李華明，李玲，王果，苗愛生

（核工業(yè)二○八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

銀宮山地區(qū)位于華北板塊北緣［1］，行政區(qū)劃上屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，是我國(guó)重要的有色金屬礦集區(qū)，同時(shí)也是稀土、煤等礦產(chǎn)的重要產(chǎn)出區(qū)［2-3］。2010 年以來，銀宮山地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多處熱液型鈾礦化，顯示出良好的找礦前景。該地區(qū)鈾礦化的研究主要集中于大東山巖體中發(fā)育的礦化點(diǎn)，核工業(yè)二〇八大隊(duì)針對(duì)其進(jìn)行了部分鉆探施工，取得一定的找礦成果，重點(diǎn)研究了鈾礦化特征和控礦因素，對(duì)礦化成因做了初步論述［4］。而對(duì)于大東山巖體中發(fā)育的與閃長(zhǎng)玢巖脈相關(guān)的鈾礦化則幾乎未開展工作，僅初步完成了鈾礦地質(zhì)調(diào)查及礦點(diǎn)檢查工作，由于多種原因的限制，勘查工作同樣未深入開展。但根據(jù)目前僅有的勘查情況來看，與閃長(zhǎng)玢巖脈有關(guān)的鈾礦化礦化程度高，控礦作用明顯，成礦潛力巨大，礦化成因及礦化特征的研究亟待進(jìn)行。因此，有必要針對(duì)銀宮山地區(qū)閃長(zhǎng)玢巖脈進(jìn)行深入的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)等綜合研究，明確閃長(zhǎng)玢巖脈與鈾礦化成因的關(guān)系，進(jìn)一步查明該類型鈾礦化的特征，確定找礦方向。據(jù)此，本文針對(duì)賦礦的閃長(zhǎng)玢巖脈開展鋯石U-Pb 年代學(xué)、巖石地球化學(xué)等研究，結(jié)合鈾礦物產(chǎn)出特征，分析閃長(zhǎng)玢巖脈與鈾成礦作用的關(guān)系，對(duì)查明該區(qū)鈾礦床的控礦因素、礦化成因及進(jìn)一步的鈾礦勘查工作有一定的指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景

內(nèi)蒙古銀宮山地區(qū)大地構(gòu)造位置緊鄰中亞造山帶，為華北板塊北緣的一部分，二級(jí)構(gòu)造單元包括華北地塊和中元古代大陸邊緣造山帶［5-7］（圖1），其中華北地塊包括陰山隆起和鄂爾多斯坳陷兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，其再向北則為西伯利亞板塊南緣的錫林浩特微陸塊（中間地塊）［8-12］。

圖1 華北板塊北緣構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾?jiǎn)圖Fig.1 The tectonic units in the north margin of North China Plate

銀宮山地區(qū)出露地層主要包括新太古界烏拉山群（Ar3W）、新元古界震旦系什那干群（ZS）、古生界上石炭統(tǒng)拴馬樁組（C2s）、中生界中侏羅統(tǒng)大青山組（J2d）、新生界第四系［13-15］（圖2）。

研究區(qū)巖漿巖具有多旋回發(fā)育的特征，主要有新太古代花崗巖、中-新元古代花崗巖、石炭紀(jì)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、三疊紀(jì)花崗巖及侏羅紀(jì)花崗巖等。不同時(shí)代巖體均呈近東西向展布，受近東西向深斷裂控制，部分早中侏羅世巖體則受北東向斷裂的影響而呈北東向展布。

2 巖石學(xué)特征

2.1 花崗巖

銀宮山地區(qū)出露大量石炭紀(jì)-三疊紀(jì)花崗巖體，其主體為大東山序列花崗巖（三疊紀(jì)），其次為東腦包序列花崗巖（石炭紀(jì)）（圖2）。巖體主要侵入新太古界烏拉山群、上石炭統(tǒng)拴馬組，個(gè)別地區(qū)見侵入震旦紀(jì)什那干群。被侵入的地層為一套砂礫巖、砂頁(yè)巖夾劣煤層和長(zhǎng)石砂巖夾灰?guī)r、泥灰?guī)r。研究區(qū)內(nèi)的大東山序列花崗巖主要由4 個(gè)單元構(gòu)成：一單元中細(xì)?；◢弾r（TγD1），主體為黑云母二長(zhǎng)花崗巖、二云母鉀長(zhǎng)花崗巖，主要出露在大東山巖體東部的下營(yíng)盤地區(qū)，出露面積較小，約10 km2；二單元中粗粒黑云母花崗巖（TγD2），構(gòu)成大東山巖體的主體，出露面積較大，約1 000 km2，呈大型巖基狀產(chǎn)出；三單元花崗巖（TγD3）出露在大東山巖體的中部，由中細(xì)粒黑云母花崗巖構(gòu)成；四單元中粗粒似斑狀花崗巖（TγD4），出露面積較小，約10 km2。筆者對(duì)各單元花崗巖的礦物種類及含量進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表1。

表1 大東山序列花崗巖的礦物含量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics on the mineral content of granites in Dadongshan sequence

圖2 內(nèi)蒙古銀宮山地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch of Yingongshan area，Inner Mongolia

2.2 閃長(zhǎng)玢巖脈

研究區(qū)除了出露有花崗巖外，還分布有不同產(chǎn)狀的各類巖脈，其中以閃長(zhǎng)玢巖脈與鈾礦化關(guān)系最為密切。閃長(zhǎng)玢巖多呈脈狀穿插于大東山序列二單元中粗粒黑云母花崗巖中，寬約1～2.5 m 不等，走向?yàn)?28°～133°，手標(biāo)本具有斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為斜長(zhǎng)石和角閃石（圖3），基質(zhì)以板條狀斜長(zhǎng)石為主（30%～35%），其次為鉀長(zhǎng)石（20%～25%）、他形角閃石（10%～15%）、石英（5%～10%）、黑云母（0～10%），其中黑云母多發(fā)生綠泥石化蝕變，同時(shí)見少量鐵氧化物、次生白云母、鈦鐵礦、鋯石、磷灰石等礦物。

圖3 銀宮山地區(qū)閃長(zhǎng)玢巖的野外露頭（a）、手標(biāo)本（b）和顯微特征（c）Fig.3 Outcrops（a），hand specimens（b）and microscopic photos（c）of diorite porphyrite in Yingongshan area

3 樣品采集與分析

本次研究采集了與礦化有關(guān)的閃長(zhǎng)玢巖脈及其圍巖大東山序列二單元中粗粒黑云母花崗巖樣品，應(yīng)用鋯石LA-ICP-MS 法對(duì)其成巖年齡進(jìn)行了精確厘定［16-18］，其中選取兩個(gè)閃長(zhǎng)玢巖樣品進(jìn)行定年，分別為新鮮（未發(fā)生礦化蝕變）的樣品WLC-02 和發(fā)生礦化蝕變的樣品DNB-08；選取大東山序列二單元中粗粒黑云母花崗巖兩個(gè)樣品進(jìn)行定年，分別為WLC-11、YGS-15a。選取6 個(gè)閃長(zhǎng)玢巖樣品進(jìn)行主、微量元素含量分析［19-22］，分別為3 個(gè)新鮮（未發(fā)生礦化蝕變）的樣品WLC-02、WLC-03、WLC-04 和3 個(gè)發(fā)生礦化蝕變的樣品DNB-07、DNB-08、DNB-09。

鋯石分選在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，首先從每件樣品中分選出約100～200 顆單顆粒鋯石，然后制靶、打磨拋光，進(jìn)行鋯石CL（陰極發(fā)光成像）圖像采集，應(yīng)用Quanta 400 型掃描電子顯微鏡上的Mono CL3+陰極熒光探頭完成圖像采集，觀察鋯石的結(jié)構(gòu)。鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年應(yīng)用Agilent 7500 ICP-MS、NEW Wave UP213 激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)共同完成，激光斑束直徑為33 μm，頻率為10 Hz，分析過程參考文獻(xiàn)［14］。樣品同位素?cái)?shù)據(jù)處理采用GLITTER 4.0 計(jì)算軟件，普通Pb 校正采用Andersen 的方法［23］，校正以后的結(jié)果采用Isoplot 程序（V.3.23）計(jì)算年齡和繪制諧和圖。

巖石主量元素分析在核工業(yè)二〇八大隊(duì)分析測(cè)試中心完成。采用堿熔玻璃片在日本理學(xué)RIX2100X 熒光光譜儀上進(jìn)行分析。測(cè)試過程采用標(biāo)樣以及重復(fù)樣監(jiān)控，分析精度一般優(yōu)于5%，燒失量通過馬沸爐采用高溫灼燒法分析獲得。微量元素和稀土元素分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，實(shí)驗(yàn)儀器為Elan 6100 DRC 電感耦合等離子質(zhì)譜儀。測(cè)試在超凈實(shí)驗(yàn)室中完成，樣品經(jīng)國(guó)際標(biāo)樣以及空白樣監(jiān)控，Co、Ni、Zn、Ga、Rb、Y、Zr、Nb、Ta 和REE（除Hf 和Lu）等元素分析精度優(yōu)于10%，其他低濃度元素的分析精度介于5%～10%。

4 分析測(cè)試結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb 同位素年齡

本次對(duì)閃長(zhǎng)玢巖脈及其圍巖大東山序列二單元中粗粒黑云母花崗巖樣品中的32粒鋯石進(jìn)行了91個(gè)測(cè)點(diǎn)的分析，鋯石的分析結(jié)果和代表性陰極發(fā)光圖像見圖4。鋯石呈無色透明或者黃褐色，多為自形長(zhǎng)柱狀晶形，少數(shù)為等粒，具明顯的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Th/U值較大，變化于0.46～2.37之間，平均值為0.99，上述特征說明，這些鋯石基本為巖漿鋯石［19］。

圖4 代表性閃長(zhǎng)玢巖（a）及黑云母花崗巖（b）鋯石CL 圖像Fig.4 Representative cathode luminescence（CL）images of the diorite porphyrite（a）and biotite granite（b）

4.1.1 閃長(zhǎng)玢巖脈

WLC-02 樣品共測(cè)試分析20 個(gè)點(diǎn)，其中11個(gè)測(cè)點(diǎn)位于鋯石振蕩環(huán)帶上，具有較高的諧和度，且都投影在諧和線上，其U 含量變化在（46～530）×10-6之間，Th 含量變化在（73～465）×10-6之間，Th/U 值在0.72～1.93 之間（表2）。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（231.9±2.1）Ma，MSWD＝1.7（圖5），代表其成巖年齡。

圖5 銀宮山地區(qū)未蝕變閃長(zhǎng)玢巖鋯石U-Pb 年齡諧和年齡（a）和加權(quán)平均年齡（b）圖Fig.5 U-Pb concordant age（a）and weighted average age（b）of the fresh diorite porphyrites in Yingongshan area

DNB-08 樣品共測(cè)試分析24 個(gè)點(diǎn)，其中18個(gè)測(cè)點(diǎn)的諧和度較高，測(cè)試分析結(jié)果顯示出了三組加權(quán)平均年齡數(shù)據(jù)，分別為：第一組，U 含量變化在（102～652）×10-6之間，Th 含量為（120～893）×10-6，Th/U 值在0.60～2.01 之間，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（242.3±2.0）Ma，MSWD＝0.53；第二組，U 含量變化在（291～703）×10-6之間，Th 含量變化在（210～565）×10-6之間，Th/U 值在0.62～1.06 之間，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（210.8±2.0）Ma，MSWD＝0.79；第三組，U 含量變化在（506～1 885）×10-6之間，Th 含量變化在（278～904）×10-6之間，Th/U 值在0.46～0.91之間，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（128.3±7.5）Ma，MSWD＝2.7（表2，圖6）。

圖6 銀宮山地區(qū)礦化蝕變閃長(zhǎng)玢巖鋯石U-Pb 諧和年齡（a）和加權(quán)平均年齡（b、c、d）Fig.6 U-Pb concordant age（a）and weighted average age（b，c，d）of the altered and mineralized diorite porphyrite in Yingongshan area

4.1.2 大東山序列二單元花崗巖

WLC-11 共分析了23 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中測(cè)自振蕩環(huán)帶上的9 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)給出的206Pb/238U 年齡較為一致，其U 含量在（148～13 377）×10-6之間變化，Th 含量在（169～6 174）×10-6之間變化，Th/U 值為0.34～1.27（表2）。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（232.8±2.0）Ma，MSWD＝1.8（圖7a、b），代表其成巖年齡。

YGS-15a 樣品共測(cè)試分析24 個(gè)點(diǎn)，U 含量為（103～429）×10-6，Th 含量為（84～559）×10-6，Th/U 值在0.76～1.21之間變化（表2）。U-Pb 年齡諧和圖顯示，16 個(gè)測(cè)點(diǎn)的諧和度較高，只有少部分測(cè)點(diǎn)偏離。測(cè)試分析結(jié)果顯示206Pb/238U 年齡為258～239 Ma 之間，加權(quán)平均年齡為（247.4±3.0）Ma（MSWD＝4.5），代表該樣品的成巖年齡（圖7c、d）。

圖7 大東山序列二單元中粗粒黑云母花崗巖WLC-11（a、b）、YGS-15a（c、d）的鋯石U-Pb 諧和年齡和加權(quán)平均年齡Fig.7 U-Pb concordant age and weighted average age of coarse-grained biotite granite WLC-11（a，b），YGS-15a（c，d）in the second unit of Dadongshan sequence

4.2 地球化學(xué)特征

研究區(qū)閃長(zhǎng)玢巖SiO2含量為55.60%～58.90%，平均值為57.42%。樣品分析結(jié)果顯示，隨SiO2含量的升高，Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO 含量都明顯降低，顯示了負(fù)相關(guān)性，P2O5和TiO2含量明顯升高，顯示了正相關(guān)性。MnO、Na2O 未見明顯相關(guān)性，且含量變化很大，分別為0.06%～0.68%、2.33%～4.31%。A/CNK 值為0.73～0.97（表3）。

表3 銀宮山地區(qū)閃長(zhǎng)玢巖主量元素/%及微量元素/10-6分析結(jié)果Table 3 Analysis results of major elements (%)and trace elements (10-6)of the diorite porphyrite in Yingongshan area

依據(jù)分析測(cè)試結(jié)果繪制礦化蝕變閃長(zhǎng)玢巖不相容元素的微量元素蛛網(wǎng)圖（圖8a），結(jié)果顯示，其最顯著特征為U 的異常富集，同時(shí)可見Rb、K、Pb、Zr 相對(duì)于相鄰元素，呈現(xiàn)不同程度的富集，Ba、Nb、Ta、Ce、Sr、Yb 相對(duì)于相鄰元素，呈現(xiàn)不同程度的虧損。

根據(jù)礦化蝕變閃長(zhǎng)玢巖稀土元素分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)閃長(zhǎng)玢巖稀土總量較高（ΣREE＝126.08×10-6～380.83×10-6），中、重稀土分異性很強(qiáng)（GdN/YbN＝1.81～5.42），輕稀土富集（LaN/YbN＝25.78～56.50），同時(shí)具有弱Eu 負(fù)異常（δEu＝0.71～0.87），稀土配分模式為右傾型（圖8b）。

圖8 銀宮山地區(qū)礦化蝕變閃長(zhǎng)玢巖微量元素蛛網(wǎng)圖（a）及稀土配分圖（b）（原始地幔數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［24］）Fig.8 The spider diagram of trace element（a）and REE pattern（b）of the altered and mineralized diorite porphyrite in Yingongshan area（standardized data quotes from reference［24］）

對(duì)比三組無礦化和三組礦化的樣品，發(fā)現(xiàn)它們的多數(shù)主量和微量元素含量都相似，但礦化樣品明顯富MnO（0.21%～0.68%）、MgO（2.01%～4.54%）而貧Na2O（2.33%～3.12%），表明它們經(jīng)歷了熱液蝕變作用，隨著蝕變作用發(fā)生了MnO、MgO 的代入及Na2O 的帶出（圖9a）。對(duì)比微量元素蛛網(wǎng)圖（圖9b），礦化蝕變的樣品具有明顯的U 和Pb 的富集，以及Sr 的虧損，其U 含量高達(dá)（934.21～974.52）×10-6，該特征與在BSE 圖像中發(fā)現(xiàn)的大量鈾礦物的特征吻合（圖10）。對(duì)比稀土元素組成，礦化閃長(zhǎng)玢巖與未礦化的特征類似，都具有高的稀土總量（93.19×10-6～380.83×10-6），輕稀土元素富集（LaN/YbN＝10.94～56.50），弱Eu 負(fù)異常（δEu＝0.23～0.96）的特征，呈右傾的稀土配分模式與二單元高Sr 低Yb 型花崗巖相似（圖9c）。

圖9 銀宮山地區(qū)閃長(zhǎng)玢巖主量元素（a）、微量元素（b）和稀土元素對(duì)比圖（c）（原始地幔和球粒隕石數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［24］）Fig.9 The comparison diagrams of major elements（a），trace elements（b）and REE pattern（c）of the diorite porphyrite in Yingongshan area（primary mantle and chondrite data quotes from reference［24］）

圖10 銀宮山地區(qū)礦化蝕變的閃長(zhǎng)玢巖的電子探針BSE 圖Fig.10 The electron microprobe BSE photos of altered and mineralized diorite porphyrite in Yingongshan area

上述地球化學(xué)特征表明這些閃長(zhǎng)玢巖脈在鈾富集礦化過程中發(fā)生了明顯的Mn、Sr和Pb的帶入，而同時(shí)伴隨有Mg和Na的帶出，而稀土元素含量未發(fā)生顯著的變化。

5 討論

系統(tǒng)的鋯石定年結(jié)果顯示研究區(qū)內(nèi)的大東山序列二單元中粗粒黑云母花崗巖主要形成于印支期早階段（247～233 Ma）；未礦化蝕變的閃長(zhǎng)玢巖脈同樣形成于印支期早階段（242～232 Ma），說明伴隨印支期大規(guī)模的花崗質(zhì)巖漿侵入作用，形成閃長(zhǎng)玢巖脈。對(duì)比礦化蝕變閃長(zhǎng)玢巖脈定年得到的三組數(shù)據(jù)，其中第一組年齡值與新鮮的閃長(zhǎng)玢巖的年齡一致（242 Ma），可視為其成巖年齡；第二組年齡可能是對(duì)印支期晚期巖漿熱事件疊加作用的一次記錄（211 Ma）；第三組年齡明顯晚于前述所有花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)的年齡（128 Ma），可能記錄了本地區(qū)最晚的一期熱事件對(duì)本地區(qū)的影響。因此，研究區(qū)的閃長(zhǎng)玢巖形成時(shí)期可以初步推測(cè)為印支期早期，閃長(zhǎng)玢巖形成后，又先后經(jīng)歷了印支晚期和燕山晚期兩次熱事件，這兩次熱事件對(duì)先期形成的鈾礦化進(jìn)行了疊加改造。盡管未蝕變的閃長(zhǎng)玢巖的U含量（29.21×10-6～55.77×10-6）顯著低于蝕變的巖石（934.21×10-6～974.52×10-6），但仍明顯高于地殼平均豐度（1.7×10-6）和上地殼平均豐度（2.7×10-6）［25］。在U-Th 相關(guān)圖解中投影在低Th 高U 區(qū)（圖11），與各單元花崗巖的投影區(qū)明顯分離。蝕變和新鮮的閃長(zhǎng)玢巖間呈水平的演化關(guān)系，說明隨熱液蝕變作用的進(jìn)行，U 相對(duì)于Th 發(fā)生了明顯的富集。它們Th含量與二單元花崗巖類似，但顯示了更加富U的特征。

圖11 銀宮山地區(qū)閃長(zhǎng)玢巖的U-Th 關(guān)系圖解（底圖數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［4］）Fig.11 U-Th relation diagram of the diorite porphyrite in Yingongshan area（data of base map quotes after reference［4］）

電子探針背散射圖像分析顯示，礦化蝕變的閃長(zhǎng)玢巖樣品DNB-07 中存在許多微粒狀的鈾礦物，形狀不規(guī)則，分布在長(zhǎng)石中（圖10）。

綜上所述，銀宮山地區(qū)出露的中性閃長(zhǎng)玢巖脈，形成于印支期（242～232 Ma），與同時(shí)期的二單元花崗巖為同期巖漿侵入的產(chǎn)物，但更富U（29.21×10-6～55.77×10-6）。鈾礦化蝕變的閃長(zhǎng)玢巖脈成巖后受到211 Ma 和128 Ma 兩次熱事件的影響，多發(fā)生綠泥石化蝕變并伴隨U 的高度富集。閃長(zhǎng)玢巖在蝕變過程中發(fā)生了Mn、Mg、Sr 和Pb 的帶入，而同時(shí)伴隨有Na 的帶出。閃長(zhǎng)玢巖脈鈾礦化蝕變的形成經(jīng)歷多期的熱事件疊加改造，同時(shí)伴隨著U 的多期次高度富集，鑒于其在研究區(qū)分布廣泛，其鈾成礦潛力巨大，在鈾礦找礦工作中應(yīng)給予該類型的鈾礦化充分的重視。

6 結(jié)論

1）銀宮山地區(qū)出露的閃長(zhǎng)玢巖脈，形成于印支期早階段（242～232 Ma），大東山序列二單元花崗巖體同樣形成于印支期早階段（247～233 Ma），二者為同期巖漿侵入的產(chǎn)物，但閃長(zhǎng)玢巖脈更富U（29.21×10-6～55.77×10-6）。

2）鈾礦化蝕變的閃長(zhǎng)玢巖成巖后受到211 Ma和128 Ma 兩次熱事件的影響，并伴隨U 的高度富集，鈾礦化成因可能與原生含鈾礦物的蝕變作用有關(guān)。

3）閃長(zhǎng)玢巖脈在鈾富集礦化過程中發(fā)生了明顯的Mn、Mg、Sr 和Pb 的帶入，而同時(shí)伴隨有Na的帶出，而稀土元素含量未發(fā)生顯著的變化。

致謝：本次研究得到中國(guó)核工業(yè)地質(zhì)局地勘費(fèi)項(xiàng)目的基金資助，樣品分析過程中得到中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持，再此一并致謝。