陜西華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床晶質(zhì)鈾礦電子探針U-Th-Pb化學(xué)定年及其地質(zhì)意義*

黃 卉，潘家永**，洪斌躍，康清清，鐘福軍

（1東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330013；2福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福建福州 350013；3中陜核工業(yè)集團(tuán)二二四大隊(duì)有限公司，陜西西安 710024）

華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床地處陜西省華陰市，位于華北板塊與秦嶺造山帶接觸的小秦嶺陸內(nèi)造山帶內(nèi)，夾持在老牛山花崗巖體和華山花崗巖體之間，呈北東-南西向分布。礦床成礦元素復(fù)雜，是一個(gè)以鈾鈮鉛為主，并伴生稀有、稀土元素的超大型礦床，具有規(guī)模大、品位低、礦種多、潛力大的特征，含礦脈巖主要是偉晶巖和碳酸巖（惠小朝等，2016a；何升等，2016a）。該礦床自20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)以來(lái)，很多學(xué)者從地質(zhì)特征、礦化蝕變、賦存狀態(tài)、成礦流體特征等方面對(duì)其開(kāi)展了研究（惠小朝，2014；惠小朝等，2016b；何升等，2016a；2016b；武翠蓮等，2015；王林均等，2011）。然而，由于華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床礦石類(lèi)型復(fù)雜，礦石礦物組合獨(dú)特，目前成礦時(shí)代尚不清楚。

電子探針U-Th-Pb化學(xué)定年技術(shù)具有簡(jiǎn)單快捷、微區(qū)原位、無(wú)損檢測(cè)，可以通過(guò)顯微背散射圖像避開(kāi)表層、裂隙等不準(zhǔn)確位置等優(yōu)點(diǎn)（周劍雄等，2002）。近年來(lái)，許多學(xué)者先后利用電子探針對(duì)晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行了電子探針化學(xué)定年研究（張昭明，1982；Bowles，1990；Kotzer et al.，1993；Fayek et al.，1997；Kempe，2003；彭松柏等，2004；葛祥坤等，2011；Votyakov et al.，2011；郭國(guó)林等，2005；2012；趙慧博等，2014；張龍等，2016；唐傲等，2017）。華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床主要的鈾礦物是燒綠石超族礦物，同時(shí)也發(fā)育晶質(zhì)鈾礦，作者利用電子探針微區(qū)分析技術(shù)對(duì)晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行U-Th-Pb化學(xué)定年，探討該礦床的成礦時(shí)代。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床位于華北陸塊南緣與秦嶺造山帶接觸的小秦嶺陸內(nèi)造山帶（圖1a），是整個(gè)秦嶺造山帶北部邊緣的重要組成部分。秦嶺造山帶北側(cè)以秦嶺北界逆沖斷層與華北板塊為界，南部以陽(yáng)平關(guān)-巴山弧-大別南緣逆沖推覆帶與揚(yáng)子地臺(tái)和松潘甘孜褶皺系為界（張國(guó)偉等，2003）。小秦嶺陸內(nèi)造山帶是華北陸塊南緣一條狹長(zhǎng)的古隆起區(qū)，該造山帶南北分別被寶雞-固始-欒川斷裂和丹鳳-商南斷裂所限制，2條斷裂均為超深斷裂，前者為秦嶺褶皺帶與華北陸塊的邊界斷裂，后者為北秦嶺與中秦嶺的邊界斷裂（喻學(xué)惠，1992），是中國(guó)重要的金、鉬、鈾礦產(chǎn)地之一（圖1b）。

區(qū)域內(nèi)經(jīng)歷了多次不同規(guī)模、不同性質(zhì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，斷裂、褶皺極其發(fā)育。其中，近東西向的斷裂構(gòu)造是區(qū)內(nèi)的構(gòu)造基礎(chǔ)，主要是其南、北兩側(cè)的邊界斷裂——小河斷裂和太要斷裂。中生代以來(lái)主要發(fā)育北東向、北西向構(gòu)造，對(duì)東西向構(gòu)造起了一定的改造疊加作用，北東向斷裂主要有青崗坪-金堆城斷裂以及張家坪-灞源斷裂，北西向斷裂則主要是華陽(yáng)川斷裂，也是華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床的主控礦斷裂。區(qū)域內(nèi)出露的地層由古到新有太古界太華群三關(guān)廟組（ArTh1s）、秦倉(cāng)溝組（ArTh2q），中元古界長(zhǎng)城系的鐵銅溝組（Pt1t）、熊耳群（Pt2xn）、高山河組（Pt2g），以及薊縣系的龍家園組（Pt2l）、巡檢司組（Pt2x）和杜關(guān)組（Pt2d）。

巖漿作用貫穿區(qū)域上整個(gè)地質(zhì)演化歷史，具有大規(guī)模、長(zhǎng)期性和多期次的特征，巖漿巖分布廣泛。太古宙巖漿活動(dòng)表現(xiàn)為侵入太華群中的超基性巖、基性巖，形成太古代TTG片麻巖套。中元古代的巖漿活動(dòng)造成熊耳群在區(qū)內(nèi)廣泛分布，巖漿巖主要為中酸性的二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖等，其中規(guī)模較大的為小河復(fù)式巖體。燕山期秦嶺進(jìn)入陸內(nèi)造山作用演化階段，并以陸內(nèi)俯沖的逆沖退覆隆升和伸展為特征（張國(guó)偉等，2001），同時(shí)發(fā)生了大規(guī)模強(qiáng)烈的花崗巖漿活動(dòng)，形成區(qū)域上分布最廣泛的侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)巖漿巖，區(qū)內(nèi)的華山巖體和老牛山巖體均為復(fù)式花崗巖體，巖性以黑云母二長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗巖為主。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層、構(gòu)造及巖漿巖

華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床出露地層較簡(jiǎn)單，從古到新有太古界下太華群三關(guān)廟組（ArTh1s）的第五、六層和上太華群秦倉(cāng)溝組（ArTh2q）的第一至第五層及第四系（Q），出露地層中有大量巖脈產(chǎn)出。

礦區(qū)斷裂發(fā)育，形成北西-南東向裂隙密集帶，最主要的斷裂構(gòu)造是呈北西向的華陽(yáng)川斷裂構(gòu)造，為區(qū)域華陽(yáng)川-西溝-小夫峪-馬峪大型韌脆性斷裂帶的一部分，在本區(qū)表現(xiàn)為寬大的脆-韌性斷裂帶，其走向 100°～110°，傾向北東，傾角約 30°～65°，局部地段可見(jiàn)斷面向南西陡傾。次級(jí)斷裂發(fā)育，形成了北西-南東向斷裂、密集裂隙帶和北東向斷裂構(gòu)造，主要有劉家溝斷裂和楊峪溝斷裂，裂隙中大多充填有不同類(lèi)型的脈巖、礦脈（惠小朝，2014；何升，2016a；康清清，2016）。華陽(yáng)川斷裂具有多期活動(dòng)性和多種類(lèi)力學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，斷裂活動(dòng)早期為壓（扭）性，以韌性變形為主、形成擠壓帶，中期為張（扭）性，后期又轉(zhuǎn)變?yōu)閴号ば裕ü龋?008）。

礦區(qū)主要出露一套太古代TTG灰色片麻巖套，巖石局部混合巖化強(qiáng)烈，包括武家坪片麻巖（Ar2w）、侯家村片麻巖（Ar2h）、馬駒峪片麻巖（Ar2m）、大月坪片麻巖（Ar2d），巖性以英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖為主，是區(qū)內(nèi)鈾鈮鉛礦化脈巖的圍巖。巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，巖漿巖分布廣泛，主要由花崗巖構(gòu)成的各種巖體及以脈體形式產(chǎn)出的各種脈巖組成，礦區(qū)花崗巖主要為分布于礦區(qū)南北兩側(cè)的老牛山花崗巖體和華山花崗巖體，脈巖包括碳酸巖脈、偉晶巖脈、煌斑巖脈、細(xì)?；◢弾r等，其中與礦化密切相關(guān)的為偉晶巖和碳酸巖（圖2）。

圖1 陜西小秦嶺地區(qū)構(gòu)造位置（a）及區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖（b）（據(jù)康清清，2016修改）Fig.1 Sketch map of tectonic location(a)and regional geological map(b)in the Xiao Qinling area,Shaanxi Province(modified after Kang,2016)

2.2 礦化特征

華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床中最主要的礦化類(lèi)型為鈾鈮礦化和鉛礦化，根據(jù)礦化類(lèi)型的不同，該礦床內(nèi)的礦石可以分成2類(lèi)，即鈾鈮礦石和鉛礦石。由于礦化主要賦存于各種圍巖的破碎裂隙中或賦存于各種脈巖內(nèi)，導(dǎo)致礦床內(nèi)的鈾鈮礦化和鉛礦化在空間上重疊，因此可將礦體分為鈾鈮礦體和鈾鈮鉛礦體。礦體主要受斷裂構(gòu)造和各類(lèi)巖脈（特別是偉晶巖脈和碳酸巖脈）控制，裂隙構(gòu)造和巖脈越發(fā)育的地段礦體規(guī)模越大。礦脈以北西、北北西方向?yàn)橹鳎饕仕茖訝?、不?guī)則大透鏡狀、大脈狀和厚大網(wǎng)脈狀（圖2）。早期脈體形態(tài)較為復(fù)雜、沿走向膨大收縮現(xiàn)象明顯，脈壁凹凸不平。晚期礦脈脈壁較平直或呈舒緩波狀膨大縮小，大脈多由一系列規(guī)模不等的小脈組成。到礦化晚期，部分脈體脈壁呈鋸齒狀，常形成大量的空洞，沸石、天青石、菱鍶礦及片狀方解石在空洞內(nèi)發(fā)育較好的自形晶（圖3k）。

圖2 華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)康清清，2016修改））Fig.2 Geological sketch map of the Huayangchuan U-polymetallic deposit(modified after Kang,2016)

華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床中礦石的礦物成分復(fù)雜。礦石礦物主要有燒綠石超族礦物（以下簡(jiǎn)稱(chēng)燒綠石）、晶質(zhì)鈾礦、方鉛礦等。脈石礦物主要有微斜長(zhǎng)石、石英、斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母、方解石等。礦石結(jié)構(gòu)以自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)為主，礦區(qū)近礦圍巖蝕變主要有微斜長(zhǎng)石化、陽(yáng)起石化、霓輝石化、黑云母化、鈉長(zhǎng)石化、碳酸鹽化、絹云母化、硅化等。

根據(jù)礦物組合、礦化類(lèi)型及脈體穿插關(guān)系（圖4），華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床可以劃分為2個(gè)成礦期，偉晶巖期和碳酸巖期。碳酸巖期又可分為3個(gè)階段：鈾鈮礦物階段、硫化物-硫酸鹽階段和晚期階段，其中鈾鈮礦物階段和硫化物-硫酸鹽階段是主要成礦階段，各階段的礦物生成順序見(jiàn)表1。

（1）偉晶巖期：偉晶巖期脈巖包括偉晶巖、混合偉晶巖，前者局部發(fā)育鈾鈮鉛礦化，但礦化不均勻，后者經(jīng)強(qiáng)烈交代作用形成，常發(fā)育較強(qiáng)的鈾鈮鉛礦化。偉晶巖與圍巖（片麻巖）接觸部位常發(fā)育陽(yáng)起石化及鉀化（圖3a），多伴有較強(qiáng)的鈾礦化，燒綠石呈斑點(diǎn)狀、浸染狀或細(xì)脈狀分布，礦物顆粒一般1～2 mm（圖3b、c）。

（2）碳酸巖期：碳酸巖期是主要的成礦期，脈巖種類(lèi)為與碳酸巖有關(guān)的各種組分復(fù)雜的雜脈，可分為3個(gè)階段：

第一階段為鈾鈮礦物階段，巖性以霓輝石石英方解石為主，鈾鈮礦化為主要標(biāo)志。礦化主要賦存于發(fā)育霓輝石化或綠泥石化的碳酸巖脈中（圖3d、e），蝕變?cè)綇?qiáng)烈，礦化通常也越明顯。燒綠石顆粒較小，大多呈半自形粒狀-他形不規(guī)則粒狀，部分與榍石共生在一起（圖3e、f）。

圖3 華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床典型礦石照片F(xiàn)ig.3 Typical photos of the Huayangchuan U-polymetallic deposit

第二階段為硫化物-硫酸鹽階段，巖性以含黑云母重晶石石英方解石脈為主，黑云母呈集合體分布在脈石中，鉛礦化是主要標(biāo)志。硫化物主要是方鉛礦，呈不規(guī)則團(tuán)塊狀、細(xì)脈狀、星點(diǎn)狀或浸染狀產(chǎn)于含礦脈巖內(nèi)部或圍巖裂隙中，與黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦共生，分布于燒綠石、石英與方解石的內(nèi)部空洞中或石英與方解石的交界處（圖3i）。天青石與重晶石是礦區(qū)內(nèi)主要的硫酸鹽礦物，為含鍶和鋇的硫酸鹽類(lèi)質(zhì)同象系列，呈不規(guī)則團(tuán)塊狀分布于礦石中，部分呈脈狀產(chǎn)出，與鈾礦物關(guān)系較為密切，常見(jiàn)與燒綠石等礦物共生（圖3j）。

到晚期階段，以形成大量的沸石、角閃石和片狀方解石為標(biāo)志，發(fā)育在礦脈的空洞內(nèi)，沸石和片狀方解石在空洞內(nèi)發(fā)育較好的自形晶（圖3k、l）。

圖4 華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床含礦脈巖特征（據(jù)康清清，2016修改）Fig.4 Characteristics of ore-bearing veins in the Huayangchuan U-polymetallic deposit(modified after Kang,2016)

3 U-Th-Pb化學(xué)定年理論基礎(chǔ)

電子探針U-Th-Pb化學(xué)定年以放射性核素衰變?yōu)榛A(chǔ)，通過(guò)電子探針測(cè)量礦物中的Th、U、Pb含量，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，最終計(jì)算出礦物的年齡。Th和U經(jīng)過(guò)一系列衰變后最終形成Pb的穩(wěn)定同位素：232Th→208Pb，235U→207Pb，238U→206Pb。

根據(jù)放射性同位素衰變理論，Th、U、Pb有如下關(guān)系：

式中 n(208Pb)、n(207Pb)、n(206Pb)、n(232Th)、n(235U)、n(238Pb)分別代表對(duì)應(yīng)同位素的原子數(shù)，λ代表每種同位素的衰變常數(shù)，t為衰變時(shí)間，則有：

如果礦物中的初始鉛(非放射成因鉛)含量忽略不計(jì)，并假定礦物自形成后一直處于封閉系統(tǒng)，Th、U和Pb不與外界發(fā)生遷移，則礦物中的Pb全部是放射性成因Pb。由238U/235U=137.88，可得：

式中n為樣品中Pb、Th、U的原子數(shù)，由Pb、Th、U各自的原子數(shù)可以計(jì)算出樣品的年齡值。將式(5)中的U、Th、Pb原子數(shù)換算成對(duì)應(yīng)氧化物UO2、ThO2、PbO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Suzuki et al.,1991)，方程(5)可改為：

式中w為礦物中PbO、ThO2、UO2的百分含量；M為礦物中PbO、ThO2、UO2的分子量。根據(jù)Th、U、Pb的含量，即可計(jì)算出礦物形成年齡t，該年齡為視年齡（表觀年齡）。對(duì)于富Th礦物，見(jiàn)式(7)；對(duì)于富U礦物，見(jiàn)式(8)：

表1 華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床礦物生成順序表Table 1 Mineral-forming sequence in the Huayangchuan U-polymetallic deposit

如果單個(gè)礦物顆粒不同部分或者不同礦物顆粒是同源的，并含有相同數(shù)量的初始Pb和不同量的Th和U，以w(ThO2*)和w(UO2*)為橫軸，PbO的含量為縱軸，可得到一條斜率為m、斜距為b的年齡等時(shí)線(xiàn)，方程為：

式中截距b為初始Pb。將所測(cè)得的分析數(shù)據(jù)用最小二乘線(xiàn)性回歸法計(jì)算出該直線(xiàn)的斜率k，最后通過(guò)式(9)和式(10)計(jì)算出礦物的一級(jí)近似值T1，再將T1代替式(9)和式(10)中的t，反復(fù)迭代，直到滿(mǎn)足年齡的精度要求為止。

4 樣品采集與測(cè)試方法

依據(jù)野外觀察、巖芯編錄及巖相學(xué)工作，選取華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床鉆孔ZK2404中390 m處（圖2）1件碳酸巖期（主成礦期）含霓輝石碳酸巖脈富礦石進(jìn)行分析。晶質(zhì)鈾礦是鈾鈮礦物階段中除燒綠石超族礦物以外含量最多的鈾礦物。將所采集的礦石樣品經(jīng)系統(tǒng)的巖礦鑒定，在電子探針下鑒別出晶質(zhì)鈾礦。

礦區(qū)晶質(zhì)鈾礦粒度細(xì)，粒度大部分＜0.40 mm，在透射光下呈黑色不透明，反射光下呈灰白色，主要呈2種分布形式：

（1）第一組晶質(zhì)鈾礦（Ur1）：呈自形-半自形粒狀或不規(guī)則粒狀分布于綠泥石內(nèi)部或粒間裂隙內(nèi)，晶形較好，與原生燒綠石超族礦物（Pcl1）、磁鐵礦、鉀長(zhǎng)石、陽(yáng)起石等礦物共生（圖5a～c），部分晶質(zhì)鈾礦邊部有受到熱液蝕變的痕跡（圖5c）。

（2）第二組晶質(zhì)鈾礦（Ur2）：半自形粒狀、不規(guī)則粒狀或細(xì)脈狀分布于燒綠石超族礦物邊部或包裹于其內(nèi)部空洞、裂隙中。該類(lèi)型晶質(zhì)鈾礦顆粒較第一種更小，晶形更差，內(nèi)部常有裂隙（圖5d～f），多與受到熱液蝕變的燒綠石（Pcl2）共生在一起（圖5f）。

對(duì)電子探針片進(jìn)行鍍碳處理，再利用電子探針測(cè)年分析。晶質(zhì)鈾礦電子探針化學(xué)測(cè)年在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號(hào)為JXA-8100、JXA-8230。部分背散射圖像在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成利用FEI-Nova NanoSEM40場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡完成。電子探針工作條件設(shè)定加速電壓為15.0 kV，探針電流為2.0×10-8A，束斑直徑大小為1 μm。Y選擇釔石榴石為標(biāo)樣，U、Th、Pb均采用晶質(zhì)鈾礦(w(UO2)=90.2%，w(ThO2)=6.2%，w(PbO)=1.75%)為標(biāo)樣，Si用石英，Ca用磷灰石，F(xiàn)e用磁鐵礦，Ce、Nd用獨(dú)居石作標(biāo)樣。U、Th峰位計(jì)數(shù)時(shí)間為200 s，背景計(jì)數(shù)時(shí)間為100 s；Pb峰位計(jì)數(shù)時(shí)間為300 s，背景計(jì)數(shù)時(shí)間為150 s；其他元素峰位計(jì)數(shù)時(shí)間為40 s，背景計(jì)數(shù)時(shí)間為20 s。為了防止鉛丟失造成誤差，測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇一個(gè)封閉的環(huán)境。因此，在樣品分析時(shí)盡量選擇礦物中放射性元素含量高且沒(méi)有裂隙的區(qū)域，以免由于裂隙(往往是礦物形成之后地質(zhì)事件作用形成，并常發(fā)生部分熔融)造成Pb丟失影響分析結(jié)果（張文蘭等，2003）。利用郭國(guó)林等（2012）用VC編寫(xiě)的年齡計(jì)算程序，即根據(jù)UO2、ThO2和PbO濃度，選用公式(8)，采用Bowles(1990)多次迭代的方法得到每一測(cè)點(diǎn)的表觀年齡，再設(shè)定表觀年齡誤差為 5%(2?)，利用 Ludwig(1991)的 Isoplot軟件計(jì)算得到表觀年齡加權(quán)平均值及誤差值。

圖5 華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床晶質(zhì)鈾礦背散射圖像Fig.5 BSE images of uraninites from the Huayangchuan U-polymetallic deposit

5 晶質(zhì)鈾礦年齡

本次實(shí)驗(yàn)共測(cè)試65個(gè)點(diǎn)，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出晶質(zhì)鈾礦中的w(UO2)變化范圍介于83.74%～95.18%，均值為90.02%；w(ThO2)變化范圍介于0%～4.44%，均值為1.39%；w(PbO)變化范圍介于1.43%～2.82%，均值為1.96%。根據(jù)電子探針?lè)治鏊鶞y(cè)得的w(UO2)、w(ThO2)和w(PbO)，計(jì)算出晶質(zhì)鈾礦的表觀年齡，結(jié)果顯示有2組年齡,第一組晶質(zhì)鈾礦（Ur1），即第一種形態(tài)中呈自形-半自形粒狀分布于綠泥石內(nèi)部或粒間裂隙內(nèi)的晶質(zhì)鈾礦，表觀年齡為210.19～231.31 Ma，18個(gè)分析點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為（221.9±5.1）Ma，MSWD=0.36，置信度 95%（圖6a）；第二組晶質(zhì)鈾礦（Ur2），即第二種形態(tài)中呈不規(guī)則粒狀或細(xì)脈狀分布于燒綠石邊部或裂隙中的晶質(zhì)鈾礦，表觀年齡為124.09～154.37 Ma，47個(gè)分析點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為(137.1±2.0)Ma（MSWD=1.06），置信度95%（圖6b）。

圖6 華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床中晶質(zhì)鈾礦的年齡平均值Fig.6 Average age of uraninite from the Huayangchuan U-polymetallic deposit

6 討 論

6.1 年齡有效性判定

運(yùn)用電子探針對(duì)晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行測(cè)年首先應(yīng)該滿(mǎn)足以下2個(gè)條件(Kotzer,1993)：①晶質(zhì)鈾礦自形成后應(yīng)處于封閉體系，未與外界環(huán)境進(jìn)行U-Th-Pb成分交換，即U、Th、Pb沒(méi)有丟失；②晶質(zhì)鈾礦中的初始鉛含量應(yīng)為零或者可以忽略不計(jì)。

測(cè)試礦物中初始鉛含量為零，在鈾礦物發(fā)生后期改造過(guò)程中，Si和Ca會(huì)進(jìn)入鈾礦物的晶格，造成Pb丟失。因此通常利用晶質(zhì)鈾礦中Ca、Si和Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低來(lái)判斷礦物內(nèi)U-Th-Pb體系是否處于封閉，當(dāng)晶質(zhì)鈾礦中Ca、Si和Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，表明晶質(zhì)鈾礦沒(méi)有經(jīng)過(guò)后期的改造，所處的環(huán)境為封閉體系，一般沒(méi)有發(fā)生放射性成因鉛的丟失(Kempe,2003)。張龍等（2016）認(rèn)為可以通過(guò)電子探針化學(xué)成分中 w(SiO2+CaO+FeO)與 w(UO2+PbO)、w(PbO)及晶質(zhì)鈾礦年齡(t)之間是否具有相關(guān)性來(lái)判斷晶質(zhì)鈾礦中是否發(fā)生明顯的Pb丟失。從本次實(shí)驗(yàn)的晶質(zhì)鈾礦樣品電子探針成分分析表（表2）可見(jiàn)，晶質(zhì)鈾礦中w(SiO2+CaO+FeO)較低，介于0.19%～4.88%，均值為 1.65%，且 w(SiO2+CaO+FeO)與 w(UO2+PbO)(圖7a)、w(PbO)(圖 7b)及晶質(zhì)鈾礦年齡(t)(圖 7c)之間都沒(méi)有明顯的相關(guān)性，因此可以推斷晶質(zhì)鈾礦中沒(méi)有發(fā)生明顯的Pb丟失，其年齡是可靠的。

張昭明（1982）和陳岳龍等（2005）研究認(rèn)為晶質(zhì)鈾礦中基本沒(méi)有初始鉛，就算含有初始鉛，其含量也極低，一般不會(huì)超過(guò)0.36%，而U、Th和放射性成因Pb的含量一般都會(huì)較高。因此，相對(duì)于放射性成因Pb來(lái)說(shuō)，晶質(zhì)鈾礦中的初始鉛對(duì)晶質(zhì)鈾礦化學(xué)年齡值的影響極其有限。

綜上所述，說(shuō)明本次對(duì)晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行微區(qū)電子探針化學(xué)測(cè)年是較為可靠的方法。

6.2 晶質(zhì)鈾礦定年地質(zhì)意義及其與成礦關(guān)系

東秦嶺成礦帶位于華北板塊南緣與秦嶺造山帶的接壤地帶，也是中國(guó)重要的金、鉬、鈾礦產(chǎn)地之一。礦帶內(nèi)發(fā)育的北西-北西西向固始-欒川深斷裂帶控制著中生代花崗巖類(lèi)巖體的總體空間分布，而北西-北西西向斷裂與次級(jí)的北東向或近南北向斷裂的交錯(cuò)部位，則是含礦斑巖、脈巖賦存的有利地帶。在本礦帶內(nèi)，迄今所知的含礦碳酸巖脈自西向東分布在華陽(yáng)川-垣頭-黃龍鋪-駕鹿-黃水庵一帶，有關(guān)東秦嶺鉬礦帶內(nèi)的主要礦床類(lèi)型及其空間分布如圖8所示。

表2 華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床中晶質(zhì)鈾礦電子探針?lè)治鲋担╳(B)/%）和化學(xué)年齡計(jì)算值Table 2 EPMA analyses（w(B)/%）and chemical ages of uraninite from the Huayangchuan U-polymetallic deposit

續(xù)表 2Continued Table 2

前人研究表明，華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床成礦期次復(fù)雜，可能存在多次的鈾、鈮成礦作用（惠小朝，2014；康清清等，2018）。華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床晶質(zhì)鈾礦的第一組年齡為（221.9±5.1）Ma，鄰近的黃水庵碳酸巖脈型鉬（鉛）礦床Re-Os加權(quán)平均年齡為（209.5±4.2）Ma（黃典豪等，2009），黃龍鋪碳酸巖脈型鉬礦床Re-Os等時(shí)線(xiàn)年齡為221 Ma（黃典豪等，1994），這幾個(gè)年齡比較相近，同屬于晚三疊世，說(shuō)明該地區(qū)發(fā)育重要的印支期碳酸巖成礦事件。齊秋菊等（2012）利用鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年測(cè)得老牛山石英二長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖的鋯石年齡UPb分別為（223±1）Ma和（222±1）Ma，說(shuō)明老牛山石英二長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖的形成時(shí)代為222 Ma左右?；菪〕?014）通過(guò)鋯石U-Pb定年測(cè)得華陽(yáng)川花崗巖有兩期成巖年齡，分別為207 Ma和225～229 Ma。筆者通過(guò)對(duì)華陽(yáng)川早期碳酸巖中的獨(dú)居石進(jìn)行原位LA-ICP-MS U-Pb定年，獲得獨(dú)居石年齡為（218.7±1.2）Ma（數(shù)據(jù)未正式發(fā)表），可代表獨(dú)居石所賦存的碳酸巖形成時(shí)間在220 Ma左右，與華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床晶質(zhì)鈾礦的第一組年齡基本一致。由此可見(jiàn)，晚三疊世是東秦嶺地區(qū)一個(gè)重要的成巖成礦時(shí)代，華陽(yáng)川在三疊世220 Ma左右也發(fā)育一期鈾-鈮成礦作用，且與碳酸巖形成時(shí)代基本相同。

圖7 華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床晶質(zhì)鈾礦w(SiO2+CaO+FeO)與w(UO2+PbO)(a)、w(PbO)(b)和年齡(Ma)(c)關(guān)系圖Fig.7 The w(SiO2+CaO+FeO)versus w(UO2+PbO)(a),w(PbO)(b)and age(Ma)(c)diagrams of uraninite in the Huayangchuan U-polymetallic deposit

圖8 東秦嶺礦帶主要礦床分布地質(zhì)略圖（據(jù)黃典豪等，1996）Fig.8 Geologicalsketch map showing the distribution of main deposits in the EastQinling ore belt(after Huang etal.,1996)

研究表明，140 Ma左右是東秦嶺地區(qū)的一個(gè)集中成巖成礦時(shí)代（毛景文等，2003），許多巖體和礦體的年齡都集中在這個(gè)時(shí)期。筆者將統(tǒng)計(jì)的東秦嶺地區(qū)部分典型巖體/礦體測(cè)年數(shù)據(jù)列于表3。

金堆城鉬礦和石家灣鉬礦在空間位置上與華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床相鄰，金堆城花崗斑巖鋯石U-Pb年齡和金堆城鉬礦床Re-Os年齡分別為143.7 Ma和139 Ma（焦建剛等，2010）；石家灣花崗斑巖鋯石UPb年齡和石家灣鉬礦床Re-Os年齡分別為141.4 Ma和138 Ma（趙海杰等，2010；2013）。老牛山花崗巖體和華山花崗巖體夾持著華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床，華山巖體頂部混染相二長(zhǎng)花崗巖的鋯石U-Pb年齡為（133.8±1.1）Ma（郭波等，2009）；齊秋菊等（2012）通過(guò)鋯石U-Pb定年測(cè)得老牛山燕山期細(xì)粒-中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖年齡為（146±1）Ma。同位于東秦嶺成礦帶上的南泥湖花崗斑巖鋯石U-Pb年齡和南泥湖-三道莊鉬(鎢)礦Re-Os年齡均為145 Ma（向君峰等，2012），小寺溝銅鉬礦床Re-Os年齡和夜長(zhǎng)坪鉬礦床Re-Os年齡分別為134 Ma（黃典豪等，1996）和145 Ma（毛冰等，2011）。

表3 東秦嶺地區(qū)部分巖體/礦體時(shí)代Table 3 Ages of some plutons and deposits in the East Qinling

如前所述，華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床第一組晶質(zhì)鈾礦（Ur1）大多呈自形-半自形粒狀或不規(guī)則粒狀分布，晶形較好，年齡也與碳酸巖形成時(shí)代相近，說(shuō)明其應(yīng)該是區(qū)域上220 Ma左右成巖成礦的產(chǎn)物。而第二組晶質(zhì)鈾礦（Ur2）呈半自形粒狀、不規(guī)則粒狀或細(xì)脈狀分布于燒綠石邊部或裂隙中，相比于220 Ma左右的晶質(zhì)鈾礦其顆粒更小，晶形更差，內(nèi)部常有裂隙，可能是熱液蝕變所形成的。電子探針下也發(fā)現(xiàn)有早期顆粒較大、晶形較好的晶質(zhì)鈾礦受到熱液蝕變的痕跡（圖5c），同時(shí)礦區(qū)與晶質(zhì)鈾礦共生的燒綠石也發(fā)生了熱液蝕變（圖5e、f）。蝕變前后燒綠石化學(xué)成分發(fā)生了很大改變，蝕變后形成的燒綠石（Pcl2）中Ca、U和Nb含量明顯降低（圖9a～c），而Si的含量則升高（圖9d），由此說(shuō)明熱液蝕變使燒綠石中U、Nb、Ca、Si等元素發(fā)生了活化和遷移。因此，筆者認(rèn)為在后期熱液蝕變的作用下，使碳酸巖早期220 Ma左右形成的燒綠石（Pcl1）和晶質(zhì)鈾礦中的鈾發(fā)生活化和遷移。當(dāng)流體中濃度達(dá)到飽和時(shí)，在流體中水、CO2等還原組分的作用下，在原地沿?zé)G石的邊部或裂隙中再次沉淀下來(lái)，形成晚期晶質(zhì)鈾礦（UO2）和熱液蝕變燒綠石（Pcl2）。第二組晶質(zhì)鈾礦的年齡就代表了此次鈾鈮活化-沉淀事件的發(fā)生時(shí)間，即137 Ma左右。

綜上所述，東秦嶺地區(qū)大規(guī)模成巖成礦主要集中在印支期的222 Ma左右和燕山期的132～146 Ma兩個(gè)時(shí)間段。成礦帶內(nèi)既存在三疊紀(jì)碳酸巖型鉬-鉛礦和鈾-鈮礦，也存在燕山期斑巖型鉬礦和碳酸巖型鈾-鈮成礦作用。華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床碳酸巖期晶質(zhì)鈾礦的2組U-Th-Pb年齡與成礦期密切，代表了該地區(qū)的兩期次鈾-鈮成礦作用。

圖9 華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床燒綠石超族礦物受熱液蝕變Ca,U,Nb,Si元素a.p.f.u.（單位分子所含原子數(shù)目）變化Fig.9 Changes of Ca,U,Nb,Si elements a.p.f.u.(atomic number per molecule)by hydrothermal alteration of pyrochlore supergroup minerals in Huayangchuan U-polymetallic deposit

6.3 對(duì)東秦嶺成礦帶構(gòu)造背景的探討

華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床和整個(gè)東秦嶺成礦帶的時(shí)空分布和形成機(jī)制與秦嶺造山帶的性質(zhì)、形成演化及特定階段所對(duì)應(yīng)的大陸動(dòng)力學(xué)背景密切相關(guān)。在晚古生代—三疊世早期，華北克拉通總體處于構(gòu)造穩(wěn)定階段。李曙光等（1990）和王鴻禎等（1982）認(rèn)為，華北地臺(tái)與揚(yáng)子地臺(tái)的拼接時(shí)代為早三疊世。也即是說(shuō)，華北與揚(yáng)子板塊在早三疊世時(shí)開(kāi)始碰撞造山，印支期是南、北兩大陸塊強(qiáng)烈擠壓碰撞的高峰期，接著是碰撞后的松馳（拉伸）階段，在本礦帶內(nèi)發(fā)育一系列北西-北西西向構(gòu)造斷裂帶。這些北西-北西西向深斷裂帶（固始-欒川-石門(mén)）成為源于地幔的堿性硅酸鹽-碳酸鹽熔體-溶液上升的通道，并自西向東形成了陜西華陽(yáng)川-垣頭-黃龍鋪-駕鹿至河南嵩縣黃水庵等含礦碳酸巖脈，和與之相伴產(chǎn)出的正長(zhǎng)（斑）巖脈或霓輝正長(zhǎng)斑巖脈等（黃典豪等，2009）。華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床的第一期晶質(zhì)鈾礦年齡，與老牛山巖體（印支期）及鄰近的黃龍鋪鉬礦床、黃水庵鉬礦床年齡均集中在220 Ma左右，就是該地區(qū)早三疊世碰撞造山后伸展作用的佐證。

到燕山時(shí)期，在由古特提斯構(gòu)造系向環(huán)太平洋主動(dòng)陸緣的構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)換，區(qū)域上構(gòu)造擠壓作用相對(duì)減弱，并向伸展作用轉(zhuǎn)變，自侏羅紀(jì)以來(lái)該區(qū)相繼經(jīng)歷陸內(nèi)造山和造山后伸展作用。在伸展時(shí)期，發(fā)生局部沉陷，形成侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)湖相沉積。同時(shí)，北西-北西西向斷裂復(fù)活，并派生北東-北北東向斷裂，南北主應(yīng)力場(chǎng)向東西主應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)折，東西向巖石圈大規(guī)模減薄作用所伴隨強(qiáng)烈的殼幔作用（毛景文等，2005；張國(guó)偉等，2001）。東秦嶺成礦帶上巖體和礦體的時(shí)空分布與形成機(jī)制與這個(gè)階段的伸展大陸動(dòng)力學(xué)背景密切相關(guān)?？臻g上，由地殼重熔（或深熔）作用產(chǎn)生的熔體和上涌地幔物質(zhì)混合形成再生巖漿，并沿北西-北西西向斷裂與北東-北北東向斷裂的交錯(cuò)部位發(fā)生侵位，形成花崗巖類(lèi)巖體和淺成-超淺成花崗斑巖株等，控制著與礦化有關(guān)的花崗巖類(lèi)和礦床的空間分布（黃典豪等，2009）。陜西金堆城-黃龍鋪-華陽(yáng)川地區(qū)與成礦有關(guān)的花崗斑巖或碳酸巖脈和相應(yīng)的礦床，主要就是受近東西向和北西向斷裂或北東和北西向斷裂的聯(lián)合制約（黃典豪等，1996）。時(shí)間上，東秦嶺成礦帶上的一系列巖體和礦體時(shí)代均為132～146 Ma，可能記錄了 132～146 Ma之間的巖漿事件，峰值為140 Ma左右，都屬于造山晚期（伸展階段）的產(chǎn)物。

7 結(jié) 論

（1）利用電子探針U-Th-Pb化學(xué)定年方法對(duì)華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床中晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行了微區(qū)定年工作，獲得了2組年齡。第一組晶質(zhì)鈾礦加權(quán)平均年齡為(221.9±5.1)Ma，該區(qū)印支期老牛山巖體及鄰近的黃龍鋪鉬礦床、黃水庵鉬礦床年齡均集中在220 Ma左右，說(shuō)明晚三疊世是東秦嶺地區(qū)一個(gè)重要的成巖成礦時(shí)代，華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床在三疊世220 Ma左右也發(fā)育一期鈾-鈮成礦作用。

（2）獲得華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床晶質(zhì)鈾礦第二組加權(quán)平均年齡為(137.1±2.0)Ma，代表華陽(yáng)川鈾-多金屬礦床在白堊紀(jì)的一期鈾-鈮活化-沉淀作用。與東秦嶺成礦帶上的一系列巖體和礦床形成時(shí)間吻合，記錄了東秦嶺地區(qū)132～146 Ma之間的巖漿-成礦事件，峰值為140 Ma左右。

（3）測(cè)定的2組晶質(zhì)鈾礦化學(xué)年齡記錄了研究區(qū)自晚三疊世開(kāi)始的后碰撞伸展環(huán)境和早白堊世的造山后伸展環(huán)境。自早三疊世初開(kāi)始華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞造山，在晚三疊世轉(zhuǎn)變?yōu)楹笈鲎采煺弓h(huán)境；至侏羅紀(jì)經(jīng)歷陸內(nèi)造山和造山后伸展作用，轉(zhuǎn)變?yōu)樵焐胶笊煺弓h(huán)境，南北主應(yīng)力場(chǎng)向東西主應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生構(gòu)造體制大轉(zhuǎn)折。