李曉光，薛春紀，衛(wèi)三元

（1.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，北京 100083；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

滿洲里地區(qū)位于中、俄、蒙三國交界處，區(qū)域上發(fā)現(xiàn)大型鈾多金屬礦床32 處［1］，包括俄羅斯著名的斯特列利措夫超大型火山巖型鈾礦田、蒙古國多爾諾特大型火山巖型鈾礦田等。柴璐等通過綜合分析認為，斯特列利措夫鈾礦田的基底變質(zhì)巖是較好的鈾源體（層）［2］。方錫珩等通過與境外鄰區(qū)對比研究，指出滿洲里地區(qū)具有較好的鈾成礦條件［3-4］。相對境外鄰區(qū)而言，滿洲里南部地區(qū)基底變質(zhì)巖出露面積較小，多分布在不同時代花崗巖類巖石中或其邊部，基底變質(zhì)巖的成巖時代一直存疑。

1:20 萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料顯示，滿洲里南部地區(qū)出露的基底變質(zhì)巖為前寒武系［5-6］。羅毅等將滿洲里南部地區(qū)基底變質(zhì)巖與額爾古納地區(qū)八大關(guān)、恩河等地段變質(zhì)巖［Sm-Nd 法測得年齡為 （1 060±43.8） Ma、（864.1±62） Ma、（997±37.2） Ma］ 的巖石特征類比認為，滿洲里南部地區(qū)變質(zhì)巖成巖時代為元古宙［7］；苗來成等認為小興安嶺西北部新開嶺和大興安嶺韓家園子和新林地區(qū)興華渡口群原巖變質(zhì)作用發(fā)生于早古生代［8-9］；Wu et al.測得大興安嶺北部地區(qū)變質(zhì)巖Nd 模式年齡集中在1 000 Ma左右［10］。近年來很多學(xué)者認為區(qū)域上基底巖性主要是淺變質(zhì)花崗巖類［11-14］，形成于古生代和中生代，少部分形成于新元古代。前人將本地區(qū)變質(zhì)巖籠統(tǒng)劃為“佳疙瘩組”［5-6，15］。典型的佳疙瘩組主要包括絹云母千枚巖、千枚巖、云母片巖和變質(zhì)砂巖等巖石組合［16-17］，原巖為一套被動大陸邊緣沉積環(huán)境的陸源碎屑巖［18］。綜上可知，滿洲里南部地區(qū)基底變質(zhì)巖成巖時代存在認識不統(tǒng)一的問題。

本文以滿洲里南部阿敦楚魯?shù)貐^(qū)基底變質(zhì)巖（暫稱為“阿敦楚魯變質(zhì)巖”，下同）為研究對象，通過開展鋯石U-Pb 同位素測年等工作，首次厘定了其變質(zhì)成巖時代；再通過巖石學(xué)研究，并結(jié)合區(qū)域地層對比，初步恢復(fù)了阿敦楚魯變質(zhì)巖原巖，這對重塑區(qū)域構(gòu)造演化史和指導(dǎo)區(qū)內(nèi)鈾礦勘查具有重要參考意義。

1 地質(zhì)概況

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖（a）和大地構(gòu)造位置（b）（據(jù)胡紹康等，1988［1］修改）Fig.1 Geological sketch（a） and tectonic location（b） of the study area

滿洲里南部地區(qū)（圖1a）位于華北板塊和西伯利亞板塊之間的興蒙造山帶東段，構(gòu)造單元上屬于中蒙古-額爾古納地塊（圖1b），處于蒙古-鄂霍茨克斷裂與得爾布干斷裂之間，額爾古納地塊的南西端，其北與俄羅斯接壤，西南部與蒙古國為鄰 （圖1a）。研究區(qū)內(nèi)中生代花崗巖漿侵入和火山作用強烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育，以NE 向和NW 向斷裂為主，其次是SN 向斷裂。

滿洲里南部地區(qū)基底由前寒武系變質(zhì)巖和花崗巖組成?；讕r石的分布受區(qū)域構(gòu)造控制，主要零星出露在研究區(qū)北部的NW 向哈泥溝斷裂帶以北的查干勒蓋、滿洲里南部地區(qū)的頭道井地區(qū)和NW 向木哈爾深大斷裂以南的額爾登烏拉、甲烏拉、阿敦楚魯?shù)鹊囟?。變質(zhì)巖包括中元古界佳疙瘩組（Pt2jg）和上元古界額爾古納群 （Pt3Er），佳疙瘩群主要由各類片巖和淺粒巖、混合花崗片麻巖和混合巖組成，額爾古納群主要由白云質(zhì)、硅質(zhì)大理巖，大理巖等組成。

2 樣品采集和測試方法

2.1 樣品特征

阿敦楚魯變質(zhì)巖出露于新巴爾虎右旗西南30 km 處的阿敦楚魯復(fù)式花崗巖基中，該復(fù)式花崗巖基呈NE-SW 向展布?；鬃冑|(zhì)巖為混合花崗巖、條帶狀混合巖組合。條帶狀混合巖片理產(chǎn)狀為75°∠25°，線理產(chǎn)狀為310°∠25°，巖石中的角閃石呈透鏡狀定向排列，變形較強。野外可見淺色花崗巖脈侵入到混合花崗巖中，并發(fā)生強烈變形。

本文采取阿敦楚魯變質(zhì)巖中混合花崗巖（編號M8-142）和條帶狀混合巖（編號M10-75）樣品各一個（圖1），進行巖相學(xué)觀察（圖2）、鋯石U-Pb 法測年及元素組成分析研究。

圖2 阿敦楚魯變質(zhì)巖手標本及顯微照片F(xiàn)ig.2 Photos of hand spacemen and thin section of metamorphic rocks in Adunchulu area

2.2 測試方法

樣品的主、微量元素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。主量元素分析采用X 射線熒光光譜法（XRF），測試儀器為菲利浦PW2404 型X 射線熒光光譜儀。分析測試條件： X 射線管電壓為50 kV，電流50 mA，元素測定精度可達0.01%，分析誤差＜5%。詳細分析流程見文獻［19］。

微量元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）分析，樣品經(jīng)溶樣定容后，在德國Finnigan-MAT 公司制造的HR-ICP-MS（ElementⅠ型）儀器上完成分析。工作溫度、相對濕度分別為20 ℃和30%，微量元素含量大于10-6時相對誤差小于5%，小于10-6時的相對誤差小于10%，分析流程詳見文獻［20］。

SHRIMP 鋯石U-Th-Pb 分析在北京離子探針中心SHRIMPUⅡ上完成。測試時盡量選擇晶形完整、無裂紋、無包裹體的晶體，晶形呈柱狀且具有明顯環(huán)帶結(jié)構(gòu)特征，以便于獲得較準確的變質(zhì)巖成巖年齡。詳細的分析流程和原理參見文獻［21］。

3 巖石學(xué)特征

3.1 巖相學(xué)特征

條帶狀混合巖： 巖石具有中粗粒變晶結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造。淺色條帶主要由石英及斜長石組成，石英多拉長定向，波狀消光；斜長石礦物呈長條板狀，聚片雙晶發(fā)育，并發(fā)育有較強的絹云母化。暗色條帶主要由黑云母及角閃石組成。副礦物見獨居石、鋯石等（圖2a、b）。

混合花崗巖： 巖石具他形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，略呈定向構(gòu)造。主要礦物有石英、斜長石、白云母和微晶片狀絹云母以及少量白云母。斜長石多呈半自形短柱狀，以更長石為主，聚片雙晶發(fā)育；絹云母發(fā)育，微晶片狀為主，可見微晶白云母產(chǎn)出；石英含量最多，為他形集合體，波狀消光明顯。副礦物有鋯石、榍石及磷灰石等（圖2c、d）。

3.2 巖石地球化學(xué)特征

阿敦楚魯變質(zhì)巖的元素分析結(jié)果見表1。全巖地球化學(xué)分析表明，SiO2含量在74.34%～79.73%之間，屬于硅過飽和型。巖石富堿（3.94%～4.67%）、富鋁（10.76%～12.61%），為偏鋁質(zhì)巖石，貧MgO （1.50%～2.26%）、Fe2O3（0.46%～1.38%），TiO2（0.13%～0.25%）低于鈣堿性巖系列平均值（1.16%）。從主量元素含量特征上來看，巖石整體上介于鈣堿性系列和低鉀拉斑系列之間，為過鋁質(zhì)系列。

表1 阿敦楚魯變質(zhì)巖化學(xué)分析結(jié)果（主量元素/%；微量元素/10-6）Table 1 Elemont content of the Adunchulu metamorphic rocks （major elements/%；trace elements/10-6）

從微量元素分析結(jié)果來看，REE 含量為63.79×10-6～171.01×10-6，LREE/HREE 為2.47～5.69，輕、重稀土具有一定的分餾作用。δEu 為0.30～0.61，銪負異常明顯。巖石富集Sm （2.45×10-6～4.12×10-6）和大離子親石元素U（1.52×10-6～2.10×10-6）、Sr（55.60×10-6～733×10-6），貧Nb（9.59×10-6～27.60×10-6）、Ta （0.95×10-6～1.90×10-6），表明變質(zhì)巖源巖受殼源物質(zhì)混染作用。

根據(jù)阿敦楚魯變質(zhì)巖的元素地球化學(xué)特征，利用Werner 圖解和Symonen 圖解嘗試對變質(zhì)巖的原巖進行恢復(fù)。首先以常量元素數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算出各樣品的P2O5/TiO2、MgO/CaO等地化參數(shù)以及al、fm、c、alk、Si 等尼格里值參數(shù)，然后進行投圖。在Werner P2O5/TiO2-MgO/CaO 正、副變質(zhì)巖圖解（圖3）中，樣品落在副變質(zhì)巖區(qū)域，在Symonen 提出的（al+fm）-（c+alk）-Si 變質(zhì)巖原巖恢復(fù)圖解（圖4）中，樣品均落在砂巖區(qū)。結(jié)合滿洲里南部地區(qū)零星出露淺變質(zhì)砂巖、石英云母片巖等，推測阿敦楚魯變質(zhì)巖的原巖是以砂巖為主的碎屑巖。

圖3 阿敦楚魯變質(zhì)巖正副變質(zhì)巖圖解（底圖據(jù)Werner，1987）Fig.3 Orthometamorphite and parametamorphite diagram of metamorphic rocks in Adunchulu

4 鋯石U-Pb 年齡

為準確厘定滿洲里南部地區(qū)基底變質(zhì)巖的成巖時代，本文選取混合花崗巖樣品（樣品號M8-142）和條帶狀混合巖樣品（樣品號M10-75） 進行鋯石SHRIMP U-Pb 法測年，共分析30 顆鋯石，30 個測點，分析數(shù)據(jù)見表2。

混合花崗巖中鋯石呈錐柱狀、短柱狀，陰極發(fā)光圖像顯示清晰環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Th/U 比值大于0.43，顯示為巖漿成因特征。14 個樣品測點年齡具有一致性，206Pb/238U 獲得年齡加權(quán)平均值為（378.0±3.8）Ma，加權(quán)平均方差MSWD＝1.4（圖5），代表變質(zhì)成因混合巖化巖漿結(jié)晶的時代，即中泥盆世。另外一個測點（355.2±5.1） Ma，反映鋯石后期遭受熱作用改造時間。

圖4 阿敦楚魯變質(zhì)巖（al＋fm）-（c＋alk）-Si 圖解（底圖據(jù)Symonen，1953）Fig.4 （al＋fm）-（c＋alk）-Si diagram of metamorphic rocks in Adunchulu

表2 阿敦楚魯?shù)貐^(qū)混合花崗巖（M8-142）和條帶狀混合巖（M10-75）SHRIMP 鋯石U-Pb 法測年結(jié)果Table 2 SHRIMP zircon U-Pb dating results of the M8-142 sample and M10-75 sample in Adunchulu

圖5 混合花崗巖（M8-142）鋯石陰極發(fā)光圖像（a）及U-Pb 年齡協(xié)和圖（b）Fig.5 Cathodoluminescence image of zircons and the concordance U-Pb diagram of Migmatized granite（M8-142）

條帶狀混合巖中鋯石自形程度較差，呈短柱狀，CL 圖像顯示顏色較暗，透明度較差，環(huán)帶結(jié)構(gòu)不發(fā)育，反映變質(zhì)成因特點，6 個樣品測點年齡具有一致性，206Pb/238U獲得年齡加權(quán)平均值為（295.6±7.2） Ma，加權(quán)平均方差MSWD＝7.2（圖6），代表另一期變質(zhì)作用的時代，即早二疊世。其另外9 個樣品測點年齡較為分散，在（239～259）Ma 和（313～379）Ma之間，普通鉛含量較高，鈾鉛體系發(fā)生了改變，說明受到強烈的變質(zhì)熱作用。

圖6 條帶狀混合巖樣品（M10-75）鋯石陰極發(fā)光圖像（a）及U-Pb 年齡諧和圖（b）Fig.6 Cathodoluminescence image of zircons and concordance U-Pb diagram of banded migmatite（M10-75）

5 討論

5.1 與區(qū)域地層對比

前人通過與區(qū)域變質(zhì)巖地層對比，把滿洲里南部地區(qū)變質(zhì)巖定為中元古界佳疙瘩群［5-6，22］。額爾古納地區(qū)出露上元古界佳疙瘩群，主要為角閃斜長片巖、黑云斜長角閃片巖、含石榴綠泥斜長片巖，原巖為中基性-酸性海底火山噴發(fā)-沉積建造［5］；莫爾道嘎地區(qū)佳疙瘩組變質(zhì)巖原巖主要是雜砂巖和黏土巖，物源以長英質(zhì)成分為主，并混有少量古老沉積物［17］；喜桂圖復(fù)背斜中佳疙瘩群為灰色黑云石英片巖、灰綠色黑云母片巖，石英粉砂巖、變質(zhì)長石石英砂巖，原巖為海相碎屑沉積巖［6］；大興安嶺北部的佳疙瘩群為海相細碎屑巖-碳酸鹽巖-中基性火山巖沉積建造［22］。從巖石類型、變質(zhì)程度以及原巖特征等方面綜合分析可知，阿敦楚魯變質(zhì)巖與鄰區(qū)元古界的佳疙瘩群存在顯著的差別。

本文測得混合花崗巖鋯石U-Pb 年齡為（378.0±3.8） Ma，條帶狀混合巖鋯石U-Pb 年齡為（295.6±7.2） Ma，這與傳統(tǒng)認為“佳疙瘩組”形成于元古宙的觀點［16，18］明顯不同。綜上，滿洲里南部地區(qū)阿敦楚魯變質(zhì)巖形成于晚古生代。

5.2 區(qū)域構(gòu)造意義

晚古生代之前東北地區(qū)的佳木斯地塊、興安-松嫩地塊和額爾古納地塊之間已經(jīng)完成拼合，形成了統(tǒng)一的佳-蒙陸塊；從晚古生代開始我國東北區(qū)域進入了統(tǒng)一的蓋層演化階段，在佳-蒙陸塊南緣發(fā)育晚古生代大陸邊緣蓋層沉積［23］。直到中生代的侏羅紀，除了有海西晚期酸性、中酸性巖漿侵入和少量火山噴發(fā)外，研究區(qū)基本上一直處于隆起剝蝕狀態(tài)。

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化可知，鋯石U-Pb 年齡（378.0±3.8） Ma 和（295.6±7.2） Ma 分別記錄了中泥盆世和早二疊世兩期變質(zhì)作用。從區(qū)域大地構(gòu)造演化背景分析，在（450～300） Ma已經(jīng)拼合的泛非期地塊裂解并向南向現(xiàn)在的中國東北移動，蒙古-鄂霍茨克海在該期的打開［24-25］。阿敦楚魯變質(zhì)巖處在中蒙古-額爾古納古陸塊南緣，在古亞洲洋閉合作用下西伯利亞板塊和華北板塊拼合碰撞，在加里東運動末期發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用，導(dǎo)致了泥盆世混合花崗巖的形成；石炭紀末或二疊紀初，蒙古-鄂霍次克洋向南俯沖引發(fā)的巖漿作用使原先的陸緣碎屑巖發(fā)生區(qū)域性變質(zhì)，形成了條帶狀混合巖。

5.3 鈾礦找礦意義

中蒙古-額爾古納處于世界上最大的鈾成礦帶，鈾成礦多分布在前中生代變質(zhì)巖基底隆起帶及其附近，基底巖石被認為是火山巖型鈾礦的鈾源體/層［26］。境外鄰區(qū)俄羅斯斯特列利措夫鈾礦田古老基底經(jīng)歷過新元古代（930～770） Ma、早古生代（580～410） Ma、晚古生代-三疊紀（260～230） Ma 三次交代花崗巖化作用［27］；蒙古國多爾諾特鈾礦田火山機構(gòu)基底包含各種成分和各時代的變質(zhì)巖［28-29］，基底經(jīng)歷了早古生代和中生代花崗巖化作用。整體上來說，境外鄰區(qū)鈾礦基底地層厚度大且時代老，基底花崗巖演化期次多［3-4］，多期次活化的基底巖石為火山巖型鈾礦成礦提供了鈾源。

本文通過變質(zhì)巖鋯石U-Pb 測年和綜合分析可知，滿洲里南部地區(qū)基底變質(zhì)巖成巖時代為晚古生代；結(jié)合前人成果［30-34］分析可知，相較于境外鄰區(qū)，滿洲里南部地區(qū)基底變質(zhì)巖成巖時代偏新，花崗巖化程度較弱，反映滿洲里南部地區(qū)不具有良好的鈾成礦的基底鈾源條件。建議下一步鈾礦找礦勘查工作轉(zhuǎn)向額爾古納多期次古老基底出露的地區(qū)。

6 結(jié)論

1） 鋯石U-Pb 法測得滿洲里南部地區(qū)阿敦楚魯變質(zhì)巖中混合花崗巖的變質(zhì)年齡為（378.0±3.8）Ma，條帶狀混合巖的變質(zhì)年齡為（295.6±7.2）Ma，揭示該區(qū)中泥盆世和早二疊世存在兩期區(qū)域變質(zhì)作用。2） 滿洲里南部地區(qū)阿敦楚魯變質(zhì)巖原巖為碎屑巖。3） 與境外鄰區(qū)相比，滿洲里南部地區(qū)基底花崗質(zhì)巖石時代偏新，不具有良好的火山巖型鈾成礦的基底鈾源條件。