烏克蘭地盾中部新烏克蘭卡花崗巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及成因

王永飛，李寶新，劉晨陽，曹 云，馬昌威

（四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610053）

新烏克蘭卡巖體出露于基洛沃格勒斷裂帶西側(cè)，50多年來在該巖體內(nèi)相繼發(fā)現(xiàn)米丘林、謝偉林、瓦杜津等20余處鈾礦床，成礦環(huán)境極其優(yōu)越。受經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響，目前烏克蘭多數(shù)鈾礦床勘探或開采工作停止，報(bào)道的研究工作多涉礦床內(nèi)巖體的年齡，而巖體的成因、構(gòu)造意義方面的研究不系統(tǒng)，相關(guān)研究工作進(jìn)展緩慢。

近幾十年的研究表明，新烏克蘭卡巖體是過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列A型花崗巖。A型花崗巖被公認(rèn)為非造山花崗巖，而是地殼早期熔融形成造山花崗巖后的耐熔殘留物質(zhì)再次熔融形成的［1］。近些年的研究工作發(fā)現(xiàn)，新烏克蘭卡巖群的侵入，可作為侵入于超變質(zhì)巖基底的組成部分，也是基洛沃格勒多金屬礦區(qū)的三種不同地球動力機(jī)制之一，用轉(zhuǎn)換地震法追索了巖體向下約15～20 km的深度［2］。筆者通過測定成礦區(qū)內(nèi)新烏克蘭花崗巖的精確年齡，利用地球化學(xué)特征，對其成因和形成的構(gòu)造背景進(jìn)行研究，對于研究該區(qū)礦床的動力學(xué)背景等方面具有重要的科學(xué)意義，也可為烏克蘭基洛沃格勒多金屬礦區(qū)動力機(jī)制研究提供支撐。

1 地質(zhì)背景

圖1 烏克蘭前寒武紀(jì)地盾地質(zhì)構(gòu)造及次級斷塊組成 （a）和地質(zhì)簡圖 （b）（據(jù)Michel Cuney，2012，有修改）Fig.1 Geological structure and secondary massif composition in Precambrian Ukraine shield （a） &geological sketch（b）（Modified after Michel Cuney， 2012）

烏克蘭地盾主要形成演化時(shí)間為3.65～1.65 Ga，由五個(gè)斷塊組成，被四個(gè)地殼尺度的韌性剪切帶所控制（圖1a）。鈉交代巖型鈾礦床主要位于中部基洛沃格勒斷塊（I）中部。而烏克蘭地盾前寒武紀(jì)花崗巖建造發(fā)育在東歐地臺元古宙構(gòu)造巖漿活化作用期，構(gòu)造演化與巖漿作用強(qiáng)烈［3-8］。新烏克蘭卡巖體位于地盾中部（圖1a），面積約3 500 km2，巖體呈不規(guī)則狀、近橢圓形，展布方向與基洛沃格勒斷裂帶平行（圖1b）。巖體侵入于因古爾-因古列茨單元地層中，巖性為鉀長花崗巖。

2 巖體巖石特征及時(shí)代

2.1 巖石特征

新烏克蘭卡巖體新鮮巖石為肉紅色，中-粗粒花崗結(jié)構(gòu)， 塊狀構(gòu)造 （圖2a），主要礦物為石英、鉀長石、斜長石和少量黑云母。石英呈他形-半自形粒狀，粒度0.2～0.5 mm，波狀消光，含量40%；鉀長石呈自形-半自形柱狀，粒度0.2～10 mm，個(gè)別達(dá)30 mm，輕度蝕變，具卡式雙晶，含量35%，鉀長石晶體中局部可見有小的石英、長石、黑云母（圖2b）；斜長石呈自形-半自形柱狀，粒度0.2～1 mm，具聚片雙晶，含量15%；黑云母呈自形-半自形片狀，粒度0.2～0.4 mm，含量10%。副礦物為磷灰石及不透明礦物。

2.2 巖體鋯石U-Pb年齡

樣品采自烏克蘭中部基洛沃格勒市西約40 km處。鋯石樣品挑選由廊坊巖拓地質(zhì)服務(wù)有限公司實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石陰極發(fā)光（CL）照相在北京中興美科科技有限公司Gatan MonoCL4電子探針儀上完成。LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定是在中核鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Nu Plasma II型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和Geolas 193準(zhǔn)分子固體激光器進(jìn)行。測試完成后，得到各同位素的強(qiáng)度，采用軟件ICPMSDataCal對結(jié)果進(jìn)行處理。

鋯石樣品多為無色透明-半透明，長柱狀，自形程度較好，粒徑一般在40～200 μm之間，個(gè)別為300 μm，長寬比值一般在1∶1～3∶1之間，少數(shù)達(dá)4∶1。CL圖像上顯示較為明顯的韻律環(huán)帶（圖3a）。所測鋯石的16個(gè)分析點(diǎn)的Th含量為 40×10-6～339×10-6，U含量為 39×10-6～1 336×10-6（表 1）， Th/U 值為0.04～1.52，相對較高，變化范圍大，與典型巖漿巖鋯石特征相似［7］。其中有4個(gè)206Pb/238U值較大的點(diǎn)：NK-1（2 136±11 Ma）、NK-3（2 272±25 Ma）、NK-4（2 263±32 Ma）和 NK-5（2 236±43 Ma），與烏克蘭基洛沃格勒（Ingul）地塊的變質(zhì)年齡（2.3～2.1 Ga）一致，推測是基洛沃格勒地塊圍巖中的老鋯石，代表了捕獲老鋯石的年齡信息。其余10個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U年齡介于2 067～1 989 Ma之間，數(shù)據(jù)點(diǎn)組成交點(diǎn)年齡2 001±5.2 Ma（MSWD＝0.63），與加權(quán)平均值為2 004±11 Ma（n＝10）一致（圖 3b、 c）， 代表了侵入巖的形成時(shí)代。

3 巖體地球化學(xué)特征

圖2 新烏克蘭卡鉀長花崗巖野外露頭（a）和正交偏光顯微（b）照片F(xiàn)ig.2 Field outcrops（a）and microphotographs of thin section （＋）（b）of K-feldspar granite in Novoukrainka

圖3 新烏克蘭卡巖體鋯石陰極發(fā)光圖像 （a）、鋯石U-Pb年齡諧和圖 （b）及206Pb/238U加權(quán)平均年齡 （c）Fig.3 Cathodoluminescence images （a）， U-Pb age concordia diagram （b） and206Pb/238U weighted average age（c） of zircon from Novoukrainka pluton

表1 新烏克蘭卡鉀長花崗巖 （NK）LA-ICP-MS單顆粒鋯石U-Pb定年分析結(jié)果Table1 The LA-ICP-MS simple grained zircon U-Pb data of Novoukrainsk （NK）K-feldspar granite

全巖主、微量元素分析分別在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室AB104L Axios-mAX型波長色散X射線熒光光譜儀、ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜儀上完成。分析方法參照 《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第29部分：稀土等22個(gè)元素量測定》（GB/T 14506.29—2010）和《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法 第30部分：44個(gè)元素量測定》（GB/T 14506.30—2010）兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。全巖元素分析結(jié)果見表2。

3.1 主量元素

花 崗 巖 總 體 高 硅 （SiO2＝69.96%～72.53%），富堿（ALK＝7.59%～9.04%）、 高 K2O/Na2O比值 （K2O/Na2O＝1.50～2.22）， 過鋁質(zhì)（A/CNK＝1.32～1.51），與典型 A型花崗巖一致。在侵入巖TAS圖解（圖4a）中樣品點(diǎn)落入花崗巖區(qū)，在A/CNK-A/NK圖解（圖4b）中落入過鋁質(zhì)區(qū)，SiO2-MALI圖上落在PeacockFe定義的鈣堿性系列（圖4c）。在SiO2-K2O圖解中，樣品落入鉀玄巖-高鉀鈣堿性系列范疇（圖 4d）。

3.2 稀土、微量元素

稀土元素總量高（∑REE）為321.01×10-6～375.59×10-6。樣品在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖上呈現(xiàn)出相似的右傾配分模式（圖 5a）， （La/Yb）N=9.39～36.64， 輕重稀土分異較明顯。為輕稀土（LREE）元素富集型，重稀土（HREE）元素相對虧損，∑LREE/∑HREE＝9.03～14.97， 負(fù) Eu異常明顯（δEu＝0.31～0.35）。

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖5b），花崗巖樣品表現(xiàn)為Rb、Th、Ba、Pb等大離子親石元素的富集，及Nb、Ta、Zr、Hf等元素的虧損。

4 巖體成因判別與構(gòu)造意義

4.1 巖體成因判別與形成時(shí)代

Shumlansky等人（2008）對新烏克蘭卡巖體進(jìn)行了鈾礦物和鋯石U-Pb同位素研究，獲得了該巖體的鋯石 U-Pb年齡為2 039±6～2 025±48 Ma［6］。本次獲得的新烏克蘭卡鉀長花崗巖LA-ICP-MS鋯石 U-Pb年齡為2 001±5.2 Ma，與前人研究結(jié)果基本一致，表明巖體形成于古元古代中晚期，對應(yīng)于中國呂梁晉寧期花崗質(zhì)巖漿活動第一階段早期，同屬于古元古代巖漿活動的產(chǎn)物。

前人對烏克蘭古元古代花崗巖的研究表明，古元古代花崗巖巖體主要集中分布于基洛沃格勒地區(qū)和基輔西南部日托米爾一帶。新烏克蘭卡巖體位于基洛沃格勒斷裂以西，為一套鋁質(zhì)A型花崗巖或堿性巖。同時(shí)Sr和Nd同位素研究表明，初始熔體是由于古元古代地殼的熔融造成的［12］。

表2 新烏克蘭卡巖體主量、微量和稀土元素含量Table 2 Contents of Major，trace and rare earth elements from Novoukrainsk pluton

圖4 新烏克蘭卡鉀長花崗巖分類判別圖［9-11］Fig.4 Classfication of Novoukrainka K-feldspar granite［9-11］

圖5 新烏克蘭卡花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖 （a）和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖 （b）Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns （a） and primitive mantle-normalized trace elements patterns （b）of Novoukrainka K-feldspar granite

新烏克蘭卡巖體中微量元素表現(xiàn)出低Sr、Eu和富集Rb、Th，為典型A型花崗巖特點(diǎn)，反映了源區(qū)存在斜長石的殘留，也推測出不是幔源巖漿分異而來的或者不是來源于鎂鐵質(zhì)源巖的部分熔融，與鈣堿性花崗巖部分熔融的實(shí)驗(yàn)熔體有相似特征［13-14］。綜上認(rèn)為該巖體來源于地殼部分熔融，這與花崗巖的地殼深融理論相吻合。而前文所述，用轉(zhuǎn)換地震法解譯的新烏克蘭巖體向下延伸約15～20 km的深度，正好與淺部地殼深度一致。Cuney等人［8］研究認(rèn)為烏克蘭中部約2.05 Ga造山事件后有地幔熱羽流開始滲透和加熱過程，暗示了地殼深部存在熱異常，間接指示了淺部地殼發(fā)生了高溫部分熔融。而鋯石樣品中測出了4個(gè)較老的年齡，正與烏克蘭基洛沃格勒（Ingul）地塊的變質(zhì)年齡一致，也顯示了基洛沃格勒地塊捕獲老鋯石的信息，也同樣指示出新烏克蘭卡花崗巖體是古老基底物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

4.2 構(gòu)造意義

A型花崗巖是判斷伸展背景的重要巖石學(xué)標(biāo)志，花崗巖的構(gòu)造背景類別主要為洋脊花崗巖（ORG）、火山島弧花崗巖（VAG）、板內(nèi)花崗巖（WPG）和碰撞花崗巖（COLG）。

圖6 新烏克蘭卡鉀長花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.6 Tectonic setting discrimination diagrams of Novoukrainka K-feldspar granite

新烏克蘭卡鉀長花崗巖樣品在Maniar and Piccoli等［15］花崗巖 Al2O3-SiO2構(gòu)造環(huán)境判別圖（6a）上主要落在后造山花崗巖類區(qū)；在Pearce and Harris等［16］花崗巖微量元素 Rb-Y＋Nb 和Y-Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖（6b、c）上主要落在火山島弧、碰撞與板內(nèi)花崗巖區(qū)交界處，反映本區(qū)存在一個(gè)伸展拉張環(huán)境的時(shí)期；在Harris等［17］的花崗巖類微量元素Rb/30-Hf-3Ta構(gòu)造判別圖解（圖6d）上主要落在火山弧花崗巖區(qū)。對古元古代A型花崗巖成因及構(gòu)造研究也表明，其可以產(chǎn)于伸展環(huán)境中［18］。烏克蘭中部早元古代裂陷槽處于基洛夫深大斷裂帶與克里沃羅格深大斷裂帶之間的一個(gè)粗粒鉀質(zhì)花崗巖體內(nèi)，在太古宙地盾結(jié)晶基底之上［6］，也反映了張性環(huán)境。

全球A型花崗巖大多數(shù)在古元古代末期開始大量出現(xiàn)［19-21］。大量的資料顯示，大多數(shù)前寒武紀(jì)巖石在2.5～1.6 Ga期間，尤其是古元古代末陸陸碰撞期間，均遭受了廣泛的變質(zhì)變形，于1.85 Ga完成拼合［22-24］，對應(yīng)于中國的呂梁-晉寧期的構(gòu)造-熱事件［25］。烏克蘭地盾 2.04～1.75 Ga［6，26-29］巖漿活動記錄也逐漸被識別出來，如新烏克蘭卡深成花崗巖體年齡為2 039±6～2 001±5.2 Ma、科森-新麥戈羅德環(huán)斑花崗巖體年齡為1 754±4～1 725±11 Ma、基洛沃格勒巖體年齡為2 060～2 020 Ma、及比它們稍晚的基性巖墻群（1 600±50 Ma），而 Svecofennian造山運(yùn)動發(fā)生在1 800±50 Ma［7］， 表 明 烏 克 蘭 地 盾 在2.39～1.80 Ga之間存在一次大規(guī)模的伸展事件。

本次研究的新烏克蘭卡花崗巖，與烏克蘭中部基洛沃格勒巖體屬于同期巖漿作用，代表了一期整體伸展的巖漿-熱事件。古元古代中末期的巖漿作用使基洛沃格勒地塊（I）的地層巖石發(fā)生部分熔融，在結(jié)晶過程中基洛沃格勒地塊經(jīng)歷了強(qiáng)烈的韌性變形，被花崗巖巖漿的進(jìn)一步侵入所打斷，形成了一個(gè)非均質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而該結(jié)構(gòu)因區(qū)域NE-SW、NW-SE和N-S向的脆性斷裂和伴生破碎帶的疊加及巖石退變質(zhì)作用而進(jìn)一步加劇。構(gòu)造和巖石學(xué)資料表明，區(qū)域基洛沃格勒斷層（f2）和安諾夫—茲韋尼哥羅德斷層（f1）起源于新烏克蘭卡花崗巖的形成時(shí)期，深入侵入超變質(zhì)基底，形成后期的疊加構(gòu)造變形。

5 結(jié)論

1）新烏克蘭卡巖體的形成時(shí)代為古元古代中期2001±5.2 Ma。

2）新烏克蘭卡鉀長花崗巖為一套鉀玄巖—高鉀鈣堿性系列的A型花崗巖，高硅、富堿、富鉀、過鋁質(zhì)，稀土元素特征表現(xiàn)為輕稀土元素富集型，負(fù)Eu異常明顯，微量元素表現(xiàn)為Rb、Th、Ba、Pb等大離子親石元素的富集，Nb、Ta、Zr、Hf等元素的虧損。

3）新烏克蘭卡花崗巖形成于火山島弧、碰撞與板內(nèi)花崗巖區(qū)交叉的伸展拉張環(huán)境中，屬于后造山花崗巖類，也反映了烏克蘭地盾在2.39～1.80 Ga之間存在一次大規(guī)模的伸展巖漿-熱事件。該巖體與同期的區(qū)域基洛沃格勒斷層（f2）和安諾夫—茲韋尼哥羅德斷層（f1），共同作用后期的疊加構(gòu)造變形。

致謝：野外調(diào)研工作中得到了烏克蘭國家科學(xué)研究院地球化學(xué)、礦物學(xué)和成礦學(xué)研究所Leonid首席研究員、Volodymyr、Vitalii等海外同行；核工業(yè)北京地質(zhì)研究院項(xiàng)目負(fù)責(zé)人蔡煜琦正高級工程師以及虞航、張闖、馮延強(qiáng)等同行的幫助，在此對他們表示衷心感謝。