赣杭铀成矿带中段火山岩地球化学特征及其与铀成矿关系

郑师雄，朱建林，昝芳，李栋

（江西省核工业地质局二六五大队，江西 鹰潭 335001）

赣杭构造火山岩铀成矿带位于我国东部大陆边缘活动带内，地跨赣、浙两省，西起江西乐安，东至浙江绍兴，长约600 余千米［1］，沿线分布着数十个火山盆地、火山穹窿。中国东部地区在中生代时期进入大陆边缘活动带的发展阶段。前人一般认为晚侏罗世—白垩纪为中酸性-基性火山岩喷发形成赣杭构造火山活动带及红盆的主要时期［2］。长期以来众多地质专家学者对赣杭铀成矿带的研究比较详尽，而对于赣杭铀成矿带中段的铀成矿理论研究比较匮乏，尤其是对赣杭铀成矿带中段不同盆地内火山岩的岩石地球化学特征没有整体系统的研究成果。本文重点研究自西向东分布的抚州东乡-马荃火山盆地、贵溪盛源火山盆地以及上饶鹅公山火山盆地等区域（以下简称赣杭铀成矿带中段）内发育的中生代火山岩地球化学特征，并结合区内铀矿床资料，试图探究中生代火山岩地球化学特征及其与铀成矿的关系。

1 区域地质概况

研究区位于钦杭结合带东段，囊括信江盆地西部，近东西向萍乡-绍兴地壳叠接 （加里东）断裂带横贯整个研究区。萍乡-绍兴地壳叠接断裂带是一条自中元古代以来长期发展的活动带，控制了带内的构造-岩浆以及矿化活动，特别是燕山期，与太平洋板块向欧亚板块的俯冲联合控制了带内的陆相火山活动和铀成矿作用。

研究区分属江南地层分区，自中元古代至新生代，各时代地层发育较齐（图1），基底地层最老的为古元古界天井坪岩组。盖层中下白垩统为一套火山-沉积岩系由火山碎屑岩过渡到河湖相砂岩、泥岩夹中酸性凝灰质砂岩，与铀成矿关系密切。其中打鼓顶组（K1d）和鹅湖岭组（K1e）各分为4 段，且第一、三段以沉积岩为主，第二、四段以火山岩为主。

区内以北东-北东东向断裂最为发育，并且规模较大，通常是不同级别构造单元的边界断裂，多形成于晋宁期和加里东期，部分为海西-印支期及燕山早期的产物。北西向断裂一般规模较小，绝大部分横切或斜切基底和震旦纪以来的褶皱，主要形成于燕山期，部分为海西-印支期运动的产物。

赣杭铀成矿带中段岩浆岩类比较齐全，从酸性、中酸性到基性、超基性岩类均有，岩浆活动具多期次、多种类以及多层次造浆与多层次就位的特点。

图1 赣杭铀成矿带中段区域地质图Fig.1 The geological map of the middle section of Ganhang Uranium metallogenic belt

火山岩分布广泛，种类也比较齐全，赣杭构造火山岩带的形成，是区域构造演化的产物，燕山期火山喷发及岩浆侵入，使得该带发育系列火山盆地［3］，其中，赣杭铀成矿带中段发育了东乡-马荃、盛源、鹅公山等火山盆地，盆地内绝大多数火山岩的分布与铀成矿有直接或间接的关系；有些地区火山岩甚至可直接作为找矿的标志，也是我们本次研究的重点。

赣杭铀成矿带中段铀矿化分布比较广泛，且带内不同火山盆地铀矿化均分布在不同的火山岩中，详见表1。

2 岩相学特征

赣杭铀成矿带中段火山岩一般为斑状结构，主要由斑晶和基质组成。斑晶由透长石、斜长石、暗色矿物假像组成，粒度一般为0.2～6 mm。透长石呈近半自形板状、熔蚀状，杂乱分布，粒内具微裂纹，表面较干净；斜长石呈熔蚀状、半自形板状，星散分布或聚斑状产出，具黏土化等，表面显脏；暗色矿物均被硅质、黏土、褐铁矿等交代呈假像，零星分布，具晶形似辉石假像。基质由长英质组成。大部分长英质呈隐晶状，有些长石呈尘点状、微粒状嵌布在石英基底上构成霏细结构（图2a），有些石英呈次棱角状、熔蚀状，杂乱分布，构成含角砾凝灰结构 （图2b）或者是凝灰结构（图2c），另见少量微晶状、板条状斜长石定向分布（图2d）。

总结赣杭铀成矿带中段火山岩岩石结构构造特征，中粗粒火山岩比细粒火山岩更有利于成矿，主要成矿的是粗粒的凝灰质砂岩，层理不发育，而一些层理清晰、粒度较细的粉砂岩（包括钙质）、页岩则矿化不好。岩石的粒度大小，数量多少以及某些原生构造的存在都是造成岩石机械物理性质产生差异的一些因素，在同样的构造应力作用下脆弱岩石就容易产生裂隙并破碎，为热液活动提供必要空间，利于铀成矿［4］。而有些结构构造在构造应力作用下由于自身的不均一性易产生裂隙，从而对成矿有利。如流纹构造、珍珠构造、球泡构造以及角砾构造等。

3 地球化学特征

3.1 主量元素

对赣杭铀成矿带中段不同地段火山岩的主量元素分析见表2，样品SiO2含量范围为55.93%～74.18%（平均值为67.23%），位于中-酸性岩范围内；全碱ALK （Na2O＋K2O）含量最大值为9.63%，最小值为3.22%（平均值为7.16%），在TAS 图解中大部分落在亚碱性区域（图3），所以赣杭铀成矿带中段火山岩基本属于亚碱性岩石系列；碱度率（AR）含量最大值为7.08，最小值为1.62 （平均值为3.65），在AR-SiO2图解中，样品落在钙碱性-碱性区域内，显示钙碱性-碱性系列岩石特征（图4）；铝饱和指数A/CNK 最大值为4.22，最小值为1.33（平均值为2.09）均大于特征值1.0，为过铝质岩石，且A/CNK＞1.1，属于强过铝质岩石。在铝质判别图中，也都落在过铝质岩石区域，显示过铝质岩石系列特征（图5）。此外，在钾质判别图（SiO2-K2O）中，样品落在钾玄岩系列范围内，显示钾玄岩系列岩石特征（图6）。

表1 赣杭铀成矿带中段火山岩分布情况表Table 1 Distribution of volcanic rocks in the middle of the Ganhang uranium metallogenic belt

图2 赣杭铀成矿带中段火山岩特征Fig.2 Thin section showing the characteristics of volcanic rocks in the middle of Ganhang uranium metallogenic belt

表2 赣杭铀成矿带中段中生代火山岩主量元素含量（wB/%）及特征值［5］Table 2 Major element content of mesozoic volcanic rocks in Ganhang uranium metallogenic belt

图3 赣杭铀成矿带中段火山岩TAS 图解Fig.3 TAS diagram of volcanic rocks in Ganhang belt

图4 赣杭铀成矿带中段火山岩AR-SiO2 图解Fig.4 AR-SiO2 diagram of volcanic rocks middle section of Ganhang belt

图5 赣杭铀成矿带中段火山岩铝质判别图Fig.5 Aluminum discrimination map of volcanic rocks in the middle section of Ganhang belt

图6 赣杭铀成矿带中段火山岩SiO2-K2O 图Fig.6 SiO2-K2O diagram of volcanic rocks rocks in the middle section of Ganhang belt

3.2 微量元素

赣杭铀成矿带中段岩石微量元素数据表（表3）及原始地幔蛛网图（图7）显示其火山岩具有以下特征：

1）大离子亲石元素（Rb、Ba、Th、U）强烈富集，Rb 含量为（65.17～212.00）×10-6，平均为147.01×10-6，是原始地幔 （0.635×10-6）100～300 倍；Ba 含量为（777～2 130）×10-6，平均为1 445.60×10-6，是原始地幔（6.990×10-6）100～300 倍；Th 含量为（7.02～11.30）×10-6，平均为8.98×10-6，是原始地幔 （0.084×10-6）80～130 倍；U 含量为（1.51～3.85）×10-6，平均为2.54×10-6，是原始地幔（0.021×10-6）70～180 倍。Sr 在原始地幔蛛网图中表现为相对负异常，表现在岩浆部分熔融过程中源区有碱性长石、斜长石残留或者是岩浆演化过程中存在碱性长石及斜长石的结晶分异作用。

表3 赣杭铀成矿带中段火山岩岩石微量元素含量/10-6Table 3 Trace elements content of main mineralizing rocks in the middle of Ganhang belt

图7 赣杭铀成矿带中段火山岩微量元素原始地幔蛛网图Fig.7 Primitive mantle normalized spidergram of volcanic rocks in the middle Ganhang Belt

2）高场强元素（Nb、Ta、Zr、Hf）富集不明显。Nb 含量为（11.20～17.60）×10-6，平均为13.89×10-6，是原始地幔 （0.713×10-6）15～25 倍；Ta 含量为（0.71～1.13）×10-6，平均为0.91×10-6，是原始地幔 （0.041×10-6）17～28 倍；Zr 含量为（142～336）×10-6，平均为238.43×10-6，是原始地幔 （11.200×10-6）13～30 倍；Hf 含量为（3.8～7.75）×10-6，平均为5.60×10-6，是原始地幔 （0.309×10-6）12～25 倍；Nb、Ta 在原始地幔蛛网图中表现为相对负异常，反映了其为地壳部分熔融的产物。

3）铀元素作为成矿主元素在火山岩中含量均偏高，地壳平均铀含量为1.30×10-6，赣杭铀成矿带中段火山岩U 含量为（1.51～3.85）×10-6，平均为2.54×10-6，均高出地壳平均含量，总体来说，赣杭铀成矿带中段是处于铀元素偏高带上［9］。

3.3 稀土元素

赣杭铀成矿带中段火山岩稀土元素数据表（表4）及标准化型式图（图8）显示其火山岩具有以下特征：

表4 赣杭铀成矿带中段中生代成矿岩体稀土元素丰度值/10-6Table 4 Abundance of rare earth elements in Mesozoic volcanic rocks in the middle section of Ganhang belt

图8 赣杭铀成矿带中段火山岩稀土元素球粒陨石标准化型式图Fig.8 The Condrite normalized REE pattern of volcanic rocks in the middle section of Ganhang belt

从表中可以看出岩体稀土总量高，∑REE＝（143.74～252.79）×10-6，平均为195.05×10-6，LREE 中度富集，是球粒陨石的100～500 倍，HREE 轻度富集，为球粒陨石5～50 倍，（La/Yb）N＝6.88～38.93，平均为16.77＞1，属于轻稀土富集型，反应了较强的轻重稀土分异的特点。δEu 为0.82～1.09，平均为0.95＜1，铕具负异常，为铕亏损型［10］。

岩石的稀土元素球粒陨石标准化分配模式图呈右陡倾斜犁状，LREE 一侧较陡，而HREE 一侧则显示平缓，表明LREE 分馏明显，HREE 分馏不明显。而赣杭铀成矿带中段样品具有一致的稀土元素球粒陨石标准化配分模式图，表现出不同地区的岩浆岩具有同源性。

4 与铀矿化关系

讨论岩石地球化学特征与矿化的关系，实际上就是讨论火山岩的原生岩浆成份与成矿的关系，就是讨论成矿专属性的问题。成矿岩石的岩石地球化学特征建立在大量的实际数据基础上，应该看到岩石地球化学特征虽然是用具体数值表示的，但从统计角度出发，它却只代表着一种趋势。这种岩浆的成矿趋向性相对不同成矿元素时，就显得十分明显。因此本文采用对比的方法来说明火山岩的岩石地球化学特征与铀矿化的关系。

1）赣杭铀成矿带中段铀矿化基本都赋存在不同产状的火山岩中，例如，东乡-马荃火山盆地赋矿围岩是粗面安山岩及粗面岩，盛源火山盆地的赋矿围岩主要是熔结凝灰岩，而鹅公山火山盆地铀成矿与次火山岩有关，且在热液作用下，为铀矿化提供部分铀源。

2）赣杭铀成矿带中段火山岩的酸度变化范围比较大，以酸性-中酸性岩石为主，伴有英安质及安山质岩石的岩性组合。华南地区赋矿花岗岩的SiO2含量为71%～75%，酸度较高。相比之下，火山岩型铀矿虽然主要赋存于酸性火山岩中，却还有一部分赋存于中酸性以至中性岩中。赣杭铀成矿带中段火山岩属于亚碱性岩石系列，强过铝质岩石，显示钾玄岩系列岩石特征这些特征，是产铀花岗岩的重要特征［10］，这也是赣杭铀成矿带中段火山岩型铀矿化的特点之一。

3）微量元素大离子亲石元素 （Rb、Ba、Th、U）强烈富集，Sr 在原始地幔蛛网图中表现为相对负异常，表现在岩浆部分熔融过程中源区有碱性长石、斜长石残留或者是岩浆演化过程中存在碱性长石及斜长石的结晶分异作用。高场强元素（Nb、Ta、Zr、Hf）富集不明显，Nb、Ta 在原始地幔蛛网图中表现为相对负异常，反映了其为地壳部分熔融的产物。

U 作为成矿主元素在火山岩中含量均高出地壳平均含量，总体来说，赣杭铀成矿带中段是处于铀元素偏高带上。

4）赣杭铀成矿带中段火山岩稀土总量高，且LREE 中度富集，HREE 轻度富集，属于轻稀土富集型，反应了较强的轻重稀土分异的特点。铕具负异常，为铕亏损型。岩石的稀土元素球粒陨石标准化分配模式图呈右陡倾斜犁状，LREE 一侧较陡，而HREE 一侧则显示平缓，表明LREE 分馏明显，HREE 分馏不明显。而赣杭铀成矿带中段样品具有一致的稀土元素球粒陨石标准化配分模式图，表现出不同地区的岩浆岩具有同源性。

5）赣杭铀成矿带在燕山期，区域构造环境由挤压转为拉张［11］；其上的含铀火山盆地形成于大陆弧后拉张环境［12］；赣杭铀成矿带早白垩世（140～100 Ma）处于大陆弧向弧后拉张过渡时期，晚白垩世（100～80 Ma）已完全处于弧后拉张环境［13］等这些研究均表明，赣杭铀成矿带中段火山岩形成于碰撞后拉张伸展构造环境。

除此之外，赣杭铀成矿带铀成矿年龄从131～125 Ma 起，盛源盆地火山岩成矿年龄从134 Ma 起［14］，鹅公山盆地成矿岩体年龄为131.1 Ma［3］。从赣杭铀成矿带及盛源盆地、鹅公山盆地的成矿年龄可知，整个赣杭铀成矿带火山盆地的发育乃至火山岩型铀矿的形成都是同期开始的，始于早白垩世。赣杭铀成矿带火山岩岩浆源主要为上地壳古老变质岩系重熔形成［15］，结合前面对赣杭铀成矿带中段成矿岩体稀土的研究结论，认为赣杭铀成矿带中段火山岩具有同源（壳源）、同期（早白垩世）特征。而成矿和成岩存在时间差，成岩在前，成矿发生在成岩后期，成矿物质矿床围岩与矿床时差高达70～20 Ma（通常大于50 Ma），赣杭铀成矿带铀成矿集中于135～120 Ma、100～70 Ma［16］，这是一个连续发展的过程，其实很难用准确的时间加以界定，只是相对而言如此，成矿物质则可能来自幔源，有学者亦认为成矿物质有来自幔源的可能［17］。

5 结论

1）中粗粒火山岩比细粒火山岩更有利于成矿，且层理不发育，而一些层理清晰、粒度较细的粉砂岩 （包括钙质）、页岩则矿化不好。构造应力作用下脆弱岩石就容易产生裂隙并破碎，为热液活动提供必要空间，利于铀成矿。

2）赣杭铀成矿带中段火山岩以酸性-中酸性岩石为主，属于亚碱性岩石系列，强过铝质岩石，显示钾玄岩系列岩石特征，是赣杭铀成矿带中段火山岩型铀矿化的特点之一。微量元素大离子亲石元素（Rb、Ba、Th、U）强烈富集，高场强元素（Nb、Ta、Zr、Hf）富集不明显，Nb、Ta 在原始地幔蛛网图中表现为相对负异常，反映了其为地壳部分熔融的产物。铀元素作为成矿主元素在火山岩中含量均高出地壳平均含量，总体来说，赣杭铀成矿带中段是处于铀元素偏高带上。

3）赣杭铀成矿带中段火山岩稀土总量高，且LREE 中度富集，HREE 轻度富集，属于轻稀土富集型，铕具负异常，为铕亏损型。岩石的稀土元素球粒陨石标准化分配模式图呈右陡倾斜犁状，表明LREE 分馏明显，HREE 分馏不明显。赣杭铀成矿带中段样品具有一致的稀土元素球粒陨石标准化配分模式图，表现出不同地区的岩浆岩具有同源性。

4）赣杭铀成矿带中段火山岩形成于碰撞后拉张伸展构造环境，赣杭铀成矿带中段火山岩具有同源（壳源）、同期（早白垩世）特征。而成矿和成岩存在矿岩时差，成岩在前，成矿发生在成岩后期，成矿物质则可能来自幔源。