甘肃省龙首山成矿带青山堡岩体闪长岩特征及与铀成矿关系

陈云杰，王 伟，王 刚，杨 昆，何佳军，李 涛

(核工业二○三研究所，陕西西安 710000)

0 引言

龙首山铀成矿亚带属于我国西北地区花岗岩型铀成矿带祁连-龙首山铀成矿带的重要组成部分。本次研究的青山堡岩体位于龙首山成矿带的东段，岩体内已发现1个铀矿床和数十个矿(化)点、异常点，显示铀成矿条件优越，成矿潜力大。前人对区内铀矿化特征(胡俊祯，1987；陈云杰等，2011，2021)、岩体成因(方同辉等，1997；魏俏巧等，2013；刘文恒等，2019)、区域地层特征(胡能高，2003)、区域放射性水文地质特征(王刚等，2019)等开展了研究。近年来随着对龙首山铀矿化特征、区域岩浆演化等方面认识的逐步深入(陈云杰等，2012,2014,2015,2018,2020；魏正宇和张玮，2014；汤琳和张树明，2015；聂利等，2016；高宇等，2017；刘洪成等，2017；张甲民等，2017；刘正义等，2018；赵如意等，2018；王伟等，2020)，并通过在研究区内开展的新一轮铀矿找矿工作，对研究区的铀成矿条件的认识也逐步提高。尤其是近年来区内新发现的浅灰黑色细粒闪长岩与铀成矿关系密切，但之前对其尚未开展过系统的研究工作。本文通过对青山堡岩体细粒闪长岩的地球化学、同位素年代学等方面特征进行研究，以期为研究区今后开展铀矿找矿工作提供借鉴。

1 区域地质和铀矿产

1.1 区域地质

图1 龙首山成矿带大地构造位置(a)、区域地质(b)和金边寺地区地质图(c)

1.2 铀矿化特征

金边寺矿床是区内的典型铀矿床，位于青山堡岩体的西南缘。矿区内出露岩性主要为花岗(闪长)岩、闪长岩及晚期的闪长玢岩脉等(图2)。断裂构造主要为F1和F2，其中F2是F1的次级断裂，断裂走向310°～330°，倾向NE，倾角45°～70°，为东大山-金边寺断裂的次级断裂。已发现铀矿体呈鱼群状分布于F1、F2断裂间，平均品位为0.10%,平均厚度为1.78 m。矿体多数为隐伏矿体，总体NW向侧伏，侧伏角度40°左右，近年来在矿床深部及外围均发现有较好铀矿体的存在。

图2 金边寺地区铀矿地质简图

含矿主岩为弱碎裂(蚀变)中粗粒花岗闪长岩和(蚀变)闪长岩。铀的存在形式有两种，一是呈独立矿物，二是呈吸附状态。铀矿物以次生铀矿物硅钙铀矿为主；铀被绿帘石、绿泥石、褐铁矿等吸附。该矿床之前被认为是淋积型铀矿床。近年来的勘查工作表明区内发育钠长石化、钾长石化、碳酸盐化和赤铁矿化等碱交代热液蚀变，铀矿化与其关系密切，钻探深部新发现有原生矿体和沥青铀矿脉的存在，明确了成矿类型为热液淋积混合型铀矿床，深部热液型铀成矿潜力大。

2 闪长岩特征

2.1 分布特征

区内闪长岩主要分为灰绿色中细粒闪长岩和浅灰黑色细粒闪长岩。其中灰绿色中细粒闪长岩在岩体中分布较多，主要分布在岩体北部(图1c)；浅灰黑色细粒闪长岩主要分布在岩体南部，沿构造呈脉状侵入到灰白色中粗粒花岗闪长岩之中，其展布与构造方向基本一致。近年来在研究区内开展的区域铀矿评价工作，初步查明了金边寺地段的浅灰黑色细粒闪长岩特征，在地表出露面积一般为几个至数十个平方米(图2)。钻孔深部细粒闪长岩脉厚度一般为0.5～10 m,呈雁列式展布,延伸一般为10～100 m，部分延伸超过150 m。

2.2 岩石学特征

细粒闪长岩的新鲜面颜色为浅灰黑色，风化后呈浅灰绿色，细粒结构，块状构造。主要矿物为石英(10%～15%)、斜长石(40%～45%)、角闪石(30%～35%)，受后期构造影响，矿物颗粒较为破碎(图3a、b)。含矿蚀变闪长岩中发育有钠长石化、钾长石化、碳酸盐化、绿泥石化和赤铁矿化等蚀变，岩石颜色一般呈浅紫红-褐红色(图3c、d)，其为区内主要的含矿岩石之一。

图3 测年闪长岩岩石特征图

3 样品采集及分析测试

细粒闪长岩锆石年龄样品采集于金边寺地区钻孔ZKS16-1中102 m处，其它样品采集于ZKS0-1、ZKS10-1、ZKS10-3和ZKS18-3中110～330 m处。钻孔中揭露到的岩性主要为灰白色中粗粒花岗闪长岩及晚期脉状侵入的肉红色中粗粒花岗岩和浅灰黑色细粒闪长岩。样品的主量元素、微量元素和稀土元素测试分析均在核工业二○三研究所分析测试中心完成，使用的仪器分别为荷兰帕纳科公司制造的Axios型X射线光谱仪和美国Thermo Fisher制造的XSERIESⅡ型ICP-MS。样品锆石挑选、制靶、CL照相及测年由河北省廊坊拓轩岩矿检测服务有限公司完成，电子探针和包裹体测温是在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室完成，各项分析精度均能达到国家标准。

4 锆石U-Pb年龄

细粒闪长岩样品中的锆石以短锥状为主，次为长锥柱，锆石长100～220 μm，宽80～130 μm，长宽比值为1.1～2.3，锆石的双锥较为发育。在CL图像中闪长岩锆石的震荡环较为宽大和清晰(图4)，内部结构较均一。本次测年的锆石测点共11个(表1)，锆石测点的Th含量为85.8×10-6～402.0×10-6，平均值为166.8×10-6；U含量为157.0×10-6～472.0×10-6，平均值为325.9×10-6；Th/U的值为0.40～0.88，平均值为0.50。样品的锆石测点在206Pb/238U-207Pb/235U谐和图上分布比较集中，加权平均年龄为427.8±3.1 Ma，MSWD=0.36，95%置信度(图5)，表明其侵位时代为早志留世。

图4 闪长岩锆石CL图像特征及测点年龄

图5 闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图(a)和直方图(b)

5 地球化学特征

5.1 主量元素特征

从表2中可以看出：正常细粒闪长岩SiO2的含量平均为54.94%，异常样平均为56.14%、矿化样平均为58.07%、矿石平均为56.58%，SiO2的含量有所增加，这与后期硅化作用在早期矿物颗粒之间形成次生石英关系较为密切。正常的闪长岩Al2O3的含量平均为15.87%，异常样平均为18.00%、矿化样平均为14.55%、矿石平均为17.51%，Al2O3的含量有所增加。正常的闪长岩Fe2O3的含量平均为2.92%，异常样平均为2.21%、矿化样平均为2.56%、矿石平均为4.63%，Fe2O3的含量有所增加。正常的闪长岩FeO的含量平均为3.73%，异常样平均为1.90%、矿化样平均为2.13%、矿石平均为1.07%，FeO的含量减少。正常的闪长岩CaO的含量平均为5.82%，异常样平均为5.41%、矿化样平均为4.92%、矿石平均为3.27%，CaO的含量有所减少；这与广泛发育的早期的灰白色碳酸盐相比，成矿期粉红色碳酸盐化要相对弱一些。正常的闪长岩Na2O的含量平均为3.42%，异常样平均为5.56%、矿化样平均为4.20%、矿石平均为6.25%，Na2O的含量增加。正常的闪长岩K2O的含量平均为2.12%相比，异常样平均为3.52%、矿化样平均为2.71%、矿石平均为3.24%，K2O的含量所增加，这与成矿期发育的碱交代蚀变关系密切。正常的闪长岩MgO的含量平均为3.93%，异常样平均为2.47%、矿化样平均为4.55%、矿石平均为1.71%，MgO的含量所增加。与细粒闪长岩原岩相比，随着U 含量的增加，SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、MgO的含量增加，FeO、CaO的含量减少，这与这与成矿期发育的碱交代蚀变关系密切。

5.2 稀土、微量元素特征

岩石具有相对富集轻稀土元素和亏损重稀土元素的特点。在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图上呈右倾配分模式(图6a，表3)，且轻稀土元素分异较强而重稀土元素不明显。在原始MORB标准化蛛网图上(图6b，表4)，与原始地幔相比闪长岩对富集Rb、Ta、U、Hf等大离子亲石元素，Nb、Zr、Ti等元素相对亏损。

图6 闪长岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图(a)与原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(原始地幔标准化值和球粒陨石标准化据Sun and McDonough，1989)

6 闪长岩与铀矿化关系

研究区内细粒闪长岩沿构造分布，受构造影响，岩石一般较为破碎，为后期热液及铀成矿提供了很好的赋矿空间。碱交代蚀变闪长岩亦是区内主要的含矿岩性，表明区内碱交热液蚀变时间要晚于细粒闪长岩脉的形成时间(427.8±3.1 Ma)，这与推测的龙首山东段的碱交代岩的形成年龄为433～423 Ma一致(陈云杰等，2021)。同时，这与龙首山中段芨岭铀矿田的碱交代岩形成时间428～400 Ma亦基本一致，反映志留纪龙首山地区发育的碱交代铀成矿作用在东段也是存在的。

细粒闪长岩与花岗(闪长)岩的岩性接触界面是地球化学成分发生变化的界面，后期构造作用使界面两侧发育裂隙及构造破碎带，破碎带中容易形成压力突然降低的环境。当富含挥发分的碱性含矿热液流经岩性界面附近时，由于围岩地球物理化学环境发生突变，含铀热液中的碳酸铀酰络合物快速分解(阂茂中等，1987；高浩中等，1998；肖庆辉等，2007；赵慧博等，2014)，成矿物质卸载并成矿(图7)。近期在区内施工的少量的钻探，共新发现铀矿体13个，铀矿体全部分布于花岗(闪长)岩与细粒闪长岩接触界面附近，显示了接触带在区内具有较好的找矿潜力。

图7 金边寺矿床11号剖面图

龙首山铀成矿带是我国典型的碱交代型铀成矿带，其中段的芨岭铀矿田中的芨岭和新水井矿床规模均达到中型。青山堡花岗岩体位于芨岭铀矿田的东部，其控矿断裂东大山-金边寺断裂为马路沟断裂带的东延。通过区内新一轮铀矿找矿工作的开展，研究区内与铀矿化关系密切的碱交代热液蚀变较为发育(陈云杰等，2021)，查明了碱交代蚀变闪长岩是区内碱交代型铀矿化的主要赋矿岩性之一。通过对含矿的碱交代蚀变闪长岩的岩矿鉴定、电子探针分析等工作，在区内含矿蚀变闪长岩矿石中发现有网脉状、细脉状沥青铀矿脉的存在，其与绿泥石、赤铁矿一起沿着矿石的裂隙沉淀成微细脉，脉宽一般1～10 μm，长100～500 μm(图8a、b)。矿石中次生铀矿物主要有两种形式，一是在矿物空洞中存在的放射状、针状次生铀矿物；二是氧化沥青铀矿脉后呈脉状的次生铀矿(图8c、d)。

图8 金边寺地区矿石铀存在形式

结合相关研究，选取了区域上与铀成矿关系密切的粉红色方解石脉体进行了包裹体测温工作(沈渭洲等，1988；赵如意等，2018；陈柏林，2021；刘锦康等，2021；沙建泽等，2021)，并与芨岭铀矿床进行比较。研究区内蚀变闪长岩矿石中方解石包裹体中的冰点温度为-8.73 ℃～-0.39 ℃，均一温度主要分布在157.8 ℃～266.1 ℃和301.3 ℃～309.1 ℃间(表5)。东部芨岭铀矿床的早期成矿流体温度为279.80 ℃～294.52 ℃，后期沸腾卸载成矿物质之后的早期流体温度降低至195.37 ℃～214.04 ℃。研究区与芨岭地区的包裹体温度略有差异，这可能与侵位深度、后期抬升剥蚀等有一定的关系。结合区域资料来看，龙首山东段地区碱交代热液的与芨岭地区碱交代热液形成时代一致，同时受马路沟断裂带的控制，两个地区的成矿热液温度基本一致。

表5 金边寺地区方解石脉包裹体测试结果

研究成果表明，后期龙首山东段抬升剥蚀速度较中段要强烈，地表部分碱交代蚀变体和铀矿体被剥蚀，其剥蚀程度要比中段高。同时由于构造发育，东段抬升剥蚀时后期潜水氧化作用较为发育，故在区内形成淋积型铀矿化。金边寺铀矿床之前被认为是淋积型铀矿床，近年来调查研究认为前期区域性碱交代热液成矿作用所形成的构造蚀变带中的铀富集形成的“贫矿带”是金边寺矿床形成的必要基础，而后生潜水氧化改造则是叠加形成浅部淋积型工业铀矿体的关键。

7 结论

(1)浅灰黑色细粒闪长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为427.8±3.1 Ma，侵位时代为早志留纪。

(2)与细粒闪长岩原岩相比，随着U 含量的增加，SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、MgO的含量增加，FeO、CaO的含量减少，这与这与成矿期发育的碱交代蚀变关系密切；Rb、Ta、U、Hf等元素相对富集，Nb、Zr、Ti等元素相对亏损及轻稀土右倾分馏明显的地球化学特征。

(3)研究区内细粒闪长岩即是铀成矿的有利赋矿岩石，而其与花岗(闪长)岩的接触面为后期铀矿富集提供了物理化学环境突变的地球化学障，亦是铀成矿有利结构面。

(4)龙首山地区于志留纪广泛发育的碱交代铀成矿作用在青山堡岩体中亦有发育。后期龙首山东段抬升剥蚀速度较中段要强烈，潜水氧化作用发育，前期区域性碱交代热液成矿作用所形成的含矿构造蚀变带是后生潜水氧化改造叠加形成浅部淋积型工业富铀矿体的关键。