满洲里南部阿敦楚鲁地区变质岩锆石U-Pb 年龄及其地质意义

李晓光，薛春纪，卫三元

（1.中国地质大学地球科学与资源学院，地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083；2.核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

满洲里地区位于中、俄、蒙三国交界处，区域上发现大型铀多金属矿床32 处［1］，包括俄罗斯著名的斯特列利措夫超大型火山岩型铀矿田、蒙古国多尔诺特大型火山岩型铀矿田等。柴璐等通过综合分析认为，斯特列利措夫铀矿田的基底变质岩是较好的铀源体（层）［2］。方锡珩等通过与境外邻区对比研究，指出满洲里地区具有较好的铀成矿条件［3-4］。相对境外邻区而言，满洲里南部地区基底变质岩出露面积较小，多分布在不同时代花岗岩类岩石中或其边部，基底变质岩的成岩时代一直存疑。

1:20 万区域地质调查资料显示，满洲里南部地区出露的基底变质岩为前寒武系［5-6］。罗毅等将满洲里南部地区基底变质岩与额尔古纳地区八大关、恩河等地段变质岩［Sm-Nd 法测得年龄为 （1 060±43.8） Ma、（864.1±62） Ma、（997±37.2） Ma］ 的岩石特征类比认为，满洲里南部地区变质岩成岩时代为元古宙［7］；苗来成等认为小兴安岭西北部新开岭和大兴安岭韩家园子和新林地区兴华渡口群原岩变质作用发生于早古生代［8-9］；Wu et al.测得大兴安岭北部地区变质岩Nd 模式年龄集中在1 000 Ma左右［10］。近年来很多学者认为区域上基底岩性主要是浅变质花岗岩类［11-14］，形成于古生代和中生代，少部分形成于新元古代。前人将本地区变质岩笼统划为“佳疙瘩组”［5-6，15］。典型的佳疙瘩组主要包括绢云母千枚岩、千枚岩、云母片岩和变质砂岩等岩石组合［16-17］，原岩为一套被动大陆边缘沉积环境的陆源碎屑岩［18］。综上可知，满洲里南部地区基底变质岩成岩时代存在认识不统一的问题。

本文以满洲里南部阿敦楚鲁地区基底变质岩（暂称为“阿敦楚鲁变质岩”，下同）为研究对象，通过开展锆石U-Pb 同位素测年等工作，首次厘定了其变质成岩时代；再通过岩石学研究，并结合区域地层对比，初步恢复了阿敦楚鲁变质岩原岩，这对重塑区域构造演化史和指导区内铀矿勘查具有重要参考意义。

1 地质概况

图1 研究区地质简图（a）和大地构造位置（b）（据胡绍康等，1988［1］修改）Fig.1 Geological sketch（a） and tectonic location（b） of the study area

满洲里南部地区（图1a）位于华北板块和西伯利亚板块之间的兴蒙造山带东段，构造单元上属于中蒙古-额尔古纳地块（图1b），处于蒙古-鄂霍茨克断裂与得尔布干断裂之间，额尔古纳地块的南西端，其北与俄罗斯接壤，西南部与蒙古国为邻 （图1a）。研究区内中生代花岗岩浆侵入和火山作用强烈，断裂构造发育，以NE 向和NW 向断裂为主，其次是SN 向断裂。

满洲里南部地区基底由前寒武系变质岩和花岗岩组成。基底岩石的分布受区域构造控制，主要零星出露在研究区北部的NW 向哈泥沟断裂带以北的查干勒盖、满洲里南部地区的头道井地区和NW 向木哈尔深大断裂以南的额尔登乌拉、甲乌拉、阿敦楚鲁等地段。变质岩包括中元古界佳疙瘩组（Pt2jg）和上元古界额尔古纳群 （Pt3Er），佳疙瘩群主要由各类片岩和浅粒岩、混合花岗片麻岩和混合岩组成，额尔古纳群主要由白云质、硅质大理岩，大理岩等组成。

2 样品采集和测试方法

2.1 样品特征

阿敦楚鲁变质岩出露于新巴尔虎右旗西南30 km 处的阿敦楚鲁复式花岗岩基中，该复式花岗岩基呈NE-SW 向展布。基底变质岩为混合花岗岩、条带状混合岩组合。条带状混合岩片理产状为75°∠25°，线理产状为310°∠25°，岩石中的角闪石呈透镜状定向排列，变形较强。野外可见浅色花岗岩脉侵入到混合花岗岩中，并发生强烈变形。

本文采取阿敦楚鲁变质岩中混合花岗岩（编号M8-142）和条带状混合岩（编号M10-75）样品各一个（图1），进行岩相学观察（图2）、锆石U-Pb 法测年及元素组成分析研究。

图2 阿敦楚鲁变质岩手标本及显微照片Fig.2 Photos of hand spacemen and thin section of metamorphic rocks in Adunchulu area

2.2 测试方法

样品的主、微量元素分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。主量元素分析采用X 射线荧光光谱法（XRF），测试仪器为菲利浦PW2404 型X 射线荧光光谱仪。分析测试条件： X 射线管电压为50 kV，电流50 mA，元素测定精度可达0.01%，分析误差＜5%。详细分析流程见文献［19］。

微量元素采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）分析，样品经溶样定容后，在德国Finnigan-MAT 公司制造的HR-ICP-MS（ElementⅠ型）仪器上完成分析。工作温度、相对湿度分别为20 ℃和30%，微量元素含量大于10-6时相对误差小于5%，小于10-6时的相对误差小于10%，分析流程详见文献［20］。

SHRIMP 锆石U-Th-Pb 分析在北京离子探针中心SHRIMPUⅡ上完成。测试时尽量选择晶形完整、无裂纹、无包裹体的晶体，晶形呈柱状且具有明显环带结构特征，以便于获得较准确的变质岩成岩年龄。详细的分析流程和原理参见文献［21］。

3 岩石学特征

3.1 岩相学特征

条带状混合岩： 岩石具有中粗粒变晶结构，条带状构造。浅色条带主要由石英及斜长石组成，石英多拉长定向，波状消光；斜长石矿物呈长条板状，聚片双晶发育，并发育有较强的绢云母化。暗色条带主要由黑云母及角闪石组成。副矿物见独居石、锆石等（图2a、b）。

混合花岗岩： 岩石具他形-半自形粒状结构，略呈定向构造。主要矿物有石英、斜长石、白云母和微晶片状绢云母以及少量白云母。斜长石多呈半自形短柱状，以更长石为主，聚片双晶发育；绢云母发育，微晶片状为主，可见微晶白云母产出；石英含量最多，为他形集合体，波状消光明显。副矿物有锆石、榍石及磷灰石等（图2c、d）。

3.2 岩石地球化学特征

阿敦楚鲁变质岩的元素分析结果见表1。全岩地球化学分析表明，SiO2含量在74.34%～79.73%之间，属于硅过饱和型。岩石富碱（3.94%～4.67%）、富铝（10.76%～12.61%），为偏铝质岩石，贫MgO （1.50%～2.26%）、Fe2O3（0.46%～1.38%），TiO2（0.13%～0.25%）低于钙碱性岩系列平均值（1.16%）。从主量元素含量特征上来看，岩石整体上介于钙碱性系列和低钾拉斑系列之间，为过铝质系列。

表1 阿敦楚鲁变质岩化学分析结果（主量元素/%；微量元素/10-6）Table 1 Elemont content of the Adunchulu metamorphic rocks （major elements/%；trace elements/10-6）

从微量元素分析结果来看，REE 含量为63.79×10-6～171.01×10-6，LREE/HREE 为2.47～5.69，轻、重稀土具有一定的分馏作用。δEu 为0.30～0.61，铕负异常明显。岩石富集Sm （2.45×10-6～4.12×10-6）和大离子亲石元素U（1.52×10-6～2.10×10-6）、Sr（55.60×10-6～733×10-6），贫Nb（9.59×10-6～27.60×10-6）、Ta （0.95×10-6～1.90×10-6），表明变质岩源岩受壳源物质混染作用。

根据阿敦楚鲁变质岩的元素地球化学特征，利用Werner 图解和Symonen 图解尝试对变质岩的原岩进行恢复。首先以常量元素数据为基础计算出各样品的P2O5/TiO2、MgO/CaO等地化参数以及al、fm、c、alk、Si 等尼格里值参数，然后进行投图。在Werner P2O5/TiO2-MgO/CaO 正、副变质岩图解（图3）中，样品落在副变质岩区域，在Symonen 提出的（al+fm）-（c+alk）-Si 变质岩原岩恢复图解（图4）中，样品均落在砂岩区。结合满洲里南部地区零星出露浅变质砂岩、石英云母片岩等，推测阿敦楚鲁变质岩的原岩是以砂岩为主的碎屑岩。

图3 阿敦楚鲁变质岩正副变质岩图解（底图据Werner，1987）Fig.3 Orthometamorphite and parametamorphite diagram of metamorphic rocks in Adunchulu

4 锆石U-Pb 年龄

为准确厘定满洲里南部地区基底变质岩的成岩时代，本文选取混合花岗岩样品（样品号M8-142）和条带状混合岩样品（样品号M10-75） 进行锆石SHRIMP U-Pb 法测年，共分析30 颗锆石，30 个测点，分析数据见表2。

混合花岗岩中锆石呈锥柱状、短柱状，阴极发光图像显示清晰环带结构，Th/U 比值大于0.43，显示为岩浆成因特征。14 个样品测点年龄具有一致性，206Pb/238U 获得年龄加权平均值为（378.0±3.8）Ma，加权平均方差MSWD＝1.4（图5），代表变质成因混合岩化岩浆结晶的时代，即中泥盆世。另外一个测点（355.2±5.1） Ma，反映锆石后期遭受热作用改造时间。

图4 阿敦楚鲁变质岩（al＋fm）-（c＋alk）-Si 图解（底图据Symonen，1953）Fig.4 （al＋fm）-（c＋alk）-Si diagram of metamorphic rocks in Adunchulu

表2 阿敦楚鲁地区混合花岗岩（M8-142）和条带状混合岩（M10-75）SHRIMP 锆石U-Pb 法测年结果Table 2 SHRIMP zircon U-Pb dating results of the M8-142 sample and M10-75 sample in Adunchulu

图5 混合花岗岩（M8-142）锆石阴极发光图像（a）及U-Pb 年龄协和图（b）Fig.5 Cathodoluminescence image of zircons and the concordance U-Pb diagram of Migmatized granite（M8-142）

条带状混合岩中锆石自形程度较差，呈短柱状，CL 图像显示颜色较暗，透明度较差，环带结构不发育，反映变质成因特点，6 个样品测点年龄具有一致性，206Pb/238U获得年龄加权平均值为（295.6±7.2） Ma，加权平均方差MSWD＝7.2（图6），代表另一期变质作用的时代，即早二叠世。其另外9 个样品测点年龄较为分散，在（239～259）Ma 和（313～379）Ma之间，普通铅含量较高，铀铅体系发生了改变，说明受到强烈的变质热作用。

图6 条带状混合岩样品（M10-75）锆石阴极发光图像（a）及U-Pb 年龄谐和图（b）Fig.6 Cathodoluminescence image of zircons and concordance U-Pb diagram of banded migmatite（M10-75）

5 讨论

5.1 与区域地层对比

前人通过与区域变质岩地层对比，把满洲里南部地区变质岩定为中元古界佳疙瘩群［5-6，22］。额尔古纳地区出露上元古界佳疙瘩群，主要为角闪斜长片岩、黑云斜长角闪片岩、含石榴绿泥斜长片岩，原岩为中基性-酸性海底火山喷发-沉积建造［5］；莫尔道嘎地区佳疙瘩组变质岩原岩主要是杂砂岩和黏土岩，物源以长英质成分为主，并混有少量古老沉积物［17］；喜桂图复背斜中佳疙瘩群为灰色黑云石英片岩、灰绿色黑云母片岩，石英粉砂岩、变质长石石英砂岩，原岩为海相碎屑沉积岩［6］；大兴安岭北部的佳疙瘩群为海相细碎屑岩-碳酸盐岩-中基性火山岩沉积建造［22］。从岩石类型、变质程度以及原岩特征等方面综合分析可知，阿敦楚鲁变质岩与邻区元古界的佳疙瘩群存在显著的差别。

本文测得混合花岗岩锆石U-Pb 年龄为（378.0±3.8） Ma，条带状混合岩锆石U-Pb 年龄为（295.6±7.2） Ma，这与传统认为“佳疙瘩组”形成于元古宙的观点［16，18］明显不同。综上，满洲里南部地区阿敦楚鲁变质岩形成于晚古生代。

5.2 区域构造意义

晚古生代之前东北地区的佳木斯地块、兴安-松嫩地块和额尔古纳地块之间已经完成拼合，形成了统一的佳-蒙陆块；从晚古生代开始我国东北区域进入了统一的盖层演化阶段，在佳-蒙陆块南缘发育晚古生代大陆边缘盖层沉积［23］。直到中生代的侏罗纪，除了有海西晚期酸性、中酸性岩浆侵入和少量火山喷发外，研究区基本上一直处于隆起剥蚀状态。

结合区域构造演化可知，锆石U-Pb 年龄（378.0±3.8） Ma 和（295.6±7.2） Ma 分别记录了中泥盆世和早二叠世两期变质作用。从区域大地构造演化背景分析，在（450～300） Ma已经拼合的泛非期地块裂解并向南向现在的中国东北移动，蒙古-鄂霍茨克海在该期的打开［24-25］。阿敦楚鲁变质岩处在中蒙古-额尔古纳古陆块南缘，在古亚洲洋闭合作用下西伯利亚板块和华北板块拼合碰撞，在加里东运动末期发生区域变质作用，导致了泥盆世混合花岗岩的形成；石炭纪末或二叠纪初，蒙古-鄂霍次克洋向南俯冲引发的岩浆作用使原先的陆缘碎屑岩发生区域性变质，形成了条带状混合岩。

5.3 铀矿找矿意义

中蒙古-额尔古纳处于世界上最大的铀成矿带，铀成矿多分布在前中生代变质岩基底隆起带及其附近，基底岩石被认为是火山岩型铀矿的铀源体/层［26］。境外邻区俄罗斯斯特列利措夫铀矿田古老基底经历过新元古代（930～770） Ma、早古生代（580～410） Ma、晚古生代-三叠纪（260～230） Ma 三次交代花岗岩化作用［27］；蒙古国多尔诺特铀矿田火山机构基底包含各种成分和各时代的变质岩［28-29］，基底经历了早古生代和中生代花岗岩化作用。整体上来说，境外邻区铀矿基底地层厚度大且时代老，基底花岗岩演化期次多［3-4］，多期次活化的基底岩石为火山岩型铀矿成矿提供了铀源。

本文通过变质岩锆石U-Pb 测年和综合分析可知，满洲里南部地区基底变质岩成岩时代为晚古生代；结合前人成果［30-34］分析可知，相较于境外邻区，满洲里南部地区基底变质岩成岩时代偏新，花岗岩化程度较弱，反映满洲里南部地区不具有良好的铀成矿的基底铀源条件。建议下一步铀矿找矿勘查工作转向额尔古纳多期次古老基底出露的地区。

6 结论

1） 锆石U-Pb 法测得满洲里南部地区阿敦楚鲁变质岩中混合花岗岩的变质年龄为（378.0±3.8）Ma，条带状混合岩的变质年龄为（295.6±7.2）Ma，揭示该区中泥盆世和早二叠世存在两期区域变质作用。2） 满洲里南部地区阿敦楚鲁变质岩原岩为碎屑岩。3） 与境外邻区相比，满洲里南部地区基底花岗质岩石时代偏新，不具有良好的火山岩型铀成矿的基底铀源条件。