侯召碩,任云生,王 晰,孫德有,茍 軍,王天豪
(吉林大學地球科學學院,吉林長春130061)
額爾古納地區(qū)位于興蒙造山帶東段,與著名的俄羅斯斯特列措夫超大型鈾礦田及蒙古多爾諾特大型鈾礦田處于同一級構造單元內(nèi),具有相似的地質(zhì)演化歷史和鈾、多金屬成礦地質(zhì)條件,因此該區(qū)鈾礦理論研究和地質(zhì)找礦倍受關注.幾十年來的地質(zhì)工作表明,該區(qū)成礦地質(zhì)條件優(yōu)越,鈾、貴金屬和有色金屬成礦潛力巨大,已發(fā)現(xiàn)和探明了八大關銅鉬礦床、七一鉛鋅礦床和下護林鉛鋅礦床等多個有色金屬礦床,但鈾礦找礦工作始終未取得突破性進展,甚至有些地區(qū)鈾礦勘查程度還相當薄弱,鈾礦形成條件、礦化特征、礦床成因和找礦標志尚無系統(tǒng)研究資料.為此,筆者選擇額爾古納地區(qū)唯一的工業(yè)礦床——431小型鈾礦床,在成礦地質(zhì)條件和鈾礦化特征研究基礎上,進行流體包裹體的顯微測溫研究,確定該區(qū)鈾礦化的物理化學條件,綜合分析礦床成因,以期對該區(qū)鈾礦研究和地質(zhì)找礦提供基礎資料和理論支撐.
431鈾礦床位于向陽屯盆地的北部邊緣,哈烏爾河斷裂-火山巖帶的北西側(cè).該區(qū)在大地構造上所屬的額爾古納地塊(圖1),是夾持于西伯利亞與中朝板塊之間的眾多微陸塊之一[1].在前寒武紀主要為各地塊基底形成階段;古生代,經(jīng)歷了古亞洲洋構造體系的演化,主要表現(xiàn)為多個微陸塊之間的拼合;而在中、新生代,則表現(xiàn)為環(huán)太平洋構造域和蒙古-鄂霍茨克構造域的疊加與轉(zhuǎn)換[2].額爾古納地塊發(fā)育的地層主要有古元古代興華渡口群的斜長角閃巖、片麻巖等,新元古代佳疙瘩組的片巖、石英巖等,新元古代額爾古納群變質(zhì)砂巖和片巖,古生代的部分淺海相、濱海相以及中生代的海相碎屑巖和火山-沉積建造.
圖1 額爾古納向陽屯一帶地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological map of Xiangyangtun area in Erguna
區(qū)內(nèi)侵入巖較發(fā)育,包括晉寧期的花崗巖類等,加里東期的鐵鎂質(zhì)—超鐵鎂質(zhì)巖、花崗巖類等,海西期的閃長巖、花崗巖類等,印支期的花崗閃長巖、花崗巖類等,燕山期的二長花崗巖、鉀長花崗巖等[1].北東—北北東向的得爾布干斷裂和塔源-烏奴耳斷裂、近東西向的蒙古-鄂霍茨克斷裂和北東向額爾古納-呼倫斷裂等構成區(qū)內(nèi)主要構造格架.其中,北東-北北東向深大斷裂控制了中生代火山-侵入巖漿作用的展布,北西向、北北西向以及近南北向次級斷裂控制了區(qū)內(nèi)鈾及多金屬礦床的形成與分布(圖1).
431鈾礦床產(chǎn)于印支期花崗巖與新元古代額爾古納群變質(zhì)砂巖、片巖接觸部位的硅化破碎帶中.受區(qū)域性斷裂影響,礦區(qū)發(fā)育北東向和北西向的構造破碎帶和近水平層間破碎帶.
礦點周圍地表出露的巖性主要為印支期肉紅色、淺紅色蝕變花崗巖及灰色、淺灰色黑云母花崗巖,早古生代寒武系額爾古納群變質(zhì)砂巖、片巖呈殘留體存在于花崗巖內(nèi)部.另外見有煌斑巖、石英脈等脈巖.花崗巖為中-粗?;◢徑Y(jié)構,塊狀構造,主要礦物成分為鉀長石(60%~70%)和石英(20%~30%),少量黑云母.在同一露頭上巖性不均,存在交代漸變現(xiàn)象,有灰色或者暗灰色團塊出現(xiàn),部分漸變?yōu)榛◢忛W長巖和片麻狀花崗巖,可能混雜有閃長巖、角閃巖等基底巖石.
研究區(qū)位于中亞造山帶的東段,古生代經(jīng)歷了多個微陸塊之間的拼合、古亞洲洋閉合以及造山后的垮塌與伸展環(huán)境[4-8].與鈾礦成礦密切的印支期花崗巖形成于造山后的伸展環(huán)境[9].
鈾礦化帶呈北東走向,長約200 m,寬約10~20 m,礦化富集在北東向與北西向斷裂的復合部位.地表和鉆孔中普遍見有硅化、綠泥石化、螢石化、水云母化、高嶺土化、碳酸鹽化等蝕變現(xiàn)象,并見有少量的黃鐵礦等金屬硫化物.硅化主要表現(xiàn)為灰色的塊狀或脈狀石英.方解石呈白色網(wǎng)脈狀,分布在硅化帶的兩側(cè)或較遠處.地表氧化礦石裂隙中可見淡黃色銅鈾云母等次生鈾礦物,沿花崗斑巖的裂隙呈細脈狀或薄膜狀分布,顯微鏡下鈣鈾云母的反射色為棕灰色,褐色-草綠色內(nèi)反射(圖2).取自地表的7件樣品鈾含量變化較大,介于3.71×10-6~564×10-6,釷含量為 5.38×10-6~52.15×10-6,表明此礦床礦化不均的特征,這也是構造裂隙控礦的表現(xiàn).
圖2 431鈾礦床含鈣鈾云母標本和顯微特征照片F(xiàn)ig.2 Specimens and micrographs of autunite from the uranium deposit
野外調(diào)研和室內(nèi)研究表明,431礦床位于花崗巖體中,鈾礦化體呈受構造控制明顯的細網(wǎng)脈狀,圍巖普遍發(fā)育蝕變現(xiàn)象,結(jié)合流體包裹體具有巖漿熱液的特征(見下文),表明該區(qū)鈾礦化與花崗質(zhì)巖漿熱液有關.431礦床與華南和俄羅斯斯特列措夫礦田阿爾貢等典型花崗巖型礦床的特征對比[10]表明(表1),它們的成礦地質(zhì)背景相同,地質(zhì)條件相似,均表現(xiàn)為受構造控制明顯的細脈狀、網(wǎng)脈狀礦化,應屬于相同的成因類型.由此可知,431礦床應屬巖漿熱液脈型鈾礦床.
表1 431礦床與國內(nèi)外典型花崗巖型鈾礦床特征對比表Table 1 Comparison of features between No.431 deposits and typical granitic uranium deposits
4件包裹體樣品采自431礦床鈾含量較高的探槽中,為硅化破碎帶中與鈾礦化關系密切的石英細脈.流體包裹體巖相學研究、冷凍-均一法測溫在吉林大學地球科學學院地質(zhì)流體實驗室完成,儀器為Linkam THMS-600型冷熱臺,測試前用人造25%的CO2-H2O及純H2O包裹體(國際標樣)對儀器進行了系統(tǒng)校正.
4件樣品中共測得代表性原生包裹體65個.依室溫下的相態(tài)特征,將這些原生流體包裹體分為富液相包裹體和含CO2三相包裹體兩種類型.
1)富液相包裹體:室溫下由鹽水溶液及少量氣泡構成,其中氣相占包裹體總體積的8%~30%,集中在10%~20%.該類包裹體大小介于 3~12 μm,多數(shù)為4~8 μm.常見形態(tài)為次圓形、負晶形、長條形、橢圓形及不規(guī)則狀(圖3a).此類包裹體占包裹體總數(shù)量的80%左右.
冷凍-加熱過程中,此類包裹體的冰點溫度為-8.8~-1.6℃.據(jù)此按相關公式[14]計算對應熱液的鹽度為12.65%~2.73%,51個包裹體平均鹽度為7.92%(圖4).此類包裹體以均一至液相方式為主,其均一溫度變化范圍為132.2~301.5℃(僅一個數(shù)據(jù)超過 300℃),均值為 211℃(n=51),眾值為200~240℃(圖5).據(jù)均一溫度及相應鹽度值,估算流體密度為0.76~0.94 g/cm3,平均 0.91 g/cm3.
2)含CO2三相包裹體:約占所測包裹體總數(shù)量的20%,在不同樣品中均有分布.室溫下由液態(tài)CO2(LCO2)、氣態(tài) CO2(VCO2)、鹽水溶液三相組成,大小為4~12 μm,形態(tài)為橢圓形、不規(guī)則四邊形(圖 3b).包裹體內(nèi)CO2相含量變化大,在15%~80%之間(體積比),且以氣相CO2為主(VCO2g/VCO2=50%~85%).
冷凍-升溫過程中,此類包裹體的固相CO2熔化溫度介于-63.2~-56.4℃間,除1個包裹體外,均低于純CO2標樣標準值-56.6℃,反映了除CO2外,包裹體內(nèi)尚含少量CH4等成分.大部分此類包裹體中CO2相部分均一至液相,部分顯示臨界均一,均一溫度為28.2~33.2℃,根據(jù)籠合物的熔化溫度,計算出此類包裹體的鹽度變化范圍為4.04%~16.94%,眾值為6%~10%,均值為9.16%;14個包裹體的完全均一化溫度變化范圍為322.5~408.9℃,平均值為379.0℃,眾值為360~400℃(圖 5).據(jù)均一溫度、鹽度、CO2密度及水溶液相密度,估算該類包裹體所含流體的密度為0.60~0.78 g/cm3.
圖3 431礦床流體包裹體照片F(xiàn)ig.3 The micrographs of fluid inclusions from No.431 deposit
圖4 431礦床流體包裹體鹽度直方圖Fig.4 The salinity histogram of fluid inclusions from No. 431 deposit
圖5 431礦床流體包裹體均一溫度直方圖Fig.5 The homogenization temperature histogram of fluid inclusions from No.431 deposit
流體包裹體顯微測溫結(jié)果表明,兩種類型65個包裹體均一溫度均值為247℃,平均鹽度為8.18%.因此,431礦床的成礦流體為中溫、中低鹽度的NaCl-H2OCO2流體體系,具有巖漿熱液的流體特征,與華南地區(qū)花崗巖型鈾礦床的成礦流體特征具有可比性[11-13].
顯微測溫過程中發(fā)現(xiàn),同一石英顆粒中,富液相包裹體與含CO2比例不同的三相包裹體共生,甚至不同類型包裹體共生于同一視域中,表明其捕獲時成礦流體處于一種不均勻的狀態(tài).均一溫度較高的含CO2三相包裹體與均一溫度較低的富液相包裹體的鹽度無明顯差別(圖6).因此,成礦流體經(jīng)歷了不混溶(相分離作用)過程,原始均勻的NaCl-H2O-CO2溶液分離成富NaCl-H2O流體及富CO2流體.而含CO2是內(nèi)生鈾礦床不可或缺的礦化劑[15-16],因此,成礦流體不混溶在該區(qū)此類鈾礦的形成過程中起到了重要作用.
圖6 431鈾礦床均一溫度和鹽度關系圖解Fig.6 Diagram of salinity vs.homogenization temperature of fluid inclusions from No.431 deposit
本次研究嘗試性采用流體包裹體分析法定量確定鈾礦床(礦體)的形成深度和剝蝕深度[17].首先利用包裹體測溫結(jié)果估算鈾礦的成礦深度,再與目前礦床(礦體)所處的標高進行對比,計算兩者的差值,獲得該礦床(礦體)形成后所遭受的剝蝕程度[18].
邵潔漣等(1986)提出的成礦壓力和成礦深度經(jīng)驗公式如下:
T0(初始溫度/℃)=374+920×N(成礦溶液的鹽度)
P0(初始壓力/105Pa)=219+2620×N(成礦溶液的鹽度)
H0(初始深度/km)=P0×1/300×105
P1(成礦壓力/105Pa)=P0×T1(礦區(qū)實測成礦溫度)/T0
H1(成礦深度/km)=P1×1/300×105
利用上述公式計算出該礦床富液相包裹體形成壓力為11.6~31.5 MPa,含CO2三相包裹體成礦流體壓力為30.7~51.1 MPa,對應的鈾成礦深度分別為386~1050 m(平均 671 m)和 1025~1705 m(平均 1250 m).一般而言,不混溶成礦流體形成的富液相包裹體一般代表成礦溫壓條件的下限,含CO2三相包裹體代表成礦溫壓條件的上限值.由于431礦床樣品取自地表,賦存標高為730 m,因此,可以獲得該區(qū)鈾礦遭受的剝蝕深度大約在300~1000 m[19].成礦深度估算結(jié)果表明,額爾古納地區(qū)的431礦床屬淺成中溫熱液礦床.
(1)431礦床產(chǎn)于印支期花崗巖與新元古代額爾古納群變質(zhì)巖接觸帶部位,鈾礦化體呈受構造控制明顯的細網(wǎng)脈狀,普遍發(fā)育圍巖蝕變現(xiàn)象,包括硅化、綠泥石化、水云母化、高嶺土化、碳酸鹽化等蝕變現(xiàn)象,地表礦石中含鈾礦物主要為鈣鈾云母.表明該區(qū)鈾礦化與花崗質(zhì)巖漿熱液有關,應屬巖漿熱液脈型鈾礦床.
(2)431鈾礦床流體包裹體分為富液相包裹體和含CO2三相包裹體兩種類型.富液相包裹體,均一溫度平均值為211℃,鹽度(NaCl質(zhì)量分數(shù))為12.65%~2.73%,流體密度為0.76~0.94 g/cm3.含CO2三相包裹體,完全均一化溫度平均值為379.℃,鹽度變化范圍為4.04%~16.94%,流體整體密度為0.60~0.78 g/cm3.因此,431礦床的成礦流體為中溫、中低鹽度、中等密度的NaCl-H2O-CO2流體,具有巖漿熱液的流體特征.
(3)包裹體顯微測溫結(jié)果表明,431鈾礦的成礦流體經(jīng)歷過不混溶作用,產(chǎn)生了富CO2流體,而含CO2是內(nèi)生鈾礦床不可或缺的礦化劑.因此,成礦流體不混溶在該區(qū)此類鈾礦的形成過程中起到了重要作用.
(4)利用包裹體測溫結(jié)果估算鈾礦的成礦深度:富液相包裹體為386~1050 m(平均671 m)、含CO2三相包裹體為1025~1705 m(平均1250 m).得出該區(qū)鈾礦遭受的剝蝕深度大約在300~1000 m.
致謝:包裹體測試過程中得到了王力和王琳琳兩位老師的熱情幫助,在此致以衷心的感謝.
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