鞍本地區(qū)早前寒武紀地球化學、年代學及鈾成礦作用同位素示蹤.pdf

1、本文通過系統(tǒng)的資料調研、室內樣品測試、巖石學和巖石地球化學的研究，結合野外地質和礦床地質勘查等，在總結前人同位素地質年代學成果的基礎上，以U-Pb同位素體系演化的理論、特點、方法為指導，對鞍本地區(qū)出露的太古界-古元古界花崗巖和遼河群層狀變質地層的形成、改造歷史和鈾成礦年代學時序、鈾礦體時空間分布特征、成礦物質來源和成礦機制，古老花崗巖體的成因、演化期次、構造背景等進行了深入探討，主要獲得以下一些成果或創(chuàng)新認識：
　　 1、全面研

2、究分析了鞍本地區(qū)早前寒武紀地體時空演化規(guī)律和地質背景，劃分出該區(qū)早前寒武紀主要構造-巖漿活動事件的年代學格架。指出鞍本地區(qū)太古代-古元古代所發(fā)生的具有區(qū)域性規(guī)模的地質事件至少有五次，年齡分別為3300～3000Ma、2800Ma、2500Ma、2200Ma、1900～1800Ma。巖漿侵入、先成巖類(基底)重熔和區(qū)域變質作用是這些地質事件的主要表現(xiàn)：
　　 第一次，3800～3000Ma。3804Ma和3812Ma的鞍山白家墳花

3、崗巖表明鞍本地區(qū)在始太古代就有了古老的硅鋁質地殼。侵入于變質巖中年齡為3300～3000Ma的花崗閃長巖、花崗質片麻巖，揭示了早-中太古代本區(qū)出現(xiàn)了早期構造、巖漿活動。
　　 第二次，2900～2700Ma。新太古代早期大規(guī)模的火山-巖漿構造事件發(fā)生，巖漿侵入和沉積變質巖系形成本區(qū)主要的太古代花崗-綠巖帶。
　　 第三次，2500Ma±。鞍山運動期間，鞍本古陸核與遼東-吉南分布的太古界陸核拼接碰撞形成了華北地臺太古界結晶

4、基底，同時發(fā)生了強烈的地幔巖漿底侵和殼幔分離事件?；鹕?巖漿作用造就了鞍山、齊大山、弓長嶺、連山關、八河川等地區(qū)鉀質花崗巖。
　　 第四次，2200Ma±。本溪、弓長嶺、連山關等地形成于2500Ma的鉀質花崗巖在2200Ma經(jīng)歷了構造、巖漿活動和變質作用改造。其構造背景為地幔上涌引發(fā)的遼東古裂谷伸展開裂。
　　 第五次，1900～1800Ma。以弓長嶺、連山關二長花崗巖(不透明鋯石年齡)為代表，是遼東裂谷閉合背景下地殼重

5、熔改造的產(chǎn)物，屬于強不相容元素富集的“S”型花崗巖。其元素特征與古元古代鉀質花崗巖相似，為鉀質鈣堿系列，準鋁質-過鋁質巖石，巖漿分異程度較高。
　　 2、明確指出22億年重融巖漿活動的地質意義。根據(jù)弓長嶺、連山關、營口后仙峪二長花崗巖鋯石U-Pb LA-ICP-MS年齡的測定和鋯石成因分析，提出約2200Ma是鞍本地區(qū)古元古代中期一次重要的花崗巖重熔、侵入事件的時間，標志著遼東裂谷的形成。
　　 3、提出鞍本地區(qū)早前寒武

6、紀花崗巖類為巖漿成因而非混合巖化或花崗巖化成因。古元古代鉀質花崗巖為太古代基底重熔，并歷經(jīng)多次重熔改造的殼源巖漿成因花崗巖。構造背景為地幔上侵引發(fā)地殼張裂形成的大陸裂谷環(huán)境。
　　 以弓長嶺、連山關、八河川鉀質花崗巖為代表的古元古代花崗巖具有以下地球化學性質：高Si、K，低Al、Ca、Fe、Mg，K2O>Na2O，微量元素中Ba、P、Ti強烈虧損，Sr、Rb、Th富集，為鋁過飽和、鉀質過堿系列巖石。從2500Ma到1800Ma，

7、鉀質花崗巖漿分異程度、親石元素和稀土元素含量、輕重稀土分餾增大，負銪異常減弱。
　　 從野外觀察和巖石學特征來看，弓長嶺、連山關巖體鉀質花崗巖與遼河群呈侵入和平行不整合兩種接觸關系：遼河群浪子山組底部石英礫巖、石英云母片巖(古老殘積層)與花崗巖呈平行不整合關系；弓長嶺、連山關巖體二長花崗巖與遼河群地層呈侵入接觸(穿插)關系，BIF建造、綠泥石英片巖、斜長角閃巖、早期片麻狀黑云母花崗巖則以殘留體或捕虜體的形式產(chǎn)出于鉀質花崗巖中；巖

8、體中心部位具有典型的巖漿成因結構；在標準礦物分類圖解上均落在花崗巖區(qū)，各種主要成分變異圖上反映巖漿成因的特點。
　　 4、論述了鞍本地區(qū)早前寒武紀地殼演化特點和規(guī)律。上述中太古代TTG巖系和新太古代、古元古代花崗片麻巖、鉀質花崗巖從老到新的時空分布規(guī)律，以及眾多地質證據(jù)表明，它們是相互交叉的、形成于同一大地構造背景下的復合演化系列。隨著時間的推移，TTG巖系不斷減少，鉀質花崗巖逐漸增多，熔融母巖從幔源逐漸過渡到殼源巖漿，標志著本

9、區(qū)地殼演化達到較高的成熟度，有利于鈾元素的富集。
　　 遼河群地層則是在2200～1800Ma基礎上經(jīng)區(qū)域變質作用下形成于遼東裂谷環(huán)境的層狀變質火山-沉積巖系。除大理巖為化學沉積形成和斜長角閃巖類來自鎂鐵質火山巖比較特殊外，遼河群底部變質巖化學元素特征與花崗巖相似，并具有與花崗巖相同的副礦物組成特征，如連山關白色花崗巖與浪子山組云母石英片巖的副礦物均為鋯石-磷灰石-電氣石-石榴石組合遼河群變質巖，這些說明遼河群底部碎屑巖系的源巖

10、為古元古代鉀質花崗巖。
　　 根據(jù)鐵架山鉀質花崗片麻巖形成于2876Ma，以及鐵架山、齊大山、弓長嶺、連山關鉀質花崗巖在2200Ma～1800Ma之間經(jīng)歷多期巖漿侵位和重熔改造的事實，早前寒武紀地質歷史發(fā)展的過程中，從鞍山運動、古元古代早期(遼河運動)到古元古代晚期的呂梁運動，地質運動的周期迅速縮短，巖漿分異程度加大、侵位深度變淺，伴隨持續(xù)的熱液蝕變和變質作用，鈾的富集倍數(shù)增大，花崗巖體鈾含量逐漸升高，形成了本區(qū)古元古代富鈾花崗

11、巖體。由于這些花崗巖具有的較高Pb同位素組成和原始鈾含量，接近國內外富鈾地區(qū)的成礦條件和地質演化特征。因此，鞍本地區(qū)是我國古老地質體起步較早、成熟度較高的地區(qū)之一，鈾源條件較好。
　　 5、利用巖石及礦石Pb同位素組成及鋯石鈾含量示蹤鈾成礦前景。全面系統(tǒng)總結了研究區(qū)古老地質體鉛同位素特征，確定鞍本地區(qū)早前寒武紀巖石具有較高的放射性鉛同位素組成和花崗巖鋯石鈾含量，是華北地臺地殼成熟度最高的地區(qū)之一，有很好的鈾成礦前景。同時佐證了古

12、元古代鉀質花崗巖來源于高成熟度的上地殼。
　　 弓長嶺、連山關地區(qū)古老的花崗巖和變質巖都具有較高的放射性成因Pb同位素組成，特別是連山關地區(qū)方鉛礦顯示出極高的放射性成因鉛特征：206Pb/204Pb=20.932～550.845。這些高放射性成因鉛均產(chǎn)在連山關多次重融型花崗巖體的內外接觸帶中。由鞍本地區(qū)礦石鉛H-H模式計算出的μ0值平均達9.87，在華北地臺中也是最高的，明顯來自于上地殼鉛(在方鉛礦構造模式圖上沿著20～18億年

13、等時線演化，與根據(jù)二階段普通鉛模式計算出的年齡是吻合的)。此外，早前寒武紀花崗巖透明鋯石和不透明鋯石平均鈾含量分別為小于1000×10-6、接近和大于2000×10-6。這三項證據(jù)表明，該區(qū)除了已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床值得進一步擴大勘查外，其它地段也存在著古老鈾礦床或鈾礦化可能。
　　 6、用U-Pb同位素體系演化特征示蹤成礦鈾源。根據(jù)古老地質體鈾含量變化的定量計算結果，古元古代鉀質花崗巖是華北地臺古老地體中原始鈾含量最高的巖石之一，是本

14、區(qū)主要的鈾源體。鈾丟失主要發(fā)生在呂梁運動期間(1900～1800Ma)，這些丟失的鈾成為本區(qū)鈾成礦的主要物質來源。
　　 U-Pb同位素三階段演化模式計算結果顯示，鞍本地區(qū)太古代花崗巖原始鈾含量達8.06×10-6(非礦區(qū))，古元古代花崗巖原始鈾含量達16.4×10-6(非礦區(qū))，弓長嶺、連山關地區(qū)各類巖石的原始鈾含量比這些正常地區(qū)的至少高出一個數(shù)量級。與原始鈾含量相比，齊大山、鐵架山、弓長嶺、連山關鉀質花崗巖丟失了9％～74％

15、的鈾，為主要的供鈾源體，遼河群其它變質巖類和BIF捕虜體則獲得鈾。盡管海城地區(qū)TTG巖類和黑云母花崗巖、南芬花崗閃長巖、浪子山組片巖、Chy巖類都表現(xiàn)為鈾丟失(片巖丟失了41％的鈾，Chy最多丟失27％的鈾)，由于大部分巖石原始鈾含量較低(花崗閃長巖為3.5×10-6，片巖為5×10-6，海城花崗質巖類為6.47×10-6)，以及分布不連續(xù)、面積較小，供鈾能力較低。大量分布的富鈾花崗巖除了使變質地層的鈾含量增加外，多余的鈾則在構造適合的

16、部位富集成礦。結合對連山關接觸帶花崗巖和Chy成因的分析，本文認為呂梁運動下壓性和張性構造的轉折部位，重熔花崗巖(與浪子山組變質巖同熔)侵入就位與變質巖接觸部位是鈾成礦適合地段。鈾礦石和花崗巖中鈾的富集系數(shù)(Fu)計算表明，鈾含量變化主要發(fā)生在1900～1800Ma呂梁運動期間，后期疊加、改造發(fā)生在300～200Ma的印支-燕山期。
　　 7、重新厘定鞍本地區(qū)古老鈾成礦作用年代學格架。根據(jù)對鞍本地區(qū)鈾礦化年齡序列、古老地質體演化

17、和U-Pb同位素示蹤結果的系統(tǒng)總結，探討了鈾成礦模式。
　　 首次獲得了弓長嶺、連山關巖體代表性鐵鈾型鈾礦化點-417、183礦點主成礦年齡為約2000Ma(U-Pb一致線和三階段擬合年齡分別為1960Ma和1994Ma)；確定了連山關巖體接觸帶分布的單鈾型礦床、礦點成礦年齡為1900～1800Ma(均為瀝青鈾礦U-Pb同位素年齡)。結合典型鈾礦床、礦點的產(chǎn)出特征和早前寒武紀地質演化規(guī)律，本區(qū)花崗巖熱液型鈾礦床的成礦模式歸納如下

18、：太古界地層初步富集鈾元素，此后鞍山運動和遼河運動形成富鈾鉀質花崗巖體。呂梁運動變質作用、巖漿活動提供了豐富的熱源，熱液破壞了富鈾花崗巖的結構并浸出鈾礦物。呂梁運動晚期巖石垮塌直接溝通了地殼與地幔，在富含礦化劑的巖漿流體(富堿質、氧化劑F、O)作用下，花崗巖中的晶質鈾礦被氧化(U4+→U6+)，形成含礦熱液(部分以U4+溶出)。含礦熱液上移過程中不斷萃取沿途圍巖中的鈾，到淺部后，隨著壓力降低而沸騰，大量礦化劑CO2逸出，陰離子活度降低(