陈云杰，王刚，王伟，何佳军，李新春，张川，郭帮杰
（1.核工业二〇三研究所，陕西 西安 710000；
2.核工业北京地质研究院 遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，北京 100029）
龙首山铀成矿带是西北地区最重要的花岗岩型铀成矿带之一。近年来在芨岭矿床外围及深部取得较大的找矿进展，深部陆续发现有厚大的铀矿体，资源量规模持续扩大。矿区内对有关该矿床的铀矿化特征［1-4］、蚀变及成矿流体特征［5-7］、水文特征［8］、蚀变航空高光谱识别［9-10］、物化探特征［11-12］等方面开展了系统的研究工作，取得了较好的研究成果，尤其是航空高光谱遥感技术对区内的蚀变带识别作用较好，有利地指导了野外工作；
同时对区内的钠长岩脉［13］、辉绿岩［14］、闪长岩［15］、似斑状花岗岩［16］和二长花岗岩［17］等岩性均开展了相关的研究工作。之前认为，在矿区F105断裂南部分布较广的肉红色中粗粒花岗岩与铀成矿关系不大，为成矿后侵入，故开展的研究工作相对较少。随着近年来深部勘查工作的开展，在钻孔深部的中粗粒花岗岩亦发现有铀异常、矿（化）体的存在，表明其是矿前侵位形成的。文章通过野外地质调查、钻孔编录及资料综合研究，对中粗粒花岗岩的岩石学、侵位时代及与铀成矿的关系进行初步的探讨与分析，为本区开展铀矿地质调查工作提供参考。
芨岭的地区位于龙首山成矿带的中东段，在大地构造位置上位于华北板块西南缘（图1 a，b）。古祁连洋在晚奥陶世开始闭合，龙首山地区开始进入陆-陆碰撞构造阶段，形成了龙首山地区如今的构造特征。其南部、北部的山前深大断裂及其次级断裂将龙首山地区分割成菱形及三角形的局部小断块，伴随着区内的构造演化，区内的岩浆岩活动十分发育，出露的岩体从东到西分别为青山堡岩体、芨岭岩体和红石泉岩体（图1 b）。研究区内出露的岩浆岩主要为灰黑色中细粒闪长岩、肉红色中粗粒似斑状花岗岩、中粗粒花岗岩和晚期的花岗岩，此外还发育辉绿岩脉（图1 c），其中灰黑色中细粒闪长岩、肉红色中粗粒似斑状花岗岩主要分布在工作区F105断裂的北部。本次研究的肉红色中粗粒花岗岩地表主要分布在F105断裂的南部。近年来通过钻孔深部揭露在F105断裂的下盘深部发现有较多的肉红色中粗粒花岗岩呈脉状侵入到似斑状花岗岩中。用于研究的测年样品（KY001）采集于芨岭地区，地表取样时选择无后期脉体穿插且无后期蚀变的样品。区内的铀矿（化）、异常点带十分发育，已发现铀矿床5 个，铀成矿潜力大。区内岀露的地层主要有元古界的龙首山群、墩子沟群和韩母山群，及少量出露的寒武系地层，早古生界地层在区内缺失，晚古生界的泥盆系、石炭系和二叠系的地层仅在山间断陷盆地局部出露。
芨岭铀矿床是我国西北部典型的碱交代岩型铀矿床，矿体产于碱交代蚀变岩中，蚀变岩带主要分布于F102断裂下盘，呈北西—南东向展布，走向290°～310°，倾向南西，倾角60°～80°，蚀变岩带长600 m，宽60～100 m，与F102产状基本一致（图1 c）。单个矿体走向近东西，且与构造蚀变带成锐角相交，空间上呈后列式排列体，矿体平均厚度为4.2 m，平均品位0.069%。近年来在芨岭矿床外围及深部取得较大的找矿进展，深部陆续发现有厚大的矿化带，资源量持续扩大，矿床有望扩大为大型铀矿床，深部找矿潜力大。
图1 龙首山成矿带大地构造简图（a）、区域地质简图（b）和芨岭地区地质图（c）Fig.1 The tectonic location of Longshoushan（a），regional geological map（b）and geological map of Jilin
本次研究的肉红色中粗粒花岗岩，岩石呈肉红色，块状构造，中粗粒结构（图2 a），由钾长石（40%～45%）、石英（15%～20%）、斜长石（15%～20%）、黑云母（5%～10%）和少量的角闪石（0%～5%）等组成，斜长石与钾长石接触处见蠕英石（图2 b）。有些长石发生了明显的弯曲，可能与后期的热液作用有关，或岩石受到了张剪性作用的结果。岩石在深部受构造破碎后，经过钠交代蚀变后，岩石矿物组合趋于一致，即由钠长石、碳酸盐、绿泥石和赤铁矿化组成（图2 c），裂隙面上可见大量的沥青铀矿脉的分布（图2 d）。
图2 肉红色中粗粒花岗岩特征图Fig.2 The petrologic characteristics of the medium-coarse grain granite
3.1 样品分析方法
测年样品的锆石筛选、制靶、阴极发光照相及U-Pb 同位素年龄测试均是由河北省廊坊拓轩岩矿检测服务有限公司完成。
3.2 锆石特征及分析结果
本次研究的样品中的锆石为柱状双锥或粒状，长65～210 μm，长宽比值一般为1.3～2.6，测年选取的锆石的震荡环带较为清晰。从样品的LA-ICPMS锆石U-Pb同位素分析结果（图3，表1）可知，样品锆石的U、Th 含量较高，含量分别为（339.41～819.74）×10-6、（179.87～448.27）×10-6。且Th/U值为0.46～0.87，具典型的岩浆锆石的特征。本次测年的锆石测点共17个（表1），测得的岩石的加权平均年龄为426.4±2.0 Ma（图4 a，b）。
图3 中粗粒花岗岩锆石CL 图像及年龄Fig.3 CL images and ages of representative zircons of the medium-coarse grain granite
图4 中粗粒花岗岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄谐和图（a）和直方图（b）Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb Concordia diagrams（a）and histograms of weighted average ages（b）of the medium-coarse grain granite
4.1 样品采集及分析测试
用于地化分析测试的样品（KY001～005）采自芨岭地区南部（图1 c），且选取蚀变和后期脉体不发育的样品。样品的主量元素、微量元素及稀土元素分析测试由核工业二〇三研究所分析测试中心承担，使用的仪器分别为荷兰帕纳科公司制造的Axios X 射线光谱仪和Thermo Flsher 公司制造的Xseries2 型，各项分析的精度均符合要求。
4.2 地球化学特征
从表2 中可以看出中粗粒花岗岩的SiO2含量较高（69.88%～74.35%），Al2O3的含量较高（13.14%～13.86%），CaO 含量偏 高（0.52%～2.23%），Fe2O3含量较低（1.29%～2.12%），Na2O含量较高（4.29%～7.12%），K2O 含量偏低（0.88%～4.40%）。样品的A/CNK 和A/NK 值分别为0.80～0.94 和0.99～1.14，属于准铝质花岗岩类（图5 a）。碱质含量较高（Na2O＋K2O 含量为8.00%～9.82%），碱度率（AR）值为3.25～4.43，属于碱性花岗岩类（图5 b）。
图5 中粗粒花岗岩A/NK-A/CNK（a）和AR-SiO2（b）图解（底图数据引自文献［17］）Fig.5 Diagrams of A/NK-A/CNK and AR-SiO2 of the medium-coarse grain granite（data of base map quotes after reference［17］）
表2 中粗粒花岗岩主量元素分析表/%Table 2 The geochemical composition of major-elements/% of the medium-coarse grain granite
从表3 可以看出中粗粒花岗岩的ΣREE 含量为（177.52～262.81）×10-6，LREE 含量为（143.91～239.08）×10-6，HREE的含量为（23.73～46.81）×10-6，LREE/HREE 值为4.15～10.07，为轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损的稀土元素特征。在图6 a中呈δEu负异常右倾配分模式。
表3 中粗粒花岗岩稀土元素分析表/10-6Table 3 The geochemical composition of REE/10-6 of the medium-coarse grain granite
从表4 和图6 b 中可以看出样品中的大离子亲石元素中的Th、U、Zr 等含量较高，其中U含量为（5.94～13.50）×10-6，Th 含量为（19.3～24.6）×10-6，属于富铀花岗岩类，而Ba、Nb、Sr、Ti 等元素相对亏损。
表4 中粗粒花岗岩微量元素分析表/10-6Table 4 The geochemical composition of trace elements/10-6 of the medium-coarse granite
图6 中粗粒花岗岩原始地幔标准化微量元素蛛网图（a，标准化值据Sun 和McDonough，1989）与球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图（b，标准化值据Boynton，1984）Fig.6 Primitive mantle normalized trace elements spider diagram（a）and chondrite-normalized REE patterns（b）of the medium-coarse grain granite
中粗粒花岗岩相对富铝、钠、轻稀土元素及大离子亲石元素，而亏损Ba、Nb、Sr、Ti 等元素，是典型I型花岗岩的特征。在图7 中也可看出本次研究的中粗粒花岗岩属于I 型花岗岩；
同时在构造环境判别图中（图8 a，b），样品属于后碰撞花岗岩类，结合区域资料研究表明，早古生代祁连山-龙首山造山作用进入非造山板内活动阶段。与区内早期形成的中粗粒似斑状花岗岩的形成背景基本一致［16］。
图7 中粗粒花岗岩Y-SiO2（a）和Ce-SiO2（b）图解（底图数据引自文献［17］）Fig.7 Diagrams of Y-SiO2（a）and Ce-SiO2（b）of the medium-coarse granite（data of base map quotes after reference［17］）
图8 中粗粒花岗岩Y-Nb（a）和Rb-（Y+Nb）（b）构造环境判别图（底图数据引自文献［17］）Fig.8 Diagrams of Y-Nb（a）and Rb-（Y+Nb）（b）for tectonic setting of the medium-coarse grain granite（data of base map quotes after reference［17］）
芨岭铀矿床是典型的碱交代铀矿床，其控矿因素为构造、岩性界面和碱交代热液蚀变。其中区内F105断裂是主要的控矿因素，碱交代体主要分布在其断层下盘；
岩性界面是碱交代热液蚀变及铀矿化赋存的有利空间之一。两种差异性较大岩性的岩性界面在晚期构造活动中能够形成宽大的构造裂隙带，能够为后期的热液运移提供运移通道及存矿空间；
矿区内花岗岩中残留有大量呈透镜状的早期闪长岩的透镜体（图9），其与中粗粒（似斑状）花岗岩的接触界面是矿床赋矿的部位。近年来在芨岭矿床外围新发现的65 个铀矿体中有56 个矿体分布在闪长岩与中粗粒（似斑状）花岗岩的接触带附近，占矿体总数的86%。
图9 芨岭钠交代型铀矿床矿体与闪长岩关系图Fig.9 Relationship between ore-body and diorite in Jiling sodium metasomatic uranium deposit
芨岭铀矿床含矿岩石主要为紫红色中粗粒似斑状花岗岩，属于幔源岩浆作用下由地壳深部物质重熔而成，形成年龄为458.3±2.3 Ma，而区内的铀成矿年龄大致为400～410 Ma；
中粗粒似斑状花岗岩能为晚期的碱交代热液提供部分铀源，且后期构造形成的构造破碎带为铀成矿提供充足的容矿空间。
本次研究的肉红色中粗粒花岗岩之前认为是成矿后形成的，与铀成矿关系不大。但其形成时代要早于铀成矿，与中粗粒似斑状花岗岩一样能为后期铀成矿提供铀源及成矿空间。2021 年在芨岭矿床外围揭露中，在F105断裂下盘的中粗粒似斑状花岗岩中见有较多的中粗粒花岗岩呈脉状侵入；
中粗粒花岗岩脉体中亦发育有强的碱交代蚀变，且发育有较好的铀矿化（图10），脉体发育的部位往往也是节理和裂隙发育的部位，铀含量也要相对的富一些，是富矿体赋存的部位之一。
图10 ZKJ27-5 钻孔F101断裂下盘450～470 m 岩性特征图Fig.10 Lithological characteristics of core at 450～470 m depth in the footwall of the F101 fault in ZKJ27-5
1）肉红色中粗粒花岗岩在地化成分上具有SiO2、Al2O3、Na2O 和CaO 含量偏高，Fe2O3和K2O 含量较低和A/CNK 值为0.80～0.94 的特点。稀土元素具有轻稀土元素的富集、重稀土元素相对亏损和δEu轻微的负异常的特征。微量元素相对富铝、钠、轻稀土元素和大离子亲石元素，而亏损Ba、Nb、Sr、Ti 等元素，岩石为准铝质、碱性I 型花岗岩。
2）肉红色中粗粒花岗岩侵位于426.4±2.0 Ma，其侵位时代为晚奥陶世，结合区域资料研究表明早古生代祁连山-龙首山造山作用进入非造山板内活动阶段。
3）结合勘查成果表明，肉红色中粗粒花岗岩并非为成矿后侵位的，与含矿主要中粗粒似斑状花岗岩一样能为后期铀成矿提供铀源及成矿空间，其与中粗粒似斑状花岗岩、闪长岩的侵入界线是成矿有利部位之一。
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