龙首山成矿带青井地区辉绿岩特征及其与钍铀成矿关系

王贵，王伟，马骊，刘涛，戴鹏飞

（核工业二〇三研究所，陕西 咸阳 712000）

龙首山位于阿拉善地块的西南缘，是一条以发育热液型和岩浆型铀（钍）矿化为特色的铀成矿带［1-5］，已发现红石泉、新水井、芨岭和革命沟等多个典型铀矿床（图1）。随着对老矿床以及外围矿化、异常点进行探索，近年在龙首山成矿带西段青井地区首次发现了一种“特殊”的钍、铀混合型矿化，该类矿化具有含矿岩石独特、成矿时代新、成矿元素组合为钍-铀混合型等特点［6-10］，且此“特殊”的矿化与辉绿岩关系密切，深入研究该类型矿化对指导龙首山成矿带钍、铀成矿作用的研究具有十分重要的意义。本文通过系统研究辉绿岩脉的岩石学、年代学和地球化学特征，探讨辉绿岩脉与钍铀矿化的关系。

1 地质背景

青井地区位于新水井矿床北西方向约10 km处（图1），呈一山间盆地，主要由上侏罗统沙枣河群砾岩、砂岩和泥岩组成，南侧为一套晚奥陶世中粗粒花岗岩体，北侧为新元古界孩母山群千枚岩。区内广泛发育近平行的辉绿岩脉，倾向为200°～220°，倾角为55°～80°，主要呈岩枝、岩脉穿切早期的地层和岩体（图2）。钍铀矿化主要产于青井地区上侏罗统砾岩中，上侏罗统与南侧花岗岩以及北侧新元古界均呈逆冲断裂接触，上侏罗统发生了明显的俯冲倾斜，钻孔揭露俯冲至少达数百米，地层中砾石发生明显的倒转，地层倾角可达60°到近直立。

图1 龙首山铀成矿带地质简图Fig.1 Geological sketch of Longshoushan uranium metallogenic belt

图2 青井地区地质简图Fig.2 Geological sketch of Qingjing area

2 岩石学特征

辉绿岩呈灰绿、黑绿色，具辉绿结构，块状构造。矿物主要是基性斜长石（30%～35%）和辉石（55%～60%）组成，次要矿物为方解石、石英、角闪石、磁铁矿等（图3）。斜长石多呈自形-半自形板条状、长柱状、针状杂乱分布于岩石中，发育有聚片双晶，形成三角形空隙并充填辉石等；辉石呈半自形-他形粒状，部分已蚀变为绿泥石，蚀变完全者仅保留辉石矿物的外形。岩石中的磁铁矿多呈他形粒状、微粒状分布于岩石中；同时岩石中还见有大量方解石脉沿裂隙充填。

图3 辉绿岩岩性特征图Fig.3 Lithologic characteristics of diabase

3 年代学特征

锆石样品采于钻孔ZK1-1 中侵入砾岩的辉绿岩脉，由河北省廊坊市宇恒矿岩技术服务有限公司分选，在天津地质调查中心实验室进行LAICP-MS 锆石U-Pb 同位素年龄测定。本次共选取27颗锆石，测试结果见图4、表1。锆石呈自形-半自形，少数锆石为浑圆状，颗粒大小变化较大，粒径为50～200 μm，长宽比介于1∶1～2∶1之间。锆石外形大多以柱状为主，CL 图像显示部分锆石具有明显的韵律环带，部分锆石无分带、弱分带或呈面状分带。锆石206Pb/238U 年龄值主要分为5 个区段，分别为2 386～1 664 Ma、991～867 Ma、595～372 Ma、273～191 Ma 和129～107 Ma。结构上表明了大部分锆石为捕获早期地层中的变质锆石以及早期岩浆岩锆石。锆石年龄反映的是早期变质年龄以及早期岩浆岩成岩年龄，同时也说明基性岩浆上侵过程中捕获了大量围岩成分。所测锆石中仅两颗锆石较完整，具有明显的环带结构，且表面干净未被溶蚀，锆石年龄为129～125 Ma，U-Pb 协和年龄为（126.5±5.9）Ma（图5），应为辉绿岩成岩年龄。206Pb/238U 年龄值为107 Ma 的锆石表面呈弱分带，锆石边缘破碎，锆石被明显改造，年龄反映的应是晚期热液作用改造的年龄。

图5 辉绿岩锆石U-Pb 年龄谐和图Fig.5 Concordant U-Pb ages of zircon from diabase

表1 辉绿岩锆石LA-ICP-MS 同位素分析结果Table 1 LA-ICP-MS isotopic analysis result of zircon from diabase

图4 辉绿岩锆石特征及U-Pb 同位素测点年龄Fig.4 Zircon characteristics and U-Pb isotopic dating of diabase

4 地球化学特征

本次研究中样品采集于钻孔ZK1-1和ZK1-2，并在核工业二〇三研究所分析测试中心完成分析测量，主量元素检测使用仪器为荷兰帕纳科公司制造的Axios X 射线光谱仪，分析数据中总量为99.65%～100.48%，满足GB/T 14506—2010和GB/T 3257.21—1999 要求；微量元素和稀土元素检测使用的是荷兰帕纳科制造的Axios 型X 射线光谱仪和美国Thermo Fisher制造的XSERIESⅡ型ICPMS，分析数据符合GB/T 14506.30—2010 和DZG 20.01—2011（84.2.15）要求；U、Th 检测使用的是核工业北京地质研究院制造的MUA 型激光荧光仪，分析数据符合EJ/T 550—2000、EJ/T 267.3—1984 和EJ/T 349.3—1997 要求。实验工作温度均为25 ℃。样品分析结果见表2。

表2 辉绿岩地球化学成分一览表Table 2 Geochemical composition of diabase

表2 （续）

4.1 主量元素

辉绿岩的SiO2含量为43.18%～50.77%，Al2O3的含量为13.29%～15.68%，FeO 的含量为1.04%～8.92%，Fe2O3的含量为2.62%～7.62%，MgO 的含量为5.28%～8.93%，CaO 的含量为4.69%～9.68%，Na2O 的含量为2.05%～4.66%，K2O 的含量为0.67%～2.75%，P2O5的含量为0.37%～0.83%，MnO 的含量为0.09%～0.23%，TiO2的含量为1.29%～2.60%，烧失量的含量为6.05%～10.60%。样品中的烧失量含量明显偏高，这与样品中含大量方解石脉有关。

4.2 稀土元素及微量元素

辉绿岩的稀土元素总量（ΣREE）为（164.06～342.71）×10-6，LREE/HREE 值为5.88～9.94，（La/Yb）N值为5.71～12.11。稀土元素总量较高，轻、重稀土元素发生明显的分馏作用，轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损，呈由左陡右缓的配分模式（图6a）。δEu 为0.79～1.01，Eu 呈弱的正异常或负异常。δCe 为0.95～0.99，Ce 基本无异常。

从微量元素原始地幔标准化蛛网图中可以看出（图6b），辉绿岩具有相对富集Th、U、Hf、W 和Cs 等元素，相对亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti 和Mo 等元素。U、Th 含量偏高可能是岩浆上侵过程中汲取了部分围岩中的U、Th，混染了部分围岩成分。

图6 辉绿岩球粒陨石标准化稀土元素配分图（a）和微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle normalized trace elements spider diagram（b）

5 讨论

5.1 构造意义

龙首山成矿带在中条造山期发生了一次构造-热事件，使铀活化并迁移，形成铀源层和贫铀矿体，局部富集成工业矿体；古生代早期，北祁连裂谷强烈作用，龙首山地壳开始活化，龙首山群铀源层遭受变质重熔以及混合-交代作用，使铀再次活化，这是龙首山成矿带又一次重要的构造-热事件，当北祁连裂谷受阻，地壳处在相对平静阶段，重熔岩浆交代-结晶，形成富铀岩体［11-15］；在晚侏罗世区域内花岗岩、碱性岩、灰岩、变质岩等破碎就近沉积，形成青井地区的砾岩、砂岩和泥岩，随后盆地地层发生挤压-对冲作用，两侧的晚奥陶世花岗岩和新元古界孩母山群千枚岩均向盆地内侧挤压，盆地相对下沉俯冲到早期的花岗岩体之下［5］。辉绿岩侵入年龄为（126.5±5.9）Ma，说明在早白垩世青井地区的构造应力转为拉张环境，所取的样品在微量元素构造判别图Zr-Zr/Y和Zr-TiO2图解中均落入板内玄武岩区域（图7）。综上认为青井地段的辉绿岩是在早白垩世产于板内构造环境下的具有碱性玄武岩特征的基性岩脉，上侵过程中穿切了早期的地层和岩体，也混染了部分围岩成分。

图7 辉绿岩构造环境Zr-Zr/Y（a）和Zr-TiO2图解（b）Fig.7 Diagram of Zr-Zr/Y（a）and Zr-TiO2（b）for tectonic setting of diabase

5.2 辉绿岩脉与钍铀成矿

通过地表及钻孔查证，青井地区钍铀矿化主要产于上侏罗统砾岩中，矿化严格受辉绿岩脉夹持区控制，根据不同岩脉之间发育不同的砾岩，将辉绿岩脉编为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号，砾岩按颜色分为肉红色、灰白色和紫红色（图8）。其中Ⅰ号辉绿岩脉主要沿F1断裂侵入，Ⅱ号和Ⅲ号辉绿岩脉沿砾岩层理面侵入。在Ⅰ号和Ⅱ号辉绿岩脉之间为紫红色砾岩（图9），所有砾岩均发育不同程度的矿化，Th、U 明显富集（表3），发育强钾长石化、强赤铁矿化、强碳酸盐化、强绿泥石化和弱钠长石化为主的碱交代热液蚀变组合；在Ⅱ号和Ⅲ号辉绿岩脉之间为灰白色砾岩（图9），发育强碳酸盐化蚀变，Th、U 含量明显低于原岩（表3），说明存在以碳酸盐化为主的低温热液作用将砾岩中的Th、U 活化迁移；而Ⅲ号辉绿岩脉北则为肉红色砾岩（图9），几乎不发育蚀变，具有较高的Th、U 含量（表3），这与砾岩中含大量花岗岩、碱性岩砾石有关，也能解释侵入砾岩中辉绿岩脉U、Th含量较高的原因。

图8 肉红色、灰白色和紫红色砾岩特征Fig.8 Characteristics of fleshy red，gray-white and purple-red conglomerate

图9 青井地区矿化蚀变分带特征Fig.9 Zonation characteristics of mineralization alteration in Qingjing area

表3 青井各种砾岩Th、U 及Th/U 值Table 3 Th,U and Th/U values of various conglomerate in Qingjing area

通过成矿年代学研究认为青井钍铀矿形成于新生代中晚期（17.1 Ma）［5］，而辉绿岩侵入于早白垩世（126.5±5.9）Ma，说明青井钍铀成矿作用远远晚于辉绿岩侵入时期，二者在成因上并无关联，但在空间上钍铀矿化明显受到辉绿岩脉的控制，在Ⅰ号和Ⅱ号辉绿岩脉之间的所有砾岩均被含矿热液改造，辉绿岩脉夹持区是热液运移的通道和赋矿空间，不同辉绿岩脉夹持区发育不同的蚀变带，在水平上形成分带特征。

6 结论

1）辉绿岩侵入时代为早白垩世，是产于板内构造环境下的具有碱性玄武岩特征的基性岩脉。

2）辉绿岩上侵过程中穿切了早期的地层和岩体，混染了部分围岩成分，相对富集Th、U、Hf、W 和Cs 等元素，亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti 和Mo等元素。

3）青井钍铀矿受到辉绿岩脉的控制，沿不同辉绿岩脉夹持区发育不同的热液蚀变，Ⅰ号和Ⅱ号辉绿岩脉夹持区为含矿热液运移的通道。