商南光石沟铀矿床花岗岩、伟晶岩同位素年龄及其地质内涵

2014-09-18朱富社杨安林

地下水 2014年4期

关键词：伟晶岩铀矿床铀矿

朱富社，杨安林，卞利

(陕西省核工业地质局二二四大队，陕西西安710024)

1 矿床概况

光石沟铀矿床位于北秦岭加里东褶皱带东段，是国内具有较大规模、可供工业利用的花岗伟晶岩铀矿床，其成矿条件、铀矿化特征可与纳米比亚罗辛矿床、加拿大班克罗夫特矿床类比，上世纪九十年代落实为铀矿床，目前仍处于勘查阶段。

1.1 区域地质背景

下元古界秦岭群是北秦岭造山带地层主体，同位素年龄1 867.5 ～2 226 Ma［6］，是一套以混合岩化黑云斜长片麻岩为主的深变质岩系，其原岩主要是陆源泥砂质碎屑岩，夹少量中基性火山岩和不纯碳酸盐岩，平均能谱铀丰度3.86×10－6，是铀源层。区域秦岭群中断断续续分布许多加里东期花岗岩体，北秦岭东段主要有黄龙庙岩体、灰池子岩体、漂池岩体。近东西向断裂构造是区域构造基本格架，商南—丹凤断裂又称秦岭中部断裂，是区域深大断裂，是南、北秦岭造山带的缝合带，也是秦岭群南界，蔡川—双槐树断裂是本区秦岭群北界。杨经绥先生(2002)年在秦岭群榴辉岩和片麻岩的锆石中发现微粒金刚石，确定本区存在早古生代超高压变质带，并且是中国西部柴北超高压变质带的东延。

1.2 矿床地质概况

光石沟铀矿床产于灰池子岩体南部外接触带。矿区地层为秦岭群下部变质岩，主要岩性为含石榴子石、矽线石、石墨的混合岩化黑云斜长片麻岩，夹少量变粒岩、角闪片岩、不纯大理岩。灰池子岩体是北秦岭东段最大的花岗岩岩基，矿区西北部少量出露，主体岩性是片麻状黑云母二长花岗岩和片麻状黑云母花岗闪长岩，岩体内部结构比较均匀，以片麻状构造为特征;大毛沟岩株出露在矿区北部，是灰池子岩体外接触带的白岗质花岗岩小岩株，岩石以块状构造为特征。土地岭—牛家台背斜是矿区重要褶皱构造，背斜轴位于矿区东北部，NWW—SEE走向，西段被大毛沟岩株吞噬，背斜西南翼及东部倾伏端占据了整个矿区，许多黑云母伟晶岩脉顺层贯入，铀矿体产于伟晶岩脉中，背斜西南翼是最重要的控矿构造(见图1)。矿区内有少量矿后走向断层，对铀矿体影响不大。

图1 光石沟铀矿床地质略图

铀矿化、铀矿体受黑云母伟晶岩脉控制，矿区内有伟晶岩脉90多条，初步确认有异常矿化的脉体17条，由于现在查明的矿体都是盲矿体，随揭露强度的加大，矿化脉体数量可能还会增多。这些伟晶岩脉大体平行分布，脉长1 000～3 000 m不等，厚度2 m至数十米不等。含矿脉体中揭露比较充分的是1号、2号脉体，初步控制铀矿体16个，落实为中型铀矿床。含矿伟晶岩脉缺少一般花岗伟晶岩脉的内核和中间带，主要表现为外侧带和边缘带，颗粒并不粗大，具伟晶状结构或中粗粒花岗结构，初步认为形成深度大于7 km，结晶初始压力0.7 GPa左右，形成温度600℃左右，属于奥长石—微斜长石型含铀黑云母伟晶岩。

含足够数量晶质铀矿的伟晶岩就是铀矿石。铀矿石类型有花岗伟晶岩型、边部混染型、特殊矿物(细鳞片状黑云母、棕红色斜长石、深灰色石英、磷灰石、石榴石)团块型。前者矿石量多、品位较低(300～1 000×100－6)，后者矿石量不多，但品位较高(＞1 000×100－6)。晶质铀矿是最重要的工业矿物，自形程度高，颗粒粗(0.1 ～0.5 mm，最大 1 mm)，硬度大(810～927 kg/mm2)，密度大(8.52 g/cm3)，UO2 含量高，UO3含量低，含氧系数2.148，是深成环境的产物。

2 前人对灰池子岩体同位素年龄的研究成果

灰池子岩体面积约340 km2，前人留下了许多同位素年龄资料，如尚瑞钧、严阵382 Ma(Rb—Sr.1987年)，严阵457 Ma(磷灰石 U—Pb.1985 年)，柴宝民 543 Ma(Rb—Sr.1993年)，李武平437 Ma(锆石 Pb—Pb.1994年)，冯明月、戎嘉树532 Ma(Sm—Nd.1993年)，万吉 449 Ma(锆石 U—Pb一致曲线.1992年)，与区域太白岩体455 Ma，枣园岩体444 Ma，黄龙庙岩体457 Ma，漂池岩体486 Ma基本一致，460 Ma左右是灰池子岩体的代表性年龄值，该岩体片麻状二长花岗岩、花岗闪长岩形成于加里东旋回中期。

3 大毛沟岩株白岗质花岗岩颗粒锆石激光定年及新发现

大毛沟岩株位于灰池子岩体东南外接触带，面积约1 km2，与光石沟铀矿床关系密切，我们进行了颗粒锆石激光定年，确定其U－Pb同位素年龄419 Ma，大毛沟岩株白岗质花岗岩形成于加里东旋回中后期。

样品取自光石沟铀矿床ZK6402号钻孔360 m处，样品约0.5 kg，为非常新鲜的灰白色中粒白岗质花岗岩，矿物成分主要为微斜长石、奥长石、石英，暗色矿物很少。样品手工破碎过40目筛，精淘后镜下挑选锆石20余颗，该样品中只见一种锆石，颜色较深呈褐红色，粒径0.1～0.2 mm，长0.5～0.8 mm，柱状自形晶，晶面晶棱平直光滑，表面无蚀痕，具新生锆石特征。样品靶的制备是先将锆石颗粒固定在双面胶上，用无色环氧树脂固定，固化后抛光至锆石露出一个平面，阴极射线背散射电子图像和锆石定年在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成.激光剥蚀系统为德国Microlas公司生产的Geo—Las200M，该系统由德国Lambda Physik公司的Compex102ArE准分子激光器(波长193nm)与DetlefGünther教授为Microlas公司设计的光学系统组成.年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot(ver2.49)完成。测试结果见图2及表1。大毛沟岩株白岗质花岗岩谐和年龄Mean=419.2〔2.0﹪〕95﹪conf。需要说明的是该样品锆石中铀含量很高(13个测点238U2 200～7 157×10－6)，内部包裹体很多，透明度低。图1中A、B、C、D颗粒反映的是大毛沟岩株白岗质花岗岩的形成年龄，谐和曲线加权平均为419 Ma。E颗粒内核465 Ma可能代表灰池子岩体片麻状二长花岗岩的年龄。F颗粒02 02号测点的1 980.5 Ma Pb—Pb年龄可能代表秦岭群残留锆石的年龄，残留锆石的特点是铀含量低，透明度高，环带比较清晰，该年龄值与秦岭群的同位素年龄完全一致，是本次定年工作的最新研究成果，说明大毛沟岩株白岗质花岗岩的物源与中下地壳秦岭群有关。

图2 大毛沟岩株白岗质花岗岩锆石颗粒背散射电子图像与对应的年龄值

4 黑云母伟晶岩中晶质铀矿的同位素年龄

光石沟铀矿床的黑云母伟晶岩中，晶质铀矿呈全自形粒状与独居石、锆石共生。晶质铀矿U—Th—Pb同位素年龄数据见2，5个样品的206Pb/238U表面年龄平均值392 Ma，等时线年龄391 Ma(图3)。冯明月对伟晶岩中与晶质铀共生的黄铁矿进行Pb—Pb等时线处理，年龄值402 Ma［2］。光石沟铀矿床形成于加里东构造—岩浆旋回的末期。

图3 光石沟铀矿床晶质铀矿U—Pb等时线

5 结语

下元古界秦岭群中加里东期花岗岩新生锆石的残留内核1 980.5 Ma年龄值的获得，为研究北秦岭加里东期花岗岩成因和物源提供了重要信息。光石沟铀矿床的灰池子岩体片麻状二长花岗岩、大毛沟岩株白岗质花岗岩、含晶质铀矿的云母伟晶岩，具紧密的空间关系，基本相同的矿物成分，比较一致的氧同位素组成，递减的时间梯度。灰池子岩体是岩浆主侵入阶段的大岩基(460 Ma)，大毛沟岩株是补充侵入阶段的小岩株(419 Ma)，含晶质铀矿的黑云母伟晶岩脉是富铀残余岩浆半原地侵位的产物(391 Ma)，它们是加里东运动中晚期以壳源为主、具壳幔混源特征的同熔型系列花岗质岩石，是深熔岩浆离开母岩浆房之后分异演化的产物。在岩浆演化过程中，从早到晚铀元素具“级塔式累计定向增量”［1］特征，在残余岩浆中富集。光石沟铀矿床是富铀残余岩浆半原地侵位结晶的同生铀矿床，晶质铀矿产于黑云母伟晶岩中，铀矿体受黑云母伟晶岩脉控制，矿源、矿位距离小，是高温、高压、相对封闭环境的中深构造层成矿。