粵北諸廣山南部同構(gòu)造花崗巖的厘定及其與鈾成礦作用關(guān)系

張明林,夏宗強(qiáng),王正慶,管太陽,祁家明

(1.中國鈾業(yè)有限公司,北京 100013;2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029;3.南華大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院,湖南 衡陽 421001;4.中國中鋼集團(tuán)公司 中鋼礦業(yè)開發(fā)有限公司,北京 100080;5.核工業(yè)二九〇研究所,廣東 韶關(guān) 512029)

0 引 言

根據(jù)花崗巖體侵位與區(qū)域韌性構(gòu)造活動的先后關(guān)系，花崗巖類可劃分為構(gòu)造前、同構(gòu)造和構(gòu)造后3大類[1]。同構(gòu)造花崗巖是區(qū)域大型熱構(gòu)造運(yùn)動期間形成的巖漿巖體，花崗質(zhì)巖漿的侵位與變形具有同時性[2]。因此，同構(gòu)造花崗巖的實(shí)質(zhì)是在同侵位固結(jié)期巖石發(fā)生了塑性變形[1-3]。通常，熱隆伸展構(gòu)造都伴隨著同構(gòu)造中酸性巖漿的侵入，且?guī)r漿侵位對變質(zhì)核雜巖的形成過程也起著決定作用[4-5]，因此可認(rèn)為巖漿侵位熱隆作用是伸展構(gòu)造發(fā)生的誘因。諸廣山南部地區(qū)發(fā)育淺層次熱隆伸展構(gòu)造，前人已開展過深入研究[6-9]，但對于熱隆伸展構(gòu)造相伴的同構(gòu)造花崗巖的研究未引起足夠重視。此外，隨著人們逐漸對華南花崗巖型鈾礦床早期鈾成礦作用的關(guān)注，發(fā)現(xiàn)早期鈾成礦年齡與某些花崗巖、基性巖脈的形成時代相當(dāng)，因此也需對區(qū)域熱隆伸展構(gòu)造-同構(gòu)造花崗巖、中基性脈巖-鈾成礦之間關(guān)系開展相應(yīng)研究工作。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)處于華夏古陸閩、贛、粵后加里東隆起與湘、桂、粵北海西-印支坳陷的結(jié)合部位。諸廣山花崗巖是發(fā)育在古華夏結(jié)晶基底之上多期多階段的復(fù)式巖體，印支-燕山早期侵入巖構(gòu)成巖體的主體，其中尤以燕山期巖漿活動最為強(qiáng)烈，且多以大巖基產(chǎn)出或形成規(guī)模巨大的EW向巖漿巖帶(見圖1)為產(chǎn)出特征，同時區(qū)內(nèi)也存在中基性巖漿活動。諸廣巖體東南部的斷裂構(gòu)造主要為一組NE(40°～45°)向深大斷裂，是中國東部著名的郯城-廬江斷裂帶往南延伸的部分，在諸廣巖體主要由塘洞、成公坳、楊梅洞、百順、煙筒嶺、牛瀾、溪頭、南雄大斷裂組成(見圖1，據(jù)舒良樹[6])。諸廣南部地區(qū)西北側(cè)為汝城盆地，南東部為南雄盆地，盆地與巖體之間以大型韌性拆離斷層為界，發(fā)育巖漿熱隆伸展構(gòu)造[6-7,9]。熱隆核部位于百順、瀾河一帶，正位于南雄剝離斷層與扶溪-塘洞剝離斷層的夾持區(qū)，構(gòu)造核的平面形態(tài)不是簡單的圓形或橢圓形，而是呈NE-SW方向延伸的長條狀。

2 燕山期同構(gòu)造花崗巖的厘定

研究區(qū)位于廣東省南雄市密下水地區(qū)，處于諸廣巖體東南緣南雄斷裂帶附近(見圖1)，區(qū)內(nèi)出露多個較完整的巖體，其中一處大型采石場剝露出了完整剖面(GPS坐標(biāo)點(diǎn)：25°12′13.08″，114°15′12.84″；25°13′34.50″，114°14′37.80″)。剖面顯示燕山期花崗巖侵入加里東期巖體內(nèi)部，為燕山期伸展構(gòu)造底部巖漿上隆，地殼上部減薄垮塌，巖漿受熱重熔形成的燕山期花崗質(zhì)巖體(見圖2)，為同構(gòu)造花崗巖。

1—燕山晚期花崗巖；2—燕山早期第一階段花崗巖；3—燕山早期第二階段花崗巖；4—燕山早期第三階段花崗巖；5—印支期石英閃長巖；6—印支期第一階段花崗巖；7—印支期第二階段花崗巖；8—印支期第三階段花崗巖；9—海西期花崗巖；10—海西期二長花崗巖；11—加里東期混合花崗巖；12—條帶狀混合巖；13—震旦系-志留系；14—泥盆系-三疊系；15—白堊系；16—古近系；17—地質(zhì)界線；18—不整合地質(zhì)界線；19—斷裂；20—研究區(qū)位置。圖1 諸廣復(fù)式巖體地質(zhì)簡圖Fig.1 The geological map of the southern Zhuguang granite

圖2 諸廣巖體密下水地區(qū)出露的同構(gòu)造花崗巖宏觀與微觀特征Fig.2 Macroscopic and microscopic characteristics of syn-tectonic granite in the Mixiashui area of Zhuguang pluton

2.1 年代學(xué)約束

花崗巖體侵位年齡與區(qū)域構(gòu)造活動的年齡一致是確定同構(gòu)造巖體最有力的證據(jù)之一[10]。而在密下水本文采樣點(diǎn)位置采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb法測得燕山期二長花崗巖的年齡為143±1.2 Ma[11]，與采用區(qū)內(nèi)基性脈巖Ar-Ar法及磷灰石裂變徑跡法測得的區(qū)域伸展構(gòu)造多期活動年齡(142.6±42.0 Ma[11])相對應(yīng)。

2.2 宏觀域標(biāo)志

該期巖體形態(tài)與圍巖構(gòu)造協(xié)調(diào)一致，在剪切帶中多為長條形，長軸與區(qū)域構(gòu)造線平行。眼球狀花崗質(zhì)糜棱巖糜棱面理產(chǎn)狀150°∠32°，礦物拉長定向排列，線理產(chǎn)狀與面理傾向、傾角基本一致，反映出南雄斷裂上盤下降的正斷層運(yùn)動特征。早期變形單元被晚期微弱變形單元所切割。具有同侵位降溫變形特點(diǎn)，即由巖漿流動→高溫流動→中、高溫流動的連續(xù)過渡，巖體內(nèi)與圍巖的面理線理具有連續(xù)性與一致性，即巖漿流動機(jī)制組構(gòu)表現(xiàn)為成分條帶、暗色析離體及包體的定向；高溫固態(tài)流動組構(gòu)以鉀長石、斜長石強(qiáng)烈的動態(tài)重結(jié)晶集合體條帶為特征(圖2(a)-(e))，即以斜長石、鉀長石強(qiáng)烈的長條狀、透鏡狀動態(tài)重結(jié)晶集合體條帶為特征，顯示巖漿具高溫(>600 ℃)固態(tài)變形[12-13]。斜長石脆性破碎、石英的強(qiáng)烈細(xì)?；瘲l帶及絹云母的生成反映了后期中高溫(400～300 ℃)固態(tài)變形的疊加[14-15]。之后進(jìn)一步強(qiáng)烈糜棱巖化形成糜棱巖，并疊加綠泥石化碎裂巖帶。這些由高溫向低溫固態(tài)變形的連續(xù)發(fā)育特征，表明在巖漿結(jié)晶過程中或不久便發(fā)生了變形，是同侵位變形，具同構(gòu)造巖體的特征[16-17]。

不同時期、不同變形強(qiáng)度巖體的面理產(chǎn)狀及應(yīng)變類型均一致，顯示了與不同期次侵入活動相伴的遞進(jìn)韌性伸展變形。此外，如果是早期擠壓造山熱事件的巖體，勢必遭受早期構(gòu)造變形改造，應(yīng)有面理疊加置換跡象[18]，而該處燕山期巖體僅表現(xiàn)為糜棱巖化，還未改造成片麻巖。這些變形為巖體同構(gòu)造侵位過程中冷卻后期受到的變形作用造成的，是構(gòu)造前巖石在其后的熱構(gòu)造過程中發(fā)生變質(zhì)變形，在伸展構(gòu)造過程中再次發(fā)生同韌性疊加改造，使先期變形進(jìn)一步復(fù)雜化。

2.3 微觀域標(biāo)志

細(xì)粒黑云母二長花崗巖鏡下(圖2(f))可見由微粒石英、斜長石、鉀長石、蠕狀石英等組成的“微粒交生體”(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約小于3%～5%)，表明該花崗巖是在較強(qiáng)的應(yīng)力環(huán)境下巖石所含少量殘余熔體，可作為巖體同構(gòu)造侵位結(jié)晶的顯微構(gòu)造標(biāo)志[1]。暗示該巖石為同構(gòu)造成因，并且“微粒交生體”有重結(jié)晶現(xiàn)象，說明巖體在高溫或亞固態(tài)情況下發(fā)生了伸展變形，成巖后受到后期地質(zhì)構(gòu)造熱事件的影響。

3 熱隆伸展構(gòu)造活動的時間討論

3.1 同構(gòu)造巖漿巖年代學(xué)約束

1)同構(gòu)造花崗巖：由于鋯石的封閉溫度遠(yuǎn)大于剪切帶的變形溫度，鋯石結(jié)晶時巖體尚未就位，在巖漿運(yùn)移的過程中結(jié)晶冷凝。鋯石結(jié)晶時地殼正處于伸展活動階段，因此區(qū)域高溫伸展變形的時間與同構(gòu)造花崗巖中鋯石的結(jié)晶年齡一致。本區(qū)燕山早期花崗巖具同構(gòu)造成因，諸廣南部燕山期花崗巖的年代已被準(zhǔn)確地限定在160～154 Ma[19]，而在密下水(本文采樣點(diǎn)位置)采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb法測得二長花崗巖的年齡為143±1.2 Ma[11]，為燕山早期產(chǎn)物，表明該區(qū)在燕山早期地殼就已經(jīng)開始被底部熱隆巖漿加熱，使早期巖石重熔，并伴隨產(chǎn)生同構(gòu)造的燕山期花崗巖。因此，燕山早期應(yīng)該為熱隆伸展構(gòu)造的啟動時間。

2)中基性脈巖：輝綠巖、玄武巖等中基性巖是巖石圈伸展和地殼拉張作用標(biāo)志，為同構(gòu)造巖漿巖。本區(qū)中基性脈巖年齡在142.6～88 Ma[20]，也表明本區(qū)拉張形成時間在早白堊世-晚白堊世。熱隆伸展構(gòu)造的強(qiáng)烈活動期，應(yīng)介于燕山晚期。

3.2 同構(gòu)造結(jié)晶礦物同位素年代學(xué)約束

李出安[21]獲得南雄斷裂帶下盤糜棱巖白云母40Ar/39Ar年齡為81.1±2 Ma～117.3±2.7 Ma，坪年齡為94.6±0.4 Ma，反映的是區(qū)域強(qiáng)烈韌性剪切的年齡。鄭家儀[22]在南雄大源、華坪一帶，利用花崗質(zhì)糜棱巖中的磷灰石采用裂變徑跡法測得42±5 Ma、43.7±3 Ma、63.3±4 Ma，而磷灰石的封閉溫度較低(90～120 ℃)，該年齡代表的是伸展熱構(gòu)造事件年齡值的下限。

3.3 同伸展盆地中地層的年代學(xué)制約

南雄盆地為半地塹式的拉分盆地，剝離斷層上盤的下陷伴隨盆地的生長以及盆地的沉積。因此，盆地沉積地層可為該期斷陷運(yùn)動提供時間約束，在盆地中的晚白堊世南雄組地層所含的Oolithes clongatus和Cyprides Sp.等化石[23]，指示年代大致在85 Ma左右。

綜上所述，本區(qū)伸展構(gòu)造發(fā)生發(fā)展的時間為160 Ma(同構(gòu)造花崗巖年齡)～42 Ma(磷灰石裂變徑跡法年齡)，即燕山早期早中侏羅世區(qū)域由擠壓向伸展轉(zhuǎn)換，燕山中期晚侏羅世發(fā)生伸展、減壓深熔或底侵作用形成花崗巖，燕山晚期白堊紀(jì)地殼隆升和塌陷伸展進(jìn)入高峰期，同時伴隨多期次的中基性脈巖侵入。

4 同構(gòu)造巖漿活動與鈾成礦作用關(guān)系探討

4.1 年代學(xué)的耦合關(guān)系

由于諸廣南部鈾成礦與伸展構(gòu)造、中基性脈巖活動在時間上耦合、空間上相伴，許多學(xué)者論述了區(qū)域伸展構(gòu)造和中基性巖漿活動與鈾成礦之間的密切關(guān)系[9,24-29]，每期中基性巖侵入之后都有一期堿交代熱液活動，有利于鈾成礦[30-31]。根據(jù)諸廣南部熱隆伸展構(gòu)造啟動于燕山早期的認(rèn)識，顯示出區(qū)域伸展構(gòu)造發(fā)生發(fā)展與鈾成礦的耦合關(guān)系，可分為165～143 Ma、140～125 Ma、110～100 Ma、～90 Ma、65～50 Ma等5個階段[24]。其中，早期高溫鈾成礦作用與燕山早期花崗巖侵位時間耦合，表明區(qū)域燕山期花崗質(zhì)巖漿活動及相伴的伸展構(gòu)造活動與早期高溫鈾成礦具有聯(lián)系性。

4.2 區(qū)域熱隆伸展構(gòu)造與鈾成礦作用的關(guān)系

伴隨燕山期同構(gòu)造花崗巖侵位的熱隆伸展及后期周期性的伸展活動，區(qū)域形成了多期次的鈾成礦。熱隆伸展中心也是巖漿活動的中心，巖漿熱液活動、伸展隆起和構(gòu)造剝蝕形成了高地?zé)崽荻群透邿崃鳝h(huán)境，剝離斷層延深度大，活動時間長，為成礦元素的活化、淬取、遷移、富集提供了良好條件[32-34]。剝離斷層下部巖石由脆性域向韌性變形域的韌脆性轉(zhuǎn)換面是氧化還原界面，上盤是氧化環(huán)境，下盤是還原環(huán)境[35]，酸-堿變化面[36]，深循環(huán)水排泄區(qū)，上升熱液與滲透水交匯面，熱液沸騰面，溫度、壓力突變面等有利成礦作用。剝離斷層既是良好的導(dǎo)礦構(gòu)造，也是良好的容礦構(gòu)造，斷層泥、不透水巖層起到了封閉作用，形成了下盤還原環(huán)境下的熱液循環(huán)系統(tǒng)，并且斷裂周期性活動產(chǎn)生的虹吸作用又是熱液活動的動力。剝離斷層上盤斷層系頂部沉積盆地的沉積物和斷層泥、碎裂巖、糜棱巖起到了封閉作用，這些張性的斷層系成為良好的容礦構(gòu)造。綜上，發(fā)育于富鈾基底之上熱隆伸展構(gòu)造具備鈾成礦有利的熱源、物源與構(gòu)造環(huán)境，有利于鈾成礦作用。

4.3 同構(gòu)造巖漿活動與早期鈾成礦

區(qū)域早期中高溫(>300 ℃)鈾成礦易于形成富礦體，諸廣南部的棉花坑、瀾河、東坑及下莊的竹山下等鈾礦床均有早期(>143 Ma)高溫鈾成礦，礦體多產(chǎn)于燕山期花崗巖接觸帶部位，有些礦體甚至產(chǎn)于燕山期花崗巖中。吳烈勤等[37]、杜樂天等[30]認(rèn)為這些早期鈾成礦為巖漿期后熱液成因，鈾礦物以晶質(zhì)鈾礦為主。由于花崗質(zhì)巖漿從侵位至冷卻需要10～20 Ma左右，因此從花崗巖侵位及伴生的熱隆伸展、熱液活動將從160～143 Ma延伸至～130 Ma，從而在熱隆伸展背景下形成早期鈾成礦作用。

5 結(jié) 論

1)諸廣南部熱隆伸展構(gòu)造核部的燕山期花崗巖是發(fā)育在古華夏結(jié)晶基底上，在熱隆伸展環(huán)境下形成的同構(gòu)造花崗巖。燕山期花崗巖的年齡為區(qū)域熱隆伸展構(gòu)造活動時間提供了準(zhǔn)確的年代學(xué)約束，表明區(qū)域熱隆伸展活動啟動于160 Ma，較之前認(rèn)識的140 Ma左右的時間早了約20 Ma，伸展構(gòu)造經(jīng)歷了多期次脈動，其強(qiáng)烈活動期在100～70 Ma。

2)諸廣南部鈾成礦與區(qū)域熱隆伸展構(gòu)造的發(fā)生和發(fā)展具有耦合性，區(qū)域熱隆伸展構(gòu)造及伴隨的熱液流體活動有利于鈾成礦，尤其是早期(>130 Ma)中高溫(>300 ℃)鈾成礦為燕山期同構(gòu)造巖漿活動及其期后熱液活動的產(chǎn)物。

3)諸廣南部地區(qū)靠近熱隆伸展構(gòu)造鏟狀斷裂系的燕山期同構(gòu)造花崗巖與構(gòu)造前花崗巖接觸帶為早期高溫富鈾礦的有利成礦部位。