內(nèi)蒙古紅山子—廣興鈾成礦亞帶二疊系額里圖組賦礦層的厘定及其找礦意義

唐大偉， 郭恒飛， 牛子良， 祝洪濤， 林天發(fā)， 達(dá)朝元

(核工業(yè)二四三大隊(duì),內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

中國東部廣泛產(chǎn)出與巖漿巖有關(guān)的中生代熱液型鈾礦床，且這些鈾礦床受斷裂帶控制明顯。目前，在沽源—紅山子鈾成礦帶探明了我國北方最大的、與火山巖有關(guān)的熱液型鈾礦床——張麻井大型鈾礦床，另探明數(shù)個(gè)中、小型鈾礦床和眾多鈾礦化點(diǎn)、鈾異常點(diǎn)(朱鳳麗，2012；祝洪濤等，2014；黎偉等，2017；巫建華等，2017a)。前人研究表明，沽源—紅山子鈾成礦帶賦礦層位的形成時(shí)代可分為晚侏羅世和早白堊世早期，賦礦層位巖性為高鉀鈣堿性流紋巖—堿性粗面巖組合和流紋巖—堿性流紋巖組合(巫建華等，2017b)，其中，位于該成礦帶北東段的紅山子—廣興鈾成礦亞帶的鈾礦床賦存在155～146 Ma、144～130 Ma的次火山巖與155～146 Ma的流紋巖—堿性流紋巖組合的接觸帶內(nèi)(丁輝等，2016；巫建華等，2017c；祝洪濤等，2019)。隨著鈾礦勘查的深入，在該成礦亞帶的廣興—芝瑞、紅山子火山盆地新發(fā)現(xiàn)了一批賦存在盆地晚古生代基底安山巖—英安巖—流紋巖組合中的鈾礦床、鈾礦化點(diǎn)和異常點(diǎn)。其中以南窩鋪地段最為發(fā)育，目前南窩鋪鈾礦床已擴(kuò)大為中型鈾礦床，具有良好的找礦前景。然而，前人將紅山子—廣興鈾成礦亞帶晚古生代賦礦火山巖層歸為大石寨組，其中凝灰?guī)r鋯石U-Pb年齡為(277.19±4.7) Ma，指示地質(zhì)時(shí)代為早二疊世。于家北溝組不整合于大石寨組之上，地質(zhì)時(shí)代為中二疊世(祝洪濤等，2014；紀(jì)宏偉，2015)，新的勘查成果和研究表明該認(rèn)識存在局限性，制約了該區(qū)進(jìn)一步的找礦突破。

本研究根據(jù)現(xiàn)有勘探資料分析了紅山子—廣興鈾成礦亞帶晚古生代鈾礦化產(chǎn)出特征，并選擇南窩鋪鈾礦床賦礦圍巖英安巖進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb定年，確定其地質(zhì)時(shí)代，厘定其巖石地層單位歸屬，并進(jìn)一步探討找礦意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 大地構(gòu)造背景

紅山子—廣興鈾成礦亞帶位于西拉木倫結(jié)合帶以南、華北北緣斷裂帶(區(qū)內(nèi)亦稱康寶—圍場—赤峰斷裂帶)以北的華北古板塊北緣(圖1)，屬加里東期白乃廟島弧帶、海西期古亞洲洋俯沖—碰撞帶、燕山期大興安嶺火山—侵入巖帶，與華北北緣斷裂帶以南的沽源—圍場鈾成礦亞帶共同構(gòu)成我國重要的沽源—紅山子鈾成礦帶(李錦軼，2009；李錦軼等，2013；張金帶等，2012；巫建華等，2014，2017a；蔡煜琦等，2015)。自加里東期以來，古亞洲洋大洋中脊擴(kuò)張，大洋板塊不斷向南發(fā)生俯沖、消減作用，華北克拉通逐漸向北增生并發(fā)育形成了白乃廟島弧。該島弧以弧—陸碰撞的方式拼貼于華北克拉通北部邊緣之上，在白乃廟島弧北側(cè)形成溫都爾廟—翁牛特旗增生雜巖帶。從海西期開始，西拉木倫超巖石圈斷裂以南已褶皺隆起成為華北古板塊北部的一部分，但以北仍為廣闊的古亞洲洋活動帶。古亞洲洋繼續(xù)向南俯沖，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育晚石炭紀(jì)—二疊紀(jì)島弧型巖漿巖，如內(nèi)蒙古克什克騰旗廣興源二長巖—花崗閃長巖(江小均等，2011)、林西縣雙井混合巖(李益龍等，2008)等。自海西晚期，陸殼仍不斷向北增生，延續(xù)到二疊紀(jì)末期夾持在西伯利亞陸塊和華北陸塊之間的整個(gè)古亞洲洋殼在內(nèi)蒙賀根山一帶最后縫合封閉，連成整體構(gòu)成蒙古弧形構(gòu)造帶。島弧帶在晚古生代受北部(西拉木倫河超巖石圈斷裂為界)古亞洲洋殼板塊向南部陸殼板塊俯沖、消減作用的影響，沉積了下二疊統(tǒng)三面井組、于家北溝組淺海相、瀉湖相陸源含炭碎屑巖、泥灰?guī)r建造和額里圖組酸性火山熔巖、火山碎屑巖建造和碎屑沉積巖。自中生代以來，遼源地塊進(jìn)入中生代陸相火山巖蓋層演化階段，期間不僅受古亞洲洋構(gòu)造域向古太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換的控制(翟明國等，2004；許文良等，2013；孟凡超等，2014)，還受到蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造域的演化影響(張興洲等，2012)。

1.2 地層特征

紅山子—廣興鈾成礦亞帶地層主要包括二疊系額里圖組和于家北溝組、上侏羅統(tǒng)新民組和新近系漢諾壩組。

二疊系額里圖組為陸相火山巖、沉積碎屑巖，下部為雜色含礫粗粒長石砂巖、石英砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖夾火山碎屑巖，上部為灰、灰黑色凝灰角礫巖、安山巖(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1996)，呈東西向分布在鑲黃旗、正鑲白旗、正藍(lán)旗、多倫縣、克什克騰旗和翁牛特旗等地，由西向東厚度明顯變小，沉積碎屑巖減少、火山巖增多，克什克騰旗于家北溝一帶以安山巖為主夾凝灰?guī)r，翁牛特旗武家溝南山為中酸性火山碎屑巖夾安山巖。于家北溝組為整合于額里圖組中酸性火山巖之上的一套海陸相灰綠、黃綠色凝灰質(zhì)砂巖、砂礫巖、礫巖、粉砂巖夾板巖、火山碎屑巖組合，具正粒序?qū)犹卣?，分布于正鑲白旗至翁牛特旗一帶。該地層中間厚東西兩邊薄。

上侏羅統(tǒng)新民組主要分布于赤峰南部的克什克騰旗—翁牛特旗、西部的林西、中部的巴林右旗—巴林左旗—阿魯科爾沁旗和北部的扎魯特旗。巖性以淺色沉積巖—長英質(zhì)火山巖組合為主。在阿魯科爾沁旗新民鄉(xiāng)的建組剖面上，巖性為酸性火山碎屑巖夾沉積巖和煤層，厚度約511 m；在西烏珠穆沁旗恩吉崗廟蘇木塔少大巴東、巴林左旗碧流臺鄉(xiāng)黑山頭北、克什克騰旗紅山子鄉(xiāng)、同心鄉(xiāng)陸家窩子、黃崗梁林場以酸性火山巖為主，局部夾灰綠、灰黃、灰黑色細(xì)砂巖、粉砂巖、凝灰質(zhì)頁巖和煤線，厚度93～719 m；扎魯特旗阿日昆都楞蘇木滿克頭鄂博山下部巖性為酸性火山角礫巖和凝灰?guī)r，中部以灰色、淺灰紫色層狀酸性凝灰?guī)r為主，局部夾灰紫色凝灰質(zhì)頁巖和棕色強(qiáng)硅化酸性玻屑凝灰?guī)r，上部為酸性熔結(jié)凝灰?guī)r和火山角礫巖，總厚度>208 m；翁牛特旗烏丹盆地東溝巖性為酸性熔結(jié)凝灰?guī)r，中基性火山熔巖和中酸性火山碎屑巖(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1996；Zhang et al.，2010；巫建華等，2013)。在紅山子—廣興成礦亞帶內(nèi)的火山盆地如紅山子、芝瑞、托河、姜家營子和萬合永等盆地均有分布，其火山巖的SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為165～150 Ma(巫建華等，2013；解開瑞等，2016；彭啟輝，2016；姜山等，2018)。

新近系中新統(tǒng)漢諾壩組不整合覆蓋在中生代以前的地層之上，分布于本區(qū)溝谷之中，巖性主要由灰色和灰黑色致密狀、氣孔狀玄武巖和橄欖玄武巖組成，局部夾泥灰?guī)r及油頁巖；第四系全新統(tǒng)，主要為風(fēng)成砂、殘坡積、洪積物，分布于西拉木倫河及其支流河谷與盆地沖溝內(nèi)。

2 巖石地層單位的厘定

紅山子—廣興鈾成礦亞帶二疊系火山—沉積巖系有歸入額里圖組、于家北溝組(曹代勇等，2014；彭斌等，2016；朱俊賓等，2017；Ji et al.，2018)和大石寨組、哲斯組(祝洪濤等，2014；巫建華等，2013；紀(jì)宏偉，2015)兩種不同的方案。

大石寨組于1965年在科爾沁右翼前旗大石寨地區(qū)創(chuàng)名，哲斯組于1927年在達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗滿都拉蘇木東35 km的哲斯敖包創(chuàng)名，與下覆大石寨組為整合接觸，建組剖面上反映為一套海相沉積—火山巖組合。額里圖組于1976年在正藍(lán)旗額里圖牧場創(chuàng)名，于家北溝組于1983年在克什克騰旗廣興于家北溝創(chuàng)名，整合于額里圖組之上，建組剖面上額里圖組—于家北溝組為一套陸相沉積—火山巖組合(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1996)。

大石寨組—哲斯組和額里圖組—于家北溝組雖然根據(jù)生物化石特征確定的沉積時(shí)限均為早二疊世，但是兩者的生物化石特征明顯不同，前者富含腕足類、珊瑚類等化石，為冷水動物群，后者含植物、雙殼、葉肢介化石，為暖水動物群和華夏植物群，分區(qū)特征明顯。因此，內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局(1996)將大石寨組和哲斯組歸到西拉木倫結(jié)合帶以北古生代錫林浩特—磐石地層分區(qū)的巖石地層單位，而額里圖組和于家北溝組歸于西拉木倫結(jié)合帶以南古生代赤峰地層分區(qū)的巖石地層單位。

可見，大石寨組和哲斯組建組時(shí)間較早，因此在額里圖組和于家北溝組建組之前紅山子—廣興鈾成礦亞帶將其引入具有一定的合理性。但是，新的研究顯示紅山子—廣興鈾成礦亞帶二疊系火山—沉積巖系由陸相火山巖和海陸交互相沉積巖組成，巖性巖相和生物化石特征與大石寨組和哲斯組有明顯區(qū)別。在赤峰地層分區(qū)的二疊系已經(jīng)建組(額里圖組和于家北溝組)的前提下，繼續(xù)沿用錫林浩特—磐石地層分區(qū)的二疊系大石寨組和哲斯組，顯然不符合巖石地層單位命名的要求，因此紅山子—廣興鈾成礦亞帶火山—沉積巖系應(yīng)歸入額里圖組和于家北溝組，而不應(yīng)繼續(xù)沿用大石寨組和哲斯組。

3 地質(zhì)時(shí)代的厘定

本研究的英安巖取自南窩鋪鈾礦床，呈灰白色、淺灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為石英、斜長石、鉀長石、角閃石和黑云母，約占15%；基質(zhì)約占85%，為隱晶顯微結(jié)構(gòu)，成分為長石、石英微晶，副礦物為磁鐵礦、鋯石等。對該英安巖進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb測年來厘定其地質(zhì)時(shí)代。

3.1 分析方法

鋯石挑選在河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成，火山巖樣品取15 kg，首先進(jìn)行樣品的預(yù)處理，樣品經(jīng)人工破碎至80～120目，淘洗剔除輕礦物，保留重礦物，再用永久磁鐵、重液分選分別去除磁鐵礦和比重小于鋯石的礦物，最后在雙目鏡下人工精選出鋯石晶體。鋯石的制靶、反射光、透射光和陰極發(fā)光顯微照相在中國地質(zhì)科學(xué)院礦床地質(zhì)研究所北京離子探針中心完成。首先，將標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM(年齡為417 Ma)與挑選好的鋯石粘在同一環(huán)氧樹脂樣品靶，經(jīng)干燥后、打磨、拋光暴露鋯石中心部分，然后進(jìn)行陰極發(fā)光顯微照相。鋯石SHRIMP U-Th-Pb分析在北京離子探針中心SHRIMP-Ⅱ上完成。年齡測試前，結(jié)合陰極發(fā)光顯微照片挑選鋯石測年的測點(diǎn)位置，之后隨機(jī)對挑選的鋯石進(jìn)行年齡測試。測試的一次流O-2強(qiáng)度為3～5 nA，束斑直徑大小為25 μm，測點(diǎn)時(shí)，每測試3個(gè)樣品數(shù)據(jù)，進(jìn)行1次標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM測試，詳細(xì)的分析流程和原理參見宋彪等(2002)，數(shù)據(jù)處理、年齡計(jì)算采用SQUID1.0及ISOPLOT程序(Ludwig，2003)。南窩鋪英安巖樣品的SHRIMP鋯石U-Th-Pb分析結(jié)果列于表1。

表1 南窩鋪鈾礦床英安巖SHRIMP鋯石U-Th-Pb同位素分析結(jié)果

3.2 分析結(jié)果

樣品NWP301鋯石顆粒長度約50～110 μm，長寬比1.4～2.0，呈自形短柱狀或雙錐狀，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石多具有清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖2)，為典型巖漿結(jié)晶鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。NWP301樣品的U含量較高(81×10-6～251×10-6)，Th/U比值為0.47～0.92(大于0.4)具有典型的巖漿鋯石成分特征(Rubatto，2002；Belousova et al.，2002)，15個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡數(shù)據(jù)為(256.6±5.6)～(275.2±5.1) Ma，在U-Pb一致曲線圖(圖3)上集中分布，加權(quán)平均年齡為(268.1±2.5) Ma，MSWD=0.85，結(jié)合安山質(zhì)角礫凝灰?guī)rSHRIMP鋯石U-Pb年齡為(277.1±9) Ma(紀(jì)宏偉，2015)，指示南窩鋪鈾礦床賦礦安山巖—英安巖—流紋巖組合形成于268～277 Ma，與紅山子—廣興鈾成礦亞帶東部盔甲山一帶額里圖組角閃安山巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡((273.6±2.2) Ma，彭斌等，2016)一致。根據(jù)國際地質(zhì)年代表(章森桂等，2009)，石炭紀(jì)與二疊紀(jì)、早二疊世與中二疊世的界限分別定為(299.0±0.8) Ma和(270.6±0.7) Ma，說明英安巖的形成時(shí)代為早二疊世—中二疊世早期。

4 賦礦層的厘定

鈾礦勘查成果表明，紅山子—廣興鈾成礦亞帶額里圖組火山巖中存在鈾礦床和眾多的鈾礦點(diǎn)、礦化異常點(diǎn)。

廣興—芝瑞盆地內(nèi)灶火溝門鈾礦化賦存在海西晚期花崗閃長巖附近的二疊系額里圖組熔結(jié)凝灰?guī)r中，礦體位于主干構(gòu)造破碎帶中，為似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)?，傾角一般35°～50°(圖4a)，平均厚度2.27 m。25號礦點(diǎn)賦存在早燕山中期肉紅色流紋斑巖與二疊系額里圖組英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、英安巖或上侏羅統(tǒng)新民組流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r接觸帶中。其中，ZK25-1孔揭露工業(yè)鈾礦化的第1、2段賦存在額里圖組英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r中(圖4b)；ZK25-5揭露的工業(yè)鈾礦化賦存于早燕山中期肉紅色流紋斑巖與額里圖組英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的外接觸帶中(圖4c)。32號礦化點(diǎn)賦存在海西期花崗巖體和二疊系額里圖組中。ZK164-7孔在孔深165～300 m的額里圖組凝灰?guī)r和早燕山中期正長花崗巖中的構(gòu)造破碎帶揭露鈾異常4段，厚度0.20～0.30 m；紅山子盆地內(nèi)9號礦帶ZK25-28孔在二疊系額里圖安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)一段鈾工業(yè)礦體，礦體厚度1.38 m(圖4d)。

紅山子—廣興鈾成礦亞帶額里圖組中火山巖系為安山質(zhì)—英安質(zhì)火山碎屑巖、火山熔巖組合，不同于新民組長英質(zhì)火山巖系。以上賦礦層的巖性特征表明，紅山子—廣興鈾成礦亞帶下二疊統(tǒng)額里圖組為該地區(qū)主要找礦目的層上侏羅統(tǒng)新民組之外的賦礦層位。

5 找礦意義

5.1 二疊系額里圖組為新的鈾礦找礦層位

勘查結(jié)果顯示，該成礦亞帶中額里圖組分布廣泛，在廣興—芝瑞盆地和紅山子盆地北部均有出露，巖性以安山巖—英安巖—流紋巖組合為主；廣興雜巖體和紅山子復(fù)式巖體侵入其中；NE-NNE向斷裂構(gòu)造縱貫紅山子—廣興鈾成礦亞帶，自北向南有柳林-南大貝、二地-黃營子、大興永-南窩鋪三條斷裂帶，NW及近EW向構(gòu)造多被NNE、NE向構(gòu)造錯(cuò)斷切割，同時(shí)斷裂構(gòu)造均切穿額里圖組；并且現(xiàn)有的鉆孔資料揭露到額里圖組火山巖系與主干構(gòu)造復(fù)合部位、以及與廣興雜巖體內(nèi)外接觸帶均有良好的鈾礦化顯示，表明額里圖組安山巖—英安巖—流紋巖組合、多組構(gòu)造以及多期次巖體的發(fā)育為區(qū)內(nèi)礦化提供了有利的成礦環(huán)境。因此，在今后的找礦方向中，不僅要繼續(xù)對中生代賦礦層位進(jìn)行勘查，還要額外關(guān)注晚古生代額里圖組火山巖層位，尤其是火山巖層構(gòu)造、晚侏羅世火山巖層的接觸界面，以及與巖體內(nèi)外接觸帶的部位。

5.2 中國東部存在古生代熱液型鈾礦

目前，中國東部不同鈾成礦帶或成礦遠(yuǎn)景帶已知的熱液型鈾礦床、礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)均與中生代巖漿巖有密切的關(guān)系(巫建華等，2017a)。與巖漿巖有關(guān)的古生代熱液型鈾礦床分布在中國西部，即古生代褶皺帶中(蔡煜琦等，2015)。其中，早古生代鈾礦床主要分布于龍首山—祁連山成礦帶的龍首山地區(qū)、北秦嶺和南秦嶺鈾成礦帶，如陳家莊、光石溝鈾礦床以及芨嶺、新水井鈾礦床中的早期鈾成礦作用；晚古生代鈾礦床在龍首山—祁連山成礦帶的祁連山地區(qū)、雪峰山—摩天嶺鈾成礦帶的摩天嶺地區(qū)、秦嶺鈾成礦帶和雪米斯坦鈾成礦遠(yuǎn)景帶等均有分布，并形成了工業(yè)鈾礦床，如扁都口鈾礦床、芨嶺鈾礦床、白楊河鈾礦床以及達(dá)亮鈾礦床。

中國東部以中生代熱液型鈾礦床為主，至今未見古生代熱液型鈾礦床，隨著近年來對紅山子—廣興鈾成礦亞帶勘查力度的加大，在廣興—芝瑞盆地新發(fā)現(xiàn)了南窩鋪鈾礦床，部分鉆孔中鈾礦體賦存在二疊系額里圖組火山巖系中，有別于該成礦亞帶的中生代賦礦層位，且與中國東部與火山巖有關(guān)的熱液型鈾礦賦礦層位也不同。二疊系額里圖組賦礦層位的確認(rèn)，擴(kuò)大了紅山子—廣興鈾成礦亞帶的找礦空間，也證實(shí)中國東部晚古生代火山巖系中存在與中生代火山巖有關(guān)的熱液型鈾礦化，這為熱液型鈾礦成礦理論研究打開了新的窗口。

6 結(jié)論

(1) SHRIMP鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，南窩鋪鈾礦床賦礦圍巖英安巖年齡為(268.1±2.5) Ma，地質(zhì)時(shí)代屬早二疊世—中二疊世早期；經(jīng)過巖石地層的對比和劃分，將該套地層從原來的大石寨組—哲斯組，明確為額里圖組—于家北溝組。

(2)紅山子—廣興鈾成礦亞帶二疊系額里圖組火山巖中賦存的鈾礦床和鈾礦點(diǎn)、礦化異常點(diǎn)，表明該火山巖層為新的賦礦層位，這一認(rèn)識不僅擴(kuò)大了找礦空間，而且證實(shí)了中國東部晚古生代火山巖系中也賦存有與火山巖有關(guān)的熱液型鈾礦，可進(jìn)一步深化熱液型鈾礦成礦理論。

(3)紅山子—廣興鈾成礦亞帶應(yīng)加大二疊系額里圖組火山巖層的勘查力度，尤其與構(gòu)造、晚侏羅世火山巖層的接觸界面以及巖體內(nèi)外接觸帶的地段。

致謝：東華理工大學(xué)巫建華教授對本文寫作進(jìn)行了詳細(xì)指導(dǎo)并提出寶貴意見，在此表示誠摯的感謝。