商南光石溝鈾礦床花崗巖、偉晶巖同位素年齡及其地質(zhì)內(nèi)涵

朱富社，楊安林，卞 利

(陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二二四大隊(duì)，陜西 西安710024)

1 礦床概況

光石溝鈾礦床位于北秦嶺加里東褶皺帶東段，是國(guó)內(nèi)具有較大規(guī)模、可供工業(yè)利用的花崗偉晶巖鈾礦床，其成礦條件、鈾礦化特征可與納米比亞羅辛礦床、加拿大班克羅夫特礦床類(lèi)比，上世紀(jì)九十年代落實(shí)為鈾礦床，目前仍處于勘查階段。

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

下元古界秦嶺群是北秦嶺造山帶地層主體，同位素年齡1 867.5 ～2 226 Ma［6］，是一套以混合巖化黑云斜長(zhǎng)片麻巖為主的深變質(zhì)巖系，其原巖主要是陸源泥砂質(zhì)碎屑巖，夾少量中基性火山巖和不純碳酸鹽巖，平均能譜鈾豐度3.86×10－6，是鈾源層。區(qū)域秦嶺群中斷斷續(xù)續(xù)分布許多加里東期花崗巖體，北秦嶺東段主要有黃龍廟巖體、灰池子巖體、漂池巖體。近東西向斷裂構(gòu)造是區(qū)域構(gòu)造基本格架，商南—丹鳳斷裂又稱(chēng)秦嶺中部斷裂，是區(qū)域深大斷裂，是南、北秦嶺造山帶的縫合帶，也是秦嶺群南界，蔡川—雙槐樹(shù)斷裂是本區(qū)秦嶺群北界。楊經(jīng)綏先生(2002)年在秦嶺群榴輝巖和片麻巖的鋯石中發(fā)現(xiàn)微粒金剛石，確定本區(qū)存在早古生代超高壓變質(zhì)帶，并且是中國(guó)西部柴北超高壓變質(zhì)帶的東延。

1.2 礦床地質(zhì)概況

光石溝鈾礦床產(chǎn)于灰池子巖體南部外接觸帶。礦區(qū)地層為秦嶺群下部變質(zhì)巖，主要巖性為含石榴子石、矽線石、石墨的混合巖化黑云斜長(zhǎng)片麻巖，夾少量變粒巖、角閃片巖、不純大理巖?；页刈訋r體是北秦嶺東段最大的花崗巖巖基，礦區(qū)西北部少量出露，主體巖性是片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖和片麻狀黑云母花崗閃長(zhǎng)巖，巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較均勻，以片麻狀構(gòu)造為特征;大毛溝巖株出露在礦區(qū)北部，是灰池子巖體外接觸帶的白崗質(zhì)花崗巖小巖株，巖石以塊狀構(gòu)造為特征。土地嶺—牛家臺(tái)背斜是礦區(qū)重要褶皺構(gòu)造，背斜軸位于礦區(qū)東北部，NWW—SEE走向，西段被大毛溝巖株吞噬，背斜西南翼及東部?jī)A伏端占據(jù)了整個(gè)礦區(qū)，許多黑云母?jìng)ゾr脈順層貫入，鈾礦體產(chǎn)于偉晶巖脈中，背斜西南翼是最重要的控礦構(gòu)造(見(jiàn)圖1)。礦區(qū)內(nèi)有少量礦后走向斷層，對(duì)鈾礦體影響不大。

圖1 光石溝鈾礦床地質(zhì)略圖

鈾礦化、鈾礦體受黑云母?jìng)ゾr脈控制，礦區(qū)內(nèi)有偉晶巖脈90多條，初步確認(rèn)有異常礦化的脈體17條，由于現(xiàn)在查明的礦體都是盲礦體，隨揭露強(qiáng)度的加大，礦化脈體數(shù)量可能還會(huì)增多。這些偉晶巖脈大體平行分布，脈長(zhǎng)1 000～3 000 m不等，厚度2 m至數(shù)十米不等。含礦脈體中揭露比較充分的是1號(hào)、2號(hào)脈體，初步控制鈾礦體16個(gè)，落實(shí)為中型鈾礦床。含礦偉晶巖脈缺少一般花崗偉晶巖脈的內(nèi)核和中間帶，主要表現(xiàn)為外側(cè)帶和邊緣帶，顆粒并不粗大，具偉晶狀結(jié)構(gòu)或中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，初步認(rèn)為形成 深度大于7 km，結(jié)晶初始?jí)毫?.7 GPa左右，形成溫度600℃左右，屬于奧長(zhǎng)石—微斜長(zhǎng)石型含鈾黑云母?jìng)ゾr。

含足夠數(shù)量晶質(zhì)鈾礦的偉晶巖就是鈾礦石。鈾礦石類(lèi)型有花崗偉晶巖型、邊部混染型、特殊礦物(細(xì)鱗片狀黑云母、棕紅色斜長(zhǎng)石、深灰色石英、磷灰石、石榴石)團(tuán)塊型。前者礦石量多、品位較低(300～1 000×100－6)，后者礦石量不多，但品位較高(＞1 000×100－6)。晶質(zhì)鈾礦是最重要的工業(yè)礦物，自形程度高，顆粒粗(0.1 ～0.5 mm，最大 1 mm)，硬度大(810～927 kg/mm2)，密度大(8.52 g/cm3)，UO2 含量高，UO3含量低，含氧系數(shù)2.148，是深成環(huán)境的產(chǎn)物。

2 前人對(duì)灰池子巖體同位素年齡的研究成果

灰池子巖體面積約340 km2，前人留下了許多同位素年齡資料，如尚瑞鈞、嚴(yán)陣382 Ma(Rb—Sr.1987年)，嚴(yán)陣457 Ma(磷灰石 U—Pb.1985 年)，柴寶民 543 Ma(Rb—Sr.1993年)，李武平437 Ma(鋯石 Pb—Pb.1994年)，馮明月、戎嘉樹(shù)532 Ma(Sm—Nd.1993年)，萬(wàn)吉 449 Ma(鋯石 U—Pb一致曲線.1992年)，與區(qū)域太白巖體455 Ma，棗園巖體444 Ma，黃龍廟巖體457 Ma，漂池巖體486 Ma基本一致，460 Ma左右是灰池子巖體的代表性年齡值，該巖體片麻狀二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖形成于加里東旋回中期。

3 大毛溝巖株白崗質(zhì)花崗巖顆粒鋯石激光定年及新發(fā)現(xiàn)

大毛溝巖株位于灰池子巖體東南外接觸帶，面積約1 km2，與光石溝鈾礦床關(guān)系密切，我們進(jìn)行了顆粒鋯石激光定年，確定其U－Pb同位素年齡419 Ma，大毛溝巖株白崗質(zhì)花崗巖形成于加里東旋回中后期。

樣品取自光石溝鈾礦床ZK6402號(hào)鉆孔360 m處，樣品約0.5 kg，為非常新鮮的灰白色中粒白崗質(zhì)花崗巖，礦物成分主要為微斜長(zhǎng)石、奧長(zhǎng)石、石英，暗色礦物很少。樣品手工破碎過(guò)40目篩，精淘后鏡下挑選鋯石20余顆，該樣品中只見(jiàn)一種鋯石，顏色較深呈褐紅色，粒徑0.1～0.2 mm，長(zhǎng)0.5～0.8 mm，柱狀自形晶，晶面晶棱平直光滑，表面無(wú)蝕痕，具新生鋯石特征。樣品靶的制備是先將鋯石顆粒固定在雙面膠上，用無(wú)色環(huán)氧樹(shù)脂固定，固化后拋光至鋯石露出一個(gè)平面，陰極射線背散射電子圖像和鋯石定年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.激光剝蝕系統(tǒng)為德國(guó)Microlas公司生產(chǎn)的Geo—Las200M，該系統(tǒng)由德國(guó)Lambda Physik公司的Compex102ArE準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)193nm)與DetlefGünther教授為Microlas公司設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)組成.年齡計(jì)算及諧和圖繪制采用Isoplot(ver2.49)完成。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2及表1。大毛溝巖株白崗質(zhì)花崗巖諧和年齡Mean=419.2〔2.0﹪〕95﹪conf。需要說(shuō)明的是該樣品鋯石中鈾含量很高(13個(gè)測(cè)點(diǎn)238U2 200～7 157×10－6)，內(nèi)部包裹體很多，透明度低。圖1中A、B、C、D顆粒反映的是大毛溝巖株白崗質(zhì)花崗巖的形成年齡，諧和曲線加權(quán)平均為419 Ma。E顆粒內(nèi)核465 Ma可能代表灰池子巖體片麻狀二長(zhǎng)花崗巖的年齡。F顆粒02 02號(hào)測(cè)點(diǎn)的1 980.5 Ma Pb—Pb年齡可能代表秦嶺群殘留鋯石的年齡，殘留鋯石的特點(diǎn)是鈾含量低，透明度高，環(huán)帶比較清晰，該年齡值與秦嶺群的同位素年齡完全一致，是本次定年工作的最新研究成果，說(shuō)明大毛溝巖株白崗質(zhì)花崗巖的物源與中下地殼秦嶺群有關(guān)。

圖2 大毛溝巖株白崗質(zhì)花崗巖鋯石顆粒背散射電子圖像與對(duì)應(yīng)的年齡值

4 黑云母?jìng)ゾr中晶質(zhì)鈾礦的同位素年齡

光石溝鈾礦床的黑云母?jìng)ゾr中，晶質(zhì)鈾礦呈全自形粒狀與獨(dú)居石、鋯石共生。晶質(zhì)鈾礦U—Th—Pb同位素年齡數(shù)據(jù)見(jiàn)2，5個(gè)樣品的206Pb/238U表面年齡平均值392 Ma，等時(shí)線年齡391 Ma(圖3)。馮明月對(duì)偉晶巖中與晶質(zhì)鈾共生的黃鐵礦進(jìn)行Pb—Pb等時(shí)線處理，年齡值402 Ma［2］。光石溝鈾礦床形成于加里東構(gòu)造—巖漿旋回的末期。

圖3 光石溝鈾礦床晶質(zhì)鈾礦U—Pb等時(shí)線

5 結(jié)語(yǔ)

下元古界秦嶺群中加里東期花崗巖新生鋯石的殘留內(nèi)核1 980.5 Ma年齡值的獲得，為研究北秦嶺加里東期花崗巖成因和物源提供了重要信息。光石溝鈾礦床的灰池子巖體片麻狀二長(zhǎng)花崗巖、大毛溝巖株白崗質(zhì)花崗巖、含晶質(zhì)鈾礦的云母?jìng)ゾr，具緊密的空間關(guān)系，基本相同的礦物成分，比較一致的氧同位素組成，遞減的時(shí)間梯度?；页刈訋r體是巖漿主侵入階段的大巖基(460 Ma)，大毛溝巖株是補(bǔ)充侵入階段的小巖株(419 Ma)，含晶質(zhì)鈾礦的黑云母?jìng)ゾr脈是富鈾殘余巖漿半原地侵位的產(chǎn)物(391 Ma)，它們是加里東運(yùn)動(dòng)中晚期以殼源為主、具殼?；煸刺卣鞯耐坌拖盗谢◢徺|(zhì)巖石，是深熔巖漿離開(kāi)母巖漿房之后分異演化的產(chǎn)物。在巖漿演化過(guò)程中，從早到晚鈾元素具“級(jí)塔式累計(jì)定向增量”［1］特征，在殘余巖漿中富集。光石溝鈾礦床是富鈾殘余巖漿半原地侵位結(jié)晶的同生鈾礦床，晶質(zhì)鈾礦產(chǎn)于黑云母?jìng)ゾr中，鈾礦體受黑云母?jìng)ゾr脈控制，礦源、礦位距離小，是高溫、高壓、相對(duì)封閉環(huán)境的中深構(gòu)造層成礦。

表1 大毛溝巖株白崗質(zhì)花崗巖顆粒鋯石U—Pb同位素年齡測(cè)試結(jié)果

表2 光石溝鈾礦床黑云母?jìng)ゾr中晶質(zhì)鈾礦同位素年齡數(shù)據(jù)表

［1］宋叔和，康永孚，涂光熾，等.中國(guó)礦床［M］.北京:地質(zhì)出版社.1994.

［2］馮明月，戎嘉樹(shù).北秦嶺偉晶巖鈾礦［M］.北京:原子能出版社.1996.

［3］羅忠戍.偉晶狀鉀質(zhì)花崗巖及晶質(zhì)鈾礦成因因討論［J］.放射性地質(zhì).1984，(6):28－33.

［4］張展適，華仁民，鄧平，等.337鈾礦床帽峰巖體鋯石激光探針U—Pb法年齡及其地質(zhì)意義［J］.鈾礦地質(zhì).2007，23(5):310－314.

［5］馮明月.商丹地區(qū)偉晶巖成因討論［J］.鈾礦地質(zhì).1996，12(1):30－36.

［6］張維吉，王慶全，胡能高，等.東秦嶺地質(zhì)走廊研究［M］.陜西:陜西科技出版社.1996.