準(zhǔn)噶爾盆地東緣晚石炭世花崗巖巖石地球化學(xué)特征及鈾成礦潛力分析

劉紅旭， 趙 建， 陳祖伊

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；3.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊，830011）

準(zhǔn)噶爾盆地東緣晚石炭世花崗巖巖石地球化學(xué)特征及鈾成礦潛力分析

劉紅旭1，2， 趙 建3， 陳祖伊2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；3.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊，830011）

準(zhǔn)噶爾盆地東緣將軍廟北部花崗巖巖石地球化學(xué)特征、稀土元素、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素特征顯示，該花崗巖形成于碰撞后期板內(nèi)裂谷環(huán)境，其源區(qū)主要為軟流圈地幔，同時有上地殼物質(zhì)的混染。初步判定準(zhǔn)噶爾盆地東部將軍廟地區(qū)晚古生代構(gòu)造環(huán)境為成熟島弧環(huán)境，略高于準(zhǔn)噶爾盆地平均水平。該地區(qū)不同構(gòu)造單元的古生代大地構(gòu)造背景及其地殼成熟度存在較大的差異，地殼成熟度整體較低，在一定程度上制約了該區(qū)砂巖型鈾成礦作用的發(fā)育規(guī)模。

準(zhǔn)噶爾盆地東緣；巖石地球化學(xué)特征；地殼成熟度；砂巖型鈾礦

何國琦等（1990）曾對 “地殼成熟度”提出如下定義：地殼成熟度是指地殼在形成、發(fā)育和改造的過程中，趨向于最終產(chǎn)物——穩(wěn)定的大陸型地殼的程度。它是判斷地殼演化的一種量度，由地殼的物質(zhì)組成和構(gòu)造特征的一系列宏觀和微觀標(biāo)志組成。其主要標(biāo)志有：地殼的厚度增大、剛性增強(qiáng)、滲透性降低、構(gòu)造活動的幅度和反差亦降低，而巖漿作用則從鈣質(zhì)向鈣堿質(zhì)方向演化，硅、堿（特別是鉀）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增高。隨著地殼厚度的增大以及地殼成熟度的提高，巖漿受到的同化混染作用隨之增強(qiáng)，從而使巖漿巖組合在巖石化學(xué)和地球化學(xué)上表現(xiàn)出一系列特征， 如 Ni（87Sr）/Ni（86Sr）增高， 富含大離子親石元素以及高場強(qiáng)元素；此外，在研究工作中把 w（K2O）/w（Na2O）＞0.8 作為有利于區(qū)域鈾礦化發(fā)育的指標(biāo)（陳祖伊等，2005）。

鈾礦對成熟陸殼具有明顯的趨附性，鈾礦與成熟陸殼在空間上存在依存聯(lián)系，成盆期前的古生代構(gòu)造背景對于后期盆地內(nèi)砂巖型鈾礦的成礦作用具有一定的影響和控制作用，這一系列觀點(diǎn)已為中、外學(xué)者所認(rèn)同。

準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)存在眾多砂巖型鈾礦化線索，但經(jīng)過前期鈾礦地質(zhì)勘查工作，一直沒有獲得進(jìn)一步突破。

基于成熟陸殼控礦理論，筆者選取準(zhǔn)噶爾盆地東緣將軍廟北部卡拉麥里褶皺帶中的石炭紀(jì)花崗巖作為研究對象，通過巖石地球化學(xué)和同位素特征分析來厘定該區(qū)古生代大地構(gòu)造背景及相應(yīng)地殼成熟度，探查這一地區(qū)中新生代砂巖型鈾成礦潛力。

準(zhǔn)噶爾盆地東緣石炭紀(jì)花崗巖的研究對于理解卡拉麥里褶皺帶的形成與演化、探查準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)砂巖型鈾成礦潛力具有重要意義。

1 樣品與分析

測試樣品為晚石炭世淺紅色中粗粒花崗巖，采自準(zhǔn)噶爾盆地東緣將軍廟北部228國道202 km處。經(jīng)鏡下鑒定和實(shí)驗(yàn)室分析，最終挑選出7個新鮮、無蝕變的樣品作為研究對象，其中用Sr-Nd-Pb分析的樣品為5件（表 1～3）。

所有分析測試均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所完成。主量元素分析使用Philips PW2404型X熒光光譜儀（XRF）完成，分析精度優(yōu)于1%；微量元素分析使用Finnigan MAT ElementⅠ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）完成，分析精度多小于3%；Sr-Nd-Pb同位素分析在PROBE-T型熱電離質(zhì)譜儀（TIMS）和MAT261型熱電離質(zhì)譜儀（TIMS）上完成，測試過程中分別使用國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)控。

2 巖石地球化學(xué)特征

2.1 主量元素

分析測試結(jié)果顯示準(zhǔn)噶爾盆地東緣將軍廟北部晚石炭世花崗巖巖石化學(xué)成分相對穩(wěn)定，成分波動小。具有高度富SiO2，w（SiO2）為78.58%～79.31%， 富 堿 w（Na2O+K2O）＝8.14%～8.48%、 w（K2O）/w（Na2O）值 較 低 、 貧 鈣 鎂［w（CaO）＝0.51%～0.62%， w（MgO）＝0.09%～0.11%］、低鐵、鋁的特點(diǎn)，這一總體特征與A型花崗巖特征較為一致；此外，這亦反映出其源區(qū)物質(zhì)相對富幔源成分。巖石中MnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.09%～0.11%，明顯高于A型花崗巖平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.06%［1］。侵入巖巖石類型圖解顯示該花崗巖為堿性花崗巖（圖1），里特曼指數(shù)（σ）（1.8～2.0）指示這種花崗巖屬鈣堿性巖石系列。

表1 將軍廟地區(qū)北部晚石炭世花崗巖主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及計(jì)算結(jié)果Table 1 Contents and calculated results of major elements of Late Carboniferous granite in the northern part of Jiangjunmiao area

表2 將軍廟地區(qū)北部晚石炭世花崗巖微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Trace element content of Late Carboniferous granite in the northern part of Jiangjunmiao area

表3 將軍廟地區(qū)北部晚石炭世花崗巖Sr-Nd-Pb同位素分析結(jié)果Table 3 Sr-Nd-Pb isotope analytical results of Late Carboniferous granite in the northern part of Jiangjunmiao area

2.2 稀土元素

稀土元素分析測試結(jié)果顯示該花崗巖稀土元素總量中等（178.67×10-6～191.61×10-6），這一結(jié)果與口岸堿性花崗巖體［2］以及黃羊山堿性花崗巖體［3］相比， 略為偏低。w（La）N/w（Yb）N值（0.9～1.1）反映了該區(qū)花崗巖輕、重稀土元素基本上未發(fā)生分餾，而明顯的Eu負(fù)異常（δEu＝0.01～0.02）反映了在巖漿分餾結(jié)晶作用過程中存在長石的分離作用。

總體上，該堿性花崗巖稀土元素配分形態(tài)呈典型的肩部平坦的 “V”字型（圖2A）。

2.3 微量元素

微量元素地球化學(xué)特征與典型堿性花崗巖特征一致，該堿性花崗巖明顯富集Rb、Th等大離子親石元素，以及Nb、Zr、Hf和Y等高場強(qiáng)元素。強(qiáng)烈虧損Ba、Sr、P、Ti和Eu等元素，這與典型的非造山花崗巖特征一致（圖 2B）。

在Sr-Nd-Pb同位素組成上（表3），該堿性花崗巖 Ni（87Sr）/Ni（86Sr）值較高（0.715 022～0.748 172）、 Ni（143Nd）/Ni（144Nd） 值 也 較 高（0.510 611～0.510 928），而Pb同位素測量值的組成變化不大［N（206Pb）/N（204Pb）＝18.68～18.92， N （207Pb）/N（204Pb）＝15.29～15.52，N（208Pb）/N（204Pb）＝38.20～38.63）。 其中， 較高的 Ni（87Sr）/Ni（86Sr）反應(yīng)了該花崗巖源區(qū)具有成熟陸殼的成分。

N（206Pb）/N（204Pb）-N（143Nd）/N（144Nd）同位素圖解顯示，該堿性花崗巖樣品均落入了OIB區(qū)域，反映出該堿性花崗巖的源區(qū)是來自于玄武質(zhì)洋殼，應(yīng)與這一地區(qū)新生地殼的形成有關(guān)。推測應(yīng)是在準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)古生代多島海地質(zhì)演化過程中，伴隨著古生代多島海構(gòu)造格局的萎縮、消亡，各種塊體不斷向西伯利亞板塊的南緣俯沖、拼貼，導(dǎo)致西伯利亞板塊不斷增生，俯沖拼貼帶不斷向南遷移。由于幔源巖漿的底墊或是碰撞造山后的回返、伸展作用，在地體拼貼發(fā)生之后，導(dǎo)致了深部堿性花崗巖沿弧-陸或弧-弧碰撞接觸帶向上侵位，同時在巖漿侵位過程中伴隨有高 N（143Nd）/N（144Nd）物質(zhì)進(jìn)入巖漿源區(qū)所致（圖 3）。

Ni（206Pb）/Ni（204Pb）-Ni（208Pb）/Ni（204Pb）同位素圖解顯示該花崗巖樣品點(diǎn)全部落入在北半球參照線之上的OIB與MORB重疊的區(qū)域（圖4），表明該花崗巖巖漿源區(qū)既有深部虧損的軟流圈地幔物質(zhì)的參與，又有侵位過程中大陸地殼再循環(huán)物質(zhì)的混染。

而 Ni（206Pb）/Ni（204Pb）-Ni（207Pb）/Ni（204Pb）圖解顯示，除一個樣品外，其余全部樣品均落入了地球年齡等時線右側(cè)的MORB和OIB區(qū)域（圖4），表明該花崗巖巖漿源區(qū)既有洋中脊玄武質(zhì)洋殼物質(zhì)的參與，又有OIB物質(zhì)的參與。這結(jié)果與微量元素所反映的結(jié)果基本一致。

基于上述分析，準(zhǔn)噶爾盆地東部將軍廟北部地區(qū)晚石炭世堿性花崗巖的形成與晚古生代多島海構(gòu)造格局萎縮、消亡過程中準(zhǔn)噶爾地塊向北與西伯利亞板塊拼貼過程中的洋脊俯沖有關(guān)，源區(qū)物質(zhì)可能來自年輕的玄武巖質(zhì)洋殼或者是下部玄武質(zhì)洋殼的重熔，但與此同時，在巖漿向上侵位的過程中存在有上部地殼物質(zhì)的混染。

3 構(gòu)造環(huán)境及鈾礦成礦潛力分析

3.1 構(gòu)造環(huán)境分析

對于準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)古生代大地構(gòu)造背景，前人已經(jīng)發(fā)表了大量的研究成果［2-8］。洪大衛(wèi)等（1995）、 劉家遠(yuǎn)等（1997）、 Han等（1997）、 韓寶福等（1998， 1999，2006）、 Zhao等（2000）、 唐紅峰 （2007）、 蘇玉平等（2006，2007）、 林錦富等（2007）、 毛啟貴等（2008）等學(xué)者也對準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)堿性花崗巖體的成因和成巖成礦地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了深入探討。

根據(jù)前面巖石地球化學(xué)特征分析結(jié)果，本次研究對象將軍廟北部晚石炭世堿性花崗巖應(yīng)形成于準(zhǔn)噶爾地塊與西伯利亞板塊拼貼、碰撞后的拉張、松弛構(gòu)造環(huán)境，屬非造山花崗巖（圖5）。這一結(jié)果與唐紅峰（2007）和Su等（2007）所得結(jié)論相同。

該區(qū)大量花崗巖大地構(gòu)造研究結(jié)果［3-9］顯示，這些堿性花崗巖屬于后碰撞花崗巖，其成巖時代大致在310～330 Ma之間（紅土井子粗粒黑云母花崗巖中鋯石U-Pb年齡為（312±6）Ma，田慧新等，1992；薩爾鐵列克堿性花崗巖（314±2）Ma、（320±2）Ma， 劉家遠(yuǎn)等， 1997；蘇吉泉巖體的黑云母花崗巖（304±2）Ma，蘇玉平等，2006；薩北堿性花崗巖體鋯石UPb 年齡為（313±2）～（314±5）Ma， 林錦富等，2007；黃羊山堿性花崗巖體鋯石U-Pb年齡為 （302±2）Ma 和 （310±4）Ma， 蘇玉平等，2008），這標(biāo)志著晚石炭世卡拉麥里地區(qū)碰撞造山作用的結(jié)束和板內(nèi)構(gòu)造演化的開始，或者說這種后碰撞花崗巖的形成和演化標(biāo)志著準(zhǔn)噶爾地區(qū)后碰撞幔源巖漿底侵作用導(dǎo)致大陸地殼垂向生長的過程（李宗懷等，2004），同時也是這一地區(qū)古生代陸殼成熟度不斷提高的過程。

基于上述認(rèn)識，為進(jìn)一步了解準(zhǔn)噶爾盆地東緣成盆期前古生代地殼厚度和地殼成熟度，在系統(tǒng)收集、整理準(zhǔn)噶爾盆地東緣大量古生代火山巖分析數(shù)據(jù)［10］的基礎(chǔ)上，筆者發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)噶爾盆地東緣地區(qū)泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)火山巖屬鈣堿性-高鉀鈣堿性-鉀玄巖系列（圖6）。在研究過程中， 引入了w（K2O）/w（Na2O）參數(shù)，來說明巖石是鉀質(zhì)的或富鉀的（而不是指高鉀的）。因?yàn)樗c地殼成熟度，特別是與研究區(qū)是否能成為主要的產(chǎn)鈾區(qū)有很大的關(guān)系。準(zhǔn)噶爾盆地東緣地區(qū)泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)火山巖w（K2O）/w（Na2O）整體上為 0.10～1.37。 其中，準(zhǔn)噶爾盆地東緣將軍廟北部地區(qū)，以及紙房—巴里坤地區(qū)古生代大地構(gòu)造環(huán)境為成熟島弧；而準(zhǔn)噶爾盆地中北部陸梁地區(qū)自泥盆紀(jì)至石炭紀(jì)這一期間，其火山巖系列由鉀玄巖系列轉(zhuǎn)變?yōu)殁}堿性系列，相應(yīng)的w（K2O）/w（Na2O）由最高的1.37降低至最低的 0.10，顯示其大地構(gòu)造環(huán)境由成熟島弧轉(zhuǎn)為不成熟島弧，地殼成熟度有較大幅度的降低。

綜合、整理前人對準(zhǔn)噶爾盆地東緣大地構(gòu)造背景的研究認(rèn)識，準(zhǔn)噶爾盆地的基底具有元古宙古老結(jié)晶陸殼，但在后期長期改造過程中，在原有基礎(chǔ)上疊加了洋殼轉(zhuǎn)化而來的年輕增生陸殼，這使得其陸殼成熟度整體上略有下降，且不同構(gòu)造單元體的成熟度差異性較大，成熟地殼僅發(fā)育于局部地區(qū)。

3.2 砂巖型鈾成礦潛力分析

現(xiàn)有的準(zhǔn)噶爾盆地東部砂巖型鈾礦化的找礦目標(biāo)層位主要為下侏羅統(tǒng)三工河組和中侏羅統(tǒng)西山窯組，礦化類型主要以與炭質(zhì)泥巖和煤層有關(guān)的含鈾煤型，以及與層間滲入作用有關(guān)的層間氧化帶型為主。

根據(jù)前人對準(zhǔn)噶爾盆地東部卡拉麥里山前坳陷大慶溝礦床中侏羅統(tǒng)西山窯組砂巖碎屑成分的分析結(jié)果，準(zhǔn)噶爾盆地東部卡拉麥里古生代褶皺帶為該區(qū)含礦層中侏羅統(tǒng)西山窯組的主要物源區(qū)及鈾源區(qū)，鈾元素主要來自于蝕源區(qū)泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)酸性火山巖、火山碎屑巖以及花崗巖的風(fēng)化、剝蝕以及淋濾作用，而前寒武紀(jì)古老結(jié)晶基底對于該區(qū)鈾礦化的形成并沒有多大的貢獻(xiàn)。因此，準(zhǔn)噶爾盆地東緣砂巖型鈾礦化的發(fā)育規(guī)模很大程度上取決于成盆期前該區(qū)古生代地殼成熟度以及富鈾建造的發(fā)育程度。

基于成熟陸殼控礦理論，準(zhǔn)噶爾盆地東緣古生代陸殼成熟度整體不高，且其后期中新生代巖漿活化作用微弱，地殼成熟度沒有得到有效提升；同時，蝕源區(qū)中酸性火山巖及花崗巖等富鈾建造發(fā)育有限，加之含礦層形成后期改造條件有限。

綜上所述，準(zhǔn)噶爾盆地東緣砂巖型鈾成礦作用受制于多方面因素。故此，該區(qū)并不具備形成類似于伊犁盆地南緣，以及吐哈盆地西南緣大型砂巖型鈾礦床的基本構(gòu)造背景條件，但不排除形成中小規(guī)模鈾礦床的可能性。

4 結(jié) 論

（1）準(zhǔn)噶爾盆地東部將軍廟地區(qū)北部晚石炭世花崗巖屬堿性花崗巖，該花崗巖為A型花崗巖，屬鈣堿性系列；

（2）該堿性花崗巖的形成與準(zhǔn)噶爾地塊向北與西伯利亞板塊拼貼過程中的洋脊俯沖有關(guān)，源區(qū)物質(zhì)可能來自于年輕的玄武巖質(zhì)洋殼或者是下部玄武質(zhì)洋殼的重熔，同時存在有上部地殼物質(zhì)的混染；

（3）準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)古生代陸殼成熟度整體上并不高，而蝕源區(qū)富鈾建造也不甚發(fā)育，這在某種程度上限制了該區(qū)砂巖型鈾成礦作用及其鈾成礦潛力。

致謝：成文過程中，得到了夏毓亮研究員和韓 軍博士的耐心指導(dǎo)，并提出了寶貴意見，在此表示感謝。

［1］Whalen J B， Currie K L， Chappell B W.A-type granites:Geochemical characteristics，discrimination and petrogenesis［J］.Contribution to Mineralogy and Petrology， 1987， 95（4）:407-419.

［2］ 忻建剛，袁奎榮.新疆東準(zhǔn)噶爾北部堿性花崗巖的特征、成因及構(gòu)造意義［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)， 1995， 19（3）:214-226.

［3］ 蘇玉平，唐紅峰，叢 峰.新疆東準(zhǔn)噶爾黃羊山堿性花崗巖體的鋯石U-Pb年齡和巖石成因［J］.礦物學(xué)報， 2008， 28（2）:117-126.

［4］ 洪大衛(wèi)，王式?jīng)?，韓寶福，等.堿性花崗巖的構(gòu)造環(huán)境分類及其鑒別標(biāo)志［J］.中國科學(xué)：B輯，1995， 25（4）:418-426.

［5］ 唐紅峰，蘇玉平，劉叢強(qiáng)，等.新疆北部卡拉麥里斜長花崗巖的鋯石U-Pb年齡及其構(gòu)造意義［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)， 2007， 31（1）:110-117.

［6］ 唐紅峰，屈文俊，蘇玉平，等.新疆薩惹什克錫礦與薩北堿性A型花崗巖成因關(guān)系的年代學(xué)制約［J］.巖石學(xué)報， 2007， 23（8）:1989-1997.

［7］Su Yuping， Tang Hongfeng， Sylvester Paul J， et al.Petrogenesis ofKaramailialkaline A-type granites from East Junggar， Xinjiang （NW China）and their relationship with tin mineralization ［J］.Geochem.J.， 2007， 41（5）:341-357.

［8］ 毛啟貴，肖文交，韓春明，等.東準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代向南增生：來自A型花崗巖的啟示［J］.巖石學(xué)報， 2008， 24（4）:733-742.

［9］ 劉家遠(yuǎn)，喻亨祥.新疆北部卡拉麥里富堿花崗巖帶的堿性花崗巖與錫礦［J］.有色金屬礦產(chǎn)與勘查， 1997， 6（3）:128-135.

［10］何國琦，李茂松，劉德權(quán)，等.中國新疆古生代地殼演化及成礦［M］.烏魯木齊：新疆人民出版社，1994.

Analysis on lithogeochemical features of Late Carboniferous granite and uranium ore-forming potential at the eastern margin of Junggar Basin

LIU Hong-xu1，2， ZHAO Jian3，CHEN Zu-yi2
（1.China University of Geoscience（Beijing）， Beijing 100083， China；2.Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China；3.SINOPEC Northwest Company， Urumqi， Xinjiang 830011， China）

Characteristics of lithogeochemistry， REE， trace elements and Nd-Sr-Pb isotope of Late Carboniferous granite at the eastern margin of Junggar Basin indicate that granite falls into alkali type which originated from the asthenospheric mantle with upper crust involvement and formed under the setting related to postorogenic setting and a general extension setting in a rift.Although Late Paleozoic crustal maturity of Jiangjunmiao area is higher than the average of whole Junggar Basin， the nonuniformity in tectonic setting and crustal maturity of eastern Junggar Basin has restrained the potential for the sandstone-type uranium mineralization to a certain degree.

the eastern margin of Junggar Basin； lithogeochemical features； crustal maturity；sandstone-type uranium deposit

P619.14；P598

A

1672-0636（2010）04-0195-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.04.002

中國核工業(yè)地質(zhì)局基礎(chǔ)地質(zhì)研究項(xiàng)目（地D0502）基金資助。

2010-08-20；

2010-10-29

劉紅旭（1977—），男，吉林松原人，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）在讀博士，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)；主要從事盆地分析、大地構(gòu)造及其與砂巖型鈾礦地質(zhì)勘查相關(guān)的科研工作。E-mail:lhx100029@163.com