粵北長江地區(qū)花崗斑巖脈年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

龐雅慶，孟曉慶，范洪海，高飛，王勇劍，何德寶

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083）

花崗斑巖是巖漿侵入活動(dòng)較晚階段的產(chǎn)物，與多種礦產(chǎn)有著密切的成因關(guān)系［1-5］，而花崗斑巖也因與鈾成礦有著密切的空間關(guān)系引起了眾多學(xué)者的關(guān)注［6-10］?；洷遍L江地區(qū)產(chǎn)出有眾多花崗巖型鈾礦床，是重要的鈾礦產(chǎn)地。該類型鈾礦與花崗巖體有著密切的空間和成因聯(lián)系［11-15］。前人對(duì)長江地區(qū)產(chǎn)鈾花崗巖體和基性巖脈已經(jīng)開展了詳細(xì)的巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)以及年代學(xué)等研究［16-24］，探討了巖漿演化特征及與鈾成礦的關(guān)系，但是針對(duì)區(qū)內(nèi)花崗斑巖的研究尚未見報(bào)道。

本文以長江地區(qū)花崗斑巖脈為研究對(duì)象，在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)花崗斑巖開展了巖石學(xué)、鋯石年代學(xué)和地球化學(xué)特征等研究，探討了其成巖年齡、巖石類型、物質(zhì)來源、構(gòu)造背景及與鈾成礦的關(guān)系，以期進(jìn)一步完善長江地區(qū)巖漿演化特征及其與鈾成礦關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

長江地區(qū)是粵北重要的鈾礦產(chǎn)地，產(chǎn)出有棉花坑、書樓丘和長排等鈾礦床及眾多鈾礦點(diǎn)。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)發(fā)育，廣泛出露印支期油洞巖體和燕山期長江巖體，巖性多為粗、中、細(xì)粒斑狀黑云母花崗巖或二云母花崗巖，也見少量基性巖脈和酸性巖脈穿插于巖體中。長江地區(qū)花崗斑巖近EW 向展布，呈脈狀穿插于油洞巖體中（圖1）。花崗斑巖多為灰色，風(fēng)化后呈灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖2a）。斑晶主要為鉀長石和石英（圖2b），少量為黑云母（圖2c）；鉀長石呈自形板狀，0.2～3 mm，大小不等，含量5 %左右，多見絹云母化及黏土化；石英呈他形粒狀，0.1～1.5 mm，大小不一，含量4 %左右；黑云母多呈片狀-長條狀，0.2～1 mm，含量1 %左右，局部蝕變?yōu)榫G泥石，保留黑云母假象?；|(zhì)主要由隱晶質(zhì)和石英、長石、黑云母微晶組成，粒度多數(shù)小于0.1 mm，石英、長石微晶常組成顯微文象結(jié)構(gòu)（圖2d）。

圖1 長江地區(qū)地質(zhì)簡圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［24］修改）Fig.1 Geological sketch map of Changjiang area（modified after reference［24］）

圖2 長江地區(qū)花崗斑巖脈手標(biāo)本及鏡下照片F(xiàn)ig.2 Hand specimen and microphotographs of granite porphyry dykes from Changjiang area

2 樣品采集與分析方法

研究的6 件花崗斑巖樣品均采自長江地區(qū)地表露頭，樣品新鮮，風(fēng)化弱且無蝕變，采樣位置見圖1。

用于U-Pb 定年的花崗斑巖樣品的鋯石挑選和鋯石制靶、陰極發(fā)光（CL）等照相在河北廊坊宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司進(jìn)行。花崗斑巖樣品經(jīng)粗碎、細(xì)碎和淘洗，將樣品碎至鋯石單體解離的粒度，經(jīng)重選、磁選等方法富集鋯石，在雙目鏡下挑選晶型好、無裂紋、具代表性的鋯石進(jìn)行制靶，然后對(duì)鋯石樣品靶進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光（CL）照相，綜合分析鋯石影像特征并判別鋯石成因，避開鋯石上裂隙、包裹體或雜質(zhì)從而確定鋯石U-Pb 定年測(cè)點(diǎn)位置。

花崗斑巖樣品LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試工作在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成。質(zhì)譜儀采用Thermo Fisher 公司制造的Neptune 型質(zhì)譜儀，剝蝕系統(tǒng)采用的激光發(fā)射器為美國ESI 公司制造的ArF 準(zhǔn)分子激光器，原始數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 軟件［25］，U-Pb 年齡協(xié)和圖繪制采用Isoplot 軟件［26］。

花崗斑巖樣品主量元素、微量元素分析均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心完成。主量元素和微量元素測(cè)試儀器分別為Axiosm AX-X 射線熒光光譜儀和NexION300D 等離子體質(zhì)譜儀，主量元素測(cè)試誤差小于1 %，微量元素分析精度優(yōu)于5 %。

3 鋯石U-Pb 年齡

表1 為長江地區(qū)花崗斑巖樣品（ZN99）LAICP-MS 鋯石U-Pb 同位素測(cè)試數(shù)據(jù)?；◢彴邘r的鋯石無色透明，粒徑長介于80～260μm 之間，寬介于45～90μm 之間，多呈自形-半自形柱狀，少量可見較完整的晶棱或晶錐，陰極發(fā)光（CL）圖像顯示鋯石具有巖漿振蕩環(huán)帶（圖3），顯示其巖漿成因特征。本次共測(cè)定24 個(gè)鋯石點(diǎn)的w（Th）/w（U）比值（0.17～0.98）均大于0.1（表1），具有典型巖漿鋯石的高w（Th）/w（U）比值特征［27］。

表1 長江地區(qū)花崗斑巖脈LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating analysis results of granite porphyry dykes from Changjiang area

測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U 年齡（148～155 Ma）比較集中（表1）。從鋯石U-Pb 年齡諧和圖可以看出，24 個(gè)測(cè)點(diǎn)均位于諧和線上或其附近（圖4），反映這些鋯石未遭受后期熱事件影響，沒有發(fā)生顯著的Pb 丟失。根據(jù)24 個(gè)測(cè)點(diǎn)計(jì)算獲得的206Pb/238U 年齡加權(quán)平均值為151.8±0.7 Ma（n=24，MSWD=1.8），該年齡可以代表花崗斑巖的結(jié)晶年齡。

圖4 長江地區(qū)花崗斑巖脈鋯石U-Pb 年齡諧和圖Fig.4 U-Pb dating concordia diagram of zircons from granite porphyry dykes in Changjiang area

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

花崗斑巖脈樣品主量元素含量見表2?；◢彴邘rw（SiO2）含量高（74.13%～75.25%，平均為74.67%），全堿w（Na2O+K2O）含量較高（7.10%～8.80 %，平均為7.79 %），w（K2O）/w（Na2O）值為1.72～3.23，w（Al2O3）含量較高（12.92%～13.96%，平均為13.39 %），w（CaO）含量較低（0.15 %～0.66%，平均為0.39%），A/CNK 值顯示為弱過鋁質(zhì)（1.08～1.57，平均為1.28），里特曼指數(shù)σ值顯示為鈣堿性（1.60～2.40，平均為1.91）。在TSA圖上數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入亞堿性花崗巖區(qū)域（圖5a），在SiO2-K2O圖上數(shù)據(jù)點(diǎn)都落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域（圖5b）。

表2 長江地區(qū)花崗斑巖脈主量元素含量w（B）/%及相關(guān)參數(shù)Table 2 The major elements data /% and parameters of granite porphyry dykes from Changjiang area

圖5 長江地區(qū)花崗斑巖脈TSA 圖解（a，底圖據(jù)參考文獻(xiàn)［28］）和SiO2-K2O 圖解（b，底圖據(jù)參考文獻(xiàn)［29］）Fig.5 The TAS（a，base map after reference［28］）and SiO2-K2O（b，base map after reference［29］）diagrams of granite porphyry dykes from Changjiang area

綜上所述，該地區(qū)花崗斑巖具高硅、富堿、富鋁、鉀大于鈉、低鈣等特點(diǎn)，與長江地區(qū)油洞巖體和長江巖體特征相似［17，20］，屬于典型的殼源型花崗巖范疇。

4.2 微量-稀土元素特征

表3 為花崗斑巖脈樣品微量元素和稀土元素含量分析結(jié)果。

表3 長江地區(qū)花崗斑巖脈微量和稀土元素分析結(jié)果w（B）/10-6及相關(guān)參數(shù)Table 3 Analytical results of trace elements，rare earth elements（10-6）and parameters of granite porphyry dykes from Changjiang area

從微量元素蛛網(wǎng)圖可以看出（圖6a），花崗斑巖強(qiáng)烈富集Rb、Th、Hf，“高峰”明顯，而Ba、Sr、P 和Ti 明顯虧損，呈現(xiàn)“低谷”。花崗斑巖具高的w（Rb）/w（Sr）值（6.45～15.53，平均為9.93）和w（Rb）/w（Nb）值（17.38～21.86，平均為20.03）、低的w（Nb）/w（Ta）值（4.08～6.79，平均為5.00）和w（Zr）/w（Hf）值（19.78～25.26，平均為21.87），以及區(qū)別明顯“峰”“谷”分布曲線，與長江巖體和油洞巖體的殼源型花崗巖相似［17，20］，也與南嶺東段強(qiáng)過鋁花崗巖一致［30］。

圖6 長江地區(qū)花崗斑巖脈微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（a）［31］和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖（b）［32］Fig.6 The spider diagram of primitive mantle-normalized trace element（a）［31］and of chondrite-normalized REE（b）patterns［32］of granite porphyry dykes from Changjiang area

花崗斑巖中ΣREE 為（91.46～179.82）×10-6（平均為126.78×10-6），略微偏低；LREE/HREE 為3.66～7.40（平均為4.87），（La/Yb）N為2.23～6.29（平均為3.87），稀土元素配分曲線呈輕稀土略富集右傾型（圖6b）；δEu為0.23～0.44（平均為0.31），Eu 明顯虧損。花崗斑巖的稀土元素及其配分曲線特征，與長江巖體殼源型花崗巖相似［20］。

5 討 論

5.1 巖石成因

關(guān)于長江地區(qū)不同類型巖石成因研究方面，黃國龍等（2012）［17］認(rèn)為粵北油洞巖體屬于典型的殼源型花崗巖范疇，是由古-中元古代地殼組分泥質(zhì)巖和砂質(zhì)巖混合組成的源區(qū)發(fā)生部分熔融而形成；黃國龍等（2014）［20］認(rèn)為粵北長江巖體屬于殼源型花崗巖范疇，是由古元古代地殼砂質(zhì)巖源區(qū)部分熔融形成；徐文雄等（2014）［19］認(rèn)為長江地區(qū)細(xì)粒花崗巖脈屬于典型的殼源型花崗巖范疇，是由中-上地殼的泥質(zhì)巖組分發(fā)生部分熔融形成的；龐雅慶等（2023）［24］認(rèn)為長江地區(qū)基性巖脈為俯沖交代作用形成的富集地幔部分熔融形成。

長江地區(qū)花崗斑巖脈在主量元素方面，具高w（SiO2）（平均為74.67 %）、富w（Al2O3）（平均為13.39%）、高w（K2O）/w（Na2O）值（平均為2.15）和高A/CNK 值（平均為1.28）；在微量元素方面，具高w（Rb）/w（Sr）值（平均為9.93）和高w（Rb）/w（Nb）值（平均為20.03），Rb、Th和Hf富集，Ba、Sr、P 和Ti 虧損；w（Zr+Nb+Ce+Y）含量為（226.50～303.20）×10-6，明顯小于典型A型花崗巖（＞350×10-6）［33］，在（Zr+Nb+Ce+Y）-FeOT/MgO 判別圖解上（圖7a）數(shù)據(jù)點(diǎn)都落入分異的I、S 和M 型花崗巖范圍內(nèi)；在稀土元素方面，配分曲線呈輕稀土略富集右傾型，Eu 虧損明顯（δEu 平均為0.31），在δEu-（La/Yb）N判別圖解上（圖7b）數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入殼源型花崗巖區(qū)域。上述特征表明：長江地區(qū)花崗斑巖屬于典型的殼源型花崗巖。

長江地區(qū)花崗斑巖w（CaO）/w（Na2O）值介于0.09～0.22 之間（平均為0.15），w（FeOT+MgO+TiO2）值介于1.29 %～2.30 %之間（平均為1.78），符合泥質(zhì)巖源巖特征（w（CaO）/w（Na2O）<0.3，w（FeOT+MgO+TiO2）<4 %）［35］；在w（CaO）/w（MgO+FeOT）-w（Al2O3）/w（MgO+FeOT）判別圖解上（圖8a），5 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)主要落入泥質(zhì)巖源巖區(qū)域內(nèi)，僅有1 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)落入雜砂巖源巖區(qū)域中；在w（Rb）/w（Sr）-w（Rb）/w（Ba）判別圖解上（圖8b），數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入富黏土源巖區(qū)域內(nèi)。綜上所述，長江地區(qū)花崗斑巖源巖主要為泥質(zhì)巖。

5.2 構(gòu)造背景

關(guān)于長江地區(qū)不同類型巖石構(gòu)造背景研究方面，黃國龍等（2012）［17］認(rèn)為粵北油洞巖體形成于華南地塊和印支地塊碰撞結(jié)束后不久的伸展構(gòu)造環(huán)境；黃國龍等（2014）［20］認(rèn)為粵北長江巖體為燕山早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，形成于太平洋板塊俯沖導(dǎo)致的地殼減薄的伸展構(gòu)造環(huán)境；徐文雄等（2014）［19］認(rèn)為長江地區(qū)細(xì)?；◢弾r脈是燕山晚期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，形成于太平洋板塊俯沖影響下的伸展構(gòu)造環(huán)境；龐雅慶等（2023）［24］認(rèn)為長江地區(qū)基性巖脈主要形成于大陸板內(nèi)環(huán)境，與華南中生代主要的地殼拉張活動(dòng)時(shí)間相一致?？傊?，該地區(qū)中生代花崗巖形成于后碰撞伸展構(gòu)造環(huán)境，基性脈巖形成與大陸板內(nèi)環(huán)境。

長江地區(qū)花崗斑巖在Y+Nb-Rb 判別圖解上（圖9a），數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入同碰撞和后碰撞花崗巖區(qū)域內(nèi)，更偏向于后碰撞花崗巖。Sylvester［35］認(rèn)為，后碰撞花崗巖的侵位發(fā)生在地殼縮短高峰之后的伸展構(gòu)造環(huán)境中。在SiO2-Al2O3判別圖解上（圖9b），數(shù)據(jù)點(diǎn)均落入后造山花崗巖類區(qū)域。后造山環(huán)境處于構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換時(shí)期，通常處于擠壓造山作用以后的區(qū)域拉伸構(gòu)造環(huán)境，往往是巖石圈去根作用的產(chǎn)物，該區(qū)域與后碰撞花崗巖相似［37］。上述判別結(jié)果表明：長江地區(qū)花崗斑巖主要形成于后造山伸展拉張構(gòu)造環(huán)境。

5.3 地質(zhì)意義

長江地區(qū)主要出露油洞和長江花崗巖體，以及少量基性巖脈和酸性巖脈。油洞花崗巖體SHRIMP 鋯石U-Pb 年齡為232 Ma［17］，LAICP-MS 獨(dú)居石U-Pb 年齡為228 Ma［23］，為印支晚期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物；長江花崗巖體SHRIMP鋯石U-Pb 年齡為160 Ma［16］，LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡為157.2～161.6 Ma［20］，LA-ICP-MS獨(dú)居石U-Pb 年齡為156.8 Ma［23］，以及本文測(cè)得的花崗斑巖脈鋯石U-Pb 年齡為151.8 Ma，均為燕山早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物；長江地區(qū)細(xì)?；◢弾r脈鋯石U-Pb 年齡為138.6 Ma［19］，為燕山晚期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物；長江地區(qū)基性巖脈全巖Ar-Ar年齡為136.8、120.7 和110.1～113.8 Ma［24］，為燕山晚期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。上述巖漿活動(dòng)構(gòu)成長江地區(qū)完整的巖漿演化序列。該地區(qū)花崗斑巖脈巖石地球化學(xué)特征表明：花崗斑巖與油洞、長江花崗巖體均為典型的殼源型花崗巖，具有相似的成巖構(gòu)造背景，且其成巖年齡與南嶺地區(qū)燕山早期花崗巖體的鋯石U-Pb 年齡（150～160 Ma）相一致［40］。

針對(duì)南嶺地區(qū)燕山早期花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境，燕山早期存在的A 型花崗巖類［41-45］、雙峰式火山巖［46-47］等均表明南嶺地區(qū)在侏羅紀(jì)時(shí)巖石圈便發(fā)生了伸展作用，但該伸展構(gòu)造環(huán)境是“ 陸內(nèi)裂谷”［16，20，48-49］還是“ 后造山”［41-44，50-52］仍存在一定爭議。南嶺地區(qū)分布面積大、發(fā)育極為廣泛的燕山早期花崗巖類主要為（高鉀）鈣堿性巖類［53］，該類花崗巖通常為同碰撞巖石圈加厚之后伸展垮塌、向非造山板內(nèi)環(huán)境過渡時(shí)期的巖漿作用產(chǎn)物［54］，而板內(nèi)裂谷環(huán)境中則以發(fā)育數(shù)量很少的正長巖、二長巖等為主。長江地區(qū)燕山早期花崗斑巖為高鉀鈣堿性巖類，并且構(gòu)造環(huán)境判別圖解中均落入后碰撞和后造山構(gòu)造環(huán)境中，上述結(jié)果均表明：長江地區(qū)燕山早期花崗斑巖脈主要形成于后造山伸展構(gòu)造環(huán)境。

該構(gòu)造環(huán)境的形成同中生代時(shí)期先后經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)兩次大的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)有關(guān)。長江地區(qū)區(qū)域上受華南地塊和印支地塊碰撞作用的影響，印支運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致華南地殼加厚（可達(dá)50 km 左右）［30］，在碰撞應(yīng)力消退后，這種加厚的地殼會(huì)很快發(fā)生自然減?。磳?duì)加厚的均衡響應(yīng)）［55］，使巖石圈進(jìn)入伸展減薄的構(gòu)造環(huán)境，印支晚期在地殼增厚后伸展、減薄作用影響下，由源區(qū)為泥質(zhì)巖和砂質(zhì)巖的地殼組分發(fā)生部分熔融而形成油洞巖體。在燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，研究區(qū)自中侏羅世開始已處于巖石圈伸展、減薄的構(gòu)造環(huán)境，巖石圈的伸展、減薄與拆沉，軟流圈地幔的上涌與加熱等，造就研究區(qū)后造山拉張環(huán)境，造成巨量花崗巖漿形成與大量花崗巖體的侵位，由砂質(zhì)巖部分熔融而形成長江巖體，由泥質(zhì)巖部分熔融而形成花崗斑巖脈；燕山晚期隨著太平洋板塊俯沖作用的影響，深部地幔上隆和巖石圈伸展減薄作用進(jìn)一步加強(qiáng)，構(gòu)造環(huán)境由先期后造山伸展轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍍?nèi)裂谷強(qiáng)拉張，由泥質(zhì)巖部分熔融而形成細(xì)粒花崗巖脈、小規(guī)模花崗質(zhì)侵入體，由富集地幔部分熔融形成不同期次基性巖脈。

長江地區(qū)典型鈾礦床主成礦年齡介于60～80 Ma之間［56-58］，花崗斑巖脈成巖年齡為151.8 Ma，細(xì)粒花崗巖脈成巖年齡為138.6 Ma［19］，礦巖時(shí)差較大，因此具有相同成因的酸性巖脈與鈾成礦沒有直接的成因聯(lián)系。但在空間分布上，具有相同成因的酸性脈巖與鈾成礦關(guān)系密切，如棉花坑礦床中常見細(xì)?；◢弾r脈穿插，鹿井地區(qū)大場(chǎng)坪礦點(diǎn)花崗斑巖中見鈾礦體等，這些現(xiàn)象表明：隨著酸性脈巖的貫入，增加了含礦圍巖結(jié)構(gòu)的不均勻性，易于形成有利成礦空間。

6 結(jié) 論

1）長江地區(qū)花崗斑巖脈LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡為151.8±0.7 Ma（MSWD=1.8），為燕山早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

2）長江地區(qū)花崗斑巖脈在主量元素方面具高硅、富鋁、高w（K2O）/w（Na2O）值和高A/CNK 值等特征，在微量-稀土元素方面具高w（Rb）/w（Sr）值和w（Rb）/w（Nb）值，Rb、Th 和Hf 富集，Ba、Sr、P、Ti和Eu 虧損等特征，配分曲線呈輕稀土略富集右傾型，屬于典型的殼源型花崗巖。

3）長江地區(qū)花崗斑巖主要形成于后造山伸展拉張構(gòu)造環(huán)境，由中-上地殼的泥質(zhì)巖組分部分熔融形成。