豆乍山产铀花岗岩中暗色残留体特征及其成因

2014-08-07方适宜范立亭陶志军刘飞宇

铀矿地质 2014年4期

关键词：苗儿暗色锆石

方适宜，范立亭，陶志军，刘飞宇

(核工业230研究所，湖南长沙 410007)

豆乍山产铀花岗岩中暗色残留体特征及其成因

方适宜，范立亭，陶志军，刘飞宇

(核工业230研究所，湖南长沙 410007)

岩石的宏观微观特征、岩石化学、微量元素及同位素地球化学示踪研究表明，豆乍山中细粒花岗岩与包裹在其中的暗色岩块具有一致的锆石铀铅同位素年龄，排除了暗色岩块源自于深部变质岩残留体或浅部围岩捕虏体的可能性；而它们的岩石化学、微量元素及钐钕同位素特征，也排除了暗色岩块为花岗岩浆结晶析离堆积体的可能性。因此，豆乍山花岗岩中的暗色岩块应是中基性岩浆与花岗质岩浆相互混融的残留原浆结晶体。该中基性岩浆是岩石圈地幔熔融、地壳混融和分离结晶作用的综合产物，亦不排除存在软流圈地幔岩浆的直接参与。由此推断，沙子江-瓜里地区是中基性岩浆与花岗质熔浆注入并发生混合作用的中心区，它控制了豆乍山岩体乃至整个苗儿山铀矿田的成岩和铀成矿。

暗色残留原浆结晶体；不完全混融、壳-幔相互作用；产铀花岗岩

1 大地构造特征

豆乍山花岗岩是广西苗儿山铀矿田的产铀岩体之一。在大地构造位置上，研究区位于扬子地块与华南加里东造山带过渡的江南台隆西段[1]，武陵山-苗儿山重力异常梯度带与南岭重力异常梯度带的交汇部位，NNE向安化-城步岩石圈走滑断裂东侧的苗儿山-越城岭花岗岩穹隆构造区(图1)。

2 产铀花岗岩中的暗色残留体特征

2.1 中基性岩浆与花岗质岩浆相互混融的残留证据

野外地质调查观察表明，豆乍山印支期产铀花岗岩中的暗色残留体主要出露于沙子江-瓜里地区，其规模大多数在数厘米到数十厘米之间，大者可达数米。豆乍山岩体内中细粒花岗岩与暗色残留体之间的接触关系为渐变过渡型(图2a)，反映了两种岩浆之间不同程度的物质交换。暗色残留体的空间分布与钾长石斑晶同具定向性，暗色残留体中亦有由定向排列的钾长石斑晶组成的流动构造和呈球状分布且具裂纹构造的钾长石巨晶(图2b)。这些特征反映了残留体与钾长石斑晶一起随花岗质岩浆流动而运移过。在小尺度范围内，残留体形状为浑圆状、椭球状、卵状(图2c)及各种不规则的拉长状。两者接触界线往往成舌状、不规侧状或弥散状渐变过渡，围绕不规则的残留体可见细粒淬冷边及暗灰色冷凝边。残留体的颜色无一例外的比花岗岩深，粒度比花岗岩细，反映暗色残留体比花岗岩岩浆更偏基性，过冷度更大。在暗色残留体周围及边部形成浅色钾长石斑晶富集带或钾长石斑晶骑跨在中细粒花岗岩与暗色残留体之间，其形态和大小与花岗岩中的钾长石斑晶基本没有差别，说明这些斑晶从主岩浆迁移至残留体熔浆中两者均处于熔融或半熔融状态，是偏基性熔浆在花岗质熔浆中快速冷却结晶和成核密度大的证据。在显微镜下暗色残留体基质中斜长石和暗色矿物黑云母、角闪石、榍石、磷灰石等，为自形至半自形细粒结构、显微辉绿结构，暗色矿物含量约占40%，有时具钠长石双晶的斜长石晶体呈定向排列并具震荡环带结构，针状磷灰石发育(图2d)，主要形成于基质的长石、石英和黑云母中，而在长石斑晶中几乎见不到。

图1 豆乍山花岗岩大地构造位置示意图Fig.1 Tectonic location of Douzhashan granite pluton

图2 豆乍山产铀花岗岩暗色残留体特征Fig.2 Features of dark residuals in Douzhashan pluton

以上宏、微观特征表明，暗色残留体是偏基性熔浆与酸性花岗质熔浆混融的残留原浆结晶体。

2.2 岩石化学、微量元素及同位素地球化学对暗色残留体成因的示踪研究

2.2.1豆乍山花岗岩与残留体岩石化学特征

暗色残留体与豆乍山岩体的岩石化学成分见表1。区内豆乍山花岗岩具有高SiO2(74.67%～76.02%)、Al2O3(13.1%～13.92%)含量和高碱含量(Na2O+K2O为7.76%～8.19%，平均7.91%)且富K(K2O/Na2O为1.21～2.04，平均1.65)为特征，岩石的CaO(0.32%～0.9%)、P2O5(0.09%～0.17%)、MgO(0.13%～0.33%)含量偏低，在A/CNK-NK/A图解上，数据点位于亚碱性铝质区域。区内这种亚碱性花岗岩中暗色残留体广泛分布，而在加里东期苗儿山岩体及燕山期细粒花岗岩中均未发现暗色残留体。从表1中可以看出，暗色残留体的SiO2含量低于花岗岩，且富MgO、TiO2、FeO、P2O5，相对贫K2O及Na2O，Mg/(Mg+Fe)值与花岗岩相似。根据镜下鉴定，虽然暗色残留体为基性成分，但其斜长石都是以中长石、更长石为主，属于低钙长石，有时具高钙斜长石核；其斜长石中的An含量和花岗岩相近。这些特点表明，暗色残留体与花岗岩均具有岩浆成分，二者之间通过混合作用及双扩散作用发生过不同程度的物质交换。

表1 豆乍山产铀花岗岩与暗色残留体岩石化学成分含量(wt%)对比表Table 1 Chemical composition (Wt %)of dark residuals and deposit occurring granite in Douzhashan area

注：样品由核工业230研究所分析测试中心分析。

2.2.2微量元素及同位素地球化学对暗色残留体成因的示踪作用

豆乍山花岗岩与暗色残留体微量元素含量分析结果见表2，稀土元素含量见表3。

表2 豆乍山产铀花岗岩与暗色残留体微量元素含量(×10-6)对比表Table 2 Content (×10-6)of trace elements in dark residuals and uranium production granite in Douzhashan area

续表2

注：样品由核工业北京地质研究院ICP-MS室分析。

表3 豆乍山产铀花岗岩与暗色残留体稀土元素含量(×10-6)对比表Table 3 Content (×10-6)of REE in dark residuals and uranium production Douzhashan granite pluton

注：样品由核工业北京地质研究院ICP-MS室分析。

从表2、3中可以看出，暗色残留体中明显富集微量元素Co、Ni、Cu、Ti等，特别是Ti的富集为花岗岩的7倍以上；其稀土元素的La/Ce、Sm/Nd、Ce/Nd、Zr/Nb值与原始地幔十分接近，反映了其岩浆来源于上地幔源区。总体而言，暗色残留体与花岗岩主元素和微量元素特征相似，显示其趋向平衡；在部分熔融过程中，Yb的含量在两者中十分接近，而Sr趋向于进入花岗岩浆，表明发生了分离和扩散作用。

暗色残留体和花岗岩同位素特征是两种原始岩浆发生混合作用的记录。Sm、Nd同位素(表4)研究表明，虽然暗色残留体Sm、Nd元素含量比花岗岩高，但147Sm/144Nd和143Nd/144Nd值却大致相近。这从另一方面也提供了深部岩浆混合作用的证据。

表4 苗儿山地区产铀花岗岩与暗色残留体钐钕同位素特征对比表Table 4 Sm-Nd isotopic composition of dark residuals and uranium production granite in Miaoershan

续表4

注：样品由国土资源部中南矿产资源监督检测中心同位素地球化学研究室分析。

2.2.3LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年

本次研究中采用了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素方法对苗儿山地区豆乍山产铀花岗岩中的暗色残留体进行定年研究。

将代表性样品(编号为BT-08、BT-10，产于中细粒二云母花岗岩中的暗色残留体)粉碎后经淘洗、磁选和重液分选，在镜下挑选出自形锆石颗粒，再用环氧树脂将锆石颗粒固定在玻璃板上，抛光制成样品靶，然后进行透射、反射以及阴极发光图像分析，检查锆石环带和内部结构，选点进行LA-ICP-MS的U-Pb定年测试。阴极发光图像及锆石LA-ICP-MS测年在南京大学壳幔演化与成矿作用研究国家重点实验室完成，测年采用的仪器型号为Agilent7500a，固体激光剥蚀系统为New Wave 公司生产的UP213。分析时激光束斑直径为30μm，激光脉冲重复频率为5 Hz。ICP-MS的分析数据通过GLITTER4.0程序计算获得同位素比值、年龄和误差，普通铅校正采用Andersen的方法进行，校正后的结果用ISOPLOT 程序(Ver 2.49)(Ludwig，1991)完成年龄计算及谐和图的绘制。

BT-08样品共分析了20个测点，除两个测点的年龄偏大(测点BT8-18和BT8-20分别为609Ma和423Ma)外，BT8-15号点的207Pb/235U值过大(0.34967)，不参与平均年龄的计算及谐和图的投影。从谐和图(图3)发现，17个数据计算的谐和年龄为209.8±3.0Ma(MSWD=3.8)。因此，锆石年龄主要集中在210Ma。表明该岩石形成于晚印支期。

图3 豆乍山花岗岩中暗色残留体BT-08样品锆石U-Pb年龄谐和图Fig.3 Concord diagram of U-Pb age for sample BT-08 from dark residual in Douzhashang granite pluton

BT-10样品也分析了20个测点，将其中1个年龄过小(185Ma)的数据点(BT10-10)去掉，同样得到了锆石年龄的谐和图(图4)。

在剩余19个测点中，除BT10-01为离群值外，其余18个点给出的谐和年龄平均值为217.6±3.7Ma(MSWD=6.1)，也表明该岩石形成于晚印支期，与豆乍山主体花岗岩形成年龄一致。这说明暗色残留体为岩浆混合和壳-幔相互作用的产物。

图4 豆乍山花岗岩中暗色残留体BT-10样品锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 Concord diagram of U-Pb age for sample BT-10from dark residual in Douzhashang granite pluton

3 暗色残留体形成机理与成因探讨

暗色残留体也有文献称其为镁铁质包体(Mafic Microgranular Enclave)，即俗称的暗色包体。它是花岗岩类侵入体中最丰富的包体类型，其重要特征是具有岩浆结构，是岩浆结晶的产物[2]。近年来国内外的大量研究工作表明[3，4]，对于花岗岩中的暗色残留体，岩浆混合理论是最重要和最有说服力的一种成因模式。研究岩浆混合作用就是揭示壳-幔相互作用过程[4]。豆乍山产铀花岗岩无论是地表露头或深部钻孔岩石中，均发现存在暗色残留体，为这一认识提供了大量信息。

从本区暗色残留体与花岗岩的宏观特征、岩石化学、微量元素及同位素地球化学示踪研究表明，豆乍山岩体内中细粒花岗岩与暗色残留体锆石铀铅同位素年龄的一致性，排除了暗色残留体来源于深部变质岩或浅部围岩捕虏体的可能性，而它们在岩石化学、微量元素及钐钕同位素特征上的明显差别又排除了同源析离体堆积的可能性，暗色残留体比花岗岩小得多的颗粒度也是否定同源说或堆积说的关键依据。上述特征，充分显示了豆乍山花岗岩中暗色残留体是中基性岩浆与花岗质岩浆相互混融时不完全混合的残留，暗色残留体熔浆主要是岩石圈地幔熔融、地壳混染的综合产物[5]。当然亦不排除软流圈地幔岩浆直接参与的可能性。沙子江-瓜里地区很可能是偏基性岩浆与酸性岩浆发生混融的一个重要注入中心，这对整个苗儿山铀矿田、特别是豆乍山岩体的成岩成矿起到了至关重要的作用。

[1]方适宜.华南元古宙变质基底构造演化与区域铀成矿作用[J].安徽地质，1994，4(1-2)：49-57.

[2]洪大卫.花岗岩研究的最新进展及发展趋势[J].地学前缘，1994，1(1-2)：79-86.

[3]王德滋.周新民，徐夕生，等.微粒花岗岩包体的成因[J].桂林冶金地质学院学报，1992，12：235-241.

[4]马昌前，王人镜，邱家镶.花岗质岩浆起源和多次岩浆混合的标志：包体，以北京周口店岩体为例[J].地质论评，1992，38(2)：100-119.

[5] 朱金初，等.桂东北里松花岗岩中暗色包体的岩浆混合成因[J].地球化学，2006，35(5)：506-51.

CharacterandGenesisofDarkResidualinDouzhashanUraniumProductionGranitePluton

FANF Shi-yi，FAN Li-ting，TAO Zhi-jun，LIU Fei-yu

(ResearchInstituteNo.203,CNNC,Changsha,Hunan410007,China)

Study of the dark residual and granite in macro and micro feature，petrochemistry, trace elements and isotopic trace shew that the residual and granite have the same U-Pb concord age which exclude the possibility that the dark residual derived from the metamorphic rock in the deep or the xenolith of wallrocks, while the character of trace element and Sm and Nd isotopes excluded the possibility that the dark residual was the dialyse accumulation.Therefore, the dark residual block in Douzhashan granite should be the cristalized block of mixed magma residual of midlle-base magma and granite.The middle-base magma should be the comprehensive products of lithosphere mantle rock melting, mixed crustal melting and the isolation of cristalization and also the participation of asthenosphere magma.Thus lead to that Shazijiang-Guanli area was the center of middle-base and granite magma intrusion and mixing which controlled the lithification and uranium mineralization of Douzhashan pluton and even the whole Miaoershan complex orefield.

cristalized block of residual magma；incomplete mix melting；inter-action of crustal and mantle；uranium production pluton