东秦岭大石沟钼矿床中晶质铀矿年代学研究及其地质意义.pdf
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1、Jun.2 0 2 32023年6 月ACTAGEOLOGICA SINICA质报学地Vol.971No.6第6 期第9 7 卷东秦岭大石沟钼矿床中晶质铀矿年代学研究及其地质意义黄广文1),潘春蓉*1),潘家永1),钟福军1),严杰1),夏菲1),杜后发1),张涛12),万建军1),康清清1,3)1)东华理工大学核资源与环境国家重点实验室,江西南昌,330 0 13;2)核工业二三研究所,湖南长沙,410 0 11;3)中陕核工业集团二二四大队有限公司,陕西西安,7 10 0 2 4内容提要:东秦岭地区是全球最大的钼成矿带,也是我国最重要的钼矿集区。大石沟矿床是东秦岭地区最为典型的碳酸岩型钼矿
2、床之一。该矿床主体发育钼矿化,并伴生有一定规模的铀、稀土、铅等多金属矿化。前人对该矿床中钼和稀土矿化关注较多,但对铀矿化的报道甚少。鉴于此,本文在野外地质调查的基础上,采集典型的铀矿化样品,综合利用TIMA、扫描电镜、电子探针和LA-ICP-MS等测试方法,对矿床内发育的铀矿化开展了详细的矿相学、矿物化学和同位素年代学研究。结果表明,大石沟矿床中铀矿化的主要含铀矿物为钛铀矿、晶质铀矿和钛铀矿。晶质铀矿多呈半自形一他形粒状展布,具有高Y、Ce 和低Si、T i、Na、M g 的地球化学组成。晶质铀矿的U/Th、ZR EE、LR EE/H R EE等参数表明其为岩浆成因,形成于高温高盐度、相对还原
3、环境。晶质铀矿EPMAU-Th-PbTotal化学定年与LA-ICP-MS原位U-Pb定年,结果显示铀矿化年龄为2 2 3Ma,即晚三叠世,表明大石沟碳酸岩中铀矿化形成于秦岭造山带印支期造山后伸展环境。综合前人和本文研究后认为,大石沟矿床中铀矿化年龄与秦岭造山带内碳酸岩型矿床的主体形成时代一致,为同时期岩浆活动的产物,可能形成于同一地质事件。关键词:晶质铀矿;EPMAU-Th-PbTotal化学定年;LA-ICP-MSU-Pb定年;大石沟矿床;东秦岭火成碳酸岩是一种典型的大陆岩浆建造,其成因与大陆区深部地慢岩浆作用有关,常产于大陆裂谷环境(Woolleyetal.,19 8 9),其主要与稀土
4、-铁-钼-锯-铀矿床关系密切,如美国的芒廷帕斯、俄罗斯的科拉半岛以及中国的白云鄂博、川西耗牛坪等大中型碳酸岩型稀土-铁矿床等(Hoernle et al.,2002;Jans0n et al.,2007;Xu Cheng et al.,2008;FanHongruietal.,2 0 14)。碳酸岩型铀矿床作为一种重要的铀矿床类型之一,其成矿主要与碳酸岩有关,且矿体受断裂构造控制,具有品位低、储量大、共(伴)生稀有稀土元素等特征(Dahlkamp,19 7 8)。如巴西的Araxa铀矿床,尽管U.O:含量仅为0.01%0.0 5%,但其资源量高达139 7 0 0 t,南非的Phalaborw
5、a矿床U,O:含量平均为0.0 4%,其U.O:资源量达数千吨之多(Dahlkamp,19 7 8;Majdalanietal.,2 0 0 1)。近年来,我国已探明的与碳酸岩有关的铀矿床主要分布于陕西东秦岭地区,如华阳川超大型铀-锯-铅-稀土矿床,具有规模大、品位低和多矿种的特征,铀矿物主要以铌钛铀矿和晶质铀矿为主(高成等,2 0 17;高龙刚等,2 0 19;ZhengHuietal.,2 0 2 0 a,2 0 2 0 b;王佳营等,2 0 2 0;黄卉等,2020;H u a n g H u i e t a l.,2 0 2 2)。而华阳川邻区黄龙铺矿田是中国首例发现于碳酸岩脉中的钼矿
6、田,因此受到国内外地质工作者的广泛关注。黄龙铺钼矿田位于华北古板块南缘的华熊地块,主要包括大石沟、西沟、秦岭沟、宋家沟和板岔沟等矿床。该矿田除主体产出钼资源外,还伴生有一定规模的稀土、铅等多金属矿化(黄典豪等,注:本文为国家自然科学基金项目(编号42 0 0 2 0 9 1,417 7 2 0 6 6,419 0 2 0 7 5,42 0 0 2 0 9 5)、核资源与环境国家重点实验室开放基金项目(编号NRE1309,2 0 2 0 NR E0 4)、江西省研究生创新基金项目(编号YC2021-B161)联合资助的成果。收稿日期:2 0 2 2-0 1-0 4;改回日期:2 0 2 2-0
7、7-16;网络发表日期:2 0 2 2-0 8-2 5;责任编委:毕献武;责任编辑:蔡志慧。作者简介:黄广文,男,19 9 1年生。博士研究生,工程师,主要从事矿物学及地球化学研究。E-mail:g w h u a n g 19 9 1 16 3.c o m。*通讯作者:潘春蓉,女,19 9 2 年生。助理实验师,主要从事铀矿地质研究。E-mail:p a n c h u n r o n g e c u t.e d u.c n。引用本文:黄广文,潘春蓉,潘家永,钟福军,严杰,夏菲,杜后发,张涛,万建军,康清清。2 0 2 3.东秦岭大石沟钼矿床中晶质铀矿年代学研究及其地质意义地质学报,9 7(
8、6):19 17 19 37,doi:10.19 7 6 2/j.c n k i.d i z h i x u e b a o.2 0 2 2 159.Huang Guangwen,Pan Chunrong,Pan Jiayong,Zhong Fujun,Yan Jie,Xia Fei,Du Houfa,Zhang Tao,Wan Jianjun,KangQingqing.2023.The geochronology research on uraninite in the Dashigou carbonate-type molybdenum deposit of East Qinlingare
9、a and its geological significance.Acta Geologica Sinica,97(6):19171937.http:/WWWcn/dzxb/ch/index.aspxural191820233年质地报学1994;许成等,2 0 0 9;SongWenlei etal.,2 0 16;Smithetal.,2 0 19)。大石沟矿床作为东秦岭地区最为典型的碳酸岩型钼矿,长期以来,大多学者对该矿床中钼矿化的成矿时代(辉钼矿Re-Os等时线年龄为2 2 1Ma;黄典豪等,19 9 4;Steinetal.,19 9 7;王佳营等,2 0 2 0)、碳酸岩成因(许成
10、等,2 0 0 9;XuCheng et al.,2 0 10;So n g W e n l e i e t a l.,2 0 16)、成矿机制和动力学背景(黄典豪等,19 8 5;黄典豪等,2009)、稀土矿化时代(独居石SIMSU-Pb年龄为208.9Ma;SongWenleietal.,2 0 16)及其富集规律(Smith et al.,2 0 19;Ba i T ia n e t a l.,2 0 19;Cangelosietal.,2 0 2 0)等方面开展了深人研究。然而,随着找矿勘探的不断深人,在该矿床中发现了一定规模的铀矿化,王佳营等(2 0 2 0)通过放射性能谱仪测量发现
11、矿石中铀含量达0.3%。笔者在大石沟矿床部分含矿碳酸岩脉放射性能谱仪测量显示铀含量介于10 0 10-6 540 0 10-6 之间,局部矿石中铀含量是铀矿工业品位(0.0 5%)的数倍。张熠阳等(2022通过-XRF大致查明了大石沟矿床中发育的铀矿物种类,但精细的矿物学和年代学特征还有待深入研究。其次,关于该矿床中发育的铀矿化是否与钼矿化的成矿时代一致目前尚不明确。近年来,随着测年技术的不断革新,采用铀矿物LA-ICP-MS原位微区U-Pb同位素定年可以有效限定铀成矿时代,该方法能避免后生蚀变、微裂隙、矿物包裹体及杂质混染等因素的影响(ZhongFujun et al.,2018;钟福军等,
12、2 0 19;武勇等,2 0 2 0;HuangHuietal.,2 0 2 2)。鉴于此,本文以大石沟矿床为研究对象,基于精细矿物学和铀矿物微区年代学研究,揭示大石沟矿床中的铀矿化特征,厘定铀成矿时代,初步探讨铀成矿环境,旨在进一步完善东秦岭地区碳酸岩型矿床成矿理论研究,为区内铀资源的综合利用提供必要的理论依据。1矿床地质概况东秦岭钼-铀-稀土矿集区地处三宝断裂(三门峡-宝丰断裂)与商丹断裂(商南-丹凤断裂)之间的华北板块南缘构造单元内(图1a;李诺等,2 0 0 7;许成等,2 0 0 9;Xu Cheng et al.,2 0 10;So n g W e n l e ietal.,2 0
13、 16)。区内出露岩石主要由克拉通结晶基底和沉积盖层组成。结晶基底主要为太古宇一古元古界太华群TTG变质岩系组成,沉积盖层分别由中元古界熊耳群钙碱性一碱性火山岩建造、中一新元古界官道口群和栾川群滨浅海相浅变质碎屑岩碳酸盐岩建造等组成(曹晶等,2 0 15;王佳营等,2020;付鑫宁等,2 0 2 1)。区内断裂构造发育普遍,以北西西向和北东向为主。北西西向断裂主要为马超营断裂、栾川断裂及商丹断裂等深大断裂,其中马超营断裂具有长期、多期次活动特点,为区内最重要的控岩控矿构造(付鑫宁等,2 0 2 1)。北东向次级断裂与北西西向断裂交织构成格子状构造体系,整体控制着区内斑岩型钼矿的空间分布(黄典豪
14、等,2 0 0 9)。区内岩浆岩多以印支期和燕山期为主。印支期岩浆活动以岩株、岩脉形式产出的碱性岩为主,如华山岩体南部正长岩脉、黄龙铺碱性碳酸岩等;燕山期岩浆活动呈花岗岩基和斑岩体形式广泛展布于区内华山岩体、老君山岩体等(任富根等,2 0 0 1;郭波等,2 0 0 9;任纪舜等,2 0 19;Yang Chunsi et al.,2 0 19;Zh e n gHui et al.,2020a)。大石沟矿床地处华北地台南缘豫西断隆金堆城台凹,隶属黄龙铺矿田北部,总体处于北西向铀-铌-铅-稀土-稀有成矿带和北东向钼-铅-锌-铜成矿带的交汇部位(图1b)。矿区出露地层主要为熊耳群黄龙铺组上亚组第三
15、、四岩性段及高山河组下亚组第一岩性段,代表性岩性分别为变杏仁状细碧岩(细碧岩或凝灰质板岩)、黑云母片岩、斜长片麻岩、凝灰质板岩、绢云母板岩等(图2)。区内发育主控矿断裂构造分布于板岔梁-蚂蚁山背斜北东翼,为北西向和北东向两组,含(铀)矿碳酸岩脉总体呈北东向展布,少数呈北西向,宏观上主要由方解石、钾长石及微量石英组成。区内(铀)矿化碳酸岩脉多呈似层状、脉状和透镜状,单体(铀)矿化碳酸岩脉厚约0.11.0 m,长度介于2 0 10 0 m之间,最长者达50 0m,粗脉及细脉形态均有不同规模产出(图3a、b),且细脉多呈网脉状展布(黄典豪等,2 0 0 9;许成等,2009)。大石沟矿床内目前共揭露
16、6 个钼矿体带,其中I号矿体带规模最大,为矿区主体。区内含矿主岩为石英-方解石碳酸岩脉,主要由方解石(50%80%)、石英(10%2 0%)和钾长石(5%2 5%)组成,与围岩碳酸岩的矿物组合基本一致。矿石中钼品位介于0.0 3%0.18%,储量约7.2 0 10+t,伴生铅和银储量分别为19.2 6 10 t、32 5.7 5t(陕西省地质矿产勘查开发局,2 0 0 5)。部分矿脉中轻稀土具备一定规模,其含量达1.10%4.30%(许成等,2 0 0 9)。区内矿石矿物常见辉钼矿、锯钛铀矿、钛铀矿、方铅矿、黄铁矿、氟碳铈钙矿及独居石等,局部见乳滴状、线状黄铜矿,脉石矿物主要由方解石、钾黄广文
17、等:东秦岭大石沟钼矿床中晶质铀矿年代学研究及其地质意义第6 期1919N(b)(a)华山岩体宝鸡-固始-栾川断裂华北板块02km丹凤-商南断裂图161Arth,s;1秦岭造山带Arth,5.N杨峪沟铀锯铅综合矿点Arth,q扬子板块Arth,q华阳川铀多金属矿床40km元;1-2Pt.g1Arth,s.10-19Pt.g2Arth,ss1120Arth.q垣头铅钼稀土矿点Pt.g3121-321老牛山岩体Pt.g1-21-24元51322文公岭Pt,xn;Pt.g5141123大石沟图2Pt,xn黄龙铺秦岭沟Pt,xn;6Bu1524宋家沟Pt.9Pt,xn;162石家湾725Pt.gPt,x
18、n,Pt.g板岔沟桃园Pt,xn;81726Pt,xnsPt.g1-3Pt.g1-2盖子Ptg金堆城PtgArth,q91827图1华阳川-黄龙铺地区碳酸岩型钼-矿床大地构造位置图(a)和矿床地质简图(b)(据陕西省核工业地质局二二四大队,2 0 12 修编;王佳营等,2 0 2 0)Fig.1 Tectonic map(a)and regional geological map(b)of the carbonatite-type Mo-U deposits in Huayangchuan-Huanglongpuarea(modified after Geological Team No.22
19、4,Sino Shaanxi Nuclear Industry Group,2012,Wang Jiaying et al.,2020)1一高山河组砂质板岩;2 一高山河组变石英砂岩;3一高山河组变石英砂岩夹板岩;4一高山河组板岩;5一高山河组变石英砂岩;6 一上熊耳群安山岩;7 一上熊耳群细碧岩;8 一上熊耳群玄武岩;9 一秦仓沟组角闪斜长片麻岩;10 一三关庙组花岗质片麻岩;11一三关庙组角闪斜长片麻岩;12 一燕山晚期黑云母二长花岗岩;13一早中燕山期花岗斑岩;14一晋宁期片麻状黑云母二长花岗岩;15一辉绿岩;16 一铜矿;17 一钼矿;18一铅锌矿;19 一铅稀土钼矿;2 0 一铀矿;
20、2 1一铀钼矿;2 2 一铀锯铅矿;2 3一西北-东南向印支期一早燕山期铀、锯、铅、稀土、稀有元素成矿带;24一西南一东北向燕山晚期钼、铅、锌、铜成矿带;2 5一构造分界线;2 6 一区域性深断裂;2 7 一研究区1-sandy slate of Gaoshanhe Formation;2-meta-quartz sandstone of Gaoshanhe Formation;3-meta-quartz sandstone intercalated withslate of Gaoshanhe Formation;4slate of Gaoshanhe Formation;5-meta-qu
21、artz sandstone of Gaoshanhe Formation;6andesite of theUpper Xionger Group;7-spilite of the Upper Xionger Group;8-basaltic andesite of the Upper Xionger Group;9-amphiboleplagiogneiss of Qincanggou Formation;10granitic gneiss of Sanguanmiao Formation;ll-amphibole plagiogneiss of SanguanmiaoFormation;1
22、2Late Yanshanian biotite adamellite;13Early-Middle Yanshanian granite porphyry;14-Jinningian gneissic biotiteadamellite;15diabase;16-copper deposits;17-molybdenum deposits;18-Pb-Zn deposits;19Pb-REE-Mo deposits;20uraniumdeposit;21-U-Mo deposit;22-U-Nb-Pb deposit;23-NW-SE trending U,Nb,Pb,REE and rar
23、e elements metallogenic belt of theIndosinian-Early Yanshanian;24-SW-NW trending Mo,Pb,Zn,and Cu metallogenic belt of the Late Yanshanian;25structuralboundary;26regional deep fault;27research area长石及石英组成。矿石整体发育网络状结构、骸晶结构、压碎结构及交代残余结构,条带状、浸染状及角砾状构造(图3)。区内部分碳酸岩脉含有较高的放射性异常,放射性能谱仪测量显示铀含量为10 0X10-6540 0 1
24、0-。围岩蚀变以碳酸盐化为主,其次伴随不同程度黑云母化、绿帘石化等蚀变现象(黄典豪等,2 0 0 9)。2样品与分析方法本次研究样品采自大石沟矿区含矿碳酸岩脉断裂带内(图3a、b;采样坐标E1100133,N342 159),共采集2 件铀矿化样品(图3c、d),整体呈肉红http:/WWW.ch/index.aspx19202023年质地报学Pt.gl12NPt.2.93-2Pt.glPt.giPitxn,ht20100 mlQPlgiPt.xn,hPt.gPtgiPt.giPt.gi-12)Pt.g12QPt.g1Pt.xn,hi2BxPt.giPt.gPt,tn,ht-iPt.g:0-2
25、Pt.rn,ht*BXPtxn.hsPtxn,ht-Pt.giPt.xn,.hPt.g/Ptxn,hi-Pt,xn,hiiPt.xn.htPt.gPtxn.hiPt.QQ0Pt.xn,h.0Pt.xn,hi!Pt,xn,h32Pt.xn,hsiPt.xn,hjPt,xn;hPt.xn.hPl.gPt.gnPt.g1-3Pt.giPt.giPt.xn.h1-21-1123PL.g.4567Pt.xn.h.89Pt.xn.h10Pt.rn.h:11Pt.xn.h12Pt.xn.h1314X151617181920图2东秦岭大石沟矿床地质简图(据陕西地矿局第十三地质队,2 0 0 5修编)Fig.2
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