甘肅省龍首山白崗巖特征及其與鈾成礦的關系

楊春四, 張樹明,2, 趙亞云, 彭瑞強

(1.東華理工大學 省部共建核資源與環(huán)境國家重點實驗室培育基地,江西 南昌 330013; 2.東華理工大學 放射性地質與勘探技術國防重點學科實驗室,江西 南昌 330013; 3.中國核工業(yè)地質局 208大隊,內蒙古 包頭 014000)

甘肅省龍首山白崗巖特征及其與鈾成礦的關系

楊春四1, 張樹明1,2, 趙亞云1, 彭瑞強3

(1.東華理工大學 省部共建核資源與環(huán)境國家重點實驗室培育基地,江西 南昌 330013; 2.東華理工大學 放射性地質與勘探技術國防重點學科實驗室,江西 南昌 330013; 3.中國核工業(yè)地質局 208大隊,內蒙古 包頭 014000)

對白崗巖的巖相學、地球化學、成巖年齡、物質來源、成巖條件和巖石演化特征等方面作了系統(tǒng)總結,結果表明:巖石為富硅、富鉀、過鋁質、鈣堿性,貧鈣、鐵、鎂花崗巖,微量元素Cr、Ni、Co等鐵族元素和Mo、Zr、Zn等親硫元素相對富集,輕重稀土的比值<1,稀土分配型式呈平坦狀,有明顯的銪負異常。研究表明研究區(qū)白崗巖為龍首山群地層經重熔作用形成的花崗質巖漿結晶分異的產物;白崗巖與鈾礦有明顯的共生關系,并且為鈾礦形成提供了鈾源和熱源。

白崗巖;鈾成礦;龍首山

龍首山成礦帶是一條多金屬成礦帶,東段產有世界著名的與超基性巖有關的Cu-Ni-PGE 硫化物礦床(金川礦床),中段為典型堿交代型鈾礦床(如芨嶺礦床、新水井礦床等),西段有偉晶狀白崗巖型鈾礦床(即紅石泉礦床)。甘肅紅石泉鈾礦床含礦主巖為元古代偉晶狀白崗巖,在總結前人研究的基礎上,結合本項目組近些年來的研究成果,對白崗巖的特征進行總結,并簡要探討與鈾成礦之間的聯(lián)系。

1 區(qū)域地質概況

龍首山成礦帶位于華北板塊西南緣,東起甘肅紅崖山,向西延伸到張掖市西北,東西長180 km,其北與阿拉善潮水盆地相接,其南與祁連加里東地槽之走廊過渡帶相鄰,南北寬n～10n km[1],面積約2 600 km2(圖1)[2]。經歷了多旋回地質構造演化過程,是中國西北地區(qū)一個重要的鈾成礦帶[3]。

區(qū)內主要地層有下元古界龍首山群(Pt1l)、中元古界墩子溝群(Pt2d)和上元古界韓母山群(Pt3h)。龍首山群(Pt1l)巖性為片巖、片麻巖、大理巖、石英巖和斜長角閃片巖等,是主要出露地層。墩子溝群(Pt2d)出露面積范圍小,下部巖性為硅質條帶狀白云質大理巖、結晶灰?guī)r,上部為炭質千枚巖夾灰?guī)r條帶。韓母山群(Pt3h)巖性為基性火山巖夾薄層千枚巖、透閃石片巖和結晶灰?guī)r、白云質泥質灰?guī)r。

該區(qū)總體構造線呈310°～ 320°方向,該斷裂構造—巖漿活動—成礦帶內的鈾和其他金屬內生礦床均為古生代構造—巖漿活動的產物[4]。區(qū)內褶皺構造發(fā)育,按其展布方向可分3組:NW向、近EW向和近SN向。NW向斷裂形成于元古代,該組斷裂相互平行,每隔30～50 m出現(xiàn)一條破碎帶,帶內充填大小不等的擠壓透鏡體;近EW向斷裂為次級斷裂構造,延伸數十米,傾角中等;近SN向斷裂切割巖體或礦體,結構面平直光滑,延伸數十米—數百米,錯距較小,一般為1～2 m。構造基本控制了地層的展布和侵入巖的分布,定位了多金屬礦床(點)的時空展布。

該區(qū)侵入巖十分發(fā)育,種類較多,約占全區(qū)總面積的20%,主要巖石類型為超基性、基性、中性、酸性、堿性侵入巖,展布方向與區(qū)域構造基本一致。其中,中條期巖石類型以成礦帶西段的中酸性巖為主,呈巖株、巖枝和巖脈產出,規(guī)模不大;超基性巖漿以金川地區(qū)為主,巖體呈巖墻產出。加里東期巖漿活動表現(xiàn)為期次多而強烈,多數為復式巖體,以芨嶺巖體為代表,演化分異充分,晚期花崗巖富堿,系深部陸殼重熔交代成因[5]。海西期巖體主要呈串珠狀巖枝,沿區(qū)域性斷裂分布,帶內已發(fā)現(xiàn)多處堿交代型鈾礦床、鈾礦化點[6]。

圖1 龍首山成礦帶區(qū)域地質圖[2]

Fig.1 Regional geological map of metallogenic belt in Longshoushan

2 白崗巖地質特征

2.1 巖相學特征

新鮮的白崗巖多呈灰白色,少數為淺黃微帶褐色,風化后為灰黑色或者紫紅色,偉晶狀花崗結構,塊狀構造。主要礦物為石英和鉀長石(圖2-a),次要礦物為斜長石和白云母(圖2-b),副礦物常見有黃鐵礦、鋯石、輝鉬礦。石英為他形晶(圖2-c),顆粒大小不等,含量40%左右,局部達70%,其形態(tài)和成因復雜,主要有煙灰色他形粒狀的巖漿共結結晶石英、灰色不規(guī)則粒狀集合體的石英、變余石英及晚期細小脈狀石英;鉀長石呈半自形—他形晶,發(fā)育有纖細的格狀雙晶,晶粒粗大,約1～2 cm,最大可達5 cm,常見類型為條紋長石和微斜長石(圖2-d),含量約40%～50%,鏡下局部可見石英和鉀長石形成的顯微文象結構(圖2-e);斜長石含量不均勻(圖2-f),含量約10%,顆粒一般比鉀長石小,鈉長雙晶發(fā)育,有輕度絹云母化。白云母分布不均勻(圖2-e),一般呈較大的片狀集合體,粒徑一般為0.5～1 cm,但經常能看到更大的晶體,偶爾出現(xiàn)在石英、長石顆粒的間隙中,個別白云母的周邊有鐵質富集。

2.2 地球化學特征

巖石主量元素分析結果主要源于本項目組數據以及北京三所、戎嘉樹報告、二○三研究所部分研究成果;微量元素、稀土元素、同位素分析結果來源于本項目組成果(表1、表2)。

巖石平均化學成分SiO2=73.84%,Al2O3=12.82%,CaO=0.73%,MgO=0.53%,Na2O=2.36%,K2O=6.36%,Na2O/K2O=2.69,Fe2O3/FeO=0.22,(Na2O +K2O)/CaO=11.95,σ=2.5,屬于富硅、富鉀、過鋁鈣堿性,貧鈣、鐵、鎂花崗巖類。

微量元素富集Cr、Ni、Co等鐵族元素和Mo、Zr、Zn等親硫元素,鉬是偉晶狀白崗巖的特征元素,且其多少與鈾含量呈正消長關系。

白崗巖的稀土分配型式呈平坦狀,輕重稀土的比值多<1,有明顯的負銪異常。偉晶狀白崗巖鈾含量較高,因巖石中常含數量不等的晶質鈾礦,造成巖體普遍低度鈾礦化。

巖石同位素測定顯示,該巖體的(87Sr/86Sr)i為0.727～0.963[7],根據I型與S型花崗巖(87Sr/86Sr)i=0.706(I型<0.706,S型>0.706)的劃分標志,白崗巖具有S型花崗巖的特征,其巖漿來源主要為地殼物質的部分熔融,其成因類型應為半原地型殼源重熔—結晶交代巖石,其壓力>30 GPa,實際測得礦物生成溫度為370～430 ℃[5,8]。

2.3 成巖年齡

關于白崗巖的成巖時代也獲得了詳細資料(表3),偉晶狀白崗巖形成年齡集中在1 750—1 800 Ma之間,認為應是中條期的產物。但是華北地臺在1 850 Ma左右時,根據鋯石年齡資料,有一期廣泛的區(qū)域變質作用和混合巖化作用,形成了廣泛分布的一期鈾礦化,同位素年齡為1 832—1 834 Ma[9]。很顯然與前人獲得的1 750—1 800矛盾,本項目組近期獲得鋯石年齡(另文發(fā)表),結合野外觀察,筆者認為白崗巖成巖年齡應為2 470 Ma。資料顯示在2.5 Ga左右,華北板塊的東部地塊和中部地塊正值大規(guī)模的巖漿作用,地殼劇烈生長的高峰期,白崗巖的形成正是巖漿活動在西部地塊的一個體現(xiàn)。

圖2 白崗巖手標本及鏡下顯微照片

Fig.2 Photographs of hand specimens and micrographs of alaskite

Q.石英;Bt.黑云母;Pnn.葉綠泥石;Pl.斜長石;Ms.白云母;Pth.條紋長石。

表1 白崗巖主量元素和微量元素分析結果

Table 1 Major and trace element analytical results 單位:10-6

樣號LSS13-17LSS13-09LSS13-12LSS14-23LSS13-11LSS13-13LSS14-09LSS14-64LSS14-56LSS13-06SiO272.7874.8872.6977.8175.1572.9175.1273.4867.3273.16TiO20.210.080.010.030.210.120.650.190.680.29Al2O311.4412.6112.7911.5211.8913.3012.7612.8713.1813.36Fe2O30.520.310.290.130.420.070.300.232.570.57FeO1.560.280.780.561.711.232.042.182.352.07MnO0.090.030.010.060.030.030.080.130.080.09MgO0.920.010.520.320.290.450.370.921.550.79CaO2.030.940.750.610.290.750.750.850.141.16Na2O2.022.832.452.182.102.642.212.382.822.10K2O5.526.517.865.696.206.045.245.496.486.05P2O50.030.010.090.040.090.050.040.030.060.07LOI2.250.961.460.991.161.640.311.142.640.24Rb229163245207100158129167383253Ba690535630499327525269300782998Th96.520.443.112.111868.336.912.717.219.2U162413.987.816.52388133246.2126.59249Ta1.741.174.30.9482.933.183.690.7731.892.15Nb30.914.173.8116471.87310.824.833Sr15569.317258.522816252.948.530.8153Zr29879.8409135690262514189136264Hf11.23.213.64.523.29.3919.15.734.339.56Y45.119.236.120.751.125.110724.630.624La15.320.344.631.636.440.918.424.856.530.2Ce32.736.788.361.270.377.140.645.810957.1Pr3.963.9810.97.18.389.875.185.7212.46.56Nd16.313.641.626.330.637.120.526.545.424.2Sm5.182.336.714.645.865.676.547.864.41Eu1.120.3781.740.7370.6451.60.6061.941.141.08Gd5.142.155.23.955.094.756.516.926.723.92Tb1.540.4180.7340.6441.040.6822.021.271.090.742Dy10.52.623.473.596.463.2613.86.135.474.33Ho2.270.5640.6250.7031.450.6093.581.171.080.879Er6.61.71.762.184.71.7510.82.83.112.62Tm1.150.3120.2950.3740.8870.2842.40.5020.5860.454Yb7.272.051.852.355.651.8815.43.24.083.02Lu0.7630.3190.6480.3521.030.5782.050.3570.5160.467

表2 白崗巖Sr、Nd同位素組成

表3 白崗巖成巖年齡一覽表

3 白崗巖巖石演化特點與成巖條件討論

3.1 巖石演化特點

根據白崗巖礦物組合和地球化學特征,偉晶狀白崗巖體從中部向邊緣大致可劃分三種巖石類型:正常偉晶狀白崗巖、含黑云母白崗巖和黑云母白崗巖。由于該巖體以正常偉晶狀白崗巖為主,因此仍將其稱為偉晶狀白崗巖體。這三種類型的巖石不僅有明顯的巖石物質成分上的差異性,而且也反映出巖漿的分異演化趨勢[10]。

3.1.1 礦物成分演化特點

從正常偉晶狀白崗巖到含黑云母白崗巖,再到黑云母白崗巖,暗色礦物和副礦物逐漸增加,特別是黑云母和晶質鈾礦含量明顯增加。與晶質鈾礦密切共生的黑云母沿長石、石英粒間或微裂隙呈脈狀、網脈狀充填,顯然為巖漿結晶分異晚期的產物。

3.1.2 微量元素演化特點

從正常偉晶狀白崗巖到含黑云母白崗巖,再到黑云母白崗巖,絕大部分微量元素都有增加的趨勢,特別是U含量增長非常顯著。這進一步反映出暗色礦物、副礦物在巖漿結晶分異晚期富集的特點。

3.1.3 稀土元素演化特點

從正常偉晶狀白崗巖到含黑云母白崗巖,再到黑云母白崗巖,稀土元素總量增加,這與一般花崗巖隨巖漿分異演化稀土元素總量逐漸減少具有明顯的差異;Eu由正異常轉變?yōu)樨摦惓?重稀土相對于輕稀土而明顯增加。副礦物和暗色礦物的稀土元素分配系數較大,易于在這些礦物中富集。對于鉀長石和斜長石,除了Eu的分配系數>1外,其它稀土元素的分配系數均<1,這表明它們以富集稀土元素Eu為特點。由于在白崗質巖漿結晶分異中首先晶出斜長石、鉀長石和石英,這就使早期結晶的白崗巖中稀土元素總量較低,使得稀土元素在巖漿結晶分異晚期相對富集,并出現(xiàn)Eu正異常。到巖漿氣成熱液成礦階段,由于大量暗色礦物和副礦物的形成,稀土元素總量明顯增加,并因成巖早期階段斜長石的分離結晶,出現(xiàn)了Eu負異常的現(xiàn)象。

3.2 成巖條件討論

白崗巖與龍首山群變質巖微量元素成正相關關系,加之隨著白崗質巖漿的演化,白崗巖的稀土元素分布模式與龍首山群變質巖的模式越來越接近,表明了白崗巖與龍首山地層的繼承性與內在聯(lián)系;白崗巖中Mg2+/Fe2+的值為0.44～0.49,而87Sr/86Sr的平均初始值為0.785,反映出巖漿物質來自于殼源物質重熔(龍首山群87Sr/86Sr初始值為0.723 2～0.767 7[13]);綜上可以得出,白崗巖是龍首山群地層經重熔作用形成的花崗質巖漿結晶分異的產物。

4 白崗巖與鈾成礦關系討論

偉晶狀白崗巖的形成和演化對鈾礦化有著明顯的控制作用。

(1) 成巖成礦時間上,白崗巖的成巖時間為2 470 Ma,耿元生[14]等(2010)研究表明,該期巖漿事件主要集中在2 540—2 490 Ma的50 Ma期間,而成礦年齡的初步富集和疊加主要發(fā)生在中條期和加里東期,兩者在時間上有一定的延續(xù)性。

(2) 已探明資料表明,紅石泉礦床鈾礦體主要產于偉晶狀白崗巖中,兩者空間上具有明顯的共生關系。

(3) 王木清(1982)所測得兩個黃鐵礦樣品的硫同位素δ34S分別為0.32‰和1.32‰(位于幔源硫儲庫的范圍0±3‰,Chaussidon,1990),而Co/Ni比值為0.84和3.25,說明偉晶狀白崗巖在形成過程中可能有深源火山物質的加入。幔源熱液為沿薄弱帶上侵過程中,對圍巖產生熱力作用和物質成分的改造,使得龍首山群巖石(泥質巖、碎屑巖和火山物質)選擇性重熔形成花崗質巖漿,為偉晶狀白崗巖鈾礦床的形成提供了熱源。

(4) 巖漿活動為鈾的活化轉移創(chuàng)造條件。白家嘴子組的鈾平均含量為3.7×10-6,在巖漿運移和侵位過程中,由于U的熔融活化度較大,使得U從圍巖浸出到巖漿熔體中,冷凝結晶形成偉晶狀白崗巖(U=2.75×10-6～8.35×10-6),為偉晶狀白崗巖鈾礦床的形成提供了鈾源。

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(責任編輯：于繼紅)

The Characteristics and Its Relationship with Uranium Mineralizationof Alaskite in Longshoushan,Gansu Province

YANG Chunsi1, ZHANG Shuming1,2, ZHAO Yayun1, PENG Ruiqiang3

(1.StateKeyLaboratoryBreedingBaseofNuclearResourcesandEnvironment,EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang,Jiangxi330013; 2.KeyLaboratoryofRadioactiveGeologyandExplorationTechnologyFundamentalScienceforNationalDefense,EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang,Jiangxi330013; 3.NO.208GeologicalPartyCNNC,Baotou,InnerMongolia014000)

The authors do the system summary on petrography,geochemistry,geochronology,material source,rock-forming conditions and evolution characteristics of alaskite,and the result shows that the pegmatoidal alaskite is silicon-rich,potassium-rich,over aluminum,calcium alkaline,calcium-poor,iron-poor,magnesium-poor granite.Enrichment of Cr,Ni,Co and other iron group elements and Mo,Zr,Zn and other pro- sulfur element in trace elements.The LREE and HREE ratio is less than 1,and the distribution of rare earth elements shows flats shape.There has a significant negative Eu anomalies,which is the product of Longshoushan stratum.Pegmatoidal alaskite and uranium deposits have obvious symbiotic relationship,and provides uranium source and heat for the formation of uranium deposits.

alaskite; uranium mineralization; Longshoushan

2016-05-18;改回日期:2016-08-16

國家自然科學基金項目(項目編號:41172079)資助。

楊春四(1989-),男,碩士研究生,礦產普查與勘探專業(yè),研究方向為鈾礦地質學。E-mail:ychsdzyx@163.com

張樹明(1965-),男,博士,教授,放射性地質與勘探專業(yè)。E-mail:shmzhang@ecit.cn

P588.13+1; P619.14

A

1671-1211(2017)01-0018-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.01.004

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161208.1457.038.html 數字出版日期:2016-12-08 14:57