陳云杰，王 偉，王 剛，楊 昆，何佳軍，李 濤

(核工業(yè)二○三研究所，陜西西安 710000)

0 引言

龍首山鈾成礦亞帶屬于我國(guó)西北地區(qū)花崗巖型鈾成礦帶祁連-龍首山鈾成礦帶的重要組成部分。本次研究的青山堡巖體位于龍首山成礦帶的東段，巖體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)1個(gè)鈾礦床和數(shù)十個(gè)礦(化)點(diǎn)、異常點(diǎn)，顯示鈾成礦條件優(yōu)越，成礦潛力大。前人對(duì)區(qū)內(nèi)鈾礦化特征(胡俊禎，1987；陳云杰等，2011，2021)、巖體成因(方同輝等，1997；魏俏巧等，2013；劉文恒等，2019)、區(qū)域地層特征(胡能高，2003)、區(qū)域放射性水文地質(zhì)特征(王剛等，2019)等開(kāi)展了研究。近年來(lái)隨著對(duì)龍首山鈾礦化特征、區(qū)域巖漿演化等方面認(rèn)識(shí)的逐步深入(陳云杰等，2012,2014,2015,2018,2020；魏正宇和張瑋，2014；湯琳和張樹(shù)明，2015；聶利等，2016；高宇等，2017；劉洪成等，2017；張甲民等，2017；劉正義等，2018；趙如意等，2018；王偉等，2020)，并通過(guò)在研究區(qū)內(nèi)開(kāi)展的新一輪鈾礦找礦工作，對(duì)研究區(qū)的鈾成礦條件的認(rèn)識(shí)也逐步提高。尤其是近年來(lái)區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的淺灰黑色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖與鈾成礦關(guān)系密切，但之前對(duì)其尚未開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的研究工作。本文通過(guò)對(duì)青山堡巖體細(xì)粒閃長(zhǎng)巖的地球化學(xué)、同位素年代學(xué)等方面特征進(jìn)行研究，以期為研究區(qū)今后開(kāi)展鈾礦找礦工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)和鈾礦產(chǎn)

1.1 區(qū)域地質(zhì)

圖1 龍首山成礦帶大地構(gòu)造位置(a)、區(qū)域地質(zhì)(b)和金邊寺地區(qū)地質(zhì)圖(c)

1.2 鈾礦化特征

金邊寺礦床是區(qū)內(nèi)的典型鈾礦床，位于青山堡巖體的西南緣。礦區(qū)內(nèi)出露巖性主要為花崗(閃長(zhǎng))巖、閃長(zhǎng)巖及晚期的閃長(zhǎng)玢巖脈等(圖2)。斷裂構(gòu)造主要為F1和F2，其中F2是F1的次級(jí)斷裂，斷裂走向310°～330°，傾向NE，傾角45°～70°，為東大山-金邊寺斷裂的次級(jí)斷裂。已發(fā)現(xiàn)鈾礦體呈魚(yú)群狀分布于F1、F2斷裂間，平均品位為0.10%,平均厚度為1.78 m。礦體多數(shù)為隱伏礦體，總體NW向側(cè)伏，側(cè)伏角度40°左右，近年來(lái)在礦床深部及外圍均發(fā)現(xiàn)有較好鈾礦體的存在。

圖2 金邊寺地區(qū)鈾礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖

含礦主巖為弱碎裂(蝕變)中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖和(蝕變)閃長(zhǎng)巖。鈾的存在形式有兩種，一是呈獨(dú)立礦物，二是呈吸附狀態(tài)。鈾礦物以次生鈾礦物硅鈣鈾礦為主；鈾被綠簾石、綠泥石、褐鐵礦等吸附。該礦床之前被認(rèn)為是淋積型鈾礦床。近年來(lái)的勘查工作表明區(qū)內(nèi)發(fā)育鈉長(zhǎng)石化、鉀長(zhǎng)石化、碳酸鹽化和赤鐵礦化等堿交代熱液蝕變，鈾礦化與其關(guān)系密切，鉆探深部新發(fā)現(xiàn)有原生礦體和瀝青鈾礦脈的存在，明確了成礦類(lèi)型為熱液淋積混合型鈾礦床，深部熱液型鈾成礦潛力大。

2 閃長(zhǎng)巖特征

2.1 分布特征

區(qū)內(nèi)閃長(zhǎng)巖主要分為灰綠色中細(xì)粒閃長(zhǎng)巖和淺灰黑色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖。其中灰綠色中細(xì)粒閃長(zhǎng)巖在巖體中分布較多，主要分布在巖體北部(圖1c)；淺灰黑色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖主要分布在巖體南部，沿構(gòu)造呈脈狀侵入到灰白色中粗粒花崗閃長(zhǎng)巖之中，其展布與構(gòu)造方向基本一致。近年來(lái)在研究區(qū)內(nèi)開(kāi)展的區(qū)域鈾礦評(píng)價(jià)工作，初步查明了金邊寺地段的淺灰黑色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖特征，在地表出露面積一般為幾個(gè)至數(shù)十個(gè)平方米(圖2)。鉆孔深部細(xì)粒閃長(zhǎng)巖脈厚度一般為0.5～10 m,呈雁列式展布,延伸一般為10～100 m，部分延伸超過(guò)150 m。

2.2 巖石學(xué)特征

細(xì)粒閃長(zhǎng)巖的新鮮面顏色為淺灰黑色，風(fēng)化后呈淺灰綠色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為石英(10%～15%)、斜長(zhǎng)石(40%～45%)、角閃石(30%～35%)，受后期構(gòu)造影響，礦物顆粒較為破碎(圖3a、b)。含礦蝕變閃長(zhǎng)巖中發(fā)育有鈉長(zhǎng)石化、鉀長(zhǎng)石化、碳酸鹽化、綠泥石化和赤鐵礦化等蝕變，巖石顏色一般呈淺紫紅-褐紅色(圖3c、d)，其為區(qū)內(nèi)主要的含礦巖石之一。

圖3 測(cè)年閃長(zhǎng)巖巖石特征圖

3 樣品采集及分析測(cè)試

細(xì)粒閃長(zhǎng)巖鋯石年齡樣品采集于金邊寺地區(qū)鉆孔ZKS16-1中102 m處，其它樣品采集于ZKS0-1、ZKS10-1、ZKS10-3和ZKS18-3中110～330 m處。鉆孔中揭露到的巖性主要為灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖及晚期脈狀侵入的肉紅色中粗?；◢弾r和淺灰黑色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖。樣品的主量元素、微量元素和稀土元素測(cè)試分析均在核工業(yè)二○三研究所分析測(cè)試中心完成，使用的儀器分別為荷蘭帕納科公司制造的Axios型X射線(xiàn)光譜儀和美國(guó)Thermo Fisher制造的XSERIESⅡ型ICP-MS。樣品鋯石挑選、制靶、CL照相及測(cè)年由河北省廊坊拓軒巖礦檢測(cè)服務(wù)有限公司完成，電子探針和包裹體測(cè)溫是在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，各項(xiàng)分析精度均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4 鋯石U-Pb年齡

細(xì)粒閃長(zhǎng)巖樣品中的鋯石以短錐狀為主，次為長(zhǎng)錐柱，鋯石長(zhǎng)100～220 μm，寬80～130 μm，長(zhǎng)寬比值為1.1～2.3，鋯石的雙錐較為發(fā)育。在CL圖像中閃長(zhǎng)巖鋯石的震蕩環(huán)較為寬大和清晰(圖4)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較均一。本次測(cè)年的鋯石測(cè)點(diǎn)共11個(gè)(表1)，鋯石測(cè)點(diǎn)的Th含量為85.8×10-6～402.0×10-6，平均值為166.8×10-6；U含量為157.0×10-6～472.0×10-6，平均值為325.9×10-6；Th/U的值為0.40～0.88，平均值為0.50。樣品的鋯石測(cè)點(diǎn)在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖上分布比較集中，加權(quán)平均年齡為427.8±3.1 Ma，MSWD=0.36，95%置信度(圖5)，表明其侵位時(shí)代為早志留世。

圖4 閃長(zhǎng)巖鋯石CL圖像特征及測(cè)點(diǎn)年齡

圖5 閃長(zhǎng)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)和直方圖(b)

5 地球化學(xué)特征

5.1 主量元素特征

從表2中可以看出：正常細(xì)粒閃長(zhǎng)巖SiO2的含量平均為54.94%，異常樣平均為56.14%、礦化樣平均為58.07%、礦石平均為56.58%，SiO2的含量有所增加，這與后期硅化作用在早期礦物顆粒之間形成次生石英關(guān)系較為密切。正常的閃長(zhǎng)巖Al2O3的含量平均為15.87%，異常樣平均為18.00%、礦化樣平均為14.55%、礦石平均為17.51%，Al2O3的含量有所增加。正常的閃長(zhǎng)巖Fe2O3的含量平均為2.92%，異常樣平均為2.21%、礦化樣平均為2.56%、礦石平均為4.63%，F(xiàn)e2O3的含量有所增加。正常的閃長(zhǎng)巖FeO的含量平均為3.73%，異常樣平均為1.90%、礦化樣平均為2.13%、礦石平均為1.07%，F(xiàn)eO的含量減少。正常的閃長(zhǎng)巖CaO的含量平均為5.82%，異常樣平均為5.41%、礦化樣平均為4.92%、礦石平均為3.27%，CaO的含量有所減少；這與廣泛發(fā)育的早期的灰白色碳酸鹽相比，成礦期粉紅色碳酸鹽化要相對(duì)弱一些。正常的閃長(zhǎng)巖Na2O的含量平均為3.42%，異常樣平均為5.56%、礦化樣平均為4.20%、礦石平均為6.25%，Na2O的含量增加。正常的閃長(zhǎng)巖K2O的含量平均為2.12%相比，異常樣平均為3.52%、礦化樣平均為2.71%、礦石平均為3.24%，K2O的含量所增加，這與成礦期發(fā)育的堿交代蝕變關(guān)系密切。正常的閃長(zhǎng)巖MgO的含量平均為3.93%，異常樣平均為2.47%、礦化樣平均為4.55%、礦石平均為1.71%，MgO的含量所增加。與細(xì)粒閃長(zhǎng)巖原巖相比，隨著U 含量的增加，SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、MgO的含量增加，F(xiàn)eO、CaO的含量減少，這與這與成礦期發(fā)育的堿交代蝕變關(guān)系密切。

5.2 稀土、微量元素特征

巖石具有相對(duì)富集輕稀土元素和虧損重稀土元素的特點(diǎn)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(xiàn)圖上呈右傾配分模式(圖6a，表3)，且輕稀土元素分異較強(qiáng)而重稀土元素不明顯。在原始MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖6b，表4)，與原始地幔相比閃長(zhǎng)巖對(duì)富集Rb、Ta、U、Hf等大離子親石元素，Nb、Zr、Ti等元素相對(duì)虧損。

圖6 閃長(zhǎng)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(xiàn)圖(a)與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化據(jù)Sun and McDonough，1989)

6 閃長(zhǎng)巖與鈾礦化關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)細(xì)粒閃長(zhǎng)巖沿構(gòu)造分布，受構(gòu)造影響，巖石一般較為破碎，為后期熱液及鈾成礦提供了很好的賦礦空間。堿交代蝕變閃長(zhǎng)巖亦是區(qū)內(nèi)主要的含礦巖性，表明區(qū)內(nèi)堿交熱液蝕變時(shí)間要晚于細(xì)粒閃長(zhǎng)巖脈的形成時(shí)間(427.8±3.1 Ma)，這與推測(cè)的龍首山東段的堿交代巖的形成年齡為433～423 Ma一致(陳云杰等，2021)。同時(shí)，這與龍首山中段芨嶺鈾礦田的堿交代巖形成時(shí)間428～400 Ma亦基本一致，反映志留紀(jì)龍首山地區(qū)發(fā)育的堿交代鈾成礦作用在東段也是存在的。

細(xì)粒閃長(zhǎng)巖與花崗(閃長(zhǎng))巖的巖性接觸界面是地球化學(xué)成分發(fā)生變化的界面，后期構(gòu)造作用使界面兩側(cè)發(fā)育裂隙及構(gòu)造破碎帶，破碎帶中容易形成壓力突然降低的環(huán)境。當(dāng)富含揮發(fā)分的堿性含礦熱液流經(jīng)巖性界面附近時(shí)，由于圍巖地球物理化學(xué)環(huán)境發(fā)生突變，含鈾熱液中的碳酸鈾酰絡(luò)合物快速分解(閡茂中等，1987；高浩中等，1998；肖慶輝等，2007；趙慧博等，2014)，成礦物質(zhì)卸載并成礦(圖7)。近期在區(qū)內(nèi)施工的少量的鉆探，共新發(fā)現(xiàn)鈾礦體13個(gè)，鈾礦體全部分布于花崗(閃長(zhǎng))巖與細(xì)粒閃長(zhǎng)巖接觸界面附近，顯示了接觸帶在區(qū)內(nèi)具有較好的找礦潛力。

圖7 金邊寺礦床11號(hào)剖面圖

龍首山鈾成礦帶是我國(guó)典型的堿交代型鈾成礦帶，其中段的芨嶺鈾礦田中的芨嶺和新水井礦床規(guī)模均達(dá)到中型。青山堡花崗巖體位于芨嶺鈾礦田的東部，其控礦斷裂東大山-金邊寺斷裂為馬路溝斷裂帶的東延。通過(guò)區(qū)內(nèi)新一輪鈾礦找礦工作的開(kāi)展，研究區(qū)內(nèi)與鈾礦化關(guān)系密切的堿交代熱液蝕變較為發(fā)育(陳云杰等，2021)，查明了堿交代蝕變閃長(zhǎng)巖是區(qū)內(nèi)堿交代型鈾礦化的主要賦礦巖性之一。通過(guò)對(duì)含礦的堿交代蝕變閃長(zhǎng)巖的巖礦鑒定、電子探針?lè)治龅裙ぷ?，在區(qū)內(nèi)含礦蝕變閃長(zhǎng)巖礦石中發(fā)現(xiàn)有網(wǎng)脈狀、細(xì)脈狀瀝青鈾礦脈的存在，其與綠泥石、赤鐵礦一起沿著礦石的裂隙沉淀成微細(xì)脈，脈寬一般1～10 μm，長(zhǎng)100～500 μm(圖8a、b)。礦石中次生鈾礦物主要有兩種形式，一是在礦物空洞中存在的放射狀、針狀次生鈾礦物；二是氧化瀝青鈾礦脈后呈脈狀的次生鈾礦(圖8c、d)。

圖8 金邊寺地區(qū)礦石鈾存在形式

結(jié)合相關(guān)研究，選取了區(qū)域上與鈾成礦關(guān)系密切的粉紅色方解石脈體進(jìn)行了包裹體測(cè)溫工作(沈渭洲等，1988；趙如意等，2018；陳柏林，2021；劉錦康等，2021；沙建澤等，2021)，并與芨嶺鈾礦床進(jìn)行比較。研究區(qū)內(nèi)蝕變閃長(zhǎng)巖礦石中方解石包裹體中的冰點(diǎn)溫度為-8.73 ℃～-0.39 ℃，均一溫度主要分布在157.8 ℃～266.1 ℃和301.3 ℃～309.1 ℃間(表5)。東部芨嶺鈾礦床的早期成礦流體溫度為279.80 ℃～294.52 ℃，后期沸騰卸載成礦物質(zhì)之后的早期流體溫度降低至195.37 ℃～214.04 ℃。研究區(qū)與芨嶺地區(qū)的包裹體溫度略有差異，這可能與侵位深度、后期抬升剝蝕等有一定的關(guān)系。結(jié)合區(qū)域資料來(lái)看，龍首山東段地區(qū)堿交代熱液的與芨嶺地區(qū)堿交代熱液形成時(shí)代一致，同時(shí)受馬路溝斷裂帶的控制，兩個(gè)地區(qū)的成礦熱液溫度基本一致。

表5 金邊寺地區(qū)方解石脈包裹體測(cè)試結(jié)果

研究成果表明，后期龍首山東段抬升剝蝕速度較中段要強(qiáng)烈，地表部分堿交代蝕變體和鈾礦體被剝蝕，其剝蝕程度要比中段高。同時(shí)由于構(gòu)造發(fā)育，東段抬升剝蝕時(shí)后期潛水氧化作用較為發(fā)育，故在區(qū)內(nèi)形成淋積型鈾礦化。金邊寺鈾礦床之前被認(rèn)為是淋積型鈾礦床，近年來(lái)調(diào)查研究認(rèn)為前期區(qū)域性堿交代熱液成礦作用所形成的構(gòu)造蝕變帶中的鈾富集形成的“貧礦帶”是金邊寺礦床形成的必要基礎(chǔ)，而后生潛水氧化改造則是疊加形成淺部淋積型工業(yè)鈾礦體的關(guān)鍵。

7 結(jié)論

(1)淺灰黑色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為427.8±3.1 Ma，侵位時(shí)代為早志留紀(jì)。

(2)與細(xì)粒閃長(zhǎng)巖原巖相比，隨著U 含量的增加，SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、MgO的含量增加，F(xiàn)eO、CaO的含量減少，這與這與成礦期發(fā)育的堿交代蝕變關(guān)系密切；Rb、Ta、U、Hf等元素相對(duì)富集，Nb、Zr、Ti等元素相對(duì)虧損及輕稀土右傾分餾明顯的地球化學(xué)特征。

(3)研究區(qū)內(nèi)細(xì)粒閃長(zhǎng)巖即是鈾成礦的有利賦礦巖石，而其與花崗(閃長(zhǎng))巖的接觸面為后期鈾礦富集提供了物理化學(xué)環(huán)境突變的地球化學(xué)障，亦是鈾成礦有利結(jié)構(gòu)面。

(4)龍首山地區(qū)于志留紀(jì)廣泛發(fā)育的堿交代鈾成礦作用在青山堡巖體中亦有發(fā)育。后期龍首山東段抬升剝蝕速度較中段要強(qiáng)烈，潛水氧化作用發(fā)育，前期區(qū)域性堿交代熱液成礦作用所形成的含礦構(gòu)造蝕變帶是后生潛水氧化改造疊加形成淺部淋積型工業(yè)富鈾礦體的關(guān)鍵。