赣中相山铀矿田基底变质岩稀土元素特征及其地质意义

余关美， 时 国

(东华理工大学地球科学学院, 江西 南昌 330013)



赣中相山铀矿田基底变质岩稀土元素特征及其地质意义

余关美， 时 国

(东华理工大学地球科学学院, 江西 南昌 330013)

对赣中相山铀矿田新元古代变质岩基底的稀土元素地球化学特征进行分析。结果表明,稀土总量较高，为(127.47～288.40)×10-6，平均为197.18×10-6；∑LREE/∑HREE比值为7.03～10.16，平均为8.66，明显富集LREE。δEu为0.57～0.79，平均0.70，显示中等或弱的负异常；δCe为0.44～1.04，平均为0.90，显示弱的负异常或无异常。三组岩石稀土配分模式类似，表明具有相近的物源，其原岩应属于陆源碎屑岩，岩石的物源很可能来自华夏大陆；据稀土元素含量及其比值，推测该测区变质岩形成的沉积构造背景为大陆岛弧环境。同时ΣREE-La/Yb图解表明，神山组样品原岩主要为页岩和粘土岩，上施组原岩主要为砂岩，库里组原岩大多为砂岩，同时含有页岩和粘土岩。

变质岩；稀土元素；Eu异常；REE示踪；构造环境

余关美， 时国.2015.赣中相山铀矿田基底变质岩稀土元素特征及其地质意义[J].东华理工大学学报：自然科学版，38(4)：350-357.

Yu Guan-mei，Shi Guo.2015.Characteristics of rare earth elements and the geological significance of the basement metamorphic rocks in Xiangshan uranium ore field in central Jiangxi province[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 38(4)：350-357.

稀土元素具有特殊的地球化学性质，决定了其在多种地质作用下十分稳定，不易受风化作用、热液作用和变质作用的影响，因而在物源示踪中运用很广。但在某些地质作用过程中，由于各种稀土元素在物理、化学性质方面的差异，往往会发生稀土元素的分馏作用。因此，地质体中的稀土元素分布特征，包含并保存着地质体成因、演化等方面的多种信息。

近年来, 稀土元素的研究广泛应用于沉积源区的确定、构造背景的分析、硅质岩成因、沉积矿床成矿作用及其与地质事件和地壳演化的关系等诸多方面中(刘士林等，2006)。在变质岩方面，REE地球化学可用于追溯原岩，以了解变质前的成岩环境、物质组成及成因等特征，变沉积岩的地球化学研究对于了解华夏地块上部变质岩系的物质来源和形成时的构造环境具有重要指示意义(胡恭任等，1999，1997；吴新华等，2001；庞守吉等，2008)。一般认为在变质岩中除麻粒岩相变质岩以外，角闪岩相以下的变质岩，除有热液蚀变者外，稀土元素不会发生明显的迁移。因而用稀土元素地球化学特征来恢复和判断赣中相山地区变质岩原岩的性质及其形成的构造环境是可行的(饶明辉等，1993)。

相山铀矿田位于华夏与扬子拼合带—江绍断裂南侧，是中国发现最早，规模最大的火山型铀矿田，普遍发育火山-侵入杂岩体(杨水源等，2013)，其基底为一套古老的变质岩系。对这套基底变质岩的原岩建造特征，形成环境以及演化规律的研究，不仅对了解华南新元古代构造背景提供重要材料，也对进一步认识该地区地壳演化和铀等金属成矿作用有重要意义(邵飞等，2012；章邦桐等，1996；廖宇华，1999；窦小平，2005)。笔者在已有的区调资料和科研成果的基础上，通过野外调查，SHRIMP同位素测定技术等方法，对相山基底变质岩系中的千枚岩、片岩、变质砂岩样品的稀土元素含量，地球化学参数，配分模式等进行了系统分析。

1 地质概况

研究区位于扬子板块与华夏板块缝合线—江绍断裂南侧，北东向的遂川-德兴深断裂从该区的西北角穿过，东临北北东向鹰潭-安远断裂，构造单元区划隶属华夏陆块赣中-赣南残块的北部，地层区划属华南地层大区东南地层区之湘桂赣地层分区(图1)。

图1 相山地区所处大地构造位置和区域地质简图Fig.1 Tectonic setting of Xiangshan area and geological sketch map

区内变质岩发育，主要分布于相山火山盆地周边，系区域古老的褶皱基底，通过野外调查和镜下观察，该地区出露于地表的基底变质岩受变形变质作用影响明显，岩石类型存在明显差异。尽管这套基底变质岩经历了较强区域构造面理置换，但在部分地区其原始沉积构造及序列仍可辨晰，总体为一套中—浅变质的砂泥质复理石建造，自下而上可划分为神山组、库里组和上施组。

神山组下段主要为青灰色-深灰色(含石榴黑云)绢云石英片岩，黑云石英岩夹炭质千枚岩，上段深灰色绢云千枚岩夹炭质千枚岩；库里组下段以浅灰色(含十字石榴)二云石英片岩，(含石榴子石)变质石英砂岩夹(石榴子石黑云)变质长石石英岩及部分(含石榴黑云)绢云千枚岩为主，上段以浅灰色-灰白色(含石榴子石)二云片岩，粉砂质黑云绢云千枚岩，(含石榴子石黑云母)绢云千枚岩夹薄层变细砂岩为主；上施组整合于库里组灰白色千枚岩之上，被后期地层不整合覆盖。下段以青灰色(含十字石榴黑云母)绢云母石英片岩，(含石榴子石)二云石英片岩夹(含石榴黑云)石英大理岩为主要岩性，上段以灰绿色(含石榴子石黑云母)绢云千枚岩，(含石榴子石)二云(黑云，绢云)石英片岩为主。

2 测试方法

样品在核工业北京地质研究院分析测试研究中心测试，运用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析方法。样品经粉碎至200目以下，于105 ℃烘干备用。准确称取50 mg样品于25 mL聚四氟乙烯烧杯中，分别加入氢氟酸，放入高压罐中密闭加热溶解，取出后加入硝酸并让如高压罐进一步溶解。待充分溶解之后，稀释并用ELEMENT等离子体质谱分析仪进行测试，分析精度优于5%。测区新元古代浅变质岩稀土元素测试结果见表1，球粒陨石(王中刚等，1989)和北美页岩(王中刚等，1989)标准化后相关计算见表2。

异常参数δCe和δEu依据以下计算公式(Bhatia,1985)得出：

δEu=Eu/Eu*=EuN/[(SmN+GdN)/2]

δCe=Ce/Ce*=CeN/[(LaN+PrN)/2]

3 结果

3.1 稀土元素丰度

测区稀土元素总量较高，为(127.47～288.40)×10-6，平均为197.18 ×10-6。神山组为∑REE(127.47～266.08)×10-6，平均为207.04×10-6；库里组∑REE为(168.77～288.40)×10-6，平均为211.72 ×10-6；上施组∑REE为(131.23～245.99)×10-6，平均为172.79 ×10-6。上施组的稀土元素含量略低于神山组和库里组，与北美页岩组合样平均值173.2 ×10-6相近。

∑LREE/∑HREE比值在一定程度上反应了轻、重稀土分异情况，在同一岩石类型中，这一数值较大,表明轻稀土富集，重稀土亏损，岩石源区不同，该比值也不同。神山组∑LREE/∑HREE比值为7.03～9.77，平均为8.48；库里组∑LREE/∑HREE比值为8.09～10.16，平均为9.15；上施组∑LREE/∑HREE比值为7.57～9.12，平均为8.35。LaN/YbN值是稀土元素图解中分布曲线的斜率，同样可反映轻重稀土分馏情况。经球粒陨石标准化后，神山组LaN/YbN为7.01～13.73，平均10.40；库里组 LaN/YbN为10.73～19.26，比值变化较大，平均15.09；上施组LaN/YbN为5.38～14.71，比值变化较大，平均9.49。三组岩石LaN/YbN比值表明轻重稀土元素之间分馏明显，轻稀土富集。

球粒陨石标准化后，神山组，库里组，上施组δEu平均值分别为0.72，0.68，0.69，与大陆地壳 (0.69)颇接近，而高于地壳(0.60)，低于上地慢(0.79)，表明Eu为轻度亏损；δCe的平均值分别为0.82，0.93，0.94，高于大陆地壳(0.79)，显示出微弱的负异常(吴春林等，1993)。

经北美页岩标准化后，神山组，库里组，上施组δEu平均值分别为1.11，1.08，1.08，Eu表现为弱的正异常；δCe的平均值分别为0.83，0.93，0.94，表现为弱的负异常。

3.2 稀土元素标准化配分模式

采用Taylor等(1985)推荐的球粒陨石标准值对稀土元素进行标准化，三组岩石样品稀土元素分布模式图(图2)。从图中可以看出, 各样品稀土配分模式相似，均表现为Eu亏损的右倾斜型，各样品在图上表现为近平行的线，左边上翘且较陡，右边近平行，表明沉积物的物源较为一致,物源供应相对稳定；La～Eu段轻稀土配分曲线较陡， 斜率较大,而Gd～Lu段重稀土配分曲线较为平坦，斜率较小，表现为明显的右倾，说明轻稀土元素之间的分馏程度较高，重稀土元素之间的分馏程度较低。

经北美页岩标准化后所得的稀土元素配分曲线如图2，三个组的配分模式类似，说明其具有相近的物源(孙林华等,2010a,2010b)。曲线均为在1附近的平缓型，说明其为沉积成因。 神山组和库里组标准化后的曲线总体高于上施组，可能是因为上施组样品中含石英量较神山组和库里组高，一般石英含量对稀土含量起稀释作用，石英含量愈高，稀土含量愈低，导致上施组稀土含量偏低。

神山组，库里组，上施组的配分曲线位置依次有微弱的降低，神山组中样品D3675-3W配分曲线与其他样品差异较大，表现出强的Ce异常。

4 讨论

4.1 稀土元素与沉积环境

Ce具有变价性质，在不同的沉积环境下常可造成正或负的异常，所以通常将δCe异常作为沉积环境的氧化-还原状态的指标。δCe <1表示亏损，指示氧化环境；δCe >1表示正常或过剩，表明还原环境(王中刚等，1989；刘肖霞等，2008)。

测区除个别样品(D6002-1W、D2331-1W)δCe大于1，其余样品在0.44～0.99间，而δEu均小于1，总体上表现为亏损，指示该区沉积环境可能为相对氧化的环境。Eu呈负异常，Ce负异常不明显，说明海水可能为陆棚水。

表1 相山基底变质岩稀土元素地球化学组成(10-6)

图2 相山基底变质岩稀土元素分布模式图Fig.2 The REE distributing pattern to the metamorphic rocks basement of Xiangshan uranium mineral field

4.2 稀土元素的物源指示

稀土元素是分析沉积物源区的可靠指标。稀土元素难溶，相对稳定，这些元素只随陆源碎屑沉积物搬运, 因而能反映源区的地球化学性质，稀土模式可用来指示物源(刘宁等，2009)。源自上地壳的稀土元素具有轻稀土富集，重稀土含量稳定和明显的负Eu等特征，研究区样品经球粒陨石标准化后，三组岩石均表现出轻稀土富集和Eu异常的特征；用北美页岩标准化后，稀土配分曲线呈平坦型，曲线数值靠近1，源岩主要为沉积岩；且三组岩石LREE/ HREE比值平均值分别为8.48，9.15，8.35，与陆壳平均值9.53接近；以上特征说明物源可能来自上地壳。研究区大部分稀土元素含量变化范围较小，意味着具有相近的物源。

在吴春林等(1993)的稀土元素ΣREE-La/Yb图解上(图3)，样品大多数投于杂砂岩、页岩区，所以本次研究的样品都为副变质岩，其原岩属于陆源碎屑岩。上施组大多落点于杂砂岩区，神山组多落点于页岩和粘土岩区，库里组多在两个区的叠加区域。

图3 相山基底变质岩稀土元素ΣREE-La/Yb图解Fig.3 ΣREE vs.La/Yb diagram for the main types of rocks from Xiangshan uranium mineral fieldA.角闪岩区；B.碳酸盐岩；C.砂质岩和杂砂岩区；D.页岩和粘土岩区

稀土元素在溶液中呈离子或络离子的形式。其中，深海粘土中具有异常高的丰度；而从页岩到杂砂岩到其它类砂岩、灰岩，其稀土总量依次减少(饶明辉等，1993)。上施组稀土总量明显低于神山组和库里组，而ΣREE-La/Yb图解中上施组大多落点于杂砂岩区，说明其原岩主要为杂砂岩；库里组中稀土元素丰度最高，结合ΣREE-La/Yb图解中库里组多在页岩区和杂砂岩区的叠加区域，推测其原岩主要为为粘土岩，夹杂部分石英砂岩及粉砂岩；神山组在区域上分布有大量炭质千枚岩，图解中多落点于页岩和粘土岩区，稀土元素丰度略低于库里组，说明其原岩可能主要为粉砂岩及炭质页岩。

Taylor等(1985)曾指出，太古代以前，沉积岩以贫稀土，相对富重稀土和Eu正异常为特征；而后太古宙沉积，稀土组成以稀土总量较高，轻稀土富集，Eu亏损为特征。研究区稀土元素特征与后太古宙的沉积岩稀土元素丰度、模式特征基本一致，其沉积时代应为后太古宙。微古化石资料和前人研究表明相山铀矿田基底变质岩原岩形成于新元古代青白口纪。

4.3 稀土元素特征指示的构造背景

由于碎屑沉积岩的地球化学特征主要取决于其物质组成，而物质组成又与其物源和大地构造环境有着非常密切的关系。因此，碎屑沉积岩地球化学数据可以用来恢复构造背景(胡恭任等，2004；靳松等，2008；张芳荣等，2009)。

表3为Bhatia (1985)总结的不同构造背景下稀土元素含量及比值特征，认为来自大洋岛弧构造背景的沉积物，具有稀土总量低，轻稀土富集不明显和无明显负铕异常的特征；大陆岛弧构造背景的沉积物，具稀土总量高和轻稀土富集，Eu中等或弱负异常的特征；而来自活动大陆边缘和被动大陆边缘的沉积物，稀土总量高，轻稀土富集，负Eu异常明显。测区稀土元素总量高，远远高于大洋岛弧，说明构造背景不可能是大洋岛弧。轻稀土富集，中等或弱的负Eu异常，结合轻重稀土比值以及La，Ce等元素值的范围，推测其构造背景应为大陆岛弧环境。而原岩主要为杂砂岩的神山组的δEu平均值为0.72，与大陆岛弧环境下的杂砂岩0.7相接近，进一步说明其构造背景为大陆岛弧。

章邦桐等(1996)曾对该区变质岩基底原岩归属做了细致的研究，曾提出该区变质岩归属于华夏地块陈蔡群的观点。赣中变质岩基底∑REE为(127.47～288.40)×10-6，与靳松等(2008)研究分析的浙闽地区华夏地块新元古代变质岩中副变质岩稀土总量(85.2～332.02)×10-6相近；赣中变质岩δEu为0.57～0.79，浙闽地区δEu为0.70左右，两个区域类似，且都有轻稀土富集且分馏明显、重稀土分馏作用较弱的特征。这些稀土元素特征也为赣中相山变质岩归属于华夏地块提供了佐证，其物源可能来自华夏大陆。

5 结论

(1)赣中相山变质基底稀土总量较高, LREE/HREE及LaN/YbN等比值表明，轻重稀土分异明显, 分布模式为明显的轻稀土富集，重稀土平坦及弱的负δEu异常，δCe基本正常。三组岩石稀土配分模式类似，但也有微弱的区别，神山组，库里组，上施组的配分曲线相对位置依次微弱降低，物源总体上显示出从粘土岩，页岩，到杂砂岩的变化特征。

(2)根据稀土元素组合及其比值特征、配分模式等，推测其物源来自上地壳。测区三组岩石具有相近的物源，其原岩应属于陆源碎屑岩，岩石的物源很可能来自相邻的华夏大陆。

(3)根据不同构造背景下稀土元素含量及比值特征，结合测区稀土元素特征，推测其构造背景应为大陆岛弧环境。

表3 不同构造背景下稀土元素含量及比值特征

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Characteristics of Rare Earth Elements and the Geological Significance of the Basement Metamorphic Rocks in Xiangshan Uranium Ore Field in Central Jiangxi Province

YU Guan-mei， SHI Guo

(School of Earth Sciences, East China Institute of Technology,Nanchang, JX 330013,China)

The REE geochemical characteristics of metamorphic rocks from the Xiangshan uranium ore field in central Jiangxi province are analyzed. The results show that the REE contents range from 127.47×10-6to 288.40×10-6, and the average content is 197.18×10-6. The ratios of ∑LREE/∑HREE range from 7.03 to 10.06, and the average value is 8.66. These features indicate that the LREE is are obviously richer than HREE. The value of δEu is 0.57 to 0.79 with an average of 0.70 which shows weak to moderate negative anomalies. The average of δCe is 0.90 with no obvious Ce anomaly (from 0.44 to 1.04). The three groups have near REE patterns, which declare that their provenances is close, and the protolith belongs to terrigenous clastic rocks, the provenance is possibility come from the China mainland. According to the content of REE and their ratio, speculated that the metamorphic rock formation sedimentary tectonic setting should be part of the surveyed area for continental island arc environment. The ΣREE-La / Yb diagram shows that the protolith of Shensan group is mainly shale and clay rock, and the protolith of Shangshi group is mainly greywacke, and the protolith of Kuli group is mainly greywacke but also contains shale and clay rock.

metamorphic rock；REE；Eu anomaly；REE trace；tectonic environment

2015-02-08

中国地质调查局工作项目(1212011120836)；东华理工大学博士后科研基金项目(DHBK1001)

余关美(1990—)，女，硕士研究生，主要从事矿产普查与勘探研究。E-mail:yuguanmei@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2015.04.003

P619.14

A

1674-3504(2015)04-0350-08