贛中曲源鈾礦床黑云母花崗巖地球化學特征及成因

高琰

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六一大隊，江西 鷹潭 335001）

贛中曲源鈾礦床黑云母花崗巖地球化學特征及成因

高琰

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六一大隊，江西 鷹潭 335001）

曲源鈾礦床位于欽杭多金屬成礦帶東段的南帶和贛杭構(gòu)造火山巖鈾成礦帶南西段，產(chǎn)于燕山期紫云山巖體SW邊緣。在分析曲源鈾礦床黑云母花崗巖的區(qū)域地質(zhì)背景，主量元素、稀土與微量元素地球化學等特征的基礎(chǔ)上，探討其形成環(huán)境。認為紫云山巖體花崗巖既非典型的S型花崗巖，又非典型的I型花崗巖，是一種殼幔混染同熔型的過渡巖漿系列巖石。

曲源鈾礦床；黑云母花崗巖；地球化學特征；成因

Abstract：Quyuan uranium deposit is located in the south section of the eastern part of the Qinhang polymetallic metallogenic belt，southwest section of Ganhang volcanic uranium metallogenic belt and occurred in the southwest edge of the Ziyunshan granite body of Yanshan period.Through analyzing the regional geologic background and geochemical characteristics of major elements， Trace element， rare earth in biotite granite of Quyuan uranium deposit，its formation setting was discussed and found that Ziyunshan granite is product of crust-mantle syntectic magma series，neither a typical S-type granite nor a typical I-type granite.

Key words：Quyuan uranium deposit； biotite granite； geochemical characteristics； genesis

欽杭成礦帶是華東南地區(qū)最重要的多金屬成礦帶，成礦主要與燕山期中酸性-酸性巖漿作用有關(guān)，而且以銅、金、鉛、鋅、銀、鈮、鉭、鈾等礦產(chǎn)為主［1-2］。曲源鈾礦床位于欽杭成礦帶東段的南帶，勘查工作程度達到詳查階段，鈾資源/儲量類別（332＋333）達小型礦床規(guī)模。礦床類型為花崗巖型，成礦主巖為黑云母花崗巖。盡管前人主要側(cè)重于地質(zhì)特征、成礦條件、找礦潛力、礦化特征和圍巖蝕變等方面進行了相關(guān)研究，但對于黑云母花崗巖地球化學特征及成因方面的研究尚屬薄弱。為對本礦床更深入研究，促進同類型礦床的勘查工作，筆者對曲源鈾礦床黑云母花崗巖的地球化學特征進行研究，探討其成因，為區(qū)域燕山期花崗巖及鈾成礦背景研究提供基礎(chǔ)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

曲源鈾礦床位于華夏板塊與揚子板塊兩個一級大地構(gòu)造單元的碰撞對接帶，屬于贛杭構(gòu)造火山巖鈾成礦帶SW段［3］，是欽杭多金屬成礦帶組成部分之一。區(qū)域上受NE向廣豐—萍鄉(xiāng)深斷裂帶控制，產(chǎn)于紫云山巖體SW邊緣與玉華山火山盆地東側(cè)的接觸帶部位。

區(qū)域地層由震旦系（Z）淺變質(zhì)巖系、上三疊統(tǒng)安源組（T3a）沉積巖及上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組（J3e）火山碎屑巖、火山熔巖構(gòu)成（圖 1）。

圖1 曲源鈾礦床地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of Quyuan uranium deposit

震旦系分布廣泛，是本區(qū)的結(jié)晶基底。主要為一套泥質(zhì)、泥砂質(zhì)淺海相復(fù)理石建造經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而形成的千枚巖、云母石英片巖及少量變質(zhì)砂巖。上三疊統(tǒng)安源組為一套海陸交互相-淺海含煤建造，自下而上沉積韻律清晰，以角度不整合于震旦系之上。其主要巖性為含燧石礫石、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、含碳砂巖、碳質(zhì)頁巖及煤線。上侏羅統(tǒng)鵝湖嶺組是一套酸性-中酸性火山噴溢噴發(fā)為特征的火山建造，和以火山熔巖、火山碎屑巖為主及少量陸相碎屑巖的巖石組合，主要巖性為砂礫巖、含礫砂巖、晶屑玻屑凝灰?guī)r、熔灰狀碎斑熔巖。

區(qū)內(nèi)巖漿多期次頻繁活動，侵入巖較為發(fā)育，主要發(fā)育有燕山期的侵入巖。主要巖性為黑云母花崗巖、二云母花崗巖、細?；◢弾r和花崗斑巖，均屬于紫云山巖體組成部分，其中黑云母花崗巖是紫云山巖體的主體。

紫云山巖體為長軸近SN向的大型復(fù)式巖體，出露面積約90 km2，呈橢圓形巖株狀。組合形態(tài)呈不規(guī)則刺穿式同心帶狀產(chǎn)出。按其從早到晚形成時間的先后順序，可分為三個階段：燕山早期第一階段侵入巖：中粒二云母花崗巖（γ52-1），長軸呈近SN向的喇叭狀，分布在紫云山巖體西側(cè)北段，與震旦系變質(zhì)巖接觸，局部充填于為山—筒山斷裂構(gòu)造中，以巖墻、巖脈的形式產(chǎn)出；燕山早期第二階段侵入巖：中細粒黑云母花崗巖（γ52-2），為紫云山巖體的主體，長軸呈近SN向的橢圓形展布，以巖株形式產(chǎn)出，與鈾成礦關(guān)系非常密切，為富鈾產(chǎn)鈾的黑云母花崗巖（圖2），礦體主要產(chǎn)于中細粒黑云母花崗巖（γ52-2）中，主要礦石類型為鈾-綠泥石型。伴隨鈾礦化的主要熱液蝕變種類是鈉長石化（堿交代蝕變巖）、赤鐵礦化、綠泥石化、黃鐵礦化、碳酸鹽礦化、磷灰石化等；燕山早期第三階段侵入巖：細粒二云母花崗巖（γ52-3），呈NE-SW向條形侵入于紫云山主巖體中，侵入面凹凸不平，界面多向外傾，傾角平緩，以巖株形式產(chǎn)出。

圖2 曲源鈾礦床50號勘探線剖面圖Fig.2 Profile of prospecting Line 50 in Quyuan uranium deposit

不同階段侵入體之間多呈脈動型接觸，局部為斷層接觸。絕大多數(shù)地段紫云山巖體與上三疊統(tǒng)安源組或震旦系變質(zhì)巖呈侵入接觸關(guān)系，僅局部地段紫云山巖體與斷裂呈構(gòu)造接觸關(guān)系。侵入接觸面呈緩波狀、犬牙交錯狀，接觸界面多向外傾，局部向內(nèi)傾。接觸界面SE端傾角較緩，約35°、NW端傾角較陡，約60°～70°。圍巖熱接觸變質(zhì)作用明顯，形成兩條清晰的角巖化帶：堇青石角巖化和紅柱石角巖化帶。此外還有一些花崗斑巖、細粒花崗巖以巖墻、巖脈侵入于斷層構(gòu)造帶內(nèi)及以上巖株中。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造十分發(fā)育，主要有NE、SN、NW向斷裂構(gòu)造，而且以近SN向斷裂為主，NE、NW向斷裂為次。這些斷裂構(gòu)造及其派生的次級構(gòu)造組成了區(qū)域構(gòu)造格架。以近SN向的為山—筒山斷裂與鈾成礦關(guān)系最為密切，是曲源鈾礦床控礦導(dǎo)礦斷裂構(gòu)造。

2 黑云母花崗巖地球化學特征

與鈾礦化有關(guān)的中細粒黑云母花崗巖，呈灰白色、淺灰色，有時帶肉紅色，風化后呈淺褐黃色。似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物含量為石英38%、鉀長石33%、斜長石25%，次要礦物為黑云母5%～6%及白云母0.1%～2%。巖石中斑晶含量不等，約占10%～20%，斑晶為粗粒不等粒結(jié)構(gòu)，成分有鉀長石、斜長石、石英。一般粒徑介于0.5～3 cm之間，其中＞1 cm粗大斑晶多以鉀長石為主?；|(zhì)為中細粒不等粒結(jié)構(gòu)，成分有鉀長石、斜長石、石英、黑云母。一般粒徑為1～5 mm，偶爾出現(xiàn)少量＜1 mm細小顆粒。巖石中裂隙發(fā)育，充填有石英脈、硅質(zhì)脈、碳酸鹽脈等。巖石蝕變有水云母化、碳酸鹽化、綠泥石化等。

研究分析樣品主要采自與鈾礦化關(guān)系密切的中細粒的黑云母花崗巖。

2.1 主量元素

曲源鈾礦床黑云母花崗巖巖石化學分析結(jié)果如表1所示。黑云母花崗巖SiO2含量變化不大，為68.17%～71.07%，平均值為69.50%，與中國標準花崗巖［4］比較略低，但SiO2含量均＞66%，屬于富硅；全堿（Alk）（K2O＋Na2O）含量為7.92%～8.69%，平均值為8.31%，與標準花崗巖比較略高，屬于富堿；Na2O含量很高7.30%～8.16%，平均值為7.79%，與標準花崗巖比較明顯偏高；K2O含量很低1.41%～1.62%，平均值為1.52%，與標準花崗巖比較顯著偏低；K2O/Na2O比值變化幅度較小，為0.204～0.256，平均值0.224＜1。Al2O3含量15.96%～16.34%，平均值為16.17，與標準花崗巖比較偏高；CaO含量1.40%～2.38%，平均值為1.76%，與標準花崗巖比較略高；（Fe2O3＋FeO）含量為 1.14%～1.97%， 平均值1.56%，與標準花崗巖比較略低。里特曼（組合）指數(shù)（δ）：按巖漿中 K2O＋Na2O 全堿（Alk）含量與SiO2含量的相對關(guān)系對火成巖堿度系列進行劃分［5］，δ＜3.3者為鈣堿性巖，δ＝3.30～9為堿性巖，δ＞9為過堿性巖。黑云母花崗巖δ為2.49～2.69之間，平均值為2.60＜3.3，屬于鈣堿性巖。同時，在SiO2-K2O圖 （圖3）上，也顯示巖石屬于鈣堿性系列。 在 SiO2-（Na2O＋K2O）分類圖（圖 4）上， 投點落在Irvine界線的下方，屬于亞堿性系列。在A/CNK-A/NK圖（圖5）上，黑云母花崗巖A/CNK值一般為0.99～1.03，平均值為1.01＜1.10，顯示以過鋁質(zhì)為主的特點。

表1 曲源鈾礦床黑云母花崗巖主量元素組成 （wB/%）Table 1 Major element composition of biotite granite in Quyuan uranium deposit （wB/%）

圖3 曲源鈾礦床黑云母花崗巖SiO2-K2O圖解Fig.3 SiO2-K2O diagram of biotite granite inQuyuan uranium deposit

圖4 曲源鈾礦床黑云母花崗巖SiO2-（Na2O＋K2O）分類Fig.4 SiO2-（Na2O＋K2O）classification of biotite granite in Quyuan uranium deposit

圖5 曲源鈾礦床黑云母花崗巖巖石序列劃分Fig.5 Lithologic sequence division of biotite granite in Quyuan uranium deposit

2.2 微量元素

曲源鈾礦床黑云母花崗巖微量元素分析結(jié)果如表2所示。黑云母花崗巖顯現(xiàn)富集U、Th、Rb 和 K，虧損 Ba、Sr、P、Ti等元素， 屬于典型的低Ba、Sr花崗巖，與南嶺東段中生代強過鋁質(zhì)花崗巖［6］非常相似，具有殼源花崗巖的特征（圖6）。由于K、Rb、Sr、Ba等大離子親石元素易溶于水，活動性強，在自然作用過程中活潑易遷移，因此可作為地殼演化及作用發(fā)生的示蹤劑。Rb含量為 401×10-6～557×10-6，明顯高于中國大陸地殼的平均值［7］78×10-6。 U 含量為 12.50×10-6～18.7×10-6，平均值高達16.40×10-6，明顯高于華南陸殼改造型花崗巖（13.80×10-6），顯著高于中國大陸地殼的平均值（1.70×10-6）、華南產(chǎn)鈾花崗巖（9.94×10-6）和世界花崗巖的平均鈾含量（3.50×10-6）。如此高的U背景值，可能為鈾成礦提供了良好物質(zhì)來源。此外，根據(jù)馮明月等 《華南富鈾花崗巖和產(chǎn)鈾花崗巖特征》［8］劃分標準，曲源鈾礦床黑云母花崗巖屬于富鈾花崗巖，同時也是產(chǎn)鈾花崗巖。紫云山巖體SW邊緣探明的曲源花崗巖型鈾礦床就是典型例證。 Th 含量為 19.70×10-6～33.90×10-6，平均值為27.70×10-6，超出中國大陸地殼（5.80×10-6）近五倍。地質(zhì)體中地球化學性質(zhì)相似或相關(guān)元素之間的平均比值偏離了克拉克值的平均值，經(jīng)常成為一種地球化學標志，反映發(fā)生了某種特殊的地球化學過程。通常巖石中Th/U比值一般為3.30～3.50，如果Th/U比值＜2暗示可能存在鈾的礦化活動；如果巖石中Th/U比值為2.50～4.00，可能同時發(fā)生鈾和釷礦化；如果巖石中Th/U比值＞5，則可能發(fā)釷礦化，而無明顯的鈾礦化；研究區(qū)Th/U比值為1.57～1.81，預(yù)示著發(fā)生了強列的鈾礦化作用。研究表明，U，Th元素在花崗巖的形成過程中與硅堿組分一樣，在巖漿演化后期階段（空間上向巖漿體頂部）富集或者在復(fù)式巖體的晚期富集。這說明紫云山巖體經(jīng)歷了比較高的巖漿演化序列。

表2 曲源鈾礦床黑云母花崗巖微量元素/10-6分析數(shù)據(jù)及參數(shù)Table 1 Result and parameters of trace element/10-6analysis of biotite granite in Quyuan uranium deposit

Ti的虧損可能與鈦鐵礦或榍石的結(jié)晶分異有關(guān)，P的貧乏說明存在磷灰石副礦物的分離結(jié)晶作用。Ba、Sr含量分別為143×10-6～207×10-6、42.20×10-6～49.50×10-6，與中國大陸地殼的平均值390×10-6、178×10-6比較明顯偏低。Sr、Ba與Ca的地球化學性質(zhì)相似，隨斜長石的分離結(jié)晶，殘余巖漿中相對貧乏Sr和Ba，這也說明形成巖體的巖漿經(jīng)歷了比較高的結(jié)晶分異作用或者巖漿成熟度較高。

Nb、Ta、Zr、Hf等作為高場強元素，由于其在自然作用過程中性質(zhì)穩(wěn)定，可作為“原始”物質(zhì)組成的指示劑，常用Nb/Ta和Zr/Hf元素比值來探討物質(zhì)的起源和演化。Nb的平均含量為 22.03×10-6，Ta平均含量為4.47×10-6，Nb/Ta比值為4.93，低于中國大陸地殼值11.88。Zr的平均含量為127.03×10-6，Hf的平均含量為 4.38×10-6，Zr/Hf比值為28.98，遠低于中國大陸地殼值86.67。這可能預(yù)示巖漿來源于地殼物質(zhì)的熔融，并且?guī)r漿演化至后期的富流體作用階段。因為富F的流體可以使Hf和Ta的含量相對升高，并且隨著鋯石的結(jié)晶也可導(dǎo)致巖漿中Zr的減少。Nb、Ta、Zr、Hf等元素含量變化指標可以作為紫云山巖體物質(zhì)來源于地殼物質(zhì)熔融的證據(jù)之一。

圖6 曲源鈾礦床黑云母花崗巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖Fig.6 Spider diagram of primitive mantlenormalized trace elements in biotite granite of Quyuan uranium deposit

2.3 稀土元素

曲源鈾礦床黑云母花崗巖微量元素分析結(jié)果如表3所示。黑云母花崗巖稀土總量不高， ΣREE 為 62.18×10-6～156.20×10-6，平均含量為 101.99×10-6；LREE/HREE比值為 4.13～7.46， 平均 6.17；（La/Yb）N比值為3.72～9.92，平均為 7.48；HREE含量偏低，LREE含量偏高，具有明顯富集LREE的傾向，反映了輕、重稀土分鎦較強的特點。上述特征說明紫云山巖體黑云母花崗巖是一個相對貧乏重稀土的巖漿高度分異的產(chǎn)物。

曲源鈾礦床黑云母花崗稀土元素球粒隕石標準化配分曲線呈平緩右傾型 （圖7），δEu為0.22～0.35，平均為0.20，反映出紫云山巖體具有δEu虧損特征，且在配分曲線圖上呈現(xiàn)為 “谷”。δEu的負異常可能與巖漿分離過程中，斜長石結(jié)晶析出有關(guān)，也有可能與反映 “原始巖漿”與貧Eu的泥質(zhì)巖相關(guān)。從稀土元素球粒隕石標準化配分曲線圖上看，三個樣品的黑云母花崗巖稀土元素配分曲線圖相似，大致平行排列，均為平緩右傾，低Eu負異常表明它們是同源或演化過程相似，經(jīng)歷了明顯的結(jié)晶分異作用。

圖7 曲源鈾礦床黑云母花崗巖球粒隕石原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution pattern of biotite granite in Quyuan uranium deposit

3 成因討論

巖石化學分析結(jié)果表明，曲源鈾礦床黑云母花崗巖Fe2+/Fe3+含量比值為2.73～5.56，平均值4.19＞1，反映黑云母花崗巖之巖漿形成于還原環(huán)境 （巖石中Fe2+/Fe3+含量比值＞1，指示為還原環(huán)境）。地殼中以火成巖為源區(qū)重熔形成的I型花崗巖常具有K2O/Na2O比值＜1特征，而本區(qū)K2O/Na2O比值的平均為0.224＜1，顯示以火山巖為源區(qū)重熔形成的I型花崗巖。一般以花崗巖中A/CNK比值＞1.10者，多劃分S型花崗巖。本區(qū)A/CNK比值平均為1.01＜1.10，顯示為非S型花崗巖，表明黑云母花崗巖的巖漿是非典型的陸殼沉積物熔融形成。然而，微量元素大離子親石元素和高場強元素富集或虧損特點預(yù)示巖漿來源于地殼物質(zhì)的熔融。微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖也顯示巖石成因具有殼源花崗巖的特征，均表明屬于S型花崗巖類。這些乍看相互矛盾的特點，恰恰與欽杭成礦帶內(nèi)多次陸-陸、陸內(nèi)塊體擠壓碰撞、構(gòu)造拆離、形成的華南洋殼與地殼物質(zhì)混雜、地層相互疊覆的上地殼結(jié)構(gòu)特征相互吻合。此外，據(jù)圖 8 Rb-（Y＋Nb）和 Ta-Yb 圖解［9］來判斷， 黑云母花崗巖所有投點均落入同碰撞花崗巖區(qū)，屬于陸緣弧型花崗巖類，表明黑云母花崗巖形成于同碰撞花崗巖的構(gòu)造環(huán)境。該研究區(qū)的主要構(gòu)造是NE向展布的花崗巖-構(gòu)造隆起帶及一系列巨大斷裂帶，形成于印支期-燕山早期陸內(nèi)造山階段，并經(jīng)燕山晚期伸展的改造作用。本區(qū)在大地構(gòu)造環(huán)境的影響下，經(jīng)歷了中晚侏羅世-早白堊世揚子、華夏板塊之間陸塊發(fā)生俯沖-陸內(nèi)拼貼碰撞聚合造山，并與古太平洋板塊強烈相互作用，晚侏羅世由擠壓向伸展擴張的轉(zhuǎn)換，早白堊世的陸內(nèi)增強擴張和裂解階段，一系列構(gòu)造運動制約著華南巖漿-成礦作用［10］。

圖8 曲源鈾礦床燕山期花崗巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.8 Trace element discrimination for tectonic setting of Yanshaninan biotite granite in Quyuan uranium deposit

4 結(jié)論

1）曲源鈾礦床黑云母花崗巖具有高硅富堿，相對富鈉貧鉀的特點，屬于過鋁質(zhì)亞堿性花崗巖。

2）曲源鈾礦床黑云母花崗巖微量元素具有明顯富集U、Th、Rb和 K，虧損 Ba、Sr、P、Ti等元素的特征；稀土元素具有富輕稀土、貧重稀土、總量相對貧重稀土的特點，是巖漿高度分異演化的產(chǎn)物。

3）曲源鈾礦床黑云母花崗巖形成于燕山期同碰撞造山擠壓階段，成因類型既不同于以陸殼沉積物熔融所形成的S型花崗巖，又不同于以火山巖為源區(qū)重熔形成的I型花崗巖，是一種殼?；烊就坌偷倪^渡巖漿系列。

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Geochemical characteristics and its genesis of biotite granite in Quyuan uranium deposit，central Jiangxi

GAO Yan
（Geological Party No.261， Nuclear Industry Geological Bureau of Jiangxi Province，Yingtan，Jiangxi 335001，China）

P619.14；P595

A

1672-0636（2017）03-0145-08

10.3969/j.issn.1672-0636.2017.03.004

2016-09-20；

2017-03-15

高 琰（1966— ），女，江蘇常州人，高級工程師，主要從事鈾礦找礦勘查與技術(shù)管理工作。E-mail:ymgoo@163.com