准噶尔盆地东缘晚石炭世花岗岩岩石地球化学特征及铀成矿潜力分析

刘红旭， 赵 建， 陈祖伊

（1.中国地质大学（北京），北京 100083；2.核工业北京地质研究院，北京 100029；3.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司石油勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐，830011）

准噶尔盆地东缘晚石炭世花岗岩岩石地球化学特征及铀成矿潜力分析

刘红旭1，2， 赵 建3， 陈祖伊2

（1.中国地质大学（北京），北京 100083；2.核工业北京地质研究院，北京 100029；3.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司石油勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐，830011）

准噶尔盆地东缘将军庙北部花岗岩岩石地球化学特征、稀土元素、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素特征显示，该花岗岩形成于碰撞后期板内裂谷环境，其源区主要为软流圈地幔，同时有上地壳物质的混染。初步判定准噶尔盆地东部将军庙地区晚古生代构造环境为成熟岛弧环境，略高于准噶尔盆地平均水平。该地区不同构造单元的古生代大地构造背景及其地壳成熟度存在较大的差异，地壳成熟度整体较低，在一定程度上制约了该区砂岩型铀成矿作用的发育规模。

准噶尔盆地东缘；岩石地球化学特征；地壳成熟度；砂岩型铀矿

何国琦等（1990）曾对 “地壳成熟度”提出如下定义：地壳成熟度是指地壳在形成、发育和改造的过程中，趋向于最终产物——稳定的大陆型地壳的程度。它是判断地壳演化的一种量度，由地壳的物质组成和构造特征的一系列宏观和微观标志组成。其主要标志有：地壳的厚度增大、刚性增强、渗透性降低、构造活动的幅度和反差亦降低，而岩浆作用则从钙质向钙碱质方向演化，硅、碱（特别是钾）的质量分数不断增高。随着地壳厚度的增大以及地壳成熟度的提高，岩浆受到的同化混染作用随之增强，从而使岩浆岩组合在岩石化学和地球化学上表现出一系列特征， 如 Ni（87Sr）/Ni（86Sr）增高， 富含大离子亲石元素以及高场强元素；此外，在研究工作中把 w（K2O）/w（Na2O）＞0.8 作为有利于区域铀矿化发育的指标（陈祖伊等，2005）。

铀矿对成熟陆壳具有明显的趋附性，铀矿与成熟陆壳在空间上存在依存联系，成盆期前的古生代构造背景对于后期盆地内砂岩型铀矿的成矿作用具有一定的影响和控制作用，这一系列观点已为中、外学者所认同。

准噶尔盆地东部地区存在众多砂岩型铀矿化线索，但经过前期铀矿地质勘查工作，一直没有获得进一步突破。

基于成熟陆壳控矿理论，笔者选取准噶尔盆地东缘将军庙北部卡拉麦里褶皱带中的石炭纪花岗岩作为研究对象，通过岩石地球化学和同位素特征分析来厘定该区古生代大地构造背景及相应地壳成熟度，探查这一地区中新生代砂岩型铀成矿潜力。

准噶尔盆地东缘石炭纪花岗岩的研究对于理解卡拉麦里褶皱带的形成与演化、探查准噶尔盆地东部地区砂岩型铀成矿潜力具有重要意义。

1 样品与分析

测试样品为晚石炭世浅红色中粗粒花岗岩，采自准噶尔盆地东缘将军庙北部228国道202 km处。经镜下鉴定和实验室分析，最终挑选出7个新鲜、无蚀变的样品作为研究对象，其中用Sr-Nd-Pb分析的样品为5件（表 1～3）。

所有分析测试均在核工业北京地质研究院分析测试研究所完成。主量元素分析使用Philips PW2404型X荧光光谱仪（XRF）完成，分析精度优于1%；微量元素分析使用Finnigan MAT ElementⅠ型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）完成，分析精度多小于3%；Sr-Nd-Pb同位素分析在PROBE-T型热电离质谱仪（TIMS）和MAT261型热电离质谱仪（TIMS）上完成，测试过程中分别使用国际标准进行监控。

2 岩石地球化学特征

2.1 主量元素

分析测试结果显示准噶尔盆地东缘将军庙北部晚石炭世花岗岩岩石化学成分相对稳定，成分波动小。具有高度富SiO2，w（SiO2）为78.58%～79.31%， 富 碱 w（Na2O+K2O）＝8.14%～8.48%、 w（K2O）/w（Na2O）值 较 低 、 贫 钙 镁［w（CaO）＝0.51%～0.62%， w（MgO）＝0.09%～0.11%］、低铁、铝的特点，这一总体特征与A型花岗岩特征较为一致；此外，这亦反映出其源区物质相对富幔源成分。岩石中MnO质量分数为0.09%～0.11%，明显高于A型花岗岩平均质量分数0.06%［1］。侵入岩岩石类型图解显示该花岗岩为碱性花岗岩（图1），里特曼指数（σ）（1.8～2.0）指示这种花岗岩属钙碱性岩石系列。

表1 将军庙地区北部晚石炭世花岗岩主量元素质量分数及计算结果Table 1 Contents and calculated results of major elements of Late Carboniferous granite in the northern part of Jiangjunmiao area

表2 将军庙地区北部晚石炭世花岗岩微量元素质量分数Table 2 Trace element content of Late Carboniferous granite in the northern part of Jiangjunmiao area

表3 将军庙地区北部晚石炭世花岗岩Sr-Nd-Pb同位素分析结果Table 3 Sr-Nd-Pb isotope analytical results of Late Carboniferous granite in the northern part of Jiangjunmiao area

2.2 稀土元素

稀土元素分析测试结果显示该花岗岩稀土元素总量中等（178.67×10-6～191.61×10-6），这一结果与口岸碱性花岗岩体［2］以及黄羊山碱性花岗岩体［3］相比， 略为偏低。w（La）N/w（Yb）N值（0.9～1.1）反映了该区花岗岩轻、重稀土元素基本上未发生分馏，而明显的Eu负异常（δEu＝0.01～0.02）反映了在岩浆分馏结晶作用过程中存在长石的分离作用。

总体上，该碱性花岗岩稀土元素配分形态呈典型的肩部平坦的 “V”字型（图2A）。

2.3 微量元素

微量元素地球化学特征与典型碱性花岗岩特征一致，该碱性花岗岩明显富集Rb、Th等大离子亲石元素，以及Nb、Zr、Hf和Y等高场强元素。强烈亏损Ba、Sr、P、Ti和Eu等元素，这与典型的非造山花岗岩特征一致（图 2B）。

在Sr-Nd-Pb同位素组成上（表3），该碱性花岗岩 Ni（87Sr）/Ni（86Sr）值较高（0.715 022～0.748 172）、 Ni（143Nd）/Ni（144Nd） 值 也 较 高（0.510 611～0.510 928），而Pb同位素测量值的组成变化不大［N（206Pb）/N（204Pb）＝18.68～18.92， N （207Pb）/N（204Pb）＝15.29～15.52，N（208Pb）/N（204Pb）＝38.20～38.63）。 其中， 较高的 Ni（87Sr）/Ni（86Sr）反应了该花岗岩源区具有成熟陆壳的成分。

N（206Pb）/N（204Pb）-N（143Nd）/N（144Nd）同位素图解显示，该碱性花岗岩样品均落入了OIB区域，反映出该碱性花岗岩的源区是来自于玄武质洋壳，应与这一地区新生地壳的形成有关。推测应是在准噶尔盆地东部地区古生代多岛海地质演化过程中，伴随着古生代多岛海构造格局的萎缩、消亡，各种块体不断向西伯利亚板块的南缘俯冲、拼贴，导致西伯利亚板块不断增生，俯冲拼贴带不断向南迁移。由于幔源岩浆的底垫或是碰撞造山后的回返、伸展作用，在地体拼贴发生之后，导致了深部碱性花岗岩沿弧-陆或弧-弧碰撞接触带向上侵位，同时在岩浆侵位过程中伴随有高 N（143Nd）/N（144Nd）物质进入岩浆源区所致（图 3）。

Ni（206Pb）/Ni（204Pb）-Ni（208Pb）/Ni（204Pb）同位素图解显示该花岗岩样品点全部落入在北半球参照线之上的OIB与MORB重叠的区域（图4），表明该花岗岩岩浆源区既有深部亏损的软流圈地幔物质的参与，又有侵位过程中大陆地壳再循环物质的混染。

而 Ni（206Pb）/Ni（204Pb）-Ni（207Pb）/Ni（204Pb）图解显示，除一个样品外，其余全部样品均落入了地球年龄等时线右侧的MORB和OIB区域（图4），表明该花岗岩岩浆源区既有洋中脊玄武质洋壳物质的参与，又有OIB物质的参与。这结果与微量元素所反映的结果基本一致。

基于上述分析，准噶尔盆地东部将军庙北部地区晚石炭世碱性花岗岩的形成与晚古生代多岛海构造格局萎缩、消亡过程中准噶尔地块向北与西伯利亚板块拼贴过程中的洋脊俯冲有关，源区物质可能来自年轻的玄武岩质洋壳或者是下部玄武质洋壳的重熔，但与此同时，在岩浆向上侵位的过程中存在有上部地壳物质的混染。

3 构造环境及铀矿成矿潜力分析

3.1 构造环境分析

对于准噶尔盆地东部地区古生代大地构造背景，前人已经发表了大量的研究成果［2-8］。洪大卫等（1995）、 刘家远等（1997）、 Han等（1997）、 韩宝福等（1998， 1999，2006）、 Zhao等（2000）、 唐红峰 （2007）、 苏玉平等（2006，2007）、 林锦富等（2007）、 毛启贵等（2008）等学者也对准噶尔盆地东部地区碱性花岗岩体的成因和成岩成矿地质环境进行了深入探讨。

根据前面岩石地球化学特征分析结果，本次研究对象将军庙北部晚石炭世碱性花岗岩应形成于准噶尔地块与西伯利亚板块拼贴、碰撞后的拉张、松弛构造环境，属非造山花岗岩（图5）。这一结果与唐红峰（2007）和Su等（2007）所得结论相同。

该区大量花岗岩大地构造研究结果［3-9］显示，这些碱性花岗岩属于后碰撞花岗岩，其成岩时代大致在310～330 Ma之间（红土井子粗粒黑云母花岗岩中锆石U-Pb年龄为（312±6）Ma，田慧新等，1992；萨尔铁列克碱性花岗岩（314±2）Ma、（320±2）Ma， 刘家远等， 1997；苏吉泉岩体的黑云母花岗岩（304±2）Ma，苏玉平等，2006；萨北碱性花岗岩体锆石UPb 年龄为（313±2）～（314±5）Ma， 林锦富等，2007；黄羊山碱性花岗岩体锆石U-Pb年龄为 （302±2）Ma 和 （310±4）Ma， 苏玉平等，2008），这标志着晚石炭世卡拉麦里地区碰撞造山作用的结束和板内构造演化的开始，或者说这种后碰撞花岗岩的形成和演化标志着准噶尔地区后碰撞幔源岩浆底侵作用导致大陆地壳垂向生长的过程（李宗怀等，2004），同时也是这一地区古生代陆壳成熟度不断提高的过程。

基于上述认识，为进一步了解准噶尔盆地东缘成盆期前古生代地壳厚度和地壳成熟度，在系统收集、整理准噶尔盆地东缘大量古生代火山岩分析数据［10］的基础上，笔者发现，准噶尔盆地东缘地区泥盆纪—石炭纪火山岩属钙碱性-高钾钙碱性-钾玄岩系列（图6）。在研究过程中， 引入了w（K2O）/w（Na2O）参数，来说明岩石是钾质的或富钾的（而不是指高钾的）。因为它与地壳成熟度，特别是与研究区是否能成为主要的产铀区有很大的关系。准噶尔盆地东缘地区泥盆纪—石炭纪火山岩w（K2O）/w（Na2O）整体上为 0.10～1.37。 其中，准噶尔盆地东缘将军庙北部地区，以及纸房—巴里坤地区古生代大地构造环境为成熟岛弧；而准噶尔盆地中北部陆梁地区自泥盆纪至石炭纪这一期间，其火山岩系列由钾玄岩系列转变为钙碱性系列，相应的w（K2O）/w（Na2O）由最高的1.37降低至最低的 0.10，显示其大地构造环境由成熟岛弧转为不成熟岛弧，地壳成熟度有较大幅度的降低。

综合、整理前人对准噶尔盆地东缘大地构造背景的研究认识，准噶尔盆地的基底具有元古宙古老结晶陆壳，但在后期长期改造过程中，在原有基础上叠加了洋壳转化而来的年轻增生陆壳，这使得其陆壳成熟度整体上略有下降，且不同构造单元体的成熟度差异性较大，成熟地壳仅发育于局部地区。

3.2 砂岩型铀成矿潜力分析

现有的准噶尔盆地东部砂岩型铀矿化的找矿目标层位主要为下侏罗统三工河组和中侏罗统西山窑组，矿化类型主要以与炭质泥岩和煤层有关的含铀煤型，以及与层间渗入作用有关的层间氧化带型为主。

根据前人对准噶尔盆地东部卡拉麦里山前坳陷大庆沟矿床中侏罗统西山窑组砂岩碎屑成分的分析结果，准噶尔盆地东部卡拉麦里古生代褶皱带为该区含矿层中侏罗统西山窑组的主要物源区及铀源区，铀元素主要来自于蚀源区泥盆纪—石炭纪酸性火山岩、火山碎屑岩以及花岗岩的风化、剥蚀以及淋滤作用，而前寒武纪古老结晶基底对于该区铀矿化的形成并没有多大的贡献。因此，准噶尔盆地东缘砂岩型铀矿化的发育规模很大程度上取决于成盆期前该区古生代地壳成熟度以及富铀建造的发育程度。

基于成熟陆壳控矿理论，准噶尔盆地东缘古生代陆壳成熟度整体不高，且其后期中新生代岩浆活化作用微弱，地壳成熟度没有得到有效提升；同时，蚀源区中酸性火山岩及花岗岩等富铀建造发育有限，加之含矿层形成后期改造条件有限。

综上所述，准噶尔盆地东缘砂岩型铀成矿作用受制于多方面因素。故此，该区并不具备形成类似于伊犁盆地南缘，以及吐哈盆地西南缘大型砂岩型铀矿床的基本构造背景条件，但不排除形成中小规模铀矿床的可能性。

4 结 论

（1）准噶尔盆地东部将军庙地区北部晚石炭世花岗岩属碱性花岗岩，该花岗岩为A型花岗岩，属钙碱性系列；

（2）该碱性花岗岩的形成与准噶尔地块向北与西伯利亚板块拼贴过程中的洋脊俯冲有关，源区物质可能来自于年轻的玄武岩质洋壳或者是下部玄武质洋壳的重熔，同时存在有上部地壳物质的混染；

（3）准噶尔盆地东部地区古生代陆壳成熟度整体上并不高，而蚀源区富铀建造也不甚发育，这在某种程度上限制了该区砂岩型铀成矿作用及其铀成矿潜力。

致谢：成文过程中，得到了夏毓亮研究员和韩 军博士的耐心指导，并提出了宝贵意见，在此表示感谢。

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Analysis on lithogeochemical features of Late Carboniferous granite and uranium ore-forming potential at the eastern margin of Junggar Basin

LIU Hong-xu1，2， ZHAO Jian3，CHEN Zu-yi2
（1.China University of Geoscience（Beijing）， Beijing 100083， China；2.Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China；3.SINOPEC Northwest Company， Urumqi， Xinjiang 830011， China）

Characteristics of lithogeochemistry， REE， trace elements and Nd-Sr-Pb isotope of Late Carboniferous granite at the eastern margin of Junggar Basin indicate that granite falls into alkali type which originated from the asthenospheric mantle with upper crust involvement and formed under the setting related to postorogenic setting and a general extension setting in a rift.Although Late Paleozoic crustal maturity of Jiangjunmiao area is higher than the average of whole Junggar Basin， the nonuniformity in tectonic setting and crustal maturity of eastern Junggar Basin has restrained the potential for the sandstone-type uranium mineralization to a certain degree.

the eastern margin of Junggar Basin； lithogeochemical features； crustal maturity；sandstone-type uranium deposit

P619.14；P598

A

1672-0636（2010）04-0195-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.04.002

中国核工业地质局基础地质研究项目（地D0502）基金资助。

2010-08-20；

2010-10-29

刘红旭（1977—），男，吉林松原人，中国地质大学（北京）在读博士，构造地质学专业；主要从事盆地分析、大地构造及其与砂岩型铀矿地质勘查相关的科研工作。E-mail:lhx100029@163.com