李普濤 李永軍 辜平陽 何世平 莊玉軍 陳銳明 汪雙雙

小秦嶺構(gòu)造帶位于華北克拉通南緣,具有良好的鈾成礦條件。按鈾成礦區(qū)帶劃分,屬于秦嶺-大別鈾成礦省、北秦嶺鈾成礦帶(張金帶等,2012;蔡煜琦等,2015)。北秦嶺鈾成礦帶目前已在小秦嶺華陽川地區(qū)、藍(lán)田牧戶關(guān)巖體西北端和北秦嶺“商南-丹鳳三角區(qū)”等地發(fā)現(xiàn)了偉晶巖型、花崗巖型、碳酸巖型和疊加改造型等多種類型鈾礦(喻學(xué)惠,1992;王林均等,2011;惠小朝,2014;何升等,2016;高成等,2017;惠小朝等,2017;高龍剛等,2019;秦克章等,2019;黃卉等,2020;楊春四,2020;Zhouetal.,2021),成礦期次歷經(jīng)了古元古代(呂梁期)、古生代奧陶紀(jì)-泥盆紀(jì)(加里東期-海西期)、早中生代三疊紀(jì)(印支期)、晚中生代侏羅紀(jì)以來(燕山期-喜山期)等4個(gè)重要構(gòu)造演化時(shí)期。

華陽川鈾礦位于小秦嶺構(gòu)造帶西部(陜西境內(nèi)),自20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)以來,已經(jīng)形成一個(gè)以鈾、鈮共生為主,伴生鉛、稀土的超大規(guī)模多金屬礦產(chǎn)地(喻學(xué)惠,1992;王林均等,2011;惠小朝,2014;高成等,2017;惠小朝等,2017)。華陽川鈾礦的研究工作大體分為兩個(gè)階段,第一階段始于20世紀(jì)70年代,并延續(xù)至90年代,相關(guān)研究大致查明了華陽川鈾礦類型主要為碳酸巖型鈾礦、主要工業(yè)鈾礦物為鈮鈦鈾礦(陳冰等,2018(1)陳冰, 高成, 郭艷偉. 2018. 北秦嶺華陽川鈾礦成礦規(guī)律研究及深部資源預(yù)測(cè)實(shí)施方案. 西安: 陜西核工業(yè)地質(zhì)局224大隊(duì)),初步提出了含鈾碳酸巖為地幔來源的晚期碳酸巖巖漿(喻學(xué)惠,1992)。第二階段研究工作興起于21世紀(jì)10年代左右,開展了構(gòu)造變形、成巖成礦年代學(xué)、巖相礦物學(xué)、巖石地球化學(xué)、流體包裹體等方面研究,確認(rèn)了華陽川鈾礦為碳酸巖型鈾多金屬礦床、含鈾碳酸巖成因?yàn)槠鹪从诟患蒯６嗽摹俺跏蓟鸪商妓釒r”的重要結(jié)論(喻學(xué)惠,1992;王林均等,2011;惠小朝,2014;惠小朝等,2017;高成等,2017)。

盡管碳酸巖中缺乏足夠數(shù)量和質(zhì)量可靠的直接定年礦物(如鋯石、獨(dú)居石、晶質(zhì)鈾礦等),但仍有一些年代學(xué)研究對(duì)碳酸巖型鈾礦的成巖成礦年代進(jìn)行了約束,如高龍剛等(2019)、黃卉等(2020)、楊春四(2020)對(duì)華陽川礦區(qū)內(nèi)的含鈾碳酸巖中選出的晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行了U-Pb同位素測(cè)試,得到235～201Ma和133～129Ma兩期鈾成礦年齡,分別代表了區(qū)內(nèi)晚三疊世碳酸巖漿熔體的成巖成礦作用和白堊紀(jì)花崗巖漿熱液的疊加改造成礦作用。另外,華陽川礦區(qū)外圍的黃龍鋪大石溝碳酸巖型鉬礦和西溝長石石英脈型鉬礦的輝鉬礦Re-Os同位素年齡分別為222～209.5Ma(黃典豪等,1984,1985,1994,2009)和214.7～206.7Ma(袁海潮等,2014),也反映了本區(qū)晚三疊世發(fā)生的多金屬成礦事件。

近年來,新的地質(zhì)工作在華陽川礦區(qū)西部及外圍的鐵岔溝-黃家溝-草坪溝一帶發(fā)現(xiàn)大量含鈾花崗質(zhì)偉晶巖(細(xì)晶巖)脈等,部分脈體的鈾、鈮、稀土等含量已經(jīng)達(dá)到富礦品位。這些含鈾脈體的產(chǎn)出狀態(tài)與華陽川鈾礦區(qū)的細(xì)網(wǎng)脈狀含鈾碳酸巖明顯不同,顯示出不同類型鈾礦的特征。

本文在野外地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)上,對(duì)發(fā)現(xiàn)于華陽川礦區(qū)西部及外圍黃家溝一帶的含鈾偉晶巖,進(jìn)行巖相學(xué)、礦物學(xué)、鋯石和獨(dú)居石U-Pb年代學(xué)等方面的研究,獲得了由鋯石U-Pb年代約束的古元古代(1842±11Ma～1829±12Ma)成巖成礦年代數(shù)據(jù)和由獨(dú)居石U-Pb年代約束的晚古生代(268.7±5.9Ma～259±4.6Ma)與早中生代(232.5±4.7Ma～228.2±9.2Ma)兩期熱事件發(fā)生的年代數(shù)據(jù),為華陽川地區(qū)鈾礦成因理論研究提供了新的證據(jù)。研究表明華陽川地區(qū)鈾成礦具有多類型多期次的復(fù)雜成因特征,今后在華陽川地區(qū)的鈾礦找礦工作應(yīng)引起關(guān)注。

1 區(qū)域及礦區(qū)地質(zhì)背景

華陽川地區(qū)所處的小秦嶺構(gòu)造帶是一個(gè)變質(zhì)核雜巖-拆離構(gòu)造(圖1)。變質(zhì)核雜巖的出露范圍由山前斷裂(如太要斷裂)、山后斷裂(由金堆城斷裂、華陽川斷裂、小河斷裂等相接構(gòu)成)和洛南-欒川斷裂等3個(gè)深大邊界斷裂帶限制(胡正國和錢壯志,1994;張進(jìn)江等,2003;李乃志等,2006;牛樹銀等,2009;馮建之等,2011)。邊界斷裂控制了變質(zhì)核雜巖的出露范圍和不同時(shí)代各類巖漿巖的分布空間,使得華陽川地區(qū)的鈾礦成為一個(gè)由“古老基底+深大斷裂+巖漿作用”耦合形成的多類型多期次的鈾多金屬礦床。

圖1 小秦嶺華陽川地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)康清清等,2020修改)(a)研究區(qū)的大地構(gòu)造位置;(b)小秦嶺變質(zhì)核雜巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖. I-構(gòu)造界線;II-區(qū)域斷裂;1-寒武系;2-震旦系;3-薊縣系;4-長城系;5-元古界鐵洞溝組;6-太古界太華巖群;7-白堊-侏羅紀(jì)二長花崗巖;8-寒武紀(jì)正長巖;9-中元古代二長花崗巖;10-古元古代二長花崗巖;11-古元古代正長斑巖;12-古元古代閃長巖;13-太古代太峪嶺、翁岔鋪片麻巖套;14-喜山期地殼拼貼斷裂、脆韌性剪切帶、韌性剪切帶;15-區(qū)域性斷裂、一般性斷裂;16-地質(zhì)界線;17-華陽川鈾礦區(qū)位置示意Fig.1 Sketch geological maps of the study area (modified after Kang et al., 2020)(a)the geotectonic position of Xiaoqinling area;(b)sketch geological map of Huayang area in Xiaoqinglin belt. I-tectonic boundary;II-regional fracture;1-Cambrian;2-Sinian;3-Claymmian;4-Statherian;5-Proterozoic Tiedonggou Formation;6-Archean Taihua Group;7-Cretaceous Jurassic monzogranite;8-Cambrian syenite;9-Mesoproterozoic monzogranite;10-Paleoproterozoic monzogranite;11-Paleoproterozoic Syenite porphyry;12-Paleoproterozoic diorite;13-Archean Taiyuling and Wengchapu gneiss suites;14-Himalayan crustal collage fault, brittle ductile shear zone and ductile shear zone;15-regional fracture and General fracture;16-geological boundary;17-location of Huayangchuan uranium mining area

根據(jù)區(qū)內(nèi)鈾成礦規(guī)律,與鈾成礦關(guān)系密切的地質(zhì)體主要有太華巖群、華陽川斷裂帶以及老牛山、華山花崗巖體等。太華巖群作為古老基底,形成時(shí)代相對(duì)集中在約～2.8Ga、～2.5Ga、～2.3Ga和2.0～1.8Ga等幾個(gè)時(shí)間階段(倪志耀等,2003;Wanetal.,2006;Liuetal.,2009)。太華巖群按巖性可分為表殼巖系和侵入其中的TTG巖套(第五春榮等,2018)。表殼巖系主要出露于太華山、老牛山等地,為一套具有孔茲巖系建造特征的中-高級(jí)變質(zhì)巖,原巖可能為中基性-中酸性-沉積巖系。TTG巖套為一套太古代-古元古代形成的、混合巖化發(fā)育的片麻巖套,主要分布在華陽村-侯家村一帶,可劃分為2個(gè)片麻巖套(翁岔鋪(Ar2WC)、太峪嶺(Ar2TY)和6個(gè)片麻巖(武家坪片麻巖、侯家村片麻巖、寧家源奧長花崗片麻巖以及馬駒峪片麻巖、大月坪片麻巖、長溝口片麻巖)(高成等,2017;康清清等,2020),其中,翁岔鋪(Ar2WC)片麻巖套的武家坪黑云角閃斜長片麻巖和太峪嶺(Ar2TY)片麻巖套的大月坪花崗片麻巖是區(qū)內(nèi)主要的賦礦圍巖。太華巖群物質(zhì)組成具有成熟陸殼的特點(diǎn),具有為區(qū)內(nèi)鈾多金屬成礦提供成礦物質(zhì)來源的條件。華陽川斷裂帶作為深大斷裂,控制著華陽川地區(qū)鈾礦的分布范圍和產(chǎn)出狀態(tài)。華陽川斷裂帶總體近東西向延伸十幾千米,向東和小河斷裂相接匯合,向西可能隱伏延伸至渭河斷陷盆地以下。華陽川斷裂帶地表寬度一般為200～350m,傾向一般為北東向,傾角可達(dá)40°～85°,具自北向南逆沖為主,兼有左行走滑的深層次斜沖韌性剪切帶性質(zhì)。斷裂帶內(nèi)部構(gòu)造片巖的黑云母40Ar/39Ar年齡為419±0.6Ma,代表了加里東時(shí)期的主導(dǎo)構(gòu)造變形事件(郭威等,2008)。華陽川地區(qū)與鈾成礦有關(guān)的巖漿活動(dòng)可以分為兩個(gè)階段,一是前寒武紀(jì)構(gòu)造巖漿活動(dòng),如中、新太古代-古元古代形成的太華巖群TTG巖套(第五春榮等,2018)和古元古代末期(～1.85Ga)垣頭花崗巖體(鄧小芹等,2019)等為代表的構(gòu)造巖漿活動(dòng),巖漿源區(qū)多是早期太華巖群物質(zhì),顯示出成熟陸殼物質(zhì)的再循環(huán)特征,為這一時(shí)期的富鈾花崗巖提供了有利礦源條件;二是中生代構(gòu)造巖漿活動(dòng),如以中生代(223～131.9Ma)老牛山、華山花崗巖體(盧欣祥,1999;朱賴民等,2008;郭波等,2009;王曉霞等,2011,2015;齊秋菊等,2012;張興康等,2015)為代表的構(gòu)造巖漿活動(dòng),與華陽川地區(qū)的碳酸巖型鈾成礦年代(235～201Ma;高龍剛等,2019;黃卉等,2020;楊春四,2020)和碳酸巖型(長石石英方解石脈)鉬礦成礦年代(214.7～206.7Ma;黃典豪等,1984,1985,1994,2009;袁海潮等,2014)十分接近,暗示了東秦嶺地區(qū)中生代花崗巖漿活動(dòng)可能與鈾鉬多金屬成礦存在密切關(guān)系(秦克章等,2019;Zhouetal.,2021)。

太華巖群(圖2)在華陽川鈾礦區(qū)內(nèi)可以劃分為3個(gè)巖性段,巖性主要包括黑云斜長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖、含輝石角閃斜長片麻巖以及花崗片麻巖(高成等,2017;康清清等,2020)。太華巖群表殼巖系僅在礦區(qū)東部的局部地段出露,多呈捕虜體或地層殘片零星分布在TTG片麻巖套中。華陽川斷裂帶從華陽川礦區(qū)中心經(jīng)過,在礦區(qū)內(nèi)寬度可達(dá)500～1000m。受構(gòu)造轉(zhuǎn)換的影響,主斷裂在礦區(qū)內(nèi)過渡為北西-南東向延伸,并嚴(yán)格限制了鈾礦(化)帶分布范圍。一系列次級(jí)斷裂走向多呈北北西向、北東向和北北東向,控制了鈾礦(化)體的產(chǎn)出狀態(tài)。老牛山和華山花崗巖體一般相距3～5km,在華陽川礦區(qū)內(nèi)發(fā)育較多的同期花崗巖脈。結(jié)合華陽川碳酸巖型鈾礦(235～201Ma;黃典豪等,1984,1985,1994,2009;袁海潮等,2014)和疊加改造型鈾礦(133～93.7Ma;何升等,2016;高龍剛等,2019;黃卉等,2020;楊春四,2020)的成礦年代,與中生代老牛山和華山花崗巖漿活動(dòng)(223～130Ma;盧欣祥,1999;朱賴民等,2008;郭波等,2009;王曉霞等,2011,2015;齊秋菊等,2012;張興康等,2015)時(shí)間比較一致。因此,從時(shí)空關(guān)系、礦源、構(gòu)造和熱液等成礦要素綜合來看,華陽川鈾礦區(qū)及礦化帶外圍延伸區(qū)域,均存在十分有利的鈾成礦條件。

圖2 華陽川鈾礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)江宏君等,2020修改)1-沖洪積層;2-、3-、4-分別為太華巖群第3、第2、第1巖性段;5-中粗粒含斑黑云二長花崗巖;6-中粒含斑黑云二長花崗巖;7-中細(xì)粒含斑黑云二長花崗巖;8-細(xì)粒含斑黑云二長花崗巖;9-中粒黑云二長花崗巖;10-細(xì)粒黑云二長花崗巖;11-中細(xì)粒角閃二長花崗巖;12-細(xì)粒含角閃二長花崗巖;13-片麻狀細(xì)粒黑云二長花崗巖;14-英云閃長片麻巖;15-花崗質(zhì)偉晶巖脈;16-花崗斑巖;17-輝綠巖脈;18-斷層/推測(cè)斷層;19-實(shí)測(cè)平移斷層;20-韌性剪切帶;21-片麻理接觸界線;22-脈動(dòng)接觸界線;23-華陽川鈾礦區(qū)范圍;24-樣品位置及編號(hào)示意Fig.2 Geological map of the Huayangchuan uranium deposit (modified after Jiang et al., 2020)1-Qapl; 2-, 3-, 4-the third, the second, the first lithologic member of Taihua Group, respectively; 5-medium coarse grained biotite monzogranite; 6-medium grained biotite monzogranite; 7-medium fine grained biotite monzogranite; 8-fine grained biotite monzogranite; 9-medium grained biotite monzogranite; 10-fine grained biotite monzogranite; 11-medium fine grained hornblende monzogranite; 12-fine grained hornblende bearing monzogranite; 13-gneissic fine-grained biotite monzogranite; 14-tonalite gneiss; 15-granitic pegmatite vein; 16-granite porphyry; 17-diabase dyke; 18-fault /inferred fault; 19-measured translational fault; 20-ductile shear belt; 21-gneissosity contact boundary; 22-magmatic pulsationcontact boundary; 23-mineholdings of Huayangchuan uranium mining area; 24-sample number and location

2 樣品及巖相學(xué)、礦物學(xué)特征

2.1 樣品采集

研究樣品采自華陽川鈾礦區(qū)西部和外圍黃家溝一帶(圖2)的含鈾偉晶巖(圖3a,b)。這些偉晶巖呈較大規(guī)模的單脈體產(chǎn)出(圖3a),地表出露的寬度可達(dá)數(shù)米,延伸長度可達(dá)上百米;放射性γ值和鈾、鈮刻槽樣化學(xué)品位已經(jīng)達(dá)到富礦級(jí)別;脈體走向近東西向,傾向北西(約330°)或南西(約200°),傾角約60°～70°;與圍巖太華巖群呈侵入接觸,接觸界線明顯,接觸帶的綠泥石化、風(fēng)化現(xiàn)象明顯(圖3a),表明接觸帶是流體易作用的薄弱帶。

圖3 含鈾偉晶巖的礦體素描圖、礦石照片(a)含鈾偉晶巖(D2)采樣剖面示意圖和樣品照片; (b)含鈾偉晶巖(D15)采樣剖面示意圖和樣品照片F(xiàn)ig.3 Sketches and photos showing the two samples of the uranium-bearing pegmatites(a) geological sketch and ore photo of uranium-bearing pegmatite(D2); (b) geological sketch and ore photo of uranium-bearing pegmatite(D15)

2.2 巖相學(xué)特征

采用德國蔡司Stemi 305型偏光顯微鏡對(duì)樣品薄片進(jìn)行觀察。樣品顯示如下特征:偉晶結(jié)構(gòu)(圖4a);主要淺色礦物及含量為鉀長石約35%,斜長石約40%,石英約15%,黑云母和角閃石等暗色礦物約3%～5%,褐簾石1%～2%,榍石<1%,其它約5%,參照侵入巖分類QAP圖解,巖石礦物總成分相當(dāng)于二長花崗質(zhì);顯微鏡下可見偉晶巖薄片中部分區(qū)域的石英顆粒邊部較圓滑,呈現(xiàn)被斜長石包裹的“嵌晶結(jié)構(gòu)”(圖4b),并且該區(qū)域可見明顯的巖石裂隙,推測(cè)為石英顆粒可能受到后期熱液對(duì)邊部的溶蝕作用形成;在石英中見到晶型較好的具巖漿成因特征的鋯石晶體(圖4c);可見到鉀長石中析出的微小斜長石顆粒(圖4d),很可能為熱液的作用下發(fā)生的鈉交代作用(杜樂天,2011);巖石總體特征表明含鈾偉晶巖形成后可能經(jīng)歷了一定程度的變質(zhì)(熱液交代)作用。

圖4 含鈾偉晶巖礦石的偏光顯微鏡照片(a)顯微鏡下的偉晶結(jié)構(gòu);(b)偉晶巖中的石英嵌晶結(jié)構(gòu);(c)偉晶巖中被石英包裹的鋯石;(d)偉晶巖中的鉀交代現(xiàn)象. Qz-石英;Pl-斜長石;Kf-鉀長石;Zr-鋯石Fig.4 Photos of uranium-bearing pegmatite ores under polarizing microscope(a)pegmatite structure under polarizing microscope;(b)inlay structure of quartz in of uranium-bearing pegmatite;(3)zircon surrounded by quartz of uranium-bearing pegmatite;(d)potassium metasomatism in uranium-bearing pegmatite. Qz-quartz; Pl-plagioclase; Kf-K-feldspar; Zr-zircon

2.3 礦物學(xué)特征

掃描電鏡顯示含鈾偉晶巖的主要鈾礦物為鈮鈦鈾礦,定年礦物鋯石和獨(dú)居石與鈮鈦鈾礦存在一定的共生關(guān)系,為成巖成礦年代測(cè)定提供了有利條件。

2.3.1 鈮鈦鈾礦

鈮鈦鈾礦分子式為[(U,Ca)2(Nb,Ti)2O6(OH,F)],屬于燒綠石超組貝塔石組的一種復(fù)雜氧化物。理論上鈮鈦鈾礦為等軸晶系,多呈八面體或連晶。礦石中的鈮鈦鈾礦多生長于鉀長石、石英等造巖礦物晶間裂隙。鈮鈦鈾礦由于受到多期構(gòu)造、熱液活動(dòng)的改造作用,往往晶型難以保存。根據(jù)鈮鈦鈾礦的晶型、產(chǎn)出狀態(tài)和礦物組合等特征,初步判斷鈮鈦鈾礦可以劃分為3種類型,分別是:

(1)邊緣復(fù)雜的的鈮鈦鈾礦:顏色灰白、邊緣復(fù)雜(圖5a,b),可觀察到貫穿礦物的裂隙和大致的晶型輪廓,在鈮鈦鈾礦晶體中的孔洞可見鉀長石、石英等充填,表明此種類型鈮鈦鈾礦可能與造巖礦物同期形成于成巖過程(第一期),后期受到構(gòu)造應(yīng)力的明顯作用。

(2)邊緣光滑的鈮鈦鈾礦:邊緣輪廓受限于裂隙形態(tài)(圖5c,d),多以單顆粒產(chǎn)出于偉晶巖鉀長石、石英晶間裂隙。鈮鈦鈾礦的外圍或孔洞可見石英、綠簾石、榍石及褐簾石等熱液礦物發(fā)育,表明此種類型的鈮鈦鈾礦的成因可能為后期熱液活動(dòng)形成(第二期)。

(3)發(fā)生溶蝕的鈮鈦鈾礦:在上述邊緣復(fù)雜和晶型較好的鈮鈦鈾礦中都見到了貫穿鉀長石裂隙的鈮鈦鈾礦(圖5e)和物質(zhì)成分不均一分布的溶蝕現(xiàn)象(圖5f),表明可能存在后期構(gòu)造應(yīng)力和熱液溶蝕作用對(duì)前期鈮鈦鈾礦的疊加改造現(xiàn)象。

2.3.2 鋯石和獨(dú)居石

鋯石作為常見的定年礦物,與造巖礦物和礦石礦物的產(chǎn)出關(guān)系是確定成巖成礦年代的重要依據(jù)。含鈾偉晶巖中的鋯石晶型完好,呈長柱狀(圖6a,b),顯示出巖漿成因鋯石的特征。在鉀長石和石英晶間裂隙可見到鈮鈦鈾礦(圖6b)共生的鋯石,顯示出成巖期成礦的特征。

巖石中的獨(dú)居石礦物組合顯示出磷灰石包裹獨(dú)居石,褐簾石包裹磷灰石和獨(dú)居石的總體特征(圖6c-f)。獨(dú)居石及礦物組合的晶型輪廓(圖6c)顯示出熱液結(jié)晶的成因特征;一些獨(dú)居石可能受到后期熱液蝕變,物質(zhì)成分呈現(xiàn)點(diǎn)簇狀分布(圖6d);一些獨(dú)居石中見到被包裹的鈮鈦鈾礦和晶質(zhì)鈾礦(圖6e,f),反映出礦物晶質(zhì)鈾礦-鈮鈦鈾礦-獨(dú)居石-磷灰石-褐簾石的生成順序,表明獨(dú)居石同步或略晚于鈮鈦鈾礦形成時(shí)間;在圖6f中見到鈮鈦鈾礦邊緣或外圍生長的晶質(zhì)鈾礦和獨(dú)居石,表明巖石中可能存在由鈮鈦鈾礦次生形成的晶質(zhì)鈾礦,與該晶質(zhì)鈾礦共生的獨(dú)居石、磷灰石、褐簾石的礦物組合,共同反映了后期熱液事件發(fā)生。

3 鋯石、獨(dú)居石U-Pb及Hf同位素分析

3.1 分析方法

鋯石和獨(dú)居石樣品的制靶和照相均在河北廊坊宇能(宇恒)公司進(jìn)行。具體方法為:對(duì)礦石樣品進(jìn)行破碎、磨細(xì)、過篩后,再利用重液法挑出鋯石和獨(dú)居石;將均一、透明、無裂痕、無包體的鋯石和獨(dú)居石顆粒固定在透明的環(huán)氧樹脂中,拋光打磨至顆粒一半出露;然后對(duì)鋯石進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)照相,對(duì)獨(dú)居石進(jìn)行背散射(BSE)照相;最后根據(jù)鋯石陰極發(fā)光(CL)照相和獨(dú)居石背散射(BSE)圖像,結(jié)合研究目的,分別在鋯石和獨(dú)居石上選擇合適的測(cè)試區(qū)域。

鋯石和獨(dú)居石的U-Pb同位素分析均在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心微區(qū)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。鋯石和獨(dú)居石的U-Pb同位素測(cè)定均采用激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas Pro193nm,ICP-MS為Agilent 7700x,年齡計(jì)算采用Glitter4.4軟件(Griffinetal.,2008),數(shù)據(jù)投圖利用Isoplot2.49來完成(Ludwig,2001),微量元素檢出范圍一般為n×10-9級(jí),能夠滿足本次研究的需要。不同的是:鋯石采用的激光束斑直徑為32μm,年齡計(jì)算以91500標(biāo)準(zhǔn)鋯石進(jìn)行同位素分餾校正,鋯石詳細(xì)的儀器參數(shù)和測(cè)試過程可參考文獻(xiàn)(李艷廣等,2015)。獨(dú)居石測(cè)試采用的激光束斑直徑為16μm,獨(dú)居石標(biāo)準(zhǔn)樣品44069作為外標(biāo)進(jìn)行U-Pb同位素分餾效應(yīng)和儀器漂移的校正計(jì)算,該標(biāo)樣U-Pb年齡均為425Ma左右(Aleinikoffetal.,2006),詳細(xì)測(cè)試流程可參考文獻(xiàn)(汪雙雙等,2016)。

鋯石的Hf同位素測(cè)定是在鋯石U-Pb定年的基礎(chǔ)上進(jìn)行,選擇鋯石U-Pb年齡諧和性較好的部分測(cè)點(diǎn)進(jìn)行Hf同位素測(cè)試,利用Neptune型多接收等離子體質(zhì)譜儀和Geolas Pro型激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)用的方法完成。測(cè)試束斑直徑為32μm。所有測(cè)試位置與U-Pb定年點(diǎn)位相同或靠近。每分析10個(gè)樣品測(cè)點(diǎn)分析一次鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ-1作為監(jiān)控,本次實(shí)驗(yàn)GJ-1的176Hf /177Hf 的值介于0.281990～0.282070。詳細(xì)測(cè)試流程可參考文獻(xiàn)(Wuetal.,2006;侯可軍等,2007)。

3.2 分析結(jié)果

3.2.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

鋯石的U-Pb年代學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果見表1、表2。由于古老鋯石(>1000Ma)多存在一定Pb丟失,在相同初始條件下和共同的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境下,206Pb和207Pb具有同步變化的特征,二者保持相對(duì)穩(wěn)定的比值(第五春榮等,2010),故采用206Pb/207Pb年齡來代表古老鋯石(>1000Ma)的形成年齡,而對(duì)于年齡<1000Ma的鋯石則采用206Pb/238U年齡。

表1 含鈾偉晶巖(D2-Zr)鋯石的LA-ICP-MS年齡測(cè)定結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS dating results of zircons from the uranium-bearingmonzonitic granite pegmatite (D2-Zr)

表2 含鈾偉晶巖(D15-Zr)鋯石的LA-ICP-MS年齡測(cè)定結(jié)果Table 2 LA-ICP-MS dating results of zircons from the uranium-bearingmonzonitic granite pegmatite (D15-Zr)

偉晶巖樣品(D2-Zr):30顆鋯石中25個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)諧和度較高,測(cè)點(diǎn)鋯石CL圖像及測(cè)點(diǎn)位置見(圖7 a)?？梢钥闯鲣喪蟛糠譃榛野咨?白色,自形-半自形晶型,基本為長柱狀,粒度一般在100～150μm,長寬比多為3:1～1:1;大部分鋯石具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶(圖7a),Th/U比值為0.2～2.8 (表1),大部分在1.1～2.9,平均為1.5,總體顯示出巖漿鋯石的特征(Rubatto,2002)。同時(shí),球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素模式與典型巖漿鋯石相似(圖8a),呈右傾模式,Ce異常顯著,Th和U之間正相關(guān)(Xuetal., 2020)(圖8b)。在207Pb/235U-206Pb/238U圖中(圖9a),上交點(diǎn)年齡為1839±13Ma。諧和點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡介于1805±48Ma～1863±20Ma,加權(quán)平均年齡為1842±11Ma(MSWD=0.20,n=25)(表1、圖9b)?？梢钥闯霰敬螠y(cè)試的上交點(diǎn)年齡和諧和點(diǎn)加權(quán)平均年齡基本一致(圖9a, b),表明諧和點(diǎn)207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡是可靠的,該年齡代表了偉晶巖D2-Zr的成巖年齡。

圖7 含鈾偉晶巖的鋯石CL照片及測(cè)點(diǎn)位置Fig.7 Cathodoluminescence images and locations of measured points of zircons from the uranium-bearing pegmatites

圖8 鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a, 標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)和Th-U元素相關(guān)性圖解(b)Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalized values from Sun and McDonough, 1989) and Th vs. U element correlation diagram (b) of zircons in the uranium-bearing pegmatites

圖9 含鈾偉晶巖鋯石的U-Pb年齡諧和圖和直方圖Fig.9 U-Pb concordia diagrams and age histograms of zircons in the uranium-bearing pegmatites

偉晶巖樣品(D15-Zr):30顆鋯石中24個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)諧和度較高,測(cè)點(diǎn)鋯石CL圖像及測(cè)點(diǎn)位置見(圖7b)?？梢钥闯鲣喪蟛糠譃榛野咨?白色,自形-半自形晶型,基本為長柱狀,粒度一般在100～150μm,長寬比多為3:1～2:1;大部分鋯石具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶(圖7b),Th/U比值為0.2～2.8 (表2),大部分在0.9～2.8,平均1.6,總體顯示出巖漿鋯石的特征(Rubatto,2002)。同時(shí),球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式與典型巖漿鋯石相似(圖8a),呈右傾模式,Ce異常顯著,Th和U之間正相關(guān)((Xuetal., 2020)(圖8b)。在207Pb/235U-206Pb/238U圖中 (圖9c), 上交點(diǎn)年齡為1820±41Ma。諧和點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡介于1799±49Ma～1880±64Ma,加權(quán)平均年齡為1829±12Ma(MSWD=0.20,n=25)(表1、圖9d)?？梢钥闯霰敬螠y(cè)試的上交點(diǎn)年齡和諧和點(diǎn)加權(quán)平均年齡基本一致(圖9c,d),表明諧和點(diǎn)207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡是可靠的,該年齡代表了偉晶巖(D15-Zr)的成巖年齡。

3.2.2 獨(dú)居石U-Pb年代學(xué)

考慮到獨(dú)居石中含有較多的普通鉛,為提高數(shù)據(jù)的可靠性,本次獨(dú)居石年代計(jì)算未進(jìn)行普通鉛校正,而采用Tera-wasserburg plot反諧和曲線進(jìn)行計(jì)算。反諧和曲線的下交點(diǎn)年齡代表了獨(dú)居石的形成年代,結(jié)合獨(dú)居石測(cè)點(diǎn)位置和獨(dú)居石的成因特征,能夠使所得到的年代學(xué)數(shù)據(jù)具有較為明確的地質(zhì)意義。

偉晶巖樣品(D2-Mz)挑選了20顆獨(dú)居石上的30個(gè)不同位置的核、邊部位作為測(cè)點(diǎn)(圖10a),得到2組諧和度較高的年齡數(shù)據(jù)(表3、表4):其中大體位于獨(dú)居石邊部的17個(gè)測(cè)點(diǎn)得到207Pb/206Pb反諧和年齡為232.5±4.7Ma(MSWD=2.2,n=17)(圖11a),其中大體位于獨(dú)居石核部的13個(gè)測(cè)點(diǎn)207Pb/206Pb反諧和年齡為268.7±5.9Ma(MSWD=2.2,n=13)(圖12a)。

表3 樣品D2-Mz中獨(dú)居石邊部LA-ICP-MS年齡測(cè)定結(jié)果Table 3 LA-ICP-MS dating results of measured points at the edge of monazites in Sample D2-Mz

表4 樣品D2-Mz中獨(dú)居石核幔部LA-ICP-MS年齡測(cè)定結(jié)果Table 4 LA-ICP-MS dating results of measured points in the core and mantle of monazites in Sample D2-Mz

圖10 獨(dú)居石樣品的背散射圖像及測(cè)點(diǎn)位置Fig.10 BSE images of monazites and locations of measured points

圖11 獨(dú)居石樣品D2-Mz (a)和D15-Mz (b)邊部測(cè)點(diǎn)的反向諧和圖Fig.11 Tera-wasserburg plots of measured points at the edge of monazites in Sample D2-Mz (a) and Sample D15-Mz (b)

圖12 獨(dú)居石樣品D2-Mz (a)和D15-Mz (b)核幔部測(cè)點(diǎn)的反向諧和圖Fig.12 Tera-wasserburg plots of measured points in the core and mantle of monazites in Sample D2-Mz (a) and Sample D15-Mz (b)

偉晶巖樣品(D15-Mz)挑選了18顆獨(dú)居石上的23個(gè)不同位置的核、邊部位作為測(cè)點(diǎn)(圖10b),得到2組諧和度較高的年齡數(shù)據(jù)(表5、表6):其中大體位于獨(dú)居石邊部的12個(gè)測(cè)點(diǎn)得到207Pb/206Pb反諧和年齡為228.2±9.2Ma(MSWD=4.4,n=12)(圖11b);其中大體位于獨(dú)居石核部的11個(gè)測(cè)點(diǎn)207Pb/206Pb反諧和年齡為259.0±4.6Ma(MSWD=1.4,n=11)(圖12b)。

表5 樣品D15-Mz中獨(dú)居石邊部LA-ICP-MS年齡測(cè)定結(jié)果Table 5 LA-ICP-MS dating results of measured points at the edge of monazites in Sample D15-Mz

表6 樣品D15-Mz中獨(dú)居石核幔部LA-ICP-MS年齡測(cè)定結(jié)果Table 6 LA-ICP-MS dating results of measured points in the core and mantle of monazites in Sample D15-Mz

2件偉晶巖的獨(dú)居石樣品得到2組有效的年代學(xué)數(shù)據(jù),分別代表了華北克拉通南緣晚古生代(268.7±5.9Ma～259.0±4.6Ma)和晚三疊世(232.5±4.7Ma～228.2±9.2Ma) 的2期構(gòu)造熱液事件。

3.2.3 鋯石Hf同位素

選擇部分諧和度較高的鋯石測(cè)點(diǎn)進(jìn)行Hf同位素測(cè)試,測(cè)點(diǎn)位置見圖7,測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果見表7。

表7 含鈾偉晶巖鋯石的Hf同位素測(cè)定結(jié)果Table 7 Hf isotope results of zircons from the uranium-bearing pegmatites

偉晶巖樣品(D2-Zr)14個(gè)鋯石測(cè)點(diǎn)的176Lu/177Hf比值為0.000204～0.000950,均小于0.002(表7),表明絕大部分鋯石形成以后因Lu衰變形成的放射性成因的Hf積累量極少,可代表鋯石形成時(shí)的初始Hf同位素比值;εHf(t)值為-20.83～-17.38,平均-18.84(表7、圖13a);fLu/Hf值介于-0.99～-0.94,平均-0.98(表7);一階段模式年齡(tDM1)變化于2512～2632Ma,平均2561Ma(表7);二階段模式年齡(tDM2)變化于2911～3121Ma,峰值年齡約為3000Ma(表7、圖13b)。

圖13 含鈾偉晶巖的鋯石εHf(t)-年齡(a, 吳福元等,2007)和二階段模式年齡tDM2(b)圖Fig.13 Diagrams of zircon εHf(t) vs. t (Ma) (a, after Wu et al., 2007) and tDM2 (b) of the uranium-bearing pegmatites

偉晶巖樣品(D15-Zr)15個(gè)鋯石測(cè)點(diǎn)的176Lu/177Hf比值為0.000399～0.001848,均小于0.002(表7),表明絕大部分鋯石形成以后因Lu衰變形成的放射性成因的Hf積累量極少,可代表鋯石形成時(shí)的初始Hf同位素比值;εHf(t)值為-21.60～-16.37,平均-18.09(表7、圖13a);fLu/Hf值介于-0.99～-0.94,平均-0.97(表7);一階段模式年齡(tDM1)變化于2475～2627Ma,平均2530Ma(表7);二階段模式年齡(tDM2)變化于2860～3134Ma,峰值年齡約為2945Ma(表7、圖13b)。

4 討論

4.1 鋯石年代與古元古代鈾成礦作用

從野外宏觀特征來看,含鈾偉晶巖多呈較大規(guī)模的單脈體侵入到太華巖群中。雖然接觸帶作為薄弱帶,蝕變和風(fēng)化現(xiàn)象明顯,但侵入接觸界線仍然清晰可見(圖3a,b),顯示出巖漿巖脈侵入體的特征。從偏光顯微鏡觀察來看,含鈾偉晶巖薄片的局部區(qū)域可見到熱液溶蝕作用(圖4 b)和熱液交代作用(圖4 d),表明巖石形成后經(jīng)歷了一定程度變質(zhì)(熱液交代)作用,這不同于東秦嶺中生代以來的普遍未遭受變質(zhì)作用的花崗(偉、細(xì)晶)巖脈,如老牛山、華山巖體及周圍的各類花崗巖脈。從鋯石成因來看,在偏光顯微鏡、掃描電鏡下均可觀察到較多晶型完好的鋯石顆粒(圖4 c、圖6a,b),結(jié)合鋯石CL圖像的晶型、巖漿振蕩環(huán)帶的特征,綜合判別鋯石成因?yàn)閹r漿成因(Rubatto,2002)。從鋯石的稀土元素和U-Th元素特征來看,鋯石成因也顯示典型巖漿鋯石一致的特征(圖8a),并且鋯石中U-Th元素的高度正相關(guān)性(圖8b),這也反映鋯石同位素體系仍然具有較好的封閉性,未發(fā)生元素U、Th的遷移。從鋯石U-Pb同位素測(cè)試結(jié)果來看,2組鋯石的60個(gè)測(cè)點(diǎn)中有49個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)諧和度較高,表明絕大部分鋯石成因相同;2件樣品鋯石的207Pb/206Pb年齡分別介于1863±20Ma～1805±48Ma(表1)、1880±64Ma～1799±49Ma(表2),加權(quán)年齡分別為1842±11Ma(圖9b)、1829±12Ma(圖9d),代表了含鈾偉晶巖的成巖年齡。從鋯石Hf同位素特征來看,2件樣品鋯石的Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)分別為3121～2911Ma、3134～2860Ma,遠(yuǎn)大于成巖年齡,也與華陽川地區(qū)外圍的中生代老牛山、華山巖體和金堆城斑巖脈的Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)(2.84～1.86Ga)(王曉霞等,2015)差異較大,表明含鈾偉晶巖可能為中太古代(3.2～2.8Ga)古老地殼物質(zhì)(早期太華巖群)再循環(huán)形成,而不是中生代東秦嶺花崗巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。從鋯石和鈮鈦鈾礦的產(chǎn)出特征來看,存在較多巖漿成因鋯石顆粒(圖4c、圖6a,b)與鈮鈦鈾礦,它們共生在鉀長石、石英等造巖礦物的晶間(圖6b);同時(shí),在掃描電鏡下還見到(第一期)鈮鈦鈾礦具有晶型完好、輪廓復(fù)雜、物質(zhì)分散的特征,以及存在貫穿鈮鈦鈾礦的微細(xì)裂隙在巖石中延伸(圖5a,b),故推測(cè)此種類型的鈮鈦鈾礦很可能形成于成巖過程,顯示了成巖期成礦的特征。從區(qū)域鈾成礦規(guī)律來看,在華北克拉通內(nèi)部分布著眾多的古元古代(2.0～1.8Ga)鈾多金屬礦床,如遼寧連山關(guān)鈾礦床、鳳城翁泉溝鈾鐵硼礦床、營口六塊地鈾-黃鐵礦礦床、山西平陸鈾礦床和甘肅紅石泉鈾礦床等(宋繼葉等,2011;王文廣和王駒,1991),反映了古元古代(2.0～1.8Ga)華北克拉通內(nèi)古陸塊拼接形成統(tǒng)一結(jié)晶基底過程中的構(gòu)造、巖漿事件(Wanetal.,2006;Liuetal.,2009)的鈾成礦效應(yīng)。本次在華陽川地區(qū)發(fā)現(xiàn)的古元古代(加權(quán)平均年齡為1842±11Ma、1829±12Ma)含鈾偉晶巖,可與華北克拉通古元古代(2.0～1.8Ga)鈾多金屬礦床進(jìn)行對(duì)比,表明了華陽川地區(qū)所處的華北克拉通南緣小秦嶺構(gòu)造帶(基底)也存在古元古代鈾成礦作用,今后華陽川地區(qū)的鈾礦研究和找礦工作應(yīng)當(dāng)給予關(guān)注。

4.2 獨(dú)居石年代與三疊紀(jì)鈾成礦作用

獨(dú)居石一般具有較高的Th、U含量,低的普通Pb含量以及較高的Pb封閉溫度(約530～720℃),是一種比較理想的U-Pb定年礦物(周喜文等,2005)。獨(dú)居石按成因可分為巖漿獨(dú)居石、熱液獨(dú)居石和沉積獨(dú)居石(Zhu and O’Nions,1999a,b;洪文興和朱祥坤,2000)等三種類型。在缺乏流體的環(huán)境下,獨(dú)居石性質(zhì)非常穩(wěn)定,U-Pb同位素體系基本不受后期地質(zhì)事件影響(邱昆峰和楊立強(qiáng),2011)。但巖石形成后,如果后期發(fā)生熱液等流體作用,獨(dú)居石的Pb封閉溫度將大大降低,極易記錄熱液活動(dòng)信息(周喜文等,2005)。因此,成因明確的獨(dú)居石地質(zhì)意義也十分清楚(宋天銳等,2003a,b;邱昆峰和楊立強(qiáng),2011)。本文所獲的獨(dú)居石產(chǎn)于完整的含鈾偉晶巖脈,但它們與含鈾偉晶巖成巖年齡存在很大的時(shí)差,表明獨(dú)居石不是成巖期形成的巖漿獨(dú)居石(趙振華等,1999,2010)和沉積獨(dú)居石,而應(yīng)屬于熱液型獨(dú)居石。熱液型獨(dú)居石按成因可分為熱液結(jié)晶成因和熱液次生成因。熱液結(jié)晶獨(dú)居石一般是(如巖漿晚期)熱液在巖石中的裂隙中結(jié)晶形成,一般粒度較大、晶型相對(duì)較好、多呈單顆粒產(chǎn)出;而熱液次生獨(dú)居石則為巖石中已有的其他礦物(如磷灰石)外部邊緣或內(nèi)部蝕變形成,一般粒度較小,呈細(xì)粒狀、粒狀,典型特征是在小區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)成簇顆粒的不規(guī)則集合體形態(tài),在背散射圖像上可見到復(fù)雜的邊緣形態(tài)、不均一的溶蝕結(jié)構(gòu)和成分分區(qū)(洪文興和朱祥坤,2000;孫國曦等,2002;劉玉龍等,2005;陳益平等,2007)。另外,獨(dú)居石和磷灰石同為磷酸鹽礦物,通常二者通過熱液活動(dòng)可互相交代。根據(jù)獨(dú)居石和磷灰石的產(chǎn)出狀態(tài),可以判定二者的成因。若獨(dú)居石沿磷灰石外部生長或磷灰石內(nèi)部析出,則可以判斷其為磷灰石發(fā)生熱液蝕變形成;若磷灰石交代獨(dú)居石或磷灰石沿獨(dú)居石外部生長,則可以判斷磷灰石、獨(dú)居石為熱液結(jié)晶形成(汪雙雙等,2018)。根據(jù)獨(dú)居石掃描電鏡和背散射圖像,本文研究所獲的獨(dú)居石具有粒度較大、晶型相對(duì)較好、多呈單顆粒產(chǎn)出(圖6c-f、圖10a,b),顯示出熱液結(jié)晶成因的特征。掃描電鏡觀察到的獨(dú)居石大多與磷灰石、褐簾石呈現(xiàn)伴生的關(guān)系,表現(xiàn)為磷灰石包裹獨(dú)居石,褐簾石包裹獨(dú)居石的特征(圖6c-f)。獨(dú)居石、磷灰石和褐簾石礦物組合體現(xiàn)出完好的晶型特征(圖6c-e),體現(xiàn)出熱液結(jié)晶成因的特征。部分獨(dú)居石呈成簇顆粒的集合體形態(tài),獨(dú)居石輪廓范圍充填石英(圖6d),顯示出熱液蝕變作用造成的獨(dú)居石物質(zhì)流失或次生獨(dú)居石的特征。一些獨(dú)居石內(nèi)部可見到被包裹的鈮鈦鈾礦和晶質(zhì)鈾礦(圖6e),表明獨(dú)居石同步或略晚于鈾成礦,可以為鈾成礦提供年代下限。

本文2件獨(dú)居石U-Pb年代測(cè)試得到晚古生代-早中生代2組數(shù)據(jù),分別是位于獨(dú)居石核部測(cè)點(diǎn)獲得的晚古生代(268.7±5.9Ma～259.0±4.6Ma)年齡和位于邊部測(cè)點(diǎn)獲得的早中生代(232.5±4.7Ma～228.2±9.2 Ma)年齡,指示了華陽川地區(qū)2次構(gòu)造熱事件發(fā)生的年代。

根據(jù)區(qū)域資料,晚古生代-早中生代是揚(yáng)子板塊和華北板塊(+秦嶺微地塊)開啟陸陸碰撞造山的時(shí)期,因此,本次獨(dú)居石核部測(cè)點(diǎn)獲得的晚古生代(268.7±5.9Ma～259.0±4.6Ma)年齡可能暗示了板塊碰撞機(jī)制的遠(yuǎn)程構(gòu)造熱效應(yīng)此時(shí)已經(jīng)開始產(chǎn)生。而高龍剛等(2019)、黃卉等(2020)、楊春四(2020)對(duì)華陽川礦區(qū)內(nèi)的碳酸巖型鈾礦中選出的晶質(zhì)鈾礦U-Pb同位素測(cè)年所獲得晚三疊世(235～201Ma)鈾成礦年齡則代表了華陽川礦區(qū)晚三疊世碳酸巖巖漿熔體的成礦作用。結(jié)合華陽川礦區(qū)外圍的黃龍鋪大石溝碳酸巖型鉬礦和鄰區(qū)的西溝碳酸巖型(長石石英方解石脈)鉬礦的輝鉬礦Re-Os同位素年齡(分別為222～209.5Ma:黃典豪等,1984,1985,1994,2009;和214.7～206.7Ma:袁海潮等,2014),反映本區(qū)晚三疊世發(fā)生了一期鈾、鉬等多金屬成礦事件。本文獨(dú)居石邊部測(cè)點(diǎn)獲得的早中生代(232.5±4.7Ma～228.2±9.2Ma)年代數(shù)據(jù)與華陽川鈾礦區(qū)已有的碳酸巖型鈾成礦年代數(shù)據(jù)和華陽川礦區(qū)外圍和鄰區(qū)的碳酸巖型鉬礦的年代數(shù)據(jù)十分接近,因此,再次驗(yàn)證了華陽川地區(qū)晚三疊紀(jì)發(fā)生了一期構(gòu)造熱事件。根據(jù)掃描電鏡觀察(圖6c-f)到晶質(zhì)鈾礦-鈮鈦鈾礦-獨(dú)居石-磷灰石-褐簾石的礦物生成順序,可以判斷華陽川地區(qū)早中生代的鈾成礦作用的開始不會(huì)晚于232.5±4.7Ma～228.2±9.2Ma。

4.3 古元古代鈾成礦的構(gòu)造演化背景

古元古代(2.0～1.8Ga)是Columbia超大陸的匯聚階段,該超大陸重建首次給出了華北克拉通的位置,其中的華北克拉通南緣處于Columbia超大陸的邊緣地帶或大陸邊緣的板內(nèi)裂谷地帶(Rogersetal.,2002,2009;Zhaoetal.,2002a,2004),總體屬于板塊邊緣地帶的俯沖、碰撞、島弧巖漿環(huán)境。華北克拉通南緣是一個(gè)起源于太古宙(2.91～2.50Ga)的地塊,在古元古代末期(1.97～1.80Ga)與華北克拉通內(nèi)部的東、西部古陸塊拼接形成統(tǒng)一的結(jié)晶基底(第五春榮等,2010,2018;沈其韓等,2016),這一過程中發(fā)生的板塊俯沖、碰撞及碰撞后伸展,使得華北克拉通南緣古元古代巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈(第五春榮等,2018)。位于華陽川礦區(qū)東南部外圍的垣頭花崗巖體(圖1b、圖2),出露面積約15km2,巖石類型為鋁質(zhì)-A型花崗巖,形成于古元古代(1841± 4Ma;盧欣祥等,1999;鄧小芹等,2019)。在垣頭花崗巖體外圍以及華陽川礦區(qū)內(nèi)的太華巖群中也發(fā)現(xiàn)了大量古元古代的同源同期的各類花崗巖脈體,如楊春四(2021)在對(duì)華陽川地區(qū)前寒武紀(jì)的巖漿作用的研究獲得了偉晶長英質(zhì)巖脈、斑狀黑云母花崗閃長巖、斑狀二長花崗巖的年齡分別為～1926Ma、～1808Ma、～1807Ma。垣頭鋁質(zhì)-A型花崗巖體標(biāo)志著華北克拉通南緣小秦嶺華陽川地區(qū)的構(gòu)造體制由碰撞擠壓向伸展環(huán)境的轉(zhuǎn)換(鄧小芹等,2019)。后續(xù)出現(xiàn)的古元古代熊耳群(1.80～1.75Ga)雙峰式火山巖(Zhaoetal.,2002b;趙太平等,2004)和長城系(1.68～1.62Ga)火山-沉積建造(Luetal.,2008)以及基性巖墻群和非造山花崗巖漿活動(dòng)(1.72～1.60Ga)(Wangetal.,2004,2008;彭澎等,2004;Pengetal.,2008;胡國輝等,2010;Peng,2015)等,均表明華北克拉通南緣小秦嶺地區(qū)從古元古代(約～1.85Ga)就開始處于持續(xù)的伸展環(huán)境中。本文2件含鈾偉晶巖的鋯石年代分別為1842±11Ma、1829±12Ma,為華陽川地區(qū)古元古代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換背景下的花崗巖漿活動(dòng)提供了新的年代學(xué)證據(jù)。2件含鈾偉晶巖Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)也表明含鈾偉晶巖的源區(qū)物質(zhì)形成可追溯到中太古代(3.00～2.95Ga)早期太華巖群物質(zhì);εHf(t)值為平均-18.84～-18.09,體現(xiàn)了成熟陸殼(如早期太華巖群物質(zhì))的循環(huán)和演化。由于成熟陸殼(如早期太華巖群物質(zhì))富集鈾等大離子親石元素,能為鈾成礦提供物質(zhì)來源。因此,古元古代(約～1.85Ga)華北克拉通內(nèi)部古陸塊在克拉通化過程中的構(gòu)造、巖漿活動(dòng)十分頻繁,成礦物質(zhì)容易富集,為一系列成礦活動(dòng)創(chuàng)造了有利的構(gòu)造環(huán)境。

4.4 三疊紀(jì)鈾成礦的構(gòu)造演化背景

晚古生代-早中生代(約～250Ma)是Pangea超大陸形成時(shí)期(李三忠等,2016a,b,c)。根據(jù)Pangea超大陸重建,晚古生代-早中生代(約～250Ma)東亞塊體整體位于Pangea超大陸東南緣,已經(jīng)形成華北板塊南緣(+南秦嶺微地塊)和揚(yáng)子板塊北緣南北分布的地理格局(侯方輝等,2014),為早中生代秦嶺造山帶塊體俯沖、碰撞奠定了基礎(chǔ)。受板塊機(jī)制約束,晚古生代-早中生代(約～250Ma)秦嶺造山帶區(qū)域巖漿活動(dòng)相對(duì)較少,僅在北秦嶺西段發(fā)生少量花崗質(zhì)巖漿活動(dòng),北秦嶺東段尚未見到這一時(shí)期的花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)。本文在華陽川地區(qū)得到的熱液成因獨(dú)居石U-Pb年代數(shù)據(jù)(268.7±5.9Ma～259±4.6Ma),表明晚古生代揚(yáng)子板塊北緣和華北克拉通南緣(+南秦嶺微地塊)在東秦嶺地區(qū)的俯沖、碰撞作用可能已經(jīng)開啟,尤其是板塊深部構(gòu)造機(jī)制形成的遠(yuǎn)程擠壓效應(yīng)所導(dǎo)致的構(gòu)造熱事件可能已經(jīng)開始。

中生代是秦嶺造山帶由海盆向大陸造山帶的轉(zhuǎn)換時(shí)期。早-中三疊世(252～235Ma),華北板塊南緣(+南秦嶺微地塊)與揚(yáng)子板塊北緣自東向西發(fā)生“拉鏈?zhǔn)健备_、碰撞作用(陳衍景,2010)。晚三疊世后(～235Ma)秦嶺造山帶塊體進(jìn)入俯沖碰撞閉合時(shí)期,秦嶺造山帶經(jīng)歷了晚三疊世早期陸內(nèi)俯沖階段、中侏羅世后碰撞拉張環(huán)境階段。晚侏羅世后秦嶺造山帶進(jìn)入陸內(nèi)造山時(shí)期,經(jīng)歷了晚侏羅堊-早白堊世板內(nèi)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)化階段、中-晚白堊世巖石圈快速減薄階段、晚白堊世擠壓與伸展共存階段。中新世(～23Ma)以來秦嶺造山帶進(jìn)入快速隆升階段(薛祥煦和張?jiān)葡?1996;Maoetal.,2003)。在此構(gòu)造機(jī)制的控制下,中生代秦嶺造山帶的巖漿活動(dòng)主要分為兩期,主要發(fā)生在早中生代的中三疊世-早侏羅世陸內(nèi)俯沖碰撞閉合階段和晚中生代的晚侏羅世-早白堊世構(gòu)造體制轉(zhuǎn)化階段(張成立等,2008;王國棟等,2013)。早中生代的構(gòu)造巖漿活動(dòng)遍及整個(gè)秦嶺造山帶。根據(jù)已有鋯石U-Pb定年結(jié)果,花崗巖漿活動(dòng)時(shí)期主要發(fā)生于245～200Ma,并在225～205Ma期間最為集中(張成立等,2008;王國棟等,2013),標(biāo)志著碰撞閉合完成的環(huán)斑花崗巖形成于217～200Ma(盧欣祥等,1999;王曉霞等,2011,2015;王國棟等,2013)。晚中生代的晚侏羅世-早白堊世是秦嶺造山帶由東西向古特提斯構(gòu)造體系轉(zhuǎn)換為北東向?yàn)I西太平洋主動(dòng)陸緣構(gòu)造體系的階段,構(gòu)造環(huán)境由陸內(nèi)擠壓轉(zhuǎn)換為伸展環(huán)境,形成了主要分布在東秦嶺的巨量花崗巖(盧欣祥等,1999;Maoetal.,2003;王國棟等,2013)。王曉霞等(2011,2015)根據(jù)鋯石年齡將東秦嶺晚侏羅-早白堊世的花崗巖漿的演化又劃分為晚侏羅世-早白堊世(160～130Ma)和早白堊世中晚期(120～100Ma)兩期花崗巖組合。

華陽川鈾礦賦存在老牛山和華山花崗巖體之間的太華巖群破碎帶(華陽川斷裂帶)中。老牛山巖體作為復(fù)式巖體,前人曾獲得428～95Ma的不同年齡(朱銘,1995;朱賴民等,2008;郭波等,2009;康清清等,2016),但其主體形成時(shí)期大致為晚三疊世(223～205Ma)和晚侏羅-早白堊世(152～146Ma)兩期(齊秋菊等,2012)。華山巖體的鋯石U-Pb年代也揭示其為一個(gè)晚三疊世(～204.7Ma)和晚侏羅-早白堊世(146～131.9Ma)(盧欣祥,1999;朱賴民等,2008;郭波等,2009;王曉霞等,2011,2015;齊秋菊等,2012;張興康等,2015)兩期巖漿活動(dòng)的復(fù)式巖體。可見,老牛山和華山巖體是中生代東秦嶺造山帶兩期構(gòu)造巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。因此,綜合對(duì)比華陽川礦區(qū)已有的含鈾碳酸巖中晶質(zhì)鈾礦的U-Pb年代數(shù)據(jù)(235～201Ma;高龍剛等,2019;黃卉等,2020;楊春四,2020),華陽川外圍大石溝碳酸巖型鉬礦輝鉬礦的Re-Os同位素年齡(222.2～209.5Ma;黃典豪等,1984,1985,1994,2009)和西溝碳酸巖型(長石石英方解石脈)鉬礦輝鉬礦的Re-Os同位素年齡(214.7～206.7Ma;袁海潮等,2014),以及本文獨(dú)居石年代測(cè)定得到的晚三疊世年代數(shù)據(jù)(232.5±4.7～228.2±9.2Ma),與本區(qū)老牛山和華山巖體解體出的晚三疊世巖漿活動(dòng)時(shí)間(223～204.7Ma)一致,反映了早中生代的中三疊-早侏羅世小秦嶺乃至東秦嶺地區(qū)陸內(nèi)俯沖碰撞閉合階段發(fā)生的構(gòu)造巖漿熱液事件的成礦作用。

5 結(jié)論

通過對(duì)華陽川地區(qū)含鈾偉晶巖的巖相學(xué)、礦物學(xué)、鋯石及獨(dú)居石U-Pb年代學(xué)等方面研究,可以得到以下認(rèn)識(shí):

(1)含鈾偉晶巖礦物總成分相當(dāng)于花崗質(zhì),鈮鈦鈾礦是主要含鈾礦物。推測(cè)鈮鈦鈾礦可能有3期,分別是:與鋯石共生在鉀長石石英等晶間的鈮鈦鈾礦,代表偉晶巖成巖過程中的鈾元素富集成礦現(xiàn)象;與獨(dú)居石共生在鉀長石、石英裂隙中的鈮鈦鈾礦,獨(dú)居石包裹在鈮鈦鈾礦外圍或是與鈮鈦鈾礦共同被磷灰石、褐簾石包裹,代表后期熱液活動(dòng)的成礦作用;以及發(fā)生溶蝕現(xiàn)象導(dǎo)致物質(zhì)成分不均一的鈮鈦鈾礦,體現(xiàn)了后期構(gòu)造應(yīng)力和熱液溶蝕作用對(duì)前期鈮鈦鈾礦的疊加改造現(xiàn)象。

(2)含鈾偉晶巖的鋯石絕大部分為巖漿成因,鋯石的207Pb/206Pb年齡分別介于1863±20Ma～1805±48Ma、1880±64Ma～1799±49Ma,加權(quán)平均年齡為1842±11Ma、1829±12Ma,代表了含鈾偉晶巖的成巖成礦年齡。該期次鈾成礦作用可與華北克拉通內(nèi)部古陸塊碰撞造山帶分布的古元古代(2.0～1.8Ga)鈾多金屬礦床進(jìn)行對(duì)比,指示了華陽川地區(qū)所處的華北克拉通南緣小秦嶺構(gòu)造帶(基底)也存在古元古代鈾成礦作用。

(3)含鈾偉晶巖中的獨(dú)居石成因?yàn)闊嵋撼梢?獨(dú)居石的207Pb/206Pb Tera-wasserburg plot反諧曲線得到晚古生代(268.7±5.9Ma～259.0±4.6Ma)和早中生代(232.5±4.7Ma～228.2±9.2Ma)2組年代學(xué)數(shù)據(jù),代表了晚古生代-早中生代華陽川地區(qū)2次構(gòu)造熱事件發(fā)生的年代。其中的早中生代獨(dú)居石年代數(shù)據(jù)和華陽川鈾礦已獲得的晶質(zhì)鈾礦U-Pb年代數(shù)據(jù)十分接近,為本區(qū)晚三疊世早期的鈾多金屬成礦作用提供了新的證據(jù)。

致謝野外采樣工作得到中陜核地質(zhì)224大隊(duì)有限公司康清清、李鵬、李雷、江宏君等同志的提供的幫助;論文還得到中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心趙仁夫、李宗會(huì)、趙東宏等同志的悉心指導(dǎo);匿名審稿專家對(duì)本文提出了寶貴的修改意見;在此一并表示衷心的感謝。