广西苗儿山花岗岩型铀矿床成矿机制研究

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苗儿山铀矿田产出大量花岗岩型铀矿床,如沙子江、双滑江、孟公界及张家矿床等。本文通过对苗儿山花岗岩铀矿区大地构造背景、地层、构造、岩(脉)体、矿床地质及流体演化等进行详细研究,揭示了铀成矿的动力源、热源、流体源及铀的“源、运、储、变”机制,并构建了该区花岗岩型铀矿的成矿模式。取得的主要成果如下:(1)通过对研究区地层含铀性的分析,认为富铀的震旦系陡山沱组、寒武系清溪组地层提供铀的能力较强,是铀成矿的重要铀源之一。(2)研究区应力场由印支期近南北向挤压向燕山早期的北西南东向挤压变化,燕山晚期及以后,应力场转变为北西南东向的拉张为主。NNE、NE向两组构造最为发育,是主成矿构造。新资断裂为区域一级切壳断裂,对铀矿床的形成极为重要。不仅控制了断陷红盆的形成,并与次级断裂共同控制了铀矿床的形成。(3)系统厘定了研究区各岩体的成岩年龄,深入剖析了各岩体的岩石地球化学性质及其与铀成矿的关系。研究区加里东期岩基SIMS锆石U-Pb年龄为417.9±2.3Ma,为加里东期岩浆脉动累积式侵位第3阶段的产物;香草坪、豆乍山及张家岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为223.9±1.3Ma、216.0±1.8Ma、222.4±3.6Ma。不同期次的花岗岩同属高钾钙碱性、低钡锶、S型花岗岩,是晚印支期后造山环境下由华夏板块元古代基底变泥质岩经部分熔融形成岩浆分异演化的产物。各岩体铀含量的差异性可能由源区砂、泥质成分不同引起。各岩体对铀成矿无明显专属性。自变质作用及构造活动是导致铀活化的重要因素,为后期成矿流体萃取铀奠定了良好的铀源基础。(4)分析了双滑江矿床外围细粒黑云母花岗岩脉的地球化学特征,测定了其形成年龄,并揭示了其与铀成矿的关系。双滑江矿床外围龙家田NE向细粒黑云母花岗岩LA-ICP MS锆石U-Pb年龄为199.4±1.5Ma。该年龄与铀成矿时代相差50Ma以上,表明其不能为铀成矿提供热源及矿化剂CO2,仅能提供有利的构造环境。(5)剖析了矿体、矿化蚀变特征、矿物生成顺序及矿石地球化学特征。矿体均为倾角较陡的群脉状。矿石以赤铁化-硅化碎裂花岗岩型为主,继承了围岩部分地球化学特征。铀矿物主要有沥青铀矿、硅钙铀矿、钙铀云母、铀石等。脉石矿物主要为石英、方解石、萤石等。铀成矿过程中,轻稀土分馏,重稀土富集。首次发现极少量的金属硒被包裹于硅钙铀矿中,说明其形成于弱氧化或氧化条件。(6)详细分析了沙子江铀矿床外围某钻孔的地化特征、元素迁移规律。同一钻孔不同矿化蚀变位置U含量与SiO2、CaO、Fe2O3、LOI、HREE含量正相关、Na均消失殆尽、稀土和微量元素配分型式相似、LREE呈较富集的右倾特征。相对于新鲜围岩,蚀变围岩和碎裂花岗岩(矿石)分别表现出Sb、Cd、U和Sb、U明显增高,共同表现出W、Ni略有增加的特征,说明铀不是来自于围岩,而是来源于铀矿床以下的深部位置。矿化蚀变带样品Sb、LOI、CaO、Ni、Cu、In、Sr均迁入,Na2O、FeO、Be、Cs、Th、Nb均迁出,迁入率最大的组分均为Sb,迁出率最大的组分均为Na2O。地球化学特征及元素迁移规律指示成矿流体呈碱性,氧逸度较高。(7)剖析了张家矿床流体包裹体特征,并与沙子江矿床流体包裹体特征进行对比研究。张家铀矿床主成矿温度范围为109229℃,均值175℃,集中区间125236℃,成矿流体属于中低温热液流体。盐度0.35%1.40%NaCleq,均值0.87%NaCl,为低盐度流体。在各成矿阶段,气相成分以H2为主,而在成矿主阶段含少量以N2和CH4。张家矿床和沙子江矿床成矿流体一致,皆属H2O-盐(NaCl)流体。研究区成矿早阶段及主成矿阶段显示出高温成矿流体参与特征。(8)联合使用传统的沥青铀矿物同位素稀释热电离质谱法与现代的激光剥蚀电感耦合等离子质谱法,厘定了研究区的铀成矿期次。研究区存在6期成矿作用,主成矿期为70Ma(71±1Ma、70.6±6.1Ma),次要成矿期为146.4±5.5Ma、124.4±4.6Ma、100Ma(95.6±6.3Ma、94.1±38Ma)、60Ma(60±3Ma、61.7±2.8Ma)及53.0±6.4Ma。前2期为本次新发现成矿期,随后3期与前人的成矿期有良好的吻合性。(9)结合前人成果,揭示了铀成矿的动力源、热源、流体源及铀的“源、运、储、变”机制。铀成矿热源及动力源为岩石圈的伸展构造活动;成矿流体主要来源于大气降水;碳主要来源于地幔去气作用;铀应该是壳源的,主要来源于富铀地层及富矿花岗岩;铀主要是在氧化条件下以UO2(CO3)22-和UO2F42-形式迁移;降压去气(CO2)是导致铀沉淀富集的最关键因素;铀富集沉淀时成矿流体可能偏向于弱氧化条件;沥青铀矿氧化形成次生铀矿物。(10)构建了研究区的铀成矿模式。加里东期花岗岩体形成阶段(440381Ma)、印支期花岗岩(脉)体形成阶段(250200Ma)为铀成矿奠定了铀源基础及有利的物理构造条件;晚侏罗世-古近纪阶段(15050Ma),作为岩石圈6次伸展构造活动的响应,研究区发生了6期铀成矿作用。
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