龍首山成礦帶青井地區(qū)輝綠巖特征及其與釷鈾成礦關(guān)系

王貴，王偉，馬驪，劉濤，戴鵬飛

（核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽(yáng) 712000）

龍首山位于阿拉善地塊的西南緣，是一條以發(fā)育熱液型和巖漿型鈾（釷）礦化為特色的鈾成礦帶［1-5］，已發(fā)現(xiàn)紅石泉、新水井、芨嶺和革命溝等多個(gè)典型鈾礦床（圖1）。隨著對(duì)老礦床以及外圍礦化、異常點(diǎn)進(jìn)行探索，近年在龍首山成礦帶西段青井地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了一種“特殊”的釷、鈾混合型礦化，該類(lèi)礦化具有含礦巖石獨(dú)特、成礦時(shí)代新、成礦元素組合為釷-鈾混合型等特點(diǎn)［6-10］，且此“特殊”的礦化與輝綠巖關(guān)系密切，深入研究該類(lèi)型礦化對(duì)指導(dǎo)龍首山成礦帶釷、鈾成礦作用的研究具有十分重要的意義。本文通過(guò)系統(tǒng)研究輝綠巖脈的巖石學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)特征，探討輝綠巖脈與釷鈾礦化的關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

青井地區(qū)位于新水井礦床北西方向約10 km處（圖1），呈一山間盆地，主要由上侏羅統(tǒng)沙棗河群礫巖、砂巖和泥巖組成，南側(cè)為一套晚奧陶世中粗粒花崗巖體，北側(cè)為新元古界孩母山群千枚巖。區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育近平行的輝綠巖脈，傾向?yàn)?00°～220°，傾角為55°～80°，主要呈巖枝、巖脈穿切早期的地層和巖體（圖2）。釷鈾礦化主要產(chǎn)于青井地區(qū)上侏羅統(tǒng)礫巖中，上侏羅統(tǒng)與南側(cè)花崗巖以及北側(cè)新元古界均呈逆沖斷裂接觸，上侏羅統(tǒng)發(fā)生了明顯的俯沖傾斜，鉆孔揭露俯沖至少達(dá)數(shù)百米，地層中礫石發(fā)生明顯的倒轉(zhuǎn)，地層傾角可達(dá)60°到近直立。

圖1 龍首山鈾成礦帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch of Longshoushan uranium metallogenic belt

圖2 青井地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch of Qingjing area

2 巖石學(xué)特征

輝綠巖呈灰綠、黑綠色，具輝綠結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物主要是基性斜長(zhǎng)石（30%～35%）和輝石（55%～60%）組成，次要礦物為方解石、石英、角閃石、磁鐵礦等（圖3）。斜長(zhǎng)石多呈自形-半自形板條狀、長(zhǎng)柱狀、針狀雜亂分布于巖石中，發(fā)育有聚片雙晶，形成三角形空隙并充填輝石等；輝石呈半自形-他形粒狀，部分已蝕變?yōu)榫G泥石，蝕變完全者僅保留輝石礦物的外形。巖石中的磁鐵礦多呈他形粒狀、微粒狀分布于巖石中；同時(shí)巖石中還見(jiàn)有大量方解石脈沿裂隙充填。

圖3 輝綠巖巖性特征圖Fig.3 Lithologic characteristics of diabase

3 年代學(xué)特征

鋯石樣品采于鉆孔ZK1-1 中侵入礫巖的輝綠巖脈，由河北省廊坊市宇恒礦巖技術(shù)服務(wù)有限公司分選，在天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行LAICP-MS 鋯石U-Pb 同位素年齡測(cè)定。本次共選取27顆鋯石，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4、表1。鋯石呈自形-半自形，少數(shù)鋯石為渾圓狀，顆粒大小變化較大，粒徑為50～200 μm，長(zhǎng)寬比介于1∶1～2∶1之間。鋯石外形大多以柱狀為主，CL 圖像顯示部分鋯石具有明顯的韻律環(huán)帶，部分鋯石無(wú)分帶、弱分帶或呈面狀分帶。鋯石206Pb/238U 年齡值主要分為5 個(gè)區(qū)段，分別為2 386～1 664 Ma、991～867 Ma、595～372 Ma、273～191 Ma 和129～107 Ma。結(jié)構(gòu)上表明了大部分鋯石為捕獲早期地層中的變質(zhì)鋯石以及早期巖漿巖鋯石。鋯石年齡反映的是早期變質(zhì)年齡以及早期巖漿巖成巖年齡，同時(shí)也說(shuō)明基性巖漿上侵過(guò)程中捕獲了大量圍巖成分。所測(cè)鋯石中僅兩顆鋯石較完整，具有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，且表面干凈未被溶蝕，鋯石年齡為129～125 Ma，U-Pb 協(xié)和年齡為（126.5±5.9）Ma（圖5），應(yīng)為輝綠巖成巖年齡。206Pb/238U 年齡值為107 Ma 的鋯石表面呈弱分帶，鋯石邊緣破碎，鋯石被明顯改造，年齡反映的應(yīng)是晚期熱液作用改造的年齡。

圖5 輝綠巖鋯石U-Pb 年齡諧和圖Fig.5 Concordant U-Pb ages of zircon from diabase

表1 輝綠巖鋯石LA-ICP-MS 同位素分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS isotopic analysis result of zircon from diabase

圖4 輝綠巖鋯石特征及U-Pb 同位素測(cè)點(diǎn)年齡Fig.4 Zircon characteristics and U-Pb isotopic dating of diabase

4 地球化學(xué)特征

本次研究中樣品采集于鉆孔ZK1-1和ZK1-2，并在核工業(yè)二〇三研究所分析測(cè)試中心完成分析測(cè)量，主量元素檢測(cè)使用儀器為荷蘭帕納科公司制造的Axios X 射線(xiàn)光譜儀，分析數(shù)據(jù)中總量為99.65%～100.48%，滿(mǎn)足GB/T 14506—2010和GB/T 3257.21—1999 要求；微量元素和稀土元素檢測(cè)使用的是荷蘭帕納科制造的Axios 型X 射線(xiàn)光譜儀和美國(guó)Thermo Fisher制造的XSERIESⅡ型ICPMS，分析數(shù)據(jù)符合GB/T 14506.30—2010 和DZG 20.01—2011（84.2.15）要求；U、Th 檢測(cè)使用的是核工業(yè)北京地質(zhì)研究院制造的MUA 型激光熒光儀，分析數(shù)據(jù)符合EJ/T 550—2000、EJ/T 267.3—1984 和EJ/T 349.3—1997 要求。實(shí)驗(yàn)工作溫度均為25 ℃。樣品分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 輝綠巖地球化學(xué)成分一覽表Table 2 Geochemical composition of diabase

表2 （續(xù)）

4.1 主量元素

輝綠巖的SiO2含量為43.18%～50.77%，Al2O3的含量為13.29%～15.68%，F(xiàn)eO 的含量為1.04%～8.92%，F(xiàn)e2O3的含量為2.62%～7.62%，MgO 的含量為5.28%～8.93%，CaO 的含量為4.69%～9.68%，Na2O 的含量為2.05%～4.66%，K2O 的含量為0.67%～2.75%，P2O5的含量為0.37%～0.83%，MnO 的含量為0.09%～0.23%，TiO2的含量為1.29%～2.60%，燒失量的含量為6.05%～10.60%。樣品中的燒失量含量明顯偏高，這與樣品中含大量方解石脈有關(guān)。

4.2 稀土元素及微量元素

輝綠巖的稀土元素總量（ΣREE）為（164.06～342.71）×10-6，LREE/HREE 值為5.88～9.94，（La/Yb）N值為5.71～12.11。稀土元素總量較高，輕、重稀土元素發(fā)生明顯的分餾作用，輕稀土元素相對(duì)富集，重稀土元素相對(duì)虧損，呈由左陡右緩的配分模式（圖6a）。δEu 為0.79～1.01，Eu 呈弱的正異?；蜇?fù)異常。δCe 為0.95～0.99，Ce 基本無(wú)異常。

從微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中可以看出（圖6b），輝綠巖具有相對(duì)富集Th、U、Hf、W 和Cs 等元素，相對(duì)虧損Ba、Nb、Sr、P、Ti 和Mo 等元素。U、Th 含量偏高可能是巖漿上侵過(guò)程中汲取了部分圍巖中的U、Th，混染了部分圍巖成分。

圖6 輝綠巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖（a）和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（b）Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle normalized trace elements spider diagram（b）

5 討論

5.1 構(gòu)造意義

龍首山成礦帶在中條造山期發(fā)生了一次構(gòu)造-熱事件，使鈾活化并遷移，形成鈾源層和貧鈾礦體，局部富集成工業(yè)礦體；古生代早期，北祁連裂谷強(qiáng)烈作用，龍首山地殼開(kāi)始活化，龍首山群鈾源層遭受變質(zhì)重熔以及混合-交代作用，使鈾再次活化，這是龍首山成礦帶又一次重要的構(gòu)造-熱事件，當(dāng)北祁連裂谷受阻，地殼處在相對(duì)平靜階段，重熔巖漿交代-結(jié)晶，形成富鈾巖體［11-15］；在晚侏羅世區(qū)域內(nèi)花崗巖、堿性巖、灰?guī)r、變質(zhì)巖等破碎就近沉積，形成青井地區(qū)的礫巖、砂巖和泥巖，隨后盆地地層發(fā)生擠壓-對(duì)沖作用，兩側(cè)的晚奧陶世花崗巖和新元古界孩母山群千枚巖均向盆地內(nèi)側(cè)擠壓，盆地相對(duì)下沉俯沖到早期的花崗巖體之下［5］。輝綠巖侵入年齡為（126.5±5.9）Ma，說(shuō)明在早白堊世青井地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉張環(huán)境，所取的樣品在微量元素構(gòu)造判別圖Zr-Zr/Y和Zr-TiO2圖解中均落入板內(nèi)玄武巖區(qū)域（圖7）。綜上認(rèn)為青井地段的輝綠巖是在早白堊世產(chǎn)于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境下的具有堿性玄武巖特征的基性巖脈，上侵過(guò)程中穿切了早期的地層和巖體，也混染了部分圍巖成分。

圖7 輝綠巖構(gòu)造環(huán)境Zr-Zr/Y（a）和Zr-TiO2圖解（b）Fig.7 Diagram of Zr-Zr/Y（a）and Zr-TiO2（b）for tectonic setting of diabase

5.2 輝綠巖脈與釷鈾成礦

通過(guò)地表及鉆孔查證，青井地區(qū)釷鈾礦化主要產(chǎn)于上侏羅統(tǒng)礫巖中，礦化嚴(yán)格受輝綠巖脈夾持區(qū)控制，根據(jù)不同巖脈之間發(fā)育不同的礫巖，將輝綠巖脈編為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)，礫巖按顏色分為肉紅色、灰白色和紫紅色（圖8）。其中Ⅰ號(hào)輝綠巖脈主要沿F1斷裂侵入，Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)輝綠巖脈沿礫巖層理面侵入。在Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)輝綠巖脈之間為紫紅色礫巖（圖9），所有礫巖均發(fā)育不同程度的礦化，Th、U 明顯富集（表3），發(fā)育強(qiáng)鉀長(zhǎng)石化、強(qiáng)赤鐵礦化、強(qiáng)碳酸鹽化、強(qiáng)綠泥石化和弱鈉長(zhǎng)石化為主的堿交代熱液蝕變組合；在Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)輝綠巖脈之間為灰白色礫巖（圖9），發(fā)育強(qiáng)碳酸鹽化蝕變，Th、U 含量明顯低于原巖（表3），說(shuō)明存在以碳酸鹽化為主的低溫?zé)嵋鹤饔脤⒌[巖中的Th、U 活化遷移；而Ⅲ號(hào)輝綠巖脈北則為肉紅色礫巖（圖9），幾乎不發(fā)育蝕變，具有較高的Th、U 含量（表3），這與礫巖中含大量花崗巖、堿性巖礫石有關(guān)，也能解釋侵入礫巖中輝綠巖脈U、Th含量較高的原因。

圖8 肉紅色、灰白色和紫紅色礫巖特征Fig.8 Characteristics of fleshy red，gray-white and purple-red conglomerate

圖9 青井地區(qū)礦化蝕變分帶特征Fig.9 Zonation characteristics of mineralization alteration in Qingjing area

表3 青井各種礫巖Th、U 及Th/U 值Table 3 Th,U and Th/U values of various conglomerate in Qingjing area

通過(guò)成礦年代學(xué)研究認(rèn)為青井釷鈾礦形成于新生代中晚期（17.1 Ma）［5］，而輝綠巖侵入于早白堊世（126.5±5.9）Ma，說(shuō)明青井釷鈾成礦作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于輝綠巖侵入時(shí)期，二者在成因上并無(wú)關(guān)聯(lián)，但在空間上釷鈾礦化明顯受到輝綠巖脈的控制，在Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)輝綠巖脈之間的所有礫巖均被含礦熱液改造，輝綠巖脈夾持區(qū)是熱液運(yùn)移的通道和賦礦空間，不同輝綠巖脈夾持區(qū)發(fā)育不同的蝕變帶，在水平上形成分帶特征。

6 結(jié)論

1）輝綠巖侵入時(shí)代為早白堊世，是產(chǎn)于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境下的具有堿性玄武巖特征的基性巖脈。

2）輝綠巖上侵過(guò)程中穿切了早期的地層和巖體，混染了部分圍巖成分，相對(duì)富集Th、U、Hf、W 和Cs 等元素，虧損Ba、Nb、Sr、P、Ti 和Mo等元素。

3）青井釷鈾礦受到輝綠巖脈的控制，沿不同輝綠巖脈夾持區(qū)發(fā)育不同的熱液蝕變，Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)輝綠巖脈夾持區(qū)為含礦熱液運(yùn)移的通道。