華南地區(qū)花崗巖特征及其與鈾成礦地質(zhì)作用

江衛(wèi)兵,邵 上,林 坤,李海東

（核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關(guān) 512029）

華南地區(qū)包括長(zhǎng)江以南和三江以東區(qū)域［1］，面積大于100萬(wàn)平方千米，區(qū)內(nèi)出露的主要巖石為花崗巖和中酸性火山巖，因此也被稱為“長(zhǎng)英質(zhì)火成巖省”［2］或大花崗巖省?；◢弾r形成時(shí)代分布較廣，從東安期一直延續(xù)到燕山期，其中燕山期花崗巖類分布面積最廣［3］，其次為印支期?；◢弾r在時(shí)空分布上受造山帶的制約，即同一造山旋回伴隨相應(yīng)的花崗巖類［4-5］。早期研究認(rèn)為華南印支期花崗巖中無(wú)鈾礦或與鈾成礦關(guān)系不大，但近十幾年研究成果發(fā)現(xiàn)華南印支期花崗巖體中也有鈾礦床形成［6-8］，與鈾成礦作用關(guān)系密切［9］。因此引起眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注，從時(shí)空分布、巖漿演化規(guī)律、地球化學(xué)特征、構(gòu)造環(huán)境、成因類型以及與鈾成礦關(guān)系等方面進(jìn)行了大量研究。本文以華南地區(qū)各個(gè)時(shí)期的花崗巖為研究對(duì)象，在閱讀前人大量文章的前提下，結(jié)合本人在下莊地區(qū)鈾礦勘查工作，從年代學(xué)、地球化學(xué)、礦床學(xué)等方面分析華南地區(qū)加里東期、印支期和燕山期花崗巖特征及其與鈾成礦關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

華南地區(qū)是我國(guó)鎢、錫、鈾、鈹、鈮、鉭、稀土等金屬礦產(chǎn)的集中產(chǎn)地，華南大陸主要由揚(yáng)子和華夏地塊組成（圖1），位于秦嶺－大別造山帶以南，青藏高原以東的廣泛中國(guó)大陸及其臨海區(qū)域。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造演化復(fù)雜，在經(jīng)歷早前寒武紀(jì)構(gòu)造復(fù)雜演化基礎(chǔ)上，又經(jīng)歷了全球超大陸聚散和南北大陸離散拼合等構(gòu)造演化歷史。是全球板塊構(gòu)造演化的重要組成部分，位于全球現(xiàn)今三大重要板塊的匯聚拼合部位。整體陸殼主要由三層顯生宙蓋層和雙層前寒武紀(jì)不同基底構(gòu)成。

圖1 華南大地構(gòu)造單元略圖（據(jù)張萬(wàn)良，2011）［7］Fig.1 Tectonic unit sketch map of South China（After ZHANG Wanliang，2011）［7］

2 花崗巖特征

2.1 加里東期花崗巖

主要分布在武夷山和云開(kāi)大山地區(qū)，呈北東向展布，出露面積總共約2萬(wàn)余平方千米。加里東早期花崗巖類A/CNK比值介于1.25～1.55之間，均大于1.1，為過(guò)鋁質(zhì)；加里東晚期巖體A/CNK多大于或接近1.1。孫濤（2006）［10］利用鋁飽和指數(shù)（A/CNK）對(duì)華南加里東期花崗巖類巖石化學(xué)數(shù)據(jù)作統(tǒng)計(jì)和編圖結(jié)果表明，華南加里東期花崗巖以強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)為主（A/CNK＞1.1），約占58.6%，對(duì)應(yīng)為S型花崗巖；弱過(guò)鋁質(zhì)次之（A/CNK=1.0～1.1），約占34.1%，對(duì)應(yīng)為I型花崗巖；準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖（A/CNK＜1.0）約占7.3%［1］。本文統(tǒng)計(jì)了最近幾年華南加里東期巖體同位素年齡數(shù)據(jù)（表1）。從表中可知華南加里東期花崗巖類主要形成于460～410 Ma，張芳榮等（2009）［11］將其分為早晚兩期，早期巖體形成時(shí)代約為460～440 Ma，以發(fā)育面理化為特征；晚期巖體形成時(shí)代約為440～410 Ma，以塊狀構(gòu)造為特征。

表1 華南加里東期巖體年齡統(tǒng)計(jì)Table 1 Age statistics of Caledonian granites in South China

2.2 印支期花崗巖

主要分布在華南西部的雪峰隆起帶和東部的武夷隆起帶，出露面積總共約8000 km2。

主要由一套準(zhǔn)鋁質(zhì)-強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)高鉀花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖等組成，其形成環(huán)境與碰撞造山作用關(guān)系密切。華南印支期花崗巖主要分布在湖南、江西、廣東、廣西等省，其中湖南、江西分布最多（圖2），呈巖基產(chǎn)出。根據(jù)花崗巖分類原則，華南印支期花崗巖分為I型和S型兩種成因類型。

圖2 華南印支期花崗巖分布圖Fig.2 Distribution map of Indosinian granites in South China

本文統(tǒng)計(jì)了最近幾年華南印支期同位素年齡數(shù)據(jù)。結(jié)果表明印支期花崗巖主要為多期次巖漿活動(dòng)形成的復(fù)式巖體組成部分，例如：白馬山巖體由印支晚期花崗巖（209 Ma）和燕山早期花崗巖（176 Ma）組成［19］；溈山花崗巖體為印支晚期（211 Ma）至燕山早期（184 Ma）多次巖漿侵入構(gòu)成的復(fù)式巖體［20］；貴東花崗巖體是由印支期下莊巖體（235 Ma）、魯溪巖體（239 Ma）、帽峰巖體（219 Ma）［21］和燕山期的隘子巖體（160 Ma）、司前巖體（151 Ma）［22］等組成的復(fù)式巖體。

印支期花崗巖主量元素統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，該期花崗巖以高SiO2、K2O、Al2O3和K2O/Na2O比值，低CaO、MgO、P2O5為特征。印支期S型花崗巖相對(duì)I型花崗巖而言具有較高的SiO2含量，S型花崗巖Si O2含量為71.99%～76.46%，平均為74.15%（白面石除外）；I型花崗巖SiO2含量為68.33%～73.99%，平均為71.25%。在圖3中，除大神山巖體（I型）和白面石巖體（S型）落于花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域外，其余基本落于花崗巖的區(qū)域內(nèi)；除大神山巖體全部和栗木、王仙嶺巖體部分K2O值小于Na2O，其余印支期花崗巖K2O值均大于Na2O、K2O/Na2O比值介于1.05～4.85之間，平均為1.72，要高于華南殼源型花崗巖（K2O/Na2O=1.61）比值［23-24］。在圖4中，I型花崗巖樣品點(diǎn)均落于高鉀鈣堿性系列，S型花崗巖樣品大多也落于高鉀鈣堿性系列，少數(shù)落于鉀玄巖系列。綜上可見(jiàn)，印支期花崗巖屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性花崗巖。

圖3 華南印支期I型和S型花崗巖SiO2-Na2O+K2 O圖Fig.3 The Si O2 versus Na2O+K2O diagram of I type and S type granites of Indosinian in South China

圖4 華南印支期I型和S型花崗巖Si O2-K2 O圖Fig.4 The Si O2 versus K2O diagram of I type and S type granites of Indosinian in South China

印支期花崗巖分為兩組：1）下莊、錫田、關(guān)帝廟、大神山、龍?jiān)磯?、小陶、白馬山、白面石、鄧阜山。這些巖體的稀土總量∑REE介于65.2×10-6～547.9×10-6之間，偏高，具較弱的Eu負(fù)異常（δEu=0.24～0.8）（小陶巖體個(gè)別樣品δEu為0.15），稀土分布曲線呈右傾型，輕重稀土之間分餾明顯，（La/Yb）N=7.81～43.52；2）紅山、大富足、帽峰、王仙嶺、陽(yáng)明山、苗兒山-越城嶺、栗木，這些巖體的稀土總量∑REE偏低（17.49×10-6～214.55×10-6），遠(yuǎn)低于全球花崗巖稀土元素的平均值（250×10-6）（帽峰巖體中兩個(gè)樣品的∑REE達(dá)280×10-6），具較強(qiáng)的Eu負(fù)異常（δEu=0.02～0.37），稀土分布曲線呈平坦型或弱的右傾型，輕重稀土之間分餾不明顯，（La/Yb）N=3.38～6.31。

花崗巖體富集Rb、U、Th等大離子親石元素和Ce、Sm、Y等稀土元素，明顯虧損Ba、Sr、Ti等元素，屬低Sr、Ba花崗巖。與孫濤（2003）［25］提出的南嶺東段主要為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖結(jié)論相一致。Rb、Sr、Ba等微量元素的含量變化主要受長(zhǎng)石、黑云母等造巖礦物制約，Ti的負(fù)異常是鈦鐵礦分離結(jié)晶作用的結(jié)果。而大神山、關(guān)帝廟、錫田、下莊、苗兒山－越城嶺、白馬山、小陶、白面石、紅山、大富足、龍?jiān)磯?、鄧阜仙巖體顯示出明顯的P的負(fù)異常，是磷灰石分離結(jié)晶作用的結(jié)果。印支期花崗巖，Nb/Ta值大多數(shù)為3.27～11.94，反映巖漿作用過(guò)程中，Nb和Ta曾發(fā)生較明顯的餾（栗木巖體部分樣品Nb/Ta值只有0.5左右，大富足、白面石巖體個(gè)別樣品Nb/Ta值＞16），Ta相對(duì)富集，而Nb相對(duì)虧損，低于地殼平均值（11.22），這反映了印支期花崗巖源區(qū)主要由地殼物質(zhì)組成，具有殼源巖漿的特征［26］。

華南I型和S型印支期花崗巖在形成年齡上無(wú)明顯區(qū)別（表2），但巖石成因和物源上存在明顯的差異。華南印支期S型花崗巖被認(rèn)為是地殼重熔的產(chǎn)物，是區(qū)內(nèi)早期變質(zhì)沉積巖部分熔融產(chǎn)生的巖漿結(jié)晶形成的，而I型花崗巖則主要是變質(zhì)泥巖和變質(zhì)玄武巖以及少量幔源巖漿的混合［25，47-48］。朱自強(qiáng)（2004）［49］則認(rèn)為印支期富鎂、鈦的鈣堿性二長(zhǎng)閃長(zhǎng)花崗巖的形成與地幔柱的上升作用有關(guān)。

表2 華南印支期花崗巖年齡統(tǒng)計(jì)表Table 2 Age statistics of Indosinian granites in South China

蔡 楊 等（2013）［31］利 用CaO/Na2O-Al2O3/Ti O2圖解對(duì)印支期花崗巖源區(qū)研究顯示，強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖具有較低的CaO/Na2O比值，落在了泥質(zhì)巖源區(qū)內(nèi)；準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的Ca O/Na2O比值明顯高于強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖，表明形成于更高的溫壓環(huán)境下。花崗巖的Al2O3/Ti O2比值常用于判別花崗巖源區(qū)部分熔融溫度：若Al2O3/Ti O2＞100，部 分 熔 融 溫 度 低 于875℃；若Al2O3/Ti O2＜100，則部分熔融溫度高于875℃。高溫型過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的成因，與地幔軟流圈的上涌導(dǎo)致地殼受地幔熱的輸入而誘發(fā)部分熔融有關(guān)。由統(tǒng)計(jì)可知：華南印支期I型花崗巖和弱鋁質(zhì)S型花崗巖Al2O3/Ti O2比值都小于100，強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖中也有部分巖體的Al2O3/TiO2值小于100，顯示出成巖過(guò)程中地幔的參與。

2.3 燕山期花崗巖

燕山早期花崗巖在華南花崗巖中出露面積最廣，主要呈北東向分布，在南嶺地區(qū)呈東西向分布，年齡主要介于200～150 Ma。以黑云母二長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗巖為主，同時(shí)伴隨少量超酸性鉀長(zhǎng)花崗巖、二云母花崗巖和偏中性的花崗閃長(zhǎng)巖。巖石富硅、鋁，貧鈣、鎂，具有較高的（87Sr/86Sr）i和較低的εNd（t）值，具典型的S型花崗巖特征，是殼源改造型花崗巖［50］。而李獻(xiàn)華等（2007）［51］通過(guò)對(duì)華南燕山早期花崗巖的Si O2-P2O5系統(tǒng)研究，表明二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，燕山早期的含角閃石花崗閃長(zhǎng)巖-黑云母二長(zhǎng)花崗巖和黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖-二（白）云母花崗巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱鋁質(zhì)的I型/分異I型花崗巖演化系列。

燕山晚期花崗巖主要分布在浙、閩、粵沿海地區(qū)和湘北、鄂南、皖南和蘇滬的長(zhǎng)江中下游地區(qū)，出露面積超過(guò)50300 km2。在沿海地區(qū)走向以北北東向?yàn)橹鳎陂L(zhǎng)江中下游地區(qū)走向以北東東向?yàn)橹?。此時(shí)巖漿活動(dòng)主要以準(zhǔn)鋁和弱過(guò)鋁質(zhì)鈣堿性為主，年齡介于150～97 Ma。

3 花崗巖與鈾成礦作用

華南地區(qū)與鈾成礦有關(guān)的花崗巖體主要形成于印支期和燕山期，少量加里東期。華南花崗巖型鈾礦床成礦年齡絕大部分位于燕山期，少數(shù)幾個(gè)成礦位于加里東期，年齡為378、360、407 Ma［7］。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明華南地區(qū)花崗巖型鈾礦成礦年齡絕大部分小于145.5 Ma（約97.8%），主要集中在100～40 Ma［7］，例如長(zhǎng)江礦田棉花坑礦床（302）、下莊礦田希望礦床（330）。

3.1 加里東期花崗巖與鈾成礦

加里東花崗巖為燕山期大范圍鈾成礦提供鈾源，提供鈾源的方式有兩種。一種是加里東期巖體中所含的成礦元素在后來(lái)（印支期、燕山期）的花崗質(zhì)巖漿-熱液或者地幔流體作用下可以活化-轉(zhuǎn)移，參與成礦；另一種是通過(guò)巖漿作用進(jìn)入到晚期花崗巖中。例如在贛南白面石、隘高等地區(qū)，部分加里東期花崗巖通過(guò)熔融而形成印支期花崗巖；而印支期花崗巖則作為圍巖為鈾成礦作用提供鈾源。

3.2 印支期花崗巖與鈾成礦

印支期花崗巖與鈾成礦有密切成因關(guān)系。眾多學(xué)者根據(jù)印支期花崗巖體中鈾礦產(chǎn)出情況，將其分為產(chǎn)鈾花崗巖體和非產(chǎn)鈾花崗巖體。章健等（2011）［52］對(duì)產(chǎn)鈾巖體（諸廣山和大富足巖體）和非產(chǎn)鈾巖體（白馬山和瓦屋堂巖體）進(jìn)行礦物化學(xué)成分研究分析認(rèn)為，與非產(chǎn)鈾花崗巖相比，產(chǎn)鈾花崗巖具有如下特征：黑云母蝕變程度強(qiáng)，包裹的副礦物較多；黑云母中SiO2、Ti O2、Fe2O3、MgO的含量較低，Al2O3、F、FeO的含量較高；黑云母均為鐵葉云母，Al3+和Fe2+高，花崗巖類型為過(guò)鋁質(zhì)花崗巖，來(lái)源于泥質(zhì)地殼；并且花崗巖的氧逸度低、成巖溫度低。這些特征是判別華南印支期花崗巖產(chǎn)鈾潛力的重要標(biāo)志。

印支期花崗巖為燕山期大范圍鈾成礦提供鈾源。華南印支期產(chǎn)鈾花崗巖大多數(shù)為S型花崗巖，多為地殼物質(zhì)重熔形成，具有較高的鈾含量，為燕山期鈾成礦提供充足的鈾源，帽峰巖體發(fā)育大量蝕變，花崗巖中的晶質(zhì)鈾礦發(fā)生溶蝕就是證明［21］。

印支期花崗巖為燕山期大范圍成礦的有利賦礦圍巖。華南鈾成礦作用主要發(fā)生在燕山期，但其賦礦圍巖大部分為印支期花崗巖，具有較大的礦巖時(shí)差。華南地區(qū)主要以熱液脈型鈾礦化為主，熱液蝕變發(fā)育，印支期花崗巖經(jīng)歷多期次熱液蝕變之后巖石孔隙度增大，有利于成礦元素的浸出，同時(shí)也為成礦元素鈾富集提供良好場(chǎng)所。

3.3 燕山期花崗巖與鈾成礦

燕山期構(gòu)造-巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈、復(fù)雜。華仁民等（2005）［53］根據(jù)花崗巖形成年代及形成時(shí)的大陸動(dòng)力學(xué)背景等，將燕山期花崗巖劃分為早、中、晚三期，再進(jìn)一步將燕山中、晚兩期各細(xì)劃分為兩個(gè)階段。

華南大規(guī)模巖漿活動(dòng)從185 Ma開(kāi)始，并集中在180～170 Ma之間。但該階段沒(méi)有鈾礦床的形成。燕山早期的大陸動(dòng)力學(xué)背景是造山后局部的“伸展-裂解”。

燕山中期第一階段發(fā)生在170～150 Ma，為華南地區(qū)巖石圈全面伸展-減薄時(shí)期，該時(shí)期巖漿作用強(qiáng)烈，地幔上涌引發(fā)大量玄武質(zhì)巖漿的底侵作用，并觸發(fā)大規(guī)模的地殼熔融作用，形成“改造型”或陸殼重熔型花崗巖，巖性主要為黑云母二長(zhǎng)花崗巖，并在160 Ma前后形成高潮。燕山中期第二階段的發(fā)生在150～140 Ma，該階段無(wú)大規(guī)?；◢弾r類巖漿活動(dòng)；巖漿活動(dòng)主要體現(xiàn)在160 Ma左右形成的陸殼重熔型花崗巖主體繼續(xù)分異演化。燕山中期階段也沒(méi)有鈾礦床的產(chǎn)出。

華南燕山早-中時(shí)期為印支運(yùn)動(dòng)造山后的伸展構(gòu)造環(huán)境，受太平洋板塊構(gòu)造體系影響較小。到了燕山晚期，華南地區(qū)主要受太平洋構(gòu)造體系的控制，燕山晚期第一階段介于139～100 Ma，該期構(gòu)造背景以太平洋板塊俯沖－擠壓為主，形成了大量廣泛分布在大陸邊緣的鈣堿性火山巖系列。燕山晚期第二階段在100 Ma后，華南東部地區(qū)進(jìn)入真正的拉張環(huán)境，在該時(shí)期（100～90 Ma）浙閩沿海地帶形成的大量A型花崗巖就是拉張環(huán)境的具體表現(xiàn)［54］，而90 Ma之后出現(xiàn)雙峰式火山巖。華南東部大量紅盆也主要形成于燕山晚期第二階段。而這個(gè)時(shí)期華南地殼處于拉張狀態(tài)，產(chǎn)生大量的聯(lián)通地幔的深大斷裂，同時(shí)伴隨著基性巖脈的生成。在該時(shí)期共形成三期基性巖脈，形成年齡分別為～140、～105、～90 Ma三個(gè)階段，而這三個(gè)階段正是下莊地區(qū)鈾成礦的三個(gè)階段，指示下莊地區(qū)鈾成礦和與之對(duì)應(yīng)的中基性巖脈是同一時(shí)期的產(chǎn)物，它們所具有的這一對(duì)應(yīng)關(guān)系在證實(shí)華南地殼拉張事件控制著軸成礦的形成時(shí)代上是一個(gè)較為有利的證據(jù)。此外，部分礦床中礦體賦存于燕山期巖體內(nèi)或印支期與燕山期巖體接觸部位，并在燕山期巖體中見(jiàn)晶質(zhì)鈾礦（下莊竹筒尖礦床），表明燕山期巖體為鈾成礦提供熱能。

4 結(jié)論

1）華南地區(qū)花崗巖有加里東期、印支期和燕山期，形成年代分別為460～410、251～209、200～97 Ma。

2）加里東期花崗巖以過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖為主，其次為I型花崗巖；印支期花崗巖大多數(shù)屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性花崗巖，以S型和I型花崗巖為主，常與燕山期花崗巖形成復(fù)式巖體；燕山期花崗巖以S型花崗巖為主。

3）鈾成礦存在明顯的礦-巖時(shí)差，主要形成于燕山期，加里東期和印支期花崗巖為鈾成礦提供鈾源。