甘肅龍首山成礦帶東段閃長(zhǎng)玢巖鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義

陳云杰，王剛，趙如意，楊昆，榮驍，李濤

（1.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013）

龍首山鈾成礦帶是我國(guó)西北地區(qū)主要的花崗巖型鈾成礦帶之一，其東段分布有鈾礦床一個(gè)（金邊寺）和礦（化）點(diǎn)、異常點(diǎn)數(shù)十個(gè)，鈾成礦條件較為優(yōu)越，成礦潛力較大。區(qū)內(nèi)有關(guān)于金邊寺鈾礦床的鈾礦化特征［1］、青山堡巖體的地球化學(xué)特征［2］以及區(qū)域水文特征［3］等開(kāi)展過(guò)了部分的研究工作，但其總體研究程度偏低。在地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)龍首山東段出露的閃長(zhǎng)玢巖脈與鈾成礦關(guān)系較為密切，尤其在青山堡鈾礦點(diǎn)上表現(xiàn)更為明顯，之前對(duì)區(qū)內(nèi)的閃長(zhǎng)玢巖脈未開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的研究工作。因此，本文以龍首山鈾成礦帶東段發(fā)育的灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈為主要研究對(duì)象，通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查、地球化學(xué)、同位素年代學(xué)等方面的探討，以期為成礦帶東段下一步鈾礦找礦工作提供一些借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

龍首山鈾成礦帶處于華北板塊西南緣的阿拉善地塊（圖1a），其中研究區(qū)位于成礦帶的東段（圖1b）。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為上元古界孩母山群上亞群（Pt12t）、中寒武統(tǒng)香山群（）、中石炭統(tǒng) （C2）、上二疊統(tǒng)窯溝群（P2yg）、下白堊統(tǒng)廟 溝群（K1mg）、新近系（N）和第四系（Q）；區(qū)內(nèi)出露的斷裂主要為南北向和北西向斷裂，其中東大山-金邊寺斷裂及其次級(jí)斷裂控制了研究區(qū)內(nèi)的大部分鈾礦化的分布；區(qū)內(nèi)出露的巖體為青山堡巖體，出露面積約163 km2，為加里東侵入的復(fù)式巖體，巖性主要有灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖、肉紅色中粗粒（似斑狀）花崗巖、肉紅色中（細(xì)）粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖和晚期的灰綠色閃長(zhǎng)玢巖、淺肉紅色花崗斑巖脈等。其中灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈走向以東西向?yàn)橹鳎}體寬一般為幾十厘米至30 m，延伸一般為數(shù)十米至2 km，呈雁列式展布（圖1c）。

圖1 龍首山成礦帶大地構(gòu)造位置（a）、區(qū)域地質(zhì)（b）和青山堡地區(qū)地質(zhì)圖（c）Fig.1 The tectonic location of Longshoushan metallogenic belt （a），geology map of region （b）and of Qinshanbu area （c）

2 巖石學(xué)特征

青山堡鈾礦點(diǎn)上出露的巖性主要為肉紅色中粗?；◢弾r和灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈（圖2a）。其中灰綠色閃長(zhǎng)玢巖呈似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斜長(zhǎng)石（35%～40%）、鉀長(zhǎng)石（20%～25%）、石英 （5%～10%）、角閃石 （10%～15%）、黑云母（＜5%）、綠泥石（＜5%）組成。斑晶為斜長(zhǎng)石和角閃石，斑晶粒度為2～5 mm。含礦閃長(zhǎng)玢巖蝕變強(qiáng)烈（圖2b），呈半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斜長(zhǎng)石、綠泥石、方解石以及少量簾石、石英和黃鐵礦等組成，其中斜長(zhǎng)石多呈半自形-他形微粒狀、短柱狀分布，表面發(fā)育較強(qiáng)的高嶺石化；綠泥石為后期蝕變礦物，片狀分布于巖石中（圖2c）；方解石為后期碳酸鹽化產(chǎn)物，呈細(xì)脈狀充填狀（圖2d）。巖石中還見(jiàn)有少量簾石、石英和黃鐵礦等蝕變礦物，其中石英多為后期硅化蝕變礦物，后期重結(jié)晶充填形成的；黃鐵礦多呈半自形-他形粒狀零星分布于巖石中，個(gè)別結(jié)晶較好，呈正方形。閃長(zhǎng)玢巖脈體局部裂隙面上見(jiàn)少量次生鈾礦（圖2e），斷裂及閃長(zhǎng)玢巖脈體附近見(jiàn)有堿交代蝕變帶（原巖為中粗?；◢弾r），蝕變帶中發(fā)育有赤鐵礦化、鈉長(zhǎng)石化和碳酸鹽化、水云母化等（圖2f、g）。

圖2 青山堡鈾礦點(diǎn)巖石特征圖Fig.2 The petrologic characteristics of rock in Qinshanbu uranium ore occurrence

3 分析測(cè)試方法

本次研究的相關(guān)樣品采集于青山堡鈾礦點(diǎn)的地表露頭（KY-001～KY-009，KY-011）和鉆孔巖心（ZK3-1-02），其中測(cè)年樣品（KY-011）采自于青山堡鈾礦點(diǎn)西部，巖性為灰綠色閃長(zhǎng)玢巖，取樣時(shí)選取無(wú)蝕變的新鮮巖石。所有樣品的主量、微量及稀土元素均在核工業(yè)二〇三研究所分析測(cè)試中心完成分析測(cè)試工作，其使用的儀器分別為荷蘭帕納科公司制造的Axios X 射線光譜儀和Thermo Flsher公司制造的Xseries2 型，各項(xiàng)分析精度均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。樣品鋯石挑選、制靶及CL 照相是由河北省廊坊拓軒巖礦檢測(cè)服務(wù)有限公司完成，鋯石U-Pb 測(cè)年是在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所的國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

4 鋯石U-Pb 年齡

本次研究的閃長(zhǎng)玢巖樣品中的鋯石以短錐和長(zhǎng)錐柱狀 為主，長(zhǎng)120～330 μm，寬53～170 μm，長(zhǎng)寬比值為1.3～3.1，鋯石的雙錐較為發(fā)育。在CL 圖像中樣品鋯石的震蕩環(huán)較為寬大和清晰（圖3），內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為均一。本次測(cè)年的鋯石測(cè)點(diǎn)共20 個(gè)，其中有效點(diǎn)19 個(gè)（表1）。鋯石測(cè)點(diǎn)的Th 含量為（44.4～395.9）×10-6，平均值為191.8×10-6；U 含量為（61.8～290.7）×10-6，平均值為153.2×10-6；Th/U 的值為0.4～1.8，平均值為1.2，具有典型的巖漿鋯石特征。樣品的鋯石測(cè)點(diǎn)在206Pb/238U-207Pb/235U 諧和圖上分布比較集中，加權(quán)平均年齡為（422.3±3.6）Ma，MSWD＝0.117，95%置信度（圖4），表明其侵位時(shí)代為早志留世。

圖3 閃長(zhǎng)玢巖鋯石CL 圖像特征及測(cè)點(diǎn)年齡Fig.3 CL images and ages of diorite porphyrite

圖4 閃長(zhǎng)玢巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡諧和圖（a）和直方圖（b）Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams（a）and histograms of weighted average ages（b）of diorite porphyrite

5 地球化學(xué)特征

5.1 主量元素特征

本次樣品的主量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2，可以看出灰綠色閃長(zhǎng)玢巖的SiO2含量為54.74%～56.57%，其中礦石值為54.74%～55.96%（平均值為55.52%），礦化樣值為56.57%，異常樣值為55.48%，無(wú)礦樣值為55.23%～55.86%（平均值為55.56%）；Na2O 含量為2.39%～4.47%，其中礦石值為2.39%～3.55%（平均值為2.91%），礦化樣值為2.95%，異常樣值為3.50%，無(wú)礦樣值為2.87%～4.77% （平均值為3.77%）；K2O 含量為1.63%～2.40%，其中礦石1.74%～2.17% （平均值為1.89%），礦化樣值為1.89%，異常樣值為1.89%，無(wú)礦樣值為1.63%～2.40% （平均值為2.03%）。Na2O＋K2O 含量為4.13%～6.67%，含量相對(duì)較高，K2O/Na2O 值為0.49～0.73；Al2O3的含量為14.34%～15.84%，其中礦石值為14.34%～15.35% （平均值為14.84%），礦化樣值為15.18%，異常樣值為14.70%，無(wú)礦樣值為15.13%～15.84%（平均值為15.47%）；CaO 含量較高，為5.40%～7.91%，這與巖石中發(fā)育的晚期碳酸鹽化有關(guān)，其中礦石值為6.26%～7.91%（平均值為6.82%），礦化樣值為6.90%，異常樣值為6.57%，無(wú)礦樣值為5.40%～7.15%（平均值6.12%）。堿度率（AR）值為1.43～1.96，在SiO2-K2O 圖解上主要落入高鉀鈣堿性和鈣堿性系列中（圖5a），在AR-SiO2圖解上落入鈣堿性系列區(qū)域（圖5b）；鋁飽和指數(shù)A/CNK值為0.73～0.82，在A/CNK-A/NK 圖上樣品落入到準(zhǔn)鋁質(zhì)系列區(qū)域（圖6）。

圖5 閃長(zhǎng)玢巖SiO2-K2O（a）和AR-SiO2（b）圖解Fig.5 Diagrams of SiO2-K2O（a）and AR-SiO2（b）of diorite porphyrite

圖6 閃長(zhǎng)玢巖A/CNK-A/NK 圖解Fig.6 Diagrams of A/CNK-A/NK of diorite porphyrite

在圖7 和表2 中可以看出無(wú)礦樣、異常樣、礦化樣和礦石的主量元素與U 含量的增加具有一定的變化規(guī)律。其中Na2O、FeO 和Al2O3含量與U 含量呈弱的負(fù)相關(guān)，F(xiàn)e2O3、CaO 和Th 含量與U 含量呈弱的正相關(guān)。

5.2 稀土、微量元素特征

從表3 可以看出灰綠色閃長(zhǎng)玢巖的稀土元素總含量（ΣREE）為（284.47～478.89）×10-6，LREE 含量為（270.21～416.56）×10-6，HREE的 含量為（14.26～65.73）×10-6，隨著鈾含量的增加，HREE 的含量亦增加；LREE/HREE值為6.25～19.89，具有輕稀土元素的相對(duì)富集、重稀土元素弱虧損的特點(diǎn)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖上呈δEu（0.17～0.30）輕微的負(fù)異常右傾配分模式（圖8a）。從表4 和圖8b 中可以看出各個(gè)樣品的地球化學(xué)特征十分相似，顯示富集Th、U、Rb 等大離子親石元素，而虧損Nb、Ti 等高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征。

圖7 閃長(zhǎng)玢巖主量元素與U 關(guān)系圖Fig.7 Content relation of major elements to uranium in diorite porphyrite

6 討論

6.1 構(gòu)造意義

圖8 閃長(zhǎng)玢巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖（a）與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（b）（原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化據(jù)Sun 和Mc Donough，1989）Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle normalized trace elements spider diagram（b）of diorite porphyrite

晚元古代—寒武紀(jì)華北板塊與柴達(dá)木板塊間分布的是北祁連洋［4］；奧陶紀(jì)時(shí)北祁連洋洋殼自南東往北西向華北板塊俯沖，在河西走廊及鄰區(qū)形成了弧后盆地或次級(jí)洋盆［5］；到晚奧陶世—志留紀(jì)，北祁連洋盆慢慢開(kāi)始閉合，同時(shí)柴達(dá)木和華北兩大板塊與北祁連洋中的島弧發(fā)生擠壓碰撞，在南北兩側(cè)形成了祁連-龍首造山帶；在龍首山芨嶺地區(qū)發(fā)現(xiàn)了485 Ma 左右由地幔物質(zhì)上涌形成輝綠巖，暗示著此時(shí)碰撞作用已經(jīng)進(jìn)入晚期階段［6］，并在走廊及鄰區(qū)形成了470～420 Ma 左右的一系列后碰撞構(gòu)造環(huán)境下形成的中酸性花崗巖類(lèi)，如芨嶺巖體中的似斑狀花崗巖（（458.3±2.3）Ma）、青山堡巖體中的花崗閃長(zhǎng)巖（（432.8±4.2）Ma）。本次研究的灰綠色閃長(zhǎng)玢巖在微量元素Y-Nb 和（Y＋Nb）-Rb 環(huán)境判別圖解中（圖9a、b），落入后碰撞花崗巖和島弧花崗巖區(qū)內(nèi)，結(jié)合脈體的侵位時(shí)間，反映龍首山地區(qū)在早志留紀(jì)已經(jīng)進(jìn)入了碰撞造山的后碰撞構(gòu)造階段。綜合閃長(zhǎng)玢巖脈的分布產(chǎn)出等特征，顯示其為碰撞后拉張環(huán)境下形成的。區(qū)域資料研究表明青山堡巖體的成因?yàn)橄碌貧と廴冢?，7-8］，在C/MF-A/MF 圖解中本次樣品均落入基性巖部分熔融區(qū)域（圖10），表明灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈可能是下地殼基性巖部分熔融有關(guān)。

6.2 與鈾礦化的關(guān)系

6.2.1鈾礦化特征

圖9 灰綠色閃長(zhǎng)玢巖Y-Nb（a）和（Y＋Nb）-Rb（b）構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.9 Diagrams of Y-Nb （a）and （Y＋Nb）-Rb （b）of diorite porphyrite

圖10 閃長(zhǎng)玢巖C/MF-A/MF 圖解Fig.10 Diagrams of C/MF-A/MF of diorite porphyrite

區(qū)內(nèi)的閃長(zhǎng)玢巖脈體呈雁列式展布，目前已發(fā)現(xiàn)鈾礦點(diǎn)1 個(gè)（青山堡）和異常點(diǎn)2 個(gè)，同時(shí)在金邊寺鈾礦床中閃長(zhǎng)玢巖與鈾成礦有一定關(guān)系。本次研究的青山堡鈾礦點(diǎn)的鈾礦化主要賦存在走向115°、傾角45°～65°的斷層上盤(pán)的閃長(zhǎng)玢巖脈中，脈體長(zhǎng)2 km，寬1～20 m。地表礦化主要集中在脈體的東部，共出露6 個(gè)工業(yè)礦體，礦體長(zhǎng)10～30 m，厚0.49～5.65 m，品位為0.051%～0.278%（圖11），鈾存在形式主要為吸附分散狀態(tài)存在。同時(shí)碎裂面上可見(jiàn)少量的淺黃色次生鈾礦物的存在，顯示有晚期淋濾疊加富集的特征。深部經(jīng)過(guò)少量鉆孔揭露也發(fā)現(xiàn)有較好的礦化存在（圖12）。鈾礦石中發(fā)育有赤鐵礦化、碳酸鹽化和綠泥石化，在斷裂下盤(pán)圍巖的花崗巖中發(fā)育有鈉長(zhǎng)石化、赤鐵礦化和綠泥石化等堿性交代蝕變。

6.2.2控礦作用分析

灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈與花崗巖的接觸面為物理化學(xué)突變界面，十分有利于節(jié)理的發(fā)育和成礦流體的活動(dòng)，為后期鈾成礦提供了良好的地球化學(xué)障；區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的閃長(zhǎng)玢巖脈體，均沿?cái)嗔褬?gòu)造帶分布，后期構(gòu)造再次活動(dòng)中，脈體更容易破碎，從而形成良好的熱液運(yùn)移通道和成礦空間，為后期鈾礦化提供了良好的成礦空間。同時(shí)區(qū)內(nèi)后期淋濾作用較強(qiáng)，在地表及淺部容易形成淋積型鈾礦化，在青山堡鈾礦點(diǎn)地表亦見(jiàn)有次生鈾礦物分布。

綜合龍首山成礦帶區(qū)域地質(zhì)特征，東段地層出露較少，巖體出露面積大等特征。前人研究認(rèn)為龍首山成礦帶東段遭受剝蝕強(qiáng)烈，抬升較中段強(qiáng)烈；依據(jù)杜樂(lè)天的酸堿分離理論［9］，及中段芨嶺巖體的鈾礦化特征［10］，推測(cè)龍首山東段的上部產(chǎn)出的硅化角礫巖型可能鈾礦已經(jīng)大部分被剝蝕，僅在北部和東部見(jiàn)有幾處殘留的規(guī)模較小的硅化角礫巖帶，其中見(jiàn)有少量異常，下部可能存在堿交代型鈾礦。近年來(lái)對(duì)區(qū)內(nèi)的金邊寺鈾礦床的勘查和研究后認(rèn)為堿交代蝕變帶中形成的 “貧礦帶” 是礦床形成的必要基礎(chǔ)，而后生淋積氧化改造則是形成淺部的淋積型鈾礦體的關(guān)鍵，同時(shí)指出區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的閃長(zhǎng)玢巖脈、閃長(zhǎng)巖殘留體與花崗巖的接觸面是成礦有利部位，深部的堿交代熱液型鈾成礦潛力較大。區(qū)域資料研究表明區(qū)內(nèi)堿交代巖型鈾礦化、堿交代蝕變體與閃長(zhǎng)玢巖脈體空間分布有一定的關(guān)系［11-14］。故在龍首山東段地區(qū)深部尋找未被淋積的原生堿交代礦體時(shí)，閃長(zhǎng)玢巖脈體可作為標(biāo)志之一。

圖11 青山堡鈾礦點(diǎn)東段地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.11 Geology sketch of Qinshanbu uranium occurrence

圖12 青山堡鈾礦點(diǎn)1 號(hào)剖面圖Fig.12 Exploration Section 1 of Qinshanbu uranium occurrence

6.2.3成礦背景探討

在青山堡地區(qū)上灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈圍巖中粗?；◢弾r中發(fā)育較強(qiáng)的鈉長(zhǎng)石化等堿交代蝕變，脈體中不見(jiàn)有堿交代蝕變，僅僅見(jiàn)有晚期的灰白色碳酸鹽化，地化特征也顯示不發(fā)育有堿交代蝕變，且灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈穿切蝕變帶。同時(shí)最新地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)在東部金邊寺鈾礦床中的地表沿?cái)嗔逊植嫉膲A交代巖，多處見(jiàn)有被灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈所穿切，表明研究區(qū)內(nèi)的堿交代蝕變巖的形成時(shí)代要早于灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈侵位時(shí)代。金邊寺鈾礦床中的地表發(fā)育的堿交代巖的原巖灰白色中粗?；◢弾r的形成年齡為（432.8±4.2）Ma［2］，穿切了蝕變帶的灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈的形成年齡為（422.3±3.6）Ma，推測(cè)出龍首山成礦帶東段分布的堿交代巖的形成年齡為433～423 Ma。同時(shí)中段芨嶺地區(qū)研究表明堿交代鈾礦化的鈾成礦年齡主要為398～381 Ma，推測(cè)堿交代巖形成時(shí)間為428～400 Ma［15-16］；這與成礦帶東段的堿交代巖形成時(shí)間基本一致，反映志留紀(jì)時(shí)龍首山地區(qū)發(fā)育的堿交代鈾成礦作用在東段也是存在的。

7 結(jié)論

1）灰綠色閃長(zhǎng)玢巖具有富鋁、富堿、輕稀土元素相對(duì)富集和高場(chǎng)強(qiáng)元素虧損的地球化學(xué)特征，巖石類(lèi)型屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列，其巖漿可能源于下地殼基性巖的部分熔融。

2）灰綠色閃長(zhǎng)玢巖的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡為 （422.3±3.6）Ma，侵位時(shí)代為早志留紀(jì)，反映龍首山地區(qū)在早志留紀(jì)已經(jīng)進(jìn)入了碰撞造山的后碰撞構(gòu)造階段。

3）灰綠色閃長(zhǎng)玢巖脈與花崗巖接觸面為物理化學(xué)突變界面，十分有利于裂隙的發(fā)育和成礦流體的活動(dòng)，后期鈾成礦提供了良好的地球化學(xué)障。同時(shí)在龍首山東段地區(qū)尋找堿交代型鈾礦化時(shí)，閃長(zhǎng)玢巖脈體可作為找礦標(biāo)志之一。