上杭盆地流纹岩地球化学特征及铀成矿关系

林 坤， 李海东， 吴烈勤， 王 志， 吴建勇

(核工业二九〇研究所，广东 韶关 512029)

上杭盆地处于闽西南坳陷之西南段，北西向上杭—云霄断裂带与北东向宣和复式背斜的复合部位，是一个形成于中生代期间的陆相走滑拉分盆地；盆地长轴呈北西向，形态近似菱形，长约25 km、宽约8 km；其北东和西南端分别受限于悦洋—古石背断裂和梯子岭断裂(林东燕等，2011)。著名的紫金山特大型金铜矿床位于上杭盆地北缘，其中Au金属量达305 t，Cu金属量已超过2×106t(高天钧，1998；陈景河，1999；张德全等，2003；王少怀等，2009)。

前人对华南火山岩进行较多研究(王正庆等，2013；钟志菲等，2015；贾伟等，2017)，同时在紫金山地区对紫金山复式花岗岩体进行了同位素年代学研究以及紫金山铜金矿田石帽山群下组火山岩锆石U-Pb测年与白垩纪岩浆活动期次研究(周肃等，1996；张德全等，2001；毛建仁等，2002，2004；赵希林等，2007，2008；黄文婷等，2011；胡春杰等，2011；肖爱芳等，2012)。英安斑岩同位素年龄为(105.0±0.7)Ma、(105.0±2.2)Ma(胡春杰等，2011)，五龙子花岗岩U-Pb同位素年龄为(158.3±17.7)Ma(周肃等，1996)，石帽山群下组火山岩年龄分别为(113.0±1.9)Ma和(110.1±0.7) Ma(肖爱芳等，2012)。但对盆地内出露的流纹岩研究较少，上杭盆地现已查明古石背铀矿床以及风云头、章金、碧田等众多铀矿点，铀成矿条件较好。笔者选择上杭盆地古石背铀矿床外围石帽山群流纹岩作为研究对象，选取新鲜的岩石样品进行主微量元素测试，分析岩石主微量元素含量及计算相关元素比值等，探讨岩石地球化学特征，继而判别岩石成因、形成的大地构造环境，并研究其与铀成矿的关系。

1 地质概况

上杭盆地内火山活动主要发生在早白垩世，先后经历了多次火山作用，区域内火山岩主要为早白垩世石帽山群(K1sh)，岩性为流纹岩、英安岩、火山碎屑岩等，另外在石炭系及晚侏罗系中也发现有火山活动痕迹。

区内火山岩严格受构造控制，火山岩整体呈NW向带状分布。火山喷发作用以裂隙式为主，次为中心式。活动形式以宁静喷溢为主，其次为超浅成侵入活动和强度不大的喷发活动，形成一套以安山岩、流纹岩为主的熔岩和凝灰岩、凝灰质砂砾岩、凝灰质砂岩为特征的火山碎屑岩，广泛分布于盆地中部和东部(图1)。

根据不同的岩性组合特征，将石帽山群划分为上下两个阶段：

石帽山群下段(K1sha)：为一套中性岩浆溢出形成的紫红色安山岩、角闪安山岩、角砾状安山岩和其后喷发—沉积形成的含安山质成分较高的安山质砾岩、砂岩、粉砂岩，厚度大于700 m，与下伏地层呈喷发不整合接触。

石帽山群上段(K1shb)：为一套酸性岩浆溢出形成的熔岩和其后喷发—沉积形成的火山碎屑岩，是区内铀矿的主要含矿岩性。本次主要采集该地层的流纹岩样品作为研究对象。

2 样品采集与分析

样品采于古石背铀矿床外围(图1)，无后期热液活动的流纹岩，并经过手标本粗选和薄片鉴定。主要挑选10件样品进行主量元素、微量元素、稀土元素分析；所有样品分析工作在核工业二九〇研究所分析测试中心完成，主量元素分析采用湿化学法，测试精度高于1%；微量、稀土元素测试在Finnigan Ele-mentⅡ型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)上完成，检测限低于0.5×10-9，相对标准差低于5%。主量、微量及稀土元素分析结果列于表1。

表1 石帽山群流纹岩样品主量、微量和稀土元素分析结果

续表

3 岩相学特征

流纹岩多呈灰白色略带浅肉红色，斑状结构，斑晶由长石、黑云母、石英等组成，基质为隐晶长英质，多呈隐晶—微晶结构。

在显微镜下可见斑状结构(图2)，斑晶约占10%，主要成分为钾长石(5%)、石英(3%)、黑云母(2%)。钾长石，板柱状，部分呈聚斑状，可见卡斯巴双晶，部分长石绢云母化，只可见长石晶形；石英，粒状，可见明显的溶蚀现象；黑云母，片状，全部暗化成黑色不透明状，只见晶形。基质为显微晶质结构，由长英质组成。

4 地球化学特征

4.1 主量元素

从表1可以看出，上杭盆地石帽山群流纹岩具有高硅、富碱、富铝的特征。SiO2含量为74.26%～81.55%，平均值76.76%；Al2O3含量为9.10%～13.97%，平均值11.76%；岩石全碱含量较高，变化不大。TiO2含量为0.15%～0.26%，平均值0.21%；TFe2O3含量为1.29%～2.95%，平均值2.19%；MgO含量为0.23%～0.65%，平均值0.40%；CaO含量为0.16%～0.67%，平均值0.25%；这与酸性流纹岩中Mg、Fe、Ca组分较低的普遍规律相一致。

岩石里特曼指数δ值为1.04～2.21，平均值为1.58，在标准矿物中刚玉分子含量为1.12～4.96，平均值为3.26，固结指数为2.96～5.40，平均为4.02，反映出壳源岩浆的特征。在TAS图解(Le et al.， 1986)中，所有样品均落在亚碱性系列流纹岩范围内(图3)；在A/CNK-A/NK图解(Maniar et al.， 1989)中，所有样品均落在过铝质范围内(图4)。因此，该套火山岩为亚碱性系列钙碱性过铝质流纹岩。

4.2 稀土元素

上杭盆地石帽山群流纹岩总稀土元素含量∑REE=(129.03～193.84)×10-6，平均值为163.22×10-6，较酸性岩的平均丰度288×10-6(王中刚等，1989)而言，具有低的稀土总量。轻稀土总量∑LREE=(120.03～183.64)×10-6，重稀土总量∑HREE=(8.48～13.28)×10-6，LREE/HREE=13.22～18.00，平均值为15.47；(La/Yb)N=17.59～26.68，平均值为21.93，表现为轻重稀土元素分异明显，强烈富集轻稀土，相对亏损重稀土元素；反映源区地壳成熟度较高(熊兴国等，2006)。

δEu值为0.53～0.88，平均值为0.67，表现出明显的负异常；反映出该流纹岩为地壳物质经不同程度部分熔融的产物；稀土元素标准化配分曲线为明显右倾的V型分布模式(图5)，与上地壳稀土元素具有相似的配分曲线(Rudnick et al.， 2003)，表明其可能源于地壳物质经局部熔融而形成的岩浆系列(刘一鸣等，2014)。

4.3 微量元素

从微量元素原始地幔标准化蛛网图可以看出，研究区所有流纹岩微量元素配分曲线具有高度一致性，均表现出向右倾斜的分布模式(图6)。样品中富集U、Th、Zr、Hf等高场强元素，亏损Ba、P、Sr等大离子元素。强烈富集Rb、Th、Nd、K，明显亏损Ba，强烈亏损Sr、Ti、P，这与经地壳部分熔融形成的流纹岩类似，因此也可反映出该区流纹岩为地壳部分熔融的产物。

5 讨论

5.1 岩石成因类型

样品主量元素特征显示，该套火山岩应属于亚碱性系列钙碱性过铝质流纹岩。在1000Ga/Al-Zr图解中(图7)，样品均落于I型和S型区域内。在Zr-SiO2图解上，样品均投在S型花岗岩区域内(图8)，具有S型花岗岩的特征。

5.2 岩浆源区讨论

众多研究表明，流纹岩主要有两种成因：一种形成于幔源基性岩浆经历广泛结晶分异和同化混染作用(Pin et al.，1997;王银喜等，2006)；另一种形成于因幔源岩浆的热量促使地壳物质脱水发生重熔作用(Roberts et al.，1993; Gufanti et al.，1996)。

上杭盆地石帽山群流纹岩具有以下特征：①流纹岩均具有较高的Th含量(平均值为20.12×10-6)，暗示物质来源与地壳有关(Sun et al.， 1989)；②在Rb/Y-Nb/Y判别图解上，样品均落于平均上地壳线的下方(图9)，表明其为地壳岩浆来源，属地壳部分熔融成因(Allegre et al.， 1978)。

综上所述，可以认为上杭盆地石帽山群流纹岩是地壳部分熔融形成的产物。此外，所有分析样品都表现出较低的Ni(平均值为1.47×10-6)和Cr(平均值为15×10-6)值，表明在流纹岩形成过程仅有少量或无幔源物质混入(邓晋福，1987)。

5.3 构造环境

石帽山群流纹岩以相对富集Rb、Th、K，亏损Ba、Sr、P和Ti等为特征，类似于后碰撞花岗岩的特点。在(Y+Nb)-Rb构造判别图解上，流纹岩样品均位于后碰撞区范围(图10)，在SiO2-TFe2O3/(TFe2O3+MgO)判别图解上，所有样品均位于后造山范围内(图11)。表明盆地内石帽山群流纹岩岩浆活动很可能形成于后碰撞的构造环境中。

5.4 铀成矿探讨

区内铀矿化产出严格受岩浆岩、构造、蚀变等多重控制。其中岩浆岩是基础，为铀矿形成提供重要物质来源；构造是主导，为含矿热液的运移及铀富集沉淀提供有利空间；热液活动是成矿的关键。

(1)铀源的形成。众多研究表明，华南中生代火山岩浆主要以地壳物质的部分熔融为主。上杭盆地流纹岩形成过程中，原始岩浆先沿通道上升到岩浆房，而后继续往地壳浅部运移，发生爆发、喷溢及侵入作用；在岩浆上升侵位的成岩作用过程，同时伴随着发生包括富铀地层在内的陆壳物质混染及岩浆结晶分异作用，因此流纹岩的成岩过程也是成矿物质的富集过程。

(2)铀的活化转移。火山岩浆期后热液系统，特别是酸性火山岩浆期后热液的演化过程往往也是铀成矿流体演化过程的一部分。铀是不相容元素，因此容易在岩浆演化最后阶段中富集，导致酸性岩浆期后热液中富含成矿元素铀，同时受垂向火山机构控制的岩浆期后汽水热液易于与岩石发生水-岩相互作用，促使岩石中成矿元素的活化和迁移，加之幔源CO2等矿化剂组分作用，加速了围岩中铀元素的活化迁移的速度和程度，有利于铀成矿。

(3)铀的富集成矿。区内火山岩浆以酸性岩浆为主，是偏碱富钾，含有F、H2S、CO2和U。富含成矿物质和成矿剂的酸性岩浆残余溶液在运移过程中吸取酸性岩层的活性铀，使热液中的铀富集，并沿火山机构、断裂等通道到达浅部；当温度和压力降低，热液变为弱酸性条件，铀元素等组份在有利部位成矿。

6 结论

(1)上杭盆地石帽山群流纹岩具有高硅(SiO2=74.26%～81.55%)、富碱(Na2O+K2O=6.23%～8.56%)、富铝(Al2O3=9.10%～13.97%)，属钙碱性过铝质流纹岩；富集轻稀土元素，轻重稀土元素分馏较强(LREE/HREE=13.22～18.00)。

(2)综合表明，该流纹岩是幔源基性岩浆底侵导致地壳物质脱水发生部分熔融的产物；形成于后碰撞的大地构造环境；流纹岩可能是在陆陆碰撞导致地壳不断增厚的背景下，地壳物质发生部分熔融的产物。

(3)酸性流纹岩的形成伴随着火山的喷发喷溢过程，即带来铀源，又提供热液，促使本区铀元素活化转移，有利于富铀火山岩浆的形成及铀的富集成矿。