朱斌;黄志新;李子颖;孙小聪
【摘 要】张麻井矿床是产于华北陆块北缘早白垩世流纹斑岩体内的一个大型火山岩型铀钼矿床.为查明该矿床的成矿流体来源,对成矿流体的He-Ar同位素进行了测定.分析结果表明,石英和萤石中流体包裹体的3He/4He分别为0.64Ra～6.73Ra和0.02Ra～0.39Ra;40Ar/36Ar分别为296.4～362.1和265.7～330.8.成矿流体具有幔源流体和壳源流体混合的特点,且幔源流体具有接近岛弧深部地幔流体的He、Ar同位素组成特征.结合矿床地质和地球化学特征,认为幔源流体的来源与喜山期裂陷玄武岩活动有关. 【期刊名称】《铀矿地质》
【年(卷),期】2019(035)005
【总页数】8页(P257-264)
【关键词】He-Ar同位素;成矿流体;地幔流体;张麻井矿床;火山岩型铀钼矿
航海世纪2
【作 者】朱斌;黄志新;李子颖;孙小聪
泰晤士报高等教育【作者单位】核工业北京地质研究院,中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京100029;核工业北京地质研究院,中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京100029;核工业北京地质研究院,中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京100029;核工业北京地质研究院,中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京100029
【正文语种】中 文
【中图分类】P619.14
沽源-红山子铀成矿带是我国北方重要的火山岩型铀-钼多金属成矿带，自南向北已发现有张麻井铀钼矿床 （460）、大官厂铀钼矿床 （534）、红山子铀钼矿床 （470）和众多矿点、矿化点［1］。张麻井矿床为该区最大的铀矿床，具有铀钼共生的特点，其中铀矿储量达大型矿床规模，现处于露天开采阶段。迄今，诸多学者对该矿床的成岩成矿年龄、蚀变矿化特征、构造环境特征、成矿温压条件、成矿模式以及铀的富集机制等进行了深入探讨，并取得了丰硕的成果［2-18］。然而关于成矿流体来源的研究相对薄弱。
张振强 （2001）［8］利用热液矿物的 H、 O、S同位素对该矿床的成矿流体进行了示踪，认为成矿流体主要来源于岩浆水与大气降水的混合，S同位素具有壳幔混合硫的特点。李耀菘 （1989）［4］通过沥青铀矿U-Pb法对张麻井矿床中铀矿体进行年龄测定，发现脉状铀矿体形成于约24 Ma，与该区广泛发育的汉诺坝组玄武岩的喷发时代完全一致，认为汉诺坝组玄武岩喷发对该期铀矿形成提供热源。值得注意的是，汉诺坝组玄武岩除了为张麻井矿床提供热源外，是否还提供了一定的成矿物质来源 （如幔源热液流体，成矿元素等）至今尚未有结论。相比于C、H、O、S等稳定同位素，不同来源地质体中的稀有气体同位素组成差异很大，且其同位素组成基本不受水-岩反应等地质过程的影响，因此稀有气体同位素特别是He、Ar同位素是研究成矿流体来源的有效手段［19］。已有研究表明，大气降水、地幔和地壳中的He、Ar同位素组成差异极大，就He同位素而言，地壳He（3He/4He＝0.01Ra～0.05Ra） 与地幔 He （3He/4He＝6Ra～9Ra）的3He/4He比值差异高达近1 000倍，即使少量地幔流体加入到地壳流体中，利用He同位素也易于识别［20-22］，因此在示踪幔源物质来源方面，稀有气体同位素被视为最灵敏的示踪剂。笔者对沽源张麻井矿床热液矿物中的流体包裹体进行了He-Ar同位素测定，探讨了成矿流体的来源，结合矿床地质和地球化特征，对矿床成因提出了新的制约。
1 区域地质背景
燕辽火山岩带位于华北陆块北缘，与兴蒙优地槽褶皱带相毗邻 （图1a）。该带由众多火山盆地组成，是我国重要的火山岩型铀成矿带。沽源火山盆地位于燕辽火山岩带西段，其边界受NE向张北断裂、EW向崇礼-赤城深断裂带和SN向赤城-沽源-哈巴嘎区域深断裂带所控制，整体呈NE向展布，为一不对称断陷式盆地 （图1b）。盆地主体位于沽源县境内，包含赤城县、崇礼县、张北县及太仆寺旗的局部地区，总面积约3 300 km2。
图 1 沽源地区大地构造位置 （a）（据杨进辉等，2006［23］）及研究区地质简图（b）（据巫建华等， 2015［17］）Fig.1 Tectonic location （a） and simplified geological map（b） of Guyuan area1—新近系汉诺坝组；2—下白垩统青石砬组；3—下白垩统义县组；4—下白垩统张家口组三段；5—下白垩统张家口组二段；6—下二叠统大石寨组；7—新太古界红旗营子；8—燕山早期二长斑岩；9—燕山早期正长斑岩；10—燕山早期石英斑岩；11—海西期花岗岩；12—地质界线；13—断裂；14—矿床。
沽源盆地具有典型的二元结构，下白垩统下部的张家口组火山岩不整合于新太古界红旗营子变质岩和海西期花岗岩之上，局部地区流纹斑岩、石英斑岩、正长斑岩等次火山岩侵
入于盆地火山岩中［17］。基底红旗营子主要由变粒岩、浅粒岩、片麻岩、斜长角闪岩和大理岩组成，其原岩为一套浅海相的泥岩、砂岩夹少量碳酸盐岩和中酸性火山岩。该套岩石在1.8～1.9 Ga经历强烈的区域变质作用形成绿片岩-角闪岩相变质岩系，尤其是在背斜轴部发生强烈的钾质混合岩化，并伴有铀、钍、钾的明显增加，局部形成一些富铀基底，为以后的铀成矿奠定了基础［24］。下白垩统张家口组为一套高钾钙碱性-碱性中酸性火山岩系［17-18］，主要由斑岩和火山熔岩组成，间夹少量凝灰岩和砾岩。锆石Hf同位素及全岩Sr-Nd-Hf同位素组成均表明，张家口组火山岩为基底红旗营子部分熔融的产物［23，25］。 在盆地东侧围场地区和西侧张北地区局部发育有新近系汉诺坝组玄武岩。
2 矿床地质特征
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张麻井铀钼矿床位于沽源火山盆地西部北缘，铀矿化发育于盆缘NE向基底断裂（F45）及其次级NW向断裂 （F3）复合部位所控制的流纹斑岩体中 （图2）。桂林旅游高等专科学校学报
矿区地层由下白垩统张家口组二段的粗面岩、张家口组三段的流纹质火山岩和火山沉积岩组成。张家口组三段酸性火山岩共分为八层，其岩性包括流纹岩、熔结凝灰岩、角砾凝灰岩、晶屑凝灰岩等。北部以F45断裂为界与张家口组二段的粗面岩、石英粗面岩呈断层接
触。
图2 张麻井铀钼矿床地质简图 （a）和剖面示意图 （b）（修改自周德安， 1988［2］； 罗毅， 1993［5］； 巫建华等， 2015［17］）Fig.2 Geological sketch （a） and section （b） of Zhangmajing U-Mo deposit1—第四系沉积物；2—张家口组三段第八层球粒流纹岩；3—张家口组三段第七层熔结角砾岩；4—张家口组三段第六层角砾凝灰岩；5—张家口组三段第五层细纹状流纹岩；6—张家口组三段第四层角砾凝灰岩；7—张家口组三段第三层钾质流纹岩；8—张家口组三段第二层细纹状流纹岩；9—张家口组三段第一层熔结凝灰岩；10—张家口组二段粗面岩；11—流纹斑岩；12—铀矿体；13—地理标志；14—实测断层及产状；15—推测断层；16—地质界线；17—原生黑浸染状矿化带；18—后生红脉状矿化带；19—表生蓝黑淋滤矿化带。
矿区断裂构造发育，可分为NEE（F45）、NW （F3）、 NNW （F7）和 NNE 向 （F2、 F4、F5、F6）4组。NEE向F45断裂为一条区域性基底断裂，形成于燕山早期，在成矿期和成矿后均强烈活化，为先压扭后张扭的正断层；NW向F3为F45的次级断裂，形成于燕山晚期，为张扭性断层；NNW向的F7和NNE向的F2、F4、F5、F6等均为燕山晚期形成的剪
性断裂，规模较小［5］。F3断裂是该矿床的主要控矿断裂，在其和F45的复合部位，发育着控制矿体的流纹斑岩。流纹斑岩体呈NW向沿F3产出，向NE陡倾，在地表呈弧形 （图2a）。铀、钼矿体主要产于流纹斑岩体内部，在外接触带张家口组三段的流纹岩和角砾凝灰岩中亦发育有小规模的铀钼矿化。远离岩体，矿化迅速减弱或消失［2］。
张麻井矿床的铀矿化严格受岩体 （流纹斑岩）和构造控制，且具有埋藏浅、品位高、分布集中、与钼矿化紧密共生的特点。垂向上，矿体分带十分明显，自深部向地表可划分出红脉状富铀矿体 （铀矿的主体）、黑原生细脉状-浸染状贫铀矿体和近地表次生叠加淋滤形成的蓝黑铀钼矿体［1］（图 2b）。从矿物组成上看，脉状矿石主要由沥青铀矿、金属硫化物和玉髓组成，铀品位高；原生浸染状矿石主要由胶硫钼矿、胶状黄铁矿、闪锌矿、沥青铀矿和萤石组成，矿石中钼品位较高，而铀品位较低；近地表的次生淋滤铀钼矿体是原生浸染状矿体叠加改造的产物，以胶硫钼矿氧化为蓝钼矿为主要特点。
基辛格整个岩体发育不同程度的热液蚀变，垂向上具分带性。上部为硅化-褐铁矿化带，中部为蒙脱石-水云母化带，下部为钾化-赤铁矿化带，总体具有上酸下碱的特点。从蚀变与矿化的关系上看，铀矿化主要与红、灰黑硅化有关；赤铁矿化主要发育在矿床的中下部，是
脉状铀矿化最重要的近矿蚀变，在空间上和成因上与沥青铀矿和多金属硫化物矿脉密切伴生。水云母化、萤石化和黄铁矿是该矿床的贯通性蚀变产物，其中成矿期萤石为紫黑萤石，成矿后萤石多呈浅紫或浅绿［5］。
3 样品和分析方法
黄铁矿化为该矿床的贯通性蚀变，为避免不同阶段黄铁矿所造成的数据混乱，本研究所使用的样品为热液成矿阶段与铀、钼矿化共生的石英和紫黑萤石。其中，石英主要采于脉状矿石中，而萤石主要采于浸染状矿石中。这些矿物中的流体包裹体可代表铀钼矿化期的成矿流体。
在双目镜下挑选新鲜、晶形好、无裂缝、纯的 （不含其它矿物杂质）石英及萤石颗粒。矿物中流体包裹体的He-Ar同位素组成分析在核工业北京地质研究院分析测试研究所的稀有气体同位素实验室完成。具体分析流程［26］如下：首先，在丙酮介质中将样品在超声波中清洗20分钟，真空条件下加热至350℃并去气48小时，以清除矿物表面附着的气体，系统真空度优于10-8Pa；然后，压碎样品释放出气体，对释放出的气体经4个锆铝泵和一个活性炭冷阱进行多级纯化，去除 N2、O2、H2、CO2等活性气体， 吸附 Ar、Xe和Kr，将
纯的He和Ne送入系统，He、Ne经加液氮的钛升华泵再次纯化，在-78℃释放Ar，分别将He和Ar送入质谱仪；最后在美国热电公司生产的Helix SFT型惰性气体质谱仪进行He、Ar同位素测试，质谱主机的磁场半径为35 cm，偏转角度为120°，法拉第杯的分辨率为400，离子计数器分辨率为700，确保He、Ar同位素的高精度测量。影响因子
4 结果分析
张麻井铀钼矿床热液矿物石英和萤石中流体包裹体的氦、氩同位素组成分析结果见表1。石英中流体包裹体的3He/4He比值为0.64Ra～6.73Ra，40Ar/36Ar比 值 为 296.4～362.1；萤石中流体包裹体的3He/4He比值为0.02Ra～0.39Ra， 40Ar/36Ar比值为 265.7～330.8。
