贛南桃山復(fù)式巖體的鋯石U-Pb年代學(xué)及其產(chǎn)鈾性探討

田澤瑾，陳振宇，王登紅，陳鄭輝，黃 凡，趙 正，侯可軍

(1．中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2．國土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

華南花崗巖型鈾礦在我國鈾礦資源勘查和發(fā)展戰(zhàn)略中占有重要的地位[1]，桃山鈾礦田就是華南花崗巖型鈾礦的典型代表，它位于華南鈾礦省桃山—諸廣山鈾礦成礦帶的北端，產(chǎn)于贛南桃山復(fù)式花崗巖體內(nèi)部。前人對(duì)桃山鈾礦田及其巖漿活動(dòng)的研究已有半個(gè)世紀(jì)的歷史，對(duì)桃山復(fù)式巖體中各巖體的巖石學(xué)、年代學(xué)和同位素地球化學(xué)以及鈾礦地質(zhì)學(xué)等均有研究。寶華山巖體(也稱蔡江巖體)和黃陂巖體是桃山復(fù)式巖體中面積最大的兩個(gè)，前人測得寶華山巖體的形成時(shí)代為印支期[2-3]，而近年來華南印支期花崗巖被認(rèn)為是花崗巖型鈾礦的最主要鈾源體，比燕山期花崗巖更具有產(chǎn)鈾的專屬性[4]，但目前寶華山巖體內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)個(gè)別鈾礦床[2]，其是否還具有更大的產(chǎn)鈾潛力仍值得研究。野外地質(zhì)觀察表明，不產(chǎn)鈾的黃陂巖體被產(chǎn)鈾的打鼓寨巖體侵入，但Zhao等[5]測得兩者的鋯石U-Pb年齡均為(154±2) Ma，這與其野外侵入先后關(guān)系不符。因此，對(duì)于寶華山巖體和黃陂巖體的確切形成時(shí)代和產(chǎn)鈾性還有待于進(jìn)一步研究。

為驗(yàn)證寶華山巖體和黃陂巖體的確切形成時(shí)代和產(chǎn)鈾性，本文運(yùn)用更高精度的激光剝蝕-多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜法(LA-MC-ICPMS)重新測定了寶華山巖體和黃陂巖體的鋯石U-Pb年齡，結(jié)合前人的研究結(jié)果，討論了桃山復(fù)式花崗巖體的巖漿演化特點(diǎn)及其動(dòng)力學(xué)背景，以及花崗巖成因類型與產(chǎn)鈾性的關(guān)系。

1 地質(zhì)特征

桃山復(fù)式花崗巖體位于江西省寧都縣境內(nèi)，地處華南鈾礦省桃山—諸廣山鈾礦成礦帶的北端，出露面積達(dá)1000 km2。區(qū)域構(gòu)造上處于NNE向鷹潭—安遠(yuǎn)深斷裂與NE向大余—南城兩個(gè)深大斷裂帶夾持區(qū)，以斷層為邊界還分布有晚白堊紀(jì)-第三紀(jì)礫巖、砂巖和頁巖的斷陷紅盆。巖體整體侵入到一套震旦-寒武系的淺變質(zhì)巖系里，主要是由印支期巖體和燕山期巖體組成[2,5]。桃山復(fù)式巖體主要呈環(huán)帶狀展布(圖1)，可以根據(jù)巖相的不同將復(fù)式巖體劃分為幾個(gè)單元[5]：最外圍的西南部分是寶華山巖體，巖性為中粗粒斑狀黑云母花崗巖，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，產(chǎn)有個(gè)別鈾礦床；往中部是桃山復(fù)式巖體的主體——黃陂巖體，呈巖基產(chǎn)出，巖性為中粗粒黑云母花崗巖；復(fù)式巖體的中心是主要的產(chǎn)鈾巖體——打鼓寨巖體，侵入于黃陂巖體，巖性為中粒二云母花崗巖，絕大多數(shù)的鈾礦床(6217鈾礦)產(chǎn)自這個(gè)巖體；在打鼓寨巖體的西北側(cè)是羅布里巖體(中粒二長花崗巖)，侵入于打鼓寨巖體；還有分散在黃陂巖體中的晚燕山期的細(xì)粒黑云母花崗巖小巖體，如菜山巖體，這類巖體一般產(chǎn)出面積較小。

本文采集的樣品是桃山復(fù)式巖體西南部的寶華山巖體和黃陂巖體，采樣位置見圖1，野外照片見圖2。寶華山巖體的采樣點(diǎn)風(fēng)化較嚴(yán)重，黃陂巖體的采樣點(diǎn)巖石較新鮮。

圖1 桃山復(fù)式花崗巖體地質(zhì)簡圖(修改自Zhao等[5],2011)

圖2 (a)寶華山巖體中粗粒斑狀黑云母花崗巖，采樣點(diǎn)風(fēng)化較嚴(yán)重；(b)黃陂巖體的中粗粒黑云母花崗巖，采樣點(diǎn)巖石較新鮮

2 巖體U-Pb定年分析

2.1 U-Pb定年分析方法

樣品前期處理：所采巖石樣品經(jīng)破碎，清洗，然后用陶盤進(jìn)行人工粗選，再用電磁儀和重液分離等方法精選，最后在雙目鏡下挑純，選得鋯石在1000粒以上。將鋯石置于環(huán)氧樹脂中，然后研磨拋光至約一半，使鋯石內(nèi)部暴露。在光學(xué)顯微鏡下對(duì)所有鋯石樣品進(jìn)行反射光和透射光觀察，然后進(jìn)行陰極發(fā)光和背散射電子圖像分析照相(此部分工作在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室完成)，分析電壓20 kV，電流10 nA。

鋯石U-Pb定年測試：在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所LA-MC-ICPMS實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石定年分析所用儀器為Finnigan Neptune型MC-ICPMS及與之配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。LA-MC-ICPMS激光剝蝕采樣采用單點(diǎn)剝蝕的方式，激光剝蝕所用斑束直徑為25 μm，頻率10 Hz，能量密度約25 J/cm2，以He為載氣。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序，鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)測試過程參見文獻(xiàn)[6]。

2.2 U-Pb定年分析結(jié)果

寶華山和黃陂巖體的LA-MC-ICPMS鋯石U-Pb測年結(jié)果列于表1。

表1 寶華山巖體(XGbhs1)和黃陂巖體(XGhp1)的LA-MC-ICPMS鋯石U-Pb分析結(jié)果

寶華山巖體的鋯石陰極發(fā)光和背散射電子圖像見圖3，鋯石U-Pb諧和圖和加權(quán)平均值見圖4。黃陂巖體的鋯石陰極發(fā)光和背散射電子圖像見圖5，鋯石U-Pb諧和圖和加權(quán)平均值見圖6。

圖3 寶華山巖體中鋯石的陰極發(fā)光和背散射電子圖像

圖4 寶華山巖體(XGbhs1)的LA-MC-ICPMS鋯石U-Pb諧和圖和加權(quán)平均值

圖5 黃陂巖體中鋯石的陰極發(fā)光和背散射電子圖像

圖6 黃陂巖體中細(xì)粒黑云母二長花崗巖(XGhp1)的LA-MC-ICPMS鋯石U-Pb諧和圖和加權(quán)平均值

2.2.1 寶華山巖體

寶華山巖體的鋯石多為自形晶，呈短柱狀，粒度在50～200 μm不等，長寬比為 1∶1～2∶1，鋯石陰極發(fā)光和背散射圖像(圖3)可見清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，應(yīng)為典型的巖漿結(jié)晶鋯石。該樣品共分析了16顆鋯石。由表1數(shù)據(jù)可知，U含量大多集中在281～1895 μg/g之間，個(gè)別分析點(diǎn)(XGbhs1-12)的U含量在3204 μg/g。Th含量在93～417 μg/g，鋯石Th/U比值在0.10～1.41，206Pb/238U年齡在228.0～232.5 Ma之間，非常集中。鋯石U-Pb年齡諧和圖(圖4)顯示，16個(gè)分析點(diǎn)均分布在諧和線上及其附近，206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為(229.98±0.98) Ma(MSWD=2.0)，代表了寶華山巖體的侵位年齡。

2.2.2 黃陂巖體

黃陂巖體鋯石的粒度在50～200 μm之間，長寬比也為1∶1～2∶1，從其陰極發(fā)光圖像和背散射圖像上(圖5)能看到較為明顯的韻律環(huán)帶，應(yīng)為巖漿結(jié)晶鋯石。該樣品共分析了20顆鋯石，由表1 數(shù)據(jù)可知，樣品鋯石的U含量為91～2549 μg/g，變化范圍較大；Th含量為16～2449 μg/g；鋯石Th/U比值在0.08～1.59，多數(shù)鋯石的Th/U比值大于0.4，指示其巖漿成因。其中16顆鋯石的206Pb/238U年齡在140.2～166.4 Ma之間，其中3個(gè)分析點(diǎn)(XGhp1-4、XGhp1-5、XGhp1-16)的諧和度較低，可能是由于不同程度的Pb丟失所致，在計(jì)算加權(quán)平均年齡時(shí)舍棄；另外13顆鋯石的206Pb/238U年齡均在156.3～166.4 Ma之間，都分布在諧和線上及其附近(圖6)，加權(quán)平均值為(160.9±2.4) Ma(MSWD=1.7)，代表了黃陂巖體的侵位年齡。另有4顆鋯石(XGhp1-18、XGhp1-13、XGhp1-20、XGhp1-8)的206Pb/238U年齡分別為1791.5 Ma、788.0 Ma、262.9 Ma和231.3 Ma，陰極發(fā)光環(huán)帶不清晰，所測部位是鋯石的殘留核或核邊交界，可能為黃陂巖體巖漿侵位過程中捕獲的繼承鋯石或混合鋯石。

3 桃山復(fù)式巖體的形成演化和產(chǎn)鈾性

3.1 桃山復(fù)式巖體的巖漿演化序列

對(duì)于桃山復(fù)式巖體的巖石學(xué)、同位素年代學(xué)和地球化學(xué)，前人已經(jīng)做了不少工作。結(jié)合前人和本文的研究結(jié)果，我們可以對(duì)桃山復(fù)式巖體中各花崗巖單元的演化序列作一總結(jié)(表2)：桃山巖體巖漿演化過程可分為五個(gè)期次：第一期次是印支期寶華山(蔡江)巖體，Min等[2]測得其K-Ar年齡為231 Ma，Zhao等[3]測得其鋯石U-Pb年齡為(228±2)Ma，和本文結(jié)果(229.98±0.98) Ma相同，巖石地球化學(xué)分析指示其為A型花崗巖[3]；第二期次為燕山早期黃陂巖體，巖石成因類型為I型花崗巖[5]，本文測得其鋯石U-Pb年齡為(161.9±2.4)Ma，而Zhao等[5]測得的黃陂巖體鋯石U-Pb年齡為(154±2) Ma；第三期次為燕山早期的打鼓寨巖體，巖石成因類型為S型花崗巖[6-7]，Zhao等[5]測得其鋯石U-Pb年齡為(154±2) Ma，與他們測得的黃陂巖體鋯石年齡相同，但Zhao等[5]又指出，野外觀察到的地質(zhì)現(xiàn)象是打鼓寨巖體侵入到黃陂巖體之中，因此，本文測得的黃陂巖體年齡略早于打鼓寨巖體年齡，更符合實(shí)際的地質(zhì)情況；第四期次為燕山晚期的羅布里巖體，巖石成因類型為I型花崗巖，該巖體的全巖Rb-Sr同位素年齡和單個(gè)鋯石U-Pb同位素年齡均為(146±7) Ma[6-7]；第五期次是侵入于黃陂巖體中的燕山晚期的小巖體，Min等[2]測得其全巖Rb-Sr同位素年齡為96 Ma，巖石成因類型為I型花崗巖。

表2 桃山復(fù)式巖體的花崗巖漿演化序列

桃山復(fù)式巖體是一個(gè)多期多階段多成因的復(fù)式巖體，這種主要由印支期和燕山期花崗巖復(fù)合的巖體同樣存在于南嶺其他地區(qū)，如粵北的貴東雜巖體[8]、湖南的溈山復(fù)式巖體[9]、贛南天堂寨巖體和龍?jiān)磯螏r體[10-11]、閩西南的古田—小陶花崗質(zhì)雜巖體[12]。這種復(fù)合可能是南嶺花崗巖的一個(gè)重要現(xiàn)象，但是像桃山巖體這樣不同單元包含了不同巖石成因類型(S型、I型和A型)的復(fù)式巖體可能還較少。

3.2 桃山復(fù)式巖體形成的構(gòu)造環(huán)境

近年來，華南有越來越多的印支期花崗巖被發(fā)現(xiàn)，表明華南印支期巖漿活動(dòng)的影響范圍遠(yuǎn)超過了前人的預(yù)期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，華南印支期花崗巖90%以上為過鋁質(zhì)I型或S型花崗巖[13]。一些研究認(rèn)為，華南印支期(年齡大致在250～205 Ma之間)花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)存在明顯的兩個(gè)階段，早期形成于同碰撞擠壓環(huán)境，晚期形成于后碰撞伸展環(huán)境，分界年齡在225～230 Ma之間[14-16]。

寶華山巖體的巖石地球化學(xué)研究指示其為A型花崗巖[3]，A型花崗巖和堿性巖漿巖形成于伸展拉張的構(gòu)造背景這一結(jié)論已得到大多數(shù)學(xué)者的認(rèn)可。近年來華南也有越來越多的印支期A型花崗巖被發(fā)現(xiàn)，而且其形成年齡在215～ 237 Ma之間[3,17-19]，跨越了印支早期和印支晚期兩個(gè)階段，加上武夷山地區(qū)兩個(gè)印支早期(分別為242 Ma和254 Ma)堿性正長巖的發(fā)現(xiàn)[20-21]，表明華南局部地區(qū)從印支早期開始就已經(jīng)進(jìn)入伸展拉張的構(gòu)造環(huán)境。這些A型花崗巖和堿性正長巖構(gòu)成了一條近垂直于古太平洋板塊俯沖方向的巖漿巖帶，它們與其他華南印支期S型和I型花崗巖主要受印支地塊與華南陸塊的后碰撞過程所控制不同，更可能是古太平洋板塊俯沖影響下的產(chǎn)物[3,18,21]。

燕山期是華南地區(qū)巖漿活動(dòng)和成礦作用最為強(qiáng)烈的時(shí)期。毛景文等[22]指出，華南地區(qū)燕山早期(150～170 Ma)和燕山晚期(90～100 Ma)各有一次成巖成礦的高峰期，兩期大規(guī)模成巖成礦作用均與華南和華北地塊后碰撞及太平洋板塊俯沖引起弧后多階段巖石圈伸展有關(guān)。桃山復(fù)式巖體中除印支期寶華山巖體外，其他單元的成巖年齡正好處于這兩個(gè)成巖成礦的高峰期中，其形成的構(gòu)造環(huán)境應(yīng)該也是與太平洋板塊俯沖有關(guān)的伸展拉張環(huán)境。

3.3 桃山復(fù)式巖體的產(chǎn)鈾性

統(tǒng)計(jì)研究表明，南嶺地區(qū)產(chǎn)鈾花崗巖的成因類型以過鋁質(zhì)的S型花崗巖為主，其內(nèi)產(chǎn)出的鈾礦床數(shù)約占華南花崗巖型鈾礦礦床總數(shù)的93%；其次是A型花崗巖，其內(nèi)產(chǎn)出的礦床約占總數(shù)的7%；I型花崗巖中僅有極少量的鈾礦點(diǎn)或礦化點(diǎn)[23-24]。桃山復(fù)式巖體中的鈾礦(6217鈾礦床)主要產(chǎn)于燕山早期的S型打鼓寨巖體中，印支期的A型寶華山巖體中只有個(gè)別鈾礦床產(chǎn)出，而I型的黃陂巖體、羅布里巖體及菜山巖體中則未發(fā)現(xiàn)鈾礦產(chǎn)出，這與整個(gè)南嶺地區(qū)產(chǎn)鈾巖體的成因類型特點(diǎn)一致。

大量研究表明，花崗巖型鈾礦的成礦物質(zhì)主要來源于花崗巖本身[23,25]，因此花崗巖富鈾，且能夠提供鈾是鈾成礦的重要條件，而這一條件與花崗巖的成因類型密切相關(guān)。S型花崗巖來源于基底變質(zhì)沉積巖的部分熔融，不但富含鈾，而且容易提供鈾，A型花崗巖次之，I型花崗巖最差，由此造成不同成因類型花崗巖產(chǎn)鈾能力的明顯差異，使得巖石成因類型成為控制花崗巖產(chǎn)鈾/不產(chǎn)鈾的重要因素[5,23,26-28]。雖然近年來的研究表明，華南印支期花崗巖可能比燕山期花崗巖與鈾礦的關(guān)系更為密切，是華南花崗巖型及部分火山巖型鈾礦床的主要鈾源巖[4]，但印支期寶華山巖體的成因類型為A型，其含鈾性和提供鈾的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如S型花崗巖，所以不具有產(chǎn)出大礦富礦的潛力。因此，今后對(duì)花崗巖產(chǎn)鈾/不產(chǎn)鈾的判別或花崗巖型鈾礦的找礦勘查，首先可以從花崗巖的成因類型判別入手，但對(duì)于花崗巖成因類型控制產(chǎn)鈾性的深層原因，還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語

本文利用LA-MC-ICPMS技術(shù)測得桃山復(fù)式巖體中的寶華山(蔡江)巖體的鋯石U-Pb年齡為(229.98±0.98) Ma，證實(shí)其形成時(shí)代為印支期；測得黃陂巖體的鋯石U-Pb年齡為(160.9±2.4) Ma，略早于侵入其中的打鼓寨巖體，更符合地質(zhì)事實(shí)。結(jié)合前人的研究，確定桃山復(fù)式巖體是一個(gè)主要由印支期和燕山期花崗巖復(fù)合而成的多期多階段多成因類型(包括S型、I型和A型)的復(fù)式巖體，印支期和燕山期花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境可能均與太平洋板塊俯沖造成的伸展拉伸環(huán)境有關(guān)。桃山鈾礦田主要產(chǎn)出在S型的燕山期打鼓寨巖體之中，其他燕山期的I型花崗巖不產(chǎn)鈾，而寶華山巖體(A型花崗巖)雖然形成于與華南花崗巖型鈾礦更有成巖時(shí)代專屬性的印支期，但其中只產(chǎn)出個(gè)別鈾礦床，這種現(xiàn)象可能與不同成因類型花崗巖的含鈾性和提供鈾源的能力差異有關(guān)。因此，巖石成因類型是控制花崗巖產(chǎn)鈾/不產(chǎn)鈾的重要因素，也可以作為找礦的重要參考因素。

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