劉紅旭，陳祖伊，郭 華，王潤紅

（1.中國地質(zhì)大學(xué) （北京），北京100083；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029；3.中鐵資源有限公司，北京100055）

歐亞大陸上存在一條貫穿整個(gè)大陸的東西向巨型鈾成礦帶 （謝雷赫 .А.С.等，1999），其東段大致與中央亞洲活動(dòng)帶重合，又稱蒙古弧[1]，向西沿東歐陸塊南緣的古生代褶皺帶延伸，直抵大西洋東岸[2]。

截至目前，在該帶中已探明眾多不同類型的鈾礦床，特別是砂巖型鈾礦在其中占有舉足輕重的地位。經(jīng)謝雷赫.A.C等 （1999）初步估算，該鈾礦帶集中了世界鈾資源量的50%和俄羅斯鈾資源量的70% （圖1）[2]。

不難發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)出砂巖型鈾礦的盆地均發(fā)育于殘留古陸塊 （亦即中間地塊）之上或其鄰近部位。在我國境內(nèi)的北疆地區(qū)亦存在不同規(guī)模的古地塊，如伊犁微地塊、準(zhǔn)噶爾地塊、吐哈地塊等。蒙古的多爾諾特火山巖型鈾礦田和哈拉特古河谷砂巖型鈾礦 （喬倫盆地）也產(chǎn)在從中朝古陸塊分裂出去的中央蒙古古陸塊之上。

所有的鈾礦床，不論其屬于何種成因類型，都趨附于成熟古陸塊，這一規(guī)律就是所謂的中間地塊控礦說，亦可表述為成熟陸塊控礦[3]。

本文基于多島海地質(zhì)演化理論[4]，認(rèn)為古生代中央亞洲活動(dòng)帶 （本文研究區(qū)限指中國境內(nèi)段）具有島海相間的古地理格局。即整個(gè)古生代，研究區(qū)是由眾多古陸塊及其諸多島弧、洋殼（海盆）、弧后盆地等組成的多島海構(gòu)造格局，而這一構(gòu)造格局于晚古生代發(fā)生萎縮消亡，最終導(dǎo)致西伯利亞板塊與卡拉庫姆－塔里木板塊之間以?。?、?。∨鲎驳姆绞狡促N而成為一體。由于該整體的各個(gè)局部地區(qū)的組成復(fù)雜多樣，大地構(gòu)造的屬性不同，其地殼成熟度亦存在著明顯的差別[5]。這種成熟度上的差別也在相當(dāng)程度上決定或影響了相應(yīng)地段的鈾成礦潛力。

圖1 貫穿歐亞大陸的鈾成礦帶示意圖 （據(jù)李巨初，2011）Fig.1 Uranium mineralization belt through Eurasian continent

成熟陸殼對鈾礦 （包括砂巖型鈾礦）的時(shí)空控制、鈾礦對成熟陸殼具有明顯的趨附性、鈾礦與成熟陸殼在空間上存在依存聯(lián)系，成盆期前的古生代構(gòu)造背景對于后期盆地內(nèi)砂巖型鈾礦的成礦作用具有一定的影響和控制作用，這一系列觀點(diǎn)已為中外學(xué)者所認(rèn)同。對于砂巖型鈾礦來講，研究盆地不同地段古生代構(gòu)造屬性及其陸殼成熟度，對于指導(dǎo)鈾礦找礦工作顯得尤為重要。

1 研究思路及方法

地殼成熟度的具體標(biāo)志主要體現(xiàn)在一系列地球化學(xué)參數(shù)上。因此，通過巖石地球化學(xué)及其同位素地球化學(xué)示蹤等技術(shù)手段，選取適當(dāng)?shù)牡鼗瘏?shù)，對研究區(qū)不同構(gòu)造單元的地殼成熟度進(jìn)行分析對比，有可能探討和大致厘定研究區(qū)砂巖型鈾礦的成礦遠(yuǎn)景。

通過典型地段的取樣分析，借助現(xiàn)有巖石地球化學(xué)構(gòu)造判別圖解，判斷相應(yīng)地段古生代大地構(gòu)造屬性，恢復(fù)研究區(qū)古生代大地構(gòu)造格局。

Miyashiro（1974）通過對島弧和大陸邊緣弧火山巖系列的詳細(xì)研究[6]，將火山弧劃分為3種類型 （表1），在判定火山島弧地殼成熟度上把FeO／MgO值作為一項(xiàng)重要指標(biāo)，認(rèn)為在SiO2含量相同的條件下，隨著島弧成熟度的提高，F(xiàn)eO／MgO值不斷增大，而巖石的屬性就逐漸從拉斑系列轉(zhuǎn)為鈣堿性系列。把火成巖劃分成拉斑系列、鈣堿性系列、高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列是在SiO2含量相等的條件下，根據(jù)K2O含量的高低而確定的，但這種劃分并沒有反映出K2O和Na2O含量之間的多寡。為了說明巖石是鉀質(zhì)的或富鉀的，在具體研究工作中引入K2O／Na2O參數(shù)。因?yàn)樗c地殼成熟度、特別是與研究區(qū)是否能成為主要的產(chǎn)鈾區(qū)有很大的關(guān)系?；蛘哒f，根據(jù)Miyashiro的分類，巖石可以是高鉀的（相對于SiO2含量來說），但不一定是鉀質(zhì)的或富鉀的[7]。

表1 火山弧巖石類型、巖石系列和地殼厚度特征Table 1 Rock types and series and the crust thickness in volcanic arcs

在研究工作中，筆者以Miyashiro的劃分方案為基礎(chǔ)，選取了火山巖全分析的若干項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。具體做法如下：選取產(chǎn)出砂巖型鈾礦盆地所屬的構(gòu)造單元中的礦前期 （前盆地期或盆地沉積期但先于砂巖型鈾礦成礦）的火山巖樣品，依據(jù)圖解厘定其巖石系列歸屬，推算巖石生成時(shí)的地殼厚度，并計(jì)算相應(yīng)巖石的FeO／MgO、K2O／Na2O值，由此推斷巖石生成時(shí)的大地構(gòu)造環(huán)境和地殼成熟度。此外，還對比了國外重要鈾礦產(chǎn)出區(qū)的地質(zhì)背景，把火山巖的K2O／Na2O＞0.8作為有利于區(qū)域鈾礦化發(fā)育的指標(biāo)，同時(shí)加上高鉀鈣堿性－鉀玄巖系列，F(xiàn)eO／MgO＞1.00兩項(xiàng)輔助性指標(biāo)，對研究區(qū)內(nèi)陸塊是否有利于砂巖型鈾礦化的發(fā)育進(jìn)行了基本評價(jià)。

2 研究區(qū)不同地段古生代大地構(gòu)造屬性及其地殼成熟度

為查明中央亞洲活動(dòng)帶 （中國段）內(nèi)不同構(gòu)造單元古生代大地構(gòu)造屬性及其相應(yīng)的地殼成熟度，筆者有針對性地在相應(yīng)地段采集了代表性的古生代火山巖樣品。根據(jù)區(qū)內(nèi)中新生代沉積盆地的分布以及砂巖型鈾礦化的產(chǎn)出特征，將伊犁盆地南北緣，吐哈盆地南北緣，準(zhǔn)噶爾盆地北緣、西北緣以及東緣，二連盆地東北緣和西南緣，海拉爾盆地北緣和東緣作為重點(diǎn)采樣地段，在收集前人大量地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充與參考的基礎(chǔ)上，通過巖石地球化學(xué)及同位素地球化學(xué)示蹤古構(gòu)造等方法，恢復(fù)相應(yīng)地段的古生代大地構(gòu)造屬性，并推算該地段的地殼厚度及其地殼成熟度。

同時(shí)，以蒙古多爾諾特火山巖型鈾礦田和國內(nèi)產(chǎn)鈾盆地 （測老廟）為產(chǎn)鈾樣板區(qū)，總結(jié)這些產(chǎn)鈾區(qū)內(nèi)火山巖 （特別是中基性巖）共同的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，即：火成巖多數(shù)為高鉀鈣堿性巖至鉀玄巖系列，反映當(dāng)時(shí)的地殼古厚度在40～67km；從晚古生代到中生代火成巖的FeO／MgO值逐漸增高，從0.73增高到1.20，K2O／Na2O值則由0.52增高至0.79。這些數(shù)據(jù)均對應(yīng)于成熟古陸殼的指標(biāo)，筆者將其當(dāng)作有利于砂巖型鈾礦產(chǎn)出的巖石－地球化學(xué)參數(shù)，并將伊犁、吐哈、準(zhǔn)噶爾、三塘湖、北山盆地群，以及二連、海拉爾、松遼等盆地周邊火山巖 （或侵入巖）的數(shù)據(jù)與其進(jìn)行對比分析，探討相應(yīng)地段的陸殼成熟度。

2.1 研究區(qū)古生代大地構(gòu)造屬性

研究中所遵循的多島海構(gòu)造演化模式有別于經(jīng)典的板塊構(gòu)造理論，即中央亞洲活動(dòng)帶的構(gòu)造演化過程并非是西伯利亞古陸塊和塔里木－中朝 （華北）古陸塊之間不斷地相對增生，最終碰撞對接形成統(tǒng)一大陸的過程，而是一個(gè)由眾多島弧和弧后盆地構(gòu)成的古生代多島海，在地殼匯聚過程中不斷發(fā)生弧后衰萎或弧－陸碰撞乃至?。∨鲎捕罱K演化為統(tǒng)一陸殼的過程。即不是傳統(tǒng)認(rèn)識上的兩大古陸塊之間的 “硬”碰撞[8]。

眾多證據(jù)表明[9]，弧后盆地衰萎時(shí)多島海弧后地區(qū)的巖漿作用非?；钴S。地質(zhì)歷史上出現(xiàn)的火山弧并非都是活動(dòng)大陸邊緣的陸內(nèi)火山弧，有一些可能是弧后衰萎的巖漿弧。研究區(qū)內(nèi)分布的眾多蛇綠巖帶，代表著不同時(shí)代消減的弧后盆地的洋殼基底殘片[10－11]。在研究區(qū)整個(gè)古生代的構(gòu)造演化歷史中并未發(fā)生過兩大古陸塊的直接碰撞，而只是?。∨鲎不蚧。懪鲎?。

基于研究區(qū)重點(diǎn)盆地相應(yīng)地段古生代巖石地球化學(xué)分析結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)有大量文獻(xiàn)的分析數(shù)據(jù)及相應(yīng)成果認(rèn)識，初步確定了研究區(qū)相應(yīng)地段的古生代大地構(gòu)造屬性 （表2、圖2）。

表2 研究區(qū)已知產(chǎn)鈾地段古生代大地構(gòu)造屬性及地殼成熟度對比Table 2 Paleozoic tectonic attribute and crustal maturity of known uranium mineralization in research region

如前所述，工作區(qū)古生代并未出現(xiàn)過真正意義上的大洋[1，8]，其匯聚型過渡殼階段大體上相當(dāng)于規(guī)模較小的洋盆，沒有發(fā)育良好的島弧或陸緣弧，而是通過小規(guī)模俯沖或仰沖，主要以堆疊方式完成匯聚[2]。在構(gòu)造環(huán)境復(fù)原示意圖上 （圖2），筆者劃分出古陸塊（含中間地塊）、被動(dòng)大陸邊緣、火山島弧、弧后盆地、坳拉谷 （裂谷）等不同類型的構(gòu)造單元。通過對該圖的判讀和分析，對研究區(qū)內(nèi)古生代不同部位的構(gòu)造屬性及砂巖型鈾礦的區(qū)域評價(jià)預(yù)測可得出如下認(rèn)識：

（1）伊犁地塊南北兩側(cè)的古生代構(gòu)造環(huán)境存在顯著差異，地塊南側(cè)為火山型被動(dòng)陸緣，而北側(cè)為非火山型被動(dòng)陸緣。

（2）賽里木地塊周邊均為非火山型被動(dòng)陸緣。

（3）準(zhǔn)噶爾地塊的西側(cè)和西南側(cè)為陸殼成熟度相對較高的火山型被動(dòng)大陸邊緣或火山島弧，而東南側(cè)是博格達(dá)裂谷，東北側(cè)和北側(cè)主要是弧后盆地。由于前人沒有準(zhǔn)確地劃分出作為弧后盆地關(guān)閉、結(jié)束的蛇綠巖帶，因此將其籠統(tǒng)地稱之為東準(zhǔn)、西準(zhǔn)弧盆系。

（4）吐哈地塊南側(cè)是陸殼成熟度較高的小熱泉子－大南湖火山島弧，北側(cè)毗鄰博格達(dá)裂谷和哈爾里克弧后盆地。

（5）三塘湖盆地古生代為火山島弧和弧后盆地，沒有明顯的古陸塊。

（6）北山盆地群所在地區(qū)雖然存在小型的卡瓦布拉克－馬鬃山中間地塊，但其古生代構(gòu)造環(huán)境的主體是弧后盆地和火山島弧。

（7）據(jù)海西期花崗巖巖石地球化學(xué)特征，結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)圖上出現(xiàn)的前寒武紀(jì)地層殘留推斷，狼山－烏力吉地區(qū)為前古生代地塊。

（8）二連盆地西緣、北緣及東緣的周邊地區(qū)存在殘留的古陸塊。盆地西南部白云鄂博－達(dá)茂旗一帶和蘇尼特隆起存在不成熟島弧 （蘇左旗－錫林浩特火山島?。┖突『笈璧?（溫都爾廟弧后盆地和白云鄂博弧間盆地）。

（9）松遼中間地塊周邊的3條弧后 （弧間）盆地——賀根山－黑河弧后盆地、嘉蔭－牡丹江弧間盆地和西拉木倫－延吉弧間盆地將其與西北側(cè)的興安中間地塊群和蒙古－額爾古納中間地塊與東側(cè)的布列亞－佳木斯中間地塊以及南側(cè)的中朝古陸塊相分隔，構(gòu)成一種四周地塊都呈正向隆起地形，而中心 （松遼地塊）呈負(fù)向凹陷地形的獨(dú)特地貌景象。這些弧后 （弧間）盆地的隨后關(guān)閉和該區(qū)中生代的強(qiáng)烈構(gòu)造巖漿活化，使這些零星的地塊拼接成中生代統(tǒng)一的成熟陸塊。這些陸塊之間未發(fā)生過直接碰撞。

（10）區(qū)內(nèi)古生代中間地塊在中新生代出現(xiàn)兩種不同的演化趨勢，大體上來講，西部面積較大的地塊在中新生代均發(fā)生沉降 （相對于周邊地質(zhì)體），形成中新生代沉積盆地（如準(zhǔn)噶爾盆地、伊犁盆地、吐哈盆地、賽里木盆地等）；東部的中間地塊 （除松遼地塊以外），均發(fā)生不同程度的隆升，并出現(xiàn)較強(qiáng)烈的巖漿構(gòu)造活化，形成中生代的巖漿巖（火山巖）帶；處于中間地帶的烏力吉－狼山地塊出現(xiàn)盆地－巖漿巖帶復(fù)合體。這無疑是中生代以來太平洋板塊對中國大陸東部作用的結(jié)果。

2.2 地殼成熟度

陸塊的地殼成熟度是判別盆地砂巖型鈾礦成礦的重要判據(jù)。砂巖型鈾礦都趨附于地殼成熟度高的陸塊，而以不成熟島弧和弧后盆地為基底和鈾源區(qū)的盆地則不利于后期砂巖型鈾礦成礦作用的進(jìn)行。盆地基底和周邊巖漿巖的高鉀性是判別該塊體地殼成熟度和產(chǎn)鈾性的重要標(biāo)志。

研究區(qū)地殼成熟度在東西部存在明顯的差異 （表2）。西部地區(qū)中生代的陸殼成熟度大體上沿襲了晚古生代的狀態(tài)，而東部地區(qū)在晚古生代和中生代存在明顯的不同。這與研究區(qū)古生代多島海構(gòu)造格局的時(shí)空演化以及東部太平洋板塊運(yùn)動(dòng)有著直接的聯(lián)系。多島海構(gòu)造格局從晚古生代自西向東呈剪刀式關(guān)閉，在時(shí)間上具有西早東晚的特點(diǎn)；太平洋板塊運(yùn)動(dòng)使得東部地區(qū)在晚古生代島弧環(huán)境的基礎(chǔ)上，又經(jīng)歷了強(qiáng)烈的中生代早期巖漿活化改造，使得地殼成熟度在中生代時(shí)期有了很大程度的提升。這時(shí)的古構(gòu)造環(huán)境亦轉(zhuǎn)變?yōu)榈貧こ墒於认喈?dāng)高的大陸邊緣弧。二連盆地、海拉爾盆地和松遼盆地周邊的古生代和中生代早期火成巖的巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)，均反映出中生代巖漿改造作用大幅度提升該區(qū)的地殼成熟度，并且從火山巖K2O／Na2O值的逐漸增大也可推斷該區(qū)砂巖型鈾礦的成礦潛力在不斷增大。

例如，松遼盆地北部和東北部所分布的下古生界至上石炭統(tǒng)淺變質(zhì)巖，其原巖很可能就是島弧 （或大陸邊緣?。┗鹕綆r，反映著盆地北側(cè)和東北側(cè)古生代的島弧環(huán)境。中生代巖漿活化作用使古生代的島弧陸殼成熟度大幅度提高，成為一片由眾多分散的古陸塊 （包括盆地基底的前寒武紀(jì)古陸塊和古生代陸塊）連接在一起的較大面積的成熟陸塊。

3 成熟陸殼對鈾礦 （特別是砂巖型鈾礦）的時(shí)空控制

關(guān)于成熟陸殼對鈾礦的時(shí)空控制，即鈾礦對于成熟陸殼的趨附性，前人已有不少論述。前蘇聯(lián)學(xué)者曾估算，大約有98.9%的可靠鈾儲(chǔ)量分布在地臺(tái)和中間地塊上，亦即成熟的古老地塊上 （ЕвстракинВ.А，1975）。Bowie S.H.U.也曾多次 （1975，1979，1985）指出，世界低成本鈾儲(chǔ)量都賦存在前寒武紀(jì)巖石或直接覆蓋在前寒武紀(jì)基底的顯生宙沉積物中。同時(shí)強(qiáng)調(diào)，地球上鈾元素在新太古代至早元古代最早的地球殼幔分異過程中就發(fā)生了強(qiáng)烈分異而趨向于集中在當(dāng)時(shí)形成的幾大塊古陸塊（殼）中，隨后的鈾成礦作用只是這些鈾豐度增高 （相對于較晚時(shí)期形成的陸殼而言）的古陸殼中鈾再分配富集的結(jié)果。這些古陸塊也就成為地球上最重要的鈾成礦省[12]。

砂巖型鈾礦主要形成于中新生代，因此在時(shí)間上出現(xiàn)在成熟陸殼形成之后，并且其空間定位亦受成熟陸殼的控制。

成熟陸殼對砂巖型鈾礦的時(shí)空控制作用可以歸納為以下幾個(gè)方面：

（1）成熟古陸殼嚴(yán)格控制了鈾礦的時(shí)空分布，砂巖型鈾礦床也不例外，成熟古陸殼是砂巖型鈾礦床發(fā)育的區(qū)域前提條件之一；

（2）如果說石英卵石礫巖型和不整合面型鈾礦嚴(yán)格出現(xiàn)在成熟古陸殼出現(xiàn)之后，那么成熟陸殼對砂巖型鈾礦的時(shí)間控制的關(guān)系則是：代表成熟古陸殼的鉀質(zhì)富鈾花崗巖類（也可以是中酸性火山巖，下同）出露至近地表并進(jìn)入地下水作用圈之后；

（3）砂巖型鈾礦空間上受成熟古陸殼的控制，不只是簡單地表現(xiàn)為產(chǎn)鈾盆地直接坐落在古老的前寒武系基底上，而更多地表現(xiàn)在鈾礦區(qū)都趨附于代表成熟古陸殼的鉀質(zhì)富鈾花崗巖體發(fā)育區(qū)，并且鈾礦床取源于這些富鈾巖石。這些鉀質(zhì)富鈾花崗巖可能是古老陸殼的重熔（或部分熔融）生成的，因此可看作是比古老陸殼巖石更重要的 “轉(zhuǎn)生鈾源巖”；

（4）作為砂巖型鈾礦鈾源的花崗巖類并不一定要具有很高的鈾含量，而是要具有較高的活性鈾 （可浸出鈾）份額；

（5）在砂巖型鈾礦成礦作用過程中，潛在鈾源巖石 （花崗巖或中酸性火山巖）的蝕變和破碎是活性鈾增量的重要條件。因此，大范圍 （體積）的巖石破碎和蝕變是砂巖型鈾礦成礦的良好條件。

4 基于多島海地質(zhì)演化理論的砂巖型鈾礦時(shí)空定位模式

基于對砂巖型鈾礦成礦作用過程的認(rèn)識，以及考慮到如下幾個(gè)方面，筆者建立了基于多島海地質(zhì)演化理論的砂巖型鈾礦時(shí)空定位模式 （圖3）。

這個(gè)模式所涵蓋的內(nèi)容包括：

（1）成礦前區(qū)域構(gòu)造特征和盆地基底的大地構(gòu)造屬性；

（2）容礦主砂體形成的構(gòu)造體制和沉積環(huán)境，成礦階段能夠進(jìn)入成礦地下水動(dòng)力系統(tǒng)的潛在鈾源巖；

（3）容礦主砂體 （或主巖建造）所經(jīng)歷的后期構(gòu)造改造樣式和強(qiáng)度；

（4）砂巖型鈾礦形成之后可能經(jīng)受的構(gòu)造改造。

這一砂巖型鈾礦時(shí)空定位模式將成因模式和預(yù)測模式融為一體，著重強(qiáng)調(diào)了成盆前區(qū)域構(gòu)造屬性 （由此推斷其地殼成熟度）和潛在鈾源巖石中的 “活性鈾”，并把成熟度高的陸殼基底、活性鈾份額高的鈾源巖石作為評價(jià)預(yù)測砂巖型鈾礦遠(yuǎn)景的兩條補(bǔ)充性判據(jù)。

[1]李述靖，白 鐵 .蒙古弧地質(zhì)構(gòu)造特征及形成演化概論 [M].北京：地質(zhì)出版社，1998.

[2]李巨初，陳友良，張成江 .鈾礦地質(zhì)與勘查簡明教程 [M].北京：地質(zhì)出版社，2011.

[3]J.Ferguson.The uranium cycle [C]∥Proceedings of a technical committee meeting.Recognition of uranium provinces.London：1985，18－20.

[4]許靖華，崔可銳，施央申 .一種新型的大地構(gòu)造相模式和弧后碰撞造山 [J].南京大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），1994，30 （3）：381－389.

[5]何國琦，李茂松，劉德權(quán)，等 .中國新疆古生代地殼演化及成礦 [M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1994.

[6]Miyashiro A.Volcanic rock series in island arcs and ac－tion continental margins [J].Am J.Sci，1974，274：321－355.

[7]鄧福晉，羅照華，蘇尚國，等 .巖石成因、構(gòu)造環(huán)境與成礦作用 [M].北京：地質(zhì)出版社，2004.

[8]肖序常 .古中亞復(fù)合巨型縫合帶南緣構(gòu)造演化[M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

[9]許靖華，孫 樞，王清晨，等.1∶400萬中國大地構(gòu)造相圖 [R].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

[10]秦克章，孫 樞，陳海泓，郝 杰 .新疆北部金屬礦床時(shí)空分布格局——古生代多島海型碰撞造山帶的標(biāo)志 [C]∥陳海泓，侯泉林，肖文交 .中國碰撞造山帶研究 .北京：海洋出版社，1999，183－196.

[11]李錦軼，王克卓，孫桂華，等 .東天山吐哈盆地南緣古生代活動(dòng)陸緣殘片：中亞地區(qū)古亞洲洋板塊俯沖的地質(zhì)記錄 [J].巖石學(xué)報(bào)，2006，22 （5）：1087－1102.

[12]Bowie S.H.U.The mode of occurrence and distribution of uranium deposits，in theoretical and Practical aspects of uranium geology[M].London：Royal Society，1979.