广东棉花坑矿床深部扩大

黄国龙　徐文雄　朱捌　尹征平

（核工业二九〇研究所，广东　韶关　512026）

[摘要]在棉花坑矿床深部预测有找矿潜力的地段，采用地表和硐室钻探为主要手段对棉花坑矿床深部进行勘查，经两年的勘查和一年的总结研究，在埋深500～900m处发现品位高、厚度较大的富矿体，实现深部找矿的突破，其新增资源量达到中型，取得重要的找矿进展。经分析研究认为，棉花坑矿床在垂直方向上成矿环境、围岩蚀变、构造性质、矿石品位及类型等均呈有规律的变化，并查明矿床深部的成矿时代和赋矿花岗岩的形成年代，初步建立棉花坑矿床的成矿模式并预测棉花坑矿床南部的长排地区有较好的找矿前景。

[关键词]深部找矿；富矿体；垂向变化；棉花坑

1　发现和勘查过程

1.1　矿床发现及勘查过程

棉花坑铀矿床位于广东省仁化县长江镇境内。1957年，原南岭区域地质测量大队在油洞—棉花坑一带发现了13个异常点，随后，原二机部中南309大队第三分队、广东省地质局技术人员检查异常点并进行异常处理，提出了该区有进一步工作价值的意见。1959～1960年，原地矿部742地质队在棉花坑北部开展地表、浅部揭露和深部评价工作，证明深部有工业矿体存在。1963～1966年，广东省地矿局705地质队对7、9号脉进行系统的地表揭露，并选择33～4号勘探线为重点工作地段进行钻探解剖控制，证实了9号脉的矿体向深部连续扩展。

1967～1985年，广东省地矿局705地质队对矿床进行系统的普查和勘探，并分别于1967年、1969年、1971年提交中间性储量报告；1988年12月，广东省地矿局705地质队根据“粤地函字（1985）03号文”、“粤地函字（1986）121号文”和“全国储委储办（1987）90号文”的要求，将棉花坑矿床评价勘探工作加以全面总结，并利用已有的勘探资料和收集原国营745矿有关棉花坑矿床补充地质勘探、生产探矿成果资料以及矿山回采资料，编写了地质勘探总结报告《广东省仁化县211铀矿区302矿床最终地质勘探报告》。

矿山根据原广东省地质局705大队提交的中间性储量报告，于1969年开始筹建矿山，并进行试采，1985年正式投产，采用竖井开拓，设计服务年限20年。

1.2　矿床深部的勘查过程

2003～2004年，核工业二九〇研究所在开展“华南地区铀资源勘查部署规划研究”中，通过收集资料、野外调查及综合研究，预测棉花坑矿床深部有较好的找矿前景。

2004年，根据国土资源部办公厅下发的《关于开展全国主要固体矿产大中型矿山矿产资源潜力调查工作的通知》（国土资厅[2004]107号文），中核韶关锦原铀业有限公司委托核工业二九〇研究所开展了“棉花坑铀矿井资源潜力调查”工作。通过收集前人资料，对比分析棉花坑矿床的生产探矿和采矿资料，调查9号硅化蚀变带在15～55勘探线间自标高400～50m的8个开采中段（中段高50m）的开采资料和前人在0～－400m少量钻孔的探索成果，认为9号带矿体厚度和矿石品位由浅向深有变厚和变富的趋势，矿床深部有较好的找矿潜力。

2005年根据全国危机矿山找矿办公室危机矿山立项通知精神申请立项，2005年12月全国危机矿山找矿办公室批准《广东省棉花坑铀矿接替资源潜力勘查》的立项。项目分两个阶段实施，即第一阶段为2006～2007年的勘查阶段，第二阶段为2008年的总结研究阶段。第一阶段的2006年以15～47线的0～－300m中段为勘查重点，用地表钻探和硐室钻探相结合方法，经精心设计和施工，有多个钻孔发现品位高、厚度大的矿体，特别发现多处大于1%的特富矿样段；同年也开展对－300～－500m中段的探索，以了解矿体在倾向上的延伸和发展远景，并加强铀矿化在垂向上变化特征的研究。第一阶段的2007年，以15～47线的－200～－500m中段为勘查重点，采用地表钻探方法，结合上年度总结的铀矿化在垂向上变化规律，在深部发现特富矿体，完成资源目标，并大致查明9号硅化蚀变带特点和矿体规模、形态、产状、连续性。第二阶段进一步总结了棉花矿山矿床铀矿化的水平和垂向变化规律、控矿因素、矿床成因，提出9号硅化蚀变带深部、长排地区有较好的找矿远景及下一步探索地段。

2　基本特征

2.1　地质概况

棉花坑铀矿床产于巨大的诸广复式花岗岩体南部的中心，恰处于闽赣后加里东隆起西南边缘（图1），毗邻粤北海西－印支坳陷。

岩体外围广泛出露震旦系和寒武－奥陶系地槽型沉积，为一套浅海—半深海类复理石硅质页岩、笔石页岩建造，总厚度超过15000m。加里东运动使之发生轻微变质，并形成紧密线形褶皱。平均铀含量（5～10）×10^-6，其中震旦系上部和寒武系底部的炭硅泥质沉积，铀含量高达（10～15）×10^-6。前震旦系基底未出露，但据加里东期混合花岗岩Sm-Nd全岩等时线年龄2.2～2.9Ga推断^[1]，本区前震旦系存在成熟度高的古老地块，推算古铀含量达20.53×10^-6。

诸广岩体南部出露面积约2300km²，是由加里东、海西、印支－燕山期花岗岩类组成的复式岩体。加里东期花岗闪长岩、混合花岗岩和黑云母二长花岗岩呈岩株状产出。海西期是本区岩浆活动的低潮期，零星出露的云辉二长岩、云闪石英二长岩和黑云母二长花岗岩，呈岩株、岩滴状产出。加里东、海西期花岗岩类平均含铀量（7～11）×10-⁶，副矿物中大都含少量晶质铀矿。印支－燕山期是本区岩浆活动的顶峰期，SN向展布的印支期花岗岩带和EW 向展布的燕山期花岗岩带，交织构成诸广岩体南部的主体，其岩性为黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩和二云母花岗岩，具富硅、偏碱、铝过饱和、钾大于钠的特点，铀含量较高，普遍含晶质铀矿，最高达5.5g/t。

图1 诸广岩体南部地质构造简图

1—古近系－白垩系；2—泥盆系；3—奥陶系－震旦系；4—燕山晚期花岗岩；5—燕山早期花岗岩；6—印支期花岗岩；7—海西期花岗岩；8—加里东期花岗岩；9—加里东期混合花岗岩；10—主干断裂带；11—铀矿床

印支运动结束了区内外挤压造山的历史，进入了中国东部活动大陆边缘以NNE向走滑伸展为主导的断块活动新阶段^[2]。在隐伏的EW 向、SN向控岩构造的基础上，诸广岩体南部广泛发育NNE、NE、NNW 和NW W 向4组醒目的断裂构造。早白垩世末，在NNE向断裂带由左行走滑转向右行走滑的带动下，其他各组断裂亦发生相应的转换，形成区域上盆山相间的NE向盆岭构造系，并在诸广岩体南部产生较大范围的铀成矿作用。

2.2　矿床地质特征

2.2.1　岩浆岩

矿床及外围主要出露印支期第三阶段

图2 棉花坑矿床及外围地质图

1—第四系；2—燕山晚期花岗岩；3—燕山早期第三阶段花岗岩；4—燕山早期第二阶段花岗岩；5—燕山早期第一阶段花岗岩；6—印支期第三阶段花岗岩；7—印支期第二阶段花岗岩；8—印支期第一阶段花岗岩；9—花岗岩粒度（1．粗粒，2．中粒，3．细粒）；10—花岗岩结构及成分（p．斑状，m．白云母，b．黑云母）；11—碱交代岩；12—细晶岩脉；13—辉绿岩脉；14—硅化带；15—硅化蚀变带；16—地质界线；17—岩相变化界线；18—铀矿床、矿化点

2.2.2　构造

区内发育构造主要有NE向、NW—NWW向和NNW 向或近SN向3组。

NE向组构造：以矿区北部棉花坑断裂和矿区南东黄溪断裂为典型。走向60°～70°，倾向南东，倾角75°～80°，长数千米至数十千米，宽1～5m，充填有硅质岩、碎裂岩、角砾岩，局部有辉绿岩。晚期活动显著。

NW—NW W 向组构造：以充填辉绿岩、煌斑岩为主，另有少量花岗斑岩脉，以油洞断裂充填的辉绿岩脉为代表。走向290°，倾向南西，倾角60°～78°，长数百米至数千米，宽1～5m。

NNW 向或近SN向组构造：是棉花坑矿床及外围的含矿构造，属于以硅质岩为骨架的硅化蚀变带。密集成群，展布宽度3～4km。单条走向320°～360°，倾向西（或东），倾角60°～85°，沿走向、倾向有波状起伏、膨大收缩、分支复合、尖灭再（侧）现的特点。硅化蚀变带规模大小不一，长数百米至数千米，其中9号带长4km，宽数十厘米至数十米，最宽达60m。

图3 棉花坑矿床9号带地质及钻孔分布图

1—花岗斑岩；2—中粒黑云母花岗岩；3—粗中粒黑云母花岗岩；4—中粒二云母花岗岩；5—碱交代岩；6—硅化带；7—含矿蚀变构造带；8—铀矿体；9—勘探线；10—工业、矿化、异常钻孔

9号带是棉花坑矿床主要含矿硅化蚀变带（图3）。走向330°～355°，倾向西（局部东），倾角70°～85°。矿床控制长2500m，出露最大标高555m，在标高－647.5m深部仍未尖灭，并赋存工业铀矿体。含矿带以硅质岩为骨架，向两侧依次为硅化、绢云母（绿泥石）化碎裂岩。在其上叠加赤铁矿化、粉末状黄铁矿化、紫黑色萤石化，则是铀矿化富集的标志。特别是紫褐色赤铁矿化与粉末状黄铁矿化、紫黑色萤石化相伴，定是富矿地段。15号线以北硅质骨架宽度大、倾角陡、连续性好，发育深度大，已查明的资源储量占矿床的70%以上，是主矿体产出和矿化垂幅最大的部位。

2.2.3　地球物理及地球化学特征

诸广岩体南部整体上具有高铀高钍的地球化学背景。尤其是印支期－燕山期岩体，平均铀含量大于13×10^-6、是同类花岗岩的4倍，平均钍含量38×10^-6、是同类岩性的2.1倍，且自加里东期到燕山期，铀、钍含量均有增高趋势。

航空伽马能谱测量显示，棉花坑矿区正处于西部高铀、高钍场与东部低铀、低钍场的过渡部位，这与东部花岗岩广泛的自变质作用和面型绢云母化蚀变相吻合。

矿区岩心的铀分量和²¹⁰ Po测量表明，铀矿体产出部位有显著的铀分量和²¹⁰ Po异常。

2.3　矿床特征

2.3.1　矿体形态及产状

矿区15～47线0m标高以下共圈连21个矿体，呈脉状、透镜状产出，在9号硅化蚀变带0～－500m标高，受9号带控制（图4）。矿体走向330°～355°，倾向西（东），倾角73°～90°。长50～250m，最长350m；厚0.5～5m，最厚7.65m，平均厚2.12m，厚度变化系数82.8%，属于较稳定的矿体；矿体品位0.05%～0.300%，平均0.212%，最富矿体品位0.339%，品位变化系数87.4%，属较均匀的矿体。其中E⑨－0和E⑨－1是勘查地段两个最大的矿体，占本次估算资源量的74.7%。

2.3.2　矿石物质组分及结构构造

矿石物质组成简单。主要矿石矿物是沥青铀矿，少量黄铁矿、赤铁矿，浅部有少量铀黑和硅钙铀矿。脉石矿物以微晶石英为主，另有少量方解石、紫黑色萤石、绢云母、绿泥石等。另外，矿石常残留有花岗岩碎块及花岗岩的残留矿物。

矿石化学成分中，SiO₂含量70.01%～85.22%,CaO 含量0.46%～8.84%,M gO 含量0.74%～3.19%。与铀伴生的有益有害组分量微。

矿石以微晶结构、碎裂结构、碎斑状结构和碎裂花岗结构为主。沥青铀矿呈胶状、球粒状、肾状产出，形成浸染状、条带状、网脉状及角砾状矿石构造。

综上所述，本矿床矿石属于高硅酸盐贫钙镁单铀型易处理矿石类型。

2.3.3　围岩蚀变

近矿围岩蚀变有硅化、赤铁矿化、绢云母化、高岭土化及碱性长石化等，并具一定的水平分带性。

图4 棉花坑9号带××勘探线剖面示意图

通常在白色、红色、灰黑色隐晶、微晶石英构成的硅化岩骨架及其两侧，依次为硅化、赤铁矿化、绢云母（绿泥石）化、高岭石化碎裂花岗岩及碱性长石化花岗岩，最外侧则是正常花岗岩。各蚀变互有重叠。硅质骨架一般宽1～3m，最宽5～7 m。赤铁矿化叠加在硅质骨架上，向两侧其颜色由紫褐色逐渐变成粉红色，最宽达60m，是铀矿体主要赋存部位。绢云母（绿泥石）化常与粉红色赤铁矿化重叠，宽度20～50m。

上述蚀变在垂向上亦具一定的规律性^[5]。浅部以灰白色硅质骨架为主，叠加成矿期红色微晶石英，宽＞5m；到深部宽＜3m，多数数厘米至几十厘米，成矿期有红色微晶石英，但以灰色微晶石英为主，宽度变小，脉体两侧叠加的赤铁矿化、紫黑色萤石化、粉末状黄铁矿化增强，其颜色由浅红变成暗紫红色，蚀变宽度增大达数十米，且出现角砾状矿石。

铀矿化受控于红化带，红化或赤铁矿化越强的部位往往矿体越好；铀矿体往往赋存于构造变异地段及不同岩性接触部位。

2.4　成矿规律

2.4.1　控矿因素及成矿作用特征

1）富铀的SN向印支期花岗岩带与EW 向燕山期花岗岩带交汇形成的多期多阶段构造－岩浆活动中心及广泛发育的白云母化、碱性长石化和绢云母化，为岩体中铀的活化转移创造了极为有利的条件。

2）NNW 向成矿断裂与NE向棉花坑断裂交汇是棉花坑矿床定位的构造因素。

3）控制矿体产出和展布的NNW 向9号硅化蚀变带^[6]，在其走向为335°～355°时，矿体连续性好，走向稳定、倾向延深大；走向大于355°或小于335°时，矿体则呈豆荚状，连续性差甚至尖灭。通常在硅化蚀变带倾角变陡部位出现富厚矿体。

4）矿区大面积出露岩体过渡相，残留高温热液产物，是铀矿体处于剥蚀初期、矿化垂幅超过千米的重要因素。

2.4.2　矿床成因及类型

矿床受硅化蚀变带控制。矿体呈脉状、透镜状。矿石物质成分简单，除沥青铀矿外，伴生有赤铁矿、黄铁矿、紫黑色萤石和少量粉红色方解石。与矿化有关的蚀变主要是硅化、赤铁矿化、粉末状黄铁矿化和紫黑色萤石化。沥青铀矿呈细脉状、环带状、皮壳状及球粒状，形成温度220°～70°，深部矿体中晚阶段沥青铀矿U-Pb和Sm-Nd等时线年龄分别为68.7Ma和70Ma^[7]，其成因属多阶段成矿的中低温热液充填型铀矿床。

3　主要成果和创新点

3.1　主要成果

1）项目共施工钻孔28个，见工业矿孔 20个，圈定矿体21个，新增铀资源储量达中型矿床规模，平均品位0.212%。

2）在15～25线间和33～41线间的－200～－400m标高发现富厚矿体，如KZK19-1视厚度8.81m、平均品位为0.468%,KZK29-1视厚度16.9m、平均品位为0.446%的富矿，KZK37-1视厚度13.63m、平均品位为0.479%；并有多个钻孔发现品位大于1%的特富矿体，如KZK19-1、KZK29-1、KZK37-1、KZK17-1等，另外ZK39-2在孔深790m处见工业品位达1.139%、视厚度6.54m的特富矿体。

3）预测棉花坑矿床南段深部和矿床以南的长排地区有较好的找矿前景。

3.2　主要创新点

1）初步建立棉花坑矿床深部成矿模式。

2）总结棉花坑矿床的垂向变化特征。成矿环境：浅部为氧化、弱氧化、酸性，中深部为弱还原、弱碱性。围岩蚀变：上部以硅化＋水云母化＋高蛉石化＋蒙脱石化＋钾长石化组合为主，中部以钾（钠）长石化＋绢（水）云母化＋硅化＋绿泥石化组合为主，下部以钠（钾）长石化＋绢（水）云母化＋碳酸盐化＋绿泥石化＋绿（黝）帘石化＋硅化组合为主。铀矿物：浅部为次生铀矿物的沥青铀矿，中部为以沥青铀矿为主、少量次生铀矿物，深部以沥青铀矿为主。矿化类型及品位：浅部为硅质脉型且矿石品位较低，深部为硅化碎裂岩型且矿石品位较高。

3）棉花坑9号含矿构造蚀变带为多期多阶段构造和热液作用形成，力学性质早期为压性、压扭性，晚期为张性、张扭性。

4）确定深部沥青铀矿成矿年龄为（70±0.1）Ma（U-Pb法测年）。

5）确定棉花坑矿床围岩形成年代，其中，矿床浅部印支期中粒斑状二云母花岗岩为（232±4.0）Ma，深部燕山早期中粒黑云母花岗岩为（159.5±1.2）Ma，燕山晚期细粒花岗岩脉为（138.6±1.3）Ma。

4　开发利用状况

4.1　开采技术条件

矿区大面积出露中粗粒、中粒花岗岩。硅化蚀变带结构完整。地下水主要是花岗岩风化裂隙水、裂隙潜水和构造脉状水。构造含水性极不均匀，且有向深部减弱趋势。钻孔单位涌水量0.00049～0.04721L/s·m。地表无大的水体，属水文地质条件简单类型的矿床。

矿体赋存在以赤铁矿化热液微晶石英岩、赤铁矿化硅化碎裂岩为主的构造蚀变带中。矿体和围岩结构完整，稳定性好，抗压、抗剪、抗拉强度均较高，属工程地质条件简单的矿床。惟北部ZK47-1钻孔中见NE向棉花坑断裂晚期断层规模较大，可能对上下盘附近的9号带水文地质、工程地质条件造成一定影响。

矿区处于地震烈度小于Ⅵ度区，属稳定地块。花岗岩低山区，少有崩塌和滑坡，未发现大的地质灾害。矿石中伴生的重金属元素含量甚微。但放射性粉尘、废渣、废水及含氡子体的废气可能对周边大气和溪流造成一定影响。

综上所述，矿床开采技术条件属以放射性环境问题为主的中等类型。

4.2　开采利用状况

2008年后，棉花坑矿井通过技术改造，竖井已延伸至－150 m中段，并对－50 m、－100m进行开拓和开采。由于深部矿体品位较高，矿体厚度较大，矿石的选冶性能较好，矿山开发具有较好的经济效益。

5　结束语

1）棉花坑矿床为粤北乃至华南地区花岗岩型铀矿床中矿化垂幅最大、延长深度最深、资源储量最大的铀矿床。

2）控矿因素和找矿标志明显，特别是北北西向或近南北向构造蚀变带，是棉花坑矿床及外围主要成矿和控矿构造。

3）项目成果表明棉花坑矿床深部及外围有较好的找矿潜力，特别是9号带南段深部，棉花坑矿床以南的长排地区61、63、60、78号带等构造蚀变化，其构造、蚀变特征与9号相似，具有较好的找矿前景。

4）加强对棉花坑矿床及外围攻深找肓的研究，特别是查找构造蚀变带延深及能探测铀矿化或与铀密切相关元素方法的研究。

参考文献

[1]吴烈勤，刘汝洲，黄国龙．诸广澜河地区下元古界变质岩同位素年龄及其地质意义．华南铀矿地质，1998,15（1～2）:39-42.

[2]马杏垣，等．中国东部中、新生代裂陷作用和伸展构造．地质学报，1983,（1）:22-31.

[3]黄国龙，曹豪杰，凌洪飞，等．2012．粤北油洞岩体SH RIM P锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其成因研究．地质学报，2012（2）:577-586.

[4]黄国龙，朱捌，曹豪杰，等．2012．诸广南部棉花坑矿床赋矿围岩成岩年龄研究．华南铀矿地质，2012:1-8.

[5]金景福，倪师军，胡瑞忠．302铀矿床热液脉体的垂直分带及其成因探讨．矿床地质，1992, 11（3）:252-258.

[6]覃慕陶，刘师先编著．南岭花岗岩型和火山岩型铀矿床．北京：地质出版社，1988:1-170.

[7]黄国龙，尹征平，凌洪飞，等．2010．粤北地区302矿床沥青铀矿的形成年代、地球化学特征及其成因研究．矿床地质，2010（2）:352-360.

我国铀矿勘查的重大进展和突破进-—入新世纪以来新发现和探明的铀矿床实例

[作者简介]黄国龙，男，1962年生，研究员级高级工程师，2004年起任核工业二九〇研究所总工办主任，2012年7月起任核工业二九〇研究所总工程师。负责完成地质勘查和科研项目8项，其中“广东省仁化县棉花坑接替资源勘查”项目于2011年10月被国土资源部授予全国危机矿山找矿专项“先进集体”，获中核集团优秀地质报告三等奖3项，发表论文10 多篇。