粵北坪下水地區(qū)輝綠巖地球化學特征及其成因

郭新文，梁園園，賴靜，周航兵，江衛(wèi)兵

（核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關 512029）

坪下水地區(qū)位于粵北諸廣南鈾礦區(qū)，經(jīng)過多年的勘查工作，區(qū)內(nèi)已經(jīng)揭露了一批鈾礦體，部分鈾礦體的產(chǎn)出位置與基性巖脈緊密相鄰。前人對比研究了華南鈾礦床與基性巖的形成年齡，發(fā)現(xiàn)鈾成礦時代與基性巖脈形成時代對應關系較好［1-2］，暗示基性巖脈與鈾成礦存在密切的成因聯(lián)系。

已有研究者對諸廣南鈾礦區(qū)出露的基性巖脈進行了年代學、地球化學及同位素研究［3-8］，認為基性巖脈為鈾成礦提供了熱量和礦化劑CO2，為鈾成礦提供了有利的還原環(huán)境。但對于坪下水地區(qū)研究程度相對薄弱，坪下水地區(qū)基性巖脈分布廣泛，而且在空間上與鈾礦化關系密切，目前尚未對該地區(qū)輝綠巖脈的巖石成因及巖漿來源開展過系統(tǒng)研究。因此，在前人研究基礎上，筆者通過對該地區(qū)輝綠巖脈開展較為系統(tǒng)的巖石地球化學特征研究，以期深化對諸廣南鈾礦區(qū)基性巖脈巖漿源區(qū)、成因機制及其形成的地球動力學背景的認識。

1 地質(zhì)概況

坪下水地區(qū)位于粵北諸廣巖體南部，其大地構(gòu)造位置處于諸廣巖體與南雄盆地接觸處的北東向展布的南雄斷裂帶上（圖1a）。南雄斷裂帶上盤為白堊紀—古近紀南雄盆地，下盤主要為諸廣南部龍華山印支期花崗巖體。區(qū)內(nèi)地層主要出露于研究區(qū)南東部，即南雄斷裂帶上盤南雄盆地內(nèi)，主要為古近系始新統(tǒng)古城組（E2g）淺灰色砂巖、粉砂巖、泥巖夾薄層碳質(zhì)頁巖和古新統(tǒng)濃山組（E1n）紫紅色鈣質(zhì)粉砂巖和青灰色泥質(zhì)粉砂巖、上湖組（E1s）雜色粗砂巖與棕紅色砂礫巖；區(qū)內(nèi)主體花崗巖為南雄盆地北西側(cè)諸廣山巖體內(nèi)的印支期（206～226 Ma）中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖和燕山期（145 Ma）細粒斑狀黑云母花崗巖［9］，其次為巖體內(nèi)及盆地中的輝綠巖脈。研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要包括北東向、近東西向、北北向東和北北西向四組，輝綠巖脈主要呈近東西向（圖1b），輝綠巖與斷裂構(gòu)造帶的接合部位鈾礦化較發(fā)育。

圖1 坪下水地區(qū)大地構(gòu)造位置（a）及區(qū)域地質(zhì)簡圖（b）（據(jù)參考文獻［9］修改）Fig.1 Tectonic location（a）and geological sketch（b）of Pingxiashui area（modified after reference［9］）

2 樣品采集與分析

坪下水地區(qū)輝綠巖樣品采自該區(qū)鉆孔巖心，基本信息見表1。主量元素在核工業(yè)二九〇研究所分析測試中心完成，分析儀器為荷蘭帕納科公司制造的X 射線熒光光譜儀，測試方法和依據(jù)GB/T 14506.28—2010《硅酸鹽巖石化學分析方法》。微量、稀土元素在核工業(yè)二三〇研究所分析測試中心完成，所用儀器為Finnigan MAT 公司制造的HR-ICP-MS 型質(zhì)譜儀，檢測限優(yōu)于0.5×10-9，測試方法和依據(jù)為GB/T 14506.30—2010。

表1 坪下水地區(qū)輝綠巖取樣信息表Table 1 Sampling information of diabase in Pingxiashui area

3 巖相學特征

巖石呈灰黑色，致密塊狀，表面略帶灰綠色調(diào)（圖2a）鏡下可見輝綠結(jié)構(gòu)、半自形柱狀粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、斑雜構(gòu)造（圖2b），主要礦物組成為：斜長石（約占35%），板柱狀，板片狀，粒徑0.2～2 mm；輝石（約含40%），主要為普通輝石，見輝石的規(guī)則晶形；纖閃石：約含15%，纖維集合體狀，針柱狀；綠簾石：約含10%，他形粒狀，粒狀集合體狀。

圖2 坪下水地區(qū)輝綠巖巖相學特征Fig.2 Photo of specimen and thin section of diabase in Pingxiashui area

4 地球化學特征

4.1 主量元素

坪下水地區(qū)的輝綠巖燒失量為2.05%～3.39%，說明巖石較為新鮮，蝕變程度很低（分析結(jié)果見表2）。w（SiO2）為44.98%～50.87%（平均為47.65%）；全堿含量w（K2O+Na2O）為4.60%～7.60%（平 均 為5.95%）；w（Al2O3）為12.49%～16.15%（平均為14.51%）；w（CaO）為1.29%～8.65%（平 均 為4.78%）；w（MnO）為0.15%～0.27%（平 均 為0.19%）；w（TiO20）為1.29%～1.94%（平均為1.67%）；w（P2O5）含量為0.14%～0.29%（平均為0.23%）。w（MgO）含量為8.36%～11.57%（平均為10.26%），鎂指數(shù)Mg#（Mg#=100×MgO/（MgO+FeOt））為42.59%～49.62%，反映坪下水地區(qū)的輝綠巖脈形成時巖漿分離結(jié)晶程度較低，具有初始巖漿的特點［10-11］，也可能與地幔巖發(fā)生過混合作用［12］。

表2 坪下水地區(qū)輝綠巖主量元素（wB/%）組成Table 2 Composition of the main elements (wB/%)of diabase in the Pingxiashui area

在TAS 圖解中（圖3a），坪下水地區(qū)的輝綠巖投點范圍較大，分布于堿玄巖、粗面玄武巖和玄武巖等堿性巖石區(qū)域內(nèi)，屬于堿性玄武巖系列。在坪下水輝綠巖AFM 圖解（圖3b）中，坪下水地區(qū)的輝綠巖樣品數(shù)據(jù)投點均落于鈣堿性系列中，坪下水地區(qū)的輝綠巖屬于鈣堿性系列。

圖3 坪下水輝綠巖TAS（a）、AFM（b）圖解（底圖據(jù)參考文獻［3］）Fig.3 TAS（a）and AFM（b）diagram of diabase in the Pingxiashui area（after reference［3］）

4.2 微量、稀土元素

坪下水地區(qū)輝綠巖微量元素分布模式圖（圖4a）所示，巖石異常富集Cs、U、W 等大離子親石元素，部分樣品較為富集Pb、Sr、Cu 等元素，部分樣品虧損Pb、Ba 等親石元素及Sr、Cr、Ni 等過渡族元素，分析結(jié)果見表3?？傮w來看，分布曲線向右傾斜，元素分布差異較大。

圖4 坪下水地區(qū)輝綠巖微量元素蛛網(wǎng)圖及稀土元素分布圖（原始地幔值、球粒隕石標準化數(shù)值據(jù)文獻［13-14］）Fig.4 Spider diagram of trace elements and distribution diagram of REE in diabase at the Pingxiashui area（after reference［13-14］）

表3 坪下水地區(qū)輝綠巖微量元素（wB/10-6）和稀土元素（wB/10-6）組成Table 3 Composition of the trace elements (wB/10-6)and rare earth elements (wB/10-6)of diabase in the Pingxiashui area

表2（續(xù)）

Zr/Ba 比值除一個樣品（0.12）小于0.2 外，其余樣品（0.23～3，平均0.9）都大于0.2；La/Ta比值（15.92～33.76，平均為23.69）大于22；La/Nb 比值除3 個樣品大于1.5 外，其余樣品（1.06～1.41）都低于1.5；TiO2（1.29%～1.94%，平均為1.67%）和Fe2O3含量（10.63%～14.28%，平均為11.75%）與巖石圈地幔來源的玄武巖值（分別為1.82%和11.47%）較為接近，說明坪下水輝綠巖的原始巖漿來源于地幔柱組分。

坪下水地區(qū)的輝綠巖∑REE 為60.26×10-6～141.48×10-6，平 均 為96.58×10-6，稀 土總量較低；LREE/HREE 比值介于5.28～14.31之 間，平 均 為7.19，（La/Yb）N值 變 化 范 圍 為5.26～13.53，稀土分布曲線整體呈向右傾斜（圖4b），但較為分散，尤其是樣品Pxs03-14 的重稀土出現(xiàn)異常虧損，可能該樣品受后期蝕變作用的影響；δEu 值為0.74～1.10，Eu 未見明顯負異常，反映巖漿演化過程中，斜長石的分離結(jié)晶作用不明顯；各樣品球粒隕石標準化稀土元素配分曲線基本一致，反映巖漿演化過程中樣品之間的稀土元素分餾程度相同；且δCe 值為0.84～0.92，反映具弱氧化環(huán)境。

5 討 論

圖3 顯示坪下水地區(qū)輝綠巖屬于玄武巖系列，因此可運用玄武巖微量元素構(gòu)造判別圖來確定輝綠巖形成的構(gòu)造環(huán)境。坪下水輝綠巖的Hf/Th 比值（0.60～1.78），均低于8，Th/Ta 比值（1.76～6.16），均大于1.6，Ta/Hf 比值（0.24～0.32），均大于0.1，這些特征都相似于玄武巖［15-16］。由TiO2-Nb 構(gòu)造判別圖（圖5a）顯示，坪下水地區(qū)輝綠巖數(shù)據(jù)投點于板內(nèi)玄武巖區(qū)域內(nèi)，部分數(shù)據(jù)投點于交匯部位。同時，在Nb-Zr-Y 構(gòu)造環(huán)境判別圖（圖5b）上，坪下水地區(qū)的輝綠巖則投點于AⅡ與B 區(qū)域內(nèi)，即板內(nèi)堿性玄武巖、板內(nèi)拉斑玄武巖和E-MORB 區(qū)域內(nèi)；在Zr/Y-Zr（圖5c）圖中，數(shù)據(jù)點位于板內(nèi)玄武巖區(qū)域內(nèi)，與上述結(jié)果一致，說明坪下水地區(qū)輝綠巖表現(xiàn)出板內(nèi)玄武巖特征，這和中生代時期研究區(qū)位于大陸板內(nèi)環(huán)境相一致［17］。在Ta/Yb-Th/Yb 圖（圖5d）中，數(shù)據(jù)落于大陸邊緣弧范圍內(nèi)，這可能是由于地幔源區(qū)遭受到俯沖帶流體的交代改造，造成巖石中Th 含量相對富，同時Nb 相對虧損［18-19］，而造成其偏離了板內(nèi)玄武巖的演化趨勢。另外，坪下水地區(qū)的輝綠巖受到地殼混染的影響較大，導致大離子親石元素、高場強元素及過渡族元素都有所變化，曲線分布呈現(xiàn)松散現(xiàn)象，向右傾斜較緩，曲線呈鋸齒狀。在構(gòu)造環(huán)境判別圖上，坪下水地區(qū)輝綠巖的構(gòu)造環(huán)境多數(shù)屬于板內(nèi)堿性玄武巖、板內(nèi)拉斑玄武巖范疇。在La/Sm-La 圖解（圖6）中，數(shù)據(jù)點顯示出結(jié)晶分異的近水平趨勢，說明結(jié)晶分異作用和地殼混染作用可能是控制巖漿稀土元素演化的主要因素［20-23］。

圖5 坪下水地區(qū)輝綠巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解（底圖據(jù)參考文獻［18］）Fig.5 Discriminating diagrams for tectonic environments of diabase in Pingxiashui area（after reference［18］）

圖6 坪下水輝綠巖La-La/Sm 圖解（底圖據(jù)參考文獻［13］）Fig.6 La-La/Sm diagram of diabase in Pinaxiashui area（after reference［13］）

6 結(jié) 論

1）坪下水輝綠巖屬于鈣堿性玄武巖系列，化學成分上相對富集Cs、Pb、U、W 等元素，相對虧損Rb、Ba、Sb、Sr 等親石元素。稀土元素配分曲線呈右傾型，未見明顯Eu 負異常。

2）坪下水輝綠巖脈屬于板內(nèi)玄武巖，物質(zhì)組成具有洋中脊玄武巖（MORB）特征，源區(qū)性質(zhì)屬富集型地幔，形成時巖漿分離結(jié)晶作用程度較低，具有初始巖漿的特點，也可能與地幔巖發(fā)生過混合作用，在上升侵位過程中受到的地殼混染的影響。