相白垩系位于矿集区北部,陆相白垩系被剥蚀残留于全矿集的各个地段。新生界有古近系、新近系和第四纪,前二者多为古河道的砂砾岩,后者多为沙漠堆积,红土残积层和现代冲积层,风化作用自白垩纪开始,延续到现代。


该带岩浆活动比较发育,花岗岩基的侵入时代为中元古代早期。基性侵入岩体有2期,一期是褶皱前的,另一期是褶皱后的,表现为侵入接触关系。矿化作用普遍,派恩克里克矿集区被划分为阿利盖特河、拉姆•章格尔、南阿利盖特等6个矿田。现简要介绍以下3个油田:


【阿利盖特河矿田】该矿田由4个主要矿床组成,即纳巴勒克、贾比卢卡Jabiluka、兰杰和库恩加拉矿床,其中包括3个超大型矿床(U3O8储量大于30000吨)和1个大型矿床(U3O8储量大于3000吨),并拥有高品位的U3O8,储量为21.58万吨。引起世界的关注。


矿田赋存于2个混合岩杂岩体之间的南北向复向斜中。杂岩体由遭受了花岗岩化的古元古代沉积岩组成,可能还包含有太古宇的内核。含矿围岩是花岗片麻岩和绿泥石片岩,局部为含炭质、黄铁矿或石榴子石的片岩。白云岩常发育在矿床附近,但不是容矿围岩。区域变质作用可达角闪岩相。伴随铀矿化而发育强烈的铁镁交代作用叠加在角闪岩相带之上。


含矿主岩:在贾比卢卡矿床是石英一绿泥石化角砾岩,在片岩层的其它层位里也有矿,特别是在含炭质片岩中,矿体常位于不对称向斜的翼部;在兰杰矿床的含矿主岩也很相似,但是矿带产在塌陷构造中;纳巴勒克矿床含矿主岩为绿泥石化的角砾岩带,多数矿体产于古元古代变质岩系的下段。


矿化作用:原生铀矿物是沥青铀矿,伴有少量铁、铜和铅的硫化物。次生铀矿化是硅镁铀矿、镁磷铀云母和脂铅铀矿。还有钙铀云母、硅铅铀矿、黄磷铅铀矿、准铜铀云母、板铅铀矿、菱铀矿等。


矿床成因有3种观点。


其一是热液成因,依据是:(1)在大多数矿床的周围有广泛的交代作用;(2)铀与硫化物、碲化物、金和难熔矿物(如钛铀矿等)共生;(3)一些隐伏矿体埋藏很深,矿体周围缺乏氧化作用的条件;(4)在矿体下部的混合岩中有沥青铀矿脉和蚀变带。


其二是同生沉积,叠加蚀变,依据是:(1)矿体和矿化带多位于不整合面上覆岩系的底部和下部;(2)矿化与底砾岩,角砾岩层及透镜体有密切的关系;(3)热液蚀变作用的水源多数为天水、地表水,而不是岩浆水。


其三是2期矿化,第一期与混合岩形成时间(1700Ma)一致,原生沉积的沥青铀矿形成时间为1850Ma;第二期生成时间大约在870Ma,相当于新元古代早期。


【拉姆•章格尔矿田】该矿田含芒特•菲奇、戴森、怀特、南拉姆•章格尔克里克等多个矿床。产于古元古代沉积变质岩系所组成的向斜内。该向斜两侧各分布一个太古宙穹形花岗岩杂岩体,向斜又遭受褶皱和断裂改造。


大多数矿床位于上覆戈尔登•戴克群变质泥质岩和下伏的库马里群白云岩的岩层界面上,或在该界面附近。含矿化的主岩是绿泥石化和绢云母化的板岩和片岩,有时为砾岩或黑色页岩。芒特•菲奇铀矿的主岩是白云岩。铀矿体大致与周围的变质沉积岩层理相整合,有时呈条带状纹理协调产出。


在所有的矿床中原生铀矿物均为沥青铀矿,通常呈烟灰状产出,具有胶体结构。次生矿物广泛分布,主要有铜铀云母、钙铀云母、磷铀矿、镁磷铀云母、硅镁铀矿、脂铅铀矿等。


【南阿利盖特矿田】该矿田包括埃尔谢拉纳、萨德尔山、辛托、帕利托、科罗内申山等多个矿床,它们由许多小而富的透镜状矿体组成。产于古元古代沉积变质岩和上覆的新元古代卡本塔里亚群沉积岩及火山岩中。铀矿化主岩有含燧石铁质粉砂岩、炭质页岩、白云岩等,通常沿剪切带和裂隙带分布,形成沥青铀矿浸染体、脉体和块体。在科罗内申山矿床,含矿主岩是火山集块岩构成的火山颈。在萨德尔山部分矿体产在火山凝灰岩中,在辛托矿床则产于闪长岩中。


原生矿化一般都是沥青铀矿,多数矿体伴生有金,在不同的矿床中见到各种硫化物,包括方铅矿、黄铜矿、黄铁矿、红砷镍矿、辉砷镍矿、硒铅矿和碲汞矿。在科罗内申山见到含大量黄铁矿的页岩,在罗克霍尔见到黄铁矿和白铁矿,在帕利特有磷灰石和电气石等。如同其他矿田和矿床样,次生矿物包括一系列的铀酰磷酸盐。


【南澳大利亚成矿带】该成矿带的范围西起纳拉伯平原,东至新南威尔士州达令河下游,北自维多利亚大沙漠_北艾尔湖,南濒印度洋的大澳大利亚湾_圣文森特湾,是澳大利亚国比较富庶的地区之一。


该成矿带铀矿资源丰富,拥有奥林匹克坝、贝弗利、哈尼蒙(蜜月Honeymoon)、四哩等超大型和大型矿床,铀矿发展潜力巨大。已被划分为2个矿集区,5个矿田,现将主要铀矿床及其U3O8储量截至2010年)列入表3。


表3 南澳大利亚成矿带主要铀矿床类型、含量和品位



成矿带内的基底构造层分布于高勒地块和柯纳莫纳(Curnamona)地块,由古元古代沉积岩组成,目前已变质为角闪岩相和麻粒岩相的变质岩。广泛发育深熔变质作用,产生大量的石英长石云母片麻岩、花岗片麻岩、花岗岩、伟晶岩等,这些杂岩与派恩克里克矿集区的变质岩有明显的相似性,但这里的变质程度一般较高。


在这些基底构造层的周围出露着较年轻的中新元古代(阿德莱德期)沉积岩盖层,岩性为页岩、粉砂岩、砂岩、砾岩、角砾岩和不纯白云岩。其上又被显生宙的沉积物所不整合覆盖。


在中生代以后,白垩纪海相沉积层超覆在宽缓褶皱的寒武纪红色碎屑岩和石灰岩层之上。白垩系之上又依次覆盖了古近纪——新近纪滨海相和陆相沉积,以及第四纪古河道沉积。



图3 南澳大利亚成矿带弗罗姆湖矿集区地质略图


成矿带内共有3种代表性铀矿床。


奥林匹克坝式角砾杂岩型铀矿床:矿床位于高勒克拉通东部。元古宙花岗岩基底,被深而狭窄的地堑所切割,地堑由快速沉积的角砾岩,含铁砂岩和少量长英岩所充填。含矿主岩为花岗质角砾岩、非均质花岗岩和赤铁矿角砾岩、石英赤铁矿角砾岩和火山碎屑岩,统称之为角砾杂岩。矿化为铜、铀、金、银、铁等共生矿床。矿石储量4.73亿吨,矿石U3O8品位0.28%~0.57%,U3O8储量315200吨。矿石远景资源量83.39万吨,是世界上最大的铀矿床。


近年来,在奥林匹克坝铀矿床西南27km的阿克劳泡利斯发现了相似的角砾杂岩型铀矿床,另外在布罗肯希尔(Broken Hill)一带也有新的发现,在约克半岛上发现了铜-金-铀矿床。


芒特•佩因特不整合面型铀矿,在1961—1971年间通过地质勘探在5个矿床中获得了新的储量。其中,4个矿床由整合角砾岩带组成,角砾岩带厚度1〜70m,产于粗粒长石砂岩中,并充填在前寒武纪沉积岩的裂隙中。原生矿化为细浸染状晶质铀矿,副矿物包括钛铁矿、磁铁矿、金红石、赤铁矿、石英和黑云母。矿体延伸逾1km。第5个矿床呈锥状,与含矿岩石不整合,晶质铀矿与砷黄铁矿、黄铁矿、石英共生,矿体地表有铁帽。


贝弗利矿田和哈尼蒙(蜜月)矿田产于太古宙——元古宙基底构造层之上的新生代沉积盖层中。该盖层下部为古近系中下统(古新统——始新统)艾尔群,由夹有一些粉砂岩和粘土岩的砂层组成,厚15〜18m;上部为古近系上统和新近系下统(渐新统——早中新统)埃塔邓那群,由黑色、灰色和橄榄绿色粘土、粉砂、砂和碳酸盐组成。


矿石为细粒晶质铀矿化的砂岩,产于砂岩的氧化还原界面中,在许多方面类似于美国怀俄明矿床。哈尼蒙、亚拉姆巴和东卡尔卡鲁矿床产于亚拉姆巴古河道,古河道中央部位遭受氧化作用,矿石沿古河道边部的氧化和未氧化部位的界面产出。


贝弗利铀矿区自1999年开始运营,是世界上最大、最先进的地浸铀矿开采区,矿石资源量770万吨,矿石U3O8品位2.7kg/吨,U3O8储量2.1万吨,年产量1500吨。哈尼蒙铀矿区U3O8储量3.2万吨,品位0.18%〜0.27%,预计年产量338吨。


【西澳大利亚成矿带】西澳大利亚成矿带范围与西澳大利亚州西部相_致,是澳大利亚矿业比较发达的地区之一。近年来,铀矿地质和采矿事业也得到迅速的发展,特别是发现伊利列式钙质结砾岩型铀矿以后,铀矿地质工作的进展更加迅速了。


西澳大利亚成矿带的构造背景是皮尔巴拉(Pilbara)和伊尔岗(Yilgarn)太古宙——早元古代克拉通,岩性由灰色片麻岩、绿岩混合岩、花岗岩等组成。在地表风化条件下,可源源不断地提供铀矿物质来源。


据报道,西澳各类花岗岩含铀在5x10-6以上,是地壳克拉克值的2倍。伊利列矿田周围的地下水中含铀值为450x10-9。西澳克拉通在新元古代到中生代漫长的地质时期经历了风化剥蚀。西澳大利亚高原是一个平缓的波状平原(图4),在该平原上,可明显见到白垩纪、古近系和新近系的夷平面。在伊尔岗地块东南部先流入海的水系,后来因河谷充填堵塞造成内陆水系和蒸发岩的发育,气候不断变得干旱也起到了重要作用。



图4 西澳大利亚成矿带主要铀矿床分布略图


钙质结砾岩是由于地下水中的碳酸钙或碳酸镁在河谷堆积物中沉淀而成的。这一过程可以追溯到古近系——新近纪,甚至白垩纪,并且持续到现代。地表显示往往不明显,但局部可见石灰岩低圆丘,具有喀斯特地貌的某些特征。铀矿化呈薄膜状覆盖在钙质结砾岩颗粒间,有时呈土状或薄层状产于其裂隙或断层中,常见矿物是钒钾铀矿。伊利列铀矿的矿石量约为3500万吨。矿石中U3O8品位约为0.015%〜0.5%,U3O8储量达3.99万吨,达到超大型。另外,金泰尔、维卢纳铀矿也达到大型规模(表4)。


表4 西澳大利亚成矿带和东澳大利亚成矿带主要铀矿床类型、含量和品位



【中澳大利亚成矿带】中澳大利亚成矿带范围系指南澳大利亚州北部,北部地区南部,以及西澳大利亚州东侧部分区域。成矿带在区域构造方面,包括2个早元古代结晶基底地块,即阿伦达地块和马斯格雷夫(Musgrave)地块。还包含2个年轻的沉积盆地,即阿玛达斯盆地和恩加利亚盆地。


结晶基底地块由各种沉积变质岩组成,包括变质的泥岩、砂岩、泥灰岩和少量火山岩。它们又被基性岩和酸性岩体所侵入。变质程度从绿片岩相过渡到麻粒岩相,常有混合岩及花岗岩混杂。麻粒岩的变质作用发生在1650±170Ma。沉积盆地呈东西走向,有新元古代、古生代、中生代和新生代海相和陆相沉积物充填于其中。褶皱作用明显,特别是沿恩加利亚盆地北缘,地层可能倒转,前寒武纪岩石向南推覆于盆地沉积物之上。


在石炭纪埃克利普斯山砂岩中发现钒钾铀矿,在深处有晶质铀矿。在阿玛达斯盆地的沉积物中也有弱的铀矿化。晶质铀矿与少量黄铁矿产于砂岩孔隙和裂隙中,并与深绿色——黑色页岩紧密共生。该盆地原生铀矿化是在近岸浅海湾和潮坪(朝汐带)环境中生成的,次生矿化经过风化和改造,铀矿更趋向于分散,并呈蘑菇状的氧化带覆盖在晶质铀矿带之上。在该成矿带上,已发现了贝依格、诺兰、安加拉等铀矿床。


【东澳大利亚成矿带】东澳大利亚成矿带位于东澳大利亚昆士兰州、新南威尔士州、维多利亚州和塔斯曼尼亚州的中东部。地质构造受控于东澳大利亚古生代地槽褶皱带,总称塔斯曼地槽(Tasman)。前寒武纪沉积变质岩、火山岩、片岩、片麻岩和混合花岗岩以构造窗的形式出露。它们的铀区域浓度克拉克值较高,在罗宾胡德花岗体内小石英脉中开采过10吨品位为2%的U3O8矿石。该带地层以古生界为主体,岩性以海相沉积岩、中基性火山岩、蛇绿岩等为主,多处于大陆增生楔和岛弧构造环境中,后期的构造变动比较强烈。


铀矿化主要发育在古生代地层中,北段在昆士兰州已找到默里恩、阿宾登当斯和本洛蒙等铀矿床,矿体赋存于石炭纪——二叠纪火山碎屑岩系底部,前者为中型矿床,后者为大型矿床;中段在新南威尔士州发现特古吉铀矿;南段在塔斯马尼亚州的二叠纪黑色页岩中发现含铀碳氢化合物的碳铀钍矿。


——朱意萍,高卫华,马娜,匡福祥,乔美萍


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