中国东南大陆在中生代经历了强烈的岩浆隐爆作用,形成了一系列稀有和有色金属矿床。这种岩浆活动主要是由早中生代的印支运动和晚中生代的燕山运动所引发的。印支运动导致华南大陆在区域挤压框架下发生板内伸展作用,形成了印支期花岗岩。燕山运动则是在印支运动之后发生的后造山地质事件,以岩石圈的强烈裂解为特征,触发了大规模的岩浆活动,并形成了丰富的矿产资源。
燕山期的构造-岩浆热事件对印支期花岗岩的铀成矿关系非常密切,可能是铀的源体。因此,华南地区的铀矿找矿工作应加强对印支期花岗岩分布格局和成矿因素的研究。
鄂尔多斯盆地是中国中西部重要的含油气盆地之一。燕山期是盆地油气运移和聚集的主要时期。通过分析晚中生代及其周缘地区的沉积格局、构造变形、岩浆及热事件,可以发现盆地主要受特提斯构造域的控制,而古太平洋板块对盆地格局的影响在晚侏罗世晚期以后才有所表现。深部地幔蠕散是盆地古地温场变化的主要原因,它不仅导致了盆地地温梯度的急剧升高,还对盆地周缘地壳浅层次构造变形有一定的影响,也是造成晚中生代山西地区与鄂尔多斯盆地差异的重要因素,还对油气的运移和聚集起着控制作用。
对中国东部新生代玄武岩及其包体的矿物学、岩石学和地球化学研究的总结发现,中国东部在燕山期主要表现为岩石圈的减薄,并在其东部出现软流圈地幔与地壳直接接触的独特地质现象。中国东部燕山运动的本质就是岩石圈的减薄乃至岩石圈地幔的消失。研究认为,这种岩石圈减薄的触发因素可能与当时东侧大洋板块的俯冲有关。
埃达克岩是一套中酸性的火成岩,以亏损HREE和无负铕异常为特征,表明其形成深度很大,源区有石榴石残留。中国东部燕山期有许多中酸性岩浆岩类似埃达克岩的地球化学特征,但其形成环境却与消减作用无关。因此,本文将埃达克岩分为O型和C型两类:O型埃达克岩富Na,其成因与板块的消减作用有关;C型埃达克岩富K,可能是玄武岩浆底侵到加厚的陆壳底部导致的下地壳麻粒岩部分熔融的产物。C型埃达克岩对解释中国东部燕山期许多地质现象是有启发的。
铀是影响当今世界和平与发展的重要战略、能源资源。本世纪前二十年是我国核电高速发展时期,为了确保国家能源安全保障的天然铀充足供应和储备,加强铀成矿作用研究,提升研究水平,建立成矿模式,不仅是当前核地质工作者面临的重大科学问题,而且对指导我国新一轮铀资源勘查的战略部署具重要的现实意义和实用价值。
我国铀矿分类习惯于按赋矿围岩而划分,火山岩型铀矿是我国目前已探明的主要铀矿床工业类型之一。尽管赋矿围岩不同,但铀的地球化学性质决定了铀成矿作用在本质上具有共性。铀成矿作用是源—运—聚的动力学过程,流体是贯穿于矿床形成过程中的主要控制因素,水(流体)—岩石相互作用造就了成矿过程。
本文选择中国目前最大、最富的火山岩型铀矿田—相山矿田开展立典性研究。论文以系统科学思想为指导,着重于成矿系统中相互作用和相互依赖的重要要素—源、运、聚的演化和动力学过程分析,提出了火山岩浆期后成矿热液系统概念,认为相山矿田铀成矿作用是火山岩浆期后成矿热液系统演化的产物,铀成矿作用过程与火山岩浆期后热液系统活动相伴随。
相山矿田铀成矿是受制于区域构造环境演化的火山岩浆期后的产物。相山矿田成矿物质来源始终是个有争论的问题。长期以来,在铀源分析的过程中人们往往把目光盯在“汇”区,缺少区域成矿物质迁移过程和历史演化的分析,并以“汇”区各种测试数据推断成矿物质来源。本文基于区域成矿物质时空分布特征,分析了其对铀源的指示意义,同时利用了同位素及微量元素地球化学研究成果探讨矿田成矿物质来源,得出如下结论:
1) 区域地层铀含量分布特征及其在地球化学作用过程中的物质迁移变化特征表明,早寒武世地层构成区域铀源层。
2) 岩浆岩含铀性具如下特征:相同构造运动期内华南地区重熔型花岗岩铀含量高于同熔型花岗岩铀含量;加里东期及以后的花岗岩体铀含量较高;中生代中酸性火山岩铀含量高于中基性火山岩铀含量。可见,岩浆岩铀含量与成岩物质来源密切相关,区域铀源层的熔融是导致岩浆岩含铀性差异的根本原因。
3) 相山中酸性火山岩由深部陆壳物质深熔作用所形成,其铀含量高于区域陆壳平均铀丰度,也高于相山地区震旦纪及中寒武世以后沉积地层的铀含量,结合区域岩浆岩铀含量分布特征,认为区域富铀层位(∈_1)的混染导致了相山火山岩的高铀含量。据此,相山火山盆地是成矿物质的“汇”区,区域富铀层是最根本的成矿物质来源,火山岩浆活动过程是成矿物质的聚集过程,火山岩浆及期后热液是成矿物质迁移的载体。
4) 岩、矿石微量元素地球化学特征表明,在铀成矿作用过程中,基底片岩及流纹英安岩提供了部分成矿物质来源。
成矿溶液的氢、氧同位素组成是判断成矿溶液来源的重要依据。本文认识到流体包裹体是成矿溶液的“化石”,成矿溶液的同位素组成会受到其在演化过程中的水—岩交换、交换时的温度和压力状态、岩石的同位素组成等因素的影响。为此,在了解流体包裹体基本特点的基础上,结合成矿的地质和地球化学特征,对成矿溶液来源进行判断,而不是简单的采用数据对比。
1) 相山矿田不同时空阶段成矿流体的化学组分及其盐度、温度及压力值也不相同,早期成矿流体是相对高温、高压、高盐度的流体,而晚期成矿流体的温度、压力和盐度值都相对较低。
2) 相山矿田矿前期到矿后期溶液的δ~(18)O_(H_2O)呈现降低的趋势,这一现象可以解释为大气降水组分越来越多。成矿期溶液的氢、氧同位素组成可分为两组,一组δD约为-60‰,另一组δD约为-80‰,前者对应于萤石—水云母型矿化,后者与钠交代型矿化对应。
3) 在雨水、海水和岩浆水三角图中,成矿溶液的氢、氧同位素组成位于岩浆水区域与雨水线之间,而且位于代表赋矿火成岩的岩浆水与雨水组分的连线上。早期成矿溶液的雨水端员的同位素组成是雨水的平均氢、氧同位素组成,而晚期成矿溶液的雨水端员为中生代雨水的氢、氧同位素组成。显然,早、晚期成矿溶液均是岩浆水和雨水的混合,但这并不意味着雨水成因的外生水循环直接进入成矿溶液,只是证明成矿溶液中存在雨水成分。
4) 成矿流体的基本特点及成矿溶液的氢、氧同位素组成,表明矿田内不同阶段矿化类型的成矿流体来源不同,结合矿田成矿地质特征认为:早期成矿溶液来源主要是火山岩浆期后热液,其雨水组分源自火山岩浆作用过程中含有元古代、古生代和中生代降水的岩石熔融而进入岩浆,因而其雨水端员表现为雨水的平均同位素组成;晚期成矿溶液来源为原始岩浆发生带—高位岩浆房—火山成因建造结构系统的岩浆期后热液及由于温压降低、冷凝析出的水汽溶液和降水的混合,降水份额比例可能明显大于早期成矿溶液,为此其雨水端员为中生代雨水的同位素组成。
通过稀土元素地球化学特征研究、蚀变岩中物质迁移的定量计算及水—岩作用地球化学模拟计算,结合成矿物质及成矿溶液来源,分析了前人研究相对薄弱的成矿物质迁移过程。
1) 稀土元素地球化学特征表明,由深部古老陆壳物质深熔作用形成的岩浆,在上升途中不仅混染了富铀地层,而且受到高度分馏的结晶作用,由此导致经熔融作用汇集于岩浆中的铀向岩浆演化最晚期热液中迁移,岩浆及期后热液是铀的载体。相山火山岩原始岩浆的铀含量明显高于岩浆库晚期粒间熔浆铀含量,也说明在岩
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