劉佳林，劉武生，虞航，章展銘

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100029）

砂巖型鈾礦是世界上最重要的鈾礦床類型，亦是我國當(dāng)前鈾礦勘查的主攻方向［1-2］。二連盆地位于中亞造山帶，是我國北方砂巖型鈾礦的主攻和重點(diǎn)突破地區(qū)［2-3］。近年來，隨著找礦勘查工作的深入，在盆地中部先后發(fā)現(xiàn)了多個古河道型砂巖型鈾礦床，實(shí)現(xiàn)了鈾礦找礦的重大突破［4］。這些礦床產(chǎn)于盆地中部，主要賦存于下白堊統(tǒng)賽漢組上段［5］。前人對這些礦床開展了大量的構(gòu)造背景、鈾礦化特征、鈾成礦條件、礦床成因、成礦模式等方面的研究［5-7］，取得了一系列重要認(rèn)識。然而，對于該地區(qū)重要賦礦層位—下白堊統(tǒng)賽漢組上段的物源特征研究卻相對薄弱，尤其缺乏大量精確的同位素年代學(xué)證據(jù)。物源區(qū)既可為賦礦砂體提供各類碎屑沉積物，還可以提供大量的成礦物質(zhì)，是砂巖型鈾礦成礦作用最重要的因素之一［2，4-5，8］。因此，筆者選取盆地哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段賦礦砂巖，通過開展碎屑鋯石U-Pb 年代學(xué)研究并結(jié)合前人研究成果，探討賽漢組上段沉積物源特征，為區(qū)域成礦規(guī)律總結(jié)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

二連盆地位于我國東北部，東側(cè)以大興安嶺隆起為界，南部與溫都爾廟隆起相鄰，西部與索倫山隆起相接，北部以巴音寶力格隆起為界，是形成于中生代大陸伸展的構(gòu)造背景下的陸內(nèi)盆地［9］。盆地主要包括5 個坳陷和1 個隆起，即盆地西部的川井坳陷、中西部的烏蘭察布坳陷、中北部的馬尼特坳陷、東南部的騰格爾坳陷、東北部的烏尼特坳陷以及中部的蘇尼特隆起。

二連盆地的基底為興-蒙海西多旋回、軟碰撞褶皺變質(zhì)基底，主要由古生代和中生代的中性及酸性花崗質(zhì)巖石、鎂鐵質(zhì)-長英質(zhì)火山巖以及元古宙至古生代的沉積或變質(zhì)沉積巖組成［10-11］。盆地的發(fā)展主要經(jīng)歷了兩期裂谷作用［12］，其中，第2 期裂谷作用發(fā)生于晚白堊世，可分為早期同裂谷、裂谷高峰和晚期同裂谷3 個階段［12］。復(fù)雜的構(gòu)造演化作用使二連盆地形成了隆起、坳陷平行相間分布的“盆-嶺”構(gòu)造［9］。盆地沉積充填序列由盆地下部、中部至上部依次為中下侏羅統(tǒng)阿拉坦合力群和大興安嶺群；下白堊統(tǒng)阿爾善組、騰格爾組和賽漢組、上白堊統(tǒng)二連組；古近系腦根組和伊爾丁曼哈組［12］。賽漢組是二連盆地砂巖型鈾礦床的主要賦礦層位之一，形成時代為早白堊世晚期，可分為下段和上段。其中，賽漢組上段是主要的含礦層，其下部發(fā)育河道相含礫粗砂巖，上部為厚層狀棕紅色泥巖。此外，區(qū)內(nèi)還發(fā)育有大量海西期、印支期和燕山期花崗巖及火山巖，主要分布于蘇尼特隆起以及巴音寶力格隆起及其附近（圖1）。哈達(dá)圖地區(qū)位于二連盆地中部的齊哈日格圖凹陷，靠近蘇尼特隆起，是近年來新發(fā)現(xiàn)的鈾礦富集區(qū)。

圖1 二連盆地中部地質(zhì)簡圖（據(jù)聶逢君等修改，2018［7］）Fig.1 Simplified geological map of the middle Erlian Basin

2 采樣位置及分析方法

用于碎屑鋯石年代學(xué)研究的FZK63-79 樣品采自哈達(dá)圖地區(qū)FZK63-79 鉆孔372 m 處，為黃色中-細(xì)砂巖；樣品CZK3 采自哈達(dá)圖地區(qū)CZK328 鉆孔281.5 m 處，為黃色中砂巖。兩個樣品均采自賽漢組上段下部。

將相對自形、雜質(zhì)較少的鋯石晶體制作成樣品靶。選擇需開展鋯石U-Pb 同位素分析的鋯石進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光拍照。LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 定年實(shí)驗在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗室完成。實(shí)驗儀器為RESO Lution S-155 和Thevmo LCAP RQ ICP-MS 組成的激光剝蝕系統(tǒng)，儀器能在33 μm 的范圍內(nèi)對單顆粒鋯石進(jìn)行U-Pb 同位素及微量元素測試。樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb 同位素比值等采用軟件ICPMS Data Cal［13］完成。鋯石U-Pb 同位素年齡計算及諧和圖的構(gòu)建利用ISOPLOT/Ex（v.3.0）［14］完成。詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見Liu et al.［13］。

3 結(jié)果分析

本次對樣品CZK3 和FZK63-79 中的177顆碎屑鋯石進(jìn)行了177 個測點(diǎn)的分析，代表性碎屑鋯石分析結(jié)果和鋯石陰極發(fā)光圖像見圖2。絕大部分鋯石主要呈自形-半自形結(jié)構(gòu)、長柱狀晶形，具明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。168 顆鋯石的Th/U 值大于0.4，8 顆鋯石的Th/U 值介于0.1～0.4 之間，1 顆鋯石（樣品CZK3）Th/U 值小于0.1（圖3）。上述特征說明，這些鋯石絕大多數(shù)以巖漿鋯石為主［15］，9 顆鋯石較低的Th/U 值可能與后期改造作用或者變質(zhì)重結(jié)晶作用不徹底有關(guān)［16］。所有分析結(jié)果的數(shù)據(jù)點(diǎn)皆落于206Pb/238U-207Pb/235U 諧和圖上的諧和線附近（圖4、圖5），協(xié)和度均大于90%，206Pb/238U 年齡值范圍介于（122±1）Ma 至（1 975±21）Ma 之間，代表了鋯石的形成時代。

圖2 代表性碎屑鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像Fig.2 CL images of zircon from the sandstone of the upper member of Saihan Formation at Hadatu area

圖3 哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段碎屑鋯石年齡與Th/U值關(guān)系圖解Fig.3 The diagram showing the relationship between U-Pb ages of detrital zircons and their Th/U

樣品CZK3 中的碎屑鋯石U-Pb 年齡范圍可分為8 組（圖6）。第1 組：晚白堊世鋯石13 顆，年齡范圍為（146±2～133±1）Ma，占鋯石總數(shù)的15.9%；第2 組：中-晚三疊世鋯石2 顆，為（239±9～232±3）Ma，占全部鋯石的2.4%；第3 組：二疊紀(jì)鋯石43 顆，年齡為（287±4～251±3）Ma，占鋯石總數(shù)的51.8%；第4 組：晚石炭世鋯石6 顆，年齡為（327±5～310±3）Ma，占全部鋯石的7.3%；第5 組：晚志留-早泥盆世鋯石4 顆，為（430±4～410±4）Ma，占全部鋯石的4.9%；第6 組：中-晚奧陶世鋯石11 顆，年齡范圍為（472±5～444±5）Ma，占全部鋯石的13.4%；第7 組：寒武紀(jì)鋯石2 顆，為（503±5～497±7）Ma，占全部鋯石的2.4%；第8 組：中-古元古代鋯石3 顆，年齡為（1 975±21～1 354±13）Ma，占全部鋯石的3.7%。

圖4 哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段CZK3 樣品～2000 Ma（a）和～500 Ma（b）碎屑鋯石U-Pb 年齡諧和圖Fig.4 U-Pb concordant diagrams for～2000 Ma（a）and～500 Ma（b）of detrital zircons from sandstones in the upper member of Saihan Formation at Hadatu area

圖5 哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段樣品FZK63-79 碎屑鋯石U-Pb 年齡諧和圖Fig.5 U-Pb concordant diagrams of zircons from the sandstones of the upper member of Saihan Formation at Hadatu area

圖6 哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段碎屑鋯石U-Pb 年齡直方圖Fig.6 U-Pb ages histogram of zircons from the upper member of Saihan Formation at Hadatu area

樣品FZK63-79 中的碎屑鋯石U-Pb 年齡范圍可分為6 組（圖6）。第1 組：晚白堊世鋯石46 顆，年齡范圍為（163±4～122±1）Ma，占鋯石總數(shù)的49.0%；第2 組：早三疊-早二疊世鋯石43 顆，為（280±4～224±2）Ma，占全部鋯石的44.8%；第3 組：晚石炭世鋯石2顆，年齡為（301±3～299±4）Ma，占鋯石總數(shù)的2.1%；第4 組：中泥盆世鋯石1 顆，年齡為（384±6）Ma，占全部鋯石的1%；第5組：晚奧陶世鋯石4 顆，為（448±5～446±6）Ma，占全部鋯石的2.1%；第6 組：寒武紀(jì)鋯石1 顆，年齡范圍為（500±5）Ma，占全部鋯石的1%。

4 地質(zhì)意義

二連盆地位于巴音寶力格隆起和蘇尼特隆起之間，屬典型的山間盆地。在這些隆起中發(fā)育有大量不同時代的巖漿巖及變質(zhì)巖。研究表明，二連盆地在侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)之間處于伸展的構(gòu)造背景，并發(fā)生了明顯的抬升剝蝕事件［7］，為二連盆地賽漢組上段的沉積提供了有利的地質(zhì)條件。

碎屑鋯石分析結(jié)果表明（圖6），賽漢組上段砂巖中的碎屑鋯石年齡以中侏羅-早白堊世（170～120 Ma）和早二疊-晚三疊世（290～220 Ma）為主，其次為晚石炭世、晚泥盆世、晚志留-早泥盆世、中晚奧陶世、寒武紀(jì)以及中-古元古代。大量的地質(zhì)年代學(xué)研究顯示，二連盆地巴音寶力格隆起與蘇尼特隆起中發(fā)育有大量的早白堊世、中-晚侏羅世、晚石炭世、晚泥盆世、晚志留-早泥盆世、中晚奧陶世、寒武紀(jì)以及中-古元古代侵入巖、火山巖和變質(zhì)巖［7，17-19］。這些巖石的年齡分布范圍與研究區(qū)賽漢組上段碎屑鋯石的年齡分布具有相似性，暗示上述巖體可能是哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段潛在的物源。然而，研究表明，二連盆地中部的齊哈日格圖賽漢組古河谷和賽漢高畢賽漢組古河谷的古流向均為南西-北東向［20］。因此，哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段物源應(yīng)由齊哈日格圖古河谷的上游提供，即其南部的蘇尼特隆起。研究表明，蘇尼特隆起中的巖漿巖成巖年齡主要以古生代和中生代為主［12，21］。因此，結(jié)合盆地地質(zhì)特征、古河道特征和碎屑鋯石U-Pb 年齡結(jié)果可知，蘇尼特隆起上的早二疊-晚三疊世和中侏羅-早白堊世巖漿巖可能為哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段提供了主要物源。

砂巖型鈾礦床鈾源的準(zhǔn)確厘定一直是礦床學(xué)研究的難點(diǎn)。盡管如此，許多砂巖型鈾礦床常產(chǎn)于富鈾巖石的附近，而這些巖石往往被認(rèn)為是礦床的鈾源［8］。例如，美國Wyoming Tertiary 盆地中的砂巖型鈾礦的鈾源即被認(rèn)為是富鈾的upland 花崗巖體［22］。在我國北方盆地，砂巖型鈾礦附近的物源區(qū)巖石亦常被認(rèn)為是鈾源巖石［23］。地球化學(xué)特征顯示，二連盆地賽漢組正常砂體的鈾含量為3.2×10-6～7.2×10-6，氧化砂體為7.7×10-6～9.9×10-6，灰色砂體為12.7×10-6～14×10-6［4］，顯示出明顯的“沉積-成巖”階段鈾的預(yù)富集作用。由上文可知，哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段的碎屑物質(zhì)主要來源于其南部蘇尼特隆起中的巖漿巖，而二連盆地賽漢組古河谷南北隆起上的巖漿巖均具有較高的鈾含量（U 為4.00×10-6～8.03×10-6；U/Th 為2.50～4.68）［24］。因此，這些富鈾的物源很可能在提供碎屑物的同時也提供了一定的成礦物質(zhì)，導(dǎo)致哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段在沉積的同時形成了鈾的初始富集。研究表明，齊哈日格圖凹陷在古近紀(jì)發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，抬升幅度達(dá)1 000 m［5］，而二連盆地中部發(fā)育砂巖型鈾礦床的成礦時代均為古近紀(jì)［7，20］，說明此次構(gòu)造反轉(zhuǎn)可能直接導(dǎo)致區(qū)域成礦作用的發(fā)生。因此，伴隨著構(gòu)造隆升事件，大量富含鈾的流體流經(jīng)哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段地層發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并與原巖中初始富集的鈾發(fā)生疊加，最終富集成礦。

5 結(jié)論

1）LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡數(shù)據(jù)顯示，二連盆地哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段碎屑鋯石U-Pb 年齡以170～120 Ma 和290～220 Ma為主，其次為327～310 Ma、430～410 Ma 和472～444 Ma 等。

2）結(jié)合盆地地質(zhì)特征、古河道特征和碎屑鋯石U-Pb 年齡結(jié)果可知，哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組上段的物源主要為該區(qū)南部蘇尼特隆起上的早二疊-晚三疊世和中侏羅-早白堊世巖漿巖。這些巖石不僅為賽漢組的沉積提供了碎屑物質(zhì)，而且很可能也提供了一定的成礦物質(zhì)。