楊慶坤 孟祥金 姜勇彪 周萬(wàn)蓬

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083;2.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西南昌330013;3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037)

江西相山鈾多金屬礦田是中國(guó)最大的、與火山侵入雜巖有關(guān)的中低溫?zé)嵋盒外櫟V床之一。盡管前人已經(jīng)對(duì)該雜巖體的巖相學(xué)、礦物學(xué)、巖石地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)等方面展開(kāi)了研究，但對(duì)于其成因仍存在較大爭(zhēng)議，主要體現(xiàn)在巖石類型、幔源加入程度、巖漿源區(qū)的深度、同源性、大地構(gòu)造背景方面。本研究通過(guò)對(duì)相山賦含鈾礦花崗質(zhì)巖石及基底變質(zhì)巖(包括捕擄體)的地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，從而探討花崗質(zhì)圍巖的來(lái)源及成因歸屬，并對(duì)比分析鈾礦床與鉛鋅礦床的成礦物質(zhì)來(lái)源。

1 地質(zhì)背景

相山鈾多金屬礦田位于欽杭成礦帶東段、贛杭火山成礦帶內(nèi)，區(qū)域上受控于遂川深斷裂和宜黃—安遠(yuǎn)深斷裂。相山成礦區(qū)為一陸相火山盆地，具有典型的火山口塌陷構(gòu)造，在平面上近橢圓形，剖面上呈現(xiàn)南北對(duì)稱、東陡西緩的漏斗狀。火山盆地總體上為3層結(jié)構(gòu)，基底主要為青白口系的低綠片巖相和低角閃巖相的變質(zhì)巖系，部分為下石炭統(tǒng)、上三疊統(tǒng)的含煤巖系;基底之上為一套上白堊統(tǒng)火山沉積蓋層，并被火山巖之后的淺層—超淺層侵入巖侵入，局部見(jiàn)有基性巖脈。相山鈾多金屬礦田是國(guó)內(nèi)火山巖型鈾礦床的主要產(chǎn)區(qū)，所有礦床或礦化點(diǎn)均分布在相山陸相火山盆地內(nèi)。鈾、鉛鋅礦多金屬礦化均受控于斷裂構(gòu)造控制，鈾礦床或礦化點(diǎn)主要集中在盆地的北部和西部，鉛鋅礦床主要分布在鈾礦床下部，在空間上形成上鈾下鉛鋅的分布格局。

2 巖石地球化學(xué)特征

巖石樣品主要采集于鉆孔、礦井坑道和地表。鉆孔位于牛頭山，其巖性主要為流紋英安巖、碎斑熔巖、粗斑花崗斑巖、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦。礦井坑道中的巖性主要采集了沙洲礦床的粗斑花崗斑巖、黃鐵礦等及云際礦床地表上部花崗巖采場(chǎng)的碎斑熔巖、千枚巖以及碎斑熔巖中的捕擄體(角巖化千枚巖)。全巖主微量元素及硫化物硫同位素均由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院進(jìn)行測(cè)試。

2.1 主量元素特征

在TAS分類判別圖上，巖石樣品投點(diǎn)較為集中，主要分布在花崗閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)花崗巖和花崗巖的交界線處。流紋英安巖w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O)為1.002～1.131，平均值為1.072，略小于1.1，表明其屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)至弱過(guò)鋁質(zhì)花崗巖;在w(SiO2)－w(Na2O)圖解上，屬于富硅鈣堿性系列。w(K2O)/w(N2O)＞1，里特曼指數(shù)為1.67～2.52，平均值為2.1，堿鋁比為0.65～0.80，平均為0.64，堿鋁比值小于0.90，屬堿不飽和系列，堿總量為 7.01% ～9.05%，僅有一件樣品超過(guò)9%，平均值為8.13%。流紋英安巖的堿總量為6.58% ～7.79%，平均值為7.27。碎斑熔巖及花崗斑巖的地球化學(xué)特征極為接近，w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O)為 0.88～1.064，平均值為1.004，略小于1.1，表明其屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)至弱過(guò)鋁質(zhì)花崗巖;在w(SiO2)－w(Na2O)圖解上，屬于富硅鈣堿性系列。w(K2O)/w(N2O)＞1，里特曼指數(shù)為1.93～3.11，平均值為2.47，堿鋁比為0.56～0.70，平均為0.73，堿鋁比值小于0.90。屬堿不飽和系列，堿總量為6.58% ～7.79%，平均值為7.27%。表明碎斑熔巖及花崗斑巖較流紋英安巖更富酸性和堿性成分，而基性成分相似。賦礦花崗質(zhì)圍巖的這些特征十分類似于華南陸殼改造型花崗巖。

2.2 微量元素(稀土)特征

在微量元素與稀土元素上，流紋英安巖稀土總量為(233.84 ～ 270.57)× 10－6，δLa/δYb 為 8.45 ～9.71，碎斑熔巖及花崗斑巖稀土總量為(269.02～374.67)×10－6，δLa/δYb 為10.74 ～25.41，都具有較高的稀土元素總量和輕稀土富集情況。碎斑熔巖及花崗斑巖的稀土元素總量明顯高于流紋英安巖，并具有更高的輕稀土富集現(xiàn)象。碎斑熔巖及花崗斑巖具有相似的Eu中度負(fù)異?，F(xiàn)象(流紋英安巖δEu=0.38～0.42，碎斑熔巖及花崗斑巖 δEu=0.39～0.64)。

基底變質(zhì)巖和各個(gè)圍巖之間具有相近的微量元素和稀土元素含量特征，意味著它們成因上存在相關(guān)性，見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化Fig.1 Standardization of REE chondrite

圖2 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化Fig.2 Standardization of primitive mantle of trace element

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上，各類巖石樣品曲線形式總體一致，表現(xiàn)為斜率較大的右傾型。強(qiáng)烈富集Ce及其左側(cè)更強(qiáng)的不相容元素，元素豐度值為原始地幔的10～100倍，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Zr等)，明顯富集大離子親石元素(Cs、Rb、La等)，大離子親石元素的正異常和Nb、Ta等高場(chǎng)強(qiáng)元素的負(fù)異常，表明巖漿源區(qū)來(lái)自于地殼。明顯虧損Sr、Ba元素，表明巖漿在部分熔融或結(jié)晶分異過(guò)程發(fā)生了斜長(zhǎng)石的分離作用。

3 硫化礦硫同位素特征

相山地區(qū)與鉛鋅礦床伴生的20件金屬硫化物樣品(閃鋅礦、黃鐵礦、方鉛礦)的 δ34S值為1.3‰ ～4.7‰，極差為3.4‰，平均值為3.2‰，變化范圍較窄。其中閃鋅礦 δ34S值為 3.8‰ ～4.7‰，平均為4.2‰，方鉛礦 δ34S 值為 1.7‰ ～2.6‰，平均為2.2‰，黃鐵礦 δ34S 值為 3.4‰ ～4.6‰，平均為4.0‰，顯示了鉛鋅礦床硫同位素組成比較穩(wěn)定;與鈾礦床有關(guān)的硫化物均為吳柏林和周魯民在居隆庵含礦蝕變帶(赤鐵礦化化、螢石化)采集的黃鐵礦樣品，呈浸染狀賦存于鈾礦石中，δ34S值為 －8.6‰ ～0.286‰，平均為－1.35‰［1］;圍巖內(nèi)黃鐵礦的硫同位素?cái)?shù)據(jù)摘自邱林飛對(duì)居隆庵礦床賦礦斑巖的測(cè)試結(jié)果，δ34S 值為1.9‰ ～5.2‰，平均為3.5‰［2］。

同一塊樣品閃鋅礦的δ34SV－CDT值大于方鉛礦的δ34SV－CDT值，如樣品 ZK26 －101 －40、ZK26 －101 －44、ZK26－13－64、ZK26－13－68、ZK26－13 －69，閃鋅礦的δ34SV－CDT值分別為 4.0‰、4.2‰、4.1‰、4.4‰和 4.7‰，而方鉛礦的δ34SV－CDT值分別為 1.7‰、2.7‰、2.4‰、2.4‰和2.6‰。所采集的樣品閃鋅礦δ34SV－CDT值為 3.8‰ ～ 4.7‰，平均為 4.2‰，方鉛礦δ34SV－CDT值為 1.3‰ ～ 2.7‰，平均為 2.2‰，黃鐵礦δ34SV－CDT值為 3.9‰ ～4.6‰，平均為 4.0‰。根據(jù)熱力學(xué)平衡分餾原理，硫化物 δ34S值按照方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦的順序變化而達(dá)到平衡分餾，而樣品數(shù)據(jù)顯示，δ34S值按照方鉛礦、黃鐵礦、閃鋅礦的順序變化，意味著方鉛礦與閃鋅礦基本達(dá)到同位素分餾平衡，黃鐵礦而未達(dá)到同位素分餾平衡或平衡遭到破壞，同時(shí)也說(shuō)明盡管硫化物形成于同一成礦期，但它們生成的順序是有所不同的。

根據(jù)共生硫化物所確定的成礦溫度，揭示了鉛鋅礦床屬中高溫?zé)嵋旱V床，并明顯分為2個(gè)階段。早期主要為高溫階段，成礦溫度為424℃ ～382℃;晚期為中高溫階段，成礦溫度為331℃ ～290℃。

4 討論

4.1 源巖和成因機(jī)制

相山雜巖體屬S型或A型一直存在爭(zhēng)議。高分異I、S型花崗巖和A型花崗巖在地球化學(xué)特征及礦物學(xué)特征方面十分相似。對(duì)于A型巖漿的成因，可以將其歸為以下8類:①來(lái)自幔源的堿性巖漿結(jié)晶分異過(guò)程中產(chǎn)生的A型花崗質(zhì)殘留巖漿;②來(lái)自幔源的拉斑質(zhì)巖漿極度分異或者低度部分熔融的底侵拉斑玄武質(zhì)巖漿;③來(lái)自地幔巖石重熔分異形成的堿性花崗質(zhì)巖漿;④幔源堿性巖漿與地殼物質(zhì)作用產(chǎn)生正長(zhǎng)巖巖漿，并進(jìn)一步分異或與殼源物質(zhì)混染;⑤下地殼巖石經(jīng)部分熔融抽取了I型花崗質(zhì)巖漿后，富F的麻粒巖質(zhì)殘留物再次部分熔融;⑥地殼火成巖(英云閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖)直接熔融;⑦幔源巖漿底侵或受揮發(fā)份稀釋的下地殼物質(zhì)重熔;⑧幔殼混合巖漿。

相山雜巖體來(lái)自于上地殼的變沉積巖重熔已經(jīng)得到了驗(yàn)證，因此可以將上述成因中與“I型花崗巖”和“下地殼”有關(guān)的條件去除，那么剩下的成因條件中基本都有幔源巖漿的參與，因此界定到底是S型還是A型花崗巖，就需要重點(diǎn)研究是否有幔源物質(zhì)的參與。

花崗巖的源巖通常與其化學(xué)成分相聯(lián)系，本次研究的圍巖樣品中，除流紋英安巖外均表現(xiàn)為δLa和δLa/δSm值的正相關(guān)性，顯示出平衡部分熔融作用的成巖特征，因此，整體上看相山火山雜巖體應(yīng)為源巖經(jīng)歷了平衡部分熔融作用所形成。流紋英安巖的w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O)為 1.003～1.132，平均為1.072，碎斑熔巖及花崗斑巖 w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O)為 0.879～1.064，平均為1.004，絕大多數(shù)值大于1.0。流紋英安巖標(biāo)準(zhǔn)剛玉分子含量為0.39% ～2.08%，碎斑熔巖及花崗斑巖標(biāo)準(zhǔn)剛玉分子含量為0～1.1%，SiO2和P2O5具有明顯的負(fù)相關(guān)性，這些特征說(shuō)明了賦礦圍巖屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)至弱過(guò)鋁質(zhì)花崗巖，其球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式顯示負(fù)Eu異常，原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素模式清晰地顯示 Rb、U、Th、Pb、Hf富集和 Ba、Sr、Nb 的虧損，表明母巖漿經(jīng)歷了顯著的富銪、鍶、鋇礦物相(斜長(zhǎng)石)分離結(jié)晶作用，具有起源于沉積源巖的過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖的特征。實(shí)驗(yàn)表明，w(CaO)/w(Na2O)值作為判別過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的指標(biāo)，以0.3為界，小于0.3者其源巖為泥質(zhì)巖石，大于0.3者為雜砂巖［3］。流紋英安巖w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O)為0.84～1.24，碎斑熔巖及花崗斑巖w(CaO)/w(Na2O)為0.48～1.22，其源巖主要為變質(zhì)雜砂巖。各個(gè)巖石的δRb/δSr－δRb/δBa值也指示源巖為變質(zhì)雜砂巖成分。

δSm/δNd值在巖漿巖中由超基性、基性、中性、酸性至堿性逐漸漸減，δSm/δNd值深源大于淺源，殼層為0.1 ～0.31，而深源可達(dá) 0.5 ～1.0［4］。相山變質(zhì)基底的 δSm/δNd 值為 0.19 ～0.2，平均值為 0.19。流紋英安巖的 δSm/δNd值為0.19，粗斑花崗斑巖為0.16～0.18，碎斑熔巖為0.16～0.17。說(shuō)明賦鈾礦巖石同賦鉛鋅礦巖石具有同源性，源區(qū)物質(zhì)來(lái)源比較淺，應(yīng)為上地殼變質(zhì)基底。

碎斑熔巖 δ87Sr/δ86Sr值為0.711 5 ～0.714 51［5］，高于原始地?，F(xiàn)代值(0.704 7)，接近現(xiàn)今大陸殼值(0.719)。在劃分花崗巖成因類型時(shí)，δ87Sr/δ86Sr值大于0.707，代表了 S 型花崗巖，δ87Sr/δ86Sr值小于0.707，代表了 I型花崗巖［6］。δ143Nd/δ144Nd 值低于原始地?，F(xiàn)代值(0.526 38):以t=135 Ma(礦區(qū)花崗質(zhì)巖體形成時(shí)代平均值)計(jì)算的 δ87Sr/δ86Sr＞0，δNd ＜0，在 δ87Sr/δ86Sr－ δNd 圖中均落在華南陸殼分異改造型花崗巖范圍內(nèi)，見(jiàn)圖3。相山賦礦花崗質(zhì)巖石的二階段模式年齡的變化范圍較窄，主要集中在1.4～1.65 Ga。說(shuō)明了各類巖石之間源區(qū)的一致性和單一性。因此認(rèn)為，相山雜巖體應(yīng)該為S型花崗巖，是由上地殼變質(zhì)沉積巖在由擠壓向拉張轉(zhuǎn)換過(guò)程中減壓升溫，發(fā)生局部熔融，形成花崗質(zhì)巖漿，然后上升運(yùn)移到地殼一定部位，通過(guò)分異結(jié)晶形成該花崗巖體。碎斑熔巖、花崗斑巖及流紋英安巖為同源產(chǎn)物，因高度結(jié)晶分異作用而顯A型花崗巖特征。熔融所需的流體可由源巖中白云母(絹云母)脫水反應(yīng)獲得。

圖3 δ87Sr/δ86Sr與 δNd 關(guān)系Fig.3 Relationship between δ87Sr/δ86Sr and δNd

4.2 鋯石飽和溫度

花崗巖漿大多是以絕熱式上升就位的，因此巖漿早期結(jié)晶的溫度可以近似代表巖漿形成時(shí)的溫度，而初始巖漿溫度近似于巖漿早期的結(jié)晶溫度，并可以通過(guò)“鋯石飽和溫度”計(jì)算獲得。鋯石在花崗質(zhì)熔漿結(jié)晶過(guò)程中屬于較早晶析的副礦物，鋯石中Zr的分配系數(shù)主要受控于外界溫度，其在巖漿中的含量與溫度存在相關(guān)性，而其他因素對(duì)其影響極弱，因此可以將“鋯石飽和溫度”看做花崗質(zhì)巖石近液相線溫度［7］。計(jì)算表明，流紋英安巖的鋯石飽和溫度為800℃ ～811℃，平均值為805℃。碎斑熔巖為741℃ ～770℃，平均值為756℃。粗斑花崗斑巖為725℃ ～739℃，平均值為745℃。各巖體之間鋯石飽和溫度的差異性較弱，總體平均為757℃。

4.3 構(gòu)造環(huán)境

在 δRb/30 － δHf－3δTa圖中，各巖石主要分布于同碰撞、碰撞后的相交位置。流紋英安巖主要形成于142 ～134 Ma［8］，整體上早于碎斑熔巖(136 ～ 133 Ma)［9］，各巖石恰好處于早燕山期向晚燕山期擠壓環(huán)境向拉張環(huán)境過(guò)度的時(shí)間段，見(jiàn)圖4。

圖4 δRb/30、δHf與3δTa 關(guān)系Fig.4 Relationship begween δRb/30、δHf and 3δTa

相山位于華夏板塊的北緣，而華夏板塊本身就是由多個(gè)古陸核在晚三疊世時(shí)期才拼接為整體的穩(wěn)定結(jié)晶基底，因此也就造成了該區(qū)大地構(gòu)造背景的復(fù)雜程度。對(duì)于華南中生代大規(guī)模構(gòu)造、巖漿作用的動(dòng)力學(xué)背景，絕大多數(shù)學(xué)者傾向于與古太平洋板塊俯沖相關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造、巖漿作用模式［10］。與俯沖作用有關(guān)的火成巖往往具有Ta、Nb、Ti的負(fù)異常特征［11］。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，大陸環(huán)境內(nèi)的碰撞、后碰撞火山巖也具有類似特征［12］，這類火山巖在青藏高原也有大面積出露。萬(wàn)天豐［13］認(rèn)為，中生代時(shí)期，太平洋板塊位于華南板塊的東南部并向北運(yùn)移的過(guò)程中，尚未同華南板塊發(fā)生大規(guī)模的俯沖作用。對(duì)于地幔巖漿的貢獻(xiàn)，巖石樣品地球化學(xué)數(shù)據(jù)上沒(méi)有顯著幔源特征，由于這套火山雜巖體具有相對(duì)較高的“鋯石飽和溫度”(平均為757℃)，地幔巖漿很可能為花崗巖的形成提供了部分熱源，但主要的熱源來(lái)自于大陸地殼拉張過(guò)程中的減壓增溫。

5 賦礦圍巖與鈾礦、鉛鋅礦的關(guān)系

鉛鋅礦床成礦熱液中總硫同位素值為4.04‰，具混源硫特征。與鈾礦床伴生的硫同位素主要為黃鐵礦，其他硫化物極少見(jiàn)，因此黃鐵礦的平均δ34S值可近似代表成礦溶液總硫的同位素組成，δ34S值為－1.35‰，預(yù)示了鉛鋅礦床與鈾礦床的成礦流體性質(zhì)差別明顯。與鉛鋅礦床有關(guān)的黃鐵礦呈現(xiàn)一致的正值，δ34S值為3.4‰ ～4.6‰，平均為4.0‰，圍巖內(nèi)黃鐵礦的δ34S值為1.9‰～5.2‰，平均為3.5‰，兩者具有明顯的相似性，其中與鉛鋅礦床有關(guān)的黃鐵礦數(shù)值稍大一點(diǎn)。由此推斷鉛鋅礦的流體成因與火山作用期后熱液相關(guān)，或受到海水或海相硫酸鹽沉積物混染(變質(zhì)基底)的結(jié)果。與鈾礦床有關(guān)的黃鐵礦δ34S值與圍巖中黃鐵礦的硫同位素具有很大的差異性，說(shuō)明了鈾礦床的成礦流體并非來(lái)自于圍巖巖漿熱液。黃鐵礦δ34S值為－0.005‰～0.286‰，平均為－0.14‰，接近隕石硫δ34S值。因此可以判斷鈾礦床的成礦流體具有幔源特征。

6 結(jié)論

(1)相山鈾多金屬礦田內(nèi)的花崗斑巖和流紋英安斑巖以相對(duì)富 SiO2、K2O 為特征，富集 Rb、U、Th、Pb、Hf，明顯虧損 Ba、Sr、Nb 等元素;中高度富集輕稀土元素，顯示中等負(fù)Eu異常，屬于富硅高鉀鈣堿性S型花崗巖，因高度結(jié)晶分異而顯A型花崗巖特征。

(2)主量元素、微量元素及Sr、Nd同位素表明，相山地區(qū)賦礦鉛鋅圍巖與賦鈾圍巖具有同源性，主要來(lái)自于上地殼變質(zhì)雜砂巖的部分重熔，依據(jù)鋯石濃度飽和溫度計(jì)計(jì)算其熔融溫度平均約為757℃，熔融所需的流體可由源巖中白云母(絹云母)脫水反應(yīng)獲得。

(3)據(jù)花崗質(zhì)巖石地球化學(xué)、年代學(xué)及區(qū)域?qū)Ρ妊芯客茰y(cè)，在構(gòu)造演化階段和形成構(gòu)造環(huán)境上，各類巖石具有相近的構(gòu)造環(huán)境，同屬大陸環(huán)境碰撞、后碰撞之間的過(guò)渡階段，幔源可能為花崗巖提供了熱源。

(4)鉛鋅礦床與其上部的鈾礦床在成礦流體性質(zhì)上差別較大。鉛鋅礦床的硫源與圍巖花崗斑巖體的巖漿演化過(guò)程密切相關(guān)，并有地層硫的參與，其成礦溫度變化較大，應(yīng)屬于中高溫?zé)嵋旱V床。鈾礦床中黃鐵礦的硫源來(lái)自于地幔流體或幔源基性巖漿，揭示了鈾礦床成礦流體與幔源熱液的相關(guān)性。

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