一、概 述
碳硅泥岩型铀矿床是指产于碳酸盐质、硅质、泥质的细碎屑岩或它们的过渡性岩石中的铀矿床的总称，是世界上发现最早的工业铀矿床类型之一。碳硅泥岩型铀矿床的内涵是突出铀矿床的赋存层位与岩性，可以与其他 3 类铀矿床类型 ( 花岗岩型铀矿床、火山岩型铀矿床、砂岩型铀矿床) 的定义相类比。“碳硅泥岩型铀矿床”这一概念是我国铀矿地质工作者首先提出来的。最初称为 “灰、硅、泥岩型”、“灰、硅、板岩型”、 “云硅沉岩型”或 “黑色岩系型”等，后经不断完善，最终定名为“碳硅泥岩型铀矿床”。在国外，其被称为 “黑色页岩型铀矿床”。主要产出国家有德国、瑞典、美国、乌兹别克斯坦、挪威、俄罗斯、哈萨克斯坦、韩国和中国等 ( 赵凤民，2009) 。
碳硅泥岩型铀矿床在我国分布相当广泛，在时间上，从震旦纪—二叠纪的地层都产有此类工业铀矿床; 在空间上，全国南北方均有发现，主要分布于 “二带一区”，即南秦岭成矿带、江南成矿带和华南成矿区 ( 表 1) ，是我国四大工业铀矿化类型 ( 花岗岩型铀矿床、火山岩型铀矿床、砂岩型铀矿床、碳硅泥岩型铀矿床) 之一。
赵凤民 ( 2009) 根据中国大陆构造特征、产铀矿碳硅泥岩的分布，以及碳硅泥岩型铀矿床的特征，将我国碳硅泥岩型铀矿床划分成 4 个铀成矿省和 1 个潜在铀成矿省: 湘西 － 赣西北铀成矿省，湘中 － 桂东南铀成矿省，滇东北 － 川东南铀成矿省，秦岭铀成矿省，东天山潜在铀成矿省 ( 图 1) 。
表 1 中国碳硅泥岩型铀矿床的含铀岩系时代及主岩类型
资料来源: 余达淦等，2005
图 1 中国大陆碳硅泥岩型铀矿化区划分示意图( 引自赵凤民，2009)
二、地 质 特 征
1. 矿床类型
我国铀矿地质工作者根据碳硅泥岩型铀矿的主导成矿作用，将其划分出风化壳型、沉积 － 成岩型、淋积型和热液叠加改造型 4 大类，并根据赋矿岩性划分出 9 个亚类 ( 李顺初，2001) 。赵凤民( 2009) 根据新的资料，对原分类进行了修改，并将我国碳硅泥岩型铀矿床划分成 5 个亚型 16 个矿床式 ( 表 2) 。
中国碳硅泥岩型铀矿床的地质和矿化特征十分复杂，新构造运动强烈，表生氧化改造作用普遍发育，使矿床多具有复成因特征，但大多数矿床的主导成矿作用往往只有一个 ( 赵凤民，2009) 。不同成因的碳硅泥岩型铀矿床地质特征见表 3。
2. 典型矿床特征
湖南铲子坪矿床是我国最典型的碳硅泥岩型矿床，本文以铲子坪矿床为例阐述其矿床地质特征及成因模式。
( 1) 矿区地层及含矿主岩
矿区内出露地层由老至新有震旦系南沱组、陡山沱组、灯影组老堡段，寒武系清溪组，中泥盆统郁江组、东岗岭组，上白垩统和第四系 ( 图 2) 。
铀矿化赋存于下寒武统底部清溪组的黑色炭质板岩系内，含矿岩系的主要岩性为含炭硅质板岩和炭质板岩及其互层。含铀黑色岩系含有机碳 0. 1% ～5. 0%，含黄铁矿 0. 5% ～3. 0%，部分层还含磷结核或黄铁矿结核。整个含铀岩系，各层的铀丰度值为 ( 4 ～ 42) × 10－ 6，显示出铀在沉积 － 成岩阶段有原始的富集。另外，含铀岩系厚度大，约达 200m，铀又以吸附状态存在，易于浸出，为成岩后的各种改造作用和叠加成矿提供了良好的铀源条件。
表 2 中国碳硅泥岩型铀矿床分类和矿床式划分
资料来源: 赵凤民，2009
表 3 碳硅泥岩型铀矿地质和矿化特征对比
续表
资料来源: 赵凤民，2009
图 2 中国湖南铲子坪矿床地质简图( 引自余达淦等，2005)
( 2) 矿床构造特征
矿床的构造格局为北端翘起、向南倾伏的不对称箕状向斜。向斜西翼岩层产状相对较平缓，地层出露较全。东翼产状较陡，地层发育不全，反映出箕状向斜有向东侧伏之趋势。向斜核部为上白垩统，两翼为上震旦统和下寒武统。在向斜南侧的两翼，有中泥盆统出露。向斜轴向为 NE20°，轴面倾向为 NW290°。
矿床内断裂构造十分发育，尤其是区域性的新资大断裂，使向斜东翼地层受到强烈破坏。新资大断裂有着长期而复杂的演化历史，总体呈 NE25°，延伸达180km，并以厚度达60m 的板状强硅化带形式出现，控制着中泥盆世和晚白垩世盆地的沉积和分布。新资断裂带倾向 NW，倾角多在 30° ～40°，在中生代的构造 － 岩浆活化过程中，发生过大幅度的正断层位移，并切割了加里东期花岗岩体。沿断裂带的岩浆和热液活动频繁，控制着燕山期花岗岩的定位和区域内 W、Sn、Nb、Ta、Be、U 和萤石矿产的分布，铀和萤石矿化均分布在断裂带的上盘。因此，新资大断裂属区域性控岩、控盆和控矿的断裂构造。该断裂长期多次活动，使矿区含铀层内的铀发生多次活化转移，并为后来铀的活化成矿提供了导矿渠道及储矿空间。
( 3) 矿区岩浆岩
矿区的岩浆岩比较简单，主要是加里东期中粗粒花岗岩，出露于矿区东西两侧，其铀丰度值为13 × 10－ 6，钍丰度值为 34 × 10－ 6。东侧的越城岭岩体和西侧的苗儿山岩体，均以大岩基形式产出，在矿区外围较远处有印支期和燕山期花岗岩体穿切，构成复式花岗岩体。在矿区南部及深部见燕山期中细粒花岗岩体，以岩株形式穿切加里东期岩体，或沿新资大断裂侵入寒武系和泥盆系内。燕山期中细粒花岗岩的铀丰度值比加里东期岩体有明显增高，达 34 ×10－ 6，钍丰度值相对降低，为 32 ×10－ 6。
( 4) 矿体形态及近矿围岩蚀变
矿体形态以似层状、透镜状为主，小矿体为扁豆状。矿体产状与地层产状相吻合，在向斜西翼矿体的走向延长大于倾向延深，而东翼矿体的倾向延深大于走向延长。单个矿体的铀品位，常在中心明显变富，厚度增大，透镜状形态更为明显，但也有切层的铀矿体产出。矿体的近矿围岩蚀变有硅化、绿泥石化、黄铁矿化、赤铁矿化、绢云母化、萤石化及碳酸盐化等，以绿泥石化与铀成矿关系最为密切，分布也最广泛 ( 张待时，1994) 。
( 5) 矿石构造及矿石物质成分
矿石多呈碎裂状、角砾状、糜棱状及细脉浸染状构造产出。以细脉浸染状和角砾状两种矿石构造最为常见。前者沥青铀矿呈微细脉浸染状，或呈微粒状产出，或沿层理分布，且与绿泥石、黄铁矿伴生。后者沥青铀矿以细脉或胶结物胶结岩石角砾，出现在断裂构造破碎强烈地段，或叠加于细脉浸染状矿石和裂隙发育地段内，构成富矿石和富矿体。
矿石的矿物成分有沥青铀矿、黄铁矿、少量方铅矿、磁黄铁矿、红砷镍矿、黄铜矿、斑铜矿、闪锌矿等，脉石矿物有石英、玉髓、绢云母、绿泥石、方解石、重晶石、紫色萤石、高岭石、石墨等。由于矿石内硅化、绿泥石化和萤石化等热液蚀变作用发育，矿石常有褪色现象，富铀矿化地段的有机碳含量明显比围岩少。矿石中铀的存在形式，除沥青铀矿、铀黑及铀云母类矿物形式外，还有呈吸附状态分散于矿石中。
矿石的化学成分与围岩相比有其相似之处，表现为铀与有机碳、氧化铁、氧化镁和五氧化二磷有密切联系，体现了改造和再造成矿作用的继承性特点。但又存在着质的差异，就是各自的微量元素组合不同，矿石中富含 Mo、Pb、Zn、Be、As、Sb、Sn、Ti、Y、Ag 等，而围岩中却富含有机碳、P、V、Ni、Cu、Fe、Al 等。
三、矿床成因和找矿标志
1. 矿床成因
铲子坪铀矿矿床是在沉积预富集基础上经过后期热液改造形成的铀矿床，矿体既受层位控制，又受断裂构造控制 ( 图 3) 。
图 3 中国湖南铲子坪铀矿矿床成因模式图( 引自余达淦等，2005)
沉积预富集期 ( 523Ma) : 含矿岩系原岩铀含量较高，一般为 ( 1 ～4) ×10－ 5，尤其是第 3、4 含矿层可达 64 ×10－ 6。第 4 含铀层的炭质板岩的铀含量为 56 ×10－ 6。根据多个地层样品的 U － Pb 同位素不平衡计算，成岩后的铀丢失达 30% ～80%，反映了以铀丢失为主的活化改造场特征。因此，可以认为，下寒武统清溪组含铀岩层，既是矿床成矿的铀源层，又是现今矿化的主要储铀层。
后期热液改造期 ( 72 ～ 22) Ma: 对沥青铀矿的 U － Pb 同位素组成获得的等时线年龄分别为( 72 ±10) Ma、( 43 ±7) Ma 和 ( 22 ±2) Ma。综上所述数据，结合矿床铀矿化特征，可以认为，早期热液改造成矿期年龄为 ( 72 ±10) Ma; 晚期热液再造成矿期年龄为 ( 43 ±7) Ma; 主成矿期后淋积叠加成矿期的年龄为 ( 22 ±2) Ma。
从不同矿石类型中的石英所作氧同位素测定，得出温度校正后的 δ18OH2O均为正值，并在+ 3. 76 ～ + 11. 9 ( SMOW) 范围内变化，属变质水范围。结合矿床地质特征，可以认为，成矿溶液的水不是单一来源，可能是变质水、构造热液水、岩浆热液水和大气降水的混合溶液体系。
对含铀岩系及铀矿石中的黄铁矿硫同位素进行测定和对比得出，含矿岩系中黄铁矿 δ34S 值变化范围大，在 +29. 68 ～ －27. 5 之间，原因是含矿岩系中包含着不同成因的黄铁矿。矿石中黄铁矿δ34S 值变化较小，其值为 6. 4 ～ 8. 9 ，与矿区外围苗儿山复式岩体内的热液矿化相近，表明热液成矿作用是铲子坪矿床的主要成矿作用 ( 余达淦等，2005) 。
2. 找矿标志
( 1) 地质标志
碳硅泥岩型铀矿床往往受岩性与断裂构造控制。黄世杰 ( 1982) 、余达淦等 ( 2005) 提出了我国碳硅泥岩型铀矿床的地质找矿标志:
1) 有利的大地构造位置: 碳硅泥岩型铀矿床主要分布于古陆、古岛、古水下隆起边缘部位及古隆起新断陷 ( 或坳陷) 的陆相红层发育区，海相沉积相对坳陷的边缘区和新构造运动非强烈上升区。
2) 有利的岩性及其组合: 富含有机质、黄铁矿、磷质的泥质、硅质、碳酸盐岩以及它们之间的过渡岩石，是矿化的有利岩性。常见的岩石类型有: 硅质灰岩、硅质泥质白云岩、含碳硅岩、硅质板岩、含磷碳板岩等。
3) 有利的岩相古地理条件: 地台或准地台区潮湿温暖气候条件较平静的浅海、封闭浅海沉积环境; 地槽区急剧沉降带中相对平静地区，并有火山作用参与的沉积环境。
4) 构造控矿明显: 构造对碳硅泥岩型铀矿床的控制作用非常明显，矿体的展布、产状、形态、规模及内部结构都与构造有密切关系。有利于铀矿产出的构造主要有断裂构造，按其与层位的关系可分为顺层 ( 层间) 断裂构造控矿、切层 ( 斜交) 断裂构造控矿和复合型断裂构造控矿。
5) 古地形地貌: 这类矿床的形成及保存同成矿时期及成矿以后的地形地貌有很大关系，许多矿床分布于低山丘陵区或高 － 中山区的前缘，或较高地貌单元与较低地貌单元的转折地带。
6) 古气候条件: 以干旱 － 半干旱气候最为适宜。在以干旱为主、干湿交替的气候条件下，氧化作用较为强烈，有利于铀源层中铀的浸出和提高地下水的铀浓度，因而有利于碳硅泥岩型铀矿床的形成。
( 2) 地球物理找矿标志
1) 磁异常: 矿石中一般含有黄铁矿等硫化物，容易引起磁异常，因此，利用地面高精度磁测可圈出硫化物矿体。
2) 电磁异常: 硫化物矿石为导电体，在矿体上方出现电磁异常。
3) 电磁测深法: 可控源音频大地电磁法 ( CSAMT) 是一种很有效的勘探方法，在碳硅泥岩型铀矿床中具有较好的找矿效果。如唐国益 ( 1993) 利用 CSAMT 在铲子坪碳硅泥岩型铀矿床深部找到矿体就是一个例证。
4) 航放异常: 利用含矿放射性测量数据，圈定航放异常，确定富铀岩系或富铀层。
5) 地面伽马总量测量: 利用地面伽马总量测量，确定岩石的伽马总量，圈定伽马异常区。
6) 地面伽马能谱测量: 利用地面伽马能谱测量，确定 U、Th 等伽马能谱的含量特征，圈定异常区。
( 3) 地球化学找矿标志
1) 富含有机质、黄铁矿、磷质的泥质、硅质、碳酸盐岩以及它们之间的过渡岩石，是矿化的有利岩性。
2) 典型的富铀层中 U、Th、V、Mo 等元素含量高，其富集系数 ( 相对正常的沉积岩) 达 5 ～10 倍。
3) U、Th 等放射性元素地球化学异常明显，并具有明显的浓集中心。
4) 往往存在氡气异常。
( 潘家永 吴仁贵)