四川沙壩地區(qū)鐵船山組流紋質(zhì)凝灰熔巖巖石學(xué)、年代學(xué)特征及其鈾成礦指示意義

李超，張杰，廖怡，湯鴻偉，安煜，屈強，陶剛，2，盧志友，2

（1.四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八二大隊，四川 德陽 618000；2.西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010）

鈾礦不僅是我國重要的能源礦產(chǎn)，同時也是重要的戰(zhàn)略資源之一。國內(nèi)鈾資源較豐富，鈾礦床類型較多，主要有熱液型（花崗巖、火山巖型）、巖漿型（偉晶巖、堿性巖型）、陸相沉積型（砂巖型）及海相沉積型（碳硅泥巖型）四類［1］。四川盆地鈾礦類型以砂巖型鈾礦占主導(dǎo)地位，南江縣沙壩地區(qū)火山巖型鈾礦是川內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的僅有的火山巖型鈾礦，探討該區(qū)域的鈾成礦類型及成礦潛力可為川內(nèi)鈾礦找礦提供新的方向。沙壩地區(qū)位于揚子準(zhǔn)地臺-四川臺坳-川北臺陷東北部，地質(zhì)情況復(fù)雜，突出表現(xiàn)是地層時代老、巖漿活動劇烈、斷裂構(gòu)造發(fā)育、礦產(chǎn)種類較多、鈾與鉬具有共生成礦的特點［2-4］。前人針對沙壩地區(qū)鈾礦研究工作較少，僅中國人民解放軍基本建設(shè)工程兵第642團4 連于1973—1976 年開展過全區(qū)較為系統(tǒng)的鈾礦調(diào)查，確認了鈾鉬礦化主要賦存于鐵船山組火山熔巖中，但并未對該火山巖層位的年代學(xué)及巖石成因等基礎(chǔ)地質(zhì)問題進行進一步研究，限制了對本區(qū)鈾成礦的認識，制約著下一步的找礦方向。筆者在詳細的野外工作基礎(chǔ)上，以沙壩地區(qū)鐵船山組底部與鈾成礦有關(guān)的流紋質(zhì)凝灰熔巖為研究對象，對其開展巖石學(xué)、同位素年代學(xué)等方面研究，從而確定巖石類型、成因及構(gòu)造環(huán)境，為研究該地區(qū)鈾成礦作用提供了基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川省南江縣大地構(gòu)造位置位于秦嶺-昆侖東西復(fù)雜構(gòu)造帶的南亞帶，米倉山突起的南緣（圖1a），其北側(cè)為秦嶺造山帶，東側(cè)鄰近大巴山推覆構(gòu)造帶，南接四川盆地，西側(cè)則為松潘-甘孜造山帶。區(qū)內(nèi)出露基底地層主要為古元古界火地埡群上兩組、麻窩子組、鐵船山組，整體由一套地槽型沉積的淺-深度變質(zhì)板巖、變質(zhì)灰?guī)r、片巖、白云巖、大理巖、火山熔巖、混合巖組成，其中鐵船山組變質(zhì)酸性-基性火山巖及火山碎屑巖位于基底上部，總厚度大于5 000 m。沿基底周緣分布震旦系燈影組，其主要由白云巖、白云質(zhì)硅質(zhì)巖中夾砂巖、頁巖組成，總厚度為548～1 195 m。受秦嶺東西向構(gòu)造帶及大巴山推覆構(gòu)造帶影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡以北東及北西向為主，并伴隨北東向復(fù)式褶皺發(fā)育，控制了區(qū)內(nèi)現(xiàn)今地層格局。區(qū)內(nèi)巖漿巖分布廣泛，尤以侵入巖占具絕對優(yōu)勢。侵入巖巖石類型齊全，基性-超基性巖、中酸性巖類均有不同程度的發(fā)育，火山巖僅在基底變質(zhì)巖系中有少量分布，脈巖在區(qū)內(nèi)分布較廣，多沿構(gòu)造帶發(fā)育，類型較多（圖1b）。

圖1 沙壩地區(qū)大地構(gòu)造位置（a）及區(qū)域地質(zhì)圖（b）Fig.1 Tectonic location（a）and simplified geological map（b）of Shaba area

2 礦床地質(zhì)特征

沙壩地區(qū)位于鐵船山組復(fù)向斜核部，出露地層主要為上兩組、麻窩子組、鐵船山組。斷裂構(gòu)造發(fā)育，是沙壩地區(qū)最發(fā)育的構(gòu)造形跡，控制了區(qū)內(nèi)現(xiàn)今地層格局。根據(jù)斷裂走向及錯動關(guān)系可分為三期，由早到晚分別為北東東向、北東向及北西向構(gòu)造（圖2）。三組斷裂具多期活動特征，表現(xiàn)為后期斷裂組切錯早期斷裂組。眾多不同方向斷裂的發(fā)育程度實質(zhì)上反映了不同構(gòu)造階段、不同構(gòu)造背景造山作用在該地區(qū)不同時期形成的真實構(gòu)造形跡的記錄。巖漿巖在區(qū)內(nèi)分布較為廣泛，主要為二長花崗巖和石英閃長巖，同時還分布有少量閃長巖脈。

區(qū)內(nèi)鈾礦體嚴格受北東、北西向兩組構(gòu)造控制（圖2），主要存在于由主干斷裂派生的分支斷裂、節(jié)理、裂隙和層間破碎帶中。在這些構(gòu)造的交叉、膨脹、拐彎、分支復(fù)合以及產(chǎn)狀變異處礦化最好。構(gòu)造為地層內(nèi)鈾的活化轉(zhuǎn)移帶來了有利的介質(zhì)-構(gòu)造熱液，為含鈾熱液的運移提供了渠道，為鈾的沉淀提供了空間。圍巖巖性為灰白色、淺灰色流紋質(zhì)凝灰熔巖。礦化體地表出露長約300 m，寬1～4.5 m，呈土狀、粉末狀，且?guī)r石破碎、裂隙發(fā)育。礦體走向上變化較大，呈北西西向展布，局部有膨大現(xiàn)象，傾向北東，傾角較陡（圖3）。礦化巖石發(fā)育較強的褐鐵礦化、赤鐵礦化、硅化、高嶺石化、綠泥石化、黃鐵礦化等，在多種蝕變疊加處，礦化強度最高。

圖2 沙壩地區(qū)鈾礦地質(zhì)圖Fig.2 Uranium geological map of Shaba area

圖3 沙壩地區(qū)勘探線剖面圖Fig.3 Geological section along exploratory line of Shaba area

對沙壩地區(qū)出露的地層及巖體的鈾本底含量進行統(tǒng)計，其中上兩組鈾本底含量為3×10-6，麻窩子組為2.54×10-6，鐵船山組火山巖為6.06×10-6，晉寧二期中基性巖體為2×10-6。可見鐵船山組火山巖鈾本底含量在沙壩地區(qū)為最高，高出的克拉克值接近1 倍（酸性火山巖的克拉克值均為3.5×10-6），表明鐵船山組是該地區(qū)的主要賦礦層位，是區(qū)內(nèi)形成鈾礦化的鈾源層、鈾源體或鈾源場。

3 樣品特征及實驗方法

3.1 樣品野外產(chǎn)出特征

本次研究在南江縣沙壩地區(qū)施工的1、2、3 號槽探中采集了鐵船山組流紋質(zhì)凝灰熔巖樣品10件（圖4），其中8 件樣品用于巖礦鑒定，2 件樣品用于鋯石U-Pb 年代學(xué)分析。該巖層傾向北西，傾角為45°～50°，巖石表面受風(fēng)化剝蝕較弱，局部被第四系覆蓋。本次樣品均采自礦體及其附近，呈深灰色，塊狀，質(zhì)地堅硬。

圖4 槽探TC01 中的流紋質(zhì)凝灰熔巖露頭（a）及流紋質(zhì)凝灰熔巖樣品（b）Fig.4 Photo of outcrop in trench TC01（a）and sample of rhyolitic tuffaceous lava（b）

3.2 測試方法

巖礦鑒定及礦物學(xué)研究使用偏光顯微鏡、掃描電鏡及電子探針等儀器。其中掃描電鏡分析儀器為TESCAN VAGA3 型，工作參數(shù)：高壓為20 kV；電子探針分析儀器為JXA-8100型，工作參數(shù)：高壓為20 kV，束流為10 nA。鋯石U-Pb 測年采用儀器為Element XR 型高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜儀及Geolas 193 準(zhǔn)分子固體激光器，激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣作補償氣以調(diào)解靈敏度，二者在進入ICP 之前通過一個Y 型接頭混合，每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約15～20 s 的空白信號和45 s 的樣品信號。U-Pb 鋯石年齡計算及諧和圖的繪制均采用Isoplot 軟件完成［5］。上述實驗均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。

4 測試結(jié)果

4.1 巖石礦物特征

鐵船山組鈾礦化流紋質(zhì)凝灰熔巖具斑狀結(jié)構(gòu)、霏細結(jié)構(gòu)（圖5a）、角礫熔巖結(jié)構(gòu)（圖5b）、鱗片變晶結(jié)構(gòu)（圖5c），塊狀構(gòu)造。斑晶由鉀長石（7%±）和少量石英（2%±）組成，其中鉀長石為透長石，呈半自形板狀、他形粒狀，發(fā)育弱黏土化蝕變；石英邊部有熔蝕和重結(jié)晶現(xiàn)象，斑晶大小一般在0.2～1 mm 之間。基質(zhì)為微晶狀的長英質(zhì)（44%±），基質(zhì)中有點狀、不規(guī)則團狀的絹云母、水云母，且發(fā)育黏土化蝕變，具霏細結(jié)構(gòu)。凝灰質(zhì)為流紋巖巖屑（24%±），呈不規(guī)則狀、條狀，顯剛性狀，含鉀長石斑晶，其中石英均顯重結(jié)晶。晶屑為鉀長石（17%±）和少量石英（2%±），其中石英均有重結(jié)晶現(xiàn)象，部分晶屑呈破碎狀，粒徑一般在0.05～2 mm 之間，部分樣品中見＞2 mm 的角礫，角礫成分為流紋巖巖屑、鉀長石晶屑。巖石中有赤鐵礦、褐鐵礦、細晶石、黑云母（4%±）沿裂隙呈細脈狀、不規(guī)則團狀充填。金屬礦物呈細小的他形粒狀、點狀分布（圖6a）。

圖5 流紋質(zhì)凝灰熔巖鏡下特征Fig.5 The microscopic characteristics of ore bearing rhyolitic tuffaceous lava

礦石樣品中鈾礦物主要包括瀝青鈾礦、含銅磷酸鹽鈾礦物、翠砷鈾礦。瀝青鈾礦呈膠狀，部分晶體有凝縮裂紋，呈不規(guī)則狀、斷續(xù)微脈狀分布于巖石裂隙之中，部分呈點狀分布于脈石礦物晶體之間（圖6b），粒徑為0.005～0.32 mm；含銅磷酸鹽鈾礦物以及翠砷鈾礦均由掃描電鏡能譜分析與電子探針分析確認，呈不規(guī)則狀，有裂紋（圖6c、d），X 射線能譜分析結(jié)果亦顯示礦石中的鈾礦物主要是含銅磷酸鹽鈾礦物、翠砷鈾礦（圖6e、f）。

圖6 流紋質(zhì)凝灰熔巖中的鈾礦物Fig.6 Microscopic and BSE feature of uranous rhyolitic tuffaceous lava

結(jié)合野外巖石露頭的觀察及鏡下分析，具流紋結(jié)構(gòu)、角礫結(jié)構(gòu)的熔巖在構(gòu)造應(yīng)力作用下由于自身的不均一性易產(chǎn)生裂隙并破碎，形成熱液活動的必要空間，利于后期鈾成礦。

4.2 鋯石U-Pb 年代學(xué)特征

在本次研究中，針對該套流紋質(zhì)凝灰熔巖共采集了TC01-AG1、TC03-AG1 兩件鋯石U-Pb 年齡樣品，獲得的鋯石自形程度較好，呈無色至淺灰色，以短柱狀、粒狀為主，部分呈長條狀，鋯石顆粒大小一般在80～170 μm 之間，長寬比大多數(shù)在1.5～3.0 之間。CL 圖像顯示鋯石顆粒具清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及震蕩環(huán)帶，為典型的巖漿巖成因鋯石（圖7）。Th/U 值分別為0.33～0.85、0.33～0.79，平均值為0.56、0.59，均大于0.1（表1），綜合表明其屬于巖漿成因鋯石［6］。對兩個樣品64粒鋯石進行了激光U-Pb年代學(xué)分析，各獲得有效測點年齡數(shù)31個，其206Pb/238U同位素測試年齡值分別集中在（1 041±24）Ma～（812±6）Ma、（1 538±66）Ma～（799±14）Ma，均處于諧和線上或緊貼諧和線，加權(quán)平均年齡分別為（899.9±3.5）Ma（MSWD＝0.39）、（894.9±3.7）Ma（MSWD＝0.91）（圖8），兩組年齡表明鐵船山組火山熔巖形成時代為新元古代青白口紀。

圖7 樣品TC01-AG1（a）、TC03-AG1（b）典型鋯石CL 圖像特征及測點年齡Fig.7 Cathodo luminescence（CL）images of typical zircon in sample TC01-AG1（a）and TC03-AG1（b）

圖8 樣品TC01-AG1（a）和TC03-AG1（b）鋯石U-Pb 年齡諧和圖Fig.8 U-Pb concordant age diagrams of zircon in sample TC01-AG1（a）and TC03-AG1（b）

近代以來，對于早期頗受爭議的鐵船山組的認識已趨于統(tǒng)一，定義該組為一套中基性至酸性火山熔巖和變質(zhì)火山碎屑巖夾變質(zhì)沉積碎屑巖，且不整合于火地埡群其他地層之上，是頂、底界關(guān)系尚不明確的地質(zhì)體［7］。雖對該組含義的理解各家基本相同，但尚欠缺對該組系統(tǒng)的年代學(xué)研究，僅通過鐵船山組與火地埡群其他地層的不整合關(guān)系，加之后者在區(qū)域上被震旦系不整合覆蓋，從而將該組與川西下震旦統(tǒng)蘇雄組進行類比，認為二者時代相當(dāng)，且在該組上段條帶狀板巖中發(fā)現(xiàn)了早震旦世微古植物化石，便籠統(tǒng)的認為其時代應(yīng)屬于早震旦世［3，8］。這種類比方法雖然能大致框定鐵船山組上部變質(zhì)碎屑巖的時代范圍，但對于其早期形成時代的確定尚欠有效的說服力。本次通過對鐵船山組底部火山熔巖鋯石的精確定年，獲得了兩組較好的年齡數(shù)據(jù)，分別為（899.9±3.3）Ma 和（894.9±3.7）Ma，將鐵船山組早期形成時代進一步厘定為新元古代青白口紀。

5 討論

5.1 構(gòu)造環(huán)境分析

目前對于揚子克拉通西北緣新元古代與Rodinia 超大陸裂解過程的研究結(jié)果還存在一定的分歧，較為主流的觀點認為揚子克拉通西北緣廣泛的裂谷巖漿巖形成時期主要集中在820～710 Ma［9-15］。820 Ma 之前，該地區(qū)表現(xiàn)為洋殼俯沖及弧-陸碰撞造山作用，形成規(guī)模較大的俯沖匯聚、島弧環(huán)境的巖漿巖，820 Ma 之后，區(qū)域構(gòu)造背景從匯聚擠壓向拉張裂解狀態(tài)轉(zhuǎn)變，形成了大量的裂解構(gòu)造背景下的火山巖和侵入巖。上述結(jié)論明顯與本次形成于899.9～894.9 Ma 板內(nèi)伸展環(huán)境的火山巖存在差異，筆者認為Rodinia 超大陸在820 Ma 前并非表現(xiàn)為單一的洋殼俯沖及弧-陸碰撞造山作用，中間可能還存在多階段的伸展-裂解相關(guān)的構(gòu)造體系置換階段。例如在峨山縣甸中地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的已知時代最早的堿性正長巖巖體，其鋯石U-Pb同位素年齡顯示為（1 007±10）Ma，就限定了揚子克拉通格林威爾造山運動結(jié)束時期為中元古代末期。自青白口紀起，構(gòu)造地質(zhì)背景已由擠壓向伸展構(gòu)造轉(zhuǎn)變［16］，但由于目前揚子陸塊西北緣800 Ma 前的巖漿活動明顯弱于其他地區(qū)［17］，對該時期巖漿巖研究較少等原因，該理論尚缺乏大量數(shù)據(jù)支持。綜上所述，目前已有證據(jù)認為在新元古代初期揚子陸塊西北緣地區(qū)處于俯沖為主、裂解共存的動力學(xué)背景，經(jīng)歷了塊體裂解、洋盆發(fā)育及俯沖消減等一系列過程，沙壩地區(qū)鐵船山組流紋質(zhì)凝灰熔巖正是該地區(qū)初期裂解的火山記錄，Rodinia超大陸初期裂解的時間應(yīng)不晚于899.9 Ma。

5.2 鈾礦化成因分析

新元古代青白口紀時期，伴隨Rodinia 超大陸的初期裂解，沙壩區(qū)域內(nèi)的火山噴溢堆積，形成鐵船山組底部火山熔巖地層，該層位中鈾元素的平均含量較其他地層普遍偏高，為后期的鈾礦化提供了豐富的鈾源。晉寧運動期間，鐵船山組受南北向強大扭應(yīng)力場作用發(fā)生了多期次的構(gòu)造運動，形成了鐵船山復(fù)式向斜和北東、北西向斷裂構(gòu)造體系，使研究區(qū)發(fā)育了大量的斷裂、裂隙，并促使巖石碎裂化，為鈾礦成礦提供了有利的導(dǎo)礦和容礦空間。后期伴隨著大規(guī)模的巖漿侵入活動，巖漿熱液在構(gòu)造通道內(nèi)運移的同時與圍巖發(fā)生物質(zhì)交換，將火山巖地層中富含的鈾元素活化、萃取，形成了含鈾熱液，隨后在北東、北西向構(gòu)造及其次級構(gòu)造交匯部位進行沉淀，最后富集成礦。因此，鐵船山組火山熔巖中的北東、北西向斷裂及裂隙交匯部位是較為有利的鈾成礦部位。

6 結(jié)論

1）巖礦鑒定及礦物學(xué)研究表明研究區(qū)鈾礦物主要包括瀝青鈾礦、含銅磷酸鹽鈾礦物、翠砷鈾礦。該類熔巖的流紋結(jié)構(gòu)、角礫結(jié)構(gòu)在構(gòu)造應(yīng)力作用下由于自身的不均一性易產(chǎn)生裂隙并破碎，形成熱液活動的必要空間，利于后期鈾成礦。

2）通過對鐵船山組底部火山熔巖鋯石的精確定年，獲得了（899.9±3.5）Ma 和（894.9±3.7）Ma兩組較好的LA-ICP-MS鋯石U-Pb 年齡數(shù)據(jù)，結(jié)合前人對鐵船山組上部變質(zhì)碎屑巖時代的認識，將鐵船山組早期形成時代進一步厘定為新元古代青白口紀。

3）沙壩地區(qū)鐵船山組流紋質(zhì)凝灰熔巖是揚子地塊西北緣初期拉張裂解的火山記錄，Rodinia超大陸初期裂解的時間應(yīng)不晚于899.9 Ma。地層中鈾元素的含量普遍偏高，滿足與火山巖有關(guān)的熱液型鈾礦成礦條件，結(jié)合瀝青鈾礦、含銅磷酸鹽鈾礦物、翠砷鈾礦等鈾礦物的發(fā)現(xiàn)，進一步說明在該地層中尋找鈾礦的可能性較大，成礦有利部位為熔巖層中北東、北西向構(gòu)造及其次級構(gòu)造交匯部位。

致謝：本次樣品的分析測試工作得到了核工業(yè)北京地質(zhì)研究院的大力幫助，審稿專家和編輯提出的寶貴意見對稿件的質(zhì)量有了極大的提高，在此致以崇高的謝意。