甘肅省龍首山成礦帶青山堡巖體閃長巖特征及與鈾成礦關系

陳云杰，王 偉，王 剛，楊 昆，何佳軍，李 濤

(核工業(yè)二○三研究所，陜西西安 710000)

0 引言

龍首山鈾成礦亞帶屬于我國西北地區(qū)花崗巖型鈾成礦帶祁連-龍首山鈾成礦帶的重要組成部分。本次研究的青山堡巖體位于龍首山成礦帶的東段，巖體內已發(fā)現(xiàn)1個鈾礦床和數(shù)十個礦(化)點、異常點，顯示鈾成礦條件優(yōu)越，成礦潛力大。前人對區(qū)內鈾礦化特征(胡俊禎，1987；陳云杰等，2011，2021)、巖體成因(方同輝等，1997；魏俏巧等，2013；劉文恒等，2019)、區(qū)域地層特征(胡能高，2003)、區(qū)域放射性水文地質特征(王剛等，2019)等開展了研究。近年來隨著對龍首山鈾礦化特征、區(qū)域巖漿演化等方面認識的逐步深入(陳云杰等，2012,2014,2015,2018,2020；魏正宇和張瑋，2014；湯琳和張樹明，2015；聶利等，2016；高宇等，2017；劉洪成等，2017；張甲民等，2017；劉正義等，2018；趙如意等，2018；王偉等，2020)，并通過在研究區(qū)內開展的新一輪鈾礦找礦工作，對研究區(qū)的鈾成礦條件的認識也逐步提高。尤其是近年來區(qū)內新發(fā)現(xiàn)的淺灰黑色細粒閃長巖與鈾成礦關系密切，但之前對其尚未開展過系統(tǒng)的研究工作。本文通過對青山堡巖體細粒閃長巖的地球化學、同位素年代學等方面特征進行研究，以期為研究區(qū)今后開展鈾礦找礦工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質和鈾礦產

1.1 區(qū)域地質

圖1 龍首山成礦帶大地構造位置(a)、區(qū)域地質(b)和金邊寺地區(qū)地質圖(c)

1.2 鈾礦化特征

金邊寺礦床是區(qū)內的典型鈾礦床，位于青山堡巖體的西南緣。礦區(qū)內出露巖性主要為花崗(閃長)巖、閃長巖及晚期的閃長玢巖脈等(圖2)。斷裂構造主要為F1和F2，其中F2是F1的次級斷裂，斷裂走向310°～330°，傾向NE，傾角45°～70°，為東大山-金邊寺斷裂的次級斷裂。已發(fā)現(xiàn)鈾礦體呈魚群狀分布于F1、F2斷裂間，平均品位為0.10%,平均厚度為1.78 m。礦體多數(shù)為隱伏礦體，總體NW向側伏，側伏角度40°左右，近年來在礦床深部及外圍均發(fā)現(xiàn)有較好鈾礦體的存在。

圖2 金邊寺地區(qū)鈾礦地質簡圖

含礦主巖為弱碎裂(蝕變)中粗?；◢忛W長巖和(蝕變)閃長巖。鈾的存在形式有兩種，一是呈獨立礦物，二是呈吸附狀態(tài)。鈾礦物以次生鈾礦物硅鈣鈾礦為主；鈾被綠簾石、綠泥石、褐鐵礦等吸附。該礦床之前被認為是淋積型鈾礦床。近年來的勘查工作表明區(qū)內發(fā)育鈉長石化、鉀長石化、碳酸鹽化和赤鐵礦化等堿交代熱液蝕變，鈾礦化與其關系密切，鉆探深部新發(fā)現(xiàn)有原生礦體和瀝青鈾礦脈的存在，明確了成礦類型為熱液淋積混合型鈾礦床，深部熱液型鈾成礦潛力大。

2 閃長巖特征

2.1 分布特征

區(qū)內閃長巖主要分為灰綠色中細粒閃長巖和淺灰黑色細粒閃長巖。其中灰綠色中細粒閃長巖在巖體中分布較多，主要分布在巖體北部(圖1c)；淺灰黑色細粒閃長巖主要分布在巖體南部，沿構造呈脈狀侵入到灰白色中粗?；◢忛W長巖之中，其展布與構造方向基本一致。近年來在研究區(qū)內開展的區(qū)域鈾礦評價工作，初步查明了金邊寺地段的淺灰黑色細粒閃長巖特征，在地表出露面積一般為幾個至數(shù)十個平方米(圖2)。鉆孔深部細粒閃長巖脈厚度一般為0.5～10 m,呈雁列式展布,延伸一般為10～100 m，部分延伸超過150 m。

2.2 巖石學特征

細粒閃長巖的新鮮面顏色為淺灰黑色，風化后呈淺灰綠色，細粒結構，塊狀構造。主要礦物為石英(10%～15%)、斜長石(40%～45%)、角閃石(30%～35%)，受后期構造影響，礦物顆粒較為破碎(圖3a、b)。含礦蝕變閃長巖中發(fā)育有鈉長石化、鉀長石化、碳酸鹽化、綠泥石化和赤鐵礦化等蝕變，巖石顏色一般呈淺紫紅-褐紅色(圖3c、d)，其為區(qū)內主要的含礦巖石之一。

圖3 測年閃長巖巖石特征圖

3 樣品采集及分析測試

細粒閃長巖鋯石年齡樣品采集于金邊寺地區(qū)鉆孔ZKS16-1中102 m處，其它樣品采集于ZKS0-1、ZKS10-1、ZKS10-3和ZKS18-3中110～330 m處。鉆孔中揭露到的巖性主要為灰白色中粗粒花崗閃長巖及晚期脈狀侵入的肉紅色中粗?；◢弾r和淺灰黑色細粒閃長巖。樣品的主量元素、微量元素和稀土元素測試分析均在核工業(yè)二○三研究所分析測試中心完成，使用的儀器分別為荷蘭帕納科公司制造的Axios型X射線光譜儀和美國Thermo Fisher制造的XSERIESⅡ型ICP-MS。樣品鋯石挑選、制靶、CL照相及測年由河北省廊坊拓軒巖礦檢測服務有限公司完成，電子探針和包裹體測溫是在東華理工大學核資源與環(huán)境國家重點實驗室完成，各項分析精度均能達到國家標準。

4 鋯石U-Pb年齡

細粒閃長巖樣品中的鋯石以短錐狀為主，次為長錐柱，鋯石長100～220 μm，寬80～130 μm，長寬比值為1.1～2.3，鋯石的雙錐較為發(fā)育。在CL圖像中閃長巖鋯石的震蕩環(huán)較為寬大和清晰(圖4)，內部結構較均一。本次測年的鋯石測點共11個(表1)，鋯石測點的Th含量為85.8×10-6～402.0×10-6，平均值為166.8×10-6；U含量為157.0×10-6～472.0×10-6，平均值為325.9×10-6；Th/U的值為0.40～0.88，平均值為0.50。樣品的鋯石測點在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖上分布比較集中，加權平均年齡為427.8±3.1 Ma，MSWD=0.36，95%置信度(圖5)，表明其侵位時代為早志留世。

圖4 閃長巖鋯石CL圖像特征及測點年齡

圖5 閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)和直方圖(b)

5 地球化學特征

5.1 主量元素特征

從表2中可以看出：正常細粒閃長巖SiO2的含量平均為54.94%，異常樣平均為56.14%、礦化樣平均為58.07%、礦石平均為56.58%，SiO2的含量有所增加，這與后期硅化作用在早期礦物顆粒之間形成次生石英關系較為密切。正常的閃長巖Al2O3的含量平均為15.87%，異常樣平均為18.00%、礦化樣平均為14.55%、礦石平均為17.51%，Al2O3的含量有所增加。正常的閃長巖Fe2O3的含量平均為2.92%，異常樣平均為2.21%、礦化樣平均為2.56%、礦石平均為4.63%，F(xiàn)e2O3的含量有所增加。正常的閃長巖FeO的含量平均為3.73%，異常樣平均為1.90%、礦化樣平均為2.13%、礦石平均為1.07%，F(xiàn)eO的含量減少。正常的閃長巖CaO的含量平均為5.82%，異常樣平均為5.41%、礦化樣平均為4.92%、礦石平均為3.27%，CaO的含量有所減少；這與廣泛發(fā)育的早期的灰白色碳酸鹽相比，成礦期粉紅色碳酸鹽化要相對弱一些。正常的閃長巖Na2O的含量平均為3.42%，異常樣平均為5.56%、礦化樣平均為4.20%、礦石平均為6.25%，Na2O的含量增加。正常的閃長巖K2O的含量平均為2.12%相比，異常樣平均為3.52%、礦化樣平均為2.71%、礦石平均為3.24%，K2O的含量所增加，這與成礦期發(fā)育的堿交代蝕變關系密切。正常的閃長巖MgO的含量平均為3.93%，異常樣平均為2.47%、礦化樣平均為4.55%、礦石平均為1.71%，MgO的含量所增加。與細粒閃長巖原巖相比，隨著U 含量的增加，SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、MgO的含量增加，F(xiàn)eO、CaO的含量減少，這與這與成礦期發(fā)育的堿交代蝕變關系密切。

5.2 稀土、微量元素特征

巖石具有相對富集輕稀土元素和虧損重稀土元素的特點。在球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖上呈右傾配分模式(圖6a，表3)，且輕稀土元素分異較強而重稀土元素不明顯。在原始MORB標準化蛛網(wǎng)圖上(圖6b，表4)，與原始地幔相比閃長巖對富集Rb、Ta、U、Hf等大離子親石元素，Nb、Zr、Ti等元素相對虧損。

圖6 閃長巖球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖(a)與原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(原始地幔標準化值和球粒隕石標準化據(jù)Sun and McDonough，1989)

6 閃長巖與鈾礦化關系

研究區(qū)內細粒閃長巖沿構造分布，受構造影響，巖石一般較為破碎，為后期熱液及鈾成礦提供了很好的賦礦空間。堿交代蝕變閃長巖亦是區(qū)內主要的含礦巖性，表明區(qū)內堿交熱液蝕變時間要晚于細粒閃長巖脈的形成時間(427.8±3.1 Ma)，這與推測的龍首山東段的堿交代巖的形成年齡為433～423 Ma一致(陳云杰等，2021)。同時，這與龍首山中段芨嶺鈾礦田的堿交代巖形成時間428～400 Ma亦基本一致，反映志留紀龍首山地區(qū)發(fā)育的堿交代鈾成礦作用在東段也是存在的。

細粒閃長巖與花崗(閃長)巖的巖性接觸界面是地球化學成分發(fā)生變化的界面，后期構造作用使界面兩側發(fā)育裂隙及構造破碎帶，破碎帶中容易形成壓力突然降低的環(huán)境。當富含揮發(fā)分的堿性含礦熱液流經巖性界面附近時，由于圍巖地球物理化學環(huán)境發(fā)生突變，含鈾熱液中的碳酸鈾酰絡合物快速分解(閡茂中等，1987；高浩中等，1998；肖慶輝等，2007；趙慧博等，2014)，成礦物質卸載并成礦(圖7)。近期在區(qū)內施工的少量的鉆探，共新發(fā)現(xiàn)鈾礦體13個，鈾礦體全部分布于花崗(閃長)巖與細粒閃長巖接觸界面附近，顯示了接觸帶在區(qū)內具有較好的找礦潛力。

圖7 金邊寺礦床11號剖面圖

龍首山鈾成礦帶是我國典型的堿交代型鈾成礦帶，其中段的芨嶺鈾礦田中的芨嶺和新水井礦床規(guī)模均達到中型。青山堡花崗巖體位于芨嶺鈾礦田的東部，其控礦斷裂東大山-金邊寺斷裂為馬路溝斷裂帶的東延。通過區(qū)內新一輪鈾礦找礦工作的開展，研究區(qū)內與鈾礦化關系密切的堿交代熱液蝕變較為發(fā)育(陳云杰等，2021)，查明了堿交代蝕變閃長巖是區(qū)內堿交代型鈾礦化的主要賦礦巖性之一。通過對含礦的堿交代蝕變閃長巖的巖礦鑒定、電子探針分析等工作，在區(qū)內含礦蝕變閃長巖礦石中發(fā)現(xiàn)有網(wǎng)脈狀、細脈狀瀝青鈾礦脈的存在，其與綠泥石、赤鐵礦一起沿著礦石的裂隙沉淀成微細脈，脈寬一般1～10 μm，長100～500 μm(圖8a、b)。礦石中次生鈾礦物主要有兩種形式，一是在礦物空洞中存在的放射狀、針狀次生鈾礦物；二是氧化瀝青鈾礦脈后呈脈狀的次生鈾礦(圖8c、d)。

圖8 金邊寺地區(qū)礦石鈾存在形式

結合相關研究，選取了區(qū)域上與鈾成礦關系密切的粉紅色方解石脈體進行了包裹體測溫工作(沈渭洲等，1988；趙如意等，2018；陳柏林，2021；劉錦康等，2021；沙建澤等，2021)，并與芨嶺鈾礦床進行比較。研究區(qū)內蝕變閃長巖礦石中方解石包裹體中的冰點溫度為-8.73 ℃～-0.39 ℃，均一溫度主要分布在157.8 ℃～266.1 ℃和301.3 ℃～309.1 ℃間(表5)。東部芨嶺鈾礦床的早期成礦流體溫度為279.80 ℃～294.52 ℃，后期沸騰卸載成礦物質之后的早期流體溫度降低至195.37 ℃～214.04 ℃。研究區(qū)與芨嶺地區(qū)的包裹體溫度略有差異，這可能與侵位深度、后期抬升剝蝕等有一定的關系。結合區(qū)域資料來看，龍首山東段地區(qū)堿交代熱液的與芨嶺地區(qū)堿交代熱液形成時代一致，同時受馬路溝斷裂帶的控制，兩個地區(qū)的成礦熱液溫度基本一致。

表5 金邊寺地區(qū)方解石脈包裹體測試結果

研究成果表明，后期龍首山東段抬升剝蝕速度較中段要強烈，地表部分堿交代蝕變體和鈾礦體被剝蝕，其剝蝕程度要比中段高。同時由于構造發(fā)育，東段抬升剝蝕時后期潛水氧化作用較為發(fā)育，故在區(qū)內形成淋積型鈾礦化。金邊寺鈾礦床之前被認為是淋積型鈾礦床，近年來調查研究認為前期區(qū)域性堿交代熱液成礦作用所形成的構造蝕變帶中的鈾富集形成的“貧礦帶”是金邊寺礦床形成的必要基礎，而后生潛水氧化改造則是疊加形成淺部淋積型工業(yè)鈾礦體的關鍵。

7 結論

(1)淺灰黑色細粒閃長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為427.8±3.1 Ma，侵位時代為早志留紀。

(2)與細粒閃長巖原巖相比，隨著U 含量的增加，SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、MgO的含量增加，F(xiàn)eO、CaO的含量減少，這與這與成礦期發(fā)育的堿交代蝕變關系密切；Rb、Ta、U、Hf等元素相對富集，Nb、Zr、Ti等元素相對虧損及輕稀土右傾分餾明顯的地球化學特征。

(3)研究區(qū)內細粒閃長巖即是鈾成礦的有利賦礦巖石，而其與花崗(閃長)巖的接觸面為后期鈾礦富集提供了物理化學環(huán)境突變的地球化學障，亦是鈾成礦有利結構面。

(4)龍首山地區(qū)于志留紀廣泛發(fā)育的堿交代鈾成礦作用在青山堡巖體中亦有發(fā)育。后期龍首山東段抬升剝蝕速度較中段要強烈，潛水氧化作用發(fā)育，前期區(qū)域性堿交代熱液成礦作用所形成的含礦構造蝕變帶是后生潛水氧化改造疊加形成淺部淋積型工業(yè)富鈾礦體的關鍵。