华南印支期不同产铀能力花岗岩元素地球化学特征对比及其指示意义

章 健，陈培荣，陈卫锋，巢小林，李大雁

（1.核工业230研究所，湖南 长沙410007；2.南京大学 地球科学与工程学院，江苏 南京210093）

华南是我国主要的铀矿产区，花岗岩型铀矿床和火山岩型铀矿床是华南地区最主要的铀矿床类型。花岗岩型铀矿床是指与花岗岩体有紧密空间关系和成因联系的铀矿床，它可产在岩体内部或岩体外围不远的一定区域内 （如产在外接触带构造断裂带中的热液铀矿床）[1－3]。通常把这种内部和外围产出铀矿床的花岗岩，称之为产铀花岗岩。

花岗岩中主量、微量元素和同位素的含量及其变化特征，是反映岩石类型、成因、构造背景和各种地质作用的有效指数。花岗岩的源区物质成分，以及其部分熔融、分离结晶、同化混染的程度，都决定了花岗岩全岩成分的不同。因此，研究对比花岗岩的元素地球化学和矿物学特征，可以揭示出产铀花岗岩的一些指示性标志。目前已有学者做过这方面的研究[4－7]，本文拟在前人的基础上，通过对比分析华南印支期大多数花岗岩体的元素地球化学差异，试图进一步揭示产铀花岗岩的指示性特征，为铀矿勘查工作提供理论指导依据。

1 地质背景

根据花岗岩的产铀能力，笔者将华南印支期花岗岩大致分为产铀花岗岩、非产铀花岗岩和未知产铀花岗岩 （以下简称未知型花岗岩）3种类型。产铀花岗岩是指其中产出大型铀矿床或铀矿田的岩体，非产铀花岗岩是指至今尚未发现有重要工业价值铀矿床的岩体，目前仅发现存在铀矿化点而尚未确定其产铀能力的花岗岩归为未知型花岗岩。本文中的产铀花岗岩包括诸广山岩体、下庄岩体、白面石岩体、高溪岩体、豆乍山岩体、大富足岩体、丫江桥岩体和阳明山岩体；非产铀花岗岩包括白马山岩体、瓦屋堂岩体、歇马岩体、桃江岩体和五峰仙岩体；未知型花岗岩包括关帝庙岩体、沩山岩体、龙源坝岩体、香草坪岩体和蔡江岩体 （图1）[8，9]。笔者将重点对比产铀花岗岩和非产铀花岗岩在元素地球化学特征方面的差异。

图1 华南印支期花岗岩分布图 （据孙涛，2005）Fig.1 Distribution of Indosinian epoch plutons in South China

在大地构造位置方面，产铀岩体大多数位于华夏板块内，如诸广山、贵东、大富足岩体等，而非产铀岩体大多数位于扬子板块内，如白马山、瓦屋塘和关帝庙岩体等 （图1）。在成矿年龄方面，产铀花岗岩的成岩年龄分布在219～250Ma，非产铀花岗岩的成岩年龄则分布在204～230Ma （表1）[10－13]。

表1 华南印支期花岗岩成岩年龄 （Ma）Table 1 Ages of Indosinian epoch plutons in South China

2 花岗岩样品特征和分析方法

华南印支期产铀花岗岩以二云母花岗岩和黑云母花岗岩为主，岩石为中－细粒结构，大多经历过绿泥石化和水云母化蚀变；非产铀花岗岩以黑云母花岗岩和黑云母花岗闪长岩为主，颗粒较大，通常存在斑晶，并且大部分花岗岩中均存在暗色包体。

产铀花岗岩中的黑云母绿泥石化蚀变强烈，黑云母中含有的副矿物组合较为复杂，包括磷灰石、锆石、独居石、金红石、褐帘石以及钍石和晶质铀矿等 （图2a、b），非产铀花岗岩的黑云母比较新鲜，其中或周围的副矿物种类较少，主要为磷灰石、锆石和榍石等 （图2c、d）。

图2 黑云母及其共生矿物电子探针背散射图Fig.2 Backscattered electron image of biotite and symbiosis minerals

样品的全岩化学成分由南京大学现代分析中心采用ARL9800XP＋波长色散型X射线荧光光谱仪测定，相对于标准样品的偏差：高含量氧化物＜0.8%，低含量氧化物＜10%；Fe2O3和FeO含量采用湿化学法分析。微量元素含量由南京大学地球科学与工程学院内生金属矿床成矿研究国家重点实验室和中国科学院贵阳地球化学研究所采用ICP－MS方法分析 （德国 Element 2）[15]，检测限优于0.5×10－9，相对标准偏差优于5%。

3 花岗岩类型及岩石化学特征

产铀花岗岩的岩石化学组分含量分别为：SiO268.55%～75.63% （平均值为73.38%），Al2O312.66%～14.43% （平均值为13.57%），TiO20.05%～0.5% （平均值为0.20%），TFe 1.02%～2.85% （平均值为1.76%），MgO 0.18%～0.79% （平 均 值 为0.36%），CaO 0.23%～1.48% （平均值为0.78%），P2O50.05%～0.3% （平均值为0.14%），K2O 4.07%～6.38% （平均值为5.30%）。相对而言，产铀花岗岩的SiO2、K2O和P2O5含量高于非产铀花岗岩，而Al2O3、TiO2、TFe、MgO和CaO含量则较低。

产铀花岗岩的ACNK值在0.97～1.25，大部分属于强过铝质花岗岩，与S型花岗岩相似[16，17]；非产铀花岗岩的 ACNK值相对集中，为0.99～1.14，属于弱过铝质花岗岩（图3）。

图3 华南印支期花岗岩ANK－ACNK图Fig.3 ANK－ACNK diagram of Indosinian epoch plutons in South China

产铀花岗岩多数属于铁质系列，FeO／（FeO＋MgO）值为0.72～0.90；非产铀花岗岩属于镁质系列，FeO／（FeO＋MgO）值为0.64～0.73（图4a）。比较华南印支期花岗岩的Na2O＋K2O－CaO值，产铀花岗岩大多数属于碱－钙性系列，非产铀花岗岩则落在钙－碱性系列区域 （图4b）。同时，产铀花岗岩、非产铀花岗岩和未知型花岗岩均落在高钾系列区域 （图4c）。因此产铀花岗岩属于高钾铁质碱－钙性花岗岩，而非产铀花岗岩属于高钾镁质钙－碱性花岗岩 （图4）[18－20]。

华南印支期花岗岩的ACF图反映出产铀花岗岩中斜长石和黑云母占主要组分地位，与S型花岗岩的特征一致；非产铀花岗岩中主要组分为斜长石、黑云母和角闪石，更接近于I型花岗岩的特征 （图5）[17]。这也印证了产铀花岗岩大多数属于强过铝质花岗岩的结论。

图4 华南印支期花岗岩FeO／（FeO＋MgO）－SiO2、（Na2O＋K2O－CaO）－SiO2 和 K2O－SiO2 图（据Frost B R，2001；Wright J B，1969；Peccerillo R，1976）Fig.4 FeO／（FeO＋MgO）－SiO2，（Na2O＋K2O－CaO）－SiO2，K2O－SiO2diagram of Indosinian epoch plutons in South China注：图例同图3。

图5 华南印支期花岗岩ACF图Fig.5 ACF diagram of Indosinian epoch plutons in South China

4 花岗岩微量元素及稀土元素特征

华南印支期花岗岩微量元素蛛网图 （图6a）反映出3类花岗岩具有相同的富集和亏损规律 （富集Rb、Th、U、K、Pb，亏损Ba、Nd、La、Ce、Eu、Ti）。产铀花岗岩比其他类型花岗岩的亏损和富集程度更为强烈，说明其经历了更强烈的结晶分异过程。稀土元素蛛网图 （图6b）也反映出这3类花岗岩具有相同的变化趋势，只是产铀花岗岩Eu异常程度要远高于非产铀花岗岩，并且轻稀土更为富集。产铀花岗岩中除Eu含量较低外，其他稀土元素含量均高于非产铀花岗岩，未知型花岗岩稀土元素含量介于这两种花岗岩之间。产铀花岗岩Eu异常程度高，表明其经历了强烈的分异演化[21，22]。

图6 华南印支期花岗岩微量元素蛛网图 （a）和稀土元素配分图 （b）Fig.6 Chondrite normalize REE pattern and spider diagram of Indosinian epoch plutons in South China

Th－U相关关系图 （图7）直观地反应出了华南产铀花岗岩U、Th含量高，Th／U值低的特点。

5 花岗岩源区特征及形成环境

花岗岩CaO／Na2O值是判断源区的一个重要指标，其变化范围是温度 （熔融的程度）、压力和H2O活动性以及源岩成分的一个函数。其中，源区长石与黏土的比率是其主要的控制因素。贫长石、富黏土的源区产生的花岗岩熔融物，其w（CaO）／w（Na2O）值较低[23]。华南印支期花岗岩中，产铀岩体的w（CaO）／w（Na2O）值为0.09～0.52，大部分属于泥质岩源区；非产铀花岗岩 w（CaO）／w（Na2O）值为0.69～1.24，属于砂屑岩源区 （图8）。

Pearce等 （1984）系统研究了已知大地构造背景的花岗岩地球化学特征，发现元素Y、Yb、Rb、Ba、K、Nb、Ta、Ce、Sm、Zr和Hf最能有效区分不同大地构造环境的花岗岩。华南印支期花岗岩属于碰撞背景下的产物。其中，产铀花岗岩应属于同碰撞背景下形成的；非产铀花岗岩为后碰撞背景下形成的 （图9）[24，25]。

图7 华南印支期花岗岩Th－U相关关系图Fig.7 Correlation of Th－U of Indosinian epoch plutons in South China

图8 华南印支期花岗岩CaO／Na2O－Al2O3／TiO2图（据sylvester P J，1998）Fig.8 CaO／Na2O－Al2O3／TiO2diagram of Indosinian epoch plutons in South China

图9 华南印支期花岗岩构造判别图 （据Pearce J A，1984；Hairs N B W，1986）Fig.9 Tectonic discriminating diagram of Indosinian epoch plutons in South China

6 花岗岩成岩物理化学条件

Watson和 Harrison（1983）通过在1.2、2.1、6kbar和750～1020℃，以及初始熔体SiO2含量介于61%～75%条件下的锆石溶解度实验，发现地壳深熔熔体中锆石的饱和行为是温度和组分的函数[26]：t（℃）＝12900／｛ln（497657／Zr）－[－3.8－0.85×（M－1）]｝－273

利用锆石饱和温度计计算了华南印支期花岗岩的形成温度 （表2），产铀花岗岩形成于711～839℃ （平均为768℃），非产铀花岗岩形成于757～831℃ （平均为789℃），未知?型花岗岩的形成温度在726～816℃ （平均为777℃）。产铀花岗岩的形成温度要低于非产铀花岗岩。更低的结晶温度使花岗岩的成岩时间延长，说明产铀花岗岩经历了更久的结晶分异作用。

表2 华南印支期花岗岩锆石饱和温度和氧逸度Table 2 Saturation temperature and oxygen fugacity of Indosinian epoch plutons in South China

根据Wones等 （1965）在PH2O＝2070×105Pa条件下黑云母的lg（fO2）－T图[27]，结合黑云母稳定度 [100×Fe2＋／（Fe2＋＋Mg2＋）]，并假定花岗岩浆平衡温度为750～900℃，得出花岗岩大致的形成氧逸度lg（fO2）。华南印支期产铀花岗岩的lg（fO2）值为－16.5～－15.0，非产铀花岗岩的lg（fO2）值为－12.4～－12.5，这表明产铀花岗岩相对于非产铀花岗岩具有较低温度和较低氧逸度的特征。

7 结论与讨论

不同产铀类型花岗岩在元素地球化学特征上表现出极大的差异，花岗岩源区、花岗岩浆成分、结晶分异程度以及后期自变质作用，是导致花岗岩产铀能力不同的重要因素[6]。

通过上述的对比总结，区别产铀与非产铀花岗岩的指示标志为：产铀花岗岩属于S型花岗岩，非产铀花岗岩属于I型花岗岩；产铀花岗岩的源区是泥质岩源区，非产铀花岗岩为砂屑岩源区；产铀花岗岩中富集SiO2、K2O、P2O5、Pb、U、Th、Rb和LREE，并亏损 Al2O3、TiO2、FeO、MgO、CaO、Sr、Ba、Eu；产铀花岗岩可能形成于同碰撞构造环境，而非产铀花岗岩形成于后碰撞构造环境。产铀花岗岩的结晶分异作用强。产铀花岗岩相对于非产铀花岗岩具有更低的成岩温度和氧逸度。

未知型花岗岩大多数同时具有产铀花岗岩和非产铀花岗岩的特征，因此未知型花岗岩是否具有产铀花岗岩的铀成矿指示特征，可作为找铀矿的判别标志。

本文写作过程中范立亭高级工程师 （研究员级）对花岗岩分类提供指导意见，黄思东高级工程师和叶庆森高级工程师 （研究员级）对本文提出了有价值的修改意见，在此一并致谢。

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