上杭盆地流紋巖地球化學(xué)特征及鈾成礦關(guān)系

林 坤， 李海東， 吳烈勤， 王 志， 吳建勇

(核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關(guān) 512029)

上杭盆地處于閩西南坳陷之西南段，北西向上杭—云霄斷裂帶與北東向宣和復(fù)式背斜的復(fù)合部位，是一個形成于中生代期間的陸相走滑拉分盆地；盆地長軸呈北西向，形態(tài)近似菱形，長約25 km、寬約8 km；其北東和西南端分別受限于悅洋—古石背斷裂和梯子嶺斷裂(林東燕等，2011)。著名的紫金山特大型金銅礦床位于上杭盆地北緣，其中Au金屬量達305 t，Cu金屬量已超過2×106t(高天鈞，1998；陳景河，1999；張德全等，2003；王少懷等，2009)。

前人對華南火山巖進行較多研究(王正慶等，2013；鐘志菲等，2015；賈偉等，2017)，同時在紫金山地區(qū)對紫金山復(fù)式花崗巖體進行了同位素年代學(xué)研究以及紫金山銅金礦田石帽山群下組火山巖鋯石U-Pb測年與白堊紀巖漿活動期次研究(周肅等，1996；張德全等，2001；毛建仁等，2002，2004；趙希林等，2007，2008；黃文婷等，2011；胡春杰等，2011；肖愛芳等，2012)。英安斑巖同位素年齡為(105.0±0.7)Ma、(105.0±2.2)Ma(胡春杰等，2011)，五龍子花崗巖U-Pb同位素年齡為(158.3±17.7)Ma(周肅等，1996)，石帽山群下組火山巖年齡分別為(113.0±1.9)Ma和(110.1±0.7) Ma(肖愛芳等，2012)。但對盆地內(nèi)出露的流紋巖研究較少，上杭盆地現(xiàn)已查明古石背鈾礦床以及風云頭、章金、碧田等眾多鈾礦點，鈾成礦條件較好。筆者選擇上杭盆地古石背鈾礦床外圍石帽山群流紋巖作為研究對象，選取新鮮的巖石樣品進行主微量元素測試，分析巖石主微量元素含量及計算相關(guān)元素比值等，探討巖石地球化學(xué)特征，繼而判別巖石成因、形成的大地構(gòu)造環(huán)境，并研究其與鈾成礦的關(guān)系。

1 地質(zhì)概況

上杭盆地內(nèi)火山活動主要發(fā)生在早白堊世，先后經(jīng)歷了多次火山作用，區(qū)域內(nèi)火山巖主要為早白堊世石帽山群(K1sh)，巖性為流紋巖、英安巖、火山碎屑巖等，另外在石炭系及晚侏羅系中也發(fā)現(xiàn)有火山活動痕跡。

區(qū)內(nèi)火山巖嚴格受構(gòu)造控制，火山巖整體呈NW向帶狀分布?；鹕絿姲l(fā)作用以裂隙式為主，次為中心式?；顒有问揭詫庫o噴溢為主，其次為超淺成侵入活動和強度不大的噴發(fā)活動，形成一套以安山巖、流紋巖為主的熔巖和凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖、凝灰質(zhì)砂巖為特征的火山碎屑巖，廣泛分布于盆地中部和東部(圖1)。

根據(jù)不同的巖性組合特征，將石帽山群劃分為上下兩個階段：

石帽山群下段(K1sha)：為一套中性巖漿溢出形成的紫紅色安山巖、角閃安山巖、角礫狀安山巖和其后噴發(fā)—沉積形成的含安山質(zhì)成分較高的安山質(zhì)礫巖、砂巖、粉砂巖，厚度大于700 m，與下伏地層呈噴發(fā)不整合接觸。

石帽山群上段(K1shb)：為一套酸性巖漿溢出形成的熔巖和其后噴發(fā)—沉積形成的火山碎屑巖，是區(qū)內(nèi)鈾礦的主要含礦巖性。本次主要采集該地層的流紋巖樣品作為研究對象。

2 樣品采集與分析

樣品采于古石背鈾礦床外圍(圖1)，無后期熱液活動的流紋巖，并經(jīng)過手標本粗選和薄片鑒定。主要挑選10件樣品進行主量元素、微量元素、稀土元素分析；所有樣品分析工作在核工業(yè)二九〇研究所分析測試中心完成，主量元素分析采用濕化學(xué)法，測試精度高于1%；微量、稀土元素測試在Finnigan Ele-mentⅡ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)上完成，檢測限低于0.5×10-9，相對標準差低于5%。主量、微量及稀土元素分析結(jié)果列于表1。

表1 石帽山群流紋巖樣品主量、微量和稀土元素分析結(jié)果

續(xù)表

3 巖相學(xué)特征

流紋巖多呈灰白色略帶淺肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶由長石、黑云母、石英等組成，基質(zhì)為隱晶長英質(zhì)，多呈隱晶—微晶結(jié)構(gòu)。

在顯微鏡下可見斑狀結(jié)構(gòu)(圖2)，斑晶約占10%，主要成分為鉀長石(5%)、石英(3%)、黑云母(2%)。鉀長石，板柱狀，部分呈聚斑狀，可見卡斯巴雙晶，部分長石絹云母化，只可見長石晶形；石英，粒狀，可見明顯的溶蝕現(xiàn)象；黑云母，片狀，全部暗化成黑色不透明狀，只見晶形。基質(zhì)為顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，由長英質(zhì)組成。

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

從表1可以看出，上杭盆地石帽山群流紋巖具有高硅、富堿、富鋁的特征。SiO2含量為74.26%～81.55%，平均值76.76%；Al2O3含量為9.10%～13.97%，平均值11.76%；巖石全堿含量較高，變化不大。TiO2含量為0.15%～0.26%，平均值0.21%；TFe2O3含量為1.29%～2.95%，平均值2.19%；MgO含量為0.23%～0.65%，平均值0.40%；CaO含量為0.16%～0.67%，平均值0.25%；這與酸性流紋巖中Mg、Fe、Ca組分較低的普遍規(guī)律相一致。

巖石里特曼指數(shù)δ值為1.04～2.21，平均值為1.58，在標準礦物中剛玉分子含量為1.12～4.96，平均值為3.26，固結(jié)指數(shù)為2.96～5.40，平均為4.02，反映出殼源巖漿的特征。在TAS圖解(Le et al.， 1986)中，所有樣品均落在亞堿性系列流紋巖范圍內(nèi)(圖3)；在A/CNK-A/NK圖解(Maniar et al.， 1989)中，所有樣品均落在過鋁質(zhì)范圍內(nèi)(圖4)。因此，該套火山巖為亞堿性系列鈣堿性過鋁質(zhì)流紋巖。

4.2 稀土元素

上杭盆地石帽山群流紋巖總稀土元素含量∑REE=(129.03～193.84)×10-6，平均值為163.22×10-6，較酸性巖的平均豐度288×10-6(王中剛等，1989)而言，具有低的稀土總量。輕稀土總量∑LREE=(120.03～183.64)×10-6，重稀土總量∑HREE=(8.48～13.28)×10-6，LREE/HREE=13.22～18.00，平均值為15.47；(La/Yb)N=17.59～26.68，平均值為21.93，表現(xiàn)為輕重稀土元素分異明顯，強烈富集輕稀土，相對虧損重稀土元素；反映源區(qū)地殼成熟度較高(熊興國等，2006)。

δEu值為0.53～0.88，平均值為0.67，表現(xiàn)出明顯的負異常；反映出該流紋巖為地殼物質(zhì)經(jīng)不同程度部分熔融的產(chǎn)物；稀土元素標準化配分曲線為明顯右傾的V型分布模式(圖5)，與上地殼稀土元素具有相似的配分曲線(Rudnick et al.， 2003)，表明其可能源于地殼物質(zhì)經(jīng)局部熔融而形成的巖漿系列(劉一鳴等，2014)。

4.3 微量元素

從微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖可以看出，研究區(qū)所有流紋巖微量元素配分曲線具有高度一致性，均表現(xiàn)出向右傾斜的分布模式(圖6)。樣品中富集U、Th、Zr、Hf等高場強元素，虧損Ba、P、Sr等大離子元素。強烈富集Rb、Th、Nd、K，明顯虧損Ba，強烈虧損Sr、Ti、P，這與經(jīng)地殼部分熔融形成的流紋巖類似，因此也可反映出該區(qū)流紋巖為地殼部分熔融的產(chǎn)物。

5 討論

5.1 巖石成因類型

樣品主量元素特征顯示，該套火山巖應(yīng)屬于亞堿性系列鈣堿性過鋁質(zhì)流紋巖。在1000Ga/Al-Zr圖解中(圖7)，樣品均落于I型和S型區(qū)域內(nèi)。在Zr-SiO2圖解上，樣品均投在S型花崗巖區(qū)域內(nèi)(圖8)，具有S型花崗巖的特征。

5.2 巖漿源區(qū)討論

眾多研究表明，流紋巖主要有兩種成因：一種形成于幔源基性巖漿經(jīng)歷廣泛結(jié)晶分異和同化混染作用(Pin et al.，1997;王銀喜等，2006)；另一種形成于因幔源巖漿的熱量促使地殼物質(zhì)脫水發(fā)生重熔作用(Roberts et al.，1993; Gufanti et al.，1996)。

上杭盆地石帽山群流紋巖具有以下特征：①流紋巖均具有較高的Th含量(平均值為20.12×10-6)，暗示物質(zhì)來源與地殼有關(guān)(Sun et al.， 1989)；②在Rb/Y-Nb/Y判別圖解上，樣品均落于平均上地殼線的下方(圖9)，表明其為地殼巖漿來源，屬地殼部分熔融成因(Allegre et al.， 1978)。

綜上所述，可以認為上杭盆地石帽山群流紋巖是地殼部分熔融形成的產(chǎn)物。此外，所有分析樣品都表現(xiàn)出較低的Ni(平均值為1.47×10-6)和Cr(平均值為15×10-6)值，表明在流紋巖形成過程僅有少量或無幔源物質(zhì)混入(鄧晉福，1987)。

5.3 構(gòu)造環(huán)境

石帽山群流紋巖以相對富集Rb、Th、K，虧損Ba、Sr、P和Ti等為特征，類似于后碰撞花崗巖的特點。在(Y+Nb)-Rb構(gòu)造判別圖解上，流紋巖樣品均位于后碰撞區(qū)范圍(圖10)，在SiO2-TFe2O3/(TFe2O3+MgO)判別圖解上，所有樣品均位于后造山范圍內(nèi)(圖11)。表明盆地內(nèi)石帽山群流紋巖巖漿活動很可能形成于后碰撞的構(gòu)造環(huán)境中。

5.4 鈾成礦探討

區(qū)內(nèi)鈾礦化產(chǎn)出嚴格受巖漿巖、構(gòu)造、蝕變等多重控制。其中巖漿巖是基礎(chǔ)，為鈾礦形成提供重要物質(zhì)來源；構(gòu)造是主導(dǎo)，為含礦熱液的運移及鈾富集沉淀提供有利空間；熱液活動是成礦的關(guān)鍵。

(1)鈾源的形成。眾多研究表明，華南中生代火山巖漿主要以地殼物質(zhì)的部分熔融為主。上杭盆地流紋巖形成過程中，原始巖漿先沿通道上升到巖漿房，而后繼續(xù)往地殼淺部運移，發(fā)生爆發(fā)、噴溢及侵入作用；在巖漿上升侵位的成巖作用過程，同時伴隨著發(fā)生包括富鈾地層在內(nèi)的陸殼物質(zhì)混染及巖漿結(jié)晶分異作用，因此流紋巖的成巖過程也是成礦物質(zhì)的富集過程。

(2)鈾的活化轉(zhuǎn)移。火山巖漿期后熱液系統(tǒng)，特別是酸性火山巖漿期后熱液的演化過程往往也是鈾成礦流體演化過程的一部分。鈾是不相容元素，因此容易在巖漿演化最后階段中富集，導(dǎo)致酸性巖漿期后熱液中富含成礦元素鈾，同時受垂向火山機構(gòu)控制的巖漿期后汽水熱液易于與巖石發(fā)生水-巖相互作用，促使巖石中成礦元素的活化和遷移，加之幔源CO2等礦化劑組分作用，加速了圍巖中鈾元素的活化遷移的速度和程度，有利于鈾成礦。

(3)鈾的富集成礦。區(qū)內(nèi)火山巖漿以酸性巖漿為主，是偏堿富鉀，含有F、H2S、CO2和U。富含成礦物質(zhì)和成礦劑的酸性巖漿殘余溶液在運移過程中吸取酸性巖層的活性鈾，使熱液中的鈾富集，并沿火山機構(gòu)、斷裂等通道到達淺部；當溫度和壓力降低，熱液變?yōu)槿跛嵝詶l件，鈾元素等組份在有利部位成礦。

6 結(jié)論

(1)上杭盆地石帽山群流紋巖具有高硅(SiO2=74.26%～81.55%)、富堿(Na2O+K2O=6.23%～8.56%)、富鋁(Al2O3=9.10%～13.97%)，屬鈣堿性過鋁質(zhì)流紋巖；富集輕稀土元素，輕重稀土元素分餾較強(LREE/HREE=13.22～18.00)。

(2)綜合表明，該流紋巖是幔源基性巖漿底侵導(dǎo)致地殼物質(zhì)脫水發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物；形成于后碰撞的大地構(gòu)造環(huán)境；流紋巖可能是在陸陸碰撞導(dǎo)致地殼不斷增厚的背景下，地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。

(3)酸性流紋巖的形成伴隨著火山的噴發(fā)噴溢過程，即帶來鈾源，又提供熱液，促使本區(qū)鈾元素活化轉(zhuǎn)移，有利于富鈾火山巖漿的形成及鈾的富集成礦。