赣杭铀成矿带燕山期岩浆岩年代学研究存在的主要问题分析

2022-01-20夏寅初

地质学刊 2021年4期

夏寅初

(东华理工大学地球科学学院，江西南昌 330013)

0 引言

赣杭铀成矿带是华南最大的火山岩型铀矿基地。近年来，对与铀成矿有关的火山岩及基性岩脉进行高精度年代学研究，获得了一批高精度年龄数据(郭福生等，2015；巫建华等，2017a)，但部分火山岩及基性岩脉成岩年龄的精确度仍待商榷。精确厘定与铀成矿有关的火山岩及基性岩脉的成岩年代，是深入研究两者与铀成矿关系的前提，对铀矿床成矿模型的建立至关重要。

为此，归纳了赣杭铀成矿带燕山期火山岩及基性岩脉年龄数据，总结带内岩浆岩年代学研究现状，并对存在的问题进行讨论。

1 区域地质概况

赣杭铀成矿带地跨浙赣两省，处于扬子板块与华夏板块拼合地带(图1)。铀矿床主要分布在早白垩世若干火山盆地中，以相山铀矿田的铀资源量最为丰富(巫建华等，2017b)。基底的新元古代变质岩铀背景值相对较高，部分地层为区域富铀层位。自新元古代以来，该带经历了多期多阶段构造演化。至中生代，受古太平板块向西俯冲的影响，区域构造体制由挤压向拉张转换，岩石圈伸展减薄，导致大规模的岩浆活动发育，形成了一系列火山-侵入杂岩体(王德滋等，2002；巫建华等，2017a)。

图1 研究区早白垩世火山盆地分布简图(据余心起等，2006)Fig. 1 Distribution diagram of early Cretaceous volcanic basins in the study area(after Yu et al.,2006)

2 燕山期岩浆岩年代学研究现状

赣杭铀成矿带燕山期岩浆岩年代学数据统计结果见表1。

2.1 相山火山盆地

该盆地位于研究区西南段(图1)，是我国最大的产铀火山盆地。盆地内燕山期岩浆岩以熔结凝灰岩(136～140 Ma)、流纹英安岩(135～137 Ma)、碎斑熔岩(132～136 Ma)和花岗斑岩(133～137 Ma)为主，发育少量基性岩脉如煌斑岩(125、84.5～87.0 Ma)(杨水源等，2010，2012，2013；Yang et al.，2011；饶泽煌，2012；陈正乐等，2013；郭福生等，2015；王勇剑，2015；巫建华等，2017a；司志发等，2018；王利玲等，2020)(表1)。矿体分布位置主要受断裂及火山机构控制(王勇剑，2015；周邓等，2017)，火山岩及花岗斑岩为主要赋矿围岩。

表1 赣杭铀成矿带燕山期岩浆岩年代学数据Table 1 Chronological data of Yanshanian magmatic rocks in the study area

表1(续)

2.2 玉华山火山盆地

该盆地位于研究区西南段(图1)，盆地内燕山期火山岩及侵入岩年龄主要集中在早白垩世，包括熔结凝灰岩(136 Ma)、碎斑熔岩(137 Ma)、花岗斑岩(129、139 Ma)(李响，2012；周强强，2012)(表1)。铀矿主要赋存在花岗斑岩构造破碎带内，主要受岩体接触界面和断裂构造控制(李响，2012；周强强，2012；林锦荣等，2020)。

2.3 盛源火山盆地

该盆地位于研究区中段(图1)，主体为下白垩统周家店组巨厚红色碎屑岩系，燕山期岩浆岩主要出露于周家店组边部，岩性以流纹岩(134 Ma)、安山岩(130 Ma)、火山碎屑岩为主(刘茜，2013)。铀矿化主要赋存在岩性接触带、层间破碎带(朱建林等，2019)。东乡火山盆地位于盛源火山盆地北西10 km，铀矿找矿目前尚无重大突破，岩性主要有流纹岩、粗面岩(131～134 Ma)、安山岩(135～137 Ma)等(杨秋，2015；韦昌袭，2019)。

2.4 大洲火山盆地

该盆地位于研究区北东段(图1)，燕山期火山岩主要为磨石山群，岩性主要为凝灰岩、晶屑凝灰岩等火山碎屑岩及流纹岩，成岩年代为(127.3±1.7)Ma(Yang et al.,2013)。铀矿化主要赋存在流纹岩层间构造带中，受断裂、地层及绿色蚀变带的控制(Yang et al.,2013；刘蓉蓉等，2018)。

2.5 新路火山盆地

该盆地位于研究区北东段(图1)，燕山期岩浆活动以火山喷发和酸性岩浆侵入为主。燕山期火山岩主要为建德群火山碎屑岩，包括劳村组晶屑凝灰岩(137 Ma)、黄尖组晶屑凝灰岩(128、133～137 Ma)(王洪作等，2017；韩效忠等，2018)；燕山期侵入岩主要有侵入于黄尖组的花岗斑岩(133～136 Ma)、九华山花岗岩体(135 Ma)(Yang et al.，2012；王洪作，2015；杨水源等，2015；王洪作等，2017)，以及晚期侵入辉绿岩脉(93 Ma)(王正其等，2013)。铀矿体主要赋存在层间破碎带与硅化破碎带中，围岩主要有凝灰岩、花岗斑岩(韩效忠等，2010)。

3 岩浆岩年代学研究存在的问题

3.1 火山-侵入杂岩年代学的主要问题

锆石作为岩浆岩的副矿物，在形成过程中较强烈地富集铀但不吸收铅，即使温度较高，成岩后也能保持体系的封闭(陈岳龙等，2005)。因此，锆石U-Pb同位素高精度定年被广泛应用于岩浆岩年代学研究(王家松等，2017)。前人对研究区火山-侵入杂岩以及与铀成矿有关的基性岩脉进行了大量的年代学研究，获得了一批高精度年代学数据，为探讨赣杭铀成矿带上与铀矿有关的火山-侵入杂岩的时序厘定提供了依据。虽然锆石U-Pb定年能为火山-侵入杂岩年代学研究提供较高精度的年龄数据，但因数据处理问题或岩石样品的特点，在用于厘定研究区内的短时序、多期次、大规模火山-侵入活动时仍存在一些问题(表2)。

3.1.1 样品MSWD值对锆石年龄可信度的影响部分样品的平均标准权重偏差(MSWD)偏离95%的置信区间，年龄精确度较低(表2)。理想的锆石定年结果服从正态分布，而MSWD会因锆石定年测试数量(N)的不同而具有不同的95%置信区间(范文博等，2013)。测试数据的MSWD位于不同锆石数量(N)对应的95%置信区间内，表明测试数据可靠。若测试数据的MSWD偏离95%置信区间，表明数据点分散情况并非由测试过程的随机误差引起(范文博等，2013)，可能是地质因素引起，例如未剔除捕获锆石的测试数据、未剔除谐和度较差的锆石测试数据等。区内不少锆石定年数据的MSWD偏离样品数(N)对应的95%置信区间(表2)甚至远超锆石数量(N)对应的95%置信区间的上限(表2)，这类数据不能准确反映岩浆岩的形成年代。

表2 研究区火山岩-侵入杂岩锆石U-Pb年代学的主要问题Table 2 Zircon U-Pb geochronology of the volcanic-intrusive complexes and its main problems in the study area

3.1.2 高U锆石对年代学研究的影响部分样品未剔除高U锆石的分析测试数据，导致得到的锆石U-Pb加权平均年龄或谐和年龄的精确度降低(表3)，不能准确反映岩石成岩年代。

表3 研究区火山-侵入杂岩中高U锆石年代学及其主要问题Table 3 High U zircon geochronology of the volcanic-intrusive complexes and its main problems in the study area

应用LA-ICP-MS对高U锆石进行分析时，高U锆石中U的含量较高会使锆石受到辐射损伤，Pb在激光剥蚀过程中比U更易逸出，导致计算所得的U-Pb表观年龄偏大(王家松等，2017)。锆石受到辐射损伤时，也可能发生蜕晶化作用，发生Pb丢失，导致谐和度降低(表3)，因此计算年龄时应剔除U含量>2 000 g/t的锆石数据。

为避免高U锆石定年问题，可借助XRD、拉曼光谱、CL图像等测试方法识别锆石的晶格完整性，以确保定年结果的精确度。若样品中的锆石均为高U锆石，则可以考虑使用其他矿物如独居石、榍石等副矿物进行年代学研究，此类副矿物受放射性损伤后，晶格易愈合，在受到较高放射性损伤后Pb不会明显丢失，是较好的测年对象(李惠民等，2012)。

3.1.3 锆石定年精度对判别火山-侵入杂岩时序的影响火山-侵入杂岩主要指在时空和成因上密切相关的火山岩和浅成相花岗岩，广泛分布于我国东南部(王德滋等，2002)，火山岩及浅成相花岗岩成岩年代相近，多分布于同一火山机构中，在成因上具有相似的物质源区。

(1)SHRIMP、LA-ICP-MS等锆石定年精度。前人主要通过SHRIMP、LA-ICP-MS等方法对区内火山-侵入杂岩进行锆石U-Pb定年研究，其精度用于区分短时序、多期次、大规模的火山-侵入活动较为困难。对前人的锆石年龄数据进行优选，排除样品数量小(N<10)、年龄谐和度差、高U锆石及MSWD偏离置信区间对定年结果的影响，发现不同专家使用不同方法取得的高精度年龄数据中，虽然与地层侵入关系确定的时序基本一致，但各数据的差值不大(表1)，这可能主要与锆石定年所使用的分析测试方法的误差有关，LA-ICP-MS锆石定年误差在3%左右，SHRIMP锆石定年误差在1%左右(王孝磊，2017；徐夕生等，2020)，其定年结果大致在1 Ma浮动。研究区的火山-侵入杂岩主要为火山岩和浅成相花岗斑岩，相对于深成相花岗岩而言，岩浆冷却结晶速率较快，通常可以在400 ka内完成(王孝磊，2017；徐夕生等，2020)。即使是精度较高的SHRIMP锆石定年数据，也不足以区分区内火山-侵入杂岩的时序(表1)，如相山火山盆地双峰岭组形成的熔结凝灰岩[RYT501:(137.6±1.4)Ma]、英安岩[RYT582:(137.4±1.1)Ma]和流纹英安斑岩，以及上覆于双峰岭组的鹅湖岭组碎斑熔岩[RYT504：(135.4±1.5)Ma](陈正乐等，2013；巫建华等，2017a)。

(2)CA-ID-TIMS 锆石定年精度。化学磨蚀同位素稀释热电质谱(CA-ID-TIMS)锆石定年方法通过对锆石进行高温退火、化学磨蚀、同位素稀释等处理方法，使锆石定年误差降至0.1%左右，甚至可低至0.05%(储著银等，2016；徐夕生等，2020)。储著银等(2016)研究Qinghu标准锆石[年龄为(159.47±0.24)Ma]时，获得的CD-ID-TIMS锆石年龄为(159.45±0.16)Ma，两者的年龄结果高度一致，且定年误差在160 ka左右。目前，研究区内尚未有CD-ID-TIMS锆石定年的报道。该方法在火山-侵入杂岩的时序厘定方面有良好的应用前景，能较好地刻画十几万年间的岩浆演化，是今后值得研究的方向。

3.2 基性岩脉年代学存在的主要问题

表4 研究区基性岩脉定年结果及主要问题Table 4 Dating results and main problems of mafic dikes in the study area

3.2.1 锆石多为捕获锆石，不能反映成岩年龄基性岩浆因缺少足够的Si而不能与Zr结合形成锆石(ZrSiO4)。因此基性岩中的锆石大多为岩浆上升侵入过程中捕获围岩的锆石，其年龄不能反映基性岩侵位年龄。王正其等(2013)对新路盆地辉绿岩脉进行全岩40Ar-39Ar定年获得的等时线年龄为(93±3)Ma，数据较理想(MSWD=1.30)；王洪作(2015)获得新路盆地辉绿岩锆石年龄为(128±1)Ma，其锆石[年龄为(128.3±1.6)Ma]可能捕获自围岩黄尖组晶屑凝灰岩(王洪作等，2017)。

3.2.2 全岩K-Ar或40Ar-39Ar法难以准确反映基性岩脉成岩年代在与铀成矿有关的基性岩脉中，含钾矿物的封闭体系易受热液影响，全岩K-Ar或40Ar-39Ar法年龄往往不能反映基性岩浆侵入岩体中的年龄，更可能是后期热液蚀变或有关热事件的年龄(陈岳龙等，2005)。同时，应用全岩40Ar-39Ar法时也需要对全岩Ca/K比(原子数)进行判别，样品经中子照射后，若Ca/K比过大，Ca的中子反应会产生干扰性Ar同位素(主要为由40Ca转化的36Ar和由42Ca转化的39Ar)(陈岳龙等，2005)。相山盆地中的煌斑岩和辉绿岩的烧失量(LOI)普遍偏大,为5.29%～10.27%(饶泽煌，2012；王勇剑，2015)，可能受热液作用影响较大；王勇剑(2015)获得的煌斑岩全岩40Ar-39Ar年龄谱图不属于平坦型(MSWD=46.49)，并不能准确反映相山盆地基性岩脉活动的时间。

斜锆石(ZrO2)成分及结构简单，主要为岩浆结晶成因，能存于硅不饱和的岩浆岩中，如碳酸盐岩、基性-超基性岩等体系非常稳定，受麻粒岩相高级变质作用后仅局部开放，经校正后仍能反映岩石成岩年龄(李惠民等，2012)。目前，研究区尚未有关于基性岩脉斜锆石U-Pb定年的报道，但其他地区已有相关研究，沈淑鑫等(2018)获得龙门山冲断带麻柳村辉绿岩斜锆石定年结果为(261.0±1.1)Ma，王锦荣等(2021)获得永定大坪辉长岩斜锆石定年结果为(184.0±6.5)Ma。斜锆石U-Pb定年可以验证全岩K-Ar或40Ar-39Ar定年结果，能更好地确认基性岩脉的侵位时代，因此对研究区的基性岩脉进行斜锆石U-Pb定年具有良好的应用前景。