豆乍山產(chǎn)鈾花崗巖中暗色殘留體特征及其成因

方適宜，范立亭，陶志軍，劉飛宇

(核工業(yè)230研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

豆乍山產(chǎn)鈾花崗巖中暗色殘留體特征及其成因

方適宜，范立亭，陶志軍，劉飛宇

(核工業(yè)230研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

巖石的宏觀微觀特征、巖石化學(xué)、微量元素及同位素地球化學(xué)示蹤研究表明，豆乍山中細(xì)?；◢弾r與包裹在其中的暗色巖塊具有一致的鋯石鈾鉛同位素年齡，排除了暗色巖塊源自于深部變質(zhì)巖殘留體或淺部圍巖捕虜體的可能性；而它們的巖石化學(xué)、微量元素及釤釹同位素特征，也排除了暗色巖塊為花崗巖漿結(jié)晶析離堆積體的可能性。因此，豆乍山花崗巖中的暗色巖塊應(yīng)是中基性巖漿與花崗質(zhì)巖漿相互混融的殘留原漿結(jié)晶體。該中基性巖漿是巖石圈地幔熔融、地殼混融和分離結(jié)晶作用的綜合產(chǎn)物，亦不排除存在軟流圈地幔巖漿的直接參與。由此推斷，沙子江-瓜里地區(qū)是中基性巖漿與花崗質(zhì)熔漿注入并發(fā)生混合作用的中心區(qū)，它控制了豆乍山巖體乃至整個(gè)苗兒山鈾礦田的成巖和鈾成礦。

暗色殘留原漿結(jié)晶體；不完全混融、殼-幔相互作用；產(chǎn)鈾花崗巖

1 大地構(gòu)造特征

豆乍山花崗巖是廣西苗兒山鈾礦田的產(chǎn)鈾巖體之一。在大地構(gòu)造位置上，研究區(qū)位于揚(yáng)子地塊與華南加里東造山帶過(guò)渡的江南臺(tái)隆西段[1]，武陵山-苗兒山重力異常梯度帶與南嶺重力異常梯度帶的交匯部位，NNE向安化-城步巖石圈走滑斷裂東側(cè)的苗兒山-越城嶺花崗巖穹隆構(gòu)造區(qū)(圖1)。

2 產(chǎn)鈾花崗巖中的暗色殘留體特征

2.1 中基性巖漿與花崗質(zhì)巖漿相互混融的殘留證據(jù)

野外地質(zhì)調(diào)查觀察表明，豆乍山印支期產(chǎn)鈾花崗巖中的暗色殘留體主要出露于沙子江-瓜里地區(qū)，其規(guī)模大多數(shù)在數(shù)厘米到數(shù)十厘米之間，大者可達(dá)數(shù)米。豆乍山巖體內(nèi)中細(xì)?；◢弾r與暗色殘留體之間的接觸關(guān)系為漸變過(guò)渡型(圖2a)，反映了兩種巖漿之間不同程度的物質(zhì)交換。暗色殘留體的空間分布與鉀長(zhǎng)石斑晶同具定向性，暗色殘留體中亦有由定向排列的鉀長(zhǎng)石斑晶組成的流動(dòng)構(gòu)造和呈球狀分布且具裂紋構(gòu)造的鉀長(zhǎng)石巨晶(圖2b)。這些特征反映了殘留體與鉀長(zhǎng)石斑晶一起隨花崗質(zhì)巖漿流動(dòng)而運(yùn)移過(guò)。在小尺度范圍內(nèi)，殘留體形狀為渾圓狀、橢球狀、卵狀(圖2c)及各種不規(guī)則的拉長(zhǎng)狀。兩者接觸界線往往成舌狀、不規(guī)側(cè)狀或彌散狀漸變過(guò)渡，圍繞不規(guī)則的殘留體可見(jiàn)細(xì)粒淬冷邊及暗灰色冷凝邊。殘留體的顏色無(wú)一例外的比花崗巖深，粒度比花崗巖細(xì)，反映暗色殘留體比花崗巖巖漿更偏基性，過(guò)冷度更大。在暗色殘留體周?chē)斑叢啃纬蓽\色鉀長(zhǎng)石斑晶富集帶或鉀長(zhǎng)石斑晶騎跨在中細(xì)?；◢弾r與暗色殘留體之間，其形態(tài)和大小與花崗巖中的鉀長(zhǎng)石斑晶基本沒(méi)有差別，說(shuō)明這些斑晶從主巖漿遷移至殘留體熔漿中兩者均處于熔融或半熔融狀態(tài)，是偏基性熔漿在花崗質(zhì)熔漿中快速冷卻結(jié)晶和成核密度大的證據(jù)。在顯微鏡下暗色殘留體基質(zhì)中斜長(zhǎng)石和暗色礦物黑云母、角閃石、榍石、磷灰石等，為自形至半自形細(xì)粒結(jié)構(gòu)、顯微輝綠結(jié)構(gòu)，暗色礦物含量約占40%，有時(shí)具鈉長(zhǎng)石雙晶的斜長(zhǎng)石晶體呈定向排列并具震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，針狀磷灰石發(fā)育(圖2d)，主要形成于基質(zhì)的長(zhǎng)石、石英和黑云母中，而在長(zhǎng)石斑晶中幾乎見(jiàn)不到。

圖1 豆乍山花崗巖大地構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Tectonic location of Douzhashan granite pluton

圖2 豆乍山產(chǎn)鈾花崗巖暗色殘留體特征Fig.2 Features of dark residuals in Douzhashan pluton

以上宏、微觀特征表明，暗色殘留體是偏基性熔漿與酸性花崗質(zhì)熔漿混融的殘留原漿結(jié)晶體。

2.2 巖石化學(xué)、微量元素及同位素地球化學(xué)對(duì)暗色殘留體成因的示蹤研究

2.2.1豆乍山花崗巖與殘留體巖石化學(xué)特征

暗色殘留體與豆乍山巖體的巖石化學(xué)成分見(jiàn)表1。區(qū)內(nèi)豆乍山花崗巖具有高SiO2(74.67%～76.02%)、Al2O3(13.1%～13.92%)含量和高堿含量(Na2O+K2O為7.76%～8.19%，平均7.91%)且富K(K2O/Na2O為1.21～2.04，平均1.65)為特征，巖石的CaO(0.32%～0.9%)、P2O5(0.09%～0.17%)、MgO(0.13%～0.33%)含量偏低，在A/CNK-NK/A圖解上，數(shù)據(jù)點(diǎn)位于亞堿性鋁質(zhì)區(qū)域。區(qū)內(nèi)這種亞堿性花崗巖中暗色殘留體廣泛分布，而在加里東期苗兒山巖體及燕山期細(xì)粒花崗巖中均未發(fā)現(xiàn)暗色殘留體。從表1中可以看出，暗色殘留體的SiO2含量低于花崗巖，且富MgO、TiO2、FeO、P2O5，相對(duì)貧K2O及Na2O，Mg/(Mg+Fe)值與花崗巖相似。根據(jù)鏡下鑒定，雖然暗色殘留體為基性成分，但其斜長(zhǎng)石都是以中長(zhǎng)石、更長(zhǎng)石為主，屬于低鈣長(zhǎng)石，有時(shí)具高鈣斜長(zhǎng)石核；其斜長(zhǎng)石中的An含量和花崗巖相近。這些特點(diǎn)表明，暗色殘留體與花崗巖均具有巖漿成分，二者之間通過(guò)混合作用及雙擴(kuò)散作用發(fā)生過(guò)不同程度的物質(zhì)交換。

表1 豆乍山產(chǎn)鈾花崗巖與暗色殘留體巖石化學(xué)成分含量(wt%)對(duì)比表Table 1 Chemical composition (Wt %)of dark residuals and deposit occurring granite in Douzhashan area

注：樣品由核工業(yè)230研究所分析測(cè)試中心分析。

2.2.2微量元素及同位素地球化學(xué)對(duì)暗色殘 留體成因的示蹤作用

豆乍山花崗巖與暗色殘留體微量元素含量分析結(jié)果見(jiàn)表2，稀土元素含量見(jiàn)表3。

表2 豆乍山產(chǎn)鈾花崗巖與暗色殘留體微量元素含量(×10-6)對(duì)比表Table 2 Content (×10-6)of trace elements in dark residuals and uranium production granite in Douzhashan area

續(xù)表2

注：樣品由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院ICP-MS室分析。

表3 豆乍山產(chǎn)鈾花崗巖與暗色殘留體稀土元素含量(×10-6)對(duì)比表Table 3 Content (×10-6)of REE in dark residuals and uranium production Douzhashan granite pluton

注：樣品由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院ICP-MS室分析。

從表2、3中可以看出，暗色殘留體中明顯富集微量元素Co、Ni、Cu、Ti等，特別是Ti的富集為花崗巖的7倍以上；其稀土元素的La/Ce、Sm/Nd、Ce/Nd、Zr/Nb值與原始地幔十分接近，反映了其巖漿來(lái)源于上地幔源區(qū)?？傮w而言，暗色殘留體與花崗巖主元素和微量元素特征相似，顯示其趨向平衡；在部分熔融過(guò)程中，Yb的含量在兩者中十分接近，而Sr趨向于進(jìn)入花崗巖漿，表明發(fā)生了分離和擴(kuò)散作用。

暗色殘留體和花崗巖同位素特征是兩種原始巖漿發(fā)生混合作用的記錄。Sm、Nd同位素(表4)研究表明，雖然暗色殘留體Sm、Nd元素含量比花崗巖高，但147Sm/144Nd和143Nd/144Nd值卻大致相近。這從另一方面也提供了深部巖漿混合作用的證據(jù)。

表4 苗兒山地區(qū)產(chǎn)鈾花崗巖與暗色殘留體釤釹同位素特征對(duì)比表Table 4 Sm-Nd isotopic composition of dark residuals and uranium production granite in Miaoershan

續(xù)表4

注：樣品由國(guó)土資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心同位素地球化學(xué)研究室分析。

2.2.3LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年

本次研究中采用了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素方法對(duì)苗兒山地區(qū)豆乍山產(chǎn)鈾花崗巖中的暗色殘留體進(jìn)行定年研究。

將代表性樣品(編號(hào)為BT-08、BT-10，產(chǎn)于中細(xì)粒二云母花崗巖中的暗色殘留體)粉碎后經(jīng)淘洗、磁選和重液分選，在鏡下挑選出自形鋯石顆粒，再用環(huán)氧樹(shù)脂將鋯石顆粒固定在玻璃板上，拋光制成樣品靶，然后進(jìn)行透射、反射以及陰極發(fā)光圖像分析，檢查鋯石環(huán)帶和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選點(diǎn)進(jìn)行LA-ICP-MS的U-Pb定年測(cè)試。陰極發(fā)光圖像及鋯石LA-ICP-MS測(cè)年在南京大學(xué)殼幔演化與成礦作用研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)年采用的儀器型號(hào)為Agilent7500a，固體激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave 公司生產(chǎn)的UP213。分析時(shí)激光束斑直徑為30μm，激光脈沖重復(fù)頻率為5 Hz。ICP-MS的分析數(shù)據(jù)通過(guò)GLITTER4.0程序計(jì)算獲得同位素比值、年齡和誤差，普通鉛校正采用Andersen的方法進(jìn)行，校正后的結(jié)果用ISOPLOT 程序(Ver 2.49)(Ludwig，1991)完成年齡計(jì)算及諧和圖的繪制。

BT-08樣品共分析了20個(gè)測(cè)點(diǎn)，除兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的年齡偏大(測(cè)點(diǎn)BT8-18和BT8-20分別為609Ma和423Ma)外，BT8-15號(hào)點(diǎn)的207Pb/235U值過(guò)大(0.34967)，不參與平均年齡的計(jì)算及諧和圖的投影。從諧和圖(圖3)發(fā)現(xiàn)，17個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算的諧和年齡為209.8±3.0Ma(MSWD=3.8)。因此，鋯石年齡主要集中在210Ma。表明該巖石形成于晚印支期。

圖3 豆乍山花崗巖中暗色殘留體BT-08樣品鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Concord diagram of U-Pb age for sample BT-08 from dark residual in Douzhashang granite pluton

BT-10樣品也分析了20個(gè)測(cè)點(diǎn)，將其中1個(gè)年齡過(guò)小(185Ma)的數(shù)據(jù)點(diǎn)(BT10-10)去掉，同樣得到了鋯石年齡的諧和圖(圖4)。

在剩余19個(gè)測(cè)點(diǎn)中，除BT10-01為離群值外，其余18個(gè)點(diǎn)給出的諧和年齡平均值為217.6±3.7Ma(MSWD=6.1)，也表明該巖石形成于晚印支期，與豆乍山主體花崗巖形成年齡一致。這說(shuō)明暗色殘留體為巖漿混合和殼-幔相互作用的產(chǎn)物。

圖4 豆乍山花崗巖中暗色殘留體BT-10樣品鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Concord diagram of U-Pb age for sample BT-10from dark residual in Douzhashang granite pluton

3 暗色殘留體形成機(jī)理與成因探討

暗色殘留體也有文獻(xiàn)稱其為鎂鐵質(zhì)包體(Mafic Microgranular Enclave)，即俗稱的暗色包體。它是花崗巖類侵入體中最豐富的包體類型，其重要特征是具有巖漿結(jié)構(gòu)，是巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物[2]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的大量研究工作表明[3，4]，對(duì)于花崗巖中的暗色殘留體，巖漿混合理論是最重要和最有說(shuō)服力的一種成因模式。研究巖漿混合作用就是揭示殼-幔相互作用過(guò)程[4]。豆乍山產(chǎn)鈾花崗巖無(wú)論是地表露頭或深部鉆孔巖石中，均發(fā)現(xiàn)存在暗色殘留體，為這一認(rèn)識(shí)提供了大量信息。

從本區(qū)暗色殘留體與花崗巖的宏觀特征、巖石化學(xué)、微量元素及同位素地球化學(xué)示蹤研究表明，豆乍山巖體內(nèi)中細(xì)?；◢弾r與暗色殘留體鋯石鈾鉛同位素年齡的一致性，排除了暗色殘留體來(lái)源于深部變質(zhì)巖或淺部圍巖捕虜體的可能性，而它們?cè)趲r石化學(xué)、微量元素及釤釹同位素特征上的明顯差別又排除了同源析離體堆積的可能性，暗色殘留體比花崗巖小得多的顆粒度也是否定同源說(shuō)或堆積說(shuō)的關(guān)鍵依據(jù)。上述特征，充分顯示了豆乍山花崗巖中暗色殘留體是中基性巖漿與花崗質(zhì)巖漿相互混融時(shí)不完全混合的殘留，暗色殘留體熔漿主要是巖石圈地幔熔融、地殼混染的綜合產(chǎn)物[5]。當(dāng)然亦不排除軟流圈地幔巖漿直接參與的可能性。沙子江-瓜里地區(qū)很可能是偏基性巖漿與酸性巖漿發(fā)生混融的一個(gè)重要注入中心，這對(duì)整個(gè)苗兒山鈾礦田、特別是豆乍山巖體的成巖成礦起到了至關(guān)重要的作用。

[1]方適宜.華南元古宙變質(zhì)基底構(gòu)造演化與區(qū)域鈾成礦作用[J].安徽地質(zhì)，1994，4(1-2)：49-57.

[2]洪大衛(wèi).花崗巖研究的最新進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].地學(xué)前緣，1994，1(1-2)：79-86.

[3]王德滋.周新民，徐夕生，等.微?；◢弾r包體的成因[J].桂林冶金地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1992，12：235-241.

[4]馬昌前，王人鏡，邱家鑲.花崗質(zhì)巖漿起源和多次巖漿混合的標(biāo)志：包體，以北京周口店巖體為例[J].地質(zhì)論評(píng)，1992，38(2)：100-119.

[5] 朱金初，等.桂東北里松花崗巖中暗色包體的巖漿混合成因[J].地球化學(xué)，2006，35(5)：506-51.

CharacterandGenesisofDarkResidualinDouzhashanUraniumProductionGranitePluton

FANF Shi-yi，F(xiàn)AN Li-ting，TAO Zhi-jun，LIU Fei-yu

(ResearchInstituteNo.203,CNNC,Changsha,Hunan410007,China)

Study of the dark residual and granite in macro and micro feature，petrochemistry, trace elements and isotopic trace shew that the residual and granite have the same U-Pb concord age which exclude the possibility that the dark residual derived from the metamorphic rock in the deep or the xenolith of wallrocks, while the character of trace element and Sm and Nd isotopes excluded the possibility that the dark residual was the dialyse accumulation.Therefore, the dark residual block in Douzhashan granite should be the cristalized block of mixed magma residual of midlle-base magma and granite.The middle-base magma should be the comprehensive products of lithosphere mantle rock melting, mixed crustal melting and the isolation of cristalization and also the participation of asthenosphere magma.Thus lead to that Shazijiang-Guanli area was the center of middle-base and granite magma intrusion and mixing which controlled the lithification and uranium mineralization of Douzhashan pluton and even the whole Miaoershan complex orefield.

cristalized block of residual magma；incomplete mix melting；inter-action of crustal and mantle；uranium production pluton

核能開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“桂北地區(qū)鈾礦深部定位預(yù)測(cè)技術(shù)研究”資助。

2013-09-25 [改回日期]2013-10-08

方適宜(1952—)，男，高級(jí)工程師(研究員級(jí))，1977年畢業(yè)于中南礦冶學(xué)院，長(zhǎng)期從事鈾礦地質(zhì)科研。E-mail：fsy_230@163.com

1000-0658(2014)04-0212-07

P581

A