鄂爾多斯盆地早白堊世構(gòu)造-熱事件與鈾成礦的關(guān)系
——來自玄武巖鋯石U-Pb 年代學(xué)的約束

韓美芝，李子穎，邱林飛，駱效能

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

砂巖型鈾礦的形成受構(gòu)造、古氣候、巖性-巖相、地下水等多種控礦要素控制。我國學(xué)者提出了我國北方砂巖型鈾成礦作用為疊合復(fù)成因氧化-還原成礦模式，其中疊合包括多鈾源的疊合、多流體的疊合與多種鈾成礦作用的疊合；復(fù)成因是指鈾遷移-沉淀的影響因素是復(fù)雜的，其中包括沉積成巖的預(yù)富集，構(gòu)造隆起導(dǎo)致地層出露掀斜使含氧水順層滲入，來自原巖還原劑的還原作用、來自深部還原劑的二次還原作用和熱作用［1］。鄂爾多斯盆地鈾資源豐富，為我國第一大砂巖型鈾成礦基地，眾多學(xué)者針對其成礦流體的來源與蝕變作用［2-13］、鈾礦物與共生礦物特征［14-16］、黏土礦物特征［17-21］、鐵物相［22］和碳酸鹽膠結(jié)物特征［11，23］等做了一定的研究。前人針對鈾成礦機理的研究成果豐碩，認為鈾成礦受古層間氧化作用控制，同時疊加后期還原流體改造［24-26］，為此建立了疊合鈾成礦模式［3，26］，然而關(guān)于鈾成礦過程中的熱作用卻很少有人述及。鄂爾多斯盆地北緣鈾成礦基地出露有一些玄武巖，且出露于下白堊統(tǒng)上部。鄒和平等（2008）［27］報道了鄂爾多斯盆地杭錦旗黑石頭溝玄武巖形成于早白堊世，且盆地北部砂巖中也存在一期形成于早白堊世的鈾成礦作用。為探討鈾成礦作用與構(gòu)造-巖漿-熱事件的關(guān)系，本文通過對鄂爾多斯盆地北緣黑石頭溝玄武巖進行巖石學(xué)、年代學(xué)的研究，結(jié)合前人對鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾成礦年代學(xué)與古地溫的分析，討論了鈾成礦與巖漿熱事件的關(guān)系，為進一步了解鈾成礦過程，提供一些思路。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地油氣資源豐富，煤與鈾資源均在我國排名第一［28］，是我國重要的能源基地。盆地位于華北克拉通的西部，可劃分為伊盟隆起、陜北斜坡、渭北隆起、晉西撓褶帶、天環(huán)坳陷和西緣逆沖構(gòu)造帶6 個三級構(gòu)造單元。研究區(qū)位于盆地北緣的伊盟隆起，區(qū)內(nèi)地層平緩，出露地層為三疊系、侏羅系、白堊系、新近系與第四系。砂巖型鈾礦體也主要集中于此，主要發(fā)育的鈾礦床有皂火壕、納嶺溝、大營、巴音青格利等大型、超大型鈾礦床。鈾礦化主要產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)直羅組下段。

研究區(qū)玄武巖出露于杭錦旗東北部黑石頭溝下白堊統(tǒng)東勝組，位于納嶺溝鈾礦床北西部約10 km，大營與巴音青格利鈾礦床東部約20 km 處（圖1）。該玄武巖出露面積不足1 km2，具有明顯的氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造。玄武巖與下部黃色砂礫巖接觸，砂礫巖見烘烤現(xiàn)象，氣孔被脈狀方解石與石英充填（圖2）。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)圖（a）和鄂爾多斯盆地北部杭錦旗地區(qū)地質(zhì)簡圖（b）Fig.1 The structural zoning map of the Ordos Basin（a）and the geological sketch map of Hangjinqi area in the northern Ordos Basin（b）

圖2 研究區(qū)簡化地層結(jié)構(gòu)圖（據(jù)易超等，2014［18］和李子穎等，2019［29］修改）Fig.2 Simplified stratigraphic column in the study area（modified after Yi Chao et al.，2014［18］and Li Ziying et al.，2019［29］）

玄武巖主要由斜長石、橄欖石、斜方輝石、磁鐵礦、鈦鐵礦組成（圖3）?；|(zhì)為間粒結(jié)構(gòu)，杏仁構(gòu)造。斜長石格架中充填有斑晶橄欖石、斜方輝石和磁鐵礦，具有反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)，其中，斜長石約占45%，橄欖石約占15%，斜方輝石約占30%，橄欖石外見斜方輝石反應(yīng)邊，磁鐵礦和鈦鐵礦等副礦物約占10%，還可見斜長石捕擄晶，捕擄晶具有反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)。SiO2平均含量為46.99%，里特曼指數(shù)σ 平均為8.69（表1），具有堿性玄武巖的特征。

表1 杭錦旗黑石頭溝玄武巖主量元素特征Table 1 The major element characteristics of the basalt from Heishitougou,Hangjinqi

圖3 杭錦旗黑石頭溝玄武巖顯微特征Fig.3 The microscopic characteristics of the basalt from Heishitougou，Hangjinqi

2 測試方法

鋯石U-Pb 定年實驗在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成，采用Element XR 型高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，GeolasPro 193 準分子固體激光器。等離子體功率為1 300 W，激光波長為193 nm，激光頻率為6 Hz，光斑直徑為24 μm。采用美國國家標準參考物質(zhì)NST610 對儀器進行標定，并將其作為微量元素含量測定的外標。采用標準鋯石91500［31-32］作為定年外標，采用標準鋯石Plesovice 作為監(jiān)控樣品［33］。在樣品測試過程中每測6 個樣品點測定兩次標準鋯石91500，每個樣品的信號采集時間為80 s，其中前20 s為背景信號采集時間，樣品信號采集時間為40 s。采用軟件ICPMSDataCal 對樣品的測試數(shù)據(jù)進行后期處理［34］，年齡計算和諧和圖的繪制采用Isoplot 3.0完成［35］。

3 鋯石U-Pb 定年結(jié)果

杭錦旗黑石頭溝玄武巖鋯石多呈自形長柱狀，個別呈不規(guī)則狀（圖4），具有規(guī)則的振蕩環(huán)帶，長寬比大于2∶1。本次測試獲得數(shù)據(jù)中U含量為（245～1 206）×10-6，Th含量為（166～1 964）×10-6，相應(yīng)Th/U值較高，變化范圍為0.31～1.15，平均為0.85，除最小值0.31 外，均大于0.4，具有巖漿鋯石的特征［36-37］?！芌EE含量為（320.42～1 959.68）×10-6（均值為898.4×10-6）。（∑REE+Y）總量為（742.42～4 570.68）×10-6（均值為2 071.9×10-6）。不同類型巖漿鋯石的稀土元素總量有很大的差別，金伯利巖中的鋯石稀土元素總量最低，一般小于50×10-6，碳酸鹽和煌斑巖中鋯石的稀土總量約為（600～700）×10-6，鎂鐵質(zhì)巖石中鋯石的稀土元素總量約為2 000×10-6，長英質(zhì)巖石（偉晶巖和花崗類）中鋯石的稀土元素總量約為1.5%～2%［38］，巖漿鋯石的（∑REE+Y）質(zhì)量分數(shù)一般不會超過1%，異常高含量的（∑REE+Y）大部分是因為蝕變或受∑REE 和Y 含量高的包裹體的影響［39］。本次測量中的鋯石稀土元素總量小于2 000×10-6，（∑REE+Y）總量小于10 000×10-6，且該玄武巖鋯石具有弱的Eu 異常，具有玄武巖鋯石的特征。黑石頭溝玄武巖鋯石稀土元素配分模式與其他地區(qū)幔源玄武巖鋯石稀土元素配分模式具有較好的一致性（圖5）。

圖4 黑石頭溝玄武巖鋯石年齡分布特征Fig.4 Zircon age distribution characteristics of the basalt from Heishtougou，Hangjinqi

圖5 黑石頭溝玄武巖鋯石稀土元素特征Fig.5 Chondrite normalized REE pattern of zircon in the basalt from Heishtougou，Hangjinqi

黑石頭溝玄武巖鋯石具有一致的諧和年齡，為（127.7±1.9）Ma，其加權(quán)平均年齡為（126.7±2.4）Ma（圖6）。該年齡代表該區(qū)玄武巖的年齡，表明在早白堊世早期存在一期巖漿熱事件。這一結(jié)果與鄒和平等（2008）［27］報道的玄武巖全巖Ar-Ar 定年為（126.2±0.4）Ma 結(jié)果一致。

圖6 杭錦旗黑石頭溝玄武巖鋯石U-Pb 年齡圖Fig.6 U-Pb concordant age of zircons in the basalt from Heishitougou，Hangjinqi

4 討論

黑石頭溝玄武巖的鋯石定年結(jié)果為（126.7±2.4）Ma，反映鄂爾多斯地塊在早白堊世發(fā)生了一次構(gòu)造-巖漿-熱事件，是燕山運動在鄂爾多斯地塊中的表現(xiàn)，這與華北乃至整個中國東部早白堊世發(fā)生了較普遍的構(gòu)造-巖漿-熱事件具有一致性。在鄂爾多斯盆地周緣普遍發(fā)育中生代火成巖體，例如，盆地東緣發(fā)育有紫金山堿性雜巖體，發(fā)育時代為（138.3±1.1）Ma［42］；華北克拉通東部太行山地區(qū)發(fā)育138～127 Ma 的燕山期巖漿巖［43］；華北地區(qū)中生代基性巖漿活動主要集中在130～120 Ma爆發(fā)［44-46］；中國東部早白堊世的巖漿活動主要發(fā)生于132～120 Ma，于125 Ma左右達到峰值［47］。

早白堊世玄武巖為堿性玄武巖，其Sr-Nd 同位素顯示出巖漿源區(qū)為EMⅠ型富集地幔的特征，華北克拉通西部的鄂爾多斯地塊所處的巖石圈減薄是該玄武巖漿形成的主要原因［30］。鄂爾多斯盆地?zé)嵫莼费芯客瑯颖砻髟绨讏资腊l(fā)生過一期構(gòu)造熱事件，巖石圈深部軟流圈上隆，巖石圈減薄是熱事件的深部原因［48-50］。任戰(zhàn)利等（2017，2020）［28，51］的研究中指出鄂爾多斯盆地處于拉張背景，大陸拉張過程中，巖石圈逐漸變薄，地溫梯度逐漸增高，鄂爾多斯盆地早白堊世地溫梯度高達到4 ℃/100 m，存在古地溫異常及熱事件，其中伊盟隆起代表性地溫梯度也為3 ℃/100 m。早白堊世鄂爾多斯盆地?zé)釒r石圈厚度明顯比現(xiàn)今巖石圈厚度薄，早白堊世華北克拉通中生代晚期的巖石圈減薄［52-56］，波及至鄂爾多斯盆地。華北克拉通中生代晚期的巖石圈減薄引起強烈的殼幔相互作用，形成了中生代巖漿-流體-成礦系統(tǒng)，引發(fā)了爆發(fā)式的大規(guī)模成礦［57］。

早白堊世的構(gòu)造-巖漿-熱事件對鄂爾多斯盆地北部金屬鈾成礦的形成、演化有重要的控制作用。例如東勝孫家梁地區(qū)的鈾成礦作用發(fā)生于（120±11）Ma，沙沙圪臺地區(qū)的鈾成礦作用發(fā)生于（124±6）Ma，巴音青格利礦床的鈾成礦作用發(fā)生于（128.2±4.2）Ma（表2）。肖新建等（2004）［8］認為鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦成因與低溫?zé)嵋鹤饔糜嘘P(guān)，盆地北部杭錦旗地區(qū)鈾礦化砂巖遭受了堿性滲入水、烴類降解酸性水、堿性熱液3種類型流體作用，亮晶方解石捕獲的原生流體包裹體均一溫度峰值為140～160 ℃。巴音青格利鈾礦床、大營鈾礦床和納嶺溝鈾礦床的直羅組砂巖方解石膠結(jié)物中存在均一溫度峰值為110～120 ℃的原生包裹體，且石英愈合裂縫捕獲的次生包裹體的均一溫度范圍較大（圖7），也存在較高溫度的包裹體。此外，巴音青格利鈾礦床、大營鈾礦床常含較多的綠簾石化，且主要集中于氧化砂巖，礦化砂巖中鈾石、鈦鐵礦、黃鐵礦和白鈦石混合物多共生存在。亮晶方解石膠結(jié)物、綠簾石與方沸石等熱液成因礦物的形成［3，13］，鈾石、硒化物、硫化物和一些高溫礦物，以及P、Se、Si、Ti、REE 等元素的疊加富集［3］，均表明杭錦旗地區(qū)存在熱液的活動。

圖7 巴音青格利、大營、納嶺溝鈾礦床流體包裹體均一溫度直方圖Fig.7 Histogram of homogenization temperatures of fluid inclusions in Bayinqinggeli，Daying and Nalinggou uranium deposits

表2 鄂爾多斯盆地北部砂巖型鈾礦晚中生代年齡統(tǒng)計表Table 2 Statistics on the age of sandstone-type uranium deposits in the Late Mesozoic,northern Ordos Basin

這次構(gòu)造-巖漿-熱事件的影響主要集中于兩個方面：其一，致使深部流體上涌；其二，致使古地溫梯度增高。這一過程促使地層中各種形式的水和鹽分釋放形成熱鹵水，同時地層內(nèi)較高的溫度促使熱鹵水（流體）在盆地內(nèi)部運移，熱鹵水對各種金屬元素有很強的配合、搬運能力，造成熱鹵水流體富含各種鹽類和特殊元素的富集，其中包括鈾。此外，較高的溫度條件（約100～200 ℃），會促使有機質(zhì)進一步還原鈾。因此，這次構(gòu)造-巖漿-熱事件為鈾元素的遷移、沉淀、富集和成礦創(chuàng)造了條件，早白堊世成為鄂爾多斯盆地一次重要的鈾成礦期。

5 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地北部的杭錦旗黑石頭溝玄武巖，里特曼指數(shù)σ 平均為9.68，具有堿性玄武巖的特征，含斜長石捕擄晶，為堿性玄武巖，結(jié)合前人研究成果，其具有EMⅠ型富集地幔的特征，巖石圈減薄是玄武巖漿形成的主要原因。

2）鋯石定年結(jié)果表明，黑石頭溝玄武巖形成于早白堊世（126.7±2.4）Ma，反映鄂爾多斯地塊在早白堊世發(fā)生了一次構(gòu)造-巖漿-熱事件，與華北乃至整個中國東部在早白堊世發(fā)生了較普遍的構(gòu)造-巖漿-熱事件具有一致性。

3）早白堊世的構(gòu)造-巖漿-熱事件使鄂爾多斯盆地古地溫梯度升高，溫度的升高對鈾的活化、遷移、富集均具有重要的作用。