粵東北柏埔地區燕山期小巖體地球化學特征與鈾成礦探討

張善果，阮 昆

（1.中核韶關錦原鈾業有限公司，廣東 韶關 512329；2.核工業二九〇研究所，廣東 韶關 512026）

柏埔巖體位于武夷山鈾成礦帶西南段河源鈾礦田內，具有優越的鈾成礦環境，已發現黃子洞、黃田等鈾礦床和眾多鈾礦化、異常點。黃田鈾礦床從1980年提交中型規模的儲量報告以來，找礦工作陷入瓶頸。已做研究主要集中在鈾成礦地質條件特征總結［1］、成礦潛 力分析［2-3］和 區 域 放 射 場 特 征研究［4］。 對巖石地球化學方面的研究未見報道，相關研究工作十分薄弱。

近幾十年的研究探索與找礦實踐表明，基于新的地質認識的找礦新思路是勘查突破的關鍵［5-10］。筆者承擔的找礦項目在黃田鈾礦床南部約3 km燕山期花崗巖小巖體 （中粒黑云母二長花崗巖）的內外接觸帶新發現了良好的鈾礦化信息（圖1），為下一步鈾礦勘查工作提供了新的方向。筆者以燕山期花崗巖小巖體為研究對象，對其相關地球化學特征進行研究，探討其巖石成因、構造背景及與鈾成礦的關系，為下一步找礦工作提供依據和參考。

圖1 研究區地質簡圖Fig.1 Geological sketch of the study area

1 區域地質背景

柏埔巖體是一個多期多階段的復式巖體，屬于南嶺花崗巖的南亞帶，佛崗巖體向東的延伸部分，處于北東向武夷山鈾成礦帶西南段與東西向南嶺鈾多金屬成礦帶東段交叉復合的部位。區內巖漿活動強烈，形成以燕山早期巖性為主體的多期多階段的復式巖體，其主要巖性為中粗粒黑云母花崗巖，其它各期巖漿巖呈小巖株或巖脈產出。區內斷裂以北東向為主，尤其是NE向的河源斷裂，其演化過程經歷了壓扭-拉張-扭曲多次地質作用。

2 研究區地質特征

研究區內出露的地層主要有寒武系八村群淺變質巖，侏羅-三疊系細砂巖、砂頁巖、煤層、砂礫巖，上白堊統南雄群紫紅色砂礫巖，礫質砂巖夾鈣質砂巖（圖1）。巖漿活動強烈，巖性主要為中粗粒斑狀黑云母花崗巖、中粒黑云母二長花崗巖。主要發育細粒花崗巖、花崗斑巖、煌斑巖、閃長巖脈等。區內斷裂主要分為近東西向、北北西向、近南北向和北北東向4組。北北東向打米塘斷裂是區內重要含礦構造，走向斷續長約800 m，寬5～10 m，傾向南東，主要含礦巖性為硅化花崗碎裂巖。

本研究的小巖體為中粒黑云母二長花崗巖，位于黃田礦床南部約3 km處 （黃田礦床外圍）。巖石呈淺肉紅色，細粒結構，塊狀構造（圖2a）。主要由鉀長石（34%）、斜長石（30%）、 石英（30%）和黑云母（6%）等組成， 少量的磷灰石、鋯石等副礦物。其中鉀長石呈半自形-他形，粒徑2.5～4.0 mm，多發生泥化；斜長石呈自形-半自形板狀，粒徑2.0～3.5 mm，多見聚片雙晶，偶見卡納復合雙晶，蝕變見星點狀弱絹云母化；石英呈他形粒狀，粒徑2.0～3.5 mm；黑云母自形鱗片狀，深黑色-墨綠色，局部綠泥石化（圖2b）。用于分析測試的全巖樣品均選用的是新鮮、弱（未）風化并通過顯微鏡鑒定確認，未遭蝕變（蝕變較弱）的中粒黑云母二長花崗巖。

3 地球化學特征

3.1 主量元素

表1結果顯示，主量元素特征：1）SiO2的質量分數高且變化小 （73.07%～74.20%，平均 73.71%）；2）堿含量 （Na2O＋K2O）的值8.20%～8.78%，平均8.57%，含量較高，且鉀大于鈉 （K2O/Na2O＝2.11～2.55， 平均 2.29）；SiO2-（Na2O＋K2O）圖解顯示該花崗巖均位于亞堿性花崗巖區域內（圖3a）；SiO2-K2O圖解顯示它們均位于鉀玄巖系列范圍內（圖3b）；3）具有鋁過飽和的特點（圖3c），A/CNK的值0.99～1.06，平均為1.03。

3.2 稀土元素

中粒黑云母二長花崗巖的稀土總量478.25×10-6～747.56×10-6， 平均為 657.93×10-6，偏高且變化明顯（表2）。LREE/HREE值2.66～6.23， 平均為 4.10。 （La/Yb）N值 6.54～15.59，平均為8.91，顯示中粒黑云母二長花崗巖輕稀土的含量輕微富集，輕、重稀土之間的分餾效應明顯。稀土元素配分模式顯示（圖4），稀土元素具右傾型的特點。δEu＝0.18～0.26，平均為 0.21，具有強烈的負異常。 （La/Sm）N值 2.96～4.14， 平均為 3.56，（Gd/Yb）N值 1.86～2.63， 平均為 2.16， 表明重稀土內分餾較弱，輕稀土內分餾較強。

3.3 微量元素

圖2 中粒黑云母二長花崗巖巖礦鑒定Fig.2 Identification of medium grained biotite monzogranite

表1 中粒黑云母二長花崗巖主量元素組成/%Table 1 The major element composition/%of medium grained biotite monzogranite

圖3 中粒黑云母二長花崗巖主量元素圖解Fig.3 Diagram of major elements of medium grained biotite monzogranite

表2 中粒黑云母二長花崗巖稀土元素/10-6組成Table 2 The REE composition/10-6of medium grain biotite monzogranite

圖4 稀土元素球粒隕石標準化曲線（標準化球粒隕石數據引自文獻［15］）Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns（After［15］for standardizing chondrite data）

微量元素分析顯示，研究區花崗巖虧損Sr、 Ce 和 Ti， 富集 Rb、 Th、 U、Sm（圖 5）。 與我國南嶺地區的S型花崗巖相似。巖石的Nb/Ta值和Zr/Hf值明顯低于正常花崗巖值（Nb/Ta＝6.98～12.31， 平均 8.62； Zr/Hf＝23.30～25.48，平均24.67）。說明該花崗巖在形成過程中，元素之間發生了不同程度的分餾，富揮發分流體和花崗巖漿發生了一定的相互作用。富揮發分流體的來源可能是因為該花崗巖的原巖為富水沉積巖，或者是巖漿晚期富揮發分的熱液流體。表3顯示，該花崗巖的Rb/Sr值和Rb/Nb值均明顯高于全球和中國東部［16-17］上地殼的平均值 （Rb/Sr＝6.75～10.89，平 均 7.99；Rb/Nb＝20.75～43.44， 平 均26.79）。表明其成巖物質來源于成熟度較高的陸殼物質。微量元素中U含量平均24.63×10-6，明顯高于全球和中國東部上地殼的平均值［17-18］， Th/U 的值平均為 2.09。

圖5 微量元素蛛網圖解 （標準化MORB數據引自文獻［19］）。Fig.5 The trace element spider diagram（After［19］for data of standardizing MORB）

表3 中粒黑云母二長花崗巖微量元素/10-6Table 3 The trace element composition/10-6of medium grain biotite monzogranite

4 討論

4.1 花崗巖的巖石成因類型

分析結果顯示，中粒黑云母二長花崗巖SiO2質量分數較高 （73.07%～74.20%，平均73.71%）；堿含量 （Na2O＋K2O）值 8.20%～8.78%，平均8.57%，含量較高，且鉀大于鈉（K2O/Na2O＝2.11～2.55， 平均 2.29）； 以及鋁過飽和（A/CNK值0.99～1.06，平均1.03）的特點 （圖3c）。微量元素中，輕、重稀土分餾明顯，輕稀土輕微富集，球粒隕石標準化配分曲線呈 “右傾型”（圖4）。此外具有強烈的Eu負異常，δEu＝0.18～0.26，平均為 0.21。原始地幔微量元素蛛網圖中富集Rb、Th、U、Sm，明顯虧損 Sr、Ce和 Ti，Rb/Sr值很高，介于6.75～10.89，平均為7.99，均明顯高于全球和中國東部上地殼的平均值［17-18］，與我國華南典型強富鋁質S型花崗巖的地球化學特征基本相似［20］，進一步表明其成巖物質來源于成熟度較高的陸殼物質。ACF三角圖解（圖3d）顯示小巖體的樣品點均落在S型花崗巖區域。綜合以上研究，筆者認為中粒黑云母二長花崗巖為強過鋁質S型花崗巖。

4.2 花崗巖源區

研究表明，砂屑巖石重熔形成的強過鋁質花崗巖的CaO/Na2O值一般大于0.3，而泥質巖石經重熔形成的強過鋁質花崗巖CaO/Na2O值一般小于0.3。分析的中粒黑云母二長花崗巖CaO/Na2O值0.07～0.19，全部落在泥質巖為主的區域 （圖6a），表明其源區可能以泥質巖為主；Rb/Sr-Rb/Ba圖解顯示該花崗巖樣品全部落入 “富黏土源區”（圖6b），相似于長江巖體和油洞巖體的源區特征［21-22］；微量元素中明顯虧損Ce，由于實驗結果表明巖漿過程不可能產生Ce異常［23］，Ce異常與沉積和風化作用密切相關，進一步證實其原巖是泥質巖，結合區域地質，寒武系八村群淺變質巖可能是其原巖。

4.3 花崗巖形成的構造環境

要正確理解區內花崗巖的成因，認識巖漿作用構造背景是關鍵。對華南中生代巖漿作用動力地質背景，前人做了大量工作［24-27］，但存在嚴重的分歧。郭令智等（1983）認為華南中生代巖漿活動與板塊俯沖有關［26］。Zhou，et al.（2000）認為區內各類花崗質巖漿主要是從中侏羅世開始，由古太平洋板塊向中國東南大陸俯沖消減導致中下地殼部分熔融而產生［27］。 但形成于自早中生代開始 （175 Ma），軟流圈上隆的陸內巖石圈伸展拉張構造背景的觀點越來越受認可［24-25］。

圖6 中粒黑云母二長花崗巖源巖判別圖解Fig.6 Source rock discriminant diagram of medium grain biotite monzogranite

結果表明中粒黑云母二長花崗巖為鉀玄、強過鋁質的S型花崗巖，鉀玄巖形成的構造背景多屬于一種伸展拉張、巖石圈減薄的環境［28-30］。 在 Rb-Y＋Nb 圖解［31］中， 中粒黑云母二長花崗巖位于后碰撞花崗巖區域內（圖7a）。Al2O3-SiO2圖解顯示該花崗巖均落在后造山花崗巖內（圖7b），而后造山花崗巖的概念基本相似于后碰撞花崗巖。由此表明，中粒黑云母二長花崗巖形成于巖石圈伸展減薄的環境。同時也佐證了華南中生代巖漿作用動力地質背景為巖石圈伸展拉張的構造背景。

圖7 中粒黑云母二長花崗巖Rb-Y＋Nb和Al2O3-SiO2圖解Fig.7 Rb-Y＋Nb diagram and Al2O3-SiO2diagram of medium grain biotite monzogranite

4.4 與鈾成礦關系

鈾的地球化學演化成礦過程可以歸結為鈾的初始富集和鈾源體的形成及在此基礎上的疊加改造、活化遷移和富集成礦［32］。有關研究表明，華南地區S型花崗巖內產出的鈾礦床數約占其花崗巖型鈾礦床總數的93%；產于A型、I型和M型花崗巖內的鈾礦床約占總數的 7%［32-33］。 陳躍輝等（1997）認為伸展構造活動產生的有利構造環境是導致鈾成礦作用產生的根本原因［34］。不產鈾與產鈾花崗巖的U、Th含量及Th/U比值有明顯差別，巖體的高鈾含量及低Th/U值（一般小于3）可以作為富鈾花崗巖的判別依據，也可以作為判別產鈾-不產鈾花崗巖的一個參考［35］。

綜合分析表明小巖體 （中粒黑云母二長花崗巖）為強過鋁質的S型花崗巖，形成于伸展構造環境，鈾質量分數平均24.63×10-6，明顯高于全球和中國東部上地殼的平均值，Th/U的平均值為2.09，小于3，中粒黑云母二長花崗巖可為區內鈾礦化形成提供豐富的鈾源。

5 結論

1）柏埔地區燕山期花崗巖小巖體的巖性為中粒黑云母二長花崗巖，屬鉀玄、強過鋁質的S型花崗巖，具有高SiO2和高堿值，鋁過飽和的特點。

2）微量元素特征顯示其富集U，Th/U的值較低；稀土元素中重稀土分餾較弱，輕稀土分餾較明顯，配分模式嚴重右傾以及銪負異常明顯等特征。

3）柏埔地區燕山期花崗巖小巖體可能形成于巖石圈伸展減薄的環境，可為華南中生代巖漿作用動力地質背景和巖石圈伸展拉張的構造背景的觀點提供證據支持。