遼東前寒武紀(jì)沉積變質(zhì)型鐵礦床中伴生鈾礦的成礦時代與測年結(jié)果可靠性分析

孫欣宇，李立興，李厚民，章永梅，孟潔，李小賽，王億

（1. 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2. 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037； 3. 中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037）

前寒武紀(jì)是全球鈾礦成礦的重要時期，期間在多個古老克拉通內(nèi)部形成一批世界級的鈾礦床，如澳大利亞奧林匹克壩和南非威特沃特斯蘭德［1-2］。因此，前寒武紀(jì)鈾礦成礦作用具有重要的研究價值。華北克拉通的遼東地區(qū)是中國最古老的鈾礦礦集區(qū)，鈾礦體受構(gòu)造控制，成礦與古元古代熱液作用有關(guān)［3-7］。遼東地區(qū)鈾礦可分為單鈾型和鐵礦伴生型兩種［7-8］。單鈾型以連山關(guān)和玄嶺后礦床為代表，鈾礦體主要產(chǎn)于新太古代末期連山關(guān)花崗巖體與古元古代遼河群的接觸帶，鈾成礦時代～1.85Ga，成礦熱液的產(chǎn)生與區(qū)域伸展背景下同期堿性巖漿活動有關(guān)［8-11］。鐵礦伴生型以翁泉溝硼鎂鐵礦床、高家溝鐵礦床和弓長嶺鐵礦床為代表，表現(xiàn)為構(gòu)造帶中熱液交代成因鐵礦石伴生鈾礦化。

對翁泉溝礦床的成礦時代僅有少量研究工作，已有年齡數(shù)據(jù)分散于2.00～1.80Ga［11-14］。1984年陳璋如等［12］最早對翁泉溝礦床的鈾礦物進(jìn)行同位素年代測定，得到1784Ma 成礦年齡，但測試方法未作出詳細(xì)說明。Lu 等［13］對翁泉溝2 件硼鎂鐵礦礦石樣品開展Pb-Pb 法同位素測年，獲得1852±9Ma和1917±48Ma 等時線年齡，對礦石的金云母進(jìn)行Ar-Ar 法測年，得到1925±2.5Ma 變質(zhì)改造年齡。趙宇霆等［14］對1 件含鈾磁鐵礦蛇紋石化變粒巖中的晶質(zhì)鈾礦開展電子探針（EPMA）測年，獲得年齡值介于2611～1500Ma 之間，主要集中于2000～1800Ma。上述研究中多個晶質(zhì)鈾礦測點的化學(xué)年齡值老于含礦地層遼河群的沉積年齡（2.05～1.93Ga）［15］，很可能說明樣品中晶質(zhì)鈾礦來源具有不均一性，除了與硼鎂鐵礦和磁鐵礦同時結(jié)晶的晶質(zhì)鈾礦外，還含有碎屑成因的晶質(zhì)鈾礦。因此，遼東地區(qū)鐵礦伴生型鈾礦成礦時代尚未得到準(zhǔn)確厘定，目前還不清楚這些鐵礦伴生型鈾礦床是否與單鈾型礦床形成于同一大地構(gòu)造背景，也無法判斷不同單鈾型礦床是否形成于同一熱液成礦作用。

晶質(zhì)鈾礦是鐵礦伴生型鈾礦中最主要的含鈾礦石礦物，是最理想的測年對象。晶質(zhì)鈾礦EPMA 法測年技術(shù)具有空間分辨率高（可至1μm）和有效地避免表層裂隙等鉛易丟失區(qū)域的優(yōu)勢，但不同經(jīng)驗公式計算獲得的年齡值經(jīng)常差異較大［16-18］；LA-ICPMS 法比EPMA 法的測試精度更高，可以獲得更為準(zhǔn)確的U-Pb 同位素年齡數(shù)據(jù)，但空間分辨率（16μm）較低［19-21］。本文選擇翁泉溝含鈾富蛇紋石磁鐵礦礦石和弓長嶺富鐵礦體邊部的含鈾石榴子石蝕變巖為研究對象，在對礦石礦物晶質(zhì)鈾礦的賦存狀態(tài)研究基礎(chǔ)上，聯(lián)合應(yīng)用EPMA 法和LA-ICP-MS 法開展微區(qū)原位測年，厘定鐵礦伴生型鈾礦成礦時代，探討遼東不同類型鈾礦的成因關(guān)系，兩種方法優(yōu)勢互補、相互佐證，以獲得更精準(zhǔn)年齡數(shù)據(jù)。

1 地質(zhì)背景

遼東鈾礦礦集區(qū)位于華北克拉通的東北部，地處龍崗地塊與遼吉造山帶的構(gòu)造接合部位（圖1）。

圖1 （a）華北克拉通古元古代構(gòu)造帶示意圖和（b）遼東地區(qū)地質(zhì)及古元古代熱液鈾礦分布圖（修改據(jù)Zhao 等［23］, 2005; 郭春影等［7］, 2017）Fig. 1 (a) Sketch map of Paleoproterozoic orogenic belts in the North China craton and (b) simplified geologic map of the eastern Liaoning Province and the distribution of hydrothermal uranium deposits (After Zhao et al.［23］, 2005 and Guo et al.［7］,2017).

遼吉造山帶是華北克拉通東緣一條重要的造山帶，主體由南北遼河群地層和遼吉花崗巖組成。遼河群的沉積時代介于2.05～1.93Ga 之間，在～1.90Ga由于造山作用遭受了變質(zhì)［22-25］。遼河群南里爾峪組發(fā)育一套含硼巖系，空間上常與遼吉花崗巖共生，發(fā)育后仙峪、前仙峪和翁泉溝等硼礦床［26-28］。

1.1 翁泉溝礦床地質(zhì)背景

翁泉溝硼鎂鐵礦床產(chǎn)于遼河群南里爾峪組含硼巖系，是中國最大的硼酸鹽礦床。其硼鎂鐵礦礦體大多賦存于蛇紋石化橄欖巖和大理巖中，礦體分布受斷層控制。礦床的圍巖蝕變明顯，發(fā)育大量的蛇紋石化（圖2a）。

硼鎂鐵礦礦石的礦石礦物主要包括磁鐵礦、硼鎂鐵礦以及少量的硼鎂石和遂安石，脈石礦物主要有蛇紋石、金云母、磷灰石等（圖2 中b，c）。礦石中普遍含有晶質(zhì)鈾礦，多呈星點狀以半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)分布于硼鎂鐵礦、磁鐵礦、磷灰石以及蛇紋石中（圖2 中b，c，d）。巖相學(xué)觀察表明，晶質(zhì)鈾礦在富蛇紋石磁鐵礦礦石中的分布并不均勻，但可見與磷灰石有密切的空間共生關(guān)系。

1.2 弓長嶺礦床地質(zhì)背景

弓長嶺鐵礦床二礦區(qū)累計查明資源儲量9.46億噸，其中貧礦7.82 億噸，富礦1.64 億噸，富礦全鐵品位可高達(dá)63%，是中國最大的沉積變質(zhì)型磁鐵礦富礦［29-30］。

二礦區(qū)中礦體既有富鐵礦也有貧鐵礦，大多數(shù)富鐵礦礦體邊部普遍發(fā)育富石榴子石蝕變巖，多呈粗粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，蝕變巖與富鐵礦之間界線漸變或分明（圖2e）。二礦區(qū)的晶質(zhì)鈾礦主要產(chǎn)于富鐵礦體邊部的石榴子石蝕變巖中，少量產(chǎn)于含石榴子石的富鐵礦石中，多呈半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)分布于石榴子石內(nèi)部或者粒間，與獨居石密切共生（圖2f）。晶質(zhì)鈾礦在貧鐵礦石中不發(fā)育。

2 實驗部分

2.1 樣品特征

翁泉溝礦床中的樣品選取自露天采坑的富蛇紋石磁鐵礦礦石（WQG5）。富蛇紋石磁鐵礦礦石呈斑雜狀構(gòu)造，其中磁鐵礦呈自形-半自形，粒徑一般在0.5～5mm 之間（圖2 中b，c），所選樣品中可見大量的蛇紋石以及少量的金云母，而晶質(zhì)鈾礦呈星點狀分布于磁鐵礦、磷灰石以及蛇紋石中，在背散射圖像中呈高亮的灰白色（圖2c，d）。晶質(zhì)鈾礦粒徑在0.05～2mm 之間，部分表面亮而平滑，有些發(fā)育裂隙。弓長嶺礦床中的樣品選取自二礦區(qū)富鐵礦體邊部的石榴子石蝕變巖（GCL2），其中晶質(zhì)鈾礦粒徑在0.04～1.5mm 之間，所選樣品以大量的石榴子石和少量的鎂鐵閃石為主，在背散射圖像中可見高亮的晶質(zhì)鈾礦與次高亮的獨居石共生（圖2f）。

2.2 測試方法

2.2.1 晶質(zhì)鈾礦EPMA 測年將含晶質(zhì)鈾礦的翁泉溝富蛇紋石磁鐵礦礦石和弓長嶺石榴子石蝕變巖樣品制成探針片，利用TM3000 掃描電子顯微鏡進(jìn)行背散射圖像觀察，確定待測試的晶質(zhì)鈾礦顆粒，選擇無裂痕、無包裹體和表面光滑平整的區(qū)域打點，進(jìn)行元素定量分析。EPMA 法測年在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實驗室完成，儀器型號為JXA-iHP200F。本次分析中儀器的加速電壓為20kV，束流為50nA，束斑大小為5μm，修正方法為ZAF。在測試過程中選用UO2（U）、釔鋁榴石（Y）、方釷石（Th）、PbCr2O4（Pb）、合成稀土五磷酸鹽（稀土元素）、鈣薔薇輝石（Ca）、Fe2O3（Fe）、鈉長石（Si）作為測試標(biāo)樣，測試時間分別為20s、30s、30s、60s、20s、10s、10s、10s。為防止X 射線之間的干擾，選取元素U、Th、Pb 分析線系為Mα，元素Y、Ce、Nd 分析線系為Lα，元素Ca、Fe、Si 分析線系為Kα［31-33］。

2.2.2 晶質(zhì)鈾礦LA-ICP-MS U-Pb 測年

在翁泉溝富蛇紋石磁鐵礦礦石樣品中，選擇粒徑較大的晶質(zhì)鈾礦顆粒，應(yīng)用LA-ICP-MS 法在電子探針測點處進(jìn)行U-Pb 同位素測年，對部分電子探針測年數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。晶質(zhì)鈾礦原位U-Pb 同位素測年分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用LAICP-MS 儀器完成，其中激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas HD 193nm 準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀型號為Agilent 7900（美國Agilent 公司）。本次分析所設(shè)定的激光能量為80mJ，背景信號采集時間20s，剝蝕信號采集時間50s，由于樣品U 含量高，為了避免ICP-MS 探測器過載，采用激光束斑直徑為16μm、頻率為1Hz 的條件進(jìn)行測試。激光剝蝕過程中頻率為1Hz 的激光剝蝕會使ICP-MS 信號產(chǎn)生鋸齒狀位移，為了提高信號的穩(wěn)定性，在剝蝕的氣溶膠進(jìn)入ICP-MS 之前安裝了SSD（Single Smooth Device）裝置。為了提高儀器的靈敏度，在進(jìn)入剝蝕系統(tǒng)前分別用氦氣和氬氣作為載氣和補償氣，在一個T 形裝置中混合，T 形裝置位于SSD 裝置之后［34］。

晶質(zhì)鈾礦U-Pb 同位素測年采用核工業(yè)北京地質(zhì)研究院研制的國家鈾礦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW04420 作為外標(biāo)校正同位素分餾［35］，每分析5 次待測樣品，分析2 次標(biāo)樣來控制測試數(shù)據(jù)質(zhì)量。對于分析數(shù)據(jù)的離線處理（包括隨樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正和U-Pb 同位素比值偏差校準(zhǔn)）使用ICPMSDateCal 10.8 軟件完成。晶質(zhì)鈾礦的U-Pb年齡諧和圖和年齡加權(quán)平均計算采用Isoplot/Ex_ver3完成。

3 結(jié)果

對翁泉溝富蛇紋石磁鐵礦礦石樣品WQG5 中34 顆表面干凈的晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行電子探針分析，獲得48 組數(shù)據(jù)，測試結(jié)果見表1。這些測點的U、Th、Pb含量分別為：UO2含量介于63.76%～71.85% 之間，平均值67.86%；ThO2含量介于1.07%～3.66%之間，平均值2.36%；PbO 含量介于11.73%～17.16%之間，平均值15.33%。雜質(zhì)SiO2、CaO、FeO 的含量變化范圍較大，（SiO2+CaO+FeO）含量介于0.23%～4.66%之間，但僅3 個測點含量大于2%。稀土元素含量較高，（La2O3+Ce2O3+Nd2O3+Y2O3）含量介于2.82%～9.25%之間，平均值5.79%。根據(jù)Ranchin 經(jīng)驗公式［36］計算獲得年齡值，其變化范圍較大，介于1899～1324Ma 之間，但集中分布于1899～1741Ma 之間，在年齡頻率分布圖上顯示兩個明顯的峰值年齡，分別為1859Ma 和1784Ma（圖3a）。年齡數(shù)據(jù)小于Lu等［13］對翁泉溝的2 件硼鎂鐵礦礦石開展的Pb-Pb同位素獲得1852±9Ma 和1917±48Ma 的等時線年齡，以及趙宇霆等［14］對1 件含鈾磁鐵礦蛇紋石化變粒巖中的晶質(zhì)鈾礦開展的EPMA 法測年獲得的集中于2000～1800Ma 之間的年齡。此次研究得到的年齡數(shù)據(jù)均是小于遼河群的沉積年齡（2.05～1.93Ga）［15］的，而前人研究中的多個晶質(zhì)鈾礦測點的化學(xué)年齡老于含礦地層遼河群的沉積年齡，很可能說明前人測試樣品中晶質(zhì)鈾礦來源具有不均一性，除了與硼鎂鐵礦和磁鐵礦同時結(jié)晶的晶質(zhì)鈾礦外，還含有碎屑成因的晶質(zhì)鈾礦。

對弓長嶺石榴子石蝕變巖樣品GCL2 中14 顆表面干凈的晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行電子探針分析，獲得14 組數(shù)據(jù)，測試結(jié)果見表1。這些測點U、Th、Pb 含量分別為：UO2含量介于64.39%～70.97% 之間，平均值68.52%；ThO2含量介于4.27%～7.95%之間，平均值6.11%，明顯高于翁泉溝礦床中的晶質(zhì)鈾礦；PbO 含量介于14.67%～17.03% 之間，平均值16.10%。雜質(zhì)SiO2、CaO、FeO 的含量變化范圍與翁泉溝礦床相似，（SiO2+CaO+FeO）含量介于0.08%～1.12%之間。稀土元素含量較低，（La2O3+Ce2O3+Nd2O3+Y2O3）含量介于0.35%～1.54% 之間，平均值0.90%。根據(jù)Ranchin 經(jīng)驗公式計算獲得年齡值介于1858～1715Ma之間，在年齡頻率分布圖上顯示兩個明顯的峰值年齡，分別為1865Ma 和1743Ma（圖3b）。

對翁泉溝富蛇紋石磁鐵礦礦石樣品WQG5 中15 顆晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行LA-ICP-MS 法U-Pb 測年，獲得20 組數(shù)據(jù)，測試結(jié)果及與電子探針測點的對應(yīng)關(guān)系見表2。其中5 組數(shù)據(jù)的不諧和度超過10%，不參與年齡計算，其余15 組數(shù)據(jù)根據(jù)207Pb/206Pb年齡值和普通Pb 含量可再分為兩組：一組為7 個測點（包括測點WQG5-04、WQG5-05、WQG5-07 至WQG5-11），年齡值介于1873～1816Ma 之間，普通Pb 含量介于13.0～52.0μg/g 之間（平均值27.4μg/g），加權(quán)平均年齡為1840±16Ma（MSWD=2.0）；另一組為8 個測點（包括測點WQG5-12 至WQG5-19），年齡值介于1802～1769Ma之間，普通Pb含量介于19.4～107.0μg/g之間（平均值60.0μg/g），加權(quán)平均年齡為1787±8Ma（MSWD=0.95）（圖4）。

圖4 翁泉溝礦床富蛇紋石磁鐵礦礦石中晶質(zhì)鈾礦U-Pb 諧和圖Fig. 4 Uraninite U-Pb age concordia of the serpentine-enriched magnetite ore from the Wengquangou deposit.

4 討論

4.1 電子探針測年結(jié)果可靠性分析

電子探針U-Th-Pb 測年技術(shù)以放射性元素衰變規(guī)律為理論基礎(chǔ)，利用電子探針準(zhǔn)確測定礦物的U、Th、Pb 元素含量，通過經(jīng)驗公式計算獲得礦物的結(jié)晶年齡。晶質(zhì)鈾礦主要由U 和少量的Th、Pb 元素組成，其積累的放射性成因鉛比其他含U、Th 礦物高，是非常理想的電子探針測年對象。利用晶質(zhì)鈾礦的化學(xué)成分計算結(jié)晶年齡的方法均需滿足兩個前提條件：①晶質(zhì)鈾礦中沒有普通Pb，或者低到可以忽略不計；②晶質(zhì)鈾礦在結(jié)晶以后U-Th-Pb 體系保持封閉，沒有U、Th、Pb 的獲得或丟失［16，37-40］。

研究表明，晶質(zhì)鈾礦中的普通Pb 含量普遍較低，相對于放射性Pb 可以忽略不計［32，41］。本研究對翁泉溝富蛇紋石磁鐵礦礦石中的晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行LAICP-MS 法U-Pb 同位素測年分析，獲得普通Pb 含量介于13.0～107.0μg/g 之間，相比于電子探針分析獲得的總Pb 含量（11.73%～17.16%）完全可以忽略不計。

晶質(zhì)鈾礦是地球化學(xué)性質(zhì)比較活潑的礦物，容易被后期熱液事件改造，破壞其U-Th-Pb 封閉體系，使得年齡計算結(jié)果失真［42-43］。根據(jù)前人研究經(jīng)驗，為了降低Pb 丟失造成的誤差，應(yīng)在樣品分析時選擇表面光滑完整明亮的區(qū)域進(jìn)行電子探針打點分析。本研究選定的晶質(zhì)鈾礦雖然存在一定的裂隙，但在背散射圖像上明暗均勻，邊緣沒有存在明顯變暗的現(xiàn)象（圖2 中c，d），表明所測樣品后期U-Th-Pb 的封閉體系未遭到破壞。Alexandre 等［44］研究了晶質(zhì)鈾礦蝕變時元素的替代關(guān)系，發(fā)現(xiàn)后期熱液事件通常會造成Pb 丟失，取而代之的是Si、Ca、Fe 元素會進(jìn)入礦物。翁泉溝富蛇紋石磁鐵礦礦石和弓長嶺石榴子石蝕變巖中晶質(zhì)鈾礦絕大多數(shù)測點的（SiO2+CaO+FeO）含量＜1%，與計算獲得的年齡值不存在相關(guān)性（圖5a），說明本次測試選擇的晶質(zhì)鈾礦的U-Th-Pb 體系總體保持了封閉，電子探針測年獲得年齡是可靠的。除了通過對體系內(nèi)的元素含量探討得到電子探針測年數(shù)據(jù)是可靠的之外，LA-ICPMS 法的測試點選取自部分進(jìn)行電子探針的測試點，將對應(yīng)點的年齡結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，其斜率接近1（圖5b），表明EPMA 法測年數(shù)據(jù)和LA-ICP-MS 法測年數(shù)據(jù)相吻合，進(jìn)一步證明了電子探針測試獲得的年齡數(shù)據(jù)的可靠性。

圖5 （a） 翁泉溝礦床富蛇紋石磁鐵礦礦石中晶質(zhì)鈾礦電子探針年齡與SiO2+CaO+FeO 相關(guān)關(guān)系圖; （b）翁泉溝礦床EPMA 和LA-ICP-MS 法對應(yīng)點測年結(jié)果關(guān)系圖Fig. 5 （a） Binary diagrams of SiO2+CaO+FeO contents and uraninite EPMA ages of the serpentine-enriched magnetite ore from the Wengquangou deposit; （b） Relationship between EPMA and LA-ICP-MS dating results of the Wengquangou deposit.

4.2 鐵礦伴生型鈾礦成礦時代及地質(zhì)意義

巖相學(xué)觀察表明，翁泉溝富蛇紋石磁鐵礦礦石中晶質(zhì)鈾礦與磁鐵礦密切共生，表明它們同時形成。本文對1 件翁泉溝富蛇紋石磁鐵礦礦石中的晶質(zhì)鈾礦分別開展EPMA 法測年和LA-ICP-MS 法U-Pb 測年，獲得1899～1324Ma 和1873～1769Ma 的年齡值分布范圍，一方面指示測點中不包含碎屑成因的晶質(zhì)鈾礦，另一方面也說明鈾礦形成于～1.90Ga 區(qū)域變質(zhì)事件之后。EPMA 測年結(jié)果表明，晶質(zhì)鈾礦年齡值集中分布于1899～1741Ma 之間，在年齡頻率分布圖上顯示1859Ma 和1784Ma 兩個峰值。LA-ICPMS 法U-Pb 測年結(jié)果表明，晶質(zhì)鈾礦的年齡值分為兩個組，年齡值分別為1840±16Ma 和1787±8Ma。翁泉溝晶質(zhì)鈾礦EPMA 法和LA-ICP-MS 法U-Pb 測年結(jié)果基本一致，說明測年結(jié)果可靠，晶質(zhì)鈾礦在～1.85Ga 和～1.78Ga 都有形成。值得注意的是，這兩期年齡可限定于EPMA 測試的同一晶質(zhì)鈾礦顆粒上，如測點13（包括測點13.1～13.4）的年齡分別為1888Ma 和1790～1741Ma 以及測點34（包括測點34.1～34.4）的年齡分別為1863Ma 和1778～1679Ma（圖2，表1），這一特征很可能與晶質(zhì)鈾礦化學(xué)性質(zhì)活潑的特點有關(guān)。此外，趙巖等［45］對翁泉溝礦床露天采場中切穿硼鎂鐵礦體的二長花崗巖開展了鋯石U-Pb測年，獲得1842±30Ma 的侵位年齡，提出成礦時代早于該年齡。因此，本文認(rèn)為鈾礦的成礦時代為～1.85Ga，在～1.78Ga 遭受了后期熱液事件的改造。

弓長嶺石榴子石蝕變巖中晶質(zhì)鈾礦的EPMA針測年結(jié)果介于1858～1715Ma 之間，在年齡頻率分布圖上顯示1865Ma 和1743Ma 兩個峰值年齡。巖相學(xué)觀察表明，石榴子石蝕變巖中晶質(zhì)鈾礦與獨居石密切共生（圖2f）。獨居石的U-Pb年齡已經(jīng)精確厘定為1864±7Ma［46］，與晶質(zhì)鈾礦較老的峰值年齡1865Ma 完全一致，代表了鈾礦的成礦時代，而1743Ma 與后期熱液改造事件有關(guān)。

前寒武的構(gòu)造演化對該區(qū)域的成礦有著重要的意義。伴隨華北克拉通古元古代晚期的碰撞拼合造山，華北中部造山帶和膠遼吉帶發(fā)生過一次廣泛的熱液鈾成礦作用［8，47］，該事件與晶質(zhì)鈾礦所測得～1.85Ga 的成礦年齡相吻合。鞍本地區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造多呈NE 方向展布，說明該地區(qū)可能在華北克拉通碰撞拼合的過程中，受到統(tǒng)一的應(yīng)力影響形成如今的斷裂構(gòu)造展布，為早先富集的成礦流體提供運移通道［48］。遼東鈾成礦礦集區(qū)內(nèi)單鈾型鈾礦中連山關(guān)鈾礦、黃溝鈾礦、玄嶺后鈾礦均已確定成礦年齡在1.8～1.9Ga［10-11］，這與此次研究得到的翁泉溝成礦年齡和弓長嶺晶質(zhì)鈾礦年齡在同一個年齡區(qū)間，且成礦均受到斷裂構(gòu)造的影響，說明在遼東鈾礦礦集區(qū)內(nèi)，鈾是在同一時期內(nèi)形成的。

鈾的遷移和沉淀受氧化還原條件控制，表現(xiàn)為氧化態(tài)的U6+能夠以絡(luò)合物的形式在熱水溶液中遷移，而還原態(tài)的U4+以晶質(zhì)鈾礦、瀝青鈾礦或鈾石的形式沉淀形成熱液鈾礦［4］。翁泉溝礦床中硼鎂鐵礦的δ11B 值介于6.8‰～8.2‰之間，而弓長嶺二礦區(qū)富鐵礦邊部蝕變巖中電氣石的δ11B 值介于3.3‰～17‰之間，具有海相蒸發(fā)鹽的特征，說明鐵礦伴生型鈾礦成礦熱液淋濾了遼河群蒸發(fā)鹽地層中的硼酸鹽、氯化鈉、硫酸鹽等礦化劑［30，49］。上述研究結(jié)果表明，遼東地區(qū)翁泉溝和弓長嶺鐵礦伴生型鈾礦的成礦熱液具有堿性和氧化的特征。

翁泉溝和弓長嶺礦床中的晶質(zhì)鈾礦在化學(xué)成分上有明顯區(qū)別，前者有更低的ThO2含量（1.07%～3.66%）和更高的（La2O3+Ce2O3+Nd2O3+Y2O3）含量（2.82%～9.25%），而后者有更高的ThO2含量（4.27%～7.95%） 和更低的（La2O3+Ce2O3+Nd2O3+Y2O3）含量（0.35%～1.54%），表明兩個礦床的成礦熱液在組分上有差別，這可能與成礦熱液和不同圍巖的交代淋濾有關(guān)。晶質(zhì)鈾礦在結(jié)晶時，Th4+能替換部分U4+進(jìn)入晶質(zhì)鈾礦晶格，溫度越高Th4+的溶解度越高，因此晶質(zhì)鈾礦中ThO2含量越高通常指示其結(jié)晶溫度越高［50-52］，說明弓長嶺鐵礦床比翁泉溝礦床成礦熱液的溫度更高。劉明軍等［53］對弓長嶺二礦區(qū)不同成礦階段的石英進(jìn)行了流體包裹體測溫，得到富鐵礦成礦重要階段的早期熱液階段和晚期熱液階段其包裹體的均一溫度分別集中在340～398℃和230～280℃兩個區(qū)間。李雪梅等［54］對翁泉溝石英脈流體包裹體測溫得到均一溫度范圍在156.1～376.8℃，數(shù)據(jù)集中分布在180～200℃。以上研究也佐證了前述根據(jù)晶質(zhì)鈾礦中ThO2含量分析得到的弓長嶺鐵礦床比翁泉溝礦床成礦熱液的溫度更高的結(jié)論。

5 結(jié)論

本文聯(lián)合應(yīng)用晶質(zhì)鈾礦EPMA 和LA-ICP-MS法測年技術(shù)，通過對成礦年代的可靠性分析，準(zhǔn)確地限定了遼東地區(qū)鐵伴生鈾礦的成礦時代為～1.85Ga，與區(qū)內(nèi)單鈾型鈾礦成礦時代一致，均形成于華北克拉通東部古元古代末期碰撞后伸展環(huán)境，并在～1.78Ga 左右遭受了后期熱液事件的改造。遼東地區(qū)鐵礦伴生型鈾礦成礦熱液具有堿性和氧化的特征，但在成分和溫度上有差別。

研究表明，晶質(zhì)鈾礦EPMA 和LA-ICP-MS 法測年結(jié)果相互驗證，有利于實現(xiàn)空間分辨率和測年精度的優(yōu)勢互補，從而準(zhǔn)確地約束地質(zhì)年代，同時成礦期形成的晶質(zhì)鈾礦的元素組成可用來約束成礦熱液的成分和溫度等信息。本次研究中，兩種測年方法均獲得成礦事件和后期熱液改造事件的年齡，但在高對比度背散射圖像中未觀察到兩期年齡對應(yīng)的礦物結(jié)構(gòu)上的差異，建議晶質(zhì)鈾礦測年選點時應(yīng)結(jié)合精度更高的元素面掃描技術(shù)。

The Ore-forming Age of the Uranium Mineralization Associated with Precambrian Sedimentary-Metamorphic Iron Deposits in Eastern Liaoning Province and Reliability Analysis of Dating Results

SUN Xinyu1,2，LI Lixing2*，LI Houmin2，ZHANG Yongmei1，MENG Jie3，LI Xiaosai2，WANG Yi2
（1. School of Earth Science and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China； 2. Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Ministry of Natural Resources； Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China； 3. Development and Research Center, China Geological Survey, Beijing 100037, China）

HIGHLIGHTS

(1) The combined application of uraninite EPMA and LA-ICP-MS dating methods has the complementary advantages of spatial resolution and dating precision.

(2) Iron deposit-associated uranium mineralization in the eastern Liaoning Province formed at ～1.85Ga, coeval with independent uranium mineralization.

(3) Iron deposit-associated uranium mineralization in the eastern Liaoning Province formed at a post-orogenic extensional setting.

ABSTRACT BACKGROUND:The eastern Liaoning Province represents the eldest hydrothermal uranium ore cluster area in China. Two ore types are classified, including independent uranium mineralization and uranium mineralization associated with Precambrian sedimentary-metamorphic iron deposits. The ore-forming age of the former type has been well constrained at ～1.85Ga, whereas the age of the latter type remains uncertain. Iron deposit-associated uranium mineralization developed in the Wengquangou B-Mg-Fe deposit, the Gaojiagou Fe deposit, and the Gongchangling Fe deposit. Geochronological studies on uraninite of the Wengquangou deposit yielded variable ages ranging from 2.0 to 1.8Ga[11-14], with some ages even older than the depositional ages of the hosting Liaohe Group(2.05 to 1.93Ga[15]). This inconsistency suggests that some uraninite grains used for dating are detrital in origin. The lack of reliable age constraints on the iron deposit-associated uranium mineralization has raised questions about its origin. It remains unknown whether the iron deposit-associated uranium mineralization resulted from the same hydrothermal process and formed at the same tectonic setting when compared with the independent uranium mineralization.OBJECTIVES:To determine the metallogenic age and verify the accuracy of the age in uranium.METHODS:The instrument JXA-iHP200F was used for analysis, and the age was calculated according to Ranchin’s empirical formula[38]. The analytical conditions were 20kV acceleration voltage, 50nA beam current, and 5μm beam spot size. A further LA-ICP-MS U-Pb dating method was used to verify the EPMA chemical ages of the uraninite,using a 193nm GeoLasPro and Agilent 7900 ICP-MS with a laser spot size of 16μm.RESULTS:The calculated age of the Wengquangou deposit ranges from 1899 to 1324Ma, but it is mainly concentrated from 1899 to 1741Ma. Two peaks at 1859Ma and 1784Ma are constrained by an age frequency distribution histogram. This result is younger than the deposition age of the Liaohe Group. The age of the Gongchangling deposit ranges from 1858Ma to 1715Ma, with two peaks at 1865Ma and 1743Ma constrained by an age frequency distribution histogram. In the Wengquangou deposit, the position for uraninite LA-ICP-MS U-Pb dating corresponds to EPMA analytical points. The weighted mean ages are grouped into 1840±16Ma (MSWD=2.0)and 1787±8Ma (MSWD=0.95), which are consistent with the results obtained by EPMA. The loss of Pb can result in disruption of U-Th-Pb isotope system and thus affect the calculated ages. The loss of Pb can be probed because it is generally considered to be positively correlated with Si, Ca and Fe contents. The SiO2+CaO+FeO contents of most measuring spots of uraninite of the two deposits is less than 1%, and show no correlation with Pb contents,indicating that the loss of Pb is negligible.CONCLUSIONS:The uranium mineralization associated with iron deposits has been constrained at ～1.85Ga and then experienced hydrothermal superposition at ～1.78Ga. The age results indicate that both the independent and iron ore-associated uranium mineralization in the eastern Liaoning Province was formed at ～1.85Ga, linking to a Proterozoic post-orogenic extensional environment in the eastern North China craton. The ore-forming fluids of different deposits of iron associated uranium deposits are all alkaline and oxidated but vary in fluid composition and temperature. This study highlights combined application of EPMA and LA-ICP-MS dating methods on uraninite,realizing the complementary advantages of spatial resolution and dating precision.

KEY WORDS：uraninite；U-Pb dating；electron microprobe；LA-ICP-MS；uranium mineralization associated with iron deposit；reliability analysis of ore-forming age