长江铀矿田花岗岩与铀成矿年代学研究进展

朱 卫 平

(1.东华理工大学 地球科学学院 ，江西 南昌 330013; 2.自然资源部 航空地球物理与遥感地质重点实验室，北京 100083; 3.中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083)

0 引言

粤北诸广山地区是我国重要的花岗岩型铀矿产地，其中发育多个铀矿田，长江铀矿田位于诸广山复式岩体中南部，因区内有棉花坑等铀矿床而著名。前人在粤北诸广山地区做了大量的找矿、勘探与地质研究工作[1-3]，围绕长江矿田年代学[4-5]、地球化学[6]、岩石成因[7]及铀矿床成因[8]等方面取得了大量的研究成果。本文系统总结了长江铀矿田花岗岩和铀成矿的年代学研究进展，并针对存在的问题进行了探讨，为下一步找矿与研究提供参考。

1 区域地质背景

长江铀矿田处于南岭构造—岩浆活动带中段，位于诸广山岩体中南部。该区是吴川—四会深大断裂向北延伸通过的部位，是地壳构造岩浆长期、多阶段、强烈活动的特殊区域。区域上加里东期、印支期和燕山期岩浆活动频繁。区内主体岩体为长江燕山期岩体和油洞印支期岩体，加里东期花岗闪长岩仅出露于矿田西南角(图1)。沿着长江岩体与油洞岩体结合部位形成了多个铀矿床，如书楼丘(305)铀矿床、棉花坑(302)铀矿床、油洞(306)铀矿床、长坑(301)铀矿床、长排铀矿床、水石(308)铀矿床[7]，以及蕉坪(362)铀矿床、企岭(363)铀矿床。与成矿有关的岩体为长江岩体和油洞岩体，其中长江岩体主要岩性为中粒黑云母花岗岩，油洞岩体主要岩性为粗粒二云母花岗岩。

1—第四系；2—燕山期中细粒二云母花岗岩；3—燕山期中粒斑状黑云母花岗岩；4—印支期粗粒二云母花岗岩；5—印支期粗粒黑云母花岗岩；6—加里东期花岗闪长岩；7—中生代火山岩；8—中生代花岗岩；9—辉绿岩；10—辉长闪长岩；11—构造带；12—地质界线与推测地质界线；13—铀矿床；14—地名；15—采样位置与编号

2 主要进展

到目前为止，前人对长江铀矿田的长江岩体、油洞岩体和侵入其中的脉岩形成年龄以及书楼丘、棉花坑、长排等3个铀矿床的成矿年龄进行了大量的测试工作，获得了较为丰富的年龄数据。这些年龄数据是不同学者在不同时间使用LA-ICP-MS锆石U-Pb法、SHRIMP法和电子探针等方法测试获得的。从这些年龄数据可以看出，长江铀矿田岩体形成年龄值相对集中，而铀矿床形成时间跨度较大，如长江岩体年龄常见值在166～157 Ma，油洞岩体年龄常见值在232～225 Ma，铀矿床形成时间在127～54 Ma，具体如表1所示。

表1 长江铀矿田花岗岩及铀成矿年龄数据统计

(续表)

(续表)

3 讨论与结论

3.1 岩体形成年龄问题

3.1.1 长江岩体成岩年龄

通过分析长江岩体年龄数据，可知该岩体形成年龄在185.21～141.8 Ma，常见值为166～157 Ma(图2)，加权平均年龄为160.9 Ma，除去最大值与最小值后的算术平均年龄为161 Ma，表明长江岩体黑云母花岗岩形成于中—晚侏罗世，为燕山早期岩浆活动的产物。区域资料反映燕山早期花岗岩是太平洋板块俯冲影响下，印支地块与华南地块碰撞产生的薄弱构造带发生进一步伸展后由位于中、下地壳部位的古老变质沉积岩部分熔融形成的[11]。

图2 长江岩体年龄概率分布

此外，邓平等[11]测试长江岩体黑云母花岗岩时，获得的167.6±2.5 Ma、174.5±2.5 Ma、184.33±2.6 Ma等年龄因偏高不在谐和线上，未参与加权平均统计，但这些年龄与区域上的下庄矿田332 矿区(K332-2) 基性岩脉(角闪石坪年龄为185.6±3.0 Ma，反等时线年龄为185.4±5.9 Ma(MSWD=2.7)[33])、张广营地区337矿区NEE向基性岩脉(角闪石坪年龄为179.6±2.8 Ma(MSWD=4.0)，反等时线年龄为175.2±4.0 Ma(MSWD=2.4)[33])和鹿井中部下古选—官庄地区辉绿岩(成岩年龄为171.9±1.6 Ma、169.1±3.8 Ma[5])的岩体年龄基本一致 ，说明未参与统计的年龄值可能代表了华南地区170～180 Ma的某一期次岩浆活动和岩石圈伸展构造事件。

3.1.2 油洞岩体形成年龄

由表1统计可知，有5位学者对油洞岩体年龄进行了测试，获得该岩体形成年龄数据6个，对这些年龄数据进行分析，可知油洞岩体形成年龄在245.6～219.6 Ma，常见值在225～235 Ma(图3)，加权平均年龄为232.1 Ma，说明油洞二云母花岗岩岩体形成于三叠纪，为印支期岩浆活动的产物。这与华南地块和印支地块碰撞结束的时间243 Ma相一致，印证了华南地区的伸展构造环境实际上在华南地块和印支地块碰撞结束时就已经开始的说法[21]。

图3 油洞岩体年龄概率分布

此外，黄国龙等[21]对油洞岩体进行年代学测试时，获得两颗锆石206Pb/238U 年龄分别为436.9 Ma和440.5 Ma，与该岩体正常年龄偏高，与相邻的扶溪岩体锆石U-Pb年龄440.7±3.3 Ma[32]、426.7±5.4 Ma(变化范围为451.6～402.2 Ma)[4]非常一致，推断油洞岩体形成过程中捕获了相邻的早期扶溪岩体。

3.1.3 脉岩形成年龄

区内脉岩包括辉绿岩、角闪辉绿岩、辉长闪长岩等基性岩脉以及花岗质等酸性岩两类，其中周航兵等[24]测得细粒黑云母花岗岩样品采自棉花坑钻孔岩心，从表1可以看出，细粒黑云母花岗岩是产于粗粒二云母花岗岩中的脉岩，而非岩体。因此，所测得的123.9±1.3 Ma年龄数据应归为脉岩形成年龄。

此外，周航兵等[24]还获得多个128～120 Ma之外的年龄，其中测得162 Ma的年龄数据与长江岩体形成年龄161 Ma非常一致，可能是该脉岩形成时捕获的长江花岗岩体的年龄。还获得4个位于149～140 Ma之间的年龄数据，可能是捕获了早期角闪辉长岩(145 Ma)与辉长角闪岩(150 Ma)等基性脉岩。另外，周航兵等[24]还测得138 Ma和140 Ma的锆石U-Pb年龄数据，与徐文雄等[23]测得的细粒花岗质脉岩年龄(138.6±1.3 Ma)以及岑涛等[34]测得的蔡坊盆地流纹质火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄(138.0±2.4 Ma)非常一致，反映了华南地区存在140±Ma的岩浆活动事件。

综上，可将长江铀矿田的脉岩划分为3期：晚侏罗世基性脉岩(包括145 Ma和150 Ma两个阶段)、早白垩世花岗质酸性脉岩(138.6～123.9 Ma)和晚白垩世基性脉岩(110 Ma)(图4)。

图4 长江铀矿田脉岩年龄概率分布

晚中生代以来，华南板块经历了多期大规模岩石圈伸展减薄事件。长江铀矿田发育的150～110 Ma多期次脉岩活动与前人统计研究认为的华南地区白垩纪—古近纪存在6期地壳拉张、岩石圈伸展作用(145～135 Ma、125～115 Ma、110～100 Ma、95～85 Ma、75～70 Ma、55～45 Ma)的前三期活动时间对应较好[35]，为华南地区该时期的岩石圈伸展和地壳拉张事件存在提供了依据。

3.2 成矿年龄问题

书楼丘(305)铀矿床成矿年龄有两位学者进行了测试，使用的测年方法均为LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，获得206Pb/238U年龄为79.0～67.8 Ma，3个样品加权年龄分别为71.4±1.3 Ma、74.4±1.7 Ma和71.1±1.1 Ma，已获得所有数据求得加权平均年龄为72.04 Ma，属于晚白垩世。

目前，完成长排铀矿2个沥青铀矿LA-ICP-MS原位微区 U-Pb测年，获得该铀矿成矿206Pb/238U年龄为79.6～57.9 Ma，2个样品平均年龄分别为62.4±2.5 Ma和70.2±0.5 Ma。所有样品数据加权平均年龄为68.12Ma，属于晚白垩世。

棉花坑(302)铀成矿年龄测试工作较多，一共有6位学者获得18个年龄数据，年龄值变化范围为127～54 Ma，除去68.7±3.0 Ma(N=8，MSWD=665)[29]和93±43 Ma(N=12，MSWD=1.4)[30](前者因MSWD值偏差大、后者因误差大而不参与统计)，对其余16个数据计算获得的加权平均年龄为77.8 Ma。16个年龄数据可以划分为4组：61～54 Ma(古新世)、75～67 Ma(晚白垩世)、104～93 Ma(晚白垩世)和127～119 Ma(早白垩世)(图5)。书楼丘、长排两个铀矿床成矿年龄与棉花坑铀矿床第二组成矿年龄一致，均属于晚白垩世。

图5 棉花坑铀矿床成矿年龄概率分布

3.3 成岩与成矿演化阶段

通过对长江铀矿田成岩与成矿年龄统计分析，可知该地区成岩与成矿演化顺序如下：油洞岩体→长江岩体→早期基性岩脉→细粒花岗质岩脉→早期铀成矿阶段→细粒黑云母花岗岩脉→晚期基性岩脉→第二期铀成矿阶段→晚期铀成矿阶段(图6)。

图6 长江铀矿田岩体形成与铀成矿演化阶段示意

根据年龄数据可将该区成岩成矿作用划分为以下演化阶段：①三叠纪花岗岩浆作用(油洞岩体)；②中—晚侏罗世花岗岩浆作用(长江岩体)；③晚侏罗世基性脉岩作用(辉长闪长岩脉，150 Ma；角闪辉绿岩脉，145 Ma)；④早白垩世脉岩与早期铀成矿作用(138.6～110 Ma)；⑤晚白垩世铀成矿作用(75～67 Ma)；⑥古新世铀成矿作用(61～54 Ma)。

胡瑞忠等[35]研究认为至少自白垩纪以来，华南地区主要处于陆内岩石圈伸展的构造环境，从年代学角度认为华南铀矿床的成矿时代与该区中生代以来由基性脉岩反映的岩石圈伸展事件的时代具有较好的对应关系，该区铀成矿可划分为6个主成矿期,其峰值年龄分别为距今约140～135 Ma、120～115 Ma、105～100 Ma、90～85 Ma、70～65 Ma和50～45 Ma，以及6次重要的岩石圈伸展事件：145～135 Ma、125～115 Ma、110～100 Ma、95～85 Ma、75～70 Ma和55～45 Ma。从长江铀矿田成岩与成矿时间统计可知，主要铀成矿时间与前人统计的铀成矿期时间上对应较好，铀成矿及脉岩(包括基性和中酸性脉岩)形成时间与区域上的伸展构造事件对应较好。因此可以认为基性岩脉为铀成矿提供了幔源流体和还原障的作用[33]。但铀成矿时间与花岗岩体形成时间存在较大的时间差，铀成矿与该地区花岗岩体形成时间上应没有必然内在联系。

3.4 铀含量对数据精度的影响

多篇文章的测年数据出现了高铀锆石年龄[12]。王家松等[36]已经注意到高铀对锆石U-Pb年龄会产生影响，也开展了相关方面的研究。在高铀锆石SIMS206Pb/238U定年分析中，当锆石的铀含量超过一定临界值，206Pb/238U表面年龄与锆石的铀含量呈强烈的正相关，通常称为高铀基体效应。

Zhao K D等[37]以华南豆乍山花岗岩为例，开展了高铀含量锆石LA-ICP-MS定年可靠性研究。研究结果表明，使用SHRIMP锆石U-Pb定年进行高铀(12 007×10-6～26 706×10-6)锆石测年结果(268±9 Ma，N=5，MSWD =2.7)总是比低铀(558×10-6～3 667×10-6)年龄(228±11 Ma，N=4，MWSD=3.1)大，而使用LA-ICP-MS方法测高铀锆石(12 840×10-6～26 018×10-6)与低铀锆石(1 215×10-6～4 075×10-6)具有相同的U-Pb年龄203±4 Ma(N=13，MSWD=1.4)，且与该花岗岩白云母的40Ar-39Ar年龄(207±4 Ma)接近。这说明高铀锆石定年时，不同测量方法高铀基体效应不一样，测年方法的选择很重要。

Zamyatin D A等[38]对采自俄罗斯中乌拉尔阿杜伊地块伟晶岩中的高铀锆石进行了电子探针化学测年，加权平均年龄为246±2 Ma，与前人测定的阿杜伊地块的年龄结果相当吻合。这说明高铀锆石电子探针化学测年数据基体效应不大。

从统计的长江铀矿田年代数据来看，邓平等[11]使用SHRIMP锆石U-Pb方法定年中，大部分高铀锆石比低铀锆石年龄值要大，个别要小。其他很多测年数据中高铀并不一定都引起所测年龄数值偏大，也有的高铀锆石所测的年龄数值甚至偏小[12,23]。同时发现有些样品铀含量并不高，所测年龄数值反而大[12,23]。这种情况表明铀含量的多少与所测年龄值的大小没有直接关系。王家松等[36]在总结前人对高铀基体效应的铀含量临界值时，认为目前没有一个统一的说法，这种差异可能与仪器条件(质谱类型、质谱参数)和样品性质(锆石蜕变晶化程度)有关。

3.5 其他问题

1)长江铀矿田其他矿床成矿年代数据缺失的问题。目前为止，矿床年龄数据主要集中在棉花坑(302)铀矿床、书楼丘(305)铀矿床和长排铀矿床，其他如长坑(301)、油洞(306)、水石(308)、蕉坪(362)、企岭(363)等铀矿床缺少年代数据。为了更好地研究长江铀矿田铀矿床成矿作用与成矿规律，有必要对其他铀矿床进行准确的年龄测定。

2)长江岩体二云母花岗岩年龄数据缺失问题。目前长江岩体年代学研究都集中在黑云花岗岩岩体的研究，依据目前地质资料看，长江岩体还存在白垩纪二云母花岗岩，但缺少该期岩体的年龄数据，有必要对该期岩体进行年代学研究。

3)岩脉年代学研究问题。书楼丘地区发育EW向展布的煌斑岩脉，铀矿体往往产于煌斑岩脉与硅化带接触部位。罗强等[6]开展了书楼丘地区煌斑岩地球化学特征与铀成矿关系研究。目前未见该地区煌斑岩脉的年代学研究，可以加强该地区煌斑岩年代学研究，探讨煌斑岩与铀成矿的关系。

4 结论与建议

通过系统总结长江铀矿田花岗岩及成矿年代学研究进展，可以得出以下主要认识：

1)长江岩体黑云母花岗岩形成年龄为166～157 Ma(加权平均年龄为160.9 Ma)，属于中—晚侏罗世、燕山早期岩浆活动的产物；油洞岩体形成于245.6～219.6 Ma(加权平均年龄232.1 Ma)，属三叠纪、印支期岩浆活动的产物。

2)长江铀矿田形成了辉长闪长岩、角闪辉绿岩、细粒花岗质岩和煌斑岩等多种岩脉，其中辉长闪长岩脉形成年龄为150±1.0 Ma，辉绿岩角闪石脉形成年龄存在145.1±1.5 Ma和110.6±2.0 Ma两期；细粒花岗质岩脉形成年龄为138.6±1.3 Ma，细粒黑云母花岗岩脉形成年龄为123.9±1.3 Ma。长江铀矿田岩脉活动至少可以划分为3期：①晚侏罗世基性脉岩(150～145.1 Ma)；②早白垩世酸性脉岩(138.6～123.9 Ma)；③早白垩世基性脉岩(110 Ma)。

3)前人主要对长江铀矿田的棉花坑(302)、书楼丘(305)和长排等3个铀矿床年代学开展了研究，从年代学数据来看，长江铀矿田的3个铀矿床的铀成矿作用从早白垩世已经开始，一直持续到古新世，时间跨度大，为127～54 Ma，可划分为3个成矿期：早白垩世成矿期(127～119 Ma)、晚白垩世成矿期(75～67 Ma)和古新世成矿期(61～54 Ma)，其中以70～60 Ma(晚白垩世—古新世)年龄数据比较集中，可能是该区铀成矿高峰期。

4)从年代学数据看，长江铀矿田岩体形成与成矿演化顺序为：油洞岩体→长江岩体→早期基性岩脉→细粒花岗质岩脉→早期铀成矿阶段→细粒黑云母花岗岩脉→晚期基性岩脉→第二期铀成矿阶段→晚期铀成矿阶段。时间上，可将长江铀矿田成岩与铀成矿划分为6个阶段：①三叠纪花岗岩浆作用(油洞岩体)；②中—晚侏罗世花岗岩浆作用(长江岩体)；③晚侏罗世基性岩脉作用(辉长闪长岩脉，150 Ma；角闪辉绿岩脉，145 Ma)，燕山中期岩浆活动；④早白垩世酸性脉岩与早期铀成矿作用(138.6～110 Ma)；⑤晚白垩世铀成矿作用(75～67 Ma)；⑥古新世铀成矿作用(61～54 Ma)。

5)通过对长江铀矿田高铀岩体与所测年龄的对应关系分析，认为高铀岩体对所测年龄的影响没有一个绝对的对应关系。

6)长江铀矿田长坑(301)、油洞(306)、水石(308)、蕉坪(362)、企岭(363)等铀矿床、长江岩体二云母花岗岩以及煌斑岩等基性岩脉缺少年代学研究，建议进一步加强其他岩体、岩脉和铀矿床的年代学研究，进一步探讨铀成矿机理及其与岩体、岩脉的关系。

致谢：感谢巫建华教授、郭国林教授在选题和写作方法方面提供的指导与帮助；感谢审稿专家提出的宝贵意见；感谢编辑部各位老师对稿件的认真校对！