粤北坪下水地区辉绿岩地球化学特征及其成因

郭新文，梁园园，赖静，周航兵，江卫兵

（核工业二九〇研究所，广东 韶关 512029）

坪下水地区位于粤北诸广南铀矿区，经过多年的勘查工作，区内已经揭露了一批铀矿体，部分铀矿体的产出位置与基性岩脉紧密相邻。前人对比研究了华南铀矿床与基性岩的形成年龄，发现铀成矿时代与基性岩脉形成时代对应关系较好［1-2］，暗示基性岩脉与铀成矿存在密切的成因联系。

已有研究者对诸广南铀矿区出露的基性岩脉进行了年代学、地球化学及同位素研究［3-8］，认为基性岩脉为铀成矿提供了热量和矿化剂CO2，为铀成矿提供了有利的还原环境。但对于坪下水地区研究程度相对薄弱，坪下水地区基性岩脉分布广泛，而且在空间上与铀矿化关系密切，目前尚未对该地区辉绿岩脉的岩石成因及岩浆来源开展过系统研究。因此，在前人研究基础上，笔者通过对该地区辉绿岩脉开展较为系统的岩石地球化学特征研究，以期深化对诸广南铀矿区基性岩脉岩浆源区、成因机制及其形成的地球动力学背景的认识。

1 地质概况

坪下水地区位于粤北诸广岩体南部，其大地构造位置处于诸广岩体与南雄盆地接触处的北东向展布的南雄断裂带上（图1a）。南雄断裂带上盘为白垩纪—古近纪南雄盆地，下盘主要为诸广南部龙华山印支期花岗岩体。区内地层主要出露于研究区南东部，即南雄断裂带上盘南雄盆地内，主要为古近系始新统古城组（E2g）浅灰色砂岩、粉砂岩、泥岩夹薄层碳质页岩和古新统浓山组（E1n）紫红色钙质粉砂岩和青灰色泥质粉砂岩、上湖组（E1s）杂色粗砂岩与棕红色砂砾岩；区内主体花岗岩为南雄盆地北西侧诸广山岩体内的印支期（206～226 Ma）中粗粒斑状黑云母二长花岗岩和燕山期（145 Ma）细粒斑状黑云母花岗岩［9］，其次为岩体内及盆地中的辉绿岩脉。研究区内断裂构造发育，主要包括北东向、近东西向、北北向东和北北西向四组，辉绿岩脉主要呈近东西向（图1b），辉绿岩与断裂构造带的接合部位铀矿化较发育。

图1 坪下水地区大地构造位置（a）及区域地质简图（b）（据参考文献［9］修改）Fig.1 Tectonic location（a）and geological sketch（b）of Pingxiashui area（modified after reference［9］）

2 样品采集与分析

坪下水地区辉绿岩样品采自该区钻孔岩心，基本信息见表1。主量元素在核工业二九〇研究所分析测试中心完成，分析仪器为荷兰帕纳科公司制造的X 射线荧光光谱仪，测试方法和依据GB/T 14506.28—2010《硅酸盐岩石化学分析方法》。微量、稀土元素在核工业二三〇研究所分析测试中心完成，所用仪器为Finnigan MAT 公司制造的HR-ICP-MS 型质谱仪，检测限优于0.5×10-9，测试方法和依据为GB/T 14506.30—2010。

表1 坪下水地区辉绿岩取样信息表Table 1 Sampling information of diabase in Pingxiashui area

3 岩相学特征

岩石呈灰黑色，致密块状，表面略带灰绿色调（图2a）镜下可见辉绿结构、半自形柱状粒状结构，块状构造、斑杂构造（图2b），主要矿物组成为：斜长石（约占35%），板柱状，板片状，粒径0.2～2 mm；辉石（约含40%），主要为普通辉石，见辉石的规则晶形；纤闪石：约含15%，纤维集合体状，针柱状；绿帘石：约含10%，他形粒状，粒状集合体状。

图2 坪下水地区辉绿岩岩相学特征Fig.2 Photo of specimen and thin section of diabase in Pingxiashui area

4 地球化学特征

4.1 主量元素

坪下水地区的辉绿岩烧失量为2.05%～3.39%，说明岩石较为新鲜，蚀变程度很低（分析结果见表2）。w（SiO2）为44.98%～50.87%（平均为47.65%）；全碱含量w（K2O+Na2O）为4.60%～7.60%（平 均 为5.95%）；w（Al2O3）为12.49%～16.15%（平均为14.51%）；w（CaO）为1.29%～8.65%（平 均 为4.78%）；w（MnO）为0.15%～0.27%（平 均 为0.19%）；w（TiO20）为1.29%～1.94%（平均为1.67%）；w（P2O5）含量为0.14%～0.29%（平均为0.23%）。w（MgO）含量为8.36%～11.57%（平均为10.26%），镁指数Mg#（Mg#=100×MgO/（MgO+FeOt））为42.59%～49.62%，反映坪下水地区的辉绿岩脉形成时岩浆分离结晶程度较低，具有初始岩浆的特点［10-11］，也可能与地幔岩发生过混合作用［12］。

表2 坪下水地区辉绿岩主量元素（wB/%）组成Table 2 Composition of the main elements (wB/%)of diabase in the Pingxiashui area

在TAS 图解中（图3a），坪下水地区的辉绿岩投点范围较大，分布于碱玄岩、粗面玄武岩和玄武岩等碱性岩石区域内，属于碱性玄武岩系列。在坪下水辉绿岩AFM 图解（图3b）中，坪下水地区的辉绿岩样品数据投点均落于钙碱性系列中，坪下水地区的辉绿岩属于钙碱性系列。

图3 坪下水辉绿岩TAS（a）、AFM（b）图解（底图据参考文献［3］）Fig.3 TAS（a）and AFM（b）diagram of diabase in the Pingxiashui area（after reference［3］）

4.2 微量、稀土元素

坪下水地区辉绿岩微量元素分布模式图（图4a）所示，岩石异常富集Cs、U、W 等大离子亲石元素，部分样品较为富集Pb、Sr、Cu 等元素，部分样品亏损Pb、Ba 等亲石元素及Sr、Cr、Ni 等过渡族元素，分析结果见表3。总体来看，分布曲线向右倾斜，元素分布差异较大。

图4 坪下水地区辉绿岩微量元素蛛网图及稀土元素分布图（原始地幔值、球粒陨石标准化数值据文献［13-14］）Fig.4 Spider diagram of trace elements and distribution diagram of REE in diabase at the Pingxiashui area（after reference［13-14］）

表3 坪下水地区辉绿岩微量元素（wB/10-6）和稀土元素（wB/10-6）组成Table 3 Composition of the trace elements (wB/10-6)and rare earth elements (wB/10-6)of diabase in the Pingxiashui area

表2（续）

Zr/Ba 比值除一个样品（0.12）小于0.2 外，其余样品（0.23～3，平均0.9）都大于0.2；La/Ta比值（15.92～33.76，平均为23.69）大于22；La/Nb 比值除3 个样品大于1.5 外，其余样品（1.06～1.41）都低于1.5；TiO2（1.29%～1.94%，平均为1.67%）和Fe2O3含量（10.63%～14.28%，平均为11.75%）与岩石圈地幔来源的玄武岩值（分别为1.82%和11.47%）较为接近，说明坪下水辉绿岩的原始岩浆来源于地幔柱组分。

坪下水地区的辉绿岩∑REE 为60.26×10-6～141.48×10-6，平 均 为96.58×10-6，稀 土总量较低；LREE/HREE 比值介于5.28～14.31之 间，平 均 为7.19，（La/Yb）N值 变 化 范 围 为5.26～13.53，稀土分布曲线整体呈向右倾斜（图4b），但较为分散，尤其是样品Pxs03-14 的重稀土出现异常亏损，可能该样品受后期蚀变作用的影响；δEu 值为0.74～1.10，Eu 未见明显负异常，反映岩浆演化过程中，斜长石的分离结晶作用不明显；各样品球粒陨石标准化稀土元素配分曲线基本一致，反映岩浆演化过程中样品之间的稀土元素分馏程度相同；且δCe 值为0.84～0.92，反映具弱氧化环境。

5 讨 论

图3 显示坪下水地区辉绿岩属于玄武岩系列，因此可运用玄武岩微量元素构造判别图来确定辉绿岩形成的构造环境。坪下水辉绿岩的Hf/Th 比值（0.60～1.78），均低于8，Th/Ta 比值（1.76～6.16），均大于1.6，Ta/Hf 比值（0.24～0.32），均大于0.1，这些特征都相似于玄武岩［15-16］。由TiO2-Nb 构造判别图（图5a）显示，坪下水地区辉绿岩数据投点于板内玄武岩区域内，部分数据投点于交汇部位。同时，在Nb-Zr-Y 构造环境判别图（图5b）上，坪下水地区的辉绿岩则投点于AⅡ与B 区域内，即板内碱性玄武岩、板内拉斑玄武岩和E-MORB 区域内；在Zr/Y-Zr（图5c）图中，数据点位于板内玄武岩区域内，与上述结果一致，说明坪下水地区辉绿岩表现出板内玄武岩特征，这和中生代时期研究区位于大陆板内环境相一致［17］。在Ta/Yb-Th/Yb 图（图5d）中，数据落于大陆边缘弧范围内，这可能是由于地幔源区遭受到俯冲带流体的交代改造，造成岩石中Th 含量相对富，同时Nb 相对亏损［18-19］，而造成其偏离了板内玄武岩的演化趋势。另外，坪下水地区的辉绿岩受到地壳混染的影响较大，导致大离子亲石元素、高场强元素及过渡族元素都有所变化，曲线分布呈现松散现象，向右倾斜较缓，曲线呈锯齿状。在构造环境判别图上，坪下水地区辉绿岩的构造环境多数属于板内碱性玄武岩、板内拉斑玄武岩范畴。在La/Sm-La 图解（图6）中，数据点显示出结晶分异的近水平趋势，说明结晶分异作用和地壳混染作用可能是控制岩浆稀土元素演化的主要因素［20-23］。

图5 坪下水地区辉绿岩构造环境判别图解（底图据参考文献［18］）Fig.5 Discriminating diagrams for tectonic environments of diabase in Pingxiashui area（after reference［18］）

图6 坪下水辉绿岩La-La/Sm 图解（底图据参考文献［13］）Fig.6 La-La/Sm diagram of diabase in Pinaxiashui area（after reference［13］）

6 结 论

1）坪下水辉绿岩属于钙碱性玄武岩系列，化学成分上相对富集Cs、Pb、U、W 等元素，相对亏损Rb、Ba、Sb、Sr 等亲石元素。稀土元素配分曲线呈右倾型，未见明显Eu 负异常。

2）坪下水辉绿岩脉属于板内玄武岩，物质组成具有洋中脊玄武岩（MORB）特征，源区性质属富集型地幔，形成时岩浆分离结晶作用程度较低，具有初始岩浆的特点，也可能与地幔岩发生过混合作用，在上升侵位过程中受到的地壳混染的影响。