長江鈾礦田花崗巖與鈾成礦年代學(xué)研究進展

朱 衛(wèi) 平

(1.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 ，江西 南昌 330013; 2.自然資源部 航空地球物理與遙感地質(zhì)重點實驗室，北京 100083; 3.中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

粵北諸廣山地區(qū)是我國重要的花崗巖型鈾礦產(chǎn)地，其中發(fā)育多個鈾礦田，長江鈾礦田位于諸廣山復(fù)式巖體中南部，因區(qū)內(nèi)有棉花坑等鈾礦床而著名。前人在粵北諸廣山地區(qū)做了大量的找礦、勘探與地質(zhì)研究工作[1-3]，圍繞長江礦田年代學(xué)[4-5]、地球化學(xué)[6]、巖石成因[7]及鈾礦床成因[8]等方面取得了大量的研究成果。本文系統(tǒng)總結(jié)了長江鈾礦田花崗巖和鈾成礦的年代學(xué)研究進展，并針對存在的問題進行了探討，為下一步找礦與研究提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

長江鈾礦田處于南嶺構(gòu)造—巖漿活動帶中段，位于諸廣山巖體中南部。該區(qū)是吳川—四會深大斷裂向北延伸通過的部位，是地殼構(gòu)造巖漿長期、多階段、強烈活動的特殊區(qū)域。區(qū)域上加里東期、印支期和燕山期巖漿活動頻繁。區(qū)內(nèi)主體巖體為長江燕山期巖體和油洞印支期巖體，加里東期花崗閃長巖僅出露于礦田西南角(圖1)。沿著長江巖體與油洞巖體結(jié)合部位形成了多個鈾礦床，如書樓丘(305)鈾礦床、棉花坑(302)鈾礦床、油洞(306)鈾礦床、長坑(301)鈾礦床、長排鈾礦床、水石(308)鈾礦床[7]，以及蕉坪(362)鈾礦床、企嶺(363)鈾礦床。與成礦有關(guān)的巖體為長江巖體和油洞巖體，其中長江巖體主要巖性為中粒黑云母花崗巖，油洞巖體主要巖性為粗粒二云母花崗巖。

1—第四系；2—燕山期中細(xì)粒二云母花崗巖；3—燕山期中粒斑狀黑云母花崗巖；4—印支期粗粒二云母花崗巖；5—印支期粗粒黑云母花崗巖；6—加里東期花崗閃長巖；7—中生代火山巖；8—中生代花崗巖；9—輝綠巖；10—輝長閃長巖；11—構(gòu)造帶；12—地質(zhì)界線與推測地質(zhì)界線；13—鈾礦床；14—地名；15—采樣位置與編號

2 主要進展

到目前為止，前人對長江鈾礦田的長江巖體、油洞巖體和侵入其中的脈巖形成年齡以及書樓丘、棉花坑、長排等3個鈾礦床的成礦年齡進行了大量的測試工作，獲得了較為豐富的年齡數(shù)據(jù)。這些年齡數(shù)據(jù)是不同學(xué)者在不同時間使用LA-ICP-MS鋯石U-Pb法、SHRIMP法和電子探針等方法測試獲得的。從這些年齡數(shù)據(jù)可以看出，長江鈾礦田巖體形成年齡值相對集中，而鈾礦床形成時間跨度較大，如長江巖體年齡常見值在166～157 Ma，油洞巖體年齡常見值在232～225 Ma，鈾礦床形成時間在127～54 Ma，具體如表1所示。

表1 長江鈾礦田花崗巖及鈾成礦年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計

(續(xù)表)

(續(xù)表)

3 討論與結(jié)論

3.1 巖體形成年齡問題

3.1.1 長江巖體成巖年齡

通過分析長江巖體年齡數(shù)據(jù)，可知該巖體形成年齡在185.21～141.8 Ma，常見值為166～157 Ma(圖2)，加權(quán)平均年齡為160.9 Ma，除去最大值與最小值后的算術(shù)平均年齡為161 Ma，表明長江巖體黑云母花崗巖形成于中—晚侏羅世，為燕山早期巖漿活動的產(chǎn)物。區(qū)域資料反映燕山早期花崗巖是太平洋板塊俯沖影響下，印支地塊與華南地塊碰撞產(chǎn)生的薄弱構(gòu)造帶發(fā)生進一步伸展后由位于中、下地殼部位的古老變質(zhì)沉積巖部分熔融形成的[11]。

圖2 長江巖體年齡概率分布

此外，鄧平等[11]測試長江巖體黑云母花崗巖時，獲得的167.6±2.5 Ma、174.5±2.5 Ma、184.33±2.6 Ma等年齡因偏高不在諧和線上，未參與加權(quán)平均統(tǒng)計，但這些年齡與區(qū)域上的下莊礦田332 礦區(qū)(K332-2) 基性巖脈(角閃石坪年齡為185.6±3.0 Ma，反等時線年齡為185.4±5.9 Ma(MSWD=2.7)[33])、張廣營地區(qū)337礦區(qū)NEE向基性巖脈(角閃石坪年齡為179.6±2.8 Ma(MSWD=4.0)，反等時線年齡為175.2±4.0 Ma(MSWD=2.4)[33])和鹿井中部下古選—官莊地區(qū)輝綠巖(成巖年齡為171.9±1.6 Ma、169.1±3.8 Ma[5])的巖體年齡基本一致 ，說明未參與統(tǒng)計的年齡值可能代表了華南地區(qū)170～180 Ma的某一期次巖漿活動和巖石圈伸展構(gòu)造事件。

3.1.2 油洞巖體形成年齡

由表1統(tǒng)計可知，有5位學(xué)者對油洞巖體年齡進行了測試，獲得該巖體形成年齡數(shù)據(jù)6個，對這些年齡數(shù)據(jù)進行分析，可知油洞巖體形成年齡在245.6～219.6 Ma，常見值在225～235 Ma(圖3)，加權(quán)平均年齡為232.1 Ma，說明油洞二云母花崗巖巖體形成于三疊紀(jì)，為印支期巖漿活動的產(chǎn)物。這與華南地塊和印支地塊碰撞結(jié)束的時間243 Ma相一致，印證了華南地區(qū)的伸展構(gòu)造環(huán)境實際上在華南地塊和印支地塊碰撞結(jié)束時就已經(jīng)開始的說法[21]。

圖3 油洞巖體年齡概率分布

此外，黃國龍等[21]對油洞巖體進行年代學(xué)測試時，獲得兩顆鋯石206Pb/238U 年齡分別為436.9 Ma和440.5 Ma，與該巖體正常年齡偏高，與相鄰的扶溪巖體鋯石U-Pb年齡440.7±3.3 Ma[32]、426.7±5.4 Ma(變化范圍為451.6～402.2 Ma)[4]非常一致，推斷油洞巖體形成過程中捕獲了相鄰的早期扶溪巖體。

3.1.3 脈巖形成年齡

區(qū)內(nèi)脈巖包括輝綠巖、角閃輝綠巖、輝長閃長巖等基性巖脈以及花崗質(zhì)等酸性巖兩類，其中周航兵等[24]測得細(xì)粒黑云母花崗巖樣品采自棉花坑鉆孔巖心，從表1可以看出，細(xì)粒黑云母花崗巖是產(chǎn)于粗粒二云母花崗巖中的脈巖，而非巖體。因此，所測得的123.9±1.3 Ma年齡數(shù)據(jù)應(yīng)歸為脈巖形成年齡。

此外，周航兵等[24]還獲得多個128～120 Ma之外的年齡，其中測得162 Ma的年齡數(shù)據(jù)與長江巖體形成年齡161 Ma非常一致，可能是該脈巖形成時捕獲的長江花崗巖體的年齡。還獲得4個位于149～140 Ma之間的年齡數(shù)據(jù)，可能是捕獲了早期角閃輝長巖(145 Ma)與輝長角閃巖(150 Ma)等基性脈巖。另外，周航兵等[24]還測得138 Ma和140 Ma的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)，與徐文雄等[23]測得的細(xì)?；◢徺|(zhì)脈巖年齡(138.6±1.3 Ma)以及岑濤等[34]測得的蔡坊盆地流紋質(zhì)火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡(138.0±2.4 Ma)非常一致，反映了華南地區(qū)存在140±Ma的巖漿活動事件。

綜上，可將長江鈾礦田的脈巖劃分為3期：晚侏羅世基性脈巖(包括145 Ma和150 Ma兩個階段)、早白堊世花崗質(zhì)酸性脈巖(138.6～123.9 Ma)和晚白堊世基性脈巖(110 Ma)(圖4)。

圖4 長江鈾礦田脈巖年齡概率分布

晚中生代以來，華南板塊經(jīng)歷了多期大規(guī)模巖石圈伸展減薄事件。長江鈾礦田發(fā)育的150～110 Ma多期次脈巖活動與前人統(tǒng)計研究認(rèn)為的華南地區(qū)白堊紀(jì)—古近紀(jì)存在6期地殼拉張、巖石圈伸展作用(145～135 Ma、125～115 Ma、110～100 Ma、95～85 Ma、75～70 Ma、55～45 Ma)的前三期活動時間對應(yīng)較好[35]，為華南地區(qū)該時期的巖石圈伸展和地殼拉張事件存在提供了依據(jù)。

3.2 成礦年齡問題

書樓丘(305)鈾礦床成礦年齡有兩位學(xué)者進行了測試，使用的測年方法均為LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，獲得206Pb/238U年齡為79.0～67.8 Ma，3個樣品加權(quán)年齡分別為71.4±1.3 Ma、74.4±1.7 Ma和71.1±1.1 Ma，已獲得所有數(shù)據(jù)求得加權(quán)平均年齡為72.04 Ma，屬于晚白堊世。

目前，完成長排鈾礦2個瀝青鈾礦LA-ICP-MS原位微區(qū) U-Pb測年，獲得該鈾礦成礦206Pb/238U年齡為79.6～57.9 Ma，2個樣品平均年齡分別為62.4±2.5 Ma和70.2±0.5 Ma。所有樣品數(shù)據(jù)加權(quán)平均年齡為68.12Ma，屬于晚白堊世。

棉花坑(302)鈾成礦年齡測試工作較多，一共有6位學(xué)者獲得18個年齡數(shù)據(jù)，年齡值變化范圍為127～54 Ma，除去68.7±3.0 Ma(N=8，MSWD=665)[29]和93±43 Ma(N=12，MSWD=1.4)[30](前者因MSWD值偏差大、后者因誤差大而不參與統(tǒng)計)，對其余16個數(shù)據(jù)計算獲得的加權(quán)平均年齡為77.8 Ma。16個年齡數(shù)據(jù)可以劃分為4組：61～54 Ma(古新世)、75～67 Ma(晚白堊世)、104～93 Ma(晚白堊世)和127～119 Ma(早白堊世)(圖5)。書樓丘、長排兩個鈾礦床成礦年齡與棉花坑鈾礦床第二組成礦年齡一致，均屬于晚白堊世。

圖5 棉花坑鈾礦床成礦年齡概率分布

3.3 成巖與成礦演化階段

通過對長江鈾礦田成巖與成礦年齡統(tǒng)計分析，可知該地區(qū)成巖與成礦演化順序如下：油洞巖體→長江巖體→早期基性巖脈→細(xì)粒花崗質(zhì)巖脈→早期鈾成礦階段→細(xì)粒黑云母花崗巖脈→晚期基性巖脈→第二期鈾成礦階段→晚期鈾成礦階段(圖6)。

圖6 長江鈾礦田巖體形成與鈾成礦演化階段示意

根據(jù)年齡數(shù)據(jù)可將該區(qū)成巖成礦作用劃分為以下演化階段：①三疊紀(jì)花崗巖漿作用(油洞巖體)；②中—晚侏羅世花崗巖漿作用(長江巖體)；③晚侏羅世基性脈巖作用(輝長閃長巖脈，150 Ma；角閃輝綠巖脈，145 Ma)；④早白堊世脈巖與早期鈾成礦作用(138.6～110 Ma)；⑤晚白堊世鈾成礦作用(75～67 Ma)；⑥古新世鈾成礦作用(61～54 Ma)。

胡瑞忠等[35]研究認(rèn)為至少自白堊紀(jì)以來，華南地區(qū)主要處于陸內(nèi)巖石圈伸展的構(gòu)造環(huán)境，從年代學(xué)角度認(rèn)為華南鈾礦床的成礦時代與該區(qū)中生代以來由基性脈巖反映的巖石圈伸展事件的時代具有較好的對應(yīng)關(guān)系，該區(qū)鈾成礦可劃分為6個主成礦期,其峰值年齡分別為距今約140～135 Ma、120～115 Ma、105～100 Ma、90～85 Ma、70～65 Ma和50～45 Ma，以及6次重要的巖石圈伸展事件：145～135 Ma、125～115 Ma、110～100 Ma、95～85 Ma、75～70 Ma和55～45 Ma。從長江鈾礦田成巖與成礦時間統(tǒng)計可知，主要鈾成礦時間與前人統(tǒng)計的鈾成礦期時間上對應(yīng)較好，鈾成礦及脈巖(包括基性和中酸性脈巖)形成時間與區(qū)域上的伸展構(gòu)造事件對應(yīng)較好。因此可以認(rèn)為基性巖脈為鈾成礦提供了幔源流體和還原障的作用[33]。但鈾成礦時間與花崗巖體形成時間存在較大的時間差，鈾成礦與該地區(qū)花崗巖體形成時間上應(yīng)沒有必然內(nèi)在聯(lián)系。

3.4 鈾含量對數(shù)據(jù)精度的影響

多篇文章的測年數(shù)據(jù)出現(xiàn)了高鈾鋯石年齡[12]。王家松等[36]已經(jīng)注意到高鈾對鋯石U-Pb年齡會產(chǎn)生影響，也開展了相關(guān)方面的研究。在高鈾鋯石SIMS206Pb/238U定年分析中，當(dāng)鋯石的鈾含量超過一定臨界值，206Pb/238U表面年齡與鋯石的鈾含量呈強烈的正相關(guān)，通常稱為高鈾基體效應(yīng)。

Zhao K D等[37]以華南豆乍山花崗巖為例，開展了高鈾含量鋯石LA-ICP-MS定年可靠性研究。研究結(jié)果表明，使用SHRIMP鋯石U-Pb定年進行高鈾(12 007×10-6～26 706×10-6)鋯石測年結(jié)果(268±9 Ma，N=5，MSWD =2.7)總是比低鈾(558×10-6～3 667×10-6)年齡(228±11 Ma，N=4，MWSD=3.1)大，而使用LA-ICP-MS方法測高鈾鋯石(12 840×10-6～26 018×10-6)與低鈾鋯石(1 215×10-6～4 075×10-6)具有相同的U-Pb年齡203±4 Ma(N=13，MSWD=1.4)，且與該花崗巖白云母的40Ar-39Ar年齡(207±4 Ma)接近。這說明高鈾鋯石定年時，不同測量方法高鈾基體效應(yīng)不一樣，測年方法的選擇很重要。

Zamyatin D A等[38]對采自俄羅斯中烏拉爾阿杜伊地塊偉晶巖中的高鈾鋯石進行了電子探針化學(xué)測年，加權(quán)平均年齡為246±2 Ma，與前人測定的阿杜伊地塊的年齡結(jié)果相當(dāng)吻合。這說明高鈾鋯石電子探針化學(xué)測年數(shù)據(jù)基體效應(yīng)不大。

從統(tǒng)計的長江鈾礦田年代數(shù)據(jù)來看，鄧平等[11]使用SHRIMP鋯石U-Pb方法定年中，大部分高鈾鋯石比低鈾鋯石年齡值要大，個別要小。其他很多測年數(shù)據(jù)中高鈾并不一定都引起所測年齡數(shù)值偏大，也有的高鈾鋯石所測的年齡數(shù)值甚至偏小[12,23]。同時發(fā)現(xiàn)有些樣品鈾含量并不高，所測年齡數(shù)值反而大[12,23]。這種情況表明鈾含量的多少與所測年齡值的大小沒有直接關(guān)系。王家松等[36]在總結(jié)前人對高鈾基體效應(yīng)的鈾含量臨界值時，認(rèn)為目前沒有一個統(tǒng)一的說法，這種差異可能與儀器條件(質(zhì)譜類型、質(zhì)譜參數(shù))和樣品性質(zhì)(鋯石蛻變晶化程度)有關(guān)。

3.5 其他問題

1)長江鈾礦田其他礦床成礦年代數(shù)據(jù)缺失的問題。目前為止，礦床年齡數(shù)據(jù)主要集中在棉花坑(302)鈾礦床、書樓丘(305)鈾礦床和長排鈾礦床，其他如長坑(301)、油洞(306)、水石(308)、蕉坪(362)、企嶺(363)等鈾礦床缺少年代數(shù)據(jù)。為了更好地研究長江鈾礦田鈾礦床成礦作用與成礦規(guī)律，有必要對其他鈾礦床進行準(zhǔn)確的年齡測定。

2)長江巖體二云母花崗巖年齡數(shù)據(jù)缺失問題。目前長江巖體年代學(xué)研究都集中在黑云花崗巖巖體的研究，依據(jù)目前地質(zhì)資料看，長江巖體還存在白堊紀(jì)二云母花崗巖，但缺少該期巖體的年齡數(shù)據(jù)，有必要對該期巖體進行年代學(xué)研究。

3)巖脈年代學(xué)研究問題。書樓丘地區(qū)發(fā)育EW向展布的煌斑巖脈，鈾礦體往往產(chǎn)于煌斑巖脈與硅化帶接觸部位。羅強等[6]開展了書樓丘地區(qū)煌斑巖地球化學(xué)特征與鈾成礦關(guān)系研究。目前未見該地區(qū)煌斑巖脈的年代學(xué)研究，可以加強該地區(qū)煌斑巖年代學(xué)研究，探討煌斑巖與鈾成礦的關(guān)系。

4 結(jié)論與建議

通過系統(tǒng)總結(jié)長江鈾礦田花崗巖及成礦年代學(xué)研究進展，可以得出以下主要認(rèn)識：

1)長江巖體黑云母花崗巖形成年齡為166～157 Ma(加權(quán)平均年齡為160.9 Ma)，屬于中—晚侏羅世、燕山早期巖漿活動的產(chǎn)物；油洞巖體形成于245.6～219.6 Ma(加權(quán)平均年齡232.1 Ma)，屬三疊紀(jì)、印支期巖漿活動的產(chǎn)物。

2)長江鈾礦田形成了輝長閃長巖、角閃輝綠巖、細(xì)?；◢徺|(zhì)巖和煌斑巖等多種巖脈，其中輝長閃長巖脈形成年齡為150±1.0 Ma，輝綠巖角閃石脈形成年齡存在145.1±1.5 Ma和110.6±2.0 Ma兩期；細(xì)粒花崗質(zhì)巖脈形成年齡為138.6±1.3 Ma，細(xì)粒黑云母花崗巖脈形成年齡為123.9±1.3 Ma。長江鈾礦田巖脈活動至少可以劃分為3期：①晚侏羅世基性脈巖(150～145.1 Ma)；②早白堊世酸性脈巖(138.6～123.9 Ma)；③早白堊世基性脈巖(110 Ma)。

3)前人主要對長江鈾礦田的棉花坑(302)、書樓丘(305)和長排等3個鈾礦床年代學(xué)開展了研究，從年代學(xué)數(shù)據(jù)來看，長江鈾礦田的3個鈾礦床的鈾成礦作用從早白堊世已經(jīng)開始，一直持續(xù)到古新世，時間跨度大，為127～54 Ma，可劃分為3個成礦期：早白堊世成礦期(127～119 Ma)、晚白堊世成礦期(75～67 Ma)和古新世成礦期(61～54 Ma)，其中以70～60 Ma(晚白堊世—古新世)年齡數(shù)據(jù)比較集中，可能是該區(qū)鈾成礦高峰期。

4)從年代學(xué)數(shù)據(jù)看，長江鈾礦田巖體形成與成礦演化順序為：油洞巖體→長江巖體→早期基性巖脈→細(xì)粒花崗質(zhì)巖脈→早期鈾成礦階段→細(xì)粒黑云母花崗巖脈→晚期基性巖脈→第二期鈾成礦階段→晚期鈾成礦階段。時間上，可將長江鈾礦田成巖與鈾成礦劃分為6個階段：①三疊紀(jì)花崗巖漿作用(油洞巖體)；②中—晚侏羅世花崗巖漿作用(長江巖體)；③晚侏羅世基性巖脈作用(輝長閃長巖脈，150 Ma；角閃輝綠巖脈，145 Ma)，燕山中期巖漿活動；④早白堊世酸性脈巖與早期鈾成礦作用(138.6～110 Ma)；⑤晚白堊世鈾成礦作用(75～67 Ma)；⑥古新世鈾成礦作用(61～54 Ma)。

5)通過對長江鈾礦田高鈾巖體與所測年齡的對應(yīng)關(guān)系分析，認(rèn)為高鈾巖體對所測年齡的影響沒有一個絕對的對應(yīng)關(guān)系。

6)長江鈾礦田長坑(301)、油洞(306)、水石(308)、蕉坪(362)、企嶺(363)等鈾礦床、長江巖體二云母花崗巖以及煌斑巖等基性巖脈缺少年代學(xué)研究，建議進一步加強其他巖體、巖脈和鈾礦床的年代學(xué)研究，進一步探討鈾成礦機理及其與巖體、巖脈的關(guān)系。

致謝：感謝巫建華教授、郭國林教授在選題和寫作方法方面提供的指導(dǎo)與幫助；感謝審稿專家提出的寶貴意見；感謝編輯部各位老師對稿件的認(rèn)真校對！