甘肃龙首山成矿带地质构造演化及其对铀成矿的控制作用

安国堡++辛存林++杨涛+王露菡+祁正强

文章编号：16726561（2016）06080310

摘要：龙首山成矿带大地构造演化主要经历了元古代龙首山边缘沉降带形成和发展、古生代边缘沉降带活化隆起和陆缘带局部坳陷、中新生代断块活动等3个构造时期。龙首山成矿带位于华北古陆西南缘，古陆块及其边缘是重要的铀成矿区域。区内铀成矿受区域大地构造演化控制，铀矿化相应地分为3个成矿期，即元古代成矿期、古生代成矿期和中新生代成矿期。与3个成矿期相对应，龙首山成矿带形成了分别与下元古界变质岩、祁连期重熔型花岗岩和中新生代断块升降有关的3个铀矿化成矿系列。龙首山成矿带成矿模式可概括为：下元古界地层预富集→（吕梁期）伟晶状白岗岩体预富集（或祁连期花岗岩类岩石预富集）→（天山期）断裂构造、热液蚀变预富集→（印支期、四川期和喜马拉雅期）脉体叠加工业富集。

关键词：构造演化；铀矿；成矿规律；控制作用；成矿带；成矿期；成矿模式；龙首山

中图分类号：P548；P619.14文献标志码：A

Geotectonic Evolution of Longshoushan Metallogenic Belt in Gansu

and Its Control Function on Uranium Mineralization

AN Guobao1， XIN Cunlin2， YANG Tao2， WANG Luhan2， QI Zhengqiang2

（1. No.282 Geological Team， Sichuan Bureau of Geology for Nuclear Industry， Deyang 618000，

Sichuan， China； 2. College of Geography and Environment Science， Northwest Normal University， Lanzhou 730070， Gansu， China

）

Abstract： The geotectonic evolution of Longshoushan metallogenic belt experiences three tectonic periods， including the initial stage and development of Proterozoic Longshoushan margin subsiding belt， and the active uplift of Paleozoic subsiding belt and partial collapse of continental margin belt， and the activity of MesoCenozoic fault block. Longshoushan metallogenic belt locates at the southwest margin of North China paleoland， and the paleoland and its margin are the most important uranium metallogenic zones. Uranium mineralization is controlled by geotectonic evolution； accordingly uraniummineralized process is divided into three metallogenic periods， including Proterozoic， Paleozoic and MesoCenozoic. Corresponding with the three metallogenic periods， Longshoushan metallogenic belt form three metallogenic series of uranium mineralization， which are separately related to Lower Proterozoic metamorphic rocks， the crustal remelting granites in Qilian stage and the fault block uplift and sag in MesoCenozoic. The metallogenic model of Longshoushan metallogenic belt can be summarized as the preenrichment of Lower Proterozoic stratum， the preenrichment of （Luliang stage） pegmatoid alaskite （or the preenrichment of granitoids in Qilian stage）， the preenrichment of （Tianshan stage） fault structure and hydrothermal alteration， and the industrial enrichment of （Indosinian， Sichuan stage and Himalayan） vein material superimposed.

Key words： tectonic evolution； uranium deposit； metallogenic regularity； control function； metallogenic belt； mineralization period； metallogenic model； Longshoushan

0引言

龙首山成矿带东起甘肃省民勤县红崖山，西到张掖市合黎山，东西长180 km，南北宽几千米至十余千米，面积约2 600 km2。区内元古界地层分布广泛，吕梁期和祁连期侵入岩发育，从酸性岩到超基性岩均有分布。与镁铁—超镁铁质岩体有关，龙首山中段产出了世界级金川铜镍硫化物矿床，镍资源储量规模达到世界第三，单矿体镍资源储量世界第一；与中酸性及碱性侵入岩有关，龙首山成矿带（主要在中段）已经发现4种不同类型的5个铀矿床、40个矿（化）点和超过2 000个异常点，形成了一条以碱交代型和伟晶状白岗岩型铀矿化为主要特点的铀成矿带[1]。龙首山地区地处河西走廊东段，经济发达，交通便利，地质研究程度相对较高。要不断扩大成矿远景，进行有效的成矿预测，就要先查清区域地质背景和矿区成矿条件。本文根据区域大地构造演化资料[2]，以成矿背景、成矿系统和成矿演化为主要内容，研究龙首山成矿带铀成矿的物质基础和时空结构，阐明铀矿床的形成和分布规律，为该区矿产预测和普查找矿提供科学依据。

1区域地质背景

龙首山成矿带位于华北板块西南缘龙首山陆缘带，其西南侧为华北板块的河西走廊边缘海盆[3]（图1）。

龙首山成矿带为一复向斜构造带，以上元古界孩母山群为核部，以中元古界墩子沟群和下元古界龙首山群为两翼。该复向斜轴向NWW，轴面倒转北倾，倾角70°左右。复向斜南侧被山前大断裂切割而与走廊过渡带相邻。

2铀矿化特征

龙首山成矿带现已发现铀矿床、矿点、矿化点的成因类型有岩浆+热液型、碱交代型、沉积型、沉积变质型、淋积型和淋积+热液型等。其中，碱交代型和岩浆+热液型铀矿化是中国其他地区比较少见的两种矿化类型。龙首山成矿带可划分出3个成矿系列5个成矿亚系列。

Ⅰ成矿系列为下元古界变质岩出露区与混合岩化气液作用有关的铀矿化成矿系列，如714矿化点，成矿年龄为560 Ma；Ⅱ成矿系列为与壳源重熔型花岗岩有关的铀矿床成矿系列，包括3个成矿亚系列（Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅱ3）；Ⅲ成矿系列为中新生代淋积型铀矿床成矿系列，如1204矿床。

Ⅱ1成矿亚系列为与吕梁期伟晶状白岗岩有关的铀矿床成矿亚系列，如7210矿床，晶质铀矿UPb同位素年龄为（1 767±（141～162））Ma（吕梁晚期）。Ⅱ2成矿亚系列为与祁连期中粗粒斑状黑云母花岗岩中的钠交代、硅化和胶状黄铁矿化蚀变有关的铀矿床成矿亚系列，例如与钠交代有关的碱交代热液型铀矿床有701、706矿床，与硅化和胶状黄铁矿化蚀变有关的硅质脉热液型铀矿床有7201矿床。701矿床沥青铀矿同位素年龄为381～398 Ma，属中泥盆世；706矿床沥青铀矿形成时间更晚一些，并有两个成矿期，同位素年龄分别为299 Ma（属天山期的晚石炭世末或早二叠世早期）和99～122 Ma（四川期）；7201矿床成矿年龄为290～330 Ma（属天山期的早石炭世—早二叠世）。

Ⅱ3成矿亚系列为与祁连期碱性杂岩有关的铀矿化，如6071、汪尔井等矿（化）点，成矿年龄为430 Ma（属祁连期的早志留世）。

以上铀矿物同位素年龄同时表明，区内热液型矿化主要形成于板内拉张的天山期（中泥盆世—中二叠世），而不是碰撞造山的祁连期（中寒武世—早泥盆世）。

A为龙首山元古代陆缘海盆沉积成矿组合（东搭山成矿组合）；B为龙首山中元古代裂谷底劈岩浆成矿组合（金川镍、铜成矿组合）；Ⅰ为中元古代祁连洋成矿系统；1为中元古代（火山）沉积成矿组合（桦树沟—柳沟峡铁成矿组合）；2为晋宁期超基性岩成矿组合（拉水峡铜镍成矿组合）；Ⅱ为兴凯—加里东祁连洋成矿系统；3为早期岛弧（裂谷）成矿系统；3a为白银厂铜多金属成矿组合；3b为清水沟铜多金属成矿组合；4为中期弧后扩张盆地成矿组合；4a为石里居—九个镍铜多金属成矿组合；4b为猪嘴哑巴铜多金属成矿组合；5为中晚期弧后扩张盆地成矿组合（红沟—蛟龙掌铜及多金属成矿组合）；6为洋壳残片成矿组合；6a为玉石沟铬成矿组合；6b为大道吉尔铬成矿组合；7为与俯冲作用有关的岩浆热液成矿组合；7a为大东沟—吊大坂铅锌成矿组合；7b为桦树沟—柳沟峡铜多金属成矿组合；7c为塔尔沟—小柳沟钨钼成矿组合；Ⅲ为碰撞造山成矿系统；8为沉积盆地成矿组合（天鹿成矿组合）；9为陆内造山运动、韧性剪切成矿组合（寒山—鹰嘴山金成矿组合）

图1甘肃龙首山成矿带大地构造位置

Fig.1Sketch Map Showing the Tectonic Location of Longshoushan Metallogenic Belt in Gansu

龙首山成矿带铀矿化受花岗岩、构造和热液活动的控制，目前有工业意义的铀矿化均属花岗岩型铀矿，与花岗岩类岩石关系密切。一方面，铀矿化仅与花岗岩类岩石有成因联系；另一方面，铀矿化在空间上总是分布在花岗岩体内及其接触带附近，花岗岩被认为是铀矿化形成的先决条件。目前较有意义的铀矿化主要分布在花岗岩体内或外接触带几百米范围内，如岌岭岩体及其周围集中了本区铀矿化的60%以上，其次是红石泉岩体和青山堡岩体，其他广大地区目前还没有发现有工业意义的铀矿化。铀矿化的空间分布明显受构造控制，大陆边缘活动带和祁连裂陷槽的发育构成了龙首山成矿带特定的构造环境，较好的铀矿化多分布在次级背斜的轴部。密集的裂隙带和规模较大的破碎带岩石强破碎，微裂隙发育，热液活动强，易形成大的交代蚀变体，是铀矿化形成的有利部位。几个主要铀矿床矿化较好的地段均处在这种构造膨大部位。本区主要铀矿化都是热液型，因此，热液活动的演化规律在很大程度上决定着铀矿化的时空分布。

3区域大地构造演化

龙首山成矿带大地构造演化主要经历了3个构造时期，即元古代龙首山边缘沉降带形成和发展时期、古生代边缘沉降带活化隆起和陆缘带局部坳陷时期、中新生代断块活动时期。

3.1元古代龙首山边缘沉降带形成和发展时期

元古代构造期主要经历了古元古代陆块形成和碰撞、中元古代龙首山边缘沉降带形成新元古代早期青白口纪边缘沉降带褶皱隆起、新元古代中晚期南华纪—震旦纪边缘沉降带沉降3个阶段。

3.1.1古元古代陆块形成和碰撞阶段

龙首山构造带是吕梁期（1.8～2.5 Ga）构造事件所形成的变质结晶基底，位于原始中朝陆块由太古宙时期形成的稳定陆块——阿拉善板块的南缘。太古宙时期形成的稳定陆块（中朝陆块主体（从鄂尔多斯、华北地区到朝鲜半岛）、阿拉善板块和塔里木板块）之间是古元古代构造事件所形成的构造活动带，主要有敦煌—龙首山碰撞带（年龄为194～206 Ga）、天山—北山—祁连碰撞带（天山带锆石UPb同位素年龄为2.0～2.3 Ga，祁连带为22 Ga）、柴达木碰撞带（柴达木盆地北缘年龄为22 Ga）、东昆仑边缘增生带（年龄为185 Ga）以及西昆仑—阿尔金碰撞带（年龄为213～246 Ga）。原始中朝陆块在吕梁期通过进一步的裂陷、碰撞、拼合，最后再次结合而成结晶基底，这样就在古元古代末期（1 800 Ma）聚合成了规模巨大的原始中朝陆块（西起塔里木，东至朝鲜半岛），并且该陆块一直可以比较稳定地演化到中元古代末期（1 000 Ma）。龙首山成矿带及7210矿床出露的龙首山群就是这一时期（古元古代）裂陷、沉积和碰撞的产物，并成为敦煌—龙首山碰撞带（年龄为194～206 Ga）的组成部分。

7210矿床内出露的灰白色、灰绿色中粒石英闪长岩斜长花岗岩（γ1g2）和橘黄色、红色、肉红色伟晶状白岗岩（γ2ρ2）是与这次陆块碰撞有关的侵入岩。石英闪长岩斜长花岗岩锆石UThPb等时线年龄为（2 147±74）Ma。石英闪长岩体呈岩株状侵入于龙首山群，岩体内部为石英闪长岩，向边部和顶部过渡为斜长花岗岩。伟晶状白岗岩侵入于龙首山群和石英闪长岩斜长花岗岩，又被石炭系所覆盖（图2）。伟晶状白岗岩白云母KAr同位素年龄为1 697～1 750 Ma，锆石UThPb等时线年龄为1 959 Ma，晶质铀矿UPb同位素年龄为（1 767±（141～162））Ma，矿石全岩UPb同位素年龄为（1 805±（18～20））Ma，成岩期黄铁矿UPb同位素结晶年龄为（1 974±（181～206））Ma[4]。这些年龄接近或稍晚于敦煌—龙首山碰撞带（年龄为194～206 Ga），与矿区地质背景和区域构造演化历史相吻合，说明石英闪长岩斜长花岗岩、伟晶状白岗岩均是古元古代末期与陆块碰撞、拼合有关的中酸性岩浆活动的产物。

3.1.2中元古代龙首山边缘沉降带形成新元古代早期青白口纪边缘沉降带褶皱隆起阶段

从中元古代（年龄为1 000～1 800 Ma）开始，原始中朝陆块（包括华北—朝鲜、阿拉善、柴达木、塔里木等板块）开始发生张裂，出现了南塔里木、北塔里木、古柴达木板块和古中朝陆块（敦煌—阿拉善—华北—朝鲜）等之间的初始张裂，它们被浅海裂陷区分开。这一构造活动即汤中立等所指的中元古代华北板块裂解[3，5]。中朝陆块西南缘的敦煌—阿拉善南部中新元古代浅海相沉积地层厚度为14 525 m，阿拉善—龙首山为9 662 m，形成了一条范围相当宽阔的边缘沉降带，包括河西走廊边缘海盆和龙首山陆缘带。这一时期在龙首山陆缘带沉积了中元古界墩子沟群；位于古中朝陆块西部的古柴达木板块同时在中元古代发生四周裂陷，并以古祁连洋（中—新元古祁连洋）为界，与中朝陆块—阿拉善板块相分离；这一时期在甘肃祁连形成了一套半深海火山岩碳酸盐岩复理石建造，普遍经历了角闪岩绿片岩相的区域变质，地层厚度为18 543 m。

新元古代早期800～1 000 Ma的青白口纪（晋宁期），古中朝陆块、南塔里木和柴达木板块（包括中祁连等）的基本构造格局仍与中元古代相近，但沉积地层的分布范围扩大了。形成于中元古代的南塔里木、北塔里木、柴达木板块与古中朝陆块之间的塔里木中部裂陷带、阿尔金裂陷带及祁连裂陷带（中—新元古祁连洋）在青白口纪中后期发生缩短和碰撞，形成了3条俯冲、碰撞和拼合带，使古中朝陆块（包括阿拉善）、塔里木和柴达木板块重新聚合成为原始中朝陆块的西半部。位于中朝陆块西南缘的龙首山边缘沉降带也随之褶皱缩短和上升隆起遭受剥蚀，缺失青白口纪地层。

1为第四系浮土、坡积物及沟谷冲击物；2为下石炭统南洼顶组灰白色厚层状灰岩、薄层泥灰岩夹碳质页岩；3为下石炭统南洼顶组灰白—褐红色砾岩、砂砾岩、砂岩、泥质粉砂岩；4为下石炭统南洼顶组灰白色厚层状灰岩夹薄层泥灰岩；5为下石炭统南洼顶组灰绿—褐红色砾岩、砂砾岩、砂岩、泥质粉砂岩夹碳质板岩；6为下元古界龙首山群灰—灰白色块状石英岩；7为下元古界龙首山群灰白—白色厚层状大理岩；8为下元古界龙首山群黑云斜长片岩、角闪片岩、绿泥石英片岩、石英片岩、绿泥片岩、长石石英片岩等；9为加里东期橘黄—肉红色中粒花岗岩；10为中条期橘黄—肉红—红色伟晶状白岗岩；11为中条期灰白—灰绿色中粒斜长花岗岩石英闪长岩；12为花岗斑岩脉；13为煌斑岩脉；14为断裂破碎带；15为压扭性断裂及其产状；16为扭性断裂及其产状；17为性质不明断裂及其产状；18为推测断裂；19为勘探线及编号；20为工业矿化孔；21为一级表外矿化孔；22为二级表外矿化孔；23为异常孔；24为无矿孔

3.1.3新元古代中晚期南华纪—震旦纪边缘沉降带沉降阶段

青白口纪古中朝陆块（包括阿拉善）、塔里木和柴达木板块的碰撞和拼合作用不太强烈，使得新元古代中晚期南华纪—震旦纪（520～800 Ma）祁连地区再次出现明显的裂陷（即形成了兴凯—加里东祁连洋），使塔里木—柴达木板块与阿拉善—华北板块分离，并使塔里木—柴达木板块具有明显不同于中朝陆块（包括阿拉善）主体的沉积特征。伴随祁连裂陷沉降的加剧，与之毗连的龙首山地区在震旦纪（570～680 Ma）也发生了沉降，沉积了孩母山群冰川浅海相碳酸盐岩碎屑岩局部基性火山岩建造。震旦纪（550～680 Ma），中国大陆多数地区为构造活动稳定区，中朝陆块南缘和塔里木板块—柴达木板块北缘进入冰川带，发育罗圈组冰积层，该时期即相当于全球590 Ma前后的Varanerian冰期。孩母山群应该是与罗圈组相当的地层。

根据罗圈组冰积层及其相当沉积层系的分布，中朝陆块主体（鄂尔多斯—华北—朝鲜半岛）和阿拉善板块在震旦纪时期是连在一起的。中朝陆块此时以祁连裂陷槽（兴凯—加里东祁连洋）为界，与塔里木—柴达木板块被海洋所分隔，但它们之间的距离不远。一般认为该期的裂陷槽还属于大陆裂谷性质，是白银厂—祁连郭米寺一带大型铜多金属矿床形成的控制因素。而处于中朝陆块阿拉善板块西南缘的龙首山边缘沉降带此时处在祁连裂陷槽的东北缘，接受了孩母山群冰川浅海相沉积。

3.2古生代边缘沉降带活化隆起和陆缘带局部坳陷时期

古生代构造期主要经历了寒武纪—早泥盆世（祁连期）边缘沉降带活化隆起和中泥盆世—中二叠世（天山期）陆缘带局部坳陷两个阶段

3.2.1寒武纪—早泥盆世（祁连期）边缘沉降带活化隆起阶段

阿拉善板块和柴达木板块从太古宙到中寒武世时期一直处在中朝陆块的西部。然而，从晚寒武世开始到奥陶纪—志留纪，阿拉善板块四周发生裂陷，发育了半深海复理石沉积，并伴有基性火山喷发。生物组合变为华南型，说明阿拉善板块已脱离中朝陆块。奥陶纪是塔里木、柴达木和阿拉善等板块强烈拉张的时期，板块四周普遍发育半深海沉积。上述板块之间的祁连与阿尔金地区火山活动强烈，并已发现许多奥陶纪残留洋壳的证据——蛇绿岩套；志留纪时期开始海退，并发生陆块碰撞，形成了祁连—阿尔金碰撞带（碰撞造山），使塔里木、柴达木、阿拉善板块及附近的小地块拼合到一起。祁连早古生代碰撞带的深部地球物理剖面研究表明，阿拉善—敦煌板块楔入祁连的中地壳，断层带具有对冲特征，地壳浅部逆断层面为南倾，而下地壳的逆断层面为北倾。祁连—阿尔金碰撞带主要的碰撞和拼接时期包括北祁连带为440～460 Ma，柴达木北缘为465 Ma，阿尔金带西南段为440～503 Ma，这样就形成了一个独立的新板块——西域板块。

在一个构造事件的早期，一般都有板块之间或板块边缘伸展作用所造成的基性或超基性岩浆活动，晚期则以板缘或板内挤压、缩短作用所形成的中酸性岩浆活动为主。进入古生代以来，随着祁连裂陷槽（兴凯—加里东祁连洋）的持续扩张，处于裂陷槽东北缘的龙首山边缘沉降带因受到强烈的挤压而活化，成为古生代时期大陆边缘构造岩浆活动带。边缘沉降带开始隆起并且遭受剥蚀，早古生代地层全部缺失。此前形成的元古代地层形成了强烈的全形褶皱和区域性挤压断裂带，褶皱轴向以NWW—SEE向为主，同时还伴随着强烈的区域变质和频繁的岩浆活动。位于龙首山成矿带中段的岌岭岩体同位素年龄为488～529 Ma[67]，属早古生代早期（早寒武世—早奥陶世）。西域板块的祁连和河西走廊地区早古生代晚期的花岗质岩浆活动最为强烈（年龄为401～410 Ma）。7210矿床中粒花岗岩（γg3）9个全岩样品RbSr同位素年龄为（404±40）Ma。该数据误差较大，时间跨度从444 Ma（早志留世）到364 Ma（中泥盆世）。结合前述区域花岗质岩浆活动最强烈的时期为401～410 Ma（属早泥盆世）的背景，该中粒花岗岩应该是祁连晚期早泥盆世（397～416 Ma）挤压环境下构造岩浆活动的产物。从区域上来看，北祁连加里东晚期中酸性岩浆侵入作用发生在志留纪末，部分延至泥盆纪[8]。矿区正长岩（ξ4）锆石UThPb同位素年龄为351～451 Ma，数据误差更大，时间跨度从451 Ma（晚奥陶世）到351 Ma（早石炭世），差额达100 Ma。根据区域构造演化及其与中粒花岗岩呈侵入接触关系来判断，矿区正长岩的侵入时间也应该在早泥盆世，在中粒花岗岩之后侵入，故亦属祁连晚期岩浆活动的产物。

3.2.2中泥盆世—中二叠世（天山期）陆缘带局部坳陷阶段

晚古生代，祁连裂陷槽由扩张转变为缩短，与之毗连的龙首山陆缘带构造应力场则由挤压变为局部拉张。龙首山地区在经历了寒武纪—早泥盆世的剥蚀、夷平之后，在东部甘肃省金昌市附近接受了少量的泥盆系和二叠系砂泥质沉积物，在红石泉以西和大泉一带形成了两个拉张带，在早石炭世接受了南洼顶组海陆交互相灰岩和陆源碎屑岩沉积。

3.3中新生代断块活动时期

龙首山成矿带中生界沉积了侏罗系芨芨沟群湖沼相和白垩系庙沟群内陆湖沼相陆源碎屑建造，新生界主要为第四系河流相陆源碎屑。中新生代以菱形断块的不均衡升降运动为主，没有大规模的岩浆活动，为本区相对稳定时期。

4区域大地构造演化对铀成矿时空上的控制

龙首山成矿带位于华北古陆西南缘，古陆块及其边缘是重要的铀成矿区域。一方面，古陆块是最早期形成的成熟陆块，本身U含量高，可以为铀成矿提供铀源；另一方面，古陆块边缘壳幔物质作用显著，成矿物质大规模富集，岩浆活动频繁，造山系不断活动，为铀成矿提供了有利的地质环境，使古陆块及其边缘成为铀矿集中区，一定程度上控制着铀矿床的时空分布[9]。龙首山成矿带内矿床、矿点、矿化点的分布受元古界铀源层和不同时期产铀花岗岩的双重控制，矿体则定位于不同时期构造作用所形成的褶皱和断裂构造中。

龙首山成矿带从早元古代一直到中新生代均有铀矿化显示。与本区3个大的地质构造发展演化时期相一致，铀矿化也可以分为3个大的成矿期，即元古代成矿期、古生代成矿期和中新生代成矿期。

4.1元古代成矿期

元古代地质发展奠定了后期成岩成矿的基础。一方面，现已发现的铀矿化点（带）绝大多数分布在元古界地层出露范围内，尤其集中在龙首山群发育地段，以变粒岩、片岩、千枚岩等U含量偏高的岩性更为有利；另一方面，由这些U含量较高的地层重熔而形成的花岗岩体（如岌岭岩体（形成于祁连期）和红石泉岩体）具有较高的U丰度。这些含U较高的花岗岩为后期热液型铀矿床的形成提供了直接的铀源。红石泉岩体中由龙首山群重熔而成的伟晶状白岗岩形成了7210矿床伟晶状白岗岩型铀矿化的第一次富集，在伟晶状白岗岩成岩晚期形成了范围较大的“全岩型”贫矿化。伟晶状白岗岩晶质铀矿UPb同位素年龄为（1 767±（141～162））Ma。