白音沙那盆地位于内蒙古自治区巴林右旗,地处大兴安岭南段。大地构造位置处于兴蒙造山带东段松嫩地块之上,盆地内火山岩分布广泛,是大兴安岭中生代火山岩带的组成部分,同时其隶属于扎兰屯火山岩型铀成矿远景带南段,是大兴安岭南部重要的中生代产铀火山盆地之一。前人对该区铀矿的研究集中在地质特征、矿化特征、重磁特征、区域构造等方面,缺乏对赋矿火山岩形成时代、地球化学特征、岩石成因及铀成矿机理等方面的系统研究。 本文对白音沙那产铀火山盆地内的中生代满克头鄂博组、白音高老组火山岩及侵入其中的次火山岩花岗斑岩进行了详细的野外地质、岩相学、锆石U-Pb年代学、岩石地球化学、锆石Hf同位素研究,并对铀矿化特征及铀矿物进行了研究,最终确定了火山岩、次火山岩的形成时代,探讨了其岩石成因及形成的构造背景,确定了铀矿物种类及铀矿化特征。 地质-岩相学观察表明,研究区的满克头鄂博组火山岩以流纹岩为主,白音高老组火山岩主要是流纹岩和流纹质凝灰岩。锆石U-Pb测年结果显示,满克头鄂博组火山岩形成于154.3~152.3Ma的晚侏罗世,白音高老组火山岩形成于137.7~129.8Ma的早白垩世,花岗斑岩侵位年龄为129.6~129.3Ma,为白音高老火山旋回末期或期后岩浆活动产物。 岩石地球化学特征显示,岩石总体均呈现出富硅、碱含量中等、贫钙镁的特点,属强过铝质岩。满克头鄂博组火山岩的SiO₂含量在77.30%~84.86%之间,(Na₂O+K₂O)为4.38%~8.49%,Mg^#为(0.16~0.30),稀土元素总量(w(ΣREE))变化较大为92.11×10^-6~160.61×10^-6,(La/Yb)_N为6.42~15.54,具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特征;白音高老组火山岩的SiO₂含量介于72.50%~81.78%之间,(Na₂O+K₂O)为9.92%~12.46%,Mg^#为(0.16~0.30),稀土丰度总量较满克头鄂博组火山岩总体偏高,为(99.76~199.26)×10^-6,轻重稀土元素具有一定程度的分馏,(La/Yb)_N为2.34~11.15;花岗斑岩的SiO₂为76.51%~77.11%,(Na₂O+K₂O)为7.59%~7.97%,Mg^#较低,为0.07,稀土总量为94.91~99.74×10^-6,(La/Yb)_N为2.49~3.38,轻重稀土分馏较弱。 上述所研究的岩石均富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损高场强元素,结合较低的w(P₂O₅)(0.01%~0.04%)和10000*Ga/Al值(1.90~2.79)及较低的锆饱和温度(平均785℃),认为其具有I型花岗岩特征。满克头鄂博组流纹岩、白音高老组流纹岩和花岗斑岩中锆石ε_Hf(t)值分别为+6.1~+7.9、+5.5~+9.7和+6.4~+9.5,T_DM2分别为812~700 Ma、834~562 Ma和774~635 Ma,指示岩浆来源于新元古代亏损地幔增生的地壳物质。根据已有的区域构造演化成果,并结合构造环境判别图解,确定研究区在晚侏罗世-早白垩世期间整体处于伸展构造环境,晚侏罗世满克头鄂博组火山岩与蒙古—鄂霍茨克洋闭合后的岩石圈伸展有关,而早白垩世白音高老组火山岩、花岗斑岩受蒙古—鄂霍茨克洋、古太平洋构造域叠加影响。 矿物电子探针分析结果显示,白音沙那火山盆地铀矿物以铀石和钛铀矿为主,少量以类质同像形式赋存于榍石中,发生绿泥石化蚀变。结合镜下特征及岩浆活动期次,认为满克头鄂博期火山岩经高度分异演化形成了富铀流纹岩,晚期满克头鄂博期火山岩在分异演化过程中形成的热液流体对其进行改造,进一步富集成矿。