小兴安岭北段乌云盆地东缘张家店赋铀岩体地球化学特征与综合信息找矿预测

相雷; 温方杰; 王铁鑫; 吕健; 刘阳; 王睿; 侯惠群; 赵天宇

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2504133

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (8) :3125-3141 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2504133

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小兴安岭北段乌云盆地东缘张家店赋铀岩体地球化学特征与综合信息找矿预测

相雷 ¹ ,
温方杰 ¹ ,
王铁鑫 ¹ ,
吕健 ¹ ,
刘阳 ¹ ,
王睿 ¹ ,
侯惠群 ²^,^* ,
赵天宇 ³

作者信息 +

Geochemical Characteristics and Comprehensive Information Prospecting Prediction of Zhangjiadian Uranium-bearing Pluton in the Eastern Margin of the Wuyun Basin in the Northern Section of the Xiaoxing’an Mountains

XIANG Lei ¹ ,
WEN Fang-jie ¹ ,
WANG Tie-xin ¹ ,
LÜ Jian ¹ ,
LIU Yang ¹ ,
WANG Rui ¹ ,
HOU Hui-qun ²^,^* ,
ZHAO Tian-yu ³

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摘要

为讨论张家店岩体与铀成矿作用的关系,对其开展了年代学、岩石地球化学研究。采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry,LA-ICP-MS)LA-ICP-MS锆石U-Pb定年。结果表明:张家店三期岩体形成时间198.2~205.7 Ma,为印支晚期-燕山期花岗岩。地球化学数据表明,张家店岩体属于过铝质花岗岩,高钾钙碱性岩石系列,为A型花岗岩,成因以岩浆分异结晶为主,属于后造山花岗岩(post-COLG),形成于伊春地区晚三叠世晚期岩石圈伸展垮塌构造环境下的A型花岗岩侵位事件。主要赋矿岩体在岩浆侵位过程中混有陆壳物质,推测为元古界-古生界铀含量较高的变质地层,该特点与华东南铀成矿省多数产铀花岗岩相似。与围岩对比,含矿岩石Na₂O含量明显更低,MnO、MgO、TiO₂、P₂O₅含量更高,表明岩浆与围岩发生了物质交换;轻稀土元素(LREE)含量更高,δEu值更低,表明赋矿与不含矿岩体同源且演化程度更高;Zr、Ta、Hf、Nb等高场强元素含量更高,反映成矿流体可能来源于深部。张家店岩体在形成过程中可能发生了铀的初始富集,在早白垩世岩浆热液活动作用下,在岩体边部地段构造发育处形成了铀矿(化)体。通过地质及物化探综合信息找矿研究,预测张家店岩体东南部一带和阳光林场东岩体为寻找花岗岩(内带)岩浆期后低温热液型铀矿的有利地段。

Abstract

The relationship between the Zhangjiadian pluton and uranium mineralization was investigated through the study of geochronology and geochemical characteristics of the granitoids. Zircon U-Pb dating was performed using laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). The dating results indicate that the three pulses of the Zhangjiadian pluton are formed between 198.2 Ma and 205.7 Ma, corresponding to the Late Indosinian-Yanshanian period. Geochemical data reveal that the Zhangjiadian pluton is characterized as high potassium calc-alkaline A-type granite belonging to the peraluminous series. It is inferred that the pluton is formed by fractional crystallization of magma. Structure environment analysis indicates that the pluton is classified as post-collisional granite (post-COLG), formed under a lithosphere extension setting in the Yichun area during the late Late Triassic. During the formation process, the main uranium-bearing granitoids are contaminated by crustal materials. It is speculated that the contaminant is Proterozoic-Paleozoic uranium-rich metamorphic strata, which is consistent with the uranium granitoids found in southeast China uranium metallogenic province. Compared with the surrounding rocks, the Zhangjiadian uranium-bearing granite exhibits higher contents of MnO, MgO, TiO₂, and P₂O₅, and lower concentrations of Na₂O, which indicates material exchange. Furthermore, higher concentrations of light rare earth elements (LREE) and lower δEu values are observed compared to the surrounding rocks. These findings suggest that both are derived from the same source, but the uranium granite undergoes a higher degree of magmatic evolution. Higher concentrations of Zr,Ta,Hf, and Nb are also observed, suggesting that the mineralization fluid is mainly derived from deep magmatic hydrothermal fluids. It is concluded that the initial enrichment of uranium occurred during the Zhangjiadian magmatic process in the Early Cretaceous, and the ore bodies are formed in the unstable tectonic setting at the edge of the pluton. Uranium ore prediction is conducted by the integrated use of geological, geophysical and geochemical information. The southeast of Zhangjiadian and the eastern part of Yangguang Forest Farm pluton are identified as favorable locations for the exploration of the granite-related low-temperature hydrothermal uranium deposits (inner zone).

Graphical abstract

关键词

张家店岩体 / 地球化学特征 / 岩石成因 / 铀矿化

Key words

Zhangjiadian pluton / geochemical characteristics / petrogenesis / uranium mineralization

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相雷, 温方杰, 王铁鑫, 吕健, 刘阳, 王睿, 侯惠群, 赵天宇. 小兴安岭北段乌云盆地东缘张家店赋铀岩体地球化学特征与综合信息找矿预测[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(8): 3125-3141 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2504133

XIANG Lei, WEN Fang-jie, WANG Tie-xin, LÜ Jian, LIU Yang, WANG Rui, HOU Hui-qun, ZHAO Tian-yu. Geochemical Characteristics and Comprehensive Information Prospecting Prediction of Zhangjiadian Uranium-bearing Pluton in the Eastern Margin of the Wuyun Basin in the Northern Section of the Xiaoxing’an Mountains[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(8): 3125-3141 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2504133

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花岗岩型铀矿是中国重要铀资源来源之一,其中诸广山等重要的花岗岩型铀矿集区主要集中在中国华南地区,黑龙江省花岗岩型铀矿勘查和研究程度较低。张家店地区位于小兴安岭北段乌云盆地东缘,根据朱鹏飞等^[1]基于“中国铀矿资源潜力评价”成果的划分,该地区位于伊春铀成矿远景带(Ⅲ-24)北端。近年来,对乌云-嘉荫盆地一带开展的铀矿找矿勘查工作发现了特大型砂岩型铀矿床及若干花岗岩型、火山岩型铀矿点、矿化点,取得了较大的找矿突破,表明该地区有很大的铀成矿潜力,有望成为新的铀资源基地^[2-3]。张家店岩体不仅被认为是该砂岩型铀矿的铀源体,其本身也产出花岗岩型铀矿。在乌云盆地盆缘地区目前已知的两处花岗岩型铀矿点中,富饶隆起带上KD09铀矿点产出于新近系孙吴组半固结砂岩与下伏花岗岩的接触界部位,含矿岩石有多种类型、成矿作用也与多种因素有关;KD02及附近铀矿点则产于张家店岩体中,绢云母化、硅化等热液蚀变发育,表明该矿点是区域上较为典型的花岗岩型铀矿点。有学者对张家店岩体所在的富饶岩浆带进行了岩石学特征、岩石地球化学和年代学特征研究。牟福权等^[4]在研究区以西取样分析,认为二长花岗岩时代为早侏罗世[(191.6±2.9) Ma],属准铝质高钾钙碱性高分异I型花岗岩,岩浆来源于浅源陆壳物质的部分熔融。张洪文等^[5]在研究区以南取样分析,将二长花岗岩与正长花岗岩时代均归为早侏罗世[(190.6±1.7) Ma],属于高钾钙碱性铝质A型花岗岩。以往研究工作对岩浆活动性质未形成统一认识且样品位于岩浆带不同地段,目前仍缺少能够准确反映研究区产铀岩体地球化学特征的数据资料。区域上的铀矿勘查工作主要是对KD01砂岩型矿床开展,而对于花岗岩型铀矿仅达到异常验证的调查程度,获得了矿化岩石的铀含量及岩石学一般特征等基本数据^[2],尚未做过与铀成矿作用有关的研究工作。因此,对研究区张家店岩体及花岗岩型铀矿的调查和成矿理论的科学研究程度均较低,对花岗岩体与铀成矿之间的关系、铀成矿物质来源等问题缺乏有针对性的分析研究,很大程度上制约了该地区的铀矿勘查工作。

对产铀花岗岩开展岩石地球化学及年代学特征研究是讨论岩体和铀成矿之间的关系和铀成矿物质来源的有效方法,同时对区域找矿也有指导作用^[6]。赵葵东等^[7]研究发现,华南产铀花岗岩是含白云母的强过铝质S型花岗岩,古元古代富铀的地壳沉积物质是其主要源岩。王贵等^[8]对红石泉铀矿床进行的岩石地球化学特征的研究表明,该产铀花岗岩包含A型和I型花岗岩,是柴达木板块与阿拉善板块碰撞后伸展环境下岩浆作用的产物。李嘉等^[9]对鹿井铀矿田开展研究认为,燕山晚期细粒花岗岩等小岩体与矿体来源于一个共同的岩浆演化,铀矿体是残余流体对更早岩体进行交代的结果。基于此,将张家店岩体划分为3期花岗岩,共采取15件岩石地球化学样品、3件锆石U-Pb同位素测年样品,运用岩石学、岩石地球化学、锆石U-Pb年代学对张家店岩体进行系统研究,结合最新野外调查成果与认识,首次分析揭示本区铀成矿过程中岩石化学成分的变化特征,为正确认识本区花岗岩型铀成矿专属性、分析铀成矿物质来源提供证据,对总结区内花岗岩型铀成矿作用特点、丰富铀成矿理论有重要意义;同时,鉴于目前铀矿找矿方法仍以放射性测量为主,本次研究填补岩石地球化学方面的找矿要素,为铀矿综合找矿预测工作提供启示,对于完善花岗岩型铀矿找矿模型,进而通过在小兴安岭北段判别同类型产铀花岗岩、探寻花岗岩型铀矿床以支撑新一轮找矿突破战略行动具有重要的现实指导意义。

1 区域地质背景

研究区位于小兴安岭北段,根据田梦^[10]的构造划分,区域大地构造总体上自西向东呈现出隆起与断陷相间分布的特征,张家店岩体位于乌云断陷与嘉荫断陷之间的近南北向乌云河隆起带上。该隆起带主体为晚印支-燕山期酸性岩浆岩,残留少量前石炭纪花岗岩,其上被中新生界火山岩地层与沉积地层覆盖。

区域地质特征如图1所示。地层主要为美丰组(K₁mf)中基性火山岩,其次为宁远村组(K₁n)流纹质火山岩及火山碎屑岩,零星分布福民河组(K₁f)酸性火山岩、太平林场组(K₂tp)陆源碎屑岩、孙吴组(N_1-2s)半固结砂砾岩及第四系全新统低河漫滩-河床冲积(Qh^2-3fp),这些地层均为赋铀矿地质体的盖层。区域侵入岩大面积发育,形成北北东向酸性岩浆带,位于岩浆带中段张家店一带的张家店岩体包含晚三叠世二长花岗岩(T₃ηγ)、晚三叠世正长花岗岩(T₃ξγ)、早侏罗世二长花岗岩(J₁ηγ)。三期岩体中均发现有铀矿(化)点,为产铀岩体,其中晚三叠世二长花岗岩产出的铀矿体品位较高、规模较大,是主要的产铀岩体。晚三叠世二长花岗岩U含量为4.95×10^-6~34.2×10^-6,平均12.01×10^-6,Th/U为3.66~8.27,平均5.4;晚三叠世正长花岗岩U含量为2.58×10^-6~44.96×10^-6,平均10.35×10^-6,Th/U为0.63~10.11,平均5.9;早侏罗世二长花岗岩U含量为0.775×10^-6~8.66×10^-6,平均4.5×10^-6,Th/U为2.88~6.78,平均5.04,其铀含量不均,平均值均高于上陆壳U平均值2.8×10^-6^[2],具有形成铀矿的铀源条件,Th/U平均值均大于3,表明均发生了铀迁出^[11]。区域构造行迹主要表现为断裂构造,发育有北西向、北东向两组断裂,其中规模较大的是磨石山-福民村断裂(F₂)断裂,该断裂呈现张扭性特征,断裂走向310°,倾向NE-SW,倾角陡立,截断北东向乌伊岭-翁翠林场断裂(F₄)。该断裂在区内切割的地质体为美丰组、宁远村组、晚三叠世花岗岩,断裂破碎带内岩石碎裂。张家店KD09铀矿点出露于该断裂南部下盘,并受其次级碎裂构造控制。而整体上呈近东西向走向的乌云河沟谷断裂为张性断裂,控制了KD02、KD03、KD04铀矿(化)点分布。

2 矿点地质特征

对张家店3个铀矿(化)点进行野外调查。KD09铀矿点的赋矿岩体为晚三叠世二长花岗岩,矿点位于二长花岗岩与晚三叠世正长花岗岩接触带附近。矿石具有轻微碎裂岩化,见有花岗细晶岩脉侵入,为北西向F2断裂的次级脆性构造控矿。矿体呈脉状,北西走向,倾角28°,6条矿体平均厚度5.12 m,长度大于40 m,最高品位3.983%,平均品位0.562%,属于富矿体。黑色铀矿物主要呈斑点状不均分布,经扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM,仪器型号:Nova Nano SEM450,生产商:FEI公司)分析,铀矿物为沥青铀矿,呈针柱状、团块状,主要赋存于黏土矿物和长石矿物裂隙中,如图2、图3所示。经电子探针分析,大部分UO₂含量在49.23%~78.83%,平均60.60%,为沥青铀矿;个别UO₂含量8.52%,应为分散吸附状态铀。蚀变主要见有弥漫状硅化、粉末状高岭土化,其次为绢云母化、黝帘石化、绿泥石化、褐铁矿化,其中高岭土化、硅化蚀变与铀成矿关系密切。

KD02铀矿化点的赋矿岩体为早侏罗世粗中粒(斑状)二长花岗岩,矿点位于二长花岗岩与晚三叠世正长花岗岩接触带附近。矿石具有轻微碎裂岩化,为乌云河断裂的次级脆性构造控矿。矿化体呈脉状,北西走向,2条矿化体平均厚度1 m。经矿物成分分析,含铀矿物主要为沥青铀矿,其次为硅钙铀矿、铀酰胺矿、磷铀矿,主要赋存于长石、石英矿物裂隙中,或碎裂岩化的长英质矿物周围。铀矿物电子探针化学成分分析结果显示,矿化岩石中的铀主要以独立铀矿物形式赋存,UO₂含量分别在59.4%~65.23%,为沥青铀矿。由于铀矿物颗粒小、不均匀,测试点总量略低。蚀变矿物见有绢云母、黝帘石、高岭土、绿泥石,其中高岭土化蚀变与铀成矿关系密切。

KD03铀矿点、KD04铀矿化点的赋矿岩石为晚三叠世粗中粒-中细粒正长花岗岩,矿(化)点位于正长花岗岩与美丰组火山岩接触带附近;构造上位于乌云河断裂南侧,受其次级脆性构造控矿。矿石具有轻微碎裂岩化。矿体出露范围小,产状规模不清,厚度大于1 m。蚀变矿物见有绢云母、高岭土、绿泥石,其中高岭土化蚀变与铀成矿关系密切。

根据朗香经验公式和夏毓亮晶质铀矿年龄计算公式,利用电子探针分析数据计算了KD09矿点的成矿年龄^[12]。排除可能发生了铅丢失的样品数据后,获得KD09矿点的朗式年龄为115.9 Ma,夏式年龄为109.8 Ma,据此推测成矿年龄为早白垩世,岩矿时差约为89.8~95.9 Ma。结合在区调工作中测得的侵入张家店岩体中的正长花岗岩K-Ar年龄数据^[13]来看,上述成矿年龄可能与该正长花岗岩的活动期次相对应。在KD09矿点围岩锆石U-Pb测年样品(UPBQYKD09)的20个测点都落在岩浆锆石的震荡环带上,²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄多数在200~216 Ma,而19号测点获得的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄是(102±1) Ma,该数据和谐度为97%,也暗示了早白垩世岩浆后期成矿热液活动的存在。结合蚀变矿物组合特征,本区铀矿为岩浆期后中低温热液成因,成矿时间推测为早白垩世。这与陈静^[14]提出的兴安岭地区燕山晚期岩金等热液金属成矿作用(120~100 Ma)吻合。

3 样品采集与分析方法

对张家店地区晚三叠世二长花岗岩、晚三叠世正长花岗岩、早侏罗世二长花岗岩进行采样分析。锆石挑选、阴极发光照相、激光定年在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成,执行标准为《激光剥蚀电感耦合等离子体质谱U-Pb同位素定年方法》(HDB/T 3002—2016)、《激光剥蚀电感耦合等离子体质谱微量元素含量测试方法》(HDB/T 3206—2021),使用仪器为Element XR 型高分辨电感耦合等离子体质谱仪、Geolas 193准分子固体激光器。全岩主量、微量元素数据分析在黑龙江省第五地质勘查院实验测试中心完成。二氧化硅与烧失量的检测采用标准《地质矿产实验室测试质量管理规范第7部分:煤样分析》(DZ/T 0130.7—2006),进行双份测定。TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、P₂O₅的检测采用标准《锰矿石、铁、硅、铝、钙、钡、镁、钾、铜、镍、锌、磷、钴、钒、砷、铅和钛合金含量的测定:电感耦合等离子体原子发射光谱法》(GB/T 24197—2009),以电感耦合等离子体发射光谱仪(inductively coupled plasma optical emission spectrometer,ICP-OES,仪器型号:iCAP PRO X)测定。稀土、微量元素分析执行检测标准《硅酸盐岩石化学分析方法第30部分:44个元素测定》(GB/T 14506.30—2010),采用电感耦合等离子体质谱仪(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS,仪器型号:Agilent 7850)测定,对于含量较高的K采用ICP-OES测定。

4 岩体分布及岩石学特征

张家店岩体呈岩基状产出,在区域上侵入石炭纪花岗岩、奥陶纪花岗岩、元古界东风山岩群、寒武系五星镇组,被侏罗纪、白垩纪花岗岩侵入,被白垩系以来地层覆盖。

晚三叠世二长花岗岩位于张家店南部,岩石风化较强、局部呈砂状,局部碎裂岩化,发育褐铁矿化、高岭土化蚀变,含矿处另见有硅化及绢云母、黝帘石化蚀变,岩性主要为细中粒二长花岗岩,由斜长石(45%~50%)、钾长石(30%~35%)、石英(20%~25%)、黑云母(3%~5%)组成。斜长石半自形板状,杂乱分布,可见聚片双晶、卡钠复合双晶,被绢云母、黝帘石、高岭土交代,表面极脏,如图4、图5所示。钾长石半自形-它形粒状,杂乱分布,内可见钠质条纹,条纹微细脉状,为固溶体出溶产物,部分正边状分布在斜长石周围,被高岭土交代,表面极脏,为条纹长石。石英它形粒状,填隙状分布,表面新鲜干净,局部和钾长石文象交生。交生体星散状分布。黑云母片状,星散状分布。局部被不透明矿物交代,部分为假象。岩石轻碎裂,沿裂隙有褐铁矿、黄铁矿充填交代。

晚三叠世正长花岗岩位于张家店东部,岩石风化较弱,岩性主要为粗中粒正长花岗岩,主要由斜长石(约10%)、钾长石(65%~70%)、石英(20%~25%)、黑云母(2%~3%)组成。斜长石半自形板状,杂乱分布,被绢云母、不透明矿物交代,表面脏,双晶不清晰,不宜镜下测牌号。钾长石半自形—它形粒状,杂乱分布。内可见钠质条纹,条纹微细脉状,为固溶体出溶产物,被高岭土交代,表面脏,为条纹长石。石英它形粒状,填隙状分布。石英表面新鲜干净,局部和钾长石文象交生。交生体星散状分布。黑云母片状,星散状分布。局部被绿泥石、不透明矿物交代,部分为假象。岩石轻碎裂,沿裂隙有褐铁矿及少量磁铁矿、钛铁矿充填交代。岩石弱蚀变,蚀变矿物为绢云母、高岭土、绿泥石。

早侏罗世二长花岗岩位于张家店北部,岩石风化程度一般,岩性主要为粗中粒二长花岗岩,由斜长石(35%~40%)、钾长石(40%~45%)、石英(20%~25%)、黑云母(3%~5%)组成。斜长石半自形板状,杂乱分布。可见聚片双晶、卡钠复合双晶,被绢云母、黝帘石交代,表面略显脏。钾长石半自形-它形粒状,杂乱分布。内可见钠质条纹,条纹微细脉状,为固溶体出溶产物,被高岭土交代,表面脏。钾长石种属:条纹长石。石英它形粒状,填隙状分布,表面新鲜干净。黑云母片状,星散状分布,局部被不透明矿物、绿泥石交代,部分为假象。岩石可见轻微碎裂,沿裂隙有褐铁矿、黄铁矿充填交代。岩石弱蚀变,蚀变矿物为绢云母、黝帘石、高岭土、绿泥石。

铀矿化岩石与围岩一般特征的区别是前者不透明矿物主要为褐铁矿、黄铁矿,后者主要为褐铁矿、少量磁铁矿及钛铁矿;前者蚀变较强,特别是高岭土化,另见有黑色小团斑状含铀蚀变矿物。

5 锆石U-Pb年代学

在张家店三期岩体上分别采集锆石U-Pb LA-ICP-MS测年样品。样品UPBQYKd09-1(晚三叠世二长花岗岩)锆石颗粒长101~203 μm,长宽比为1.3~4.3,具有清晰的震荡环带,指示为岩浆成因锆石^[15]。锆石铀含量63.3×10^-6~638×10^-6,平均241.545×10^-6,Th/U平均0.524,也说明被测锆石为岩浆锆石^[16]。用谐和度达到90%以上的17个数据点作图如图6(a)所示。定年结果显示,分析点都集中分布在一致曲线上,²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(205.7±1.8)Ma[加权均方差(mean squared weighted deviates,MSWD)为2.5],为晚三叠世。该年龄代表KD09矿点所赋存的二长花岗岩体的形成年龄。

样品UPBZRKd03-2(晚三叠世正长花岗岩)锆石颗粒长约85~200 μm,长宽比为1.4~3.3。具有清晰的震荡环带。锆石铀含量138×10^-6~1 223×10^-6,平均473.2×10^-6,Th/U平均0.541。说明被测锆石为岩浆锆石。用谐和度达到90%的18个数据点作图如图6(b)所示,定年结果显示,分析点都集中分布在一致曲线上,²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(205.5±1.3) Ma(MSWD=2.0),为晚三叠世。该年龄代表KD03矿点所赋存的正长花岗岩的形成年龄。

样品UPBQYKd02-2(早侏罗世二长花岗岩)锆石颗粒长60~200 μm,长宽比为1.0~3.1。具有清晰的震荡环带。锆石铀含量109×10^-6~539×10^-6,平均275.75×10^-6。锆石Th/U平均0.594。说明被测锆石为岩浆锆石。用谐和度达到90%的19个数据点作图如图6(c)所示。定年结果显示,分析点都集中分布在一致曲线上,²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(198.2±1.0) Ma(MSWD=1.17),为早侏罗世。该年龄代表KD02矿点所赋存的二长花岗岩体的形成年龄。

根据以上分析结果,张家店3期岩体的时代跨度约为7.5 Ma,表明研究区印支-燕山期岩浆活动强烈,具有多期次多旋回特点^[17]。以往区域地质调查将研究区岩体时代笼统划归为晚三叠-早侏罗世,主要原因就是燕山早期岩体与印支期岩体难以区分,主要呈北东向中酸性岩浆带共同产出^[14]。由于区域上燕山期断裂构造和花岗岩类侵入活动广泛发育,致使钼铜等金属矿床大多数为印支晚期-燕山期的产物^[18],张家店岩体的形成阶段与之相吻合。

6 岩石地球化学特征

在张家店一带共采取15件岩石地球化学样品分析主量元素、稀土元素、微量元素。其中铀矿点KD09处采集3件铀矿化二长花岗岩样品(KD09-1、KD09-2、KD09-3),铀矿化点KD02处采集3件二长花岗岩样品(KD02-1、KD02-2、KD02-3)。为对比研究,在KD03、KD04铀矿(化)点的围岩中采集9件无矿化的正长花岗岩样品(KD03-1~KD03-3,lt3-1~lt3-3,lt16-1~lt16-3),该数据反映了研究区张家店岩体的背景特征,而矿化样品分析数据则反映了成矿作用引起的岩石地球化学特征变化情况。张家店岩体主量及微量元素分析结果如表1、表2所示。

6.1 主量元素

SiO₂含量为71.43%~77.2%,Αl₂O₃含量为7.18%~12.82%;Α/CNK为0.85~1.33,Α/NK为0.94~1.44,多为过铝质,如图7所示;全碱Na₂O+K₂O含量为6.23%~8.19%, Na₂O<K₂O。TiO₂含量为0.07%~0.14%,P₂O₅含量为0.013%~0.073%,均偏低。CIPW标准矿物出现刚玉(记为C,1.15%)和磁铁矿(记为mt,1.35%),在QAP图解中投入二长花岗岩及正长花岗岩区。TFeO/MgO比值为14.23~59.4,远大于I型、S型、M型花岗岩^[19]。DI为88.52~95.14,大于80,为高分异花岗岩;SI为0.50~2.11,远小于40,为岩浆分异晚期产物^[20]。

由表1可知,KD09铀矿石SiO₂(71.43%~75.98%)、Al₂O₃(7.18%~12.06%)、全碱(Na₂O+K₂O)(6.23%~7.15%)、Fe₂O₃(1.15%~3.69%)含量高;FeO(0.03%~1.76%)、MnO(0.29%~1.85%)、MgO(0.08%~0.22%)、P₂O₅(0.027%~0.073%)、TiO₂(0.09%~0.14%)含量低。KD02铀矿化岩石SiO₂(75.5%~76.63%)、Al₂O₃(11.41%~12.13%)、全碱(Na₂O+K₂O)(7.14%~7.54%)含量高;Fe₂O₃(0.8%~1.45%)、FeO(1.04%~2.24%)、MnO(0.04%~0.06%)、MgO(0.09%~0.12%)、P₂O₅(0.019%~0.03%)、TiO₂(0.11%~0.12%)含量低。KD03、lt3、lt16不含矿岩石SiO₂(75.96%~77.2%)、Al₂O₃(11.94%~12.82%)、全碱(Na₂O+K₂O)(7.75%~8.19%)含量高;Fe₂O₃除1件样品含量偏高(2.32%)之外,其余样品含量低(0.23%~1.46%);FeO(0.1%~1.62%)、MnO(0.05%~0.13%)、MgO(0.05%~0.13%)、P₂O₅(0.013%~0.026%)、TiO₂(0.07%~0.1%)含量低。

总体上看,张家店岩体从无矿岩石到矿化岩石、再到矿石,CaO含量无明显变化,SiO₂、Al₂O₃含量略微降低,Al₂O₃的迁出往往伴随蚀变作用发生,应是局部碱交代作用或长石矿物重结晶的结果^[21];烧失量相对偏高,反映了后期流体对岩体的改造作用带来了挥发组分等物质^[22];全碱含量降低,其中K含量无明显变化,Na含量明显降低,可能发生了一定程度的碱交代;MnO、MgO、TiO₂、P₂O₅含量升高,说明成矿过程中热液流体带入Mn²⁺、Mg²⁺、Ti⁴⁺、P⁵⁺,携带出Na⁺,这种成分的变化暗示了成矿流体可能源于地幔;Fe₂O₃含量升高、FeO含量降低,表明铀成矿过程中有氧化还原作用参与,铀的沉淀可能消耗了一定量的还原物质(Fe²⁺),岩矿鉴定所见呈现为黄铁矿假象的褐铁矿集合体的存在也说明了这一点。可见铀成矿作用导致岩石化学成分的相关变化^[23],表现为张家店岩体中的U含量与SiO₂、Al₂O₃、Na₂O、FeO呈现负相关性,与MnO、MgO、TiO₂、P₂O₅、Fe₂O₃、LOS呈现正相关性。

岩石在花岗岩碱性程度判别图解上全部落入钙碱性区,在K₂O-SiO₂图解上显示均为高钾钙碱性系列,如图8、图9所示。

6.2 微量元素

在各种流体影响下形成或改造的岩石矿物,一般具有相同或相似的稀土元素地球化学特征,因此稀土元素具有一定的物源示踪作用,可以揭示矿床的成岩成矿及其演化特征^[24]。张家店岩体稀土、微量元素分析结果如表1所示。岩石∑REE=66.75×10^-6~560.85×10^-6,平均175.51×10^-6;LREE=41.30×10^-6~520.45×10^-6,平均150.61×10^-6;HREE=11.74×10^-6~53.49×10^-6,平均24.90×10^-6。变化均较大,轻重稀土比值(LREE/HREE)为1.62~12.88,平均6.23。(La/Yb)_N变化为0.89~14.69,δEu=0.08~0.29,高度亏损。稀土配分曲线显现为左高右低,向右倾斜Eu处具“V”形特征,如图10所示,为轻稀土富集,轻稀土、重稀土分馏较明显。明显铕谷的存在表明张家店岩体部分熔融过程,发生了斜长石的分离结晶作用或源区残留了大量斜长石^[25],岩浆形成深度可能较浅。与不含矿样品对比,含矿花岗岩稀土元素曲线趋势基本相同,但δEu值明显更低、亏损程度更高,∑REE、LREE、LREE/HREE、(La/Yb)_N值明显更高,表明成矿流体中富含稀土元素,且分馏程度相对更高,推测来自更深部的区域岩浆作用^[26]。

样品的相容元素Cr、Co变化较大、Ni、V变化不大;大离子亲石元素(LILE)Rb含量变化不大,相对较高。由图11可知,大离子亲石元素(LILE)U、Th、Rb高度富集,高场强元素Nb轻微亏损。Nb/Ta值较低为5.16~13.27,平均10.33。Rb/Sr值为3.00~11.34,平均值7.47。Rb/Nb值12.20~22.45,平均15.55。Rb、Th正异常。Nb弱亏损可能表明源区受构造作用改造。Sr的中度亏损和Ba的亏损是由岩浆演化过程中斜长石、钛铁矿发生了分离结晶作用引起^[27]。与不含矿样品对比,含矿样品微量元素曲线趋势基本相同,成矿元素U强烈富集,Ba、La、Ce、Nd、Sm、Tb、Pb明显偏高, Cs、Rb、Th、K、Ta、Nb、Sr、Hf、Zr、Y略微偏高,表明成矿流体中富含这些微量元素,考虑到Cs、Rb、Ta、Nb、Sr、Hf、Zr等均为强不相容元素,这些元素的富集表明成矿流体来自岩浆演化更晚期^[28]。Y/Ho、(La/Pr)_N 值可指示成矿流体性质^[29]。随着U含量升高,样品Y/Ho值整体升高,矿石Y/Ho值29.0~29.6,大于初始地幔值27.74^[30],表明岩石化学成分受成矿流体改造;(La/Pr)_N值在地幔流体中一般较高,在大气降水中一般较低^[31],矿化岩石样品(La/Pr)_N 值高于正常花岗岩,表明成矿流体为深源。其中不含矿样品U含量为2.58×10^-6~44.96×10^-6,平均10.35×10^-6,高于U在花岗岩类岩石中的克拉克值3×10^-6,而含矿花岗岩U含量为11 628.55×10^-6~13 748.50×10^-6,表明成矿流体运移过程中加入了大量外部铀源。

7 构造环境、岩石成因及地质意义

7.1 构造环境

在Nb-Y判别图上岩石投点位于火山弧花岗岩区和同碰撞花岗岩区(VAG+COLG)与板内花岗岩区(WPG),如图12所示。根据肖庆辉^[32]的研究结论可知,同碰撞花岗岩实际上形成于后碰撞环境,而高钾钙碱性及过铝质是后碰撞花岗岩的明显特征,张家店岩体在化学成分上的特征也与之较为吻合。

在铝饱和图解中大部分样品投入后造山花岗岩(POG),如图7所示;在R1-R2多阳离子图解上,样品投点多位于后造山的及其附近,如图13所示。KCG(富钾钙碱性花岗岩,富钾低钙)在与大陆碰撞有关的造山带中,尤其是在碰撞正在结束时特别丰富,KCG还与PAG(过碱性、碱性花岗岩)和ACG(含角闪石钙碱性花岗岩,低钾高钙)相伴生^[33]。因此,本期花岗岩形成于大陆边缘造山带造山期后板块伸展环境。岩石圈拆沉后软流圈快速上涌,使其与下地壳发生部分熔融,形成了本期花岗岩浆。

7.2 岩石成因

张家店岩体SiO₂含量大于70%,K₂O和Na₂O含量大于6%,Al₂O₃含量小于13%,呈现为富硅、富碱、贫水的典型A型花岗岩特征;REE有明显的铕负异常(δEu < 0.30)而呈海鸥状分布,表明本期岩体是在低压下熔融的、产于地壳减薄背景下的花岗岩类。微量元素Nb/Ta值较低,表明Nb和Ta发生了一定程度的分馏,导致Nb出现轻微亏损。微量元素Rb/Sr值明显区别于I 型花岗岩平均值0.61、S型花岗岩平均值1.81、M 型花岗岩平均值0.06,接近于A型花岗岩平均值3.52^[34]。由于Rb、Ba的行为在简单玄武岩浆(缺少含水相和碱性长石)分异结晶过程中是相似的,Rb/Ra值能够基本保持稳定;而在地壳岩石部分熔融时,二者则由于云母不一致熔融而发生分镏,导致该比值发生变化,因此Rb/Ra值的特征可能为辨别分异结晶与部分熔融提供了地球化学标志。本次分析样品Rb/Ra值在0.07~2.03,平均1.31,低且变化范围小,表明玄武岩浆分异结晶作用是其主要起源^[35]。而Rb/Sr值和Rb/Nb值的平均值分别高于中国东部地壳的平均值0.31和6.8^[36],则显示张家店岩体形成过程中混入部分壳源物质^[37]。岩体中U含量极不均匀,矿石Th/U为0.002~0.004,矿化岩石Th/U为0.13~0.83;不含矿岩石Th/U大部分为2.62~10.1,平均6.56,表明U发生了迁移。综合以上,张家店赋矿岩体在岩石类型、岩石地球化学特征、成岩时代等方面与华东南铀成矿省多数产铀花岗岩相似^[38]。

实验岩石学可反映花岗岩的源区特征,在Na₂O-K₂O图解上大部分样品落于A型花岗岩区,个别样品(KD09)落入S型花岗岩区,如图14所示。

考虑到晚三叠世二长花岗岩不含白云母矿物、P₂O₅含量明显低于0.10%、TFeO/MgO值等前述地球化学参数和稀土元素配分曲线形态等特征均与S型花岗岩有明显区别^[39],属于铝质A型花岗岩无疑,结合前述Rb/Sr值和Rb/Nb值特征,推测晚三叠世二长花岗岩在岩浆侵位过程中混有陆壳物质,轻重稀土比值的较大差异(1.62~12.88)也反映了岩浆在长期分异演化过程中有不同程度的混染,该特点与安徽黄梅尖碱性产铀岩体类似^[40]。在CaO/(MgO+FeO)-A1₂O₃/(MgO+FeO)关系图中,样品KD09数据基本落在“变质泥岩部分熔融”区域,如图15所示,推测岩浆中混入的陆壳物质原岩为细碎屑岩,且是张家店矿点的某种铀源。这与成熟陆壳控矿理论中铀矿对成熟陆壳有明显趋附性的观点是一致的^[41]。

由上文Rb/Ra等参数分析推断,张家店岩体由玄武质岩浆逐步分异演化,局部混入陆壳物质后侵位形成。本次采集的锆石U-Pb同位素测年样品表明张家店岩体为晚印支-燕山期岩浆作用的产物。已有年龄数据表明东北地区A型花岗岩侵位时间在230~200 Ma,推测与中亚造山带的后造山伸展事件有关^[2];张铁安等^[42]根据对造山后花岗岩、(超)铁镁质岩及古生物的研究,也认为小兴安岭晚三叠世花岗岩来源于造山后伸展作用;赵海滨等^[13]对研究区以南的晚三叠世正长-碱长花岗岩系列的地球化学特征研究显示其是以岩浆分异结晶作用为主的A型花岗岩,落入A2型和PA型造山晚期花岗岩区内;李超等^[43]对研究区西南石林林场早侏罗世正长、碱长花岗岩地球化学特征研究显示其是形成于陆内后造山拉张环境下的A型花岗岩。由此可以确定,西伯利亚板块与华北板块碰撞拼合后的岩石圈伸展崩塌事件,导致了伊春地区在晚三叠世晚期发生造山后伸展垮塌构造环境下的A型花岗岩侵位^[44],张家店岩体的位置、形成时代及其地球化学特征所反映的形成环境均与该事件吻合。

7.3 岩体与铀成矿的关系

张家店岩体是乌云盆地东缘花岗岩型铀矿的赋矿岩体。从矿点赋存情况来看,张家店岩体中晚三叠世二长花岗岩与铀成矿关系最为密切,其次为早侏罗世二长花岗岩、晚三叠世正长花岗岩。

前述岩石地球化学特征表明,张家店岩体可能由深源岩浆结晶分异,并混入前燕山期变质地层部分熔融形成。区域上出露的前燕山期地层中,与变质地层相关的主要有5个填图单元:中新元古界东风山岩群、兴东岩群、黑龙江岩群变质表壳岩中含有泥质原岩,中下寒武统五星镇组、二叠系中上统红山组中含有泥质板岩。其中兴东岩群U含量均值为6.4×10^-6,Th/U为4.2;黑龙江岩群U含量均值为4.7×10^-6,Th/U为2.7^[2],红山组部分层位U含量为4.6×10^-6,Th/U为1.61^[45]。于宏伟等^[46]研究表明,含量高于4.0×10^-6的含铀建造具有作为矿源层的条件,对于铀富集成矿有不可忽视的作用。该三个地层单元U含量相对偏高,后两者Th/U低于3,是形成张家店产铀花岗岩的良好物质基础,可能为张家店岩体局部成矿提供了富铀的壳源物质。

晚印支期以来的构造伸展作用既形成了本期岩体,又导致了大量深部流体上涌。岩体形成过程中由于氧化还原条件的不同等因素导致了自身铀含量分布不均匀,可能已在局部促使铀初步富集;而在流体向上运移时又沿途萃取围岩(地壳岩石)中的成矿物质,造成铀的进一步富集;在白垩纪以后的多期热液活动作用下,在岩体边部地段构造发育处形成了铀矿(化)体。张家店铀矿点的上述成矿模式,可作为在乌云盆地东缘地区后续铀矿勘查工作的参考。从区域上的岩石地球化学数据特征来看,张家店岩体的背景U含量较高且发生了一定程度的迁移,结合地质、地球物理、地球化学资料综合研究,认为探寻与张家店铀矿点相似的花岗岩型铀矿是可行的。

8 综合信息特征与铀成矿

张家店一带在区域上为覆盖区,可采取的找矿工作方法主要有地质填图、物探、化探、地表工程(槽探、小角度钻探)、深部工程(机械岩心钻探)。目前勘查工作程度和现有资料尚不足以支撑数据驱动的找矿方法,而基于知识经验的地质与物化探综合信息找矿预测在现阶段勘查工作中较为适用。

8.1 地质信息特征

在小兴安岭地区晚三叠世晚期发生的造山后伸展垮塌构造背景下形成了乌云盆地东缘隆起带,近南北向的盆缘断裂与北西西向乌云河深断裂交汇地带控制了已知铀矿床(点)的分布,因此张家店一带早白垩世以来的盆缘断裂与区域性张性断裂交汇部位是有利于成矿的大地构造位置。含矿岩体是印支晚期-燕山期二长-正长花岗岩,且受构造影响,岩石轻微碎裂岩化。赤铁矿化、褐铁矿化等带有氧化性质的矿化和高岭土化、绢云母化等低温热液蚀变是近矿蚀变。

8.2 地球物理信息特征

航放异常往往指示了铀富集成矿的有利地段^[47]。航放铀含量大于2.50×10^-6的高值带大体对应高放射性岩体,其中HF016等若干航放异常沿乌云河断裂两侧呈串珠状分布,已证实由铀矿化引起,是本区较为有效的找矿指示因素。在航磁场中已知矿点沿北西向分布于正负磁场梯度带上,该梯度带较陡,推测为乌云河控矿断裂的反映。根据1∶10 000激电中梯测量资料,矿点位于视极化率>1.3%、视电阻率大于600 Ω·m的梯度带上。根据1∶10 000地面伽马能谱测量资料,研究区中部铀含量背景值2.3×10^-6,KD09矿点处于U-2号异常带中部的异常晕中,该异常晕具有异常点连续分布的浓集中心,铀含量高于9.05×10^-6,最高27.5×10^-6。地面伽马能谱异常晕和高晕的地段对于探寻花岗岩型铀矿极为有利。

8.3 地球化学信息特征

地球化学信息主要包括水系沉积物地球化学、土壤地球化学和岩石地球化学信息。研究区有两处1∶200 000水系沉积物地球化学异常,其中一处(U67号)铀异常铀平均值15.4×10^-6,极大值21.0×10^-6,面积12 km²,异常中发现了KD03、KD04两处铀矿点,应为矿致异常,因此小比例尺化探铀异常是找矿的参考因素。

前述岩石地球化学特征对于小兴安岭北段花岗岩型铀找矿预测有两方面指示意义。一是可将“与张家店富铀岩体地球化学特征相似”作为地球化学方面的一个找矿要素,在圈选成矿远景区阶段加以考虑,有效补充找矿线索;二是对张家店岩体开展进一步勘查工作时,岩体内部化学成分的差异可为圈定异常区提供依据,提高岩石地球化学方法找矿的实用性。张家店岩体中U含量是直接找矿要素,而低于背景的Si、Al、Na、Fe²⁺、δEu和高于背景的Mn、Mg、Ti、P、Fe³⁺、LOS、Ba、La、Ce、Nd、Sm、Tb、Pb、∑REE、LREE、LREE/HREE、(La/Yb)_N值则具有间接找矿指示意义。

8.4 铀成矿预测

根据地质、地球物理、地球化学综合信息与张家店一带已知矿点对比分析,在乌云盆地周边地区初步预测找矿靶区2处,如图16所示,并依据《区域铀矿资源潜力评价指南》结合本区实际地质情况对靶区进行了分类。

张家店岩体东南部一带处于乌云河断裂与嘉荫盆地西部盆缘断裂交汇区域,在航放场中处于航放异常带的南东段,有一处航放异常(HF005),在地球化学场中处于U67化探异常东部,出露的岩石类型主要是晚三叠世正长花岗岩,即KD03、KD04铀矿点的赋矿岩体,是今后找矿重点地区,预测为A类靶区。

富饶隆起带中段的阳光林场东岩体主要岩性为细中粒正长花岗岩,属于高钾钙碱性系列偏铝-过铝质A型花岗岩,形成于后造山伸展阶段,微量元素U、Ba等含量高,铕呈明显负异常^[48],与张家店岩体可大体对比,且对应于航放偏高场背景,有一处航放异常HF022,异常强度达到4.0×10^-6,该岩体中北部航放高场地段预测为B类靶区。

目前该两个靶区野外工作程度不高,具有花岗岩型铀找矿潜力,下一部工作中可通过大比例尺岩石地球化学测量结合地面伽马能谱测量等工作进一步确定铀找矿有利地段。

9 结论

(1)张家店赋矿岩体的岩石类型为二长-正长花岗岩,其A/CNK~1,属于高钾钙碱性系列过铝质花岗岩,成因类型为A型,在构造环境上属于同碰撞造山期后花岗岩类,成岩年龄为198.2~205.7 Ma,为印支晚期-燕山期,与小兴安岭地区岩石圈伸展作用时期以及相应的岩金等金属成矿期一致。以上主要特征与华东南铀成矿省多数产铀花岗岩相似。

(2)主量元素含量特征表明,张家店岩体是岩浆分异晚期的产物。铀成矿过程中岩体受到含矿流体改造作用,Si、碱、Al组分的整体迁出与局部碱交代作用或长石矿物重结晶有关,Mn、Mg、Ti组分迁入暗示含矿流体来源于地幔,烧失量升高表明含矿热液中含有挥发组分等物质,而Fe的价态变化表明该过程中有而氧化还原作用参与。微量元素含量特征表明,成矿流体中富含稀土元素,且轻重稀土分馏程度较围岩更高,成矿流体来自岩浆演化晚期且推测为深源。

(3)在佳木斯地块西缘岩石圈伸展构造环境下,由玄武质岩浆结晶分异演化而来的花岗岩浆在上升就位过程中导致元古代以来富铀岩石中的铀发生活化、富集,并且混入黑龙江岩群、红山组地层等铀含量较高的壳源物质,具备了成矿必要的铀源条件,在早白垩世岩浆热液活动作用下形成了张家店花岗岩型铀矿(化)点。

(4)基于张家店赋铀岩体地球化学特征研究,认为在乌云盆地盆缘地区,印支晚期-燕山期高钾钙碱性过铝质后造山A型花岗岩可作为花岗岩(内带)岩浆期后热液型铀矿的找矿预测要素之一。相对于区域背景含量,铀矿化岩石Si、Al、Na等含量降低,Mg、Ti、Ba等含量升高,这些化学成分变化可能由铀成矿作用引起,具有间接找矿指示意义。通过综合信息分析,提出研究区内的张家店岩体东南部和邻区的阳光林场东岩体分布地区为找矿重点地区并初步预测找矿靶区2处。

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基金资助

黑龙江省矿产资源能源勘查开发专项债券项目(YBZQ-202212)

黑龙江省地质矿产局重点地质科研项目(HKY202306)

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Received	Published	Revised
2025-06-04	2026-03-18	2025-12-29
Online Date
2026-06-26

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