貴東巖體燕山期與印支期花崗巖元素地球化學(xué)特征對(duì)比及其指示意義

邵上，王春雙，劉斌，吳建勇，葉松鑫

（核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關(guān) 512029）

貴東復(fù)式花崗巖體地處南嶺鈾-多金屬成礦帶中段，是中國(guó)重要的花崗巖型鈾礦產(chǎn)鈾巖體之一，主要由魯溪巖體、下莊巖體、帽峰巖體、桃村壩巖體、寨頭巖體和長(zhǎng)坪巖體等組成［1-2］。這里分布著我國(guó)最大的花崗巖型鈾礦田——下莊礦田，由希望、335 和377 等多個(gè)鈾礦床組成，這些鈾礦床均產(chǎn)在貴東復(fù)式花崗巖體東部的下莊、帽峰及筍洞等印支期花崗巖體中，與之毗鄰，處于貴東巖體西部燕山期的寨頭和長(zhǎng)坪等巖體無(wú)鈾礦床分布［3］。自20 世紀(jì)50 年代發(fā)現(xiàn)該礦田以來(lái)，許多學(xué)者對(duì)貴東巖體東部的印支期花崗巖與鈾成礦關(guān)系展開(kāi)了大量的研究工作，而西部燕山期花崗巖的地球化學(xué)特征或?qū)Ρ妊芯匡@得較為薄弱［4-9］。前人的研究表明［10］，貴東巖體東、西部分布的主要花崗巖體為兩個(gè)不同的期次，巖體形成機(jī)理較為相似，但鈾礦化特征存在明顯差異，這種差異受何種因素制約？這一問(wèn)題的闡述，推進(jìn)了花崗巖型鈾礦成礦機(jī)制向更深層次的探討。因此本文重點(diǎn)選取了貴東巖體內(nèi)西部的燕山期花崗巖與東部的印支期花崗巖，系統(tǒng)分析其元素地球化學(xué)特征，查明不同時(shí)期巖體的成巖物質(zhì)來(lái)源、成因類(lèi)型及其形成的構(gòu)造背景，為進(jìn)一步厘定貴東復(fù)式巖體不同時(shí)期花崗巖體地球化學(xué)特征差異提供依據(jù)，同時(shí)總結(jié)出產(chǎn)鈾花崗巖的指示信息，為鈾礦找礦工作提供一定的理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

貴東巖體地處粵北地區(qū)，區(qū)域上位于華夏古陸閩、贛、粵后加里東隆起與湘、桂、粵北海西-印支凹陷的交匯部位。該巖體出露面積約1 000 km2，總體呈東西向展布，與鈾礦床存在較為密切關(guān)系的主要為下莊巖體和帽峰巖體（圖1）。以往的研究認(rèn)為貴東巖體是由主體和補(bǔ)體組成的燕山期花崗巖［11］，近年來(lái)更多的研究顯示，貴東巖體是由印支-燕山期多次巖漿侵入形成的復(fù)式巖體［2］。魯溪巖體（239±5 Ma＜單 顆 粒 鋯 石LA-ICP-MS＞）［12］、下 莊 巖 體（235.8±7.6 Ma＜單顆粒鋯石LA-CP-MS＞）［13］、帽峰巖體（219.6±0.9 Ma＜單顆粒鋯石U-Pb 同位素稀釋法＞）［10］的成巖年齡均表明，其均為印支期巖體，主要以中細(xì)粒黑云母花崗巖和細(xì)粒白（二）云母花崗巖為主；桃村壩巖體（161.5±1.8 Ma＜單顆粒鋯石U-Pb 同位素稀釋法＞）［10］、寨頭巖體（163.0±2.0 Ma＜單顆粒鋯石U-Pb 同位素稀釋法＞）［14］和長(zhǎng)坪巖體（158 Ma）［14］均為燕山期巖體，巖性主要為中粗粒黑云母花崗巖，部分地區(qū)出露粗粒巨斑狀黑云母（二長(zhǎng)）花崗巖和中細(xì)粒二（白）云母花崗巖，見(jiàn)表1。

表1 貴東巖體不同期次巖體年齡Table 1 Ages of Guidong composite pluton in different periods

圖1 貴東巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)文獻(xiàn)［15］修改）Fig.1 Geological sketch of Guidong composite pluton（modified after reference［15］）

2 巖石地球化學(xué)特征

2.1 樣品和分析方法

共采集8 個(gè)巖石樣品，在顯微鏡下選取4件蝕變作用最輕微的樣品進(jìn)行分析。主量元素、微量元素、稀土元素分析均由核工業(yè)二〇三研究所實(shí)驗(yàn)室完成，其中主量元素測(cè)試采用X 熒光光譜儀（XRF）分析，總體測(cè)試誤差小于5%。微量元素和稀土元素分析使用Finnigan Element II 型電感藕合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%［16］。

2.2 主量元素特征

如表2 所示，燕山期花崗巖的巖石化學(xué)組分含量分別為：w（SiO2）為69.93%～74.28%，w（K2O）為4.5%～5.99%，w（Na2O+K2O）為6.00%～8.73%，w（Al2O3）為12.92%～14.00%，w（CaO）為0.19%～1.84%，w（MgO）為0.24%～1.18%，鉀鈉比值（K2O/Na2O）為1.75～2.19；（平均值1.94）；里特曼指數(shù)（δ）為1.85～2.36（平均值2.16），屬鈣堿性巖。與印支期花崗巖相比，燕山期花崗巖的SiO2、Fe2O3和K2O 含量均較高，而Al2O3、TiO2、MgO 和CaO 的含量則相對(duì)較低。

表2 貴東巖體主量元素含量（wB/%）、微量元素和稀土元素含量（wB/10-6）分析結(jié)果Table 2 Analysis results of main elements (%),trace elements and rare earth elements (10-6)in the Guidong composite pluton

在SiO2-（Na2O+K2O）圖上，不同期次花崗巖（除魯溪巖體）都位于花崗巖區(qū)域內(nèi)（圖2a）；在SiO2-K2O 圖解上，數(shù)據(jù)點(diǎn)主要屬于鉀玄巖系列和高鉀鈣堿性系列范疇，但印支期花崗巖大部分都位于高鉀鈣堿性系列范圍內(nèi)（圖2b）；燕山期花崗巖的鋁飽和指數(shù)A/CNK 為0.97～1.24（平均值1.09），大部分為過(guò)鋁質(zhì)，與S 型花崗巖相似；印支期花崗巖的A/CNK 值相對(duì)集中，為1～1.17 屬弱過(guò)鋁質(zhì)（圖2c）；在A(yíng)FC 圖解上，不同期次花崗巖都屬于S 型花崗巖范圍內(nèi)（圖2d）。

圖2 貴東巖體不同期次花崗巖的主量元素圖解Fig.2 Diagram of main elements of sub-granites in different periods in Guidong composite pluton

2.3 微量、稀土元素特征

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖（圖3）上可以看出，兩個(gè)期次的花崗巖具有相似的富集和虧損規(guī)律（富集大離子元素Rb、Th、U、Pb，虧損Ba、Sr、K、P、Ti），表明其巖漿源區(qū)均主要由地殼物質(zhì)組成［21］，同時(shí)在成巖過(guò)程中磷灰石、鈦鐵礦產(chǎn)生了較強(qiáng)的分離結(jié)晶作用［22］。相對(duì)而言，印支期花崗巖相關(guān)元素的虧損和富集程度表現(xiàn)得更為強(qiáng)烈。

圖3 貴東巖體微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.3 Spider diagram of original mantle standardized trace elements in Guidong composite pluton

稀土元素蛛網(wǎng)（圖4）也反映出這兩個(gè)期次花崗巖具有相似的變化趨勢(shì)，只是印支期花崗巖Eu負(fù)異常程度總體上更高，并且輕稀土更為富集。表明印支期花崗巖體在強(qiáng)烈的分異演化過(guò)程中，斜長(zhǎng)石結(jié)晶分離程度更高且輕重稀土元素分異明顯。印支期花崗巖中除Eu 含量較低外，其他稀土元素含量均高于燕山期花崗巖。

圖4 貴東巖體稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.4 Chondrite normalized REE pattern of Guidong composite pluton

2.4 花崗巖源區(qū)特征及形成環(huán)境

根據(jù)CaO/Na2O 比值可判斷花崗巖的源區(qū)物質(zhì)成分，見(jiàn)表3。

表3 花崗巖源區(qū)特征判別表［23］Table 3 Discrimination of granite source characteristics（from reference[23]）

如表2 所示，兩個(gè)期次花崗巖的CaO/Na2O比值大部分＞0.3，反映其源巖均主要由砂質(zhì)巖組成［23］。在A(yíng)/MF—C/MF 圖解上［24］，除魯溪巖體外，兩個(gè)期次花崗巖的數(shù)據(jù)點(diǎn)絕大部分都位于變雜砂巖區(qū)域內(nèi)（圖5），進(jìn)一步證實(shí)了大部分的貴東巖體的源區(qū)主要由砂質(zhì)巖組成，成因上屬于S 型花崗巖范疇。

圖5 貴東巖體A/MF-C/MF 圖解（底圖據(jù)文獻(xiàn)［24］）Fig.5 A/MF-C/MF diagram of Guidong composite pluton（after reference［24］）

在Rb-Y+Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖解中（圖6a）［25］，數(shù)據(jù)大部分投影于后碰撞花崗巖區(qū)域內(nèi)，但寨頭巖體（燕山期）位于同碰撞花崗巖區(qū)域內(nèi)；在A(yíng)l2O3-SiO2圖解上（圖6b）［26］，除魯溪巖體外，其余巖體都位于后造山花崗巖區(qū)域內(nèi)。由此可知，貴東巖體是在伸展的構(gòu)造環(huán)境中形成的，且不同期次花崗巖均屬于碰撞背景下的產(chǎn)物。

圖6 貴東巖體花崗巖Rb-Y+Nb 圖解（a）（底圖據(jù)文獻(xiàn)［25］）和Al2O3-SiO2圖解（b）（底圖據(jù)文獻(xiàn)［26］）Fig.6 Diagram of Rb-Y+Nb（a）（after Reference［25］）and Al2O3-SiO2（b）（after reference［26］）of granites in the Guidong composite pluton

3 鈾成礦規(guī)律及潛力探討

鈾所具有的親石性和不相容性是其典型的地球化學(xué)特征，這使得它在最初的地球演化過(guò)程中明顯傾向于在地殼中進(jìn)行富集。對(duì)于中國(guó)東部，前人大量的研究結(jié)果表明該區(qū)域的上、中、下地殼鈾含量分別為1.55×10-6、l.02×l0-6、0.74×10-6［27］。此外不同種類(lèi)巖漿巖中的鈾含量也存在較大差異，主要特征含量分別為：超基性巖為0.03×10-6、基性巖為0.1×10-6、中性巖為1.8×10-6、酸性巖為3.5×10-6［28］。華南地區(qū)基底的組成與構(gòu)造演化對(duì)該地區(qū)成巖成礦存在重要的控制作用，而且基底演化時(shí)期的相關(guān)地質(zhì)作用也為鈾的遷移和預(yù)富集創(chuàng)造了有利條件［29］。

地球動(dòng)力學(xué)研究表明，華南地區(qū)大規(guī)模的鈾成礦活動(dòng)主要發(fā)生在燕山晚期（100 Ma—60 Ma），而大部分鈾礦床形成于富鈾的印支期花崗巖中［30］。這些鈾礦床在成巖與成礦的時(shí)間上形成了差距，主要表現(xiàn)為印支期花崗巖中的鈾成礦部位大部分疊加了后期（燕山期）的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)。這一熱事件導(dǎo)致了印支期花崗巖中的鈾發(fā)生活化和遷移，為鈾礦床的形成提供了豐富的鈾源［31］。

在印支期—燕山早期這一階段，構(gòu)造體經(jīng)歷了由“擠壓-巖石圈增厚”向“拉張-巖石圈減薄”的轉(zhuǎn)換過(guò)程［13］。由于構(gòu)造環(huán)境的影響，后期巖漿中析出的揮發(fā)分與早期形成的印支期花崗巖發(fā)生交代反應(yīng)而形成自變質(zhì)作用?；◢弾r遭受強(qiáng)烈的自變質(zhì)作用后，富含鈾的副礦物經(jīng)過(guò)脫晶化作用被溶蝕、分解，其中鈾大部分被活化出來(lái)；這種活性鈾在后來(lái)熱液作用下很容易轉(zhuǎn)入溶液，從而形成含鈾熱液，在適宜的條件下富集形成鈾礦床。

貴東巖體內(nèi)燕山期花崗巖主要為燕山早期巖漿活動(dòng)產(chǎn)物，巖體內(nèi)僅存在一些鈾礦化點(diǎn)和異常點(diǎn)，并無(wú)較大規(guī)模的鈾礦床出現(xiàn)，可能存在以下幾點(diǎn)原因：

1）對(duì)比于中國(guó)東部上地殼平均值（1.5×10-6）［27］，燕山期巖體U 含量（平均值9.78×10-6）相對(duì)較高，但明顯低于已知產(chǎn)鈾巖體的U 含量，如下莊巖 體 平 均 為20.17×10-6［1］、高 棟 巖 體平 均 為15.1×10-6［12］、帽峰巖體平均為19.7×10-6［13］。

2）相對(duì)印支期Th/U 比值（0.13～5.05）燕山期巖體的Th/U 比值（3.4～5.44）較高，且主要位于華南地區(qū)非產(chǎn)鈾花崗巖范圍內(nèi)。

3）巖體具有高的REE 和HFSE 元素（Zr+Nb+Ce+Y）含量，這一特征表明了巖漿中鈾元素的含量相對(duì)于前者是不飽和的，因而鈾元素主要賦存在鋯石、釷石、獨(dú)居石等富含Th、REE和HFSE 的副礦物中。但這些副礦物中的U 較為穩(wěn)定，即使在后期熱液活動(dòng)的作用下也較難被分解，只有礦物經(jīng)過(guò)蛻晶化作用后才可能更充分釋放［32］。

4）由于燕山期巖體晚期巖漿活動(dòng)減弱，溫度、壓力及氧逸度的降低，鋯石、獨(dú)居石等含鈾副礦物更容易形成。這些副礦物的增多致使U較為分散，從而難以為鈾礦床提供豐富的鈾源［2］。

4 結(jié) 論

總體上，燕山期與印支期花崗巖在元素地球化學(xué)特征上表現(xiàn)不盡相同，花崗巖漿成分、形成的環(huán)境、結(jié)晶分異程度以及后期自變質(zhì)作用等因素，可能導(dǎo)致了貴東巖體內(nèi)不同期次的花崗巖在產(chǎn)鈾能力方面存在一定的差異性。通過(guò)以上對(duì)比認(rèn)為：貴東巖體屬于S 型花崗巖；大部分燕山期和印支期花崗巖的源區(qū)為變雜砂巖源區(qū)；產(chǎn)鈾能力較強(qiáng)的印支期花崗巖中富集Al2O3、TiO2、MgO、CaO、Rb、Th、U、Pb 和LREE，并虧損K2O、P2O5、TiO2、Ba、Sr、Eu；貴東巖體大部分可能形成于同碰撞構(gòu)造環(huán)境；對(duì)于結(jié)晶分異作用，產(chǎn)鈾能力較強(qiáng)的印支期花崗巖較燕山期花崗巖的更強(qiáng)。因此印支期產(chǎn)鈾花崗巖具有更好的鈾成礦潛力，其地球化學(xué)特征的指示信息，可作為鈾礦找礦的方向。