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大陆动力学与成矿关系研究是当前地学研究的前沿课题,以往的研究多侧重于对造山带的研究,对板块内部的成矿作用方式研究则相对薄弱。近年来的研究结果显示,华南白垩纪.第三纪存在大规模的岩石圈伸展作用,形成众多与之有密切成因联系的金属和非金属矿床。大规模铀成矿是一种典型的非造山或岩石圈伸展环境中的成矿作用,是研究岩石圈伸展作用与成矿关系的典型范例。要深刻揭示岩石圈伸展与区域铀成矿作用的关系,需要解决华南白垩纪一第三纪岩石圈伸展和铀成矿的精确时限及其空间迁移规律和岩石圈伸展期铀成矿的必然性两大科学问题。661铀矿床位于赣杭铀成矿带东段大洲铀矿田内,是我国最早发现的产在流纹岩中的铀矿床。该矿床明显受深大断裂控制,与伸展盆地有密切的空间关系。由于前人对华南热液铀矿床的认识还存在种种争论及该矿床地球化学研究比较薄弱,本文以该矿床为研究对象,运用流体包裹体地球化学、元素地球化学、同位素年代学和地球化学(U-Pb、C、O、S、Pb、Sr、Nd)等方法手段,对其成矿流体性质和来源、成矿物质来源、成矿时代、岩石圈伸展与铀成矿关系等方面进行了系统研究,结合区域铀成矿资料,探讨了可能的成矿作用机制。本论文主要取得以下几点认识:
(1)通过对该矿床成矿期脉石矿物(萤石、石英和方解石)中流体包裹体类型、显微测温学和激光拉曼探针分析,结果显示该矿床为典型的中低温(130～250℃)热液铀矿床,具有低盐度(1.65～3.44.wt％NaCl)和中等密度(0.81～1.01g/cm3)特征,结合氧同位素以及区域铀矿床物化条件等资料,表明成矿流体主要来自大气降水。
(2)利用矿石等时线法确定了该矿床两个矿体的成矿时代,分别为107.4±2.3Ma和110.0±3.5Ma。109.3±2.7Ma.(n=10)代表了661铀矿床铀-赤铁矿型矿化成矿年龄,落入赣杭铀成矿带成矿时代范围内。铀矿床定位于岩石圈伸展断陷盆地附近,明显受深断裂带控制；成矿时代与断陷红盆底部发育的玄武岩的成岩年龄一致,也与东南沿海地区明显存在的～110Ma基性脉岩拉张活动一致,表明岩石圈伸展与铀成矿之间具有一致的对应关系,为岩石圈伸展期与铀成矿关系提供了年代学证据。
(3)微量元素地球化学研究显示,蚀变岩石和矿石均具有与火山岩(赋矿围岩)类似的微量元素组合和稀土元素特征,表明这些元素和铀均来自于火山岩。蚀变岩石中稀土元素具有向轻稀土富集,而矿石向重稀土元素富集的演化趋势。脉石矿物稀土元素分析表明,成矿流体中的稀土主要来自于赋矿的火山岩。不同阶段脉石矿物是同源不同阶段演化的产物。
(4)对该矿床不同阶段方解石进行C、O同位素研究表明,矿化剂∑CO2主要为幔源,并有部分沉积碳酸盐岩中的碳加入。成矿流体中的溶解碳主要以HCO3-形式存在,CO2的逸出是导致方解石从成矿流体中沉淀的主要机制。
(5)铅和硫同位素研究表明,成矿物质可能主要来自于浙东南广泛分布的磨石山群火山岩；脉石矿物Sr、Nd同位素地球化学研究显示,成矿物质可能主要来源于赋矿的火山岩。
(6)该矿床与岩石圈伸展作用密切的时空关系,表明深大断裂及次级张性断裂控制了幔源组分的加入。岩石圈伸展控制了CO2加入和富CO2热液的形成时间,因而也大致控制铀成矿的时代。
(7)确认了岩石圈伸展与铀成矿的密切时空关系以及矿化剂的幔源性质,根据区域铀成矿条件和本矿床的有利成矿因素,进一步完善了“深源矿化剂热水浸出说”成矿模式。铀的富集成矿是铀的多级预富集的结果。富铀古老陆壳经历多旋回构造-岩浆-沉积活动,产生“富铀体(层)”,进一步经过断裂活动、地下水作用、伸展作用及其后的矿化剂加入等成矿条件的耦合,形成多种形式的铀矿床。