内蒙古红山子—广兴铀成矿亚带二叠系额里图组赋矿层的厘定及其找矿意义

唐大伟， 郭恒飞， 牛子良， 祝洪涛， 林天发， 达朝元

(核工业二四三大队,内蒙古 赤峰 024000)

中国东部广泛产出与岩浆岩有关的中生代热液型铀矿床，且这些铀矿床受断裂带控制明显。目前，在沽源—红山子铀成矿带探明了我国北方最大的、与火山岩有关的热液型铀矿床——张麻井大型铀矿床，另探明数个中、小型铀矿床和众多铀矿化点、铀异常点(朱凤丽，2012；祝洪涛等，2014；黎伟等，2017；巫建华等，2017a)。前人研究表明，沽源—红山子铀成矿带赋矿层位的形成时代可分为晚侏罗世和早白垩世早期，赋矿层位岩性为高钾钙碱性流纹岩—碱性粗面岩组合和流纹岩—碱性流纹岩组合(巫建华等，2017b)，其中，位于该成矿带北东段的红山子—广兴铀成矿亚带的铀矿床赋存在155～146 Ma、144～130 Ma的次火山岩与155～146 Ma的流纹岩—碱性流纹岩组合的接触带内(丁辉等，2016；巫建华等，2017c；祝洪涛等，2019)。随着铀矿勘查的深入，在该成矿亚带的广兴—芝瑞、红山子火山盆地新发现了一批赋存在盆地晚古生代基底安山岩—英安岩—流纹岩组合中的铀矿床、铀矿化点和异常点。其中以南窝铺地段最为发育，目前南窝铺铀矿床已扩大为中型铀矿床，具有良好的找矿前景。然而，前人将红山子—广兴铀成矿亚带晚古生代赋矿火山岩层归为大石寨组，其中凝灰岩锆石U-Pb年龄为(277.19±4.7) Ma，指示地质时代为早二叠世。于家北沟组不整合于大石寨组之上，地质时代为中二叠世(祝洪涛等，2014；纪宏伟，2015)，新的勘查成果和研究表明该认识存在局限性，制约了该区进一步的找矿突破。

本研究根据现有勘探资料分析了红山子—广兴铀成矿亚带晚古生代铀矿化产出特征，并选择南窝铺铀矿床赋矿围岩英安岩进行SHRIMP锆石U-Pb定年，确定其地质时代，厘定其岩石地层单位归属，并进一步探讨找矿意义。

1 区域地质概况

1.1 大地构造背景

红山子—广兴铀成矿亚带位于西拉木伦结合带以南、华北北缘断裂带(区内亦称康宝—围场—赤峰断裂带)以北的华北古板块北缘(图1)，属加里东期白乃庙岛弧带、海西期古亚洲洋俯冲—碰撞带、燕山期大兴安岭火山—侵入岩带，与华北北缘断裂带以南的沽源—围场铀成矿亚带共同构成我国重要的沽源—红山子铀成矿带(李锦轶，2009；李锦轶等，2013；张金带等，2012；巫建华等，2014，2017a；蔡煜琦等，2015)。自加里东期以来，古亚洲洋大洋中脊扩张，大洋板块不断向南发生俯冲、消减作用，华北克拉通逐渐向北增生并发育形成了白乃庙岛弧。该岛弧以弧—陆碰撞的方式拼贴于华北克拉通北部边缘之上，在白乃庙岛弧北侧形成温都尔庙—翁牛特旗增生杂岩带。从海西期开始，西拉木伦超岩石圈断裂以南已褶皱隆起成为华北古板块北部的一部分，但以北仍为广阔的古亚洲洋活动带。古亚洲洋继续向南俯冲，区内广泛发育晚石炭纪—二叠纪岛弧型岩浆岩，如内蒙古克什克腾旗广兴源二长岩—花岗闪长岩(江小均等，2011)、林西县双井混合岩(李益龙等，2008)等。自海西晚期，陆壳仍不断向北增生，延续到二叠纪末期夹持在西伯利亚陆块和华北陆块之间的整个古亚洲洋壳在内蒙贺根山一带最后缝合封闭，连成整体构成蒙古弧形构造带。岛弧带在晚古生代受北部(西拉木伦河超岩石圈断裂为界)古亚洲洋壳板块向南部陆壳板块俯冲、消减作用的影响，沉积了下二叠统三面井组、于家北沟组浅海相、泻湖相陆源含炭碎屑岩、泥灰岩建造和额里图组酸性火山熔岩、火山碎屑岩建造和碎屑沉积岩。自中生代以来，辽源地块进入中生代陆相火山岩盖层演化阶段，期间不仅受古亚洲洋构造域向古太平洋构造域转换的控制(翟明国等，2004；许文良等，2013；孟凡超等，2014)，还受到蒙古—鄂霍茨克构造域的演化影响(张兴洲等，2012)。

1.2 地层特征

红山子—广兴铀成矿亚带地层主要包括二叠系额里图组和于家北沟组、上侏罗统新民组和新近系汉诺坝组。

二叠系额里图组为陆相火山岩、沉积碎屑岩，下部为杂色含砾粗粒长石砂岩、石英砂岩、细砂岩、粉砂岩、粉砂质页岩夹火山碎屑岩，上部为灰、灰黑色凝灰角砾岩、安山岩(内蒙古自治区地质矿产局，1996)，呈东西向分布在镶黄旗、正镶白旗、正蓝旗、多伦县、克什克腾旗和翁牛特旗等地，由西向东厚度明显变小，沉积碎屑岩减少、火山岩增多，克什克腾旗于家北沟一带以安山岩为主夹凝灰岩，翁牛特旗武家沟南山为中酸性火山碎屑岩夹安山岩。于家北沟组为整合于额里图组中酸性火山岩之上的一套海陆相灰绿、黄绿色凝灰质砂岩、砂砾岩、砾岩、粉砂岩夹板岩、火山碎屑岩组合，具正粒序层特征，分布于正镶白旗至翁牛特旗一带。该地层中间厚东西两边薄。

上侏罗统新民组主要分布于赤峰南部的克什克腾旗—翁牛特旗、西部的林西、中部的巴林右旗—巴林左旗—阿鲁科尔沁旗和北部的扎鲁特旗。岩性以浅色沉积岩—长英质火山岩组合为主。在阿鲁科尔沁旗新民乡的建组剖面上，岩性为酸性火山碎屑岩夹沉积岩和煤层，厚度约511 m；在西乌珠穆沁旗恩吉岗庙苏木塔少大巴东、巴林左旗碧流台乡黑山头北、克什克腾旗红山子乡、同心乡陆家窝子、黄岗梁林场以酸性火山岩为主，局部夹灰绿、灰黄、灰黑色细砂岩、粉砂岩、凝灰质页岩和煤线，厚度93～719 m；扎鲁特旗阿日昆都楞苏木满克头鄂博山下部岩性为酸性火山角砾岩和凝灰岩，中部以灰色、浅灰紫色层状酸性凝灰岩为主，局部夹灰紫色凝灰质页岩和棕色强硅化酸性玻屑凝灰岩，上部为酸性熔结凝灰岩和火山角砾岩，总厚度>208 m；翁牛特旗乌丹盆地东沟岩性为酸性熔结凝灰岩，中基性火山熔岩和中酸性火山碎屑岩(内蒙古自治区地质矿产局，1996；Zhang et al.，2010；巫建华等，2013)。在红山子—广兴成矿亚带内的火山盆地如红山子、芝瑞、托河、姜家营子和万合永等盆地均有分布，其火山岩的SHRIMP和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为165～150 Ma(巫建华等，2013；解开瑞等，2016；彭啟辉，2016；姜山等，2018)。

新近系中新统汉诺坝组不整合覆盖在中生代以前的地层之上，分布于本区沟谷之中，岩性主要由灰色和灰黑色致密状、气孔状玄武岩和橄榄玄武岩组成，局部夹泥灰岩及油页岩；第四系全新统，主要为风成砂、残坡积、洪积物，分布于西拉木伦河及其支流河谷与盆地冲沟内。

2 岩石地层单位的厘定

红山子—广兴铀成矿亚带二叠系火山—沉积岩系有归入额里图组、于家北沟组(曹代勇等，2014；彭斌等，2016；朱俊宾等，2017；Ji et al.，2018)和大石寨组、哲斯组(祝洪涛等，2014；巫建华等，2013；纪宏伟，2015)两种不同的方案。

大石寨组于1965年在科尔沁右翼前旗大石寨地区创名，哲斯组于1927年在达尔罕茂明安联合旗满都拉苏木东35 km的哲斯敖包创名，与下覆大石寨组为整合接触，建组剖面上反映为一套海相沉积—火山岩组合。额里图组于1976年在正蓝旗额里图牧场创名，于家北沟组于1983年在克什克腾旗广兴于家北沟创名，整合于额里图组之上，建组剖面上额里图组—于家北沟组为一套陆相沉积—火山岩组合(内蒙古自治区地质矿产局，1996)。

大石寨组—哲斯组和额里图组—于家北沟组虽然根据生物化石特征确定的沉积时限均为早二叠世，但是两者的生物化石特征明显不同，前者富含腕足类、珊瑚类等化石，为冷水动物群，后者含植物、双壳、叶肢介化石，为暖水动物群和华夏植物群，分区特征明显。因此，内蒙古自治区地质矿产局(1996)将大石寨组和哲斯组归到西拉木伦结合带以北古生代锡林浩特—磐石地层分区的岩石地层单位，而额里图组和于家北沟组归于西拉木伦结合带以南古生代赤峰地层分区的岩石地层单位。

可见，大石寨组和哲斯组建组时间较早，因此在额里图组和于家北沟组建组之前红山子—广兴铀成矿亚带将其引入具有一定的合理性。但是，新的研究显示红山子—广兴铀成矿亚带二叠系火山—沉积岩系由陆相火山岩和海陆交互相沉积岩组成，岩性岩相和生物化石特征与大石寨组和哲斯组有明显区别。在赤峰地层分区的二叠系已经建组(额里图组和于家北沟组)的前提下，继续沿用锡林浩特—磐石地层分区的二叠系大石寨组和哲斯组，显然不符合岩石地层单位命名的要求，因此红山子—广兴铀成矿亚带火山—沉积岩系应归入额里图组和于家北沟组，而不应继续沿用大石寨组和哲斯组。

3 地质时代的厘定

本研究的英安岩取自南窝铺铀矿床，呈灰白色、浅灰色，斑状结构，斑晶主要为石英、斜长石、钾长石、角闪石和黑云母，约占15%；基质约占85%，为隐晶显微结构，成分为长石、石英微晶，副矿物为磁铁矿、锆石等。对该英安岩进行SHRIMP锆石U-Pb测年来厘定其地质时代。

3.1 分析方法

锆石挑选在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成，火山岩样品取15 kg，首先进行样品的预处理，样品经人工破碎至80～120目，淘洗剔除轻矿物，保留重矿物，再用永久磁铁、重液分选分别去除磁铁矿和比重小于锆石的矿物，最后在双目镜下人工精选出锆石晶体。锆石的制靶、反射光、透射光和阴极发光显微照相在中国地质科学院矿床地质研究所北京离子探针中心完成。首先，将标准锆石TEM(年龄为417 Ma)与挑选好的锆石粘在同一环氧树脂样品靶，经干燥后、打磨、抛光暴露锆石中心部分，然后进行阴极发光显微照相。锆石SHRIMP U-Th-Pb分析在北京离子探针中心SHRIMP-Ⅱ上完成。年龄测试前，结合阴极发光显微照片挑选锆石测年的测点位置，之后随机对挑选的锆石进行年龄测试。测试的一次流O-2强度为3～5 nA，束斑直径大小为25 μm，测点时，每测试3个样品数据，进行1次标准锆石TEM测试，详细的分析流程和原理参见宋彪等(2002)，数据处理、年龄计算采用SQUID1.0及ISOPLOT程序(Ludwig，2003)。南窝铺英安岩样品的SHRIMP锆石U-Th-Pb分析结果列于表1。

表1 南窝铺铀矿床英安岩SHRIMP锆石U-Th-Pb同位素分析结果

3.2 分析结果

样品NWP301锆石颗粒长度约50～110 μm，长宽比1.4～2.0，呈自形短柱状或双锥状，阴极发光图像显示锆石多具有清晰的韵律环带结构(图2)，为典型岩浆结晶锆石的内部结构。NWP301样品的U含量较高(81×10-6～251×10-6)，Th/U比值为0.47～0.92(大于0.4)具有典型的岩浆锆石成分特征(Rubatto，2002；Belousova et al.，2002)，15个分析点的206Pb/238U年龄数据为(256.6±5.6)～(275.2±5.1) Ma，在U-Pb一致曲线图(图3)上集中分布，加权平均年龄为(268.1±2.5) Ma，MSWD=0.85，结合安山质角砾凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为(277.1±9) Ma(纪宏伟，2015)，指示南窝铺铀矿床赋矿安山岩—英安岩—流纹岩组合形成于268～277 Ma，与红山子—广兴铀成矿亚带东部盔甲山一带额里图组角闪安山岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄((273.6±2.2) Ma，彭斌等，2016)一致。根据国际地质年代表(章森桂等，2009)，石炭纪与二叠纪、早二叠世与中二叠世的界限分别定为(299.0±0.8) Ma和(270.6±0.7) Ma，说明英安岩的形成时代为早二叠世—中二叠世早期。

4 赋矿层的厘定

铀矿勘查成果表明，红山子—广兴铀成矿亚带额里图组火山岩中存在铀矿床和众多的铀矿点、矿化异常点。

广兴—芝瑞盆地内灶火沟门铀矿化赋存在海西晚期花岗闪长岩附近的二叠系额里图组熔结凝灰岩中，矿体位于主干构造破碎带中，为似层状、透镜状、扁豆状，倾角一般35°～50°(图4a)，平均厚度2.27 m。25号矿点赋存在早燕山中期肉红色流纹斑岩与二叠系额里图组英安质晶屑凝灰岩、英安岩或上侏罗统新民组流纹质晶屑凝灰岩接触带中。其中，ZK25-1孔揭露工业铀矿化的第1、2段赋存在额里图组英安质晶屑凝灰岩中(图4b)；ZK25-5揭露的工业铀矿化赋存于早燕山中期肉红色流纹斑岩与额里图组英安质晶屑凝灰岩的外接触带中(图4c)。32号矿化点赋存在海西期花岗岩体和二叠系额里图组中。ZK164-7孔在孔深165～300 m的额里图组凝灰岩和早燕山中期正长花岗岩中的构造破碎带揭露铀异常4段，厚度0.20～0.30 m；红山子盆地内9号矿带ZK25-28孔在二叠系额里图安山质角砾凝灰岩中发现一段铀工业矿体，矿体厚度1.38 m(图4d)。

红山子—广兴铀成矿亚带额里图组中火山岩系为安山质—英安质火山碎屑岩、火山熔岩组合，不同于新民组长英质火山岩系。以上赋矿层的岩性特征表明，红山子—广兴铀成矿亚带下二叠统额里图组为该地区主要找矿目的层上侏罗统新民组之外的赋矿层位。

5 找矿意义

5.1 二叠系额里图组为新的铀矿找矿层位

勘查结果显示，该成矿亚带中额里图组分布广泛，在广兴—芝瑞盆地和红山子盆地北部均有出露，岩性以安山岩—英安岩—流纹岩组合为主；广兴杂岩体和红山子复式岩体侵入其中；NE-NNE向断裂构造纵贯红山子—广兴铀成矿亚带，自北向南有柳林-南大贝、二地-黄营子、大兴永-南窝铺三条断裂带，NW及近EW向构造多被NNE、NE向构造错断切割，同时断裂构造均切穿额里图组；并且现有的钻孔资料揭露到额里图组火山岩系与主干构造复合部位、以及与广兴杂岩体内外接触带均有良好的铀矿化显示，表明额里图组安山岩—英安岩—流纹岩组合、多组构造以及多期次岩体的发育为区内矿化提供了有利的成矿环境。因此，在今后的找矿方向中，不仅要继续对中生代赋矿层位进行勘查，还要额外关注晚古生代额里图组火山岩层位，尤其是火山岩层构造、晚侏罗世火山岩层的接触界面，以及与岩体内外接触带的部位。

5.2 中国东部存在古生代热液型铀矿

目前，中国东部不同铀成矿带或成矿远景带已知的热液型铀矿床、矿点、矿化点均与中生代岩浆岩有密切的关系(巫建华等，2017a)。与岩浆岩有关的古生代热液型铀矿床分布在中国西部，即古生代褶皱带中(蔡煜琦等，2015)。其中，早古生代铀矿床主要分布于龙首山—祁连山成矿带的龙首山地区、北秦岭和南秦岭铀成矿带，如陈家庄、光石沟铀矿床以及芨岭、新水井铀矿床中的早期铀成矿作用；晚古生代铀矿床在龙首山—祁连山成矿带的祁连山地区、雪峰山—摩天岭铀成矿带的摩天岭地区、秦岭铀成矿带和雪米斯坦铀成矿远景带等均有分布，并形成了工业铀矿床，如扁都口铀矿床、芨岭铀矿床、白杨河铀矿床以及达亮铀矿床。

中国东部以中生代热液型铀矿床为主，至今未见古生代热液型铀矿床，随着近年来对红山子—广兴铀成矿亚带勘查力度的加大，在广兴—芝瑞盆地新发现了南窝铺铀矿床，部分钻孔中铀矿体赋存在二叠系额里图组火山岩系中，有别于该成矿亚带的中生代赋矿层位，且与中国东部与火山岩有关的热液型铀矿赋矿层位也不同。二叠系额里图组赋矿层位的确认，扩大了红山子—广兴铀成矿亚带的找矿空间，也证实中国东部晚古生代火山岩系中存在与中生代火山岩有关的热液型铀矿化，这为热液型铀矿成矿理论研究打开了新的窗口。

6 结论

(1) SHRIMP锆石U-Pb定年结果表明，南窝铺铀矿床赋矿围岩英安岩年龄为(268.1±2.5) Ma，地质时代属早二叠世—中二叠世早期；经过岩石地层的对比和划分，将该套地层从原来的大石寨组—哲斯组，明确为额里图组—于家北沟组。

(2)红山子—广兴铀成矿亚带二叠系额里图组火山岩中赋存的铀矿床和铀矿点、矿化异常点，表明该火山岩层为新的赋矿层位，这一认识不仅扩大了找矿空间，而且证实了中国东部晚古生代火山岩系中也赋存有与火山岩有关的热液型铀矿，可进一步深化热液型铀矿成矿理论。

(3)红山子—广兴铀成矿亚带应加大二叠系额里图组火山岩层的勘查力度，尤其与构造、晚侏罗世火山岩层的接触界面以及岩体内外接触带的地段。

致谢：东华理工大学巫建华教授对本文写作进行了详细指导并提出宝贵意见，在此表示诚挚的感谢。