鞍本地區(qū)早前寒武紀(jì)地球化學(xué)、年代學(xué)及鈾成礦作用同位素示蹤.pdf

1、本文通過系統(tǒng)的資料調(diào)研、室內(nèi)樣品測試、巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)的研究，結(jié)合野外地質(zhì)和礦床地質(zhì)勘查等，在總結(jié)前人同位素地質(zhì)年代學(xué)成果的基礎(chǔ)上，以U-Pb同位素體系演化的理論、特點、方法為指導(dǎo)，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(zhì)地層的形成、改造歷史和鈾成礦年代學(xué)時序、鈾礦體時空間分布特征、成礦物質(zhì)來源和成礦機(jī)制，古老花崗巖體的成因、演化期次、構(gòu)造背景等進(jìn)行了深入探討，主要獲得以下一些成果或創(chuàng)新認(rèn)識：
　　 1、全面研

2、究分析了鞍本地區(qū)早前寒武紀(jì)地體時空演化規(guī)律和地質(zhì)背景，劃分出該區(qū)早前寒武紀(jì)主要構(gòu)造-巖漿活動事件的年代學(xué)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(zhì)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(zhì)作用是這些地質(zhì)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(zhì)地殼。侵入于變質(zhì)巖中年齡為3300～3000Ma的花崗閃長巖、花崗質(zhì)片麻巖，揭示了早-中太古代本區(qū)出現(xiàn)了早期構(gòu)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(gòu)造事件發(fā)生，巖漿侵入和沉積變質(zhì)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(jié)晶

4、基底，同時發(fā)生了強(qiáng)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(guān)、八河川等地區(qū)鉀質(zhì)花崗巖。
　　 第四次，2200Ma±。本溪、弓長嶺、連山關(guān)等地形成于2500Ma的鉀質(zhì)花崗巖在2200Ma經(jīng)歷了構(gòu)造、巖漿活動和變質(zhì)作用改造。其構(gòu)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(guān)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(qiáng)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(zhì)花崗巖相似，為鉀質(zhì)鈣堿系列，準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)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(zhì)意義。根據(jù)弓長嶺、連山關(guān)、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(biāo)志著遼東裂谷的形成。
　　 3、提出鞍本地區(qū)早前寒武

6、紀(jì)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(zhì)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(gòu)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(guān)、八河川鉀質(zhì)花崗巖為代表的古元古代花崗巖具有以下地球化學(xué)性質(zhì)：高Si、K，低Al、Ca、Fe、Mg，K2O>Na2O，微量元素中Ba、P、Ti強(qiáng)烈虧損，Sr、Rb、Th富集，為鋁過飽和、鉀質(zhì)過堿系列巖石。從2500Ma到1800Ma，

7、鉀質(zhì)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(fù)銪異常減弱。
　　 從野外觀察和巖石學(xué)特征來看，弓長嶺、連山關(guān)巖體鉀質(zhì)花崗巖與遼河群呈侵入和平行不整合兩種接觸關(guān)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(guān)系；弓長嶺、連山關(guān)巖體二長花崗巖與遼河群地層呈侵入接觸(穿插)關(guān)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(zhì)花崗巖中；巖

8、體中心部位具有典型的巖漿成因結(jié)構(gòu)；在標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(zhì)花崗巖從老到新的時空分布規(guī)律，以及眾多地質(zhì)證據(jù)表明，它們是相互交叉的、形成于同一大地構(gòu)造背景下的復(fù)合演化系列。隨著時間的推移，TTG巖系不斷減少，鉀質(zhì)花崗巖逐漸增多，熔融母巖從幔源逐漸過渡到殼源巖漿，標(biāo)志著本

9、區(qū)地殼演化達(dá)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(chǔ)上經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用下形成于遼東裂谷環(huán)境的層狀變質(zhì)火山-沉積巖系。除大理巖為化學(xué)沉積形成和斜長角閃巖類來自鎂鐵質(zhì)火山巖比較特殊外，遼河群底部變質(zhì)巖化學(xué)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(guān)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(zhì)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(zhì)花崗巖。
　　 根據(jù)鐵架山鉀質(zhì)花崗片麻巖形成于2876Ma，以及鐵架山、齊大山、弓長嶺、連山關(guān)鉀質(zhì)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(jì)地質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(nèi)外富鈾地區(qū)的成礦條件和地質(zhì)演化特征。因此，鞍本地區(qū)是我國古老地質(zhì)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(jié)了研究區(qū)古老地質(zhì)體鉛同位素特征，確定鞍本地區(qū)早前寒武紀(jì)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(zhì)花崗巖來源于高成熟度的上地殼。
　　 弓長嶺、連山關(guān)地區(qū)古老的花崗巖和變質(zhì)巖都具有較高的放射性成因Pb同位素組成，特別是連山關(guān)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(guān)多次重融型花崗巖體的內(nèi)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(dá)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(gòu)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(jì)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(jìn)一步擴(kuò)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(zhì)體鈾含量變化的定量計算結(jié)果，古元古代鉀質(zhì)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(zhì)來源。
　　 U-Pb同位素三階段演化模式計算結(jié)果顯示，鞍本地區(qū)太古代花崗巖原始鈾含量達(dá)8.06×10-6(非礦區(qū))，古元古代花崗巖原始鈾含量達(dá)16.4×10-6(非礦區(qū))，弓長嶺、連山關(guān)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(guān)鉀質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)地層的鈾含量增加外，多余的鈾則在構(gòu)造適合的

16、部位富集成礦。結(jié)合對連山關(guān)接觸帶花崗巖和Chy成因的分析，本文認(rèn)為呂梁運動下壓性和張性構(gòu)造的轉(zhuǎn)折部位，重熔花崗巖(與浪子山組變質(zhì)巖同熔)侵入就位與變質(zhì)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(xué)格架。根據(jù)對鞍本地區(qū)鈾礦化年齡序列、古老地質(zhì)體演化

17、和U-Pb同位素示蹤結(jié)果的系統(tǒng)總結(jié)，探討了鈾成礦模式。
　　 首次獲得了弓長嶺、連山關(guān)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(guān)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(jié)合典型鈾礦床、礦點的產(chǎn)出特征和早前寒武紀(jì)地質(zhì)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(zhì)花崗巖體。呂梁運動變質(zhì)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(jié)構(gòu)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(zhì)、氧化劑F、O)作用下，花崗巖中的晶質(zhì)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(