武勇，秦明寬，郭冬發(fā)，崔建勇，劉漢彬，何升

（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）

花崗偉晶巖型鈾礦床常指與花崗偉晶巖有關的一類礦床，產(chǎn)鈾花崗偉晶巖主要分布在古老的褶皺帶內(nèi)，周圍分布一些巖漿巖體，其中以納米比亞R?ssing 鈾礦床為典型代表，其鈾資源量約占了世界的5%［1］。我國北秦嶺地區(qū)是花崗偉晶巖型鈾礦床較為發(fā)育的成礦區(qū)（帶），目前已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床有光石溝和陳家莊兩個典型花崗偉晶巖型鈾礦床，其中以光石溝鈾礦床為代表［2-3］。前人對光石溝鈾礦床進行了較多的研究，取得了豐富的成果和認識。但由于技術(shù)條件的限制，以往的研究多聚焦于礦床的成礦地質(zhì)背景、形成條件、礦床成因等方面，而有關該礦床的成礦作用時間的研究，前人利用熱電離質(zhì)譜（TIMS）、電子探針（EPMA）等技術(shù)獲得了測試結(jié)果，但也存在一定的分歧，一定程度上制約了對礦床的成因和實際找礦方向的認識［4-6］。

本文將對與晶質(zhì)鈾礦空間關系呈共生的礦物（獨居石）為研究對象，進行原位、微區(qū)LAICP-MS 定年，開展系統(tǒng)的礦物年代學研究，以揭示該礦床的鈾成礦作用，對光石溝地區(qū)鈾礦的成因及成礦年代學的研究具有重要意義，為今后在該礦區(qū)開展鈾礦找礦工作提供科學數(shù)據(jù)支持。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

光石溝鈾礦床位于華北大陸南緣北秦嶺東段地區(qū)，北以蔡川斷裂為界，南以商丹構(gòu)造帶斷裂為界，區(qū)內(nèi)分布的地層主要為晚古生代秦嶺群、丹鳳群、云家韓群和晚三疊世-早侏羅世砂巖地層（圖1）。礦床空間位置產(chǎn)于大毛溝巖株外接觸帶的黑云母花崗偉晶巖區(qū)域，出露地層為秦嶺群的下巖性段。巖性主要由黑云母斜長片麻巖、大理巖、斜長角閃巖、混合巖組成［7-10］。斷裂構(gòu)造主要發(fā)育以層間破碎帶為特征的北西西向和北西向斷裂為主。

礦區(qū)出露的巖漿巖主要為灰池子和大毛溝花崗巖體，其中灰池子巖體為復式花崗巖體，巖性包括黑云母花崗閃長巖和黑云母花崗巖，大毛溝巖體主要為黑云母正長花崗巖。礦體賦存在黑云母花崗偉晶巖和黑云母斜長片麻巖接觸帶上（圖2）。

圖2 光石溝花崗偉晶巖型鈾礦床地質(zhì)簡圖Fig.2 Simplified geological map of the Guangshigou uranium deposit

2 樣品采集與處理

為了探究光石溝鈾礦床形成時間，本次共采集了5 件含礦黑云母花崗偉晶巖樣品，樣品均采自于礦床的985 平垌內(nèi)。該平垌發(fā)育大量與鈾礦化有關的花崗偉晶巖脈，賦礦花崗偉晶巖脈常含有大量的黑云母（圖3a）。礦石礦物主要以晶質(zhì)鈾礦為主（圖3b、c），脈石礦物為黑云母、石英和長石（圖3d），副礦物有獨居石、鋯石、磷灰石、黃鐵礦等。本次研究將含礦黑云母花崗偉晶巖樣品制成光薄片進行原位LAICP-MS 測試，樣品經(jīng)反光顯微鏡觀察之后，再送至核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測試中心開展BSE圖像分析。

圖3 黑云母花崗偉晶巖手標本及鏡下照片F(xiàn)ig.3 Photo of the hand specimen and microscopic of the granitic pegmatites from the Guangshigou uranium deposit

3 分析方法

獨居石原位U-Th-Pb 同位素定年在武漢上譜分析有限責任公司利用LA-ICP-MS 分析完成，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，ICP-MS 為Agilent 7700e。激光剝蝕過程采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進入ICP 之前通過一個T 型轉(zhuǎn)接頭混合。單點采集數(shù)據(jù)包括大約20～30 s 的空白信號和50 s 的樣品信號。對分析數(shù)據(jù)的離線處理采用軟件ICPMSDataCal完成［11］。U-Th-Pb同位素定年中采用獨居石Tre（Trebilcock 偉晶巖獨居石）作外標進行同位素分餾校正，每分析5 個樣品點，再分析2 次獨居石Tre 標樣。獨居石樣品的UTh-Pb 年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計算采用IsoplotEx_ver3 完成［12］。

4 分析結(jié)果

含礦黑云母花崗偉晶巖樣品中獨居石顆粒大小不一，其長軸約為400～2 000 μm，個別顆粒可達3 000 μm，長寬比介于2∶1～4∶1，呈自形、半自形居多，少數(shù)者為渾圓狀，部分獨居石發(fā)育裂紋，在背散射電子圖像中絕大部獨居石都具有較為均勻的灰色發(fā)光效應（圖4）。42個點的獨居石LA-ICP-MS U-Pb 分析結(jié)果見圖5 和表1。

圖4 與晶質(zhì)鈾礦共生獨居石礦物掃描電鏡照片F(xiàn)ig.4 The BSE image of uraninite coexisting with monazite

圖5 獨居石LA-ICP-MS 測試結(jié)果協(xié)和圖Fig.5 Monazatie U-Pb age diagrams

從表1 可知，樣品2018GSG-4-1 獨居石的Th、U含量別為 9.13×10-2～9.86×10-2和8.64×10-3～1.26×10-2，相應的Th/U值為7.73～10.56，7 個分析點的諧和年齡為（403.5±3.6）Ma（MSWD＝0.7）；樣品2018GSG-4-3 獨居石的Th、U含量別為9.75×10-2～1.01×10-1和7.46×10-3～1.01×10-2，相應的 Th/U值為9.76～13.28，7 個分析點獲得諧和年齡為（403.5±3.6）Ma（MSWD＝1.3）；樣品2018GSG-5-3獨居石的Th、U含量別為9.74×10-2～1.05×10-1和6.26×10-3～1.26×10-2，相應的Th/U 值為8.07～15.56，8 個分析點獲得諧和年齡為（400.2±4.3）Ma（MSWD＝2.8）；樣品2018GSG-5-4 獨居石的Th、U含量別為9.03×10-2～1.05×10-1和8.73×10-3～1.22×10-2，相應的Th/U 值為7.60～11.63，10 個分析點的諧和年齡為（399.6±0.78）Ma（MSWD＝4.9）；樣品2018GSG-6-1 獨居石的Th、U含量別為8.93×10-2～1.02×10-1和1.04×10-2～1.35×10-2，相應的Th/U 值為7.55～9.70，10 個分析點的諧和年齡為（400.8±2.4）Ma（MSWD＝2.9）。

表1 獨居石LA-ICP-MS 測試結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS test results of monazite

綜上所述，5 件含礦黑云母花崗偉晶巖的獨居石樣品諧和年齡分別為（403.5±3.6）Ma、（403.5±3.6）Ma、（400.2±4.3）Ma、（399.6±0.78）Ma、（400.8±2.4）Ma，代表了黑云母花崗偉晶巖石的成巖年齡，基于獨居石與晶質(zhì)鈾礦的空間共生關系，表明了晶質(zhì)鈾礦形成時間與獨居石近于同期。

5 討論

5.1 成礦時代的約束

獨居石分布較為廣泛，常常是變質(zhì)巖、沉積巖和中酸性花崗巖中一種副礦物，并以其富含U、Th，低普通Pb 含量，體系封閉溫度高，不易發(fā)生放射性損傷為特征，成為U-Pb定年的理想對象［13］。獨居石在低流體環(huán)境性質(zhì)非常穩(wěn)定，礦物形成則處于相對封閉的U-Th-Pb 體系，因此，利用獨居石定年可以有效地判定成巖、成礦地質(zhì)事件的形成時間［14-15］。本次所研究的獨居石礦物，在產(chǎn)出空間關系上，與礦石礦物（晶質(zhì)鈾礦）共生，形貌特征常呈自形、半自形，碎裂狀結(jié)構(gòu)，礦物的掃描電鏡圖像顯示其發(fā)光均勻，不發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)。

前人對獨居石的成因研究表明，熱液成因的獨居石Th 的質(zhì)量分數(shù)一般小于1%，而巖漿成因的獨居石一般更富集Th 且Eu 呈現(xiàn)明顯地負異常、Th/U 值較高［16］。同樣，獨居石的稀土元素地球化學特征也可以用來識別其成因類型，例如熱液交代和沉積成因的獨居石具有稀土元素四分組效應，而巖漿成因獨居石稀土元素不具有四分組效應，表現(xiàn)出明顯的Eu 強烈虧損的右傾斜稀土配分曲線［16-18］。本次所開展的研究中，5 件獨居石礦物樣品的Th/U 值變化范圍為7.55～15.56，平均值為10.13，明顯高于熱液成因的獨居石中Th 含量（1%），獨居石的稀土元素不具有四分組效應（表2），所有樣品表現(xiàn)為Eu 強烈虧損的右傾特征（圖6）。因此，本研究所采用的5 個獨居石與其共生的晶質(zhì)鈾礦都是巖漿成因形成，指示了獨居石與晶質(zhì)鈾礦為同時結(jié)晶形成，也就是說，獨居石與礦石礦物（晶質(zhì)鈾礦）在成因上具有同樣的形成環(huán)境，產(chǎn)出空間關系上一致，結(jié)合獨居石（403.5±3.6）Ma、（403.5±3.6）Ma、（400.2±4.3）Ma（399.6±0.78）Ma、（400.8±2.4）Ma 的U-Pb 年齡，表明光石溝花崗偉晶巖型鈾礦床的成礦作用時間發(fā)生在約400 Ma 左右，為早泥盆世。

圖6 獨居石稀土元素配分圖解Fig.6 Diagram of rare earth elements in monazite

表2 獨居石稀土元素LA-ICP-MS 測試結(jié)果w（B）/10-6Table 2 LA-ICP-MS test results of REE of monazite w(B)/10-6

5.2 成礦動力學背景

光石溝鈾礦床的含礦圍巖主要以黑云母花崗偉晶巖為主，晶質(zhì)鈾礦多呈自形、半自形結(jié)構(gòu)散布巖石中，或出現(xiàn)在造巖礦物（黑云母）內(nèi)部及邊部（圖3），或常與副礦物（獨居石、磷灰石等）共生（圖4），與造巖礦物或者副礦物呈包含結(jié)構(gòu)、共生結(jié)構(gòu)，表明晶質(zhì)鈾礦與造巖礦物、副礦物近于同時形成。北秦嶺商丹地區(qū)出現(xiàn)廣泛發(fā)育加里東期花崗巖巖體和花崗偉晶巖巖石類型，這些巖石記錄了秦嶺古大洋與華北板塊碰撞過程的造山演化歷史［18-19］。在丹鳳地區(qū)，秦嶺群的主體為混合巖化片麻巖，新元古代晚期，華北陸塊南緣開始裂解，隨后發(fā)生大洋擴張作用，秦嶺洋殼沿商丹縫合帶的俯沖從北秦嶺東段開始，并持續(xù)到晚奧陶世末或早志留世（442 Ma）［4-7］。此后，構(gòu)造體由洋陸俯沖轉(zhuǎn)換成塊體的碰撞增生，在晚志留世（420～413 Ma），灰池子巖體形成受幔源物質(zhì)和加厚地殼的共同作用，塊體匯聚作用減弱，而轉(zhuǎn)變成較強的褶皺作用，隨之發(fā)生低壓變質(zhì)、深熔以及巖漿作用［8］。同源的花崗質(zhì)巖漿同化秦嶺群地殼巖石形成了較高分異的花崗偉晶巖組合，同時，褶皺之間的構(gòu)造界面為偉晶巖漿和礦體賦存提供了就位空間［6-8］。

隨著偉晶巖巖漿演化的后期階段，溫度、壓力的不斷變化，U 在巖漿中為強烈不相容元素。巖漿晚期形成相對還原環(huán)境，在結(jié)晶分異作用下，U 更傾向于在巖漿晚期富集，在花崗偉晶巖巖漿演化過程中U 進一步富集。隨著黑云母、獨居石、磷灰石等礦物結(jié)晶，U 在還原環(huán)境下，最終形成獨立鈾礦物而富集成礦。

6 結(jié)論

1）通過對樣品開展光學顯微鏡、掃描電鏡及稀土元素研究，指示了獨居石與礦石礦物（晶質(zhì)鈾礦）同時形成，且形成于高溫、相對還原的物理-化學環(huán)境。

2）北秦嶺地區(qū)光石溝花崗偉晶巖型鈾礦床的5 件含礦偉晶巖中獨居石樣品的U-Pb 年齡分別為（403.5±3.6）Ma、（403.5±3.6）Ma、（400.2±4.3）Ma、（399.6±0.78）Ma 和（400.8±2.4）Ma，一致地代表了該礦床的成礦地質(zhì)時代為早泥盆世。

3）獨居石的年齡結(jié)果表明含礦偉晶巖形成于早泥盆世，結(jié)合已有的年代學數(shù)據(jù)，北秦嶺地區(qū)主要發(fā)生了早泥盆世巖漿活動，商丹洋殼北向俯沖導致秦嶺微陸塊發(fā)生變質(zhì)、深熔和同時巖漿作用，最終形成了光石溝鈾礦床。