四川米易海塔地区康定群五马箐组变质作用温压条件及其对铀成矿的指示意义

2023-03-07陈友良顾孟娟欧何琼付于真王凤岗张宝玲

铀矿地质 2023年1期

陈友良，顾孟娟，欧何琼，付于真，王凤岗，张宝玲

（1.成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059；2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

四川米易海塔地区地处扬子板块西缘中部，区内出露有一套变质程度达角闪岩相的变质岩系，前人将之归属于康定群五马箐组［1］。一些学者对该套地层的岩石学与变质原岩特征［2］、岩石化学特征［3］等展开了研究，但迄今为止，尚未见有五马箐组变质作用温压条件研究的报道。加之近年来在五马箐组的变质-混合岩中发现具有重要工业意义的混合岩型铀矿［4-5］，有关变质作用与铀成矿的关系亦引起了学者的重视。本文以米易海塔地区康定群五马箐组的蚀变斜长角闪岩为研究对象，对其进行岩相学、变质矿物地球化学特征分析，旨在确定其变质作用温压条件，为该地区的变质岩成因以及探讨变质作用与铀成矿的关系提供依据。

1 地质背景与样品采集

在扬子板块西缘的康滇地轴上断续出露有变质程度深浅不一的多套变质岩系，它们构成了扬子板块西缘前震旦系的基底地层［6］。前人根据变质程度、变形特征以及形成时代将这套基底地层划分为下部的结晶基底和上部的褶皱基底［7］。其中结晶基底主要包括康定群、河口群、苴林群、东川群和大红山群，岩石普遍经历了高绿片岩相-低角闪岩相的变质作用，局部地区存在较为强烈的混合岩化，厘定其地层沉积时代为古元古代晚期［8-10］。褶皱基底主要包括会理群、昆阳群和盐边群，岩石的变质程度总体上相对结晶基底较低，为绿片岩相，其沉积时代为中元古代晚期—新元古代早期［11-12］。

前人将北起四川米仓山，中经康定至川滇接壤一带出露的一套变质地层命名为康定群，其岩性主要由变沉积岩与变基性火山岩所组成，自下而上可划分为咱里组、冷竹关组和五马箐组［13］，并通过区域地层对比将其层序置于会理群与河口群之下，认为其时代应属太古宙—古元古代。卢民杰［14］对康定群的变质相带进行了初步划分，认为其以角闪岩相为主，发育递增变质带，局部出现麻粒岩相，高绿片岩相、低绿片岩相，以低压相系为主，局部为中压相系。张儒瑗等［15］研究认为四川米易地区的前寒武变质地体为一个典型的前寒武纪低压型前进变质地体，主要经历了绿片岩相与角闪岩相的变质作用，推断角闪岩相的变质温压条件为600～700 ℃和0.3～0.4 GPa。

研究区在大地构造位置上处于扬子陆块西缘的康滇地轴中段之泸定-米易台拱上。区内出露的地层主要有元古宇康定群冷竹关组与五马箐组中深变质岩系，震旦系-寒武系的碳酸盐岩-碎屑岩建造，三叠系-侏罗系的碎屑岩以及新生界的河湖沉积物、残坡积物与粉砂土等（图1）。本次研究的五马箐组变质岩在研究区中部分布广泛，岩性主要为云母石英片岩、黑云母片岩、黑云斜长角闪片岩、斜长角闪岩等。区内岩浆活动十分强烈，广泛发育晋宁期的混合花岗岩、华力西晚期的石英闪长岩、辉长岩以及二叠纪的峨眉山玄武岩等。区内构造以断裂构造和韧性剪切带为主，整体上呈近南北向展布。在五马箐组变质-混合岩与晋宁期混合花岗岩的外接触带中产有具有重要工业意义的混合岩型铀矿［16］。

图1 四川省米易县垭口地区区域地质简图（据文献［2］修改）Fig.1 Regional geological map of Yakou area，Miyi county，Sichuan province（modified after reference［2］）

本次研究的样品采自海塔地区在铀矿勘查中施工的钻孔岩心（图2a、b），岩性为蚀变斜长角闪岩，样品HT1802 与HT1811 的采样位置分别为：102°02′29″E，26°53′03″N；102°01′35″E，26°53′45″N。矿物化学成分分析在西南石油大学地球科学与技术学院电子探针实验室完成，所用探针型号为JEOLJXA-8230，配备有4 道波谱仪。分析条件：加速电压为15.0 kV，加速电流为20.0 nA，束斑直径为10 µm，大部分元素的测量时间为10 s，分析精度优于±2%。

2 岩相学和矿物化学特征

2.1 岩相学

蚀变斜长角闪岩（HT1802、HT1811）具显微细粒粒状柱状变晶结构，块状构造。两个样品的矿物组成类型基本一致，但矿物含量有所差异。二者均以角闪石、长石为主要矿物成分，样品HT1802 中还见绿泥石，副矿物主要为榍石。样品HT1802 中角闪石约占25%～30%，长石约占50%～60%，绿泥石约占10%～15%，石英为5%～10%，榍石＜5%（图2c～e）；样品HT1811 中角闪石约占85%～90%，长石约占10%～15%，石英＜2%（图2f～h）。粒状、片状及柱状矿物局部具定向排列（图2）。

图2 蚀变斜长角闪岩手标本和镜下特征Fig.2 Hand specimen and microscopic features of altered amphibolite

角闪石呈自形、半自形菱柱状，样品HT1802 中粒径约0.1～0.2 mm，样品HT1811 中粒径约0.5～1 mm，单偏光镜下具浅褐色—深褐（绿）色多色性，发育角闪石式解理，局部见混合岩化熔孔，表明遭受了一定程度的混合岩化作用。样品中的长石呈自形-半自形板状、他形粒状，粒径约0.1～0.2 mm，单偏光镜下颗粒表面较干净者主要为钾长石及少量残留斜长石，钾长石系交代早期斜长石而成，背散射图像表现为浅灰色，干涉色呈一级灰，具聚片双晶；他形粒状钠长石分布在钾长石（斜长石）的边缘，在单偏光镜下显得“较脏”，背散射图像表现为深灰色，粒径约0.01 mm，交代钾长石，边界呈港湾状。绿泥石呈片状，具黑云母假象，与角闪石接触边界较为平直，表明为黑云母退变而成。副矿物为榍石，粒径约0.1 mm，主要分布于角闪石、长石、绿泥石（黑云母）晶粒间，呈自形粒状。

2.2 矿物化学

角闪石是基质矿物的主要组分，未见光学或成分环带。样品HT1802 中角闪石的w（SiO2）值为42.30%～45.63%，w（MgO）值为6.10%～7.72%，w（CaO）值为11.40%～12.04%，w（Na2O）值为1.16%～1.40%，w（K2O）值为0.88%～1.45%，属于钙质角闪石（表1）。角闪石Si 原子数在6.637～6.984之间，XMg（Mg/（Mg＋Fe2+））值为0.340～0.401，Ti 原子数为0.040～0.162（＜0.5），据Leake等［17］的角闪石分类命名原则，投图均落入铁角闪石区域（图3）。在角闪石的Ti-（Na+K）关系图解中，样品投点有4 个落在低角闪岩相区域，1 个落在高角闪岩相区域，4 个落在麻粒岩相区域（图4）。

图3 钙质角闪石分类图解（底图据文献［17］）Fig.3 Classification diagram of calcium amphibole（base map after reference［17］）

图4 角闪石Ti-（Na＋K）关系图解（底图据文献［18］）Fig.4 Ti-（Na＋K）compositional diagram of amphibole（base map after reference［18］）

表1 样品HT1802 中角闪石电子探针分析结果w（B）/%Table 1 Microprobe analyses of amphibole in HT1802 w(B)/%

样品HT1811中角闪石的w（SiO2）值为45.77%～48.92%，w（MgO）值为10.49%～12.22%，w（CaO）值为11.69%～12.07%，w（Na2O）值为0.91%～1.35%，w（K2O）值为0.65%～0.99%，属于钙质角闪石（表2）。角闪石Si 原子数在6.880～7.184 之间，XMg（Mg/（Mg＋Fe2+））值为0.542～0.615，Ti 原子数为0.066～0.112（＜0.5），投图均落入镁角闪石区域（图3）。在角闪石的Ti-（Na＋K）关系图解中，除1 个投点落在高角闪岩相区域外，其余9 个投点均落在低角闪岩相区域（图4）。

表2 样品HT1811 中角闪石电子探针分析结果w（B）/%Table 2 Microprobe analyses of amphibole in HT1811 w(B)/%

样品HT1802 中XMg值高于样品HT1811，角闪石种类有所差异，前者为铁角闪石，后者为镁角闪石。从两个样品的角闪石Ti-（Na＋K）关系图解来看（图4），总体上经历了低角闪岩相的变质作用。

长石矿物未见环带，显微镜下及背散射图像中，可见三期次的长石发育（图2）。长石的微区化学成分分析及分类图解结果表明（表3、4，图5），第一期长石w（CaO）值为3.71%，w（Na2O）值为9.77%，w（K2O）值为0.18%，Ab（钠长石）占比为81.8%，An（钙长石）占比为17.2%，为更长石，残留于样品HT1811的钾长石边缘；第二期长石w（CaO）值为0～0.05%，w（Na2O）值为0.30%～0.82%，w（K2O）值为15.85%～16.77%，Ab（钠长石）占比为2.5%～7.3%，An（钙长石）占比为0，Or（钾长石）占比为92.7%～97.5%，为成分较单一的钾长石，为样品HT1802 和HT1811 长石颗粒主体，系交代早期斜长石而来；第三期长石w（CaO）值为0.80%～1.25%，w（Na2O）值为11.37%～11.63%，w（K2O）值为0.07%～0.18%，Ab（纳长石）占比为93.7%～96.3%，An（钙长石）占比为3.4%～5.6%，Or 占比为0，为成分较单一的钠长石，发育于样品HT1802 和HT1811 钾长石边缘，交代钾长石。

表3 样品HT1802 中长石矿物电子探针分析结果w（B）/%Table 3 Microprobe analyses of feldspar minerals in HT1802 w(B)/%

表3 （续）

表4 样品HT1811 中长石矿物电子探针分析结果w（B）/%Table 4 Microprobe analyses of feldspar minerals in HT1811 w(B)/%

图5 长石成分图解（底图据文献［19］）Fig.5 Ingredient diagram of feldspar（base map after reference［19］）

样品HT1802 中绿泥石均呈黑云母假象，其w（SiO2）值为24.33%～25.15%，w（Al2O3）值为18.24%～18.99%，w（FeOT）值为31.55%～33.40%，w（MgO）值为8.36%～9.16%（表5），在绿泥石Si-Fe2+/（Fe2+＋Mg2+）分类图解中落入铁镁绿泥石（图6），为黑云母退变质矿物。

表5 样品HT1802 中绿泥石电子探针分析结果w（B）/%Table 5 Microprobe analyses of chlorite in HT1802 w(B)/%

表5 （续）

图6 绿泥石成分图解（底图据文献［23］）Fig.6 Ingredient diagram of chlorite（base map after reference［23］）

3 变质作用温压条件估算

根据样品的岩相学及矿物化学成分特征，蚀变斜长角闪岩（HT1802、HT1811）具有三期矿物共生组合，可划分为1 个变质阶段和2 个流体蚀变阶段：1）峰期变质阶段（M1）：以角闪石、蚀变长石边缘残留的斜长石及已经退变的黑云母为特征，矿物组合为角闪石＋斜长石＋黑云母＋石英＋榍石（Hbl＋Pl＋Bt＋Qtz＋Spn）；2）峰期后热液流体蚀变阶段（M2）：以斜长石被钾长石化及黑云母绿泥石化为特征，矿物组合为钾长石＋绿泥石（Kfs＋Chl）；3）晚期热液流体蚀变阶段（M3）：以钾长石边缘钠长石化、绿泥石化为特征，矿物组合为钠长石＋绿泥石（Ab＋Chl）。

M1 峰期变质阶段：由于岩石受后期热液流体强烈改造，峰期变质矿物组合中斜长石、黑云母等几乎完全被蚀变，无法选取合适的共生矿物对，因此选用角闪石单矿物温压计［24］计算该阶段的温压条件，计算获得样品HT1802 温度范围为554～608 ℃，平均为584 ℃，对应压力范围为0.27～0.40 GPa，平均为0.32 GPa，峰期变质条件为温度＝608 ℃，压力＝0.40 GPa；样品HT1811 温度范围为523～571 ℃，平均为554 ℃，对应压力范围为0.18～0.26 GPa，平均为0.23 GPa，峰期变质条件为温度＝571 ℃，压力＝0.26 GPa；均属于角闪岩相。样品HT1802的峰期变质温压略高于样品HT1811。

由于上述两个样品均为蚀变斜长角闪岩，其峰期变质矿物组合因后期流体交代发生了较大变化，为了验证上述角闪石单矿物温压计计算结果的可靠性，本次研究亦在海塔地区康定群五马箐组中采集了未遭受蚀变的黑云斜长角闪片岩（HT1804）进行对比研究。该样品仅见一期矿物共生组合，能识别出1 个变质阶段，即代表了峰期变质阶段，其变质矿物组合为角闪石＋黑云母＋斜长石＋石英＋榍石（Hbl＋Bt＋Pl＋Qtz＋Spn）。根据矿物共生组合，选取紧密共生的矿物对化学成分，利用角闪石-斜长石（-石英）地质温压计［25-26］来计算峰期变质阶段的温压条件，计算获得样品HT1804温度范围为548～599℃，平均为577℃，对应压力范围为0.16～0.22 GPa，平均为0.19 GPa，峰期变质条件为温度＝599 ℃，压力＝0.22 GPa，属于角闪岩相。与上述蚀变斜长角闪岩的峰期变质温压条件较为一致，说明蚀变斜长角闪岩采用角闪石单矿物温压计计算的结果较为可靠。

M2＋M3 峰期后热液流体蚀变阶段及晚期热液流体蚀变阶段：该两阶段均有热液流体蚀变改造现象，在开放体系中，蚀变长石缺少合适的配对矿物地质温压计，无法分别定量两期热液流体的温度，因此根据热液流体形成的绿泥石，选用绿泥石温度计［20-22］计算获得热液流体温度为264～334 ℃（表5）。根据矿物组合，其变质相属于绿片岩相。

4 变质作用与铀成矿关系探讨

通过对区内多个未遭受蚀变斜长角闪（片）岩样品的统计研究，岩石中斜长石的Ab 占比范围为59.9%～75.8%，An 占比范围为22.4%～39.8%，一般以更长石为主，个别为中长石。本次研究的蚀变斜长角闪岩（HT1802、HT1811）中的主体长石成分与这些峰期变质阶段形成的斜长石有明显不同，结合样品中长石的产状与形态综合判断其是峰期后及晚期热液流体蚀变阶段发育绿片岩相的热液流体蚀变叠加改造作用的结果。在峰期变质阶段形成的斜长石（更长石）首先发生钾长石化，电子探针分析显示钾长石为成分单一的Or（钾长石）端元，可能为碱性热液流体（钾质）蚀变而形成。而后钾长石边缘被钠长石化，电子探针分析显示钠长石为成分单一的Ab（钠长石）端元，可能为晚期碱性热液流体（钠质）蚀变而形成。峰期变质阶段的黑云母已经完全绿泥石化，绿泥石呈黑云母假象。这些现象表明岩石经过峰期变质后，后期可能又经历了两期碱性热液流体的蚀变叠加改造，为绿片岩相交代变质作用。值得注意的是，铀成矿作用往往与热液流体的蚀变改造作用有关，尤其是与碱性热液流体蚀变作用（碱交代作用）关系密切，因此海塔地区混合岩中的铀成矿与碱性热液流体蚀变的交代作用关系应当引起重视。

目前有关海塔地区铀矿化的形成时代仍存在一定的争议。陈友良等［27］认为海塔地区至少存在两期以上的铀矿化，早期铀矿化时代为（761±19）Ma，是变质-混合岩化作用阶段晚期热液成矿作用的产物；晚期铀矿化时代为210.5 Ma，与印支晚期的花岗岩浆活动有关。尹明辉［28］对海塔地区与晶质铀矿共生的榍石矿物开展了原位LA-ICP-MS U-Pb 定年，获得榍石的加权平均年龄为（778±12）Ma（MSWD＝0.096），认为其代表了该地区铀矿化的形成时代。欧何琼［29］在海塔地区长英质片麻岩中获得变质锆石的206Pb/238U 加权平均年龄值为（802±16）Ma（MSWD＝13），代表了该地区的变质时代。陈友良等［27］曾测得海塔地区由混合岩化作用形成的新生长英质脉中的锆石206Pb/238U 加权平均年龄值为（801±38）Ma，代表了该地区混合岩化的形成时代，其与海塔地区的变质年龄在误差范围内一致，反映该地区的变质与混合岩化作用时代相同，均属于晋宁运动末期的产物。从上述年代学分析可知，海塔地区的变质-混合岩化时代为～800 Ma，与铀矿化时代在误差范围内较为接近，反映两者之间具有一定的成因联系。且氢、氧同位素研究表明［16］，早期成矿阶段的成矿流体属岩浆水与变质水的混合，因此海塔地区的早期铀矿化可能是变质-混合岩化作用阶段形成的变质与混合岩化流体成矿作用所致。

郭锐等［16］系统研究了海塔地区混合岩型铀矿的流体包裹体特征，研究表明区内混合岩型铀矿的成矿作用可以分为两个大的阶段。早期混合岩化热液成矿阶段均一温度为380～540 ℃，晚期热液叠加成矿阶段的均一温度为140～220 ℃。海塔地区五马箐组蚀变斜长角闪岩的变质作用过程表明，该地区的变质岩经历了1 个变质作用阶段和2 个流体蚀变阶段。峰期变质阶段的温度范围为523～608 ℃，后两期流体蚀变阶段的温度为264～334 ℃，与铀成矿作用两个大的阶段划分基本一致。反映海塔地区的混合岩型铀矿经历了变质-混合岩化作用成矿与后期热液叠加改造作用成矿两个大的阶段。