贛杭鈾成礦帶中段火山巖地球化學(xué)特征及其與鈾成礦關(guān)系

鄭師雄，朱建林，昝芳，李棟

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六五大隊(duì)，江西 鷹潭 335001）

贛杭構(gòu)造火山巖鈾成礦帶位于我國東部大陸邊緣活動帶內(nèi)，地跨贛、浙兩省，西起江西樂安，東至浙江紹興，長約600 余千米［1］，沿線分布著數(shù)十個(gè)火山盆地、火山穹窿。中國東部地區(qū)在中生代時(shí)期進(jìn)入大陸邊緣活動帶的發(fā)展階段。前人一般認(rèn)為晚侏羅世—白堊紀(jì)為中酸性-基性火山巖噴發(fā)形成贛杭構(gòu)造火山活動帶及紅盆的主要時(shí)期［2］。長期以來眾多地質(zhì)專家學(xué)者對贛杭鈾成礦帶的研究比較詳盡，而對于贛杭鈾成礦帶中段的鈾成礦理論研究比較匱乏，尤其是對贛杭鈾成礦帶中段不同盆地內(nèi)火山巖的巖石地球化學(xué)特征沒有整體系統(tǒng)的研究成果。本文重點(diǎn)研究自西向東分布的撫州東鄉(xiāng)-馬荃火山盆地、貴溪盛源火山盆地以及上饒鵝公山火山盆地等區(qū)域（以下簡稱贛杭鈾成礦帶中段）內(nèi)發(fā)育的中生代火山巖地球化學(xué)特征，并結(jié)合區(qū)內(nèi)鈾礦床資料，試圖探究中生代火山巖地球化學(xué)特征及其與鈾成礦的關(guān)系。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于欽杭結(jié)合帶東段，囊括信江盆地西部，近東西向萍鄉(xiāng)-紹興地殼疊接 （加里東）斷裂帶橫貫整個(gè)研究區(qū)。萍鄉(xiāng)-紹興地殼疊接斷裂帶是一條自中元古代以來長期發(fā)展的活動帶，控制了帶內(nèi)的構(gòu)造-巖漿以及礦化活動，特別是燕山期，與太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖聯(lián)合控制了帶內(nèi)的陸相火山活動和鈾成礦作用。

研究區(qū)分屬江南地層分區(qū)，自中元古代至新生代，各時(shí)代地層發(fā)育較齊（圖1），基底地層最老的為古元古界天井坪巖組。蓋層中下白堊統(tǒng)為一套火山-沉積巖系由火山碎屑巖過渡到河湖相砂巖、泥巖夾中酸性凝灰質(zhì)砂巖，與鈾成礦關(guān)系密切。其中打鼓頂組（K1d）和鵝湖嶺組（K1e）各分為4 段，且第一、三段以沉積巖為主，第二、四段以火山巖為主。

區(qū)內(nèi)以北東-北東東向斷裂最為發(fā)育，并且規(guī)模較大，通常是不同級別構(gòu)造單元的邊界斷裂，多形成于晉寧期和加里東期，部分為海西-印支期及燕山早期的產(chǎn)物。北西向斷裂一般規(guī)模較小，絕大部分橫切或斜切基底和震旦紀(jì)以來的褶皺，主要形成于燕山期，部分為海西-印支期運(yùn)動的產(chǎn)物。

贛杭鈾成礦帶中段巖漿巖類比較齊全，從酸性、中酸性到基性、超基性巖類均有，巖漿活動具多期次、多種類以及多層次造漿與多層次就位的特點(diǎn)。

圖1 贛杭鈾成礦帶中段區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 The geological map of the middle section of Ganhang Uranium metallogenic belt

火山巖分布廣泛，種類也比較齊全，贛杭構(gòu)造火山巖帶的形成，是區(qū)域構(gòu)造演化的產(chǎn)物，燕山期火山噴發(fā)及巖漿侵入，使得該帶發(fā)育系列火山盆地［3］，其中，贛杭鈾成礦帶中段發(fā)育了東鄉(xiāng)-馬荃、盛源、鵝公山等火山盆地，盆地內(nèi)絕大多數(shù)火山巖的分布與鈾成礦有直接或間接的關(guān)系；有些地區(qū)火山巖甚至可直接作為找礦的標(biāo)志，也是我們本次研究的重點(diǎn)。

贛杭鈾成礦帶中段鈾礦化分布比較廣泛，且?guī)?nèi)不同火山盆地鈾礦化均分布在不同的火山巖中，詳見表1。

2 巖相學(xué)特征

贛杭鈾成礦帶中段火山巖一般為斑狀結(jié)構(gòu)，主要由斑晶和基質(zhì)組成。斑晶由透長石、斜長石、暗色礦物假像組成，粒度一般為0.2～6 mm。透長石呈近半自形板狀、熔蝕狀，雜亂分布，粒內(nèi)具微裂紋，表面較干凈；斜長石呈熔蝕狀、半自形板狀，星散分布或聚斑狀產(chǎn)出，具黏土化等，表面顯臟；暗色礦物均被硅質(zhì)、黏土、褐鐵礦等交代呈假像，零星分布，具晶形似輝石假像?；|(zhì)由長英質(zhì)組成。大部分長英質(zhì)呈隱晶狀，有些長石呈塵點(diǎn)狀、微粒狀嵌布在石英基底上構(gòu)成霏細(xì)結(jié)構(gòu)（圖2a），有些石英呈次棱角狀、熔蝕狀，雜亂分布，構(gòu)成含角礫凝灰結(jié)構(gòu) （圖2b）或者是凝灰結(jié)構(gòu)（圖2c），另見少量微晶狀、板條狀斜長石定向分布（圖2d）。

總結(jié)贛杭鈾成礦帶中段火山巖巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，中粗?；鹕綆r比細(xì)?；鹕綆r更有利于成礦，主要成礦的是粗粒的凝灰質(zhì)砂巖，層理不發(fā)育，而一些層理清晰、粒度較細(xì)的粉砂巖（包括鈣質(zhì)）、頁巖則礦化不好。巖石的粒度大小，數(shù)量多少以及某些原生構(gòu)造的存在都是造成巖石機(jī)械物理性質(zhì)產(chǎn)生差異的一些因素，在同樣的構(gòu)造應(yīng)力作用下脆弱巖石就容易產(chǎn)生裂隙并破碎，為熱液活動提供必要空間，利于鈾成礦［4］。而有些結(jié)構(gòu)構(gòu)造在構(gòu)造應(yīng)力作用下由于自身的不均一性易產(chǎn)生裂隙，從而對成礦有利。如流紋構(gòu)造、珍珠構(gòu)造、球泡構(gòu)造以及角礫構(gòu)造等。

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

對贛杭鈾成礦帶中段不同地段火山巖的主量元素分析見表2，樣品SiO2含量范圍為55.93%～74.18%（平均值為67.23%），位于中-酸性巖范圍內(nèi)；全堿ALK （Na2O＋K2O）含量最大值為9.63%，最小值為3.22%（平均值為7.16%），在TAS 圖解中大部分落在亞堿性區(qū)域（圖3），所以贛杭鈾成礦帶中段火山巖基本屬于亞堿性巖石系列；堿度率（AR）含量最大值為7.08，最小值為1.62 （平均值為3.65），在AR-SiO2圖解中，樣品落在鈣堿性-堿性區(qū)域內(nèi)，顯示鈣堿性-堿性系列巖石特征（圖4）；鋁飽和指數(shù)A/CNK 最大值為4.22，最小值為1.33（平均值為2.09）均大于特征值1.0，為過鋁質(zhì)巖石，且A/CNK＞1.1，屬于強(qiáng)過鋁質(zhì)巖石。在鋁質(zhì)判別圖中，也都落在過鋁質(zhì)巖石區(qū)域，顯示過鋁質(zhì)巖石系列特征（圖5）。此外，在鉀質(zhì)判別圖（SiO2-K2O）中，樣品落在鉀玄巖系列范圍內(nèi)，顯示鉀玄巖系列巖石特征（圖6）。

表1 贛杭鈾成礦帶中段火山巖分布情況表Table 1 Distribution of volcanic rocks in the middle of the Ganhang uranium metallogenic belt

圖2 贛杭鈾成礦帶中段火山巖特征Fig.2 Thin section showing the characteristics of volcanic rocks in the middle of Ganhang uranium metallogenic belt

表2 贛杭鈾成礦帶中段中生代火山巖主量元素含量（wB/%）及特征值［5］Table 2 Major element content of mesozoic volcanic rocks in Ganhang uranium metallogenic belt

圖3 贛杭鈾成礦帶中段火山巖TAS 圖解Fig.3 TAS diagram of volcanic rocks in Ganhang belt

圖4 贛杭鈾成礦帶中段火山巖AR-SiO2 圖解Fig.4 AR-SiO2 diagram of volcanic rocks middle section of Ganhang belt

圖5 贛杭鈾成礦帶中段火山巖鋁質(zhì)判別圖Fig.5 Aluminum discrimination map of volcanic rocks in the middle section of Ganhang belt

圖6 贛杭鈾成礦帶中段火山巖SiO2-K2O 圖Fig.6 SiO2-K2O diagram of volcanic rocks rocks in the middle section of Ganhang belt

3.2 微量元素

贛杭鈾成礦帶中段巖石微量元素?cái)?shù)據(jù)表（表3）及原始地幔蛛網(wǎng)圖（圖7）顯示其火山巖具有以下特征：

1）大離子親石元素（Rb、Ba、Th、U）強(qiáng)烈富集，Rb 含量為（65.17～212.00）×10-6，平均為147.01×10-6，是原始地幔 （0.635×10-6）100～300 倍；Ba 含量為（777～2 130）×10-6，平均為1 445.60×10-6，是原始地幔（6.990×10-6）100～300 倍；Th 含量為（7.02～11.30）×10-6，平均為8.98×10-6，是原始地幔 （0.084×10-6）80～130 倍；U 含量為（1.51～3.85）×10-6，平均為2.54×10-6，是原始地幔（0.021×10-6）70～180 倍。Sr 在原始地幔蛛網(wǎng)圖中表現(xiàn)為相對負(fù)異常，表現(xiàn)在巖漿部分熔融過程中源區(qū)有堿性長石、斜長石殘留或者是巖漿演化過程中存在堿性長石及斜長石的結(jié)晶分異作用。

表3 贛杭鈾成礦帶中段火山巖巖石微量元素含量/10-6Table 3 Trace elements content of main mineralizing rocks in the middle of Ganhang belt

圖7 贛杭鈾成礦帶中段火山巖微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖Fig.7 Primitive mantle normalized spidergram of volcanic rocks in the middle Ganhang Belt

2）高場強(qiáng)元素（Nb、Ta、Zr、Hf）富集不明顯。Nb 含量為（11.20～17.60）×10-6，平均為13.89×10-6，是原始地幔 （0.713×10-6）15～25 倍；Ta 含量為（0.71～1.13）×10-6，平均為0.91×10-6，是原始地幔 （0.041×10-6）17～28 倍；Zr 含量為（142～336）×10-6，平均為238.43×10-6，是原始地幔 （11.200×10-6）13～30 倍；Hf 含量為（3.8～7.75）×10-6，平均為5.60×10-6，是原始地幔 （0.309×10-6）12～25 倍；Nb、Ta 在原始地幔蛛網(wǎng)圖中表現(xiàn)為相對負(fù)異常，反映了其為地殼部分熔融的產(chǎn)物。

3）鈾元素作為成礦主元素在火山巖中含量均偏高，地殼平均鈾含量為1.30×10-6，贛杭鈾成礦帶中段火山巖U 含量為（1.51～3.85）×10-6，平均為2.54×10-6，均高出地殼平均含量，總體來說，贛杭鈾成礦帶中段是處于鈾元素偏高帶上［9］。

3.3 稀土元素

贛杭鈾成礦帶中段火山巖稀土元素?cái)?shù)據(jù)表（表4）及標(biāo)準(zhǔn)化型式圖（圖8）顯示其火山巖具有以下特征：

表4 贛杭鈾成礦帶中段中生代成礦巖體稀土元素豐度值/10-6Table 4 Abundance of rare earth elements in Mesozoic volcanic rocks in the middle section of Ganhang belt

圖8 贛杭鈾成礦帶中段火山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化型式圖Fig.8 The Condrite normalized REE pattern of volcanic rocks in the middle section of Ganhang belt

從表中可以看出巖體稀土總量高，∑REE＝（143.74～252.79）×10-6，平均為195.05×10-6，LREE 中度富集，是球粒隕石的100～500 倍，HREE 輕度富集，為球粒隕石5～50 倍，（La/Yb）N＝6.88～38.93，平均為16.77＞1，屬于輕稀土富集型，反應(yīng)了較強(qiáng)的輕重稀土分異的特點(diǎn)。δEu 為0.82～1.09，平均為0.95＜1，銪具負(fù)異常，為銪虧損型［10］。

巖石的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配模式圖呈右陡傾斜犁狀，LREE 一側(cè)較陡，而HREE 一側(cè)則顯示平緩，表明LREE 分餾明顯，HREE 分餾不明顯。而贛杭鈾成礦帶中段樣品具有一致的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖，表現(xiàn)出不同地區(qū)的巖漿巖具有同源性。

4 與鈾礦化關(guān)系

討論巖石地球化學(xué)特征與礦化的關(guān)系，實(shí)際上就是討論火山巖的原生巖漿成份與成礦的關(guān)系，就是討論成礦專屬性的問題。成礦巖石的巖石地球化學(xué)特征建立在大量的實(shí)際數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，應(yīng)該看到巖石地球化學(xué)特征雖然是用具體數(shù)值表示的，但從統(tǒng)計(jì)角度出發(fā)，它卻只代表著一種趨勢。這種巖漿的成礦趨向性相對不同成礦元素時(shí)，就顯得十分明顯。因此本文采用對比的方法來說明火山巖的巖石地球化學(xué)特征與鈾礦化的關(guān)系。

1）贛杭鈾成礦帶中段鈾礦化基本都賦存在不同產(chǎn)狀的火山巖中，例如，東鄉(xiāng)-馬荃火山盆地賦礦圍巖是粗面安山巖及粗面巖，盛源火山盆地的賦礦圍巖主要是熔結(jié)凝灰?guī)r，而鵝公山火山盆地鈾成礦與次火山巖有關(guān)，且在熱液作用下，為鈾礦化提供部分鈾源。

2）贛杭鈾成礦帶中段火山巖的酸度變化范圍比較大，以酸性-中酸性巖石為主，伴有英安質(zhì)及安山質(zhì)巖石的巖性組合。華南地區(qū)賦礦花崗巖的SiO2含量為71%～75%，酸度較高。相比之下，火山巖型鈾礦雖然主要賦存于酸性火山巖中，卻還有一部分賦存于中酸性以至中性巖中。贛杭鈾成礦帶中段火山巖屬于亞堿性巖石系列，強(qiáng)過鋁質(zhì)巖石，顯示鉀玄巖系列巖石特征這些特征，是產(chǎn)鈾花崗巖的重要特征［10］，這也是贛杭鈾成礦帶中段火山巖型鈾礦化的特點(diǎn)之一。

3）微量元素大離子親石元素 （Rb、Ba、Th、U）強(qiáng)烈富集，Sr 在原始地幔蛛網(wǎng)圖中表現(xiàn)為相對負(fù)異常，表現(xiàn)在巖漿部分熔融過程中源區(qū)有堿性長石、斜長石殘留或者是巖漿演化過程中存在堿性長石及斜長石的結(jié)晶分異作用。高場強(qiáng)元素（Nb、Ta、Zr、Hf）富集不明顯，Nb、Ta 在原始地幔蛛網(wǎng)圖中表現(xiàn)為相對負(fù)異常，反映了其為地殼部分熔融的產(chǎn)物。

U 作為成礦主元素在火山巖中含量均高出地殼平均含量，總體來說，贛杭鈾成礦帶中段是處于鈾元素偏高帶上。

4）贛杭鈾成礦帶中段火山巖稀土總量高，且LREE 中度富集，HREE 輕度富集，屬于輕稀土富集型，反應(yīng)了較強(qiáng)的輕重稀土分異的特點(diǎn)。銪具負(fù)異常，為銪虧損型。巖石的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配模式圖呈右陡傾斜犁狀，LREE 一側(cè)較陡，而HREE 一側(cè)則顯示平緩，表明LREE 分餾明顯，HREE 分餾不明顯。而贛杭鈾成礦帶中段樣品具有一致的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖，表現(xiàn)出不同地區(qū)的巖漿巖具有同源性。

5）贛杭鈾成礦帶在燕山期，區(qū)域構(gòu)造環(huán)境由擠壓轉(zhuǎn)為拉張［11］；其上的含鈾火山盆地形成于大陸弧后拉張環(huán)境［12］；贛杭鈾成礦帶早白堊世（140～100 Ma）處于大陸弧向弧后拉張過渡時(shí)期，晚白堊世（100～80 Ma）已完全處于弧后拉張環(huán)境［13］等這些研究均表明，贛杭鈾成礦帶中段火山巖形成于碰撞后拉張伸展構(gòu)造環(huán)境。

除此之外，贛杭鈾成礦帶鈾成礦年齡從131～125 Ma 起，盛源盆地火山巖成礦年齡從134 Ma 起［14］，鵝公山盆地成礦巖體年齡為131.1 Ma［3］。從贛杭鈾成礦帶及盛源盆地、鵝公山盆地的成礦年齡可知，整個(gè)贛杭鈾成礦帶火山盆地的發(fā)育乃至火山巖型鈾礦的形成都是同期開始的，始于早白堊世。贛杭鈾成礦帶火山巖巖漿源主要為上地殼古老變質(zhì)巖系重熔形成［15］，結(jié)合前面對贛杭鈾成礦帶中段成礦巖體稀土的研究結(jié)論，認(rèn)為贛杭鈾成礦帶中段火山巖具有同源（殼源）、同期（早白堊世）特征。而成礦和成巖存在時(shí)間差，成巖在前，成礦發(fā)生在成巖后期，成礦物質(zhì)礦床圍巖與礦床時(shí)差高達(dá)70～20 Ma（通常大于50 Ma），贛杭鈾成礦帶鈾成礦集中于135～120 Ma、100～70 Ma［16］，這是一個(gè)連續(xù)發(fā)展的過程，其實(shí)很難用準(zhǔn)確的時(shí)間加以界定，只是相對而言如此，成礦物質(zhì)則可能來自幔源，有學(xué)者亦認(rèn)為成礦物質(zhì)有來自幔源的可能［17］。

5 結(jié)論

1）中粗?；鹕綆r比細(xì)粒火山巖更有利于成礦，且層理不發(fā)育，而一些層理清晰、粒度較細(xì)的粉砂巖 （包括鈣質(zhì)）、頁巖則礦化不好。構(gòu)造應(yīng)力作用下脆弱巖石就容易產(chǎn)生裂隙并破碎，為熱液活動提供必要空間，利于鈾成礦。

2）贛杭鈾成礦帶中段火山巖以酸性-中酸性巖石為主，屬于亞堿性巖石系列，強(qiáng)過鋁質(zhì)巖石，顯示鉀玄巖系列巖石特征，是贛杭鈾成礦帶中段火山巖型鈾礦化的特點(diǎn)之一。微量元素大離子親石元素（Rb、Ba、Th、U）強(qiáng)烈富集，高場強(qiáng)元素（Nb、Ta、Zr、Hf）富集不明顯，Nb、Ta 在原始地幔蛛網(wǎng)圖中表現(xiàn)為相對負(fù)異常，反映了其為地殼部分熔融的產(chǎn)物。鈾元素作為成礦主元素在火山巖中含量均高出地殼平均含量，總體來說，贛杭鈾成礦帶中段是處于鈾元素偏高帶上。

3）贛杭鈾成礦帶中段火山巖稀土總量高，且LREE 中度富集，HREE 輕度富集，屬于輕稀土富集型，銪具負(fù)異常，為銪虧損型。巖石的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配模式圖呈右陡傾斜犁狀，表明LREE 分餾明顯，HREE 分餾不明顯。贛杭鈾成礦帶中段樣品具有一致的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖，表現(xiàn)出不同地區(qū)的巖漿巖具有同源性。

4）贛杭鈾成礦帶中段火山巖形成于碰撞后拉張伸展構(gòu)造環(huán)境，贛杭鈾成礦帶中段火山巖具有同源（殼源）、同期（早白堊世）特征。而成礦和成巖存在礦巖時(shí)差，成巖在前，成礦發(fā)生在成巖后期，成礦物質(zhì)則可能來自幔源。