王 貴， 王凱興， 王 偉， 王 剛， 余馳達(dá)

(1.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000；2.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013)

龍首山鈾成礦帶東起民勤縣紅崖山，西至張掖市，北西向延伸約180 km。目前，在龍首山鈾成礦帶內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個(gè)鈾礦床、眾多鈾礦化和異常點(diǎn)，這些鈾礦化類型包括巖漿型、堿交代型和砂巖型，該鈾成礦帶是我國西北地區(qū)主要鈾成礦區(qū)之一(王生云等，2020；陳云杰等，2020；張金帶等，2012)。

紅石泉鈾礦床位于龍首山鈾成礦帶西段，屬于巖漿侵入巖型鈾礦床(張金帶等，2012)，礦化巖石主要是元古代偉晶狀花崗巖，鈾礦物以晶質(zhì)鈾礦為主，成礦時(shí)代為元古代(辛存林等，2013)。隨著勘探工作的深入，在紅石泉鈾礦床內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量受構(gòu)造控制的瀝青鈾礦，暗示該礦床內(nèi)存在熱液鈾成礦作用。以往對紅石泉鈾礦床的研究主要為元古代巖漿巖及巖漿鈾成礦作用(戎嘉樹等，1984；辛存林等，2013)。然而，對于改造晶質(zhì)鈾礦的流體有關(guān)的巖漿熱事件研究薄弱。通過對晶質(zhì)鈾礦研究，王偉等(2020)認(rèn)為紅石泉鈾礦床晶質(zhì)鈾礦形成之后經(jīng)歷了古生代熱液改造作用；紅石泉礦床晶質(zhì)鈾礦被改造的時(shí)期約為427 Ma(1)王生云，2020.龍首山鈾成礦帶關(guān)鍵控礦要素研究及遠(yuǎn)景評價(jià)[R].。筆者通過對紅石泉鈾礦床巖漿巖分析后發(fā)現(xiàn)，在元古代偉晶狀花崗巖南部以巖株?duì)钋秩氲亩L正長巖年齡約為421 Ma，該期次二長正長巖可能與紅石泉礦床元古代晶質(zhì)鈾礦的古生代改造的巖漿活動(dòng)有關(guān)。鑒于此，筆者選擇紅石泉礦區(qū)的二長正長巖作為研究對象，開展LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素年代學(xué)、元素地球化學(xué)特征研究，旨在探討其形成年齡、巖石成因及其與熱液鈾成礦之間的聯(lián)系。

1 地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造背景

紅石泉鈾礦床屬于祁連-秦嶺成礦省的祁連-龍首山成礦帶的西段，其在大地位置上位于華北板塊西南緣，阿拉善地塊的南緣，南接河西走廊盆地(圖1a)。紅石泉鈾礦床地質(zhì)演化經(jīng)歷了3個(gè)階段：前寒武紀(jì)地塊的形成和發(fā)展階段，古生代拱斷帶的形成和發(fā)展階段，中新生代斷塊活動(dòng)階段。該地區(qū)顯示出活動(dòng)-穩(wěn)定-再活動(dòng)-再穩(wěn)定的多旋回的發(fā)展演化特征，每個(gè)階段的沉積建造、構(gòu)造變形、變質(zhì)作用、巖漿活動(dòng)和成礦作用都有不同的特點(diǎn)。

圖1 北祁連裂谷區(qū)域地質(zhì)簡圖(a)和紅石泉鈾礦床地質(zhì)圖(b；辛存林等，2013)Fig.1 Simplified geological map of North Qilian rift(a) and geological map of the Hongshiquan uranium deposit(b) 1.第四系；2.元古界；3.下石炭統(tǒng)；4.二疊紀(jì)煌斑巖脈；5.古生代中粗?；◢弾r和二長正長巖；6.古生代斜長花崗巖和石英閃長巖；7.古元古代偉晶狀花崗巖；8.斷裂；9.鈾異常；10.采樣點(diǎn)

礦區(qū)出露的變質(zhì)地層包括古元古界龍首山群、中元古界墩子溝群和新元古界韓母山群。龍首山巖群是一套經(jīng)角閃巖相變質(zhì)作用改造的強(qiáng)烈變質(zhì)變形的地質(zhì)體。巖性主要為條帶狀、眼球狀混合巖夾斜長角閃巖、花崗質(zhì)片麻巖、黑云斜長片麻巖等。墩子溝群以角度不整合于龍首山巖群之上，下部由含炭硅質(zhì)板巖和變長石石英砂巖組成，上部為硅質(zhì)條帶白云巖、紋層狀白云巖、藻白云巖和含鐵白云巖等。韓母山群平行不整合于墩子溝群之上，由礫狀白云巖、含礫千枚巖和含炭絹云千枚巖、絹云石英千枚巖組成。區(qū)內(nèi)顯生宙地層分布零星，除底界以含磷層位為特點(diǎn)的寒武系碎屑巖、碳酸鹽巖局部分布外，早古生界缺失，晚古生界有泥盆系紫紅色磨拉石和安山質(zhì)凝灰?guī)r、玄武巖和石炭，二疊系碎屑巖呈局部斷陷盆地分布。礦區(qū)內(nèi)及周邊巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，主要發(fā)育侵入巖，分布十分廣泛，其類型多樣，包括超基性巖、基性巖、中性巖、酸性巖和堿性巖等，其中花崗巖類岀露面積約680 km2。

1.2 巖相學(xué)特征

紅石泉礦床內(nèi)出露的巖漿巖主要包括古元古代肉紅色偉晶狀花崗巖(戚佳偉等，2019)、早古生代石英閃長巖、花崗巖和二長正長巖以及少量晚古生代輝綠巖(藍(lán)德初，2019)。二長正長巖出露于古元古代偉晶狀花崗巖南側(cè)，侵入于元古代龍首山群變質(zhì)巖中(圖1b)。二長正長巖呈橘紅-紫紅色，巖性以中細(xì)粒塊狀含角閃石二長正長巖為主(圖2a)，主要造巖礦物為鉀長石、黑云母和石英，含少量角閃石和斜長石(圖2b)。鉀長石一般為微斜長石，具格子雙晶，粒徑為0.3～1.0 mm，含量為60%～80%。黑云母呈片狀產(chǎn)出，粒徑為0.2～1.0 mm，含量為5%～10%。少量他形粒狀石英，波狀消光，粒徑為0.1～0.5 mm，含量為1%～5%。副礦物有磁鐵礦、磷灰石和鋯石等。

圖2 紅石泉二長正長巖野外及鏡下顯微特征Fig.2 Field and microphotographs of Hongshiquan monzosyenitea.堿性巖露頭特征；b.堿性巖鏡下特征(+)；Qz.石英；Kf.鉀長石；Pl.斜長石；Bt.黑云母

1.3 鈾礦化特征

紅石泉鈾礦床礦化圍巖主要為偉晶狀花崗巖，其次為極少量塊狀石英巖。鈾礦石顏色主要有淺肉紅色、灰黑色和紫紅色(圖3)?；液谏V石主要分布在巖體與圍巖接觸部位的混染帶內(nèi)；紫紅色礦石是肉紅色礦石與灰黑色礦石疊加后期熱液作用形成。礦石主要為不等粒結(jié)構(gòu)，分散浸染狀-塊狀構(gòu)造，少量為脈狀和似脈狀構(gòu)造。鈾礦物主要包括晶質(zhì)鈾礦、瀝青鈾礦和鈾黑(圖3)。

圖3 紅石泉鈾礦床礦石及鈾礦物特征Fig.3 Ore and uranium mineral characteristic of the Hongshiquan uranium deposita.肉紅色礦石特征；b.肉紅色礦石中晶質(zhì)鈾礦呈粒狀；c.灰黑色礦石特征；d.灰黑色礦石中晶質(zhì)鈾礦被黑云母包裹；e.紫紅色礦石特征；f.紫紅色礦石中瀝青鈾礦沿裂隙充填

晶質(zhì)鈾礦呈灰黑色，半金屬光澤，多呈立方體自形晶，粒徑為0.1～0.3 mm，個(gè)別顆粒可達(dá)0.6 mm(圖3)。晶質(zhì)鈾礦多遭受溶蝕碎裂，在近旁生成鈾黑或?yàn)r青鈾礦，可見與黃鐵礦和鋯石共生。當(dāng)巖石中黑云母較多時(shí)，晶質(zhì)鈾礦更為發(fā)育。瀝青鈾礦呈脈狀、細(xì)脈狀分布于晶質(zhì)鈾礦空洞周邊及內(nèi)部的微裂隙中，部分與黃鐵礦、輝鉬礦、綠泥石、方鉛礦等共生(圖3)。

2 結(jié)果分析

2.1 分析方法

主量和微量元素測試、鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素測年是在南京聚譜分析檢測有限公司完成。主量元素利用安捷倫公司5 110型ICP-OES測試，以AGV-2(安山巖)與BHVO-2 (玄武巖)作為測試標(biāo)樣，測試的相對誤差小于2%。微量元素采用Agilent 7700x ICP-MS測定。質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10×10-6的微量元素，偏離范圍不超過±10%；質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50×10-6的微量元素，偏離范圍不超過±5%。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年測試是利用澳大利亞制造的193nm ArF 準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)完成。四極桿型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀由安捷倫科技制造，型號(hào)為Agilent7700x。標(biāo)準(zhǔn)鋯石91 500(1 062 Ma)作為測試外標(biāo)以校正儀器質(zhì)量歧視與元素分餾；標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1(600 Ma)與Pleovice(337 Ma)為盲樣檢驗(yàn)U-Pb定年數(shù)據(jù)質(zhì)量，原始的測試數(shù)據(jù)經(jīng)過ICPMSDataCal軟件離線處理完成。

2.2 地球化學(xué)特征

本次采集了7件二長正長巖樣品，其元素地球化學(xué)分析結(jié)果見表1。在花崗巖類TAS圖解中，樣品主要落入二長正長巖內(nèi)(圖4a)。里特曼指數(shù)(σ)為5.35～10.60，在AR-SiO2圖解中全部落入堿性區(qū)域(圖4b)。

圖4 紅石泉礦床二長正長巖TAS圖解(a；底圖據(jù)Middlemost, 1994)和AR-SiO2圖解(b；底圖據(jù)Wright, 1969)Fig.4 TAS diagram and AR-SiO2 diagram of monzosyenite in Hongshiquan deposit

表1 紅石泉礦床二長正長巖地球化學(xué)成分一覽表

紅石泉二長正長巖稀土元素總量(ΣREE)為466.80×10-6～905.77×10-6，LREE/HREE值為14.50～24.42，(La/Yb)N值為23.94～42.57。上述特征說明紅石泉二長正長巖稀土元素總量變化較大，輕、重稀土元素分餾明顯，輕稀土元素相對富集，重稀土元素相對虧損，在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上呈右傾型(圖5a)。δEu值為0.59～0.64，樣品具有中等程度的Eu虧損，δCe值為0.96～1.01，Ce基本無異常。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖5b)，樣品富集Th、U、Nd、Ta等元素，虧損Nb、Sr、P和Ti等元素。

圖5 二長正長巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a;Sun et al., 1989)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b；Boynton, 1984)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spider diagram of monzosyenite

2.3 二長正長巖年齡

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡測試結(jié)果見表2。二長正長巖鋯石長約120～210 μm，長寬比為1.0～2.1。陰極發(fā)光圖像顯示被測鋯石具有清晰的震蕩環(huán)帶(圖6)。鋯石U含量為300.71×10-6～308.63×10-6，Th/U值為0.48～1.32，說明被測鋯石為巖漿鋯石。定年結(jié)果顯示，分析點(diǎn)都集中分布在一致曲線上，206Pb/238U年齡為407～440 Ma，加權(quán)平均年齡為(421±2.3) Ma(MSWD=1.0；圖6)，該年齡代表了紅石泉鈾礦床二長正長巖的形成年齡。

圖6 紅石泉二長正長巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年結(jié)果Fig.6 LA-ICP-MS U-Pb isotopic dating of zircon from monzosyenite in Hongshiquan deposit

3 巖石成因及構(gòu)造意義

目前，二長正長巖主要存在3種成因模式：①由下地殼巖石部分熔融而成(Lubala et al., 1994; Huang et al., 1981)；②俯沖相關(guān)的交代地幔部分熔融或者堿性玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物(Sutcliffe et al.,1990;Lynch et al.,1993; Parker,1983; Brown et al., 1986; Thorpe et al., 1992; Yang et al., 2005; Rios et al., 2007)；③殼幔巖漿混合，或者幔源硅不飽和堿性巖漿和下地殼部分熔融形成的花崗質(zhì)巖漿混合的產(chǎn)物(Barker et al.,1975; Sheppard, 1995; Zhao et al., 1995; Litvinovsky et al., 2002; Dorais, 1990)。其中2種成因模式與幔源基性巖漿作用有關(guān)。然而，紅石泉礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的基性巖形成于早二疊世(藍(lán)德初，2019)，早志留世基性巖至今尚未發(fā)現(xiàn)，表明在紅石泉礦區(qū)內(nèi)二長正長巖形成時(shí)可能并未有基性巖漿的混入。結(jié)合紅石泉二長正長巖具有較高的(La/Yb)N值及右傾的稀土元素模式，認(rèn)為紅石泉礦區(qū)內(nèi)早志留世二長正長巖主要是由下地殼巖石部分熔融形成。

已有研究表明，自古祁連洋閉合后北祁連山地區(qū)發(fā)育的巖漿巖可以大致分為2類：第1類成巖年齡為467～440 Ma，為一套加厚大陸下地殼部分熔融的低Mg、高Sr、低Y的埃達(dá)克質(zhì)中酸性巖石(Tseng et al., 2009; Yu et al., 2015，2017; Zhang et al., 2017)；第2類巖漿巖包括高M(jìn)g、高Sr、低Y的埃達(dá)克質(zhì)中酸性巖石、A-型和I-型花崗巖、以及基性巖，其成巖年齡為440～390 Ma，屬于后碰撞伸展環(huán)境下巖漿作用的產(chǎn)物(Zhang et al., 2017; Zeng et al., 2016; Tseng et al., 2009; Yu et al., 2015, 2017)。紅石泉鈾礦床內(nèi)二長正長巖具有高M(jìn)g、高Sr、低Y等特征，其成巖年齡為435 Ma，屬北祁連造山帶內(nèi)第2類巖石組合。因此，筆者認(rèn)為紅石泉鈾礦床內(nèi)二長正長巖的形成與古祁連洋閉合后，祁連-柴達(dá)木板塊向阿拉善板塊碰撞后的伸展環(huán)境有關(guān)。

4 對鈾成礦作用的指示

紅石泉鈾礦床屬于偉晶巖漿鈾礦床，礦石礦物為晶質(zhì)鈾礦，但也發(fā)育了瀝青鈾礦(圖3f)，說明存在中低溫鈾成礦作用。王偉等(2020)認(rèn)為紅石泉巖漿鈾礦床形成之后遭受后期的流體改造，活化了晶質(zhì)鈾礦中的鈾。紅石泉礦床晶質(zhì)鈾礦被改造的時(shí)期約為427 Ma，與紅石泉礦床內(nèi)正長巖的年齡吻合，因此可以認(rèn)為紅石泉礦床內(nèi)中低溫鈾成礦作用與正長巖巖漿作用有關(guān)。

5 結(jié)論

(1)紅石泉鈾礦床二長正長巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素年齡為(421±2.3) Ma，為早志留世巖漿作用的產(chǎn)物。

(2)二長正長巖具有SiO2值中等、準(zhǔn)鋁質(zhì)、輕稀土元素相對富集、重稀土元素相對虧損、Eu呈不同程度的負(fù)異常的特點(diǎn)，可能是下地殼巖石部分熔融的產(chǎn)物。

(3)紅石泉鈾礦床內(nèi)二長正長巖屬于北祁連造山帶內(nèi)第2類巖石組合，其形成與古祁連洋閉合后的祁連-柴達(dá)木板塊向阿拉善板塊碰撞后的伸展環(huán)境有關(guān)。

(4)紅石泉鈾礦床古生代中低溫鈾成礦作用的形成可能與二長正長巖分異出來的堿性流體有關(guān)。