第27卷2011年第1期1月铀 矿 地 质U ranium Geolog yV o l 27JanNo 12011古陆块及其边缘与铀成矿的关系宋继叶,蔡煜琦,姚春玲,朱鹏飞,赵永安,张文明(核工业北京地质研究院,北京 100029)[摘要]古陆块及其边缘是重要的铀成矿区域,统计资料表明,中国有约47%的铀矿床分布于古陆块及其边缘。

针对上述现象,笔者进行了一系列资料调研,初步总结了古陆块及其边缘与铀成矿的关系。

一方面,古陆块是最古老的成熟地壳,其岩石铀含量高,可以为铀成矿提供物质来源;另一方面,古陆块边缘壳幔物质循环显著,岩浆及热液活动频繁。

这些有利因素使古陆块及其边缘成了铀矿集中区,并且在一定程度上控制着铀矿床的时空分布。

[关键词]古陆块及其边缘;铀成矿;时空控制作用[文章编号]1000 0658(2011)01 0008 05[中图分类号]P 598[文献标识码]A[收稿日期]2010 05 28 [改回日期]2010 06 22[作者简介]宋继叶(1982 ),女,硕士,2009年毕业于中国地质大学(北京)。

E mail:jessica _0@163 com1 引言古陆块(中间地块)或古陆块边缘是金属成矿的有利区域,世界上很多重要矿集区都产在古陆块及其边缘。

古陆块是最古老的成熟地壳,其边缘在经历了漫长的地质作用后成为壳幔作用活跃、构造运动复杂、成矿作用显著的大地构造单元,在提供矿业基地和深入研究成矿学方面均有重要意义。

关于古陆块对铀矿的时空控制,或铀矿对古陆块的趋附性前人已有不少论述。

前苏联的 !∀#∃%&B A Z (1975)曾估算并断言,在资本主义国家和发展中国家,98 9%的可靠铀储量分布在古地台和中间地块,亦即成熟的古老地块上[1]。

Bow ie S H U 也多次(1975,1979,1985)指出,世界低成本铀储量都赋存在前寒武纪岩石或直接覆盖在前寒武纪基底的显生宙沉积物中[2]。

同样,指的是成熟古陆块与铀矿空间上的依存联系。

他进而强调,地球上铀元素在太古代至元古代壳幔分异过程中趋向于集中在当时形成的几大古陆块(壳)中,随后的铀成矿作用只是这些铀丰度增高(相当于较晚时期形成的陆壳而言)的陆块再分配富集的结果。

这些古陆块也就成为地球最重要的铀成矿省。

关于铀成矿的时限性,Gabelman J (1977)通过壳幔分异过程解释了U 、T h 、K 和不相容元素在地球物质重熔和分熔过程迁移到地壳中的机理[3]。

澳大利亚Fer guson J (1988)则明确指出,只有在2800~2400M a 期间表征成熟陆壳的 富钾花岗岩 出现之后,才有可能出现铀矿床[4]。

在古陆块边缘成矿方面,自20世纪80年代以来,包括涂光炽(1989)、孙启帧(1994)、胡受溪(1988)、白瑾(1993)等著名地质学家针对此问题进行了研究,并发表了一系列论著,内容涉及 边缘成矿 现象、华北陆台北缘前寒武纪地质及铅锌成矿作用第1期宋继叶,等:古陆块及其边缘与铀成矿的关系!9!等[5~10]。

其中,翟裕生(2002)提出了古陆边缘的10种有利成矿要素:即成矿物质来源丰富多样,成矿地质流体汇聚,高热动力异常,壳幔物质循环作用显著,大型构造密集并长期活动,多种成矿地质环境,漫长的地质成矿历史,多种临界转换成矿动力学机制,多期叠加成矿及矿床的适度保存[11]。

黄净白等(2005)针对中国铀成矿带的地质条件进行了较系统、详细地分析研究,指出每一成矿带(区)铀成矿特点、成矿系列和成矿规律,提出了我国铀成矿带的分布受控于活动带与陆块的交接带,或大陆边缘构造岩浆活动带叠置拉张裂陷红盆带的地质条件;活动带中微地块是产铀陆相盆地空间分布的良好区域条件等观点[12]。

笔者通过对资料的调研与图件编制,总结归纳古陆块及其边缘与铀成矿的时空分布特征,进而探讨古陆块及其边缘与铀成矿的关系。

2 古陆块及其边缘对铀成矿的时空控制古陆块及其边缘与铀成矿的关系主要表现为对铀成矿的时空控制作用。

在空间上,铀矿床分布趋附于古陆块及其边缘;在时间上,钾质花岗岩的出现代表地壳演化成熟度高,往往是铀成矿的前期标志。

古陆块及其边缘与铀成矿存在上述时空关系并不是偶然的,而是古陆块在长期演化的过程中铀等元素得以富集,且其边缘具备了有利于铀成矿的地质因素,包括成矿物质来源丰富、壳幔活动强烈以及具备了铀成矿有利的地质环境等。

2 1 铀矿在空间上趋附于古陆块及其边缘铀矿在空间上趋附于古陆块及其边缘的分布特征明显。

世界大型铀矿床(包括石英卵石砾岩型、不整合面型、砂岩型、热液脉型、钙结岩型及黑色页岩型)的分布在空间上与非洲陆块、西伯利亚陆块等古陆趋附性明显。

自上世纪70年代以来,在澳大利亚、加拿大、巴西的前寒武纪地层中,相继发现了大量铀矿,使得产于前寒武纪地层中的铀资源在世界铀资源总量中所占比重上升至65%左右(胡绍康,1988)[13];在地中海活动带(欧亚大陆西部)存在1条重要的铀矿集中产出带,带内分布着各种类型的铀矿床。

所有的铀矿床,不论其属于何种成因类型,都趋附于造山带内的微古陆块(中间地块) (∋( #)∗ + ,,1980)[14]。

此外,蒙古多尔诺特火山岩型铀矿田和乔伦盆地(产出哈拉特古河谷砂岩型铀矿)也产在从中朝古陆块分裂出去的中央蒙古古陆块中。

通过对中国古陆块与铀矿床的相关性分析,结果表明47%的铀矿床产于古陆块或其边缘。

如在华东南地区,桃山铀矿田、草桃背铀矿田以及塘窝子铀矿床、三槽岭铀矿床等均位于古陆块边缘。

对砂岩型铀矿而言,产铀的山间盆地多位于褶皱带中的古老微地块(古陆)之上,如伊犁盆地(库捷尔太、乌库尔其、蒙其古尔等铀矿床)位于伊犁地块之上,乌恰盆地(巴什布拉克铀矿床)位于苏鲁杰列克地块之上,卡勒克 塔克盆地(沙瓦布齐铀矿床)位于木扎尔特地块之上。

这些地块规模不大,具有相对富铀和相对稳定的基底构造条件。

对火山岩型铀矿而言,以赣杭成矿带为例,该带内火山岩型铀矿床的分布与古陆变质基底的关系很密切,赋矿火山岩直接不整合覆盖在古老变质基底之上。

区域重力场显示,铀矿床大多数分布在局部重力高(正异常)的边缘,这正是古老变质基底的上拱部位(陈然志,1996)[15]。

2 2 铀成矿的时限性铀成矿的时限性主要表现为:地壳成熟度越高越有利于铀成矿;富钾花岗岩的出现往往是铀成矿的区域性标志。

众所周知,石英卵石砾岩型铀矿床是地球上出现最早的铀矿床类型,已知的此类铀矿床只赋存在南非和加拿大的两大地盾区,而这类地区恰恰是最早出现钾质花岗岩的成熟陆壳区。

加拿大Athabasca盆地最早期的不!10!铀矿地质第27卷整合面型铀矿化年龄为1750M a,是在该区的1880M a钾质花岗岩出现之后。

澳大利亚Ali g ato r河铀矿区最老矿化年龄为1600M a,在Ram Jung le淡色花岗岩出现之后。

我国类似的实例也很多,如鞍本古陆块是我国地壳演化成熟早、成熟度高的地区,在2800Ma以前就出现了钾质花岗岩(铁架山岩体)。

在该区发现了我国最古老的铀矿床及矿点,如410和3075铀矿床,这两个矿床的成矿年龄分别为1933∀(89~109)Ma及1851∀(71~80)Ma,均在钾质花岗岩出现之后。

铀成矿存在时限性,一方面与铀元素的地球化学属性有关。

铀虽为重金属,但它具有明显的亲氧、亲石的地球化学特性。

铀为大离子不相容元素,它在地壳的演化过程中朝向比重比较轻的富二氧化硅酸性岩浆岩中富集,而不是向地壳深部或富铁镁的基性岩中富集。

根据实际测量,花岗岩的铀含量是基性或超基性岩的几倍到十几倍。

换言之,可以认为随着地壳不断演化为成熟的硅铝壳,铀元素也不断富集。

美国地质学家Condie K C (1979)对南非卡普瓦尔省新太古 古元古代侵入的花岗岩中Rb、K、Th、Pb含量和K/Na值与时间的演化关系进行研究,结果表明在3 06Ga左右,这些大离子亲石元素的含量达到顶峰,随后大致保持在一个水平上,这个转折揭示了地球内部最早期的壳幔演化和亲石元素从原始地幔不断向陆壳聚集的进程。

这可能说明在地壳演化的最初阶段,地壳没有能力提供大量的铀成矿物质,直到其演化到一定成熟度并出现钾质花岗岩为止。

另一方面,一个构造单元内的花岗岩是否发育是地壳成熟度的表现。

构造带内有大量中酸性花岗岩体出现,意味着这一构造单元逐步走向成熟,变为相对稳定的构造单元(地块)。

而稳定构造单元的周围又常被活动带所包围。

活动带初始为硅镁壳或过渡带,之后活动带经多次构造运动,沿地块边缘不断扩大增生。

在活动带转为稳定地块的过程中,除了本身变为成熟的硅铝壳,往往又牵动古老地块遭受改造,主要表现为古老地块产生新的构造 岩浆带或拉张断陷盆地。

岩浆、地热和沉陷活动均可促使富铀岩体活化再造,形成各种内生或外生铀矿床,这是铀成矿的主渠道。

3 古陆块及其边缘对铀成矿的作用古陆块经长期演化后,其成熟度高、铀含量高,能够为铀成矿提供铀源。

而古陆块边缘壳幔物质循环作用显著、具备多种成矿地质环境,是重要的矿集区。

3 1 古陆块为铀成矿提供铀源在地壳从玄武质成分的原始地幔向成熟陆壳演化的总进程中,放射性元素铀和其他大离子亲石元素逐渐趋向于在地壳中富集。

研究发现,不同成分的陨石代表了地球不同的层圈结构,对其中的U、Th等元素含量进行对比分析(表1),估计在地球演化的4 5Ga中,初始地球中的铀已有46%~77%富集到地壳中,这可能成为其能够提供铀源的前提条件。

表1 地球不同层圈U、Th含量(据Gabelman J W,1977) T able1 U and T h content in different lay ers of the earth第1期宋继叶,等:古陆块及其边缘与铀成矿的关系!11!前人研究认为,华南地区自元古代到中生代的沉积岩和变质岩中,仅早寒武世地层铀质量分数高达(16 53~91 56)#10-6,平均铀质量分数为41 75#10-6,推断早寒武世地层构成了华南热液型铀矿形成的区域铀源层(邵飞、陈晓明、徐恒力等,2010)[16]。

华南已探明的铀矿田中,绝大多数的基底地层或岩体外围均分布有高铀含量的早寒武世地层(古陆块)。

华南产铀花岗岩及其铀矿床集中分布在华南活动大陆边缘、陆壳成熟度较高的特定部位。

章邦桐、倪琦生等(1998)收集了华南上部地壳不同沉积岩层中629件样品的铀、钍含量分析数据并分别进行统计归纳,结果表明华南陆壳寒武系碎屑岩的铀含量最高,为10 47#10-6,华南沉积陆壳的平均铀含量为4 94#10-6,钍为11 53#10-6,T h/U为2 33。

由此可见,华南陆壳沉积岩层中铀、钍的平均含量分别是地壳沉积岩平均铀(3 33#10-6)和钍(9 43#10-6)的1 5倍和1 2倍,Th/U(2 64)也低于地壳的T h/ U(2 83),从而显示出华南陆壳成熟度较高的特点。