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下庄矿田位于广东省翁源县贵东复式花岗岩体东部,是我国最为重要的花岗岩型铀矿的集聚区之一。近年来的研究表明,区内大规模的铀成矿富集作用与富铀古陆块、深部构造环境、幔源岩浆活动及伸展的大陆动力学背景有着十分密切的成因联系。本论文以下庄矿田仙石铀矿床(包括338和339两个大型铀矿床)及其赋矿岩石鲁溪-仙人嶂辉绿岩脉与笋洞花岗岩体为研究对象,采用年代学、元素地球化学与多元同位素综合示踪,不仅研究岩石与矿床的成因,更重要的是阐明基性岩脉与铀矿化之间的内在成因联系。
鲁溪-仙人嶂辉绿岩脉属于板内拉斑质玄武岩系列,微量元素、稀土元素和Nd-Sr-Pb-O同位素显示,岩脉具有不相容元素相对富集的地球化学特征,反映岩脉来源于受到俯冲带流体交代作用形成的、具有EMII富集特征的地幔源区。Rb-Sr等时线年龄表明鲁溪-仙人嶂辉绿岩脉形成于101.3±3.5Ma,这一时期正是华南地区伸展构造强烈发育时期。这种伸展构造是在太平洋板块相对于俯冲带后退的大陆动力学背景下产生。
笋洞花岗岩以富硅、富碱、强过铝为特征,富集放射性元素Rb、U、Th、K,微量元素、稀土元素和Nd-Sr-Pb-O同位素反映花岗岩属壳源型花岗岩范畴,是由古元古代泥质岩源区的低程度部分熔融形成。虽然笋洞花岗岩高的铀含量为区域内铀矿化的富集提供丰富的铀源,但是单颗粒锆石U-Pb年代学研究表明,笋洞花岗岩的结晶年龄为189.1±0.7Ma,与铀矿化(81.2±7.7Ma)在时间上的差异十分明显,因而即使分异出岩浆流体,也不可能演化成为仙石铀矿床的成矿流体。
在仙石铀矿床中,铀矿体在空间上主要赋存于NWW向鲁溪-仙人嶂辉绿岩脉与NNE向硅化带相交部位。一般情况下,辉绿岩的厚度即为矿体长度,含矿构造穿过辉绿岩脉,矿体随之尖灭,其物质组成也相应发生变化。在时间上,铀矿化与基性岩脉形成时间(鲁溪-仙人嶂辉绿岩为101Ma,矿区附近NNE向辉绿玢岩为90Ma)接近。H、O、C同位素和地球化学研究表明,成矿流体主要由地幔流体组成,它们是由板块俯冲过程中进入地幔的再循环物质的脱水作用形成,并在深层次伸展构造背景下进入地壳。流体包裹体和同位素研究反映仙石铀矿床成矿流体具中低温、低盐度和低密度的特点,在成矿早期与成矿期以地幔流体为主,成矿晚期逐步演化为大气降水为主。多元同位素示踪和地球化学特征展示,成矿物质来源呈现多样性,主成矿组分U和S来源于花岗岩,成矿组分C主要来源于地幔,成矿组分Pb主要来源于基底变质岩,成矿物质的多来源正是地幔流体成矿作用的一个重要特征。
总之,基性岩脉的侵位(101Ma~90Ma)伴随着地幔流体进入地壳,富含∑CO<,2>的地幔流体在上升运移过程中与地壳岩石(尤其是富铀岩石)之间的相互作用(以碱交代作用为主)能导致成矿物质(尤其是铀)的活化转移,使地幔流体逐渐演化成为富铀成矿流体。先期形成的基性岩脉因富含Fe<2+>等还原剂又十分有利于成矿流体中铀酰碳酸盐络离子还原沉淀为沥青铀矿。正是这种因果关系才导致基性岩脉与铀矿化不仅在时间、空间上密切伴生,而且更重要的是反映两者在成因上具有密切的联系。