粤北花岗岩型铀矿矿集区糜棱岩带特征及其与铀成矿的关系

梁良，李建红，刘成东

（1.东华理工大学，江西 抚州 344000；2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

糜棱岩带是一种非常重要的控矿、成矿构造，其具有漫长复杂的构造演化历史，经历多期次的韧性-脆性变形；多期次的构造作用叠加，以及随变形、变质产生的热液等可能是控制成岩成矿的重要因素。糜棱岩作为蕴含构造带或金属成矿带丰富地质信息的主要载体，已越来越受到构造地质学家和矿床学家的广泛关注。自20世纪70年代提出韧性剪切带的概念以来，最初的研究者主要关注韧性剪切带的岩石类型、组构特征及剪切指向；近年来，研究者更为关注韧性剪切带的定量解析及热演化历史，如韧性剪切带的应变特征、剪切作用类型、运动学涡度 （韧性剪切带形成过程中经历的剪切作用的度量）及韧性减薄量等［1-2］。

粤北花岗岩型铀矿矿集区是享誉全国的富大铀矿老区，具有60余年的研究历史，积累了丰富的铀矿找矿资料。许多学者对区内构造从传统的节理、断裂分析进行过研究，也有从伸展构造、浅层次热隆构造、滑脱构造、走滑断裂带、拉分盆地等进行了探索，还有对硅质碎裂岩构造带及其蚀变作用做过深入研究。所有这些研究，对铀矿田、矿床的重新认识和远景区选择、超大型矿床的探索等，都起到了积极的作用。但是，由于脆性断裂活动强烈、期次多，常常破坏或掩盖了先期的韧性变形，导致以往的构造研究关注点主要集中在硅质碎裂岩带等脆性断裂带上，韧性变形往往被忽略或描述少，因此对粤北铀矿矿集区糜棱岩带从未做过系统的专题研究。实际上，该区糜棱岩普遍存在，不但在较典型的韧性剪切带中存在糜棱岩，而且在硅质碎裂岩带中也发育糜棱岩条带或糜棱岩角砾。前人研究资料显示［3-6］，该区糜棱岩年龄与早期铀成矿年龄相近，同时与某些次火山岩体的年龄也相近，而且铀矿化有时直接赋存于糜棱岩或其旁侧的岩石中。查阅同位素年代学资料还发现，郯庐断裂带糜棱岩的形成时代多属白垩纪，而作为郯庐断裂南延的四会-吴川断裂组成部分的塘洞、南雄等断裂内的糜棱岩形成于晚三叠世-早侏罗世，两者存在差异。由于研究薄弱，塘洞、南雄糜棱岩带与四会-吴川断裂带的关系如何？两种不同产出状态的糜棱岩的成因有无区别，糜棱岩与铀成矿作用关系究竟如何？这些问题始终未得到广泛关注和满意的解决。

1 糜棱岩带特征

粤北花岗岩型铀矿矿集区内已初步查明，下庄铀矿田的糜棱岩带主要有两组：1）NWW向规模较大的有F1、120糜棱岩带 （图 1）；2）NNE向编号为 6009、6004、202和分水坳-通风井公路的糜棱岩带。此外，在NNE向及其他方向的含矿硅质破碎带和岩体外带变质岩中，也有糜棱岩零星或呈小带产出。

诸广铀矿田最显著的糜棱岩带是塘洞断裂带和南雄断裂带（图1），出露标准的糜棱岩。南雄断裂带是一条活动历史长、活动频繁、力学性质多变的区域性深大断裂，也是中新生界未变质沉积盖层与古生界浅变质岩系及加里东期-燕山期花岗岩体的构造界面。区内断裂带长约50 km，属全带中段。南雄断裂的力学性质，许多研究者认为是早期逆冲、晚期上盘下滑成红盆［7］，但对糜棱岩的成因认识存在分歧。陈跃辉等（1998）认为是剥离断层的产物，是上盘下陷、下盘抬升时形成于主动盘（下盘）的韧性剪切带［4］； 郑家仪（1996）认为在韧性剪切阶段的运动方式是上冲兼左滑［8］； 笔者（2004）认为， 南雄断裂与塘洞、 牛尾岭、成功坳、百顺、烟筒岭等NE向断裂都作为吴川-四会深大断裂北延的组成部分，是一条历史长、期次多、切割深、规模大的韧性剪切带，上述各条支断裂都具有明显的糜棱岩带。从全局来看，这种糜棱岩带显示出走滑性质，但在不同时段、不同区段，断裂活动表现出不均匀性和多变性。例如，南雄断裂后期的拉张性质就非常强烈，具有剥离断层特征。其作为南雄盆地的边界断层，上盘下降幅度很大，接受了厚度超过1 000 m的K2-E1沉积地层；下盘则隆起成山 （龙华山），出露多期次形成的糜棱岩、碎裂岩。而塘洞断裂并非如此，拉伸期上盘下降幅度不大，仍显示逆冲或走滑的上下盘层序关系。南雄断裂的岩石S-C组构特征也反映出断裂活动的多期性和多变性，因为除了糜棱岩和碎裂岩共存，以及相互交替穿切之外，即使都是糜棱岩，其S-C组构所示的剪切指向，有的以左旋为主、有的以右旋为主，显示两者的不统一性。

图1 粤北诸广-下庄铀矿矿集区地质图Fig.1 Geology map of Zhuguang-Xianzhuang uranium mineralization cluster in northern Guangdong1—白垩系上统-古近系下统；2—上古生界；3—寒武系-奥陶系；4—寒武系；5—下元古界；6—燕山晚期花岗岩； 7—燕山早期第3阶段花岗岩；8—燕山早期第2阶段花岗岩；9—燕山早期第1阶段花岗岩；10—加里东期花岗闪长岩；11—切壳断裂；12—壳层断裂；13—糜棱岩带；诸广铀矿区：①－塘洞糜棱岩带；②－南雄糜棱岩带；下庄矿区：③－F1糜棱岩带；④－120糜棱岩带。

对于南雄断裂早期逆冲、晚期正滑转变的研究表明：1）南雄盆地最老的沉积层是上白垩统南雄群，产于南雄断裂及其下盘的238矿床的沥青铀矿年龄为100 Ma，产于断裂下盘的234矿床的沥青铀矿年龄为75Ma，即断裂活动至少可以从100 Ma算起；2）该区变形中基性脉岩的Rb-Sr等时线年龄为102.44 Ma，未变形中基性脉岩Sm-Nd等时线年龄为94 Ma（陈跃辉，1998），而南雄断裂中也有变形的辉绿质糜棱岩，即该断裂带的糜棱岩至少有一部分是94～102.44 Ma期间形成的［4］；3）高德统（1995）归纳了包含南雄断裂在内的NE-NEE向主干断裂的活动特点，指出100～105 Ma为矿前短时间强烈挤压期，47～104 Ma为随后长时间的成矿拉张期。

由此看来，该区断裂早期逆冲、晚期正滑的时间界线似乎可以早、晚白垩世的界限（96 Ma）来划分。前者仍是隆升挤压，缺少地层沉积；后者开始形成红盆沉积。这与区域上从中侏罗世开始、持续至晚侏罗世的挤压期相比延长了一段时间，该区直至晚白垩世才显示出强烈拉张。上述观点缺乏糜棱岩测年资料的支持，有待进一步研究。

2 糜棱岩的显微构造

研究区内的糜棱岩具有韧性剪切带常见的显微构造，如石英、长石颗粒定向排列、锻带构造、核幔构造、动态重结晶、拉伸线理、书斜构造、σ型与δ型旋转碎斑、S-C面理等。矿化糜棱岩的空洞中有钙铀云母等次生铀矿物。基质中的石英有两种：一种是原岩的硅质经动态重结晶形成的石英，常产于残斑边缘，晶粒边界呈锯齿状，粒径大小不一，多数＜20μm，大部分为一轴晶正光性，少部分为二轴晶；另一种是热液硅化形成的石英，即静态重结晶石英，其杂质含量低，无波状消光，相邻晶粒呈120°的三联点接触。在糜棱岩带中，糜棱岩总体是中间粒度小、面理发育程度高，向两侧渐变为糜棱岩化岩石直至正常花岗岩，但无对称分布形式，甚至突变 （即超糜棱岩与碎裂岩直接接触）。这充分反映了这种多期次、脆韧交替的糜棱岩带活动特点［9-10］。

3 糜棱岩的石英岩组特征

笔者对下庄矿田F1、6009断裂带及诸广矿田塘洞、南雄断裂带的糜棱岩进行了石英（1120）岩组分析，在组构要素投影图上存在由点极密构成的主环带和次大圆环带，分别判定它们属于菱面型 （中-高温，剪切指向为左旋）和柱面型（高温，剪切指向为右旋）。部分岩组图上具有多个相交环带和多个点极密，说明韧性剪切带经受了多次构造剪切活动。例如，塘洞断裂带糜棱岩的组构要素投影图上具有多个点极密和大圆环带（图2），反映该带经历了数次剪切变形。根据5个组构要素投影图的统计，大圆环带与点极密的关系可用于判定剪切的指向（左旋的有5个，右旋的有4个），这说明塘洞断裂带不同期次的剪切活动方向不同，既有左旋、也有右旋。拉伸线理测量也得出相似的结论，总体上以左旋居多。依据石英 （1120）岩组分析结果，共解读出9个底面滑移型和3个菱面滑移型，显示其以底面滑移型占多数。因此，区内应以中低温 （250～350℃）韧性变形为主，中高温（350～450℃）韧性变形为辅。

图2 塘洞断裂带糜棱岩石英 （1120）岩组分析组构要素投影图（据中国地质科学院地质力学研究所，2003）Fig.2 Projection diagram of fabric elements in Quarts petrofabric analysis for mylonite in Tangdong fracturea—花岗质初糜棱岩 （等密线为1.0-1.25-1.5-1.75-2.0-2.25-2.5）；b—条带状超糜棱岩 （等密线为1.0-1.25-1.5-1.75-2.0）；S—剪切带产状 。

上述岩组分析资料出现的不一致性或多解性，还有待于借助新的测试方法 （如EBSD）进行深入研究。

4 应变测量

通过采集糜棱岩标本，在单偏光或正交偏光镜下测量其变形体各主轴的大小 （有S-C组构的岩石还测量其夹角并确定其剪切指向），然后计算变形体的轴比和各种应变数据，绘制成图表。以岩石主应变轴比值制成的等值图，主要用于显示应变特征。此外，以Rf／φ法计算应变椭圆轴率Rs，用于反映应变的强度［2，11-14］。

下庄铀矿田NWW向的糜棱岩带 （F1和120糜棱岩带）与NNE向的糜棱岩带（6009糜棱岩带）相比，不但其规模大，而且其剪应变（r）、 应变程度（V）、 应变椭圆轴率（Rs）等值都高，说明其控矿能量和强度大，矿化程度高。

诸广铀矿田主应变轴比值等值线方向与韧性剪切带走向相一致，均呈NE向，应变强度在剪切带内外呈规则的渐变性变化。这种密切的线应变和剪应变关系及其规则的变形图像，说明该区构造应变场具有不均匀的简单剪切应变特征，归属于I型的韧性剪切位移（Ramsay， 1980）［1-2］。

此外，根据富林参数（k）和剪应变（r）等特征值进行估算，得出本区糜棱岩带的应变原长比现长小很多、原宽比现宽大得多的认识。

5 糜棱岩差异应力和应变速率估算

5.1 矿田内糜棱岩的差异应力

根据 Tullis （1977）和 White（1975）的经验公式［2，15］， 笔者以诸广南雄、 塘洞断裂带的糜棱岩和超糜棱岩薄片中的石英动态重结晶晶粒大小，计算出该区的差异应力σ为 （0.45～1.06）×108Pa， 应变速率 ε 为 （7.06～200）×10-11/s，属中等应变，在常见韧性剪切带（0.2～2.0）×108Pa差异应力范围内。同时，依据White（1979）对稳态流动过程中形成的糜棱岩的研究结果，估算下庄铀矿田含矿糜棱岩的差异应力σ为（0.16～1.6）×108Pa，平均值为 0.5×108Pa［3］。

一般认为，糜棱岩形成的临界值是：区域差异应力 （0.35～0.5）×108Pa，差异应力（0.5～1.5）×108Pa。差异应力的大小直接影响着糜棱岩带的规模，即此值越大，带的宽度或长度愈大。从上面的计算结果看出，该区无论是区域差异应力 （上限0.5×108Pa）还是差异应力 （平均值0.5×108Pa）均已达到临界值，与糜棱岩化理论值和经验平均值（100 MPa）相近［15-16］， 无疑具备糜棱岩产生的条件。另外，从本区构造岩浆活动频繁而剧烈、断裂发育、地热梯度值高、应变率较低，以及实测的应力矿物和显微构造与组构具有明显塑性变形等特征分析，笔者认为本区具备生成含矿糜棱岩的良好环境，糜棱岩带是一种有远景的含矿构造。

5.2 含矿糜棱岩的应变速率

前人的岩石和矿物变形实验表明，在地壳条件下，矿物的蠕变率ε与应力、温度等的关系遵循ε＝Aexp（-Q/RT）σn关系式。 根据本区糜棱岩中的石英计算得出，应变速率ε为 4.8×10-12/s。 该值大于 White（1975）计算的正常构造岩的 应变速 率 （ε＝3×10-14/s）［17］，与糜棱岩型矿床或长英质糜棱岩带的应变速率相近［17-18］，也与桂北铀矿区花岗岩断裂带的ε值相近［19］，说明与铀矿有关的糜棱岩均形成于温度较低、应变速率不大的地质环境。

6 糜棱岩的形成时代

笔者测定的糜棱岩40Ar/39Ar年龄资料有：

1）下庄铀矿田黄陂断裂带和120糜棱岩带81桥样品的40Ar/39Ar年龄分别为（140.41±0.41）Ma 和 （141.08±0.24）Ma， 认为糜棱岩的形成时代为晚侏罗世［20］。

2）诸广铀矿田塘洞韧性剪切带白洞剖面的两个样品分别为花岗质初糜棱岩和超糜棱岩，其白云母40Ar/39Ar坪年龄为（209.44±0.89）Ma， 等 时 线 年 龄 分 别 为 （211.8±3.5）Ma、189 Ma，显示糜棱岩的形成时代为晚三叠世-早侏罗世。

研究表明，中国大陆在古生代末至中生代早期发生了构造格局的重大转换，即先是大陆板块的SN向汇聚，形成EW向的古特提斯或古亚洲构造，随后由于西太平洋板块向东亚大陆俯冲，在东部叠加了NE-NNE向的滨太平洋构造。这一转变的典型代表是反映滨太平洋构造的郯庐断裂带。问题是该断裂带发生于何时？目前各家观点尚不一致。多数资料显示，其糜棱岩的年龄多属于白垩纪，也有定为三叠纪或晚三叠世-早侏罗世等。塘洞、南雄断裂作为四会-吴川断裂的北延部分， 直至北连郯庐断裂［6，21-23］， 其年龄值对深入研究四会-吴川断裂和郯庐断裂颇有意义，即诸广铀矿矿集区获得的209～211 Ma和189Ma年龄值为晚三叠世-早侏罗世论者提供了同位素年龄资料。这也是本矿集区糜棱岩时代研究的区域构造意义所在。

7 糜棱岩成岩与铀成矿的关系

前期工作发现，糜棱岩有3期：第1期是 209～211 Ma， 第 2 期是 102～150 Ma［8］，第3期是约50 Ma［24］。韧性变形之后的韧脆性与脆性变形肯定有多期多次。矿区勘探证实，这3种不同产状的糜棱岩矿化情况绝然不同：硅质碎裂岩带中的糜棱岩角砾常常无矿化，如黄陂断裂带中斜子段的糜棱岩角砾无矿化；硅质碎裂岩带中的糜棱岩条带矿化最好，如339矿床4号带的铀矿体，产于红色糜棱岩及其旁的红色硅质角砾岩与硅质脉处；糜棱岩带的糜棱岩只有当其与辉绿岩墙或硅化带相交或重合时，才能形成好的铀矿化，如333矿床，矿体产于NWW向的F1糜棱岩带与NNE向的102-石角围硅化带相交部位，主矿体赋存于F1糜棱岩带与同方向的辉绿岩墙和硅化带复合部位。

糜棱岩的形成年龄 （140.41～141.48 Ma）与矿区燕山早期第 3 幕花岗岩（γ52（3））小岩体年龄相近， 例如帽峰（141.2 Ma）、中村（141 Ma）、竹筒尖等小侵入体，河口、新桥西 （143 Ma）等次火山岩体，暗示糜棱岩带与这些小岩体存在成生联系。

根据历年各种方法测试的31个年龄样品的资料统计，早期铀矿化年龄为122～165 Ma，但多数集中在140～150 Ma。这些样品均取自于333、337、339等矿床的糜棱岩或叶理化岩石中，早期铀矿化年龄与本次测定的糜棱岩年龄（140～141 Ma）相近，显示它们间的成生联系。此外，在硅质断裂带内，从矿脉至围岩依次为：强烈硅化蚀变糜棱岩、弱硅化糜棱岩、弱蚀变糜棱岩、无蚀变岩石。铀矿化分布于硅化糜棱岩中，并可沿剪切面理、糜棱面理定向分布。这些现象说明，在强烈的韧性剪切作用下，岩石发生的变形、变质反应和流体运动相互作用过程中产生的动力变质热液，有可能参与了铀的成矿作用。

作为矿区主要断裂的NE-NNE向硅质断裂带，多为硅化蚀变带或硅化碎裂岩带，因其与晚期（＜100 Ma）铀矿化的关系密切，故其特征已有深入研究［5］。实质上，这些断裂带具有多期活动，韧性、脆性和脆韧性叠加，变形环境复杂的特点。据取自硅质碎裂岩带中的糜棱岩角砾及糜棱岩带的糜棱岩测年样品资料证实，燕山早期晚阶段（140 Ma）区内发生过广泛的韧性变形，产生一系列糜棱岩带。除目前仍能见到的F1、120、6009等糜棱岩带外，作为矿区主要断裂的NE-NNE向硅质碎裂岩带中也存在糜棱岩带，但其已被后来的脆性变形 （硅质碎裂岩）所改造，残存的糜棱岩极少、难以发现 （黄陂碎裂岩带中有一个残存糜棱岩的取样点）。现已证实，糜棱岩带与早期 （120～140 Ma）铀矿化关系密切，因此糜棱岩带的研究是勘查早期铀矿化的突破口，应予重视。

富矿的糜棱岩都叠加了强烈的硅化、赤铁矿化等热液蚀变作用。也就是说，糜棱岩在韧性变形之后又叠加了脆性变形，早、晚期的铀矿化叠加生成富矿。因此，热液蚀变作用叠加的糜棱岩可作为一种找矿标志，通过它与各种地质体的成生关系研究，借以寻找含矿和富矿地段［25］。

8 结语

根据粤北花岗岩型铀矿矿集区的研究现状，笔者在前人资料的基础上，通过查明糜棱岩带的空间展布规律，鉴定糜棱岩的岩石类型、组构特征、剪切指向、应变与应力等特征以限定糜棱岩的成因；结合糜棱岩年代学的研究，分析其变形变质序列和构造演化历史，并以此探讨与区域构造的关系；综合成矿地质特征并运用地球化学变异状况，探讨剪切应变条件下岩石组分活化、转移与应力、应变的成因联系，建立剪切应变背景下铀的成矿模式［26-29］，期望提升对区内糜棱岩成因等基本问题的认识，准确评价糜棱岩带的成矿潜力，并在深化铀成矿理论和找矿实践方面有所进展或突破。

野外调查和样品采集过程中，先后得到核工业二九〇研究所谭正中、吴烈勤、黄国龙等3位高级工程师（研究员级）的帮助和现场指导，借此表示感谢！