粵北下莊巖體巖石化學(xué)特征與鈾成礦關(guān)系探討

吳繼光

(廣東省核工業(yè)地質(zhì)局293大隊(duì)，廣東廣州 510800)

粵北下莊巖體巖石化學(xué)特征與鈾成礦關(guān)系探討

吳繼光

(廣東省核工業(yè)地質(zhì)局293大隊(duì)，廣東廣州 510800)

粵北印支期下莊巖體巖石具有富硅(SiO2=69.13%～73.39%，平均值71.73%)、富堿質(zhì)(K2O+Na2O=7.49%～8.69%，平均值7.97%)等特征，w(K2O)/w(Na2O)＞1，鋁飽和指數(shù)(ASI)為1.01－1.21，巖體屬于高鉀鈣堿性及過(guò)鋁質(zhì)巖石系列，以上特征表明，巖體屬于典型的S型花崗巖，部分帶有A型花崗巖的特征，是在地殼伸展-減薄的構(gòu)造背景下，由變質(zhì)泥巖與變質(zhì)砂巖部分熔融共同作用的產(chǎn)物，經(jīng)構(gòu)造環(huán)境判別分析，巖體屬于后造山花崗巖類的范疇，巖體的原巖為鈾礦化提供了豐富的鈾源，巖體形成時(shí)所處的構(gòu)造環(huán)境為鈾成礦提供了運(yùn)移通道與賦存空間。

下莊巖體;巖體成因;構(gòu)造環(huán)境;鈾礦化;成礦條件

貴東巖體是印支期—燕山期多次巖漿侵入形成的復(fù)式雜巖體，主要由下莊、魯溪、帽峰、司前及隘子等巖體組成(孫濤等，2003;徐夕生等，2003)，以往的研究主要集中于整個(gè)巖體及內(nèi)部基性巖脈的巖石化學(xué)分析(王學(xué)成等，1989;張成江，1991;李建紅等，2004;王素娟等，2005;王正齊等，2007;夏宗強(qiáng)等，2008，朱捌等，2008)、巖體成因研究(吳烈勤等，2005)、區(qū)內(nèi)構(gòu)造分析(陳國(guó)達(dá)等，1992)、鈾成礦類型及成礦地質(zhì)條件(胡瑞忠，1990;王學(xué)成，1991;徐達(dá)忠，1999;鄧平，2003;張輝仁等，2010;張敏，2006)的探討，而對(duì)內(nèi)部組成巖體的巖石化學(xué)特征、巖體原巖組成、構(gòu)造環(huán)境與鈾礦成礦關(guān)系的研究相對(duì)較少，本文以富鈾的下莊巖體為研究對(duì)象，在巖石化學(xué)分析的基礎(chǔ)上探討了巖體原巖、構(gòu)造環(huán)境與鈾成礦的關(guān)系，期望為進(jìn)一步研究下莊巖體及整個(gè)貴東巖體提供合理的鈾礦找礦信息。

1 地質(zhì)概況

下莊巖體處于南嶺緯向成礦帶、大東山—貴東花崗巖體的東部，出露面積約157 km2，是粵北地區(qū)重要的產(chǎn)鈾花崗巖體之一，下莊礦田主要位于該巖體內(nèi)(圖1)，巖體的圍巖主要為寒武系—奧陶系的淺變質(zhì)砂巖、砂頁(yè)巖及板巖和泥盆系—石炭系碳酸鹽巖及砂巖，接觸帶附近的圍巖均出現(xiàn)不同程度的變質(zhì)作用。

巖體巖性主要為中粒(局部中粗粒)黑云母花崗巖，巖石呈灰白色，可見肉紅色鉀長(zhǎng)石及灰白色斜長(zhǎng)石嵌入巖體中(圖2)，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為鉀長(zhǎng)石及斜長(zhǎng)石，次為石英，鉀長(zhǎng)石含量約40%～45%，斜長(zhǎng)石含量約15%～20%，斑晶粒徑2～3 cm，以板狀它形為主，石英含量約25%～35%，無(wú)色透明，粒狀它形，黑云母含量約5%～8%，呈黑色片狀集合體產(chǎn)出，部分巖石中可見少量片狀白云母。副礦物中，除了獨(dú)居石、電氣石含量高外，晶質(zhì)鈾含量也較高(6.41×10－6)，晶體不規(guī)則，且普遍有溶蝕現(xiàn)象。經(jīng)野外觀察發(fā)現(xiàn)，下莊巖體與臨近的魯溪巖體為漸變接觸關(guān)系，據(jù)年代學(xué)可知(徐夕生等，2003)，下莊巖體的形成稍晚于魯溪巖體。在下莊巖體北部與分水坳巖體相接觸部位，很多露頭可見有細(xì)粒白云母花崗巖侵入其中，切割其線理構(gòu)造(主要為局部鉀長(zhǎng)石和黑云母定向排列)。

2 巖體巖石化學(xué)特征

全巖樣品分析在湖北省地礦局巖礦測(cè)試分析中心完成，采用X射線熒光光譜(XRF)分析方法，詳細(xì)的流程與測(cè)試方法見Li(1997)，下莊巖體的主要元素分析結(jié)果見表1。

巖體具有如下的巖石化學(xué)特征:

(1)巖體富硅富堿，SiO2含量為69.13% ～73.39%，平均值達(dá)到71.73%，K2O+Na2O含量為7.49%～8.69%，平均值為7.97%，樣品中K2O含量普遍大于Na2O含量，K2O/Na2O比值為1.56～2.69，平均值為 2.00，MgO含量 為 0.23% ～0.78%，CaO含量為0.86%～1.93%，P2O5含量為0.06%～0.13%，TFeO含量為1.63%～3.12%，在全堿-SiO2圖解上，巖體主要巖性屬于花崗巖范疇，其中XZ01具有部分花崗閃長(zhǎng)巖的特點(diǎn)，如圖3，在K2O-SiO2圖解上，巖體屬于高鉀鈣堿性巖石系列，部分樣品具有鉀玄巖系列特征，主要是由于堿性長(zhǎng)石含量高所致(圖解略)，較高的堿含量除了反映原始巖漿成分外，也包含了部分堿交代作用的貢獻(xiàn)(凌洪飛等，2005)。

(2)巖體鋁飽和指數(shù)較高(ASI)，分析的樣品中 Al2O3含量為 13.31% ～14.31%，平均值為13.79%，樣品中除了XZ09的A/CNK值較低外(接近于1)，其余樣品的A/CNK值均接近或大于1.1(A/CNK=1.07～1.21)，如表1，巖體應(yīng)屬于弱過(guò)鋁質(zhì)至強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)范疇，在A/NK-A/CNK圖解上， 所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)均位于亞堿性過(guò)鋁質(zhì)范圍內(nèi)(圖4)。

表1 下莊花崗巖體主量元素化學(xué)成分組成Tab.1 Major element composition of Xiazhuang granite %

3 巖體原巖組成、構(gòu)造環(huán)境及與鈾成礦的關(guān)系

3.1 下莊巖體成因

張成江(1991)通過(guò)巖石組合、礦物學(xué)特征及巖石化學(xué)特點(diǎn)分析，認(rèn)為下莊巖體具有 S型花崗巖特征，李建紅等(2004)曾對(duì)貴東巖體進(jìn)行了成因的分析，在ACF圖解上，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均位于S型范圍內(nèi)，具有S型花崗巖的特征，孫濤等(2003)通過(guò)同位素較低的 εNd(t)值(－10.8)、高的(87Sr/86Sr)i值(0.717 38)和古老的Nd模式年齡(1 869 Ma)等特征，認(rèn)為該巖體屬于典型的殼源型花崗巖。吳烈勤等(2005)通過(guò)Ba，Sr等元素分析，認(rèn)為巖體可能是殼源物質(zhì)低程度部分熔融的產(chǎn)物，巖體高的鈾含量為15.84×10－6～26.92×10－6，平均為20.17×10－6，比中國(guó)東部上地殼的平均值1.5×10－6(高山等，1999)高10～18倍，從而可為區(qū)域內(nèi)鈾礦化的富集提供豐富的鈾源。

本文對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)在K2O-Na2O圖解上進(jìn)行投影，發(fā)現(xiàn)樣品大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)均屬于S型花崗巖范疇，但有少部分點(diǎn)位于A型花崗巖范圍內(nèi)，這也與野外觀察到巖體中部分富含堿性條紋長(zhǎng)石的現(xiàn)象所對(duì)應(yīng)，而King等(1997)認(rèn)為鋁質(zhì)A型花崗巖不應(yīng)與堿性花崗巖歸為一類，兩者有不同的地球化學(xué)特征，并有不同成因，其中鋁質(zhì)A型花崗巖起源于正常水含量的長(zhǎng)英質(zhì)下地殼的部分熔融，而堿性花崗巖則為相對(duì)“干”的幔源鎂鐵質(zhì)巖漿分異的產(chǎn)物。因此，從元素分析來(lái)看，下莊巖體部分具有鋁質(zhì)A型花崗巖的特征(圖5)，同樣，本文利用ACF圖解對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果所有樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)均位于S型花崗巖的范疇內(nèi)(圖6)，這也與前人的結(jié)論較一致，與此同時(shí)，本文也對(duì)巖體的原巖進(jìn)行了恢復(fù)，采用A/MF-C/MF元素比值對(duì)比分析，可知巖體原巖可能為變質(zhì)泥巖與變質(zhì)砂巖部分熔融共同作用的產(chǎn)物(圖解略)，由以上分析可知，下莊巖體屬于典型的S型花崗巖，部分帶有鋁質(zhì)A型花崗巖的特征，原巖可能為變質(zhì)泥巖與變質(zhì)砂巖部分熔融的產(chǎn)物。

圖5 Na2O-K2O圖解(Collins，1982)Fig.5 The Na2O-K2O discrimination diagram

3.2 巖體構(gòu)造環(huán)境與鈾成礦關(guān)系

成礦地球動(dòng)力學(xué)研究是富大鈾礦床研究的基點(diǎn)，它直接探討板塊之間及圈層之間的相互關(guān)系，任紀(jì)舜等(1999)、徐夕生等(2003)認(rèn)為華南的印支運(yùn)動(dòng)及南嶺地區(qū)印支—燕山早期東西向花崗巖的分布可能與印度板塊向歐亞板塊俯沖致使古特提斯洋的消減、閉合有關(guān)，而從晚侏羅世—早白堊世開始，華南構(gòu)造-巖漿作用受控于太平洋動(dòng)力體系。許靖華等(1987)認(rèn)為，華南是三疊紀(jì)印支運(yùn)動(dòng)形成的碰撞造山帶，而南嶺地區(qū)既是華南印支期、燕山期花崗巖發(fā)育的產(chǎn)地，又是與這些不同時(shí)期花崗巖密切相關(guān)的多金屬礦產(chǎn)基地，這其中南嶺貴東地區(qū)的鈾礦是其典型代表，富鈾的下莊巖體形成于(235.8±7.6)Ma，本文對(duì)其進(jìn)行了構(gòu)造環(huán)境判別分析，基本上所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)均落位于POG區(qū)域，屬于后造山花崗巖類范疇(圖7)。

圖6巖體ACF圖解Fig.6 ACF diagram of Xiazhuang granite

圖7 下莊巖體構(gòu)造環(huán)境判別圖解(Maniar et al.，1989)Fig.7 Tectonic setting discrimination diagrams of Xiazhuang granite

Sylvester(1998)指出后碰撞花崗巖是在地殼伸展、減薄環(huán)境下形成的，由于減壓和地幔上涌等因素的共同影響而發(fā)生深熔作用。Martin等(1997)提出后碰撞型或后造山型構(gòu)造環(huán)境的“后”是指其時(shí)間比碰撞要晚，但仍與碰撞作用有關(guān)系的構(gòu)造作用，后碰撞時(shí)期通常開始于一個(gè)陸內(nèi)環(huán)境，主海洋已關(guān)閉，但大陸塊體沿巨大剪切帶仍然有大量水平方向的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，后碰撞時(shí)期會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的或間歇性的伸展體制，構(gòu)造體制發(fā)生改變，由原來(lái)的擠壓構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘埖沫h(huán)境，產(chǎn)生各種類型的巖漿，如S型與A型的花崗巖，后碰撞花崗巖巖石化學(xué)特點(diǎn)主要是高鉀鈣堿性系列至堿性系列的巖石，強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)鉀玄巖系列的巖石，這些后碰撞或后造山構(gòu)造環(huán)境的巖石化學(xué)特征與本文分析的結(jié)果較一致。李建紅(2004)提出造山帶后碰撞引發(fā)的地殼重熔或同熔的花崗巖，其物質(zhì)成分以殼源物質(zhì)為主，含有大量的放射性物質(zhì)，放射性生成熱較高，為鈾成礦準(zhǔn)備了充足的鈾源和熱源，也是區(qū)域鈾成礦有利的構(gòu)造環(huán)境與物質(zhì)基礎(chǔ)。由以上分析可知，當(dāng)陸殼構(gòu)造體制由擠壓環(huán)境向拉張環(huán)境轉(zhuǎn)換時(shí)，使得深部的熱液流體(包括CO2，H2O，F(xiàn)－，Cl－等)運(yùn)移至地殼淺部，除了帶有深部的鈾元素外，也使得地殼淺部富鈾巖體的鈾源得以富集，形成早期的富鈾層位，伴隨晚期熱液活動(dòng)期次的頻繁，在巖體內(nèi)部形成硅質(zhì)脈型等鈾礦床，如下莊礦床，與鈾礦床同時(shí)形成的特征礦物有紫黑色的螢石及紅色的方解石，而在巖體與圍巖的接觸熱變質(zhì)部位還有變質(zhì)礦床出現(xiàn)，如新橋東礦床。

4 結(jié)論

粵北下莊巖體富硅、富堿，屬于過(guò)鋁質(zhì)(A/CNK=1.07～1.21)、高鉀鈣堿性巖石系列。通過(guò)對(duì)巖體成因類型的分析，下莊巖體具有典型的S型花崗巖特征，富鋁、w(K2O)/w(Na2O)＞1，部分帶有鋁質(zhì)A型花崗巖的特征，原巖可能為變質(zhì)泥巖與變質(zhì)砂巖部分熔融共同作用的產(chǎn)物。經(jīng)構(gòu)造環(huán)境判別分析，下莊巖體的構(gòu)造環(huán)境屬于后造山花崗巖類的范疇。在巖體形成時(shí)期(220 Ma)，構(gòu)造體制發(fā)生改變，由原來(lái)的擠壓構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘埖沫h(huán)境，后期伴隨著深部的熱液流體(包括CO2，H2O，F(xiàn)－，Cl－等)上升至地殼淺部，萃取熱液流體途經(jīng)的富鈾巖體，在地殼淺部形成鈾礦床，可以說(shuō)，巖體的原巖為鈾礦化提供了豐富的鈾源，巖體形成時(shí)所處構(gòu)造環(huán)境為早期鈾成礦提供了運(yùn)移通道和賦存空間。

致謝:本次研究得到了廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì)張振奮副總工程師及黃宏坤工程師的大力支持，元素分析得到了湖北地礦局巖礦測(cè)試分析中心夏燦工程師的幫助，再此一并表示感謝!

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Discussion on the Petrochemistry Characteristics and Uranium Deposit of Xiazhuang Pluton in Northern Guangdong Province

WU Ji-guang
(Geological Party No.293，Guangdong Geologic Bureau of Nuclear Industry，Guangzhou，GD 510800，China)

The element characteristic of Indo-Chinese epoch Xiazhuang granite is rich in silicon(SiO2=69.13%～73.39%)，alkalis(K2O+Na2O=7.49%～8.69%)，the ASI=1.01～1.21 and ratio of w(K2O)/w(Na2O)＞1，Xiazhuang pluton is belong to high potassium calcium-alkaline and aluminous series rocks.It shows that the pluton is typical S-type granite，little part is A-type granite character.Under the extension tectonic setting of lithosphere，the Xiazhuang pluton is partial melting product that making up metamorphic mud and sandstone together.By analysing the tectonic setting，the pluton is belong to post-collision granite that original rock provide abundant of uranium content for granite and the tectonic setting of forming provide the moving channels and occurrence space for uranium deposit.

Xiazhuang pluton;pluton genetic;tectonic setting;uranium mineralize;metallogenic condition

P584;P619.14

A

1674-3504(2011)03-209-06

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.03.002

2011-03-07

中央地勘基金項(xiàng)目(2009441002)

吳繼光(1981—)，男，助理工程師，碩士研究生，主要從事鈾礦地質(zhì)研究與找礦工作。E-mail:bobwjg@163.com