辽东铀成矿带连山关地区铀矿成矿地质特征及成因分析

辽东铀成矿带连山关地区铀矿成矿地质特征及成因分析

弹性切割带是岩石在弹性作用下发生连续变形的狭窄线性变形带。这是地壳中最重要的构造类型。韧性剪切变形作用控制和影响地壳的形成和演化，是研究地壳深部构造变形机制及变形环境的重要对象，受到了国内外学者的普遍关注(韧性剪切变形作用作为一种重要的构造运动形式，对于矿床形成及演化具有十分重要的影响。韧性剪切带型金矿是一种重要的金矿类型，其与韧性剪切带的形成和演化密切相关(韧性剪切作用与铀矿化关系也十分紧密。在造山带构造体制转换环境下，铀元素的活化、迁移和沉淀过程与脆-韧性剪切带紧密相关(辽吉古元古活动带位于华北克拉通东北部，带内矿产资源丰富，目前发现有铀、金、银、铁、铜、铅、锌、钴等金属矿以及硼矿、菱镁矿、岫玉和滑石矿等非金属矿产，区域成矿作用可能与裂谷演化关系密切(近几年，随着连山关地区铀矿勘查进展，发现已知铀矿床(点)均分布在连山关花岗杂岩体与辽河群接触带附近，受韧性剪切带控制，前人对连山关地区铀矿成因、年代学、地球化学都做了大量的研究工作，但构造控矿规律仍不清楚，特别是剪切带控矿缺少深入、细致的研究工作，导致对区域成矿规律的认识不深入。鉴于此，本文以连山关岩体周缘韧性剪切带为研究对象，探讨其运动学、几何学构造变形机制及与铀成矿的关系，进而填补前人研究的薄弱环节，以期完善本区铀成矿模式，对今后该区铀矿找矿工作提出新的思路。1混合花岗杂岩体华北克拉通作为地球上最古老的克拉通之一，拥有38亿年的演化历史，与其它克拉通相比，其构造演化更加复杂，几乎记录了地球早期演化过程中所有的重大构造事件，包括陆壳形成与增生、板块构造初始活动、超大陆聚合与裂解以及全球大氧化事件(研究区位于辽吉古元古代裂谷带北缘，主体构造格架为一轴向北西西向的短轴背斜，核部为太古宙混合花岗杂岩体，翼部为古元古界辽河群沉积变质岩系所覆(图1b)。区内主要出露太古宙结晶基底、太古宇鞍山群和古元古界辽河群沉积变质岩系，同时伴有少量的古元古代基性岩墙群。其中，鞍山群呈残留体赋存于混合花岗杂岩体中，区内仅有茨沟组及大峪沟组分布;辽河群在区内分布广泛、出露完整、韵律明显，构成一巨大沉积旋回，共出露5个岩组，从下往上依次为:浪子山组，为碎屑岩-黏土质岩建造;里尔峪组，为酸性岩-火山岩建造;高家峪组，为黏土质-半黏土质建造及碳酸盐建造;大石桥组，为碳酸盐建造;盖县组，为碎屑岩建造。研究区构造发育，包括脆性断裂和韧性剪切带，前者主要有NW向、近EW向断裂组与NE向、NNE向断裂组，发育在辽河群及岩体接触带附近;后者主要发育在连山关岩体南带与辽河群不整合面，呈现糜棱岩、片理化带。研究区侵入岩主要包括太古宙和古元古代两个演化时期。太古宙岩体以连山关混合花岗杂岩体为代表，该混合花岗杂岩体西起弓长岭、东至草河城，呈近东西向分布，岩体长40km，宽7～10km，面积约320km2弹性切割带的变形特性2.1宏观变形特征2.1.1构造变形期(d连山关岩体周缘均发育不同程度的韧性剪切带，岩体南缘和东北缘剪切变形发育，东、西两端构造变形相对较弱，北侧被新元古界地层覆盖(图1)。岩体南缘韧性剪切带呈NWW向展布，长37km、宽1.5km，总体表现为强弱不同的变形特征，既发育挤压褶皱又发育右行走滑剪切变形，从西到东与辽河群浪子山组地层的接触关系均为构造接触，原始的沉积不整合接触关系几乎被改造消失，取而代之的是强烈的韧性剪切变形带()，仅在岩体的西缘变形较弱的区域内，还能见有代表不整合关系的底砾岩存在。关于韧性剪切带的变形特点详细描述如下。岩体西缘连山关岩体和上部辽河群之间变形非常弱，保留有很好的原生构造，在三道岭(图1b后期的构造变形主要发育在不整合面之上的浪子山组片岩中，这主要是因为接触带以花岗质砂砾岩为主，能干性强，在后期变形中不容易发生滑动;而上面的片岩比较软，能干性弱，易于发生构造变形。在浪子山片岩中发育有顺层剪切变形，剪切面倾角一般为45°～55°之间，根据挤压透镜体和眼球构造的排列形式，可以确定其剪切滑动方向指向北西(图2b)，整体反映连山关岩体隆升，上覆浪子山组地层向北西一侧滑脱的变形特征。岩体南缘构造变形比较强烈，既有挤压褶皱又发育右行走滑剪切变形。岩体南缘从西到东与辽河群浪子山组地层的接触关系都为构造接触，原始的沉积不整合接触关系已经被改造消失，取而代之的是强烈的韧性剪切变形带。从接触带产状上看韧性剪切带的西段产状相对较缓，为200°～225°∠35°～55°;中段产状变陡，为162°～190°∠65°～88°;东段产状又相对变缓，约为150°～158°∠30°～50°(图1b)，这说明岩体南缘东西两端和中部相比变形相对较弱，反映南缘中部遭受的来自南部的挤压应力相对较强，使接触带和上覆辽河群地层都发生褶皱变形，南缘中部(图1b(2)处)产状近直立，同时伴有强烈的右行走滑剪切变形(图3a,b)。在南缘东段(图1b(3)处)接触带产状很缓，倾角一般在30°～35°之间。发育顺层滑动剪切变形，滑动方向为SE，反映花岗岩体相对隆起，上覆辽河群地层向外侧滑动剪切的变形特征(图3c,d)。右行剪切变形总体上表现为右行斜滑移，以右行走滑分量为主，同时表现出一定的逆冲分量，浪子山片岩中常常形成轴向与南缘剪切带斜交的NE、NEE向的小型“裙边”褶皱。岩体东缘构造变形相对较弱。张堡村北侧(图1b(4)处)，重熔混合岩显示韧性剪切变形所形成的片麻理和矿物拉伸线理。片麻理产状150°～175°∠47°～61°，矿物拉伸线理产状105°∠45°。在局部相对刚性的块体内仍保留了碎屑结构，可见花岗质碎屑团块的透镜体，透镜体受剪切变形旋转拉长，指示了向E的正滑构造(图4)，总体反映了连山关花岗岩体隆起，上覆辽河群浪子山组地层向下滑动剪切的变形特征。2.1.2浪子山组片岩的轴向构造浪子山组位于辽河群最下部，与连山关花岗岩为韧性滑脱接触。在宏观尺度上，可见宽缓斜歪褶皱，轴向主要为NE或NEE向，形成于NW-SE向的区域性压扭性应力作用;在大北沟村(图1b(5)处)发现浪子山组片岩发育典型的褶曲变形，小尺度的紧闭褶皱及与其相关的轴面片理，片理置换强烈(图5a);局部还发育有小尺度的层间韧性剪切带(图5b)。在三道岭处(图1b2.2鱼山鱼形组构连山关岩体南缘韧性剪切带内典型的强变形岩石样品(采样点见图1b)的矿物组合主要包括石英、长石、白云母和黑云母，偶见有少量石榴子石发育(表1、图6)。矿物的显微变形代表了典型的糜棱岩组构特征，主要表现在:石英呈明显的波状消光，主要发育膨凸重结晶-亚颗粒旋转重结晶特点(图6a,b)，其S-C组构及旋转残斑均指示其剪切指向为右行剪切。长石多为碱长石，表面粗糙，具格子状双晶。长石矿物拉长不明显，取而代之的是单个矿物常发生破裂。二类云母定向明显，组成了岩石中主体片理(图6c,d)。然而，剪切带内相对弱变形岩石中，黑云母定向不明显，呈弱片麻状构造，矿物拉长定向较弱。石英发育带状消光，扭折弯曲，膨凸重结晶等显微构造，具有初糜棱岩结构特征(图6e,f)。3有限误差测量3.1野外定向切片测量为确定连山关地区韧性剪切带的构造变形特征，本次研究选取了剪切带内不同部位岩石作为研究对象(采样点见图1b)，所选样品变形程度不同(图7)。本文选用Fry法和惯量椭圆法进行有限应变测量。Fry法首先对研究区岩石根据拉伸线理和面理两个主应变面，切制定向探针薄片(平行拉伸线理和垂直糜棱面理作为XZ面和平行面理为XY面)，然后选取两个薄片分别进行应变测量。因本区岩石中石英含量高，粒径分布较均匀，故选择糜棱岩样品中普遍塑性拉长的石英或者石英集合体作为应变标志体。有限应变分析，对于每一个定向样品两个应变面(XZ面和YZ面)上分别测量石英标志体数目不少于50个，在显微镜下采集照片，在CorelDRAW软件中对整个视域中的石英颗粒进行统计()(图8)。惯量椭圆法首先对野外定向标本进行切片处理后，在定向切片上观察变形较好的石英颗粒的种类及特征，并拍照采集相关图像资料;然后在有限应变自动分析软件Straindesk的操作平台上进行测量(3.2试验结果和讨论本次研究中对7-1、18-1和21-1等3个样品开展了有限应变测量，为增加实现结果的精确性，每组薄片中都尽可能的选择50个石英颗粒以上。不同测量方法经不同计算方法后，可得出以下测量数据(X/Y值通过换算可得)，结果较为理想，Fry法和惯量椭圆法测量结果都比较集中，且较为一致(表2)，反映测量结果比较接近真实应变水平。将上述测量数据利用Flinn图解(图10)进行判别，得出研究区应变类型为压扁应变，K值在0.19～0.69之间，岩石类型表现为S/SL型构造岩，属于一般压缩-平面应变范围。可见，研究区韧性剪切带内矿物颗粒经历了压缩应变，结合区域右旋剪切背景，可以认为岩石在剪切力作用下发生右行剪切作用变形，发生定向压扁。因此，综合分析结果，我们认为靠近连山关岩体的样品，处于岩浆核杂岩的顶部(图11)，当岩体隆升过程中，对上覆岩体存在向上挤压作用，岩石应变类型以压扁应变为主，而处于岩浆核杂岩边部则以拉长应变为主(4一般特征4.1连山关铝矿连山关铀矿(3075)位于连山关岩体南缘与辽河群接触带的中部(图1b)，四道沟至樟木之间，矿床面积0.25km4.2矿体形态特征黄沟铀矿位于连山关铀矿东南约1km处(图1b)，围岩为重熔混合岩，向连山关花岗岩体内部渐变过渡，矿体逐渐变薄，品位变低至尖灭。矿床中矿体均为隐伏盲矿体，呈细脉状、透镜状、鱼群状分布，厚度一般为1.0～4.0m;矿体走向集中在60°～75°，倾向南东，倾角60°～80°。在平面上矿体分布在东西长约600m、南北宽约500m的范围内，自北西向南东雁行排列并向南西侧伏，主要赋存于韧性剪切带内及其与岩体接触部位(图13a)。在剖面上分布于韧性剪切带内重熔混合岩异常增厚及形态变化部位，大多数矿体集中在标高0～200m空间内(图13b)。5讨论5.1岩体周缘挤压应力分析通过对剪切带内岩石进行宏观及微观变形特征分析，并总结了前人的研究成果(通过对连山关岩体周缘(图1)，尤其是南缘接触带产状倾角大小的分析可以看出，南缘中部产状很陡，说明南北向的挤压应力主要来自南部，由南向北的强烈挤压造成第二期的挤压变形和伴随的边缘右行走滑变形。同时，连山关岩体总体发生挤压隆起，形成由岩体边缘向四周外侧的隆升滑脱构造。5.2预富集、形成及演化的因素韧性剪切变形作用作为一种重要的构造运动形式，对于矿床的预富集、形成及演化产生了十分重要的影响。连山关岩体及其上部辽河群的年代学研究以及构造背景分析，确定了该地区辽河群底部与太古宙花岗岩之间存在大型韧性剪切带(5.2.1床(点)面韧性剪切带分布在连山关岩体与辽河群地层接触部位，呈狭长带状展布，主要发育在连山关岩体南缘和东北缘，剪切变形强烈，沿着周缘剪切带分布一系列矿床(点)，如岩体南缘的连山关、黄沟、170、256、259、258、206等(图1b)。因此，连山关岩体周缘的韧性剪切带(包括辽河群底部浪子山组下部和连山关岩体顶部)为铀矿的一级控矿构造。铀矿化与韧性剪切带强烈相关，已知的矿床都产于连山关岩体的周缘剪切带内，这说明剪切带构造变形是铀矿富集的一个重要机制，韧性剪切变形中热液活动可能导致铀矿化富集，或者剪切带为深部来源的成矿热液提供了上升通道和铀络合物迁移、富集的通道。5.2.2型背斜断裂带构造区域性断裂构造对铀成矿有重要的控制作用，铀矿化受北西向韧性剪切带所控制，而铀矿床则定位于北西向与北东东向断裂的交汇部位。如连山关铀矿，矿体群受北东向压性入字型背斜构造所控制，而矿体则受沿小型背斜的轴向断裂构造所控制(图12a,b)。对连山关铀矿含矿裂隙进行统计，规模较大的断裂有6条，均属次级断裂。NEE向含矿断裂在260m、220m中段极为发育，从断裂面极点等密图(图14a)可以看出，极点对应集中于北西-南东方向，通过对连山关铀矿坑道内47个脆性破裂构造赤平投影图(图14b)的产状统计分析表明，晚期的脆性破裂主要以北西和北东东向为主，其中以北东东向的破裂面与铀矿体的定位更为密切。含矿断裂组走向NE55°～70°，倾向南东或北西，倾角多在60°～80°之间，总体向南收敛，北东撒开，长度一般80～100m。该组断裂是主要控矿构造，沥青铀矿脉充填其中。5.3连山关铀矿的地球化学特征连山关岩体与上覆辽河群地层间存在明显的沉积不整合接触关系，发育有新太古代基底岩石的古老风化壳。沿着不整合界面发育的韧性剪切作用使大部分古风化壳遭受改造。区域地质背景、赋矿围岩、围岩蚀变、矿石的地质特征和地球化学特征显示，连山关铀矿的铀源应主要来自于古老的风化壳(第三期近东西向的挤压作用，形成了一些北西、北东东向断裂构造，这些断裂与不整合面及其中发育的韧性剪切带的交汇部位，构成理想的高渗透带，可提供良好的导矿通道和储矿空间。同时基性岩墙(锆石U-Pb年龄～1.8Ga，综上研究，我们认为连山关铀矿的主要铀源应来自太古宙古老风化壳，并在大型韧性剪切活动(提供热液运移通道)和基性脉岩侵入(提供热源和还原剂)等综合因素作用下运移、